ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР

Парогазогенератор может быть использован в силовых установках, а также использован для создания самостоятельного устройства для получения парогазовой смеси высокого давления и температуры в различных требуемых диапазонах.
В известных в настоящее время установках тепло сжигаемых углеводородов тратится:
1. на полезную работу установки;
2. на нагрев механических частей установки;
3. на нагрев газов и продуктов горения, выбрасываемых во внешнюю среду из данной установки.
Известно техническое решение парогазогенератора, которое относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в автомобильных, тракторных, судовых и стационарных ДВС. Изобретение обеспечивает повышение скорости парообразования при впрыске воды в выпускной коллектор и увеличение энтальпии продуктов сгорания.
(19) RU, (11) 2338914, (13) С2, (21), (22) Заявка: 2005137879/06, 05.12.2005, (51) МПК F02G 5/02 (2006.01), F02B 47/02 (2006.01) F02B 37/00 (2006.01), (72) Автор(ы): Егоров Алексей Васильевич (RU), Егоров Василий Николаевич (RU), Кудрявцев Игорь Аркадьевич (RU), (73) Патентообладатель(и): Егоров Алексей Васильевич (RU), Егоров Василий Николаевич (RU), Кудрявцев Игорь Аркадьевич (RU), (54) Двигатель внутреннего сгорания.
Данный ДВС также можно рассматривать как парогазогенератор, используемый в транспортных средствах.
Данное изобретение указано в числе аналогов, поскольку в этом запатентованном устройстве имеются общие существенные признаки с признаками, имеющимися в заявляемом устройстве: это - наличие сгорающего топлива и продуктов его сгорания; наличие трубопровода подвода воды, который снабжен регенератором теплоты продуктов сгорания топлива; перегретый пар или вода, которые впрыскивается в продукты сгорания топлива.
Недостатком данного ДВС - низкий КПД, получающийся вследствие того, что в нем возникают большие потери тепла, т.к. камера сгорания ДВС не теплоизолирована. Парогазовая смесь имеет очень высокую температуру и утилизируется не полностью.
6
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является RU (11), 2126490 (13), С1, (51) МПК, F02C 3/30, (72) Автор(ы): Дж. ЛайеллГинтер (US), (73) Патентообладатель(и): Дж. ЛайеллГинтер (US), (54) Двигатель внутреннего сгорания, способ работы двигателя и непрерывной подачи рабочего тела, где этот двигатель внутреннего сгорания работает под высоким давлением. Парогазогенератор, входящий в состав данного двигателя, представляет собой камеру  сгорания, которая помещена в камеру, в которую нагнетается воздух, который охлаждает стенки камеры сгорания, в которую подаются воздух, топливо и вода. Полученная парогазовая смесь - рабочее тело, состоящее из смеси сжатых неиспользованных при горении компонентов воздуха, продуктов сгорания топлива и пара, которые образованы в камере внутреннего сгорания. В устройстве используется регулятор горения, который выполнен с возможностью управления средством подачи жидкости и средством подачи топлива в процессе горения. При этом вес впрыснутой жидкости приблизительно в два и более раза превышает вес впрыснутого топлива, за счет чего масса рабочего тела увеличивается для поддержания средней температуры в соответствии с требующейся температурой эксплуатации рабочего двигателя, а камера сгорания выполнена с возможностью сгорания, по меньшей мере, 40% сжатого воздуха. Согласно изобретениям рабочее тело выдается при постоянном давлении и температуре.
Недостатками данного парогазогенератора являются недостаточно высокий КПД за счет того, что температура парогазовой смеси на выходе парогазогенератора высока, а также то, что сгорание топлива происходит в смеси с парами подаваемой в камеру сгорания испаряемой жидкости, вследствие чего сгорание топлива происходит не полностью и, соответственно, топливо будет отдавать не всю свою внутреннюю энергию, понижая КПД установки.
Технический результат заявляемого технического решения парогазогенератора (первый варианта исполнения)
- повышение КПД парогазогенератора за счет полного сгорания топлива и получение парогазовой смеси с максимальной удельной массой из продуктов сгорания этого топлива и впрыскиваемой в парогазовую установку жидкости.
Данный результат получен за счет того, что парогазовая смесь образуется в выходном коллекторе камеры сгорания при созданных под управлением контроллера оптимальных условиях для сгорания топлива и теплообмена продуктов сгорания этого топлива с впрыскиваемой жидкостью или впрыскиваемым перегретым паром.
Описание парогазогенератора
В состав парогазогенератора входят редуктор сжатого воздуха рабочего давления и камера сгорания со встроенным в нее парогенератором, соединенные между собой через перепускные каналы сжатого воздуха и перепускные окна сжатого воздуха, при этом в камере сгорания установлены, как минимум:
одна форсунка впрыска топлива;
одно устройство поджига топлива (электроспирали, свечи, лазеры);
один теплообменник для подводимой жидкости;
один теплообменник для подводимого топлива;
теплообменники для подводимой жидкости и подводимого топлива устанавливаются (встраиваются) в корпус камеры сгорания, они возьмут на себя часть тепла от корпуса камеры сгорания для повышения своей внутренней энергии и будут способствовать защите корпуса от перегрева.
один теплообменник-генератор перегретого пара с, как минимум, одной форсункой впрыска жидкости или перегретого пара, с управляемым клапаном для перегретого пара или жидкости, при этом предпочтительно устанавливать две форсунки впрыска жидкости или перегретого пара таким образом, чтобы пары впрыскиваемой жидкости очищали от продуктов сгорания топлива теплообменник для подводимой жидкости;
датчики температуры и давления установлены в коллекторах: перепускном коллекторе сжатого воздуха, перепускном коллекторе парогазовой смеси, а также в камере сгорания.
в камере сгорания установлены форсунка впрыска топлива и устройство розжига топлива, которое может представлять собой либо спираль розжига, либо свечу зажигания смеси, либо лазерное устройство зажигания смеси; парогенератор, который представляет собой теплообменник в виде трубопровода с большой площадью поверхности. Теплообменник-генератор перегретого пара может быть подключен к жидкостному насосу высокого давления через автоматический обратный клапан и может иметь ребра, увеличивающие его площадь для интенсивности теплообмена.
При установке данного парогазогенератора в силовой установке парогазогенератор будет соединяться, как минимум, через один перепускной коллектор сжатого воздуха с ресивером сжатого воздуха, а с входом ресивера парогазовой смеси - как минимум через один перепускной коллектор парогазовой смеси.
Парогазогенератор состоит из
1 - корпуса парогазогенератора
2 - коллектора сжатого воздуха.
3 - редуктора сжатого воздуха рабочего давления.
4 - датчика температуры в перепускном коллекторе сжатого воздуха.
5 - датчика давления в перепускном коллекторе сжатого воздуха.
6 - перепускного коллектора сжатого воздуха.
7 - перепускных окон сжатого воздуха камеры сгорания.
8 - камеры сгорания
9 - теплообменника для подводимого топлива
10 - форсунки впрыска топлива.
11 - устройства поджига топлива (электроспирали, свечи, лазера).
12 - трубопровода или канала подвода испаряемой жидкости.
13 - насоса высокого давления для испаряемой жидкости.
14 - обратного клапана для испаряемой жидкости.
15 - теплообменника для подводимой жидкости.
16 - теплообменника-генератора перегретого газа.
17 - форсунки с управляемым клапаном для перегретого пара или жидкости.
18 - окна перепускного высокотемпературного газа или парогазовой смеси.
19 - перепускного коллектора парогазовой смеси
20 - датчика температуры в камере сгорания.
21 - датчика давления в камере сгорания..
22 - датчика температуры в перепускном коллекторе парогазовой смеси.
23 - датчика давления в перепускном коллекторе парогазовой смеси.
24 - контроллер
Парогазогенератор работает следующим образом (фиг.1).
Сжатый охлажденный воздух из компрессора через коллектор сжатого воздуха 2 поступает в редуктор сжатого воздуха рабочего давления 3, который регулируется контроллером 24 на основании показаний датчиков температуры 4 и давления 5, установленных в перепускном коллекторе сжатого воздуха 6. Далее этот воздух уже под необходимым давлением попадает в камеру сгорания 8, перемещаясь в ней по спирали (вихреобразно), за счет установленных под углом к камере сгорания перепускных окон 7 (фиг. 2). Топливо, под давлением впрыснутое через форсунку впрыска топлива 10 в камеру сгорания 8, перемешиваясь с поступающим воздухом из перепускных окон 7, образует топливную смесь. Далее эта топливная смесь воспламеняется от устройства розжига 11 (свеча зажигания, спираль розжига, лазерное устройство), сгорает в объеме камеры сгорания 8. Спиральное (вихреобразное) перемещение сгорающей смеси, осуществляемое за счет кинетической энергии сжатого воздуха, способствует эффективному и полному сгоранию топлива и эффективному теплообмену с теплообменником-генератором перегретого газа 16. Теплообменник-генератор перегретого пара 16, имеющий большую площадь теплообмена в камере сгорания 8, обеспечивает интенсивную передачу тепла от высокотемпературных продуктов сгорающего топлива для нагрева находящейся в нем жидкости и ее испарения. Теплообменник-генератор перегретого пара 16 будет ограничивать максимальную температуру в камере сгорания 8, что способствует снижению образованию окислов азота в продуктах сгорания.
После полного сгорания топлива и поглощения жидкостью в теплообменнике-генераторе перегретого пара 16 образуются части тепла от высокотемпературных продуктов сгорания топлива, эти продукты под высоким образовавшимся давлением через перепускное окно 18 будут спиралеобразно (за счет спиралеобразной конфигурации окна) перемещаться в выпускной коллектор парогазовой смеси 19, где будут смешиваться с перегретым паром, выходящим через форсунку 17 теплообменника-генератора 16. Форсунка может устанавливаться как после перепускного окна 18, так и непосредственно перед ним. Перепускное окно 18 имеет такую форму, которая обеспечивает спиралеобразное (создает завихрение) движение образующейся парогазовой смеси, что способствует ее интенсивному перемешиванию и парогазовая смесь приобретает однородную температурную структуру.
Количество атмосферного воздуха, топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, и жидкости, впрыскиваемой в коллектор парогазовой смеси, будет устанавливаться и контролироваться контроллером 24, обеспечивая их нужное для образования парогазовой смеси соотношение. Процесс образования парогазовой смеси после включения парогазогенератора происходит в постоянном режиме. Форсунок впрыска жидкости или перегретого пара 17 предпочтительно устанавливать более одной, при этом расположить их таким образом, чтобы пары впрыскиваемой жидкости очищали от продуктов сгорания топлива теплообменник подводимой жидкости 16, что будет способствовать более эффективному его теплообмену с высокотемпературными газами сгоревшего топлива.