СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ТОПЛИВА
METHOD AND DEVICE FOR FUEL TREATMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу облагораживания топлива и устройству для облагораживания углеводородного жидкого топлива с получением легко и полностью сгораемого топлива перед подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по подающему топливопроводу.
Предпосылки создания изобретения
Жидкое топливо, хранящееся в бензобаке, подается в двигатель внутреннего сгорания по подающему топливопроводу с помощью насоса. Топливо смешивается с воздухом, и воздушно-топливная смесь подается в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Топливо сгорает в результате самовоспламенения в случае дизельного двигателя и при зажигании в случае бензинового двигателя. Углеводородное жидкое топливо (нефтепродукты), как правило, находится в состоянии макромолекул, которые включают в себя массивные кластеры объединенных молекул топлива, каждый кластер объединяет несколько или больше молекул. Когда воздушно-топливная смесь сгорает в цилиндре, внешняя часть кластера горит хорошо, а внутренняя часть горит хуже и карбонизируется. По этой причине трудно добиться высокой эффективности сгорания, что, в частности, негативно влияет на расход топлива.
x
Бензин или дизельное топливо содержит загрязняющие вещества, отличные от молекул топлива, такие как сера и ароматические углеводородные соединения. Считается, что молекулы подобных загрязняющих веществ соединяются с молекулами топлива с образованием упомянутого кластера. Эти загрязняющие вещества плохо горят. В результате наблюдается неполное сгорание и образование сажи, которая может налипать на цилиндры и тем самым сократить срок службы двигателя внутреннего сгорания. Сажа выбрасывается с выхлопными газами, содержащими черный дым несгоревшего газа (NO и твердые частицы), и загрязняет воздух.
Известно, что жидкое топливо можно облагородить дальним инфракрасным (ИК) излучением (дальней инфракрасной области спектра). При облучении кластеры в топливе разрушаются, так что топливо преобразуется до микромолекулярного состояния, в котором молекулы разделены в результате разрушения кластеров. Облагороженное топливо более эффективно сгорает. В нижеприведенной ссылке [1], относящейся к уровню техники, описано устройство, подключенное к подающему топливопроводу, между бензобаком и двигателем внутреннего сгорания. Когда жидкое топливо течет по каналу устройства, керамические порошковые материалы, предусмотренные на устройстве, излучают дальние ИК-лучи на жидкое топливо. Облагороженное топливо, в котором разрушены кластеры, более легко соединяется с кислородом. Соответственно, облагороженное топливо теоретически делает возможным более эффективное сгорание в двигателе внутреннего сгорания, улучшает показатель расхода топлива и снижает выбросы загрязнений воздуха.
Ссылка [1] уровня техники: публикация японского патента A No.2001-165007.
Сущность изобретения
Можно предположить, что устройство для облагораживания топлива упомянутого уровня техники улучшает расход топлива, однако степень снижения расхода топлива на практике довольно невелика. Считается, что причинами низкой степени снижения расхода топлива в упомянутом устройстве облагораживания топлива могут быть нижеследующие:
(1) дальних ИК-лучей, генерируемых керамикой при нормальной температуре, ввиду их малого количества недостаточно для облагораживания топлива;
(2) дальние ИК-лучи излучаются неэффективно для обеспечения однородности топлива;
(3) мельчайшие пузырьки воздуха, содержащиеся в топливе, не разукрупняются;
(4) даже если кластеры, содержащиеся в топливе, разрушаются под действием дальнего ИК-излучения, состояние микромолекул нестабильно, так как однажды разрушенные молекулы будут вновь соединяться с образованием кластеров после выхода топлива из устройства.
В соответствии с настоящим изобретением генерирование дальних ИК-лучей возрастает при нагреве керамики. Поэтому желательно нагреть керамику до заданной температуры. Одновременно с облучением дальними ИК-лучами жидкого топлива нагрев самого топлива будет стимулировать разрушение кластеров. Однако простого нагрева недостаточно. Было установлено определенное соотношение между температурой нагреваемого топлива и стимулированием разрушения кластеров дальним ИК-излучением. Поэтому важно определить эффективный диапазон температур нагрева.
При увеличении частоты вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания возрастает расход жидкого топлива, протекающего по топливопроводу, и скорость потока. В результате уменьшается время, необходимое для облучения потока топлива дальним ИК-излучением. В этой связи, в соответствии с настоящим изобретением, важно регулировать периферическую температуру жидкого топлива в соответствии с частотой вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания.
Для выполнения как эффективного нагрева жидкого топлива, так и эффективного облучения дальними ИК-лучами внутри ограниченного канала предпочтительно создание множественных потоков жидкого топлива с последующим их смешением. Тем самым дальнее ИК-излучение облучает весь поток жидкого топлива внутри канала. В то же время разукрупняются мельчайшие пузырьки воздуха, содержащиеся в жидком топливе.
Предпочтительно чтобы облучение дальним ИК-излучением, нагрев жидкого топлива и регулирование топливных потоков проводились одновременно, при этом облагораживание топлива происходит с использованием синергетического эффекта.
Предпочтительно создать канал жидкого топлива с помощью трубчатого средства из электропроводного материала и заземлить это трубчатое средство. Таким образом, после разрушения кластеров до отдельных молекул с помощью облучения дальним ИК-излучением можно предотвратить обратное соединение молекул с образованием кластеров.
Предлагаемое решение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству облагораживания топлива для снижения расхода топлива в двигателе внутреннего сгорания.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ облагораживания топлива и устройство, которое обеспечивает значительную степень снижения расхода топлива.
Настоящее изобретение (п.1) относится к способу облагораживания углеводородного жидкого топлива с получением легко и полностью сгораемого топлива до его подачи в двигатель внутреннего сгорания по подающему топливопроводу. Способ включает: шаг подачи жидкого топлива по каналу, образованному трубчатым средством, подключенным между входом и выходом подающего топливопровода, заполнение упомянутого канала жидким топливом и подача в осевом направлении упомянутого канала, шаг нагрева всей периферии упомянутого трубчатого средства из его внешнего контура, шаг облучения дальним ИК-излучением для облучения дальними ИК-лучами жидкого топлива из всей периферии упомянутого канала и шаг образования потоков для создания множества потоков жидкого топлива в упомянутом канале, так что эти потоки протекают в разных направлениях и наклонены вокруг оси упомянутого канала, тем самым потоки жидкого топлива смешиваются между центральной и периферической областями упомянутого канала.
В соответствии с настоящим изобретением температуру жидкого топлива, протекающего в канале, повышают нагревом всей периферии канала, и кластеры в топливе разрушаются при облучении достаточным количеством дальних ИК-лучей, которые излучаются из средства генерирования дальнего ИК-излучения, включающего, например, керамику. Упомянутые шаг облучения дальним ИК-излучением и шаг образования потоков проводят одновременно. Нагрев и облучение выполняют равномерно в отношении всего жидкого топлива в ходе процесса смешения множества топливных потоков между центральной и периферической областями канала, так что кластеры во всем топливе разрушаются с улучшением сгорания топлива.
Шаг нагрева выполняют с помощью облучения дальним ИК-излучением трубчатого средства из внешнего контура, окружающего трубчатое средство. Шаг облучения дальним ИК-излучением выполняют путем проникания дальних ИК- лучей сквозь трубчатое средство в канал (п.2).
Средство генерирования дальнего ИК-излучения может включать в себя два генератора. В этом случае первый генератор генерирует дальнее ИК-излучение при внешней периферической области, окружающей всю периферию трубчатого средства, и облучает дальними ИК-лучами трубчатое средство. Второй генератор генерирует дальнее ИК-излучение при всей внутренней периферической поверхности трубчатого средства и излучает дальние ИК-лучи вовнутрь трубчатого средства (п.3).
В соответствии с настоящим изобретением температура вокруг трубчатого средства имеет большое значение для выполнения эффективного разрушения кластеров, содержащихся в жидком топливе. В соответствии с некоторыми экспериментами, представленными в настоящем изобретении, были подтверждены превосходные результаты по облагораживанию топлива при поддержании температуры вокруг канала при 50-60°С, однако такие же высокие результаты не были получены при другой температуре. Поэтому предпочтительно, чтобы упомянутый шаг нагрева выполняли при поддержании температуры вокруг канала при 50-60°С (п.4).
Для увеличения частоты вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания необходимо увеличить расход жидкого топлива. В результате увеличивается скорость потока топлива и уменьшается время облучения и нагрева жидкого топлива внутри канала. Однако, в соответствии с результатами экспериментов, не удалось найти сбалансированное соотношение между температурой вокруг канала и частотой вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания с целью снижения расхода топлива.
Как уже упоминалось, превосходные результаты по снижению расхода топлива были подтверждены поддержанием температуры вокруг канала при 50°С, когда частота вращения вала двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу составляла 500 об/мин.
С другой стороны, когда частота вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания составляла 1000, 1200 или 1500 об/мин, превосходные результаты по снижению расхода топлива были показаны при поддержании температуры вокруг канала на уровне 50°С или 60°С, однако этот результат резко снизился, когда температуру поддерживали на уровне 55°С.
Напротив, когда частота вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания была 1800 об/мин, превосходные результаты по снижению расхода топлива были показаны при поддержании температуры вокруг канала на уровне 55°С, но результат снизился при поддержании температуры при 50°С или 60°С.
Кроме того, когда частота вращения вала двигателя внутреннего сгорания была максимум 2000 об/мин, превосходные результаты по снижению расхода топлива были показаны при поддержании температуры вокруг канала на уровне 50°С, но результат снизился, когда температуру поддерживали на уровне 55°С или 60°С.
Поэтому предпочтительно регулировать температуру вокруг канала в диапазоне 50-60°С в соответствии с частотой вращения вала двигателя внутреннего сгорания (п.5).
В частности, предпочтительно следующее регулирование температуры.
Когда частота вращения вала двигателя внутреннего сгорания составляет 500 об/мин, температуру вокруг канала регулируют для поддержания в диапазоне от 50 до 60°С. Когда частота вращения составляет 1000, 1200 или 1500 об/мин, температуру вокруг канала регулируют для поддержания на уровне 50°С или 60°С (то есть за исключением 55°С). Когда частота вращения составляет 1800 об/мин, температуру вокруг канала регулируют для поддержания на уровне 55°С (то есть за исключением 50 и 60°С). Когда частота вращения составляет 2000 об/мин, температуру вокруг канала регулируют для поддержания на уровне 50°С (то есть за исключением 55 и 60°С).
Множественные потоки, созданные на упомянутом шаге образования потоков, соударяются внутри канала (п.6). Предпочтительно, чтобы эти множественные потоки образовывали спиралевидные потоки, которые имеют разные направления вокруг оси канала и/или разные диаметры спирали (п.7). В результате мельчайшие пузырьки воздуха, находящиеся в жидком топливе, разукрупняются и равномерно рассеиваются в топливе, так что топливо облагораживается в отношении более полного сгорания. Так как жидкое топливо перемешивается в результате соударения потоков, нагревается и облучается дальним ИК-излучением весь объем топлива внутри канала.
Канал образует верхнюю по направлению потока камеру и нижнюю по направлению потока камеру. Упомянутый шаг образования потоков проводят таким образом, что жидкое топливо накапливает гидродинамическое давление в указанной верхней по направлению потока камере, затем жидкое топливо преобразуется в множественные потоки, поступая в нижнюю по направлению потока камеру из верхней по направлению потока камеры, и эти множественные потоки перемешиваются в нижней по направлению потока камере (п.8). При увеличении расхода жидкого топлива и скорости потока для увеличения частоты вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания соответственно увеличивается эффект перемешивания топлива.
Настоящее изобретение (п.9) также относится к устройству облагораживания топлива для облагораживания углеводородного жидкого топлива до легко и полностью сгораемого топлива до его подачи в двигатель внутреннего сгорания по подающему топливопроводу. Устройство включает в себя: трубчатое средство, обеспечивающее канал между входом и выходом подающего топливопровода, по которому протекает жидкое топливо в осевом направлении этого канала, цилиндрическое средство (элемент), окружающее всю периферию упомянутого трубчатого средства с заданным зазором, образованным вокруг внешнего контура упомянутого трубчатого средства, и средство облучения дальним ИК-излучением для облучения дальними ИК-лучами внутренней поверхности упомянутого канала, в котором упомянутый цилиндрический элемент снабжен цилиндрическим средством генерирования дальнего ИК-излучения и нагревателем для нагрева упомянутого средства генерирования дальнего ИК-излучения, так что упомянутое трубчатое средство нагревается дальним ИК-излучением от средства генерирования дальнего ИК-излучения через упомянутый зазор, и в котором упомянутый канал снабжен средством образования потоков для образования жидким топливом множества потоков, протекающих в разных направлениях наклонно вокруг оси упомянутого канала, так что потоки жидкого топлива перемешиваются между центральной и периферической областями этого канала, тем самым средство облучения дальним ИК-излучением испускает дальние ИК-лучи в направлении жидкого топлива в ходе перемешивания множества потоков в нагреваемом трубчатом средстве.
Это трубчатое средство включает в себя металлический трубный элемент, который обеспечивает проникание дальних ИК-лучей и обеспечивает его внешнюю периферическую поверхность абсорбирующим слоем для поглощения дальних ИК-лучей. Средство дальнего ИК- излучения включает средство генерирования дальнего ИК-излучения, которое образовано цилиндрическим керамическим слоем, предусмотренным на данном цилиндрическом средстве. Упомянутый трубный элемент нагревают таким образом, что указанный абсорбирующий слой поглощает дальние ИК-лучи, испускаемые из средства генерирования дальнего ИК-излучения на трубный элемент через упомянутый зазор. Дальние ИК-лучи проникают через трубный элемент и облучают жидкое топливо в канале (п.10).
Известно, что способность к поглощению дальних ИК-лучей неизолированной поверхностью металла, как правило, составляет менее 15%, она улучшается на 15% и более при обработке поверхности, такой как нанесение краски, и улучшается на 40% и более при покрытии поверхности черной краской. Дальние ИК-лучи, излучаемые из упомянутого средства генерирования дальнего ИК-излучения, предусмотренного на упомянутом цилиндрическом средстве, поглощаются соответствующим образом абсорбирующим слоем на трубчатом средстве, так что трубчатое средство нагревается теплопередачей от излучения. Некоторые из поглощенных дальних ИК-лучей проникают сквозь трубчатое средство и проходят в канал.
Средство дальнего ИК-излучения может включать два средства. В этом случае первое средство облучения дальним ИК-излучением представляет собой упомянутое выше средство генерирования дальнего ИК-излучения, предусмотренное на упомянутом цилиндрическом средстве, а второе средство облучения дальним ИК-излучением представляет другое средство генерирования дальнего ИК-излучения, предусмотренное на внутренней периферической поверхности упомянутого трубчатого средства (п.11).
Предпочтительно предусмотреть измерительное средство для измерения частоты вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания и средство регулирования для регулирования упомянутого нагревателя в соответствии с частотой вращения, измеренной измерительным средством, посредством чего регулируют внешний контур канала для поддержания его температуры в диапазоне 50-60°С (п.12).
-
-
Упомянутое трубчатое средство образовано электропроводным трубным элементом и заземлено (п.13). В соответствии с результатами экспериментов, представленных в настоящем изобретении, без заземления эффект снижения расхода топлива резко снижается. Известно, что кластеры, содержащиеся в жидком топливе, разрушаются до отдельных молекул под влиянием облучения дальним ИК-излучением, но разделенные молекулы соединяются снова с образованием кластеров, когда жидкое топливо не находится под воздействием облучения дальним ИК-излучением. Считают, что восстановление кластеров предотвращает заземление трубного элемента таким образом, что электрон е, образовавшийся при разрушении кластеров, извлекается из трубного элемента, альтернативно, электрон е, необходимый для разрушения кластеров, поглощается трубным элементом извне, и молекулы поддерживаются в стабильном разделенном состоянии.
Упомянутое средство образования потоков предназначено для образования множества потоков и обеспечения соударений потоков в канале (п.14). Тем самым жидкое топливо перемешивается, и потоки жидкого топлива смешиваются между центральной и периферической областями канала.
Упомянутое средство образования потоков включает множество отверстий, образованных сквозь перегородку, предусмотренную в упомянутом канале, причем соответствующие оси упомянутых отверстий имеют разные направления в отношении друг друга и наклонены вокруг оси упомянутого канала, посредством чего образуется множество потоков при прохождении жидкого топлива через отверстия, и эти множественные потоки протекают в разных направлениях в отношении друг друга (п.15). Таким образом, множественные потоки жидкого топлива соударяются в нижней по направлению потока области и затем жидкое топливо соответствующим образом перемешивается.
Предпочтительно обеспечить полость канала, включающую пару камер, разделенных упомянутой перегородкой для образования верхней по направлению потока камеры и нижней по направлению потока камеры, посредством чего жидкое топливо аккумулирует гидродинамическое давление в верхней по направлению потока камере и проходит через указанные отверстия для преобразования во множество потоков, которые смешиваются в нижней по направлению потока камере (п.16). Скорость течения жидкого топлива становится медленнее в канале, чем в подающем топливопроводе, так как внутренний диаметр канала больше, чем внутренний диаметр подающего топливопровода. Аккумулированное гидродинамическое давление в верхней по направлению потока камере способствует росту скорости течения множественных потоков при прохождении через отверстия, и эти потоки соответственно смешиваются в нижней по направлению потока камере.
Предпочтительно обеспечить несколько полостей канала на верхней по направлению потока (входной) стороне потока и нижней по направлению потока (выходной) стороне потока, между полостями предусмотрена регулирующая пластина, сквозь которую выполнено корректирующее отверстие (п.17). Множественные потоки жидкого топлива, протекающие в полосте канала по верхней по направлению потока стороне (то есть нижняя по направлению потока камера этой полости), могут регулироваться при прохождении через корректирующее отверстие, так что эти потоки могут течь вдоль направления оси канала и заполнять полость канала в нижней по направлению потока стороне (то есть верхняя по направлению потока камера этой полости).
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показано предлагаемое в настоящем изобретении устройство облагораживания топлива, которое подключено к подающему топливопроводу двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.2 показан вид в перспективе варианта предлагаемого в настоящем изобретении устройства облагораживания топлива с частичным разрезом;
на фиг.3 показан продольный вид в разрезе варианта предлагаемого в настоящем изобретении устройства облагораживания топлива;
на фиг.4 показан вид в перспективе предлагаемого в настоящем изобретении устройства облагораживания топлива с разрезом для иллюстрации главной части;
на фиг.5 показан вид спереди перегородки с отверстиями;
на фиг.6 показана таблица, в которой представлены результаты эксперимента 1 в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.7 показана линейная диаграмма, показывающая результаты эксперимента 1;
на фиг.8 показана таблица, в которой представлены результаты эксперимента 2 в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.9 показана линейная диаграмма, показывающая результаты эксперимента 2;
на фиг.10 показана таблица, в которой представлены результаты эксперимента 3 в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.11 показана линейная диаграмма, показывающая результаты эксперимента 3;
на фиг.12 показан продольный вид в разрезе другого варианта предлагаемого в настоящем изобретении устройства облагораживания топлива.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Предпочтительные варианты настоящего изобретения подробно описаны со ссылкой на чертежи.
Как показано на фиг.1, двигатель 1 внутреннего сгорания, представленный морским дизельным двигателем, и топливный бак 3 с углеводородным жидким топливом 2 (нефтепродукты) соединены подающим топливопроводом 4 и обратным топливопроводом 5. На подающем топливопроводе 4 предусмотрен насос 6, и жидкое топливо 2 из топливного бака 3 подается в двигатель 1 внутреннего сгорания. У двигателя 1 внутреннего сгорания регулируется впрыск топлива регулятором 1a, a избыток топлива возвращается в обратный топливопровод 5. В этом примере жидким топливом является дизельное топливо, относящееся к категории "тяжелые фракции нефти А", согласно японской классификации.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство 7 облагораживания топлива в упомянутом подающем топливопроводе 4 с верхней по направлению потока (входной) стороны от насоса 6, подключенное между линией 4а входящего потока и линией 4b выходящего потока подающего топливопровода. Устройство 7 снабжено каналом 8, в котором течет жидкое топливо 2 в состоянии полного заполнения. В примере, показанном на фиг.1, устройство 7 облагораживания топлива обеспечивает два параллельных канала 8, 8, однако одного может быть также достаточно; допустимы три и более каналов.
Как показано на фиг.2-4, устройство 7 облагораживания топлива имеет корпус 9, образованный электропроводными металлическими пластинами, например, из нержавеющей стали, в котором размещены трубный элемент 10 и цилиндрический элемент 11.
Как показано в этом варианте, трубный элемент 10 образован железной трубкой, имеющей внутренний диаметр D1 около 85 мм, полную продольную длину L1 около 400 мм и толщину около 2 мм. Таким образом, трубный элемент 10 является электропроводным и обеспечивает проникание дальних ИК-лучей.
Цилиндрический элемент 11 включает металлический нагреватель 11а, изготовленный из материала, характеризующегося электрическим сопротивлением, такого как хромоникелевый сплав, и имеет внутренний диаметр D2 около 145 мм. Цилиндрический элемент 11 расположен концентрически вокруг упомянутого трубного элемента 10 с зазором 13 и расстоянием S около 30 мм между трубным элементом 10 и цилиндрическим элементом 11. Цилиндрический элемент 11 разделен на пару сегментов с формой полукруга в поперечном сечении. Сегменты при соединении образуют цилиндрический элемент 11 с получением цилиндрической конфигурации.
При концентрическом расположении трубного элемента 10 и цилиндрического элемента 11 оба конца элементов 10, 11 соединены фланцевыми элементами 12а, 12b, соответственно, которые прочно крепятся торцевыми пластинами 9а, 9b корпуса 9. Фланцевые элементы 12а, 12b соединены прямо или косвенно, соответственно, с линией 4а входящего потока и линией 4b выходящего потока подающего топливопровода. Таким образом, трубный элемент 10 образует канал 8, в котором течет жидкое топливо 2 в состоянии полного заполнения в осевом направлении от входа к выходу. Как видно на чертежах, внутренний диаметр канала 8 определяется внутренним диаметром D1 (около 85 мм, как показано в примере) трубного элемента 10, который в 1,5-2,5 раза больше (примерно в 2 раза больше, как показано в примере) внутреннего диаметра (около 40 мм, как показано в примере) подающих топливопроводов 4а, 4b.
Цилиндрический элемент 11, включающий упомянутый нагреватель 11a, обеспечивает средство 14 генерирования дальнего ИК-излучения керамическим слоем, который образуется посредством термического напыления на всей внутренней периферической поверхности (с внутренней стороны) цилиндрического элемента 11. Средство 15 регулирования электропитания подключено к нагревателю 11a.
Снаружи корпуса 9 предусмотрен электрический кабель 16. Переменный ток, подаваемый кабелем 16, преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя 17, имеющего плавкий предохранитель, и постоянный ток подается в средство 15 регулирования электропитания. В средстве 15 регулирования электропитания, которое функционирует вне корпуса 9, предусмотрено средство 18 регулирования температуры для установки температуры. Вне корпуса 9 предусмотрены также переключатель 19 электроэнергии и индикатор питания 20. Индикатор 20 показывает позиции "вкл/выкл" электропитания.
Когда переключатель 19 электроэнергии повернут в позицию "вкл", нагреватель 1la генерирует тепло с помощью электрического тока, подаваемого средством 15 регулирования электропитания, и нагревает средство 14 генерирования дальнего ИК-излучения так, что генерируется поток множества дальних ИК-лучей, излучаемый в направлении трубного элемента 10. Трубный элемент 10 нагревается тепловым излучением дальних ИК-лучей через зазор 13, в то время как зазор 13 нагревается нагревателем 11а. Если ширина S зазора 13 составляет 24 мм или менее, средство 14 генерирования дальнего ИК-излучения и трубный элемент 10 будут слишком близки и трубный элемент 10 не получит достаточного теплового излучения от дальних ИК-лучей. С другой стороны, если ширина S составляет 36 мм или более, дальние ИК- лучи не будут проникать в трубный элемент 10. Соответственно, предпочтительно иметь ширину S зазора в пределах диапазона 25-36 мм.
Датчик 21 температуры, включающий термопару, предусмотрен в базисной точке Р внутри цилиндрического элемента 11, температурный сигнал датчика подается в средство 15 регулирования электропитания. Средство 15 регулирования электропитания контролирует температурный сигнал, передаваемый датчиком 21, с интервалом в несколько секунд, например с интервалом в 2 секунды, и регулирует подачу электропитания в нагреватель 11а так, что точка Р поддерживается на заданном уровне температуры в диапазоне 50-60°С.
Как показано на фиг.1, между двигателем внутреннего сгорания 1 и устройством 7 облагораживания топлива предусмотрены измерительный прибор 22 и контроллер 23. Измерительный прибор 22 измеряет частоту вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания 1, и контроллер 23 регулирует средство 15 регулирования электропитания в ответ на сигнал измерительного прибора 22. Таким образом, температуру в точке Р регулируют в диапазоне 50-60°С в соответствии с частотой вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания 1. Контроллер 23 хранит эксплуатационные показатели двигателя внутреннего сгорания 1 и управляет средством 15 регулирования электропитания для поддержания точки Р при наиболее подходящей температуре в диапазоне 50-60°С. Наиболее подходящая температура определяется на основе эксплуатационных показателей для достижения наилучшей степени снижения расхода топлива в соответствии с частотой вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания.
На всей наружной периферический поверхности (с наружной стороны) трубного элемента 10, включающего канал 8, предусмотрен абсорбирующий слой 24 для поглощения дальних ИК-лучей. Абсорбирующий слой 24 образован покрытием поверхности термостойкой черной краской. Известно, что способность поглощения дальних ИК-лучей непокрытой поверхностью металла, как правило, составляет менее 15%, она улучшается до 15% или более, например, путем обработки поверхности краской, и до 40% или более при покрытии поверхности черной краской. При покрытии трубного элемента 10 черной краской дальние ИК-лучи, излучаемые средством 14 генерирования дальнего ИК-излучения цилиндрического элемента 11, почти не отражаются на поверхности трубного элемента 10, однако дальние ИК-лучи поглощаются соответствующим образом абсорбирующим слоем 24 и нагревают трубный элемент 10 тепловым излучением. Так как трубный элемент 10 имеет толщину 2 мм или менее для обеспечения проникания дальних ИК-лучей, дальние ИК-лучи, поглощенные упомянутым абсорбирующим слоем 24, проникают в трубный элемент 10 и продвигаются в канал 8.
Корпус 9 имеет термоизоляцию (не показана) на внутренней поверхности для предотвращения потерь тепла из нагревателя 1la во внешнее пространство корпуса 9. Трубный элемент 10 и корпус 9 из электропроводного металла электрически связаны друг с другом, причем корпус имеет внешнее заземление. Таким образом, жидкое топливо, проходящее по каналу 8, заземлено.
Канал 8 имеет полость 28, включающую пару камер, разделенных перегородкой 25 из металлической пластины, например железа, посредством чего образуются верхняя по направлению потока камера 26 и нижняя по направлению потока камера 27. Несколько полостей канала 28, 28 (пара из первой полости 28а и второй полости 28b в иллюстрированном примере) располагаются на верхней по направлению потока стороне и на нижней по направлению потока стороне и между камерой 27 первой полости 28а и камерой 26 второй полости 28b предусмотрена регулирующая пластина 29 из металла, например, железа.
Через перегородку 25 проделано большое число отверстий 30 с внутренним диаметром около 5-10 мм. Оси отверстий 30 наклонены относительно оси канала 8 и имеют различные направления. Как видно из иллюстрированного примера на фиг.5, перегородка 25 включает первую область R1 на правой стороне и вторую область R2 на левой стороне, образующиеся при разделении перегородки пополам центральной линией С по ее диаметру. Соответствующие оси отверстий 30а и 30b, образованных в первой и второй областях, наклонены во взаимно отличающихся направлениях.
Отверстия 30а, образованные в первой области R1, наклонены под углом к направлению по часовой стрелке сверху вниз вокруг оси канала 8. Напротив, отверстия 30b, образованные во второй области R2, наклонены под углом к направлению против часовой стрелки.
Жидкое топливо, протекающее по каналу 8, аккумулирует гидродинамическое давление в верхней по направлению потока камере 26 и проходит через отверстия 30. В нижней по направлению потока камере 27 спиралевидные потоки F1, генерируемые отверстиями 30а, протекают в направлении по часовой стрелке, спиралевидные потоки F2, генерируемые отверстиями 30b, протекают в направлении против часовой стрелки. Спиралевидные потоки F1 и F2 соударяются в нижней по направлению потока камере 27.
Через центральную часть регулирующей пластины 29 выполнено корректирующее (выпрямляющее) отверстие 31 с внутренним диаметром около 20-40 мм. Соответственно, множественные потоки F1 и F2, протекающие в камере 27 первой полости 28а канала, расположенной с верхней по направлению потока стороны, выпрямляются при прохождении через корректирующее отверстие 31, таким образом, чтобы течь вдоль осевого направления канала 8 и затем заполняют камеру 26 второй полости 28b канала, расположенной с нижней по направлению потока стороны. Жидкое топливо, которое течет через вторую полость 28b канала, снова преобразуется в спиралевидные потоки F1 и F2 при прохождении через отверстия 30, и эти потоки соударяются в нижней по направлению потока камере 27 таким же образом, как упоминалось выше, вокруг первой полости 28а канала.
При прохождении жидкого топлива по каналу 8 точка Р поддерживается при наиболее подходящей температуре в диапазоне 50-60°С с помощью регулирования нагревателя 1la, и дальние ИК-лучи, генерируемые средством 14 генерирования дальнего ИК-излучения, облучают трубный элемент 10 через зазор 13. Дальние ИК-лучи поглощаются абсорбирующим слоем 24 на трубном элементе 10 таким образом, что дальние ИК-лучи нагревают трубный элемент 10 и некоторые из них проникают в трубный элемент 10, продвигаясь в канал 8. Соответственно, жидкое топливо умеренно нагревается, и кластеры топливных молекул разрушаются под действием дальнего ИК-излучения.
-
-
Так как трубный элемент 10 заземлен, электрон е, который может генерироваться при разрушении кластера из топливных молекул под действием облучения дальней ИК-областью спектра, извлекается из трубного элемента. Альтернативно, электрон е может браться из внешней среды. В результате молекулы поддерживаются в стабильном разделенном состоянии.
При вышеупомянутом нагреве и облучении дальним ИК-излучением жидкое топливо аккумулирует гидродинамическое давление в верхней по направлению потока камере 26 полости 28 канала и продвигается в нижнюю по направлению потока камеру 27, проходя через отверстия 30, образуя множественные потоки F1, F2, которые протекают во взаимно отличающихся направлениях и наклонены вокруг оси канала 8. Множественные потоки F1, F2 соударяются в нижней по направлению потока стороне камеры 27, так что потоки, протекающие в центральной области и в периферической области, смешиваются друг с другом. Подобный процесс повторяется во множестве полостей канала, например в первой полости 28а канала и во второй полости 28b канала. В результате нагрев и облучение дальним ИК-излучением всего жидкого топлива выполняются равномерно. Когда множественные потоки F1, F2 соударяются, пузырьки воздуха, содержащиеся в жидком топливе, разукрупняются и однородно рассеиваются во всем жидком топливе.
Когда дроссельная заслонка открыта в большей степени для увеличения частоты вращения (об/мин) вала двигателя внутреннего сгорания, в подающем топливопроводе 4 возрастают расход жидкого топлива и скорость потока жидкого топлива. Если жидкое топливо течет по каналу 8 по линейному закону, время нагрева и облучения дальним ИК-излучением жидкого топлива в устройстве облагораживания топлива сокращается. В этой связи, согласно настоящему изобретению, внутренний диаметр канала 8 делают намного большим, чем внутренний диаметр подающего топливопровода 4, и полости 28а, 28b канала снабжают камерами 26, 27, которые разделены перегородкой 25, имеющей отверстия 30, как упомянуто выше. Поэтому, когда расход протекающего жидкого топлива возрастает, гидродинамическое давление в верхней по направлению потока камере 26 увеличивается, и спиралевидные потоки F1 и F2, генерируемые при прохождении через отверстия 30а, 30b, становятся турбулентными и соударяются, перемешиваясь, что обеспечивает надлежащие нагрев и облучение жидкого топлива дальним ИК-излучением.
Проведены сравнительные эксперименты по определению расхода топлива в отношении предлагаемого в настоящем изобретении устройства облагораживания топлива, смонтированного в морском дизельном двигателе на рыболовецком судне. Ниже представлены результаты этих экспериментов.
В ходе проведения экспериментов были установлены два одинаковых морских дизельных двигателя, соответственно, на правом и левом борту рыболовецкого судна. Устройство облагораживания топлива, в соответствии с настоящим изобретением, было подключено к подающему топливопроводу одного двигателя, но не было подключено к подающему топливопроводу другого двигателя. Был измерен расход топлива в час и проведено сравнение обоих двигателей при одинаковых заданных значениях частоты вращения вала (об/мин), выбранных из шести уровней 500, 1000, 1200, 1500, 1800 и 2000 об/мин. В качестве жидкого топлива использовали дизельное топливо (тяжелое топливо "А"), которое хранили в одном топливном баке и оттуда подавали в оба двигателя. Расход топлива измеряли вычитанием возвратного количества топлива, измеренного расходомером в позиции "out" (выход), обозначенной на фиг.1, из поданного количества топлива, измеренного расходомером в позиции "in" (выход), также обозначенной на фиг.1, и измеренное значение расхода топлива регистрировали в литрах. Кроме того, расход топлива измеряли при поддержании точки Р в устройстве облагораживания топлива при температуре, выбранной из трех уровней 50°С, 55°С и 60°С в соответствии с вышеупомянутыми шестью уровнями частоты вращения (об/мин) вала двигателя.
Эти эксперименты проводили на трех разных типах морских дизельных двигателей под обозначениями: эксперимент 1, эксперимент 2 и эксперимент 3. Результаты эксперимента 1 показаны на фиг.6 и 7. Результаты эксперимента 2 показаны на фиг.8 и 9. Результаты эксперимента 3 показаны на фиг.10 и 11.
В таблицах, представленных на фиг.6, 8 и 10, "А" обозначает расход топлива двигателем, подключенным к устройству облагораживания топлива, и "В" обозначает расход топлива двигателем, не подключенным к устройству облагораживания топлива настоящего изобретения. Степень снижения расхода топлива от А до В дается в %.
Эксперимент 1
Эксперимент 1, показанный на фиг.6 и 7, провели на морском дизельном двигателе, изготовленном фирмой Komatsu Diesel Ltd, модель "6М125АЗ-3" (максимальная мощность 463,4 кВт или 630 ps (л.с., 2300 об/мин).
На холостом ходу 500 (об/мин), соответствующем частоте вращения при стоянке на якоре во время ловли рыбы, результат показал степень снижения расхода топлива от 8 до 9% или выше в двигателе с устройством облагораживания топлива настоящего изобретения в сравнении с двигателем без устройства облагораживания топлива, даже когда температура в точке Р поддерживалась при любой из температур 50, 55 и 60°С.
При частотах вращения (об/мин) 1000, 1200 и 1500, соответствующих крейсерской скорости, была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива от 15 до 25% при поддержании температуры в точке Р при 50°С или 60°С. Однако, когда температур в точке Р поддерживали при 55°С, все еще был подтвержден эффект снижения расхода топлива, но он падал в сравнении со случаем, когда температура в точке Р поддерживалась при 50°С или 60°С.
Напротив, при частоте вращения 1800 об/мин была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива выше 12% при поддержании точки Р при 55°С, но степень снижения снизилась до 3% или менее, когда точку Р поддерживали при 50 или 60°С.
Кроме того, при частоте вращения 2000 об/мин вблизи максимального значения была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива выше 13% при поддержании точки Р при 50°С, но степень снижения упала до 3% и менее, если точку Р поддерживали при 55°С или 60°С.
Как показано на фиг.7, в случае двигателя, использованного в примере 1, наблюдалось превосходное снижение расхода топлива путем поддержания температуры в точке Р, как указано ниже, в соответствии с частотой вращения вала двигателя.
При частоте вращения вала двигателя 500 об/мин поддержание точки Р при 50°С (50°С является оптимальным уровнем, однако температура 55 или 60°С все еще дает благоприятный результат) обеспечивает превосходный эффект.
При частоте вращения двигателя 1000 об/мин поддержание точки Р при 60°С (60°С является оптимальным уровнем, однако температура 50°С все еще дает благоприятный результат) обеспечивает превосходный эффект.
При частоте вращения 1200 об/мин поддержание точки Р при 50°С (50°С является оптимальным уровнем, однако температура 60°С все еще дает благоприятный результат) обеспечивает превосходные эффект.
При частоте вращения вала двигателя 1500 об/мин поддержание точки Р при 60°С (60°С является оптимальным уровнем, однако температура 50°С все еще дает благоприятный результат) обеспечивает превосходный эффект.
Превосходные результаты достигаются при поддержании точки Р при 55°С при частоте вращения вала двигателя 1800 об/мин и при поддержании точки Р при 50°С при частоте вращения вала двигателя 2000 об/мин.
Поэтому предпочтительно обеспечить контроллер 23 программой, которая анализирует подобные данные, полученные при испытаниях двигателя, и вводит сигнал в средство 15 регулирования электропитания для регулирования нагревателя 11а с целью поддержания оптимальной температуры в точке Р в соответствии с частотой вращения (об/мин) вала двигателя.
Эксперимент 2
Эксперимент 2, показанный на фиг.8 и 9, проводили на морском дизельном двигателе, изготовленном фирмой Komatsu Diesel Ltd, модель "6М125А-3" (максимальная мощность 434 кВт или (590 л.с., 2200 об/мин).
На холостом ходу с частотой вращения вала 500 об/мин, соответствующей якорной стоянке при операции ловли рыбы, результат показал снижение степени расхода топлива выше 10%, когда температуру в точке Р поддерживали при 50°С.
При частотах вращения вала двигателя 1000, 1200 и 1500 об/мин, соответствующих крейсерской скорости, была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива от 15 до 25%, когда температура в точке Р поддерживалась при 50°С или 60°С. Однако, когда температура в точке Р поддерживалась при 55°С, эффект снижения расхода топлива все еще подтверждался, однако он падал в сравнении со случаем, когда температура в точке Р поддерживалась при 50°С или 60°С.
Напротив, при частоте вращения 1800 об/мин была подтверждена степень снижения расхода топлива выше 4% при поддержании точки Р при 55°С, однако степень снижения упала при поддержании точки Р при 50°С или 60°С. Кроме того, при числе оборотов 2000 об/мин вблизи максимального вращения была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива выше 13% при поддержании точки Р при 50°С, однако степень снижения падала, когда точку Р поддерживали при 55°С или 60°С.
Как видно из фиг.9, в случае применения двигателя, использованного в эксперименте 2, достигается превосходное снижение расхода топлива при следующих условиях в связи с температурой в точке Р и частотой вращения вала двигателя.
Наилучший результат получили при поддержании точки Р при 50°С, когда двигатель вращался с частотой 500 об/мин; при поддержании точки Р при 60°С (60°С являются оптимальными, но температура 50°С все еще дает благоприятный результат), когда двигатель вращался с частотой 1000 об/мин; при поддержании точки Р при 50°С (50°С является оптимальным, однако, температура 60°С все еще дает благоприятный результат), когда двигатель вращался с частотой 1200 об/мин; при поддержании точки Р при 60°С (60°С является оптимальными, однако температура 50°С все еще дает благоприятный результат), когда двигатель вращался с частотой 1500 об/мин; при поддержании точки Р при 55°С, когда двигатель вращался с частотой 1800 об/мин; и при поддержании точки Р при 50°С, когда двигатель вращался с частотой 2000 об/мин.
Таким образом, получены те же результаты, как в эксперименте 1.
Поэтому предпочтительно обеспечить контроллер 23 программой, которая анализирует данные, полученные при испытании двигателя, и подает сигнал в средство 15 регулирования электропитания для регулирования нагревателя 11а с целью поддержания точки Р при оптимальной температуре, соответствующей частоте вращения (об/мин) вала двигателя.
Эксперимент 3
Эксперимент 3, показанный на фиг.10 и 11, проводили на морском дизельном двигателе, изготовленном Komatsu Diesel Ltd, модель "6М122АР-1" (максимальная мощность 441 кВт (600 л.с.), 2300 об/мин).
На холостом ходу 500 об/мин, соответствующем частоте вращения при якорной стоянке в ходе операции ловли рыбы, результат показал превосходную степень снижения расхода топлива около 20%, когда температуру в точке Р поддерживали при 50°С. Однако этот эффект упал, когда температуру поддерживали при 55°С или 60°С.
При частотах вращения 1000, 1200 и 1500 об/мин, соответствующих крейсерской скорости, была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива от 15 до 32%, когда температуру в точке Р поддерживали при 50°С или 60°С. Однако, когда точку Р поддерживали при 55°С, эффект снижения расхода топлива все еще подтверждался, но падал в сравнении со случаем, когда температуру в точке Р поддерживали при 50°С или 60°С.
Напротив, при частоте вращения 1800 об/мин подтверждалась степень снижения расхода топлива более 7% при поддержании точки Р при 55°С, но степень снижения падала, если точку Р поддерживали при 50°С или 60°С. Кроме того, при частоте вращения 2000 об/мин вблизи максимального значения была подтверждена превосходная степень снижения расхода топлива выше 12% при поддержании точки Р при 50°С, но степень снижения падала, когда точку Р поддерживали при 55°С или 60°С.
Как показано на фиг.11, в случае двигателя, который использовали в эксперименте 3, наблюдалось превосходное снижение расхода топлива при следующих условиях в связи с температурой в точке Р и частотой вращения вала двигателя.
Наиболее высокий эффект был получен при поддержании точки Р при 50°С при частоте вращения вала двигателя 500 об/мин; при поддержании точки Р при 50°С (50°С является оптимальной температурой, но температура 60°С все еще дает благоприятный результат), когда двигатель вращался с частотой 1000 об/мин; при поддержании точки Р при 60°С (60°С является оптимальной температурой, но температура 50°С все еще дает благоприятный результат), когда двигатель вращался с частотой 1200 об/мин; при поддержании точки Р при 60°С (60°С является оптимальной температурой, но температура 50°С все еще дает благоприятный результат), когда двигатель вращался с частотой 1500 об/мин; при поддержании точки Р при 55°С, когда двигатель вращался с частотой 1800 об/мин и при поддержании точки Р при 50°С, когда двигатель вращался с частотой 2000 об/мин.
Поэтому предпочтительно обеспечить контроллер 23 программой, которая анализирует данные, полученные в ходе испытания двигателя, и подает сигнал в средство регулирования 15 электропитания для регулирования нагревателя 11a с целью поддержания в точке Р оптимальной температуры в соответствии с частотой вращения двигателя (об/мин).
На фиг.12 показан другой вариант устройства облагораживания топлива в соответствии с осуществлением настоящего изобретения. Ниже описаны некоторые отличия от вышеупомянутого варианта.
Цилиндрический элемент 11 изготовлен из керамики и снабжен нагревателем 11b в зазоре 13 между цилиндрическим элементом 11 и трубным элементом 10. Таким образом, цилиндрический элемент 11 включает в себя первое средство 14а генерирования дальнего ИК-излучения, которое излучает дальние ИК-лучи из его внутренней периферической поверхности, когда цилиндрический элемент 11 обогревается нагревателем 11b.
Трубный элемент 10 из железа включает второе средство генерирования дальнего ИК-излучения 14b керамическим слоем, полученным термическим напылением на всю внутреннюю периферическую поверхность трубного элемента 10.
Согласно этому варианту первые дальние ИК-лучи излучаются из первого средства 14а генерирования дальнего ИК-излучения в направлении трубного элемента 10. Первые дальние ИК-лучи нагревают трубный элемент 10, некоторые из лучей проникают через трубный элемент 10 и продвигаются в канал 8. Последующие дальние ИК-лучи излучаются из второго средства 14b генерирования дальнего излучения во внутрь канала 8.
Другие устройства и операции сходны с описанным выше вариантом.