ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к энергетическим установкам, предназначенным для получения горючей газовой смеси из жидкости с последующим сжиганием в двигателе внутреннего сгорания, и может быть использована в автомобильной промышленности.
Известны различные энергетические установки, использующие в качестве источника энергии водород (см. патенты США №№3877450, 1975, №4382189, 1983; а. св. СССР №1359167, 1987). Согласно авторскому свидетельству, установка содержит системы, необходимые для работы двигателя внутреннего сгорания, и электролизер, вырабатывающий кислородно-водородную смесь, которая добавляется в основную горючую смесь двигателя. Для работы электролизера используется ток, вырабатываемый электромагнитным тормозом-замедлителем и преобразователями энергии механических колебаний и вибраций в электрическую энергию, которые размещены на колеблющихся и вибрирующих частях трансмиссии и подвески транспортного средства.
Недостатком такой установки является ограниченность времени использования электролизера для выработки водорода.
Известна энергетическая установка двигателя внутреннего сгорания (см. а. св. СССР №1636574, 1991), включающая последовательно соединенные электролизер, резервуар для электролита, генератор и системы регулирования и поддержания рабочего уровня давления в электролизере. Электролизер заполнен до рабочего уровня электролитом и содержит ряд гальванически и механически последовательно соединенных микрокамер, образованных пластинами-электродами, расположенными вертикально и разделенными герметичными диэлектрическими прокладками. Микрокамеры объединены в группы, которые электрически параллельно связаны. Все микрокамеры и группы сообщаются между собой. В зависимости от требуемого количества водородо-кислородной газовой смеси набирается необходимое количество групп микрокамер в электролизере.
Известное устройство позволяет повысить экономичность двигателя за счет регулированной подачи присадок водорода в топливо в зависимости от нагрузки. Однако устройство имеет сложную конструкцию, что снижает возможность его практического применения.
Известно устройство для присадки водорода в топливо двигателя внутреннего сгорания, которое позволяет получать водород непосредственным разложением воды во время работы двигателя (см. патент РФ №2168649, 2001). Электролизер устройства, где происходит получение водорода прямым разложением воды подключен к блоку управления, который связан с датчиком нагрузки и блоком питания. Блок управления подает необходимую энергию на электролизер в зависимости от нагрузки, обеспечивая получение нужного количества водорода, например, до 10% от массы потребляемого топлива, повышение экономических и экологических показателей двигателя (дизельных) транспортных средств.
Недостатком такой установки является ограниченность времени использования электролизера для выработки водорода.
Описанные выше известные устройства для обеспечения требуемой эффективности разложения рабочего вещества (электролита) на кислород и водород, получения заданного количества объема газов, требуют значительных габаритов электролизера, большого количества электродов, что замедляет процесс получения водорода, снижает производительность энергоустановки, ограничивает возможности применения.
Известны энергетические установки, в которых электролиз происходит при подаче напряжения на пьезоэлемент, установленный определенным образом в электролизере (см. патент РФ №2151311, 2000; патент США №6679155, 2004; заявки Японии №60159632, 1985; 2005225709).
Такова энергетическая установка, взятая за прототип, включающая электрогенератор, связанный по току с электролизером для получения водорода, в котором размещены катод, анод и расположенное между ними рабочее вещество, систему преобразования энергии в электроток (см. заявка РФ №96121241, 1999). Катод выполнен из металла, накопителя водорода, а в электролизер помещен пьезоэлемент, на торцах которого размещены катоды. В качестве рабочего вещества используют твердый электролит, а резонаторы выполнены в виде пакетов, содержащих теплоотводы и изоляторы, примыкающие к анодам. Система преобразования выполнена в виде электронных ключей и блока преобразования тока. Использование пъезоэлемента обеспечивает увеличение выработки водорода, однако применение твердого электролита удорожает энергетическую установку, не обеспечивает повышение производительности энергетической установки наземного транспортного средства.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является возможность эффективного и экономичного получения водородного топлива из воды в энергетических установках транспортных средств.
Технический результат обеспечивается энергетической установкой, содержащей электрогенератор, связанный по току с электролизером для получения водорода, в котором размещены электроды, расположенное между ними рабочее вещество, пьезоэлемент и дополнительный источник электроэнергии для питания электролизера, в которой, согласно предложению, электролизер выполнен в виде двух сообщающихся, заполненных рабочим веществом емкостей, в каждой из которых размещены по меньшей мере одна пара из электрода и пьезоэлемента, при этом все электроды и пьезоэлементы параллельно подсоединены к электрогенератору высокой частоты, электроды дополнительно соединены по току с дополнительным источником постоянной электроэнергии, а в качестве рабочего вещества использована вода, предварительно пропущенная через древесный уголь, помещенный в емкость для воды, соединенную с электролизером.
В качестве дополнительного источника постоянной электроэнергии использован аккумулятор транспортного средства, подключенный к электролизеру через систему регулирования с переключателями и индикатором давления газовой смеси.
Использование пьезоэлементов одновременно с электродами обеспечивает за счет возникающей вибрации при подаче напряжения на них ускорение процесса разложения воды на водород и кислород, увеличивает выработку водорода, повышение производительности энергетической установки даже при малом количестве воды (электролита-рабочего вещества), помещенного в электролизер.
Выполнение электролизера в виде двух сообщающихся сосудов позволяет полностью использовать кислородно-водородную смесь, вырабатываемую в электролизере, обеспечивает быстрое достижение рабочего давления газов, предотвращает загрязнение поверхностей электродов и пьезоэлементов твердыми отложениями. Наличие нескольких пар электродов и пьезоэлементов обеспечивает получение требуемого количества водорода. При этом, величина тока, необходимая для работы одной пары электрод-пьезоэлемент определяет величину тока, потребляемую от источников электропитания. Использование различных источников электропитания - постоянного и переменного тока одновременно без преобразования постоянного тока в переменный, (как в аналогах) позволяет устанавливать минимальное количество пар, гарантирующих образование достаточного количества водородо-кислородной смеси, барботирующей воду в электролизере,
поддерживающей в нем рабочее давление, вырабатывать необходимое количество водорода.
Использование в качестве рабочего вещества воды, предварительно пропущенной через древесный уголь, позволяет обеспечить ее электропроводимость, создание дешевого щелочного электролита непосредственно на транспортном средстве.
Таким образом, заявляемая энергетическая установка обеспечивает увеличенную выработку водорода, ускорение процесса разложения дешевого электролита-воды на водород и кислород, увеличивает объем получаемого водорода в единицу времени при имеющихся на транспортном средстве параметрах электрического тока.
Заявляемая энергетическая установка поясняется чертежом, где схематично представлен ее общий вид.
Энергетическая установка содержит электрогенератор 1, связанный по току с электролизером 2, в котором размещены электроды 3 и пьезоэлементы 4, рабочее вещество 5, дополнительный источник 6 электроэнергии для питания электролизера 2. Электролизер 2 выполнен в виде двух сообщающихся, заполненных, рабочим веществом 5 емкостей. В качестве рабочего вещества 5 использована вода, предварительно пропущенная через древесный уголь, помещенный в емкость 7 для воды, последовательно подключенную к входу в электролизер 2. В каждой из емкостей электролизера 2 параллельно установлены по меньшей мере одна пара из электродов 3 и пьезоэлементов 4. Обе емкости заполнены водой-электролитом до требуемого рабочего уровня электролита, электроды 3 и пьезоэлементы 4 полностью погружены в воду, а электроды 3 выступают над уровнем воды. В каждом из сосудов может быть размещено до десяти и более электродов, спаянных между собой в кольцо или решетку, в зависимости от формы используемого электролизера. Количество пар электрод-пьезоэлемент зависит от величины требуемого в единицу времени количества водорода и определяется допустимой величиной вырабатываемой источниками электроэнергии.
Пьезоэлементы 4 могут быть закреплены ко дну или стенкам электролизера 2, или установлены непосредственно на электродах 3, концентрично, если электроды цилиндрические, или по торцам, если электроды - в виде пластины. Все электроды 3 и пьезоэлементы 4 параллельно подсоединены к электрогенератору 1 высокой частоты. Электроды 3 одновременно подключены к дополнительному источнику 6 постоянной электроэнергии, в качестве которого использован аккумулятор транспортного средства,
подключенный к электролизеру через систему 8 регулирования с переключателями и индикатором давления газовой смеси.
Выходной канал 9 электролизера по водороду соединен с емкостью для хранения водорода, которая в свою очередь соединена с топливной системой двигателя транспортного средства.
При использовании энергетической установки водород для питания двигателя получают независимо от зарядных станций, используя штатные источники электрической энергии - электрогенератор и аккумулятор.
Двигатель с использованием предлагаемой энергетической установки может работать на органическом топливе, на смеси органического топлива с водородом и на водороде. Создание расходных запасов водорода может происходить и во время стоянки и во время движения транспортного средства. Система 8 регулирования обеспечивает в зависимости от используемого топлива (в случае, если водород применяется как присадка к топливу) рабочий процесс, согласуя получаемый от источников электроэнергии ток, в ток с рабочими параметрами электролизера.
Кислород, полученный в электролизере, через выходной канал 10 по кислороду, поступает в атмосферу.
Энергетическая установка работает следующим образом.
В емкость с древесным углем заливают чистую воду, которая приобретает мягкость, щелочные свойства, становится электролитом. Заполняют электролизер до рабочего уровня. На электроды 3 подают постоянный электрический ток, который проходит через щелочную воду, ионизирует ее. Одновременно на электроды подается переменный электрический ток высокой частоты от генератора высокой частоты, за счет чего ускоряется процесс разложения воды на водород и кислород, т.е. увеличивается объем выработанного водорода в единицу времени, при тех же параметрах постоянного электрического тока, подаваемого на электроды. Одновременно подается ток высокой частоты от генератора на пьезоэлементы 4. Процесс разложения воды на водород и кислород ускоряется за счет вибрации пьезоэлементов пропорционально частоте подаваемого тока. Вибрация пьезоэлементов 4 способствует ослаблению связи между молекулами водорода и кислорода, в результате чего резко увеличивается количество вырабатываемого водорода в единицу времени.
Система 8 регулирования обеспечивает преобразование имеющегося тока в ток с рабочими параметрами электролизера, согласует уровень электролита в электролизере с требуемым давлением газовой смеси, корректирует рабочий процесс.