|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Изобретение относится к области техники двигателей внутреннего сгорания и касается способа предварительной подготовки (активации) топлива перед подачей на инжекцию в рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания, включающий насыщение газом жидкого топлива путём абсорбции жидким топливом подаваемого при повышенном давлением газа в герметичной камере абсорбера. Жидкое топливо подают в верхнюю зону камеры абсорбера с распределением его по всей площади горизонтального сечения камеры и обеспечивают его перемещение в нижнюю зону в режиме плёночного течения в направлениях поперечных вертикальной оси (17) абсорбера и в режиме мелкокапельного течения в вертикальном направлении с обеспечением противотока газа перемещаемому в вертикальном направлении жидкому топливу. Целевой насыщенный топливный раствор отводят из нижней зоны. Абсорбер для реализации указанного способа содержит герметичный корпус (1) с внутренней камерой (2), в которой установлены ступени (8) газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади. Каждая ступень (8) содержит пару вогнутых тарелок (9, 10), расположенных друг по отношению к другу вогнутыми сторонами. Топливоприёмное устройство установлено под впускным отверстием (3) для жидкого топлива и содержит приёмную часть (12), связанную с конусообразным распределительным элементом (13), выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленным с опорой на верхнюю тарелку (9) верхней ступени (8). Предложенные способ и абсорбер при минимально возможных габаритах абсорбера обеспечивают максимально высокую степень насыщения жидкого топлива газом. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к области техники двигателей внутреннего сгорания и касается способа предварительной подготовки (активации) топлива перед подачей на инжекцию в рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания, включающий насыщение газом жидкого топлива путём абсорбции жидким топливом подаваемого при повышенном давлением газа в герметичной камере абсорбера. Жидкое топливо подают в верхнюю зону камеры абсорбера с распределением его по всей площади горизонтального сечения камеры и обеспечивают его перемещение в нижнюю зону в режиме плёночного течения в направлениях поперечных вертикальной оси (17) абсорбера и в режиме мелкокапельного течения в вертикальном направлении с обеспечением противотока газа перемещаемому в вертикальном направлении жидкому топливу. Целевой насыщенный топливный раствор отводят из нижней зоны. Абсорбер для реализации указанного способа содержит герметичный корпус (1) с внутренней камерой (2), в которой установлены ступени (8) газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади. Каждая ступень (8) содержит пару вогнутых тарелок (9, 10), расположенных друг по отношению к другу вогнутыми сторонами. Топливоприёмное устройство установлено под впускным отверстием (3) для жидкого топлива и содержит приёмную часть (12), связанную с конусообразным распределительным элементом (13), выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленным с опорой на верхнюю тарелку (9) верхней ступени (8). Предложенные способ и абсорбер при минимально возможных габаритах абсорбера обеспечивают максимально высокую степень насыщения жидкого топлива газом.
Евразийское (21) 201600517 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.10.31
(22) Дата подачи заявки 2016.04.21
(51) Int. Cl.
F02M37/00 (2006.01) F02M 33/00 (2006.01) B01F 3/04 (2006.01)
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНОГО РАСТВОРА ДЛЯ ПОДАЧИ В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И АБСОРБЕР ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА
(96) 2016/EA/0028 (BY) 2016.04.21
(71) Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ГРАНВЬЕ ПРИКЛАДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА" (BY)
(72) Изобретатель:
Гурин Виктор Николаевич (US), Пермяков Сергей Павлович, Васьков Михаил Николаевич, Борисов Глеб Евгеньевич (RU)
(74) Представитель:
Беляева Е.Н. (BY)
(57) Изобретение относится к области техники двигателей внутреннего сгорания и касается способа предварительной подготовки (активации) топлива перед подачей на инжекцию в рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания, включающий насыщение газом жидкого топлива путём абсорбции жидким топливом подаваемого при повышенном давлением газа в герметичной камере абсорбера. Жидкое топливо подают в верхнюю зону камеры абсорбера с распределением его по всей площади горизонтального сечения камеры и обеспечивают его перемещение в нижнюю зону в режиме плёночного течения в направлениях поперечных вертикальной оси (17) абсорбера и в режиме мелкокапельного течения в вертикальном направлении с обеспечением противотока газа перемещаемому в вертикальном направлении жидкому топливу. Целевой насыщенный топливный раствор отводят из нижней зоны. Абсорбер для реализации указанного способа содержит герметичный корпус (1) с внутренней камерой (2), в которой установлены ступени (8) газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади. Каждая ступень (8) содержит пару вогнутых тарелок (9, 10), расположенных друг по отношению к другу вогнутыми сторонами. Топливоприёмное устройство установлено под впускным отверстием (3) для жидкого топлива и содержит приёмную часть (12), связанную с конусообразным распределительным элементом (13), выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленным с опорой на верхнюю тарелку (9) верхней ступени (8). Предложенные способ и абсорбер при минимально возможных габаритах абсорбера обеспечивают максимально высокую степень насыщения жидкого топлива газом.
F02M 25/00, F23K 5/08, F02M 37/00
Способ получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания и абсорбер для реализации способа
Изобретение относится к области техники двигателей внутреннего сгорания и касается способа предварительной подготовки (активации) топлива перед подачей на инжекцию в рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания путём растворения газа в жидком топливе с получением насыщенного топливного раствора. Изобретение относится также к устройству для получения насыщенного топливного раствора -абсорберу.
Применение в двигателях внутреннего сгорания топлива с растворённым газом для подачи к инжекторам на сжигание известно из уровня техники и достаточно подробно описано в различных патентных документах [1-5]. Общим недостатком способов и устройств по указанным патентам является тот факт, что жидкое топливо насыщается газом путём распыления форсунками при высоком давлении на входе форсунок, что требует применять высоконапорные насосы и приводит к высоким энергозатрам, так как давление газа в ёмкости также применяется высокое (до 70-220 бар). Другим, более важным недостаткам способов и устройств по вышеуказанным патентам является то обстоятельство, что в них применяют схему подачи топливного раствора к инжекторам в "тупик", без возвратного потока от инжекторов. Такая схема не может быть применена в дизельных двигателях, так как инжекторы установлены непосредственно в камере сгорания в термонагруженной зоне, поэтому для охлаждения инжекторов и смазки плунжерных насосов высокого давления обязательно требуется повышенный расход топлива.
В дизельных двигателях разработчики обязательно задают расход топлива через инжекторные устройства, в 5-7 раз превышающий расход на инжекцию и сжигание при номинальной эксплуатационной мощности. Поэтому в дизельных и современных
бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания организуют линию возврата избыточного топлива от двигателя в бак.
В технических решениях по названным выше патентам применение возвратной линии в топливный бак не рассмотрено вообще. Но при питании двигателя топливным раствором слив неиспользованного топливного раствора после двигателя в топливный бак недопустимо, так как приведет к интенсивному выделению газа из горячего топливного раствора. Как следствие, переполнение бака вспененным топливом приведет к проливу топлива на дорогу, что категорически запрещено правилами эксплуатации транспортных средств и всех энергетических установок. Кроме того, высокие энергетические затраты для повторного приготовления топливного раствора на полный расход подачи в двигатель являются напрасными. По-видимому, данные решения не проходили необходимой экспериментальной проверки.
В ещё одном патенте [6] рассмотрено техническое решение, касающееся возврата горячего топливного раствора после двигателя в камеру насыщения, где топливо распыляют при повышенном давлении газов, при этом, как утверждают авторы, для повышения растворимости газов свежее топливо перед подачей на насыщение газом нагревают. Таким образом, техническое решение по данному патенту абсолютно нарушает физические законы растворимости газов в жидкостях. В частности, согласно закону Генри концентрация растворённых газов в жидкости: а) прямо пропорциональна парциальному давлению каждого газа в смеси газов и б) обратно пропорциональна температуре жидкой фазы топливного раствора.
Наряду с вышесказанным, в данном патенте также не рассмотрены режимы остановки и пуска двигателя. Из приведенных материалов, очевидно, что остановка двигателя при работе на топливном растворе приведёт к выделению свободного газа из жидкой фазы, и линия подачи топлива к инжекторам, а также к плунжерным насосам высокого давления будет заполнена газовыми пузырями в связи с понижением
давления в линиях подачи топлива, после остановки топливных нососов. Запуск двигателя после остановки и хранения окажется невозможным из-за неработоспособности топливного насоса высокого давления.
Для любого специалиста по дизельным двигателям очевидно, что запуск двигателя и надёжная эксплуатация возможны только при заполнении линии топливоподачи к топливному насосу высокого давления и инжекторам жидкой фазой топлива.
В другом патенте [7] предпринята попытка обеспечить работу двигателя, как на базовом стандартном топливе, так и при подаче топливного раствора. В данном патенте рассмотрена возможность переключения питающих потоков в двигатель и возвратного потока из двигателя через клапан-переключатель в ёмкость насыщения. В ёмкость насыщения также периодически подают свежее топливо с помощью дополнительного насоса высокого давления. Внутри ёмкости свежее топливо распыляется соплами для создания высокоразвитой поверхности обмена жидкость-газ для эффективного растворения газов. Из двигателя поток возвратного горячего топливного раствора возвращают в ёмкость насыщения, тем самым создают высокую температуру топливного раствора в ёмкости. Применяемый для охлаждения горячего возвратного потока топливного раствора воздушный радиатор не является достаточно эффективным, особенно при высокой температуре атмосферного воздуха, например при Т=35±5°С.
Обычно для таких целей применяют крупногабаритные радиаторы с: активным обдувом охлаждаемого воздуха, но разместить на транспортном средстве подобный радиатор для охлаждения возвратного потока топливного раствора не представляется возможным. Тем более невозможно обеспечить эффективное охлаждение с помощью радиатора на стационарных типовых энергоустановках с двигателем внутреннего сгорания.
Таким образом, в патенте [7], как и в патенте [6] рассмотрены режимы растворения газа и содержания топливного раствора внутри ёмкости при высоких температурах, что является препятствием для эффективного растворения газа и, следовательно, не позволяет реализовать потенциал эффективной технологии.
Главным недостатком патента [7] является неработоспособность двигателя при подаче топливного раствора из ёмкости насыщения. В патенте указано, что дополнительный насос высокого давления создаёт повышенное давление в коллекторе. Очевидно, что указанный насос не может повысить давление в коллекторе, в котором установлен предохранительный регулятор давления, т.к. для повышения давления перед инжекторами необходимо создать подпор потоку после насосов-инжекторов на выходе из двигателя. В формуле изобретения (п.1, п.З), в приведенной схеме и, в описании патента [7] указан регулятор давления, установленный на коллекторе. Таким образом, регулятор давления обеспечивает постоянство давления в коллекторе в обоих режимах питания: как на базовом топливе, так и при подаче топливного раствора.
Специалистам-гидравликам хорошо известно, что для повышения давления в любой жидкостной линии необходимо установить два компонента - насос и подпорный клапан (предохранительный регулятор давления), после той точки в линии, где требуется повышенное давления потока. В данном патенте при работе двигателя на топливном растворе, давление в коллекторе не повышается, также как и на входе инжекторов, что создает условия для выделения из топливного раствора свободной газовой фазы из коллектора пузырьками газа. Такая ситуация нарушает дозировку топлива в камеры сгорания и приводит обязательно к детонации - аварийной поломке двигателя.
Наиболее близким к заявляемым способу и абсорберу для получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания являются способ подготовки топлива и соответствующее устройство, описанные в патенте "Способ и аппарат
подготовки жидкого топлива для улучшения сгорания" [8]. В указанном способе также описана технология подготовки топливного раствора путём протекания топлива по насадкам с ячеистыми каналами по всей длине насадка в ёмкости насыщения. Абсорбция газа выполняется в контакте двух фаз, жидкой и газовой на поверхностях ячеистых элементов при высоком давлении газа, 70-220 бар. Конструкция этих элементов представляет собой известную сотовую систему каналов в насадке. Сотовый насадок организован при совместном скручивании гофрированной и плоской пластин. Подобная конструкция со сквозными сотовыми каналами по длине элементов применяется, например, в мет;шгоблоках каталитических конверторов для отходящих газов выхлопных систем ДВС. В рассматриваемом патенте жидкое топливо протекает последовательно по ячейкам-сотам нескольких элементов из верхней зоны ёмкости насыщения в нижнюю, где накапливается и далее выводится из ёмкости для подачи в двигатель. Протекание жидкого топлива выполняется по нескольким насадкам ёмкости насыщения и в результате многократного перемешивания с газом при перетекании между насадками часть газа сорбируется в топливе. Для достижения состояния насыщенного раствора, соответствующего давлению насыщенного раствора, например при 3,5-8 бар, необходимо протекание жидкой фазы через 5-12 последовательно расположенных ячеистых насадок, или для этой цели требуется процесс сорбции при значительно высоком давлении газа. Такой режим медленного насыщения топлива газом обусловлен тем, что основная часть жидкого топлива протекает по ячеистым каналам при сплошном заполнении этих ячеистых каналов жидкостью, без эффективного обменного контакта с газами. Поэтому в рассматриваемом патенте [8] процесс абсорбции выполняется при высоком давлении газа, РабсоРции = 70-220 бар (как указывается в пп. 2, 3 и 7 формулы по патенту). В связи с указанными причинами целесообразно интенсифицировать процесс сорбции, чтобы минимизировать габариты
ёмкости насыщения для возможности встраивания новой системы топливо подготовки на транспортных средствах.
Ёмкость насыщения, по своей сути, представляет собой абсорбер, внутри которого происходит абсорбция воздуха протекающим жидким топливом. В связи с этим в рамках настоящего описания ёмкость насыщения будет упоминаться как "абсорбер".
Таким образом, задачей изобретения является разработка способа получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания и соответствующего абсорбера, которые бы при минимально возможных габаритах абсорбера обеспечивали бы максимально высокую степень насыщения жидкого топлива газом. Абсорбер и способ получения топливного раствора должны обеспечивать возможность получения насыщенного топливного раствора без повышения давления подаваемого в устройство жидкого топлива.
Поставленная задача решается заявляемым способом получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания, включающим насыщение газом жидкого топлива путём абсорбции жидким топливом подаваемого при повышенном давлением газа в герметичной камере абсорбера до получения целевого насыщенного топливного раствора. При этом жидкое топливо подают в верхнюю зону камеры абсорбера, а целевой насыщенный топливный раствор отводят из нижней зоны с дальнейшим направлением в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания. Поставленная задача решается за счёт того, что жидкое топливо подают с распределением его по всей площади горизонтального сечения камеры и обеспечивают его перемещение в нижнюю зону в режиме плёночного течения в направлениях поперечных вертикальной оси абсорбера и в режиме мелкокапельного течения в вертикальном направлении посредством пропускания, по меньшей мере, через одну ступень газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой. При этом газ подают в
зону под тарелками с обеспечением противотока перемещаемому в вертикальном направлении жидкому топливу.
Заявляемый способ обеспечивает эффективный контакт между топливом и газом на всем пути протекания топлива внутри абсорбера (ёмкости насыщения) за счёт обеспечения распределения поверхностей контакта жидкое топливо-газ по максимально возможному объёму камеры абсорбера.
В предпочтительных фермах реализации заявляемого способа дополнительно перед подачей в абсорбер жидкое топливо смешивают с газом в газоструйном смесителе. Это обеспечивает более эффективное распределение жидкого топлива, подаваемого в абсорбер по площади и объёму камеры абсорбера.
Поставленная задача решается также заявляемым абсорбером для получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания описанным выше способом, содержащим герметичный корпус с внутренней камерой, снабжённый впускным отверстием для жидкого топлива, расположенным в верхней зоне корпуса, впускным отверстием для газа, выпускным отверстием для топливного раствора, расположенным в нижней зоне корпуса и выпускным отверстием для газа, расположенным в верхней зоне корпуса, а также установленное в зоне впускного отверстия для жидкого топлива средство распределения жидкого топлива по объёму камеры абсорбера и систему датчиков уровня. Поставленная задача решается за счёт того, что в камере установлена, по меньшей мере, одна ступень газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади газопроницаемых тарелок. При этом каждая ступень содержит пару вогнутых тарелок, расположенных друг по отношению к другу вогнутыми сторонами. Форма и размеры горизонтального сечения каждой тарелки соответствуют форме и размеру горизонтального сечения камеры в месте их установки. Средство распределения жидкого топлива по объёму камеры выполнено в виде топливоприёмного устройства,
установленного под впускным отверстием для жидкого топлива. При этом топливоприёмное устройство выполнено с возможностью распределения поступающего жидкого топлива по всей площади горизонтального сечения камеры и содержит приёмную часть, связанную с конусообразным распределительным элементом, выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленного с опорой на верхнюю тарелку верхней ступени.
В предпочтительных формах реализации заявляемого абсорбера, по меньшей мере, одна ступень газопроницаемых тарелок для обеспечения равномерности распределения жидкого топлива по всей площади горизонтального сечения камеры дополнительно содержит установленную между вогнутыми тарелками плоскую разделительную тарелку, форма и размеры горизонтального сечения которой соответствуют форме и размеру горизонтального сечения камеры в месте её установки.
Также предпочтительными являются формы реализации заявляемого абсорбера, в которых камера в зоне, по меньшей мере, одной ступени газопроницаемых тарелок может быть футерирована газопроницаемым материалом с капиллярной структурой, обеспечивающим режим плёночного течения жидкого топлива по поверхности стенок камеры.
Также предпочтительными являются формы реализации заявляемого абсорбера, в которых в газопроницаемых тарелках с капиллярной структурой дополнительно выполнено множество распределённых сквозных отверстий, что обеспечивает возможность более равномерного поступления подаваемого при повышенном давлении газа во все зоны камеры абсорбера.
В качестве газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади газопроницаемых тарелок могут быть использованы тарельчатые пластины, например, на основе мелкопористых сеток. При
этом газопроницаемы тарелки одной ступени, соединённые в единый блок, выполняют функцию щелевого капилляра-фитиля.
В такой конструкции абсорбера топливо протекает по капилляру-фитилю, в зазоре между пластинами, при минимальной толщине слоя с обеспечением непрерывного контакта с газом на каждом элементарном участке. Предложенный режим насыщения обеспечивает высокоэффективное растворение газов при малом пути протекания топлива. Как показали эксперименты, выполненные на данной конструкции капилляров-фитилей, состояние насыщенного топливного раствора достигается при малом пути потока, как правило, не превышающим 150 мм. При этом состояние насыщенного раствора соответствует давлению газа 8-12 бар. Такая простейшая конструкция щелевого газопроницаемого капилляра-фитиля (по меньшей мере, две вогнутые тарелки, форма и размер которых соответствует форме и размеру горизонтального сечения камеры абсорбера) позволяет значительно уменьшить габариты камеры насыщения и снизить давления газовой среды до давления Ргаза не более 12 бар. Соответственно, давление подачи топлива в абсорбер может быть снижено до Ржт = (1,01... 1,15)*Ргаза.5 что значительно снижает энергозатраты процесса абсорбции и снижает стоимость системы подготовки топлива.
Конструкция средства распределения жидкого топлива по объёму камеры также обеспечивает уменьшение габаритов абсорбера в целом. Использование топливоприёмного устройства, содержащего приёмную тарелку, центральное отверстие которой связано с конусообразным распределительным элементом, выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленного с опорой на верхнюю тарелку верхней ступени, обеспечивает эффективное распределение поступающего в абсорбер через впускное отверстие топлива сначала по поверхности конусообразного распределительного элемента, а затем, принимая во внимание капиллярную структуру распределительного элемента, по всей площади первой
тарелки первой ступени газопроницаемых тарелок и т.д. Для этой цели предлагается применить струйный смеситель топлива с пузырьками газа, для лучшего распыления свежего топлива по верхней пластине насадка.
Указанные параметры процесса абсорбции и конструктивные особенности абсорбера позволяют применять насосы подачи топлива с низким давлением, что значительно повышает надёжность системы топливоподготовки и одновременно снижает габариты системы в целом, что является необходимым для ДВС транспортных средств.
Упомянутые выше и другие достоинства и преимущества заявляемых способа и абсорбера для получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания будут рассмотрены ниже на некоторых возможных, но не ограничивающих примерах реализации со ссылками на позиции фигуры чертежей, на которой схематично представлен вертикальный разрез абсорбера в одной из возможных форм реализации.
На фигуре схематично представлен вертикальный разрез абсорбера для получения топливного раствора, содержащий герметичный корпус 1 с внутренней камерой 2, снабжённый впускным отверстием 3 для жидкого топлива, расположенным в верхней зоне корпуса 1, впускным отверстием 4 для газа, выпускным отверстием 5 для топливного раствора, расположенным в нижней зоне корпуса 2 и выпускным отверстием 6 для газа, расположенным в верхней зоне корпуса 2. Абсорбер содержит также установленное в зоне впускного отверстия 3 для жидкого топлива средство распределения жидкого топлива по объёму камеры 2 абсорбера и систему датчиков 7 уровня. В камере 2 установлены, для представленной формы реализации, две ступени 8 газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади газопроницаемых тарелок. Каждая ступень 8 содержит пару вогнутых тарелок 9, 10, расположенных друг по отношению к другу вогнутыми
сторонами. Форма и размеры горизонтального сечения каждой тарелки 9,10 соответствуют форме и размеру горизонтального сечения камеры 2 в месте их установки и выбраны таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание тарелок 9, 10 к стенке камеры 2. В представленной форме реализации каждая ступень 8 газопроницаемых тарелок дополнительно содержит установленную между вогнутыми тарелками 9, 10 плоскую разделительную тарелку 11, форма и размеры горизонтального сечения которой соответствуют форме и размеру горизонтального сечения камеры 2 в месте её установки (как и для вогнутых тарелок, обеспечивается плотное прилегание тарелки 11 к стенке камеры 2).
Средство распределения жидкого топлива по объёму камеры 2 выполнено в виде топливоприёмного устройства, установленного под впускным отверстием 3 для жидкого топлива. Топливоприёмное устройство содержит приёмную часть 12, связанную с конусообразным распределительным элементом 13, выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленного с опорой на верхнюю тарелку 9 верхней ступени 8.
Камера 2 в зоне расположения обеих ступеней 8 газопроницаемых тарелок футерирована газопроницаемым материалом 14 с капиллярной структурой.
В газопроницаемых тарелках 9, 10, 11 с капиллярной структурой дополнительно выполнено множество распределённых сквозных отверстий 15.
Позицией 16 на фигуре обозначен целевой насыщенный топливный раствор, а позицией 17 - вертикальная ось абсорбера.
Приведенная на фигуре конструкция абсорбера является одним из примеров возможного конструктивного исполнения абсорбера и не исключает возможность использования для получения топливного раствора других аналогичных конструкций в рамках формулы изобретения.
Заявляемый способ получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания реализуется с помощью заявляемого абсорбера следующим образом.
Подготовка топлива выполняется путем растворения газа (газовой смеси) в герметической ёмкости - абсорбере при условии плёночного режима течения топлива в направлениях поперечных вертикальной оси абсорбера и режима мелкокапельного течения в вертикальном направлении. Растворение газа в топливе при повышенном давлении газов выполняют путём последовательного сверху-вниз протекания топлива по газопроницаемым тарелкам с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади газопроницаемых тарелок, объединенным в специальный насадок - ступень газопроницаемых тарелок, и функционирующих аналогично фитилю.
В общем случае, абсорбер представляет собой закрытую герметичную ёмкость с корпусом 1 и внутренней камерой 2. В корпусе 1 предусмотрены впускные отверстия 3 и 4 для ввода свежего топлива и газа, соответственно, а также выпускные отверстия 5 и 6 для вывода целевого топливного раствора и неиспользованного топливного газа, соответственно. Все впускные 3, 4 и выпускные 5, 6 отверстия в рамках топливной системы герметично связаны с соответствующими трубопроводами и каналами. В камере 2 абсорбера устанавливаются ступени 8 газопроницаемых тарелок 9, 10, 11, структура материала которых обеспечивает возможность функционирования ступеней 8 в качестве "фитиля", через элементы (тарелки 9, 10, 11) которого жидкое топливо протекает благодаря капиллярному эффекту в малом зазоре. При этом на всей поверхности фитиля обеспечивается контакт с газами. Использование, например, двойного щелевого капиллярно-фитильного материала обеспечивает течение жидкого топлива по всей площади при постоянном контакте с газами на всей площади фитиля (тарелок 9, 10, 11). Каждая ступень 8 газопроницаемых тарелок формируется из вогнутых тарелок 10, И, которые зеркально повёрнуты по отношению друг к другу
относительно горизонтальной плоскости и обращены друг к другу вогнутыми сторонами. Между вогнутыми тарелками 9, 10 установлена плоская разделительная тарелка 11. В верхней зоне камеры 2 абсорбера под впускным отверстием 3 располагается топливоприёмное устройство. Из приёмной части 12 топливоприёмного устройства жидкое топливо подаётся на конусообразный распределительный элемент 13, выполненный из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленного с опорой на верхнюю тарелку 9 верхней ступени 8. С конусообразного распределительного элемента 13 топливо поступает на периферию нижерасположенной вогнутой тарелки 9 первой ступени 8 газопроницаемых тарелок и, принимая во внимание вогнутую форму тарелки, частично в виде плёнки стекает в центру тарелки, а частично по капиллярам просачивается через тарелку 9 (в том числе, по всей площади тарелки по мере стекания жидкого топлива к центру тарелки 9). При этом по всему пути течения плёнки жидкое топливо контактирует с газом, подаваемым под давлением в камеру 2 через впускное отверстие 5 и равномерно распределяющимся по всему объёму камеры 2 за счёт наличия в тарелках 9, 10, 11 множеств распределённых сквозных отверстий 15, и абсорбирует его часть. Параллельно, благодаря капиллярно-фитильному эффекту, ненасыщенный топливный раствор протекает под действием силы тяжести через плоскую разделительную пластину 11 первой ступени 8 газопроницаемых тарелок и попадает на вогнутую пластину 10 первой ступени 8 газопроницаемых тарелок. Аналогично тарелке 9 на тарелке 10, принимая во внимание её форму, обеспечивается режим плёночного течения ненасыщенного топливного раствора (в направлении от центра пластины 10 к её периферии), а также режим мелкокапельного течения в вертикальном направлении под действием силы тяжести и благодаря капиллярно-фитильному эффекту, обеспечиваемому структурой материала тарелки 10. Далее процесс повторяется на последующей(их) ступени(ях) 8 газопроницаемых тарелок. Камера 2 в зоне ступеней 8 газопроницаемых тарелок
футерирована газопроницаемым материалом 14 с капиллярной структурой, что обеспечивает возможность эффективного растворения газа при взаимодействии с плёночным слоем жидкого топлива и в периферийной зоне камеры 2.
В результате по всему пути перемещения жидкого топлива (топливного раствора различной степени насыщения) происходит дальнейшее растворение газа, который подают при повышенном давлении в зону под тарелками 9, 10, 11 с обеспечением противотока перемещаемому в вертикальном направлении жидкому топливу, и целевой насыщенный топливный раствор 16 собирается в нижней зоне абсорбера.
Таким образом, благодаря геометрической форме выполнения конусообразного распределительного элемента и вогнутых тарелок 9, 10 обеспечивается режим плёночного течения жидкого топлива и топливного раствора в направлениях поперечных вертикальной оси 17 абсорбера, а благодаря капиллярной структуре материала, из которого изготовлены указанные элементы, обеспечивается режим мелкокапельного течения в вертикальном направлении. С учётом двух направлений течения топлива максимально увеличивается площадь контакта жидкого топлива и газа на всём пути
Объём топливного раствора 16 контролируется с помощью системы датчиков уровня 7, который в свою очередь управляются электроклапаном (на чертеже не изображён), установленным на связанной с выпускным отверстием 5 линии вывода (на чертеже не изображена) топливного раствора 16 из абсорбера. При использовании в качестве рабочего газа воздуха, представляющего смесь газов, часть газовых компонентов абсорбируются в топливе быстрее и полнее, чем другие. В этом варианте производят периодическую продувку камеры 2 абсорбера через выпускное отверстие 6 для газа и отводят продувочные газы в тракт воздухоподачи двигателя через электроклапан продувки (на чертеже не изображён), установленный на выпускном отверстии 6 для газа.
Полученный топливный раствор 16 выводят из абсорбера и с помощью низконапорного рециркуляционного насоса (на чертеже не изображён) подают в двигатель и далее к инжекторам. В процессе инжекции топливного раствора в камере сгорания, в результате резкого падения давления, в микрочастицах распылённого топливного раствора активно развивается десорбция газов в каждой микрокапле, что приводит к гиперраспылению жидкой фазы, ускоренному испарению и воспламенению и, как следствие, эффективному горению при наиболее выгодном положении поршня и кривошипа коленчатого вала двигателя.
Экспериментальные исследования показали, что заявляемый абсорбер оптимизированной конструкции может быть реализован объёмом менее 4,5 л для подачи топливного раствора в двигатель мощностью 500 л.с.
Источники информации.
1. Патент RU № 2129662 С1, опубл. 27.04.1999.
2. Патент US № 7 261 094 В2; опубл. 28.08.2007.
3. Патент US № 7 281 500 В1; опубл. 16.10.2007.
4. Патент US № 7 406 955 В1; опубл. 05.08.2008.
5. Патент US № 7 523 747 В2; опубл. 28.04.2009.
6. Патент US № 6 273 072 В1; опубл. 14.08.2001.
7. Патент US № 8 037 849 В1; опубл. 18.10.2011.
8. Патент US № 7 011 048 В1; опубл. 14.03.2006.
Евразийский патентный поверенный, per. № 0096
Е.Н.Беляева
Формула изобретения
1. Способ получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания, включающий насыщение газом жидкого топлива путём абсорбции жидким топливом подаваемого при повышенном давлением газа в герметичной камере абсорбера до получения целевого насыщенного топливного раствора, при этом жидкое топливо подают в верхнюю зону камеры абсорбера, а целевой насыщенный топливный раствор отводят из нижней зоны с дальнейшим направлением в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что жидкое топливо подают с распределением его по всей площади горизонтального сечения камеры и обеспечивают его перемещение в нижнюю зону в режиме плёночного течения в направлениях поперечных вертикальной оси абсорбера и в режиме мелкокапельного течения в вертикальном направлении посредством пропускания, по меньшей мере, через одну ступень газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой, при этом газ подают в зону под тарелками с обеспечением противотока перемещаемому в вертикальном направлении жидкому топливу.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно перед подачей в абсорбер жидкое топливо смешивают с газом в газоструйном смесителе.
3. Абсорбер для получения топливного раствора для подачи в двигатель внутреннего сгорания способом по одному из пп. 1 или 2, содержащий герметичный корпус с внутренней камерой, снабжённый впускным отверстием для жидкого топлива, расположенным в верхней зоне корпуса, впускным отверстием для газа, выпускным отверстием для топливного раствора, расположенным в нижней зоне корпуса и выпускным отверстием для газа, расположенным в верхней зоне корпуса, а также установленное в зоне впускного отверстия для жидкого топлива средство распределения жидкого топлива по объёму камеры абсорбера и систему датчиков уровня, отличающийся тем, что в камере установлена, по меньшей мере, одна ступень
1.
газопроницаемых тарелок с капиллярной структурой со щелевидной формой капилляров по всей площади газопроницаемых тарелок, причём каждая ступень содержит пару вогнутых тарелок, расположенных друг по отношению к другу вогнутыми сторонами, а форма и размеры горизонтального сечения каждой тарелки соответствуют форме и размеру горизонтального сечения камеры в месте их установки, средство распределения жидкого топлива по объёму камеры выполнено в виде топливоприёмного устройства, установленного под впускным отверстием для жидкого топлива, причём топливоприёмное устройство выполнено с возможностью распределения поступающего жидкого топлива по всей площади горизонтального сечения камеры и содержит приёмную часть, связанную с конусообразным распределительным элементом, выполненным из газопроницаемого материала с капиллярной структурой и установленного с опорой на верхнюю тарелку верхней ступени.
4. Абсорбер по п. 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна ступень газопроницаемых тарелок дополнительно содержит установленную между вогнутыми тарелками плоскую разделительную тарелку, форма и размеры горизонтального сечения которой соответствуют форме и размеру горизонтального сечения камеры в месте её установки.
5. Абсорбер по любому из пп. 3 или 4, отличающееся тем, что камера в зоне, по меньшей мере, одной ступени газопроницаемых тарелок футерирована газопроницаемым материалом с капиллярной структурой.
6. Абсорбер по любому из шт. 3 или 4, отличающееся тем, что в
газопроницаемых тарелках с капиллярной структурой дополнительно выполнено
множество распределённых сквозных отверстий.
Евразийский патентный поверенный, ^ ^-
per. №0096 (О С Е.Н.Беляева
---г' .У
Фигура
сгорания и абсорбер для реализации способа
Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ ТРАНВЬЕ ПРИКЛАДНАЯ
ЭНЕРГЕТИКА"
Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа)
Ц Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ: F02M 3 7/00 (2006.01)
F02M 33/00 (2006.01) B01F3/04 (2006.01)
I ti I последующие документы указаны в продолжении графы В Д
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* Особые категории ссылочных документов: А" документ, определяющий общий уровень техники
Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
"T" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения
"X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отно
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той же категории " &" документ, являющийся патентом-аналогом "L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
12 декабря 2016 (12.12.2016)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 125993,Москва, Г-59, ГСП-3, Бережковская наб., 30-1.
Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
&~
Телефон №(495) 531-6481
Е. Еськина
(19)
(19)
(19)
|
