Пересувний генератор інертних газів

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, к передвижным генераторам инертных газов с камерами сгорания для сжигания жидких и газовых топлив и может быть использовано в малых генерирующи х установках, для профилактики и тушения пожаров на нефтепромыслах, транспорте, в промышленном производстве, а также консервации продуктов сельскохозяйственного производства. Известен генератор инертных газов (А.с. СССР №1776923, кл. F23R3/16, 1992, Бюл. №43), содержащий камеру сгорания с форсункой, испарительную камеру и рассекатель. Недостатками известного генератора инертных газов является высокий расход топлива и высокое содержание токсичных примесей в образующи хся вы хлопных газах. Наиболее близким по совокупности признаков является мобильный генератор инертных газов (Некрасов В.Г. Конструкторская разработка передвижной электростанции мощностью 45кВт на твердом топливе на шасси автомобиля РАФ2920 // Промышленная энергетика. - 1993. - №9 10. - С.44 - 47), содержащий двигатель внутреннего сгорания с впускным и выпускным коллекторами, камеру сгорания с форсункой, теплообменник, конденсатор и насос, соединенные системой трубопроводов и генератор напряжения. Недостатками известного устройства являются низкая эффективность сжигания топлива. Полученные в газогенераторе прототипа газы невозможно использовать в качестве инертных для технических нужд из-за их взрывоопасное, агрессивности и токсичности. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования мобильного генератора инертных газов, в котором введение новых элементов и связей между ними позволило бы получить инертную газовую среду для реализации двухстадийного сжигания топлива в среде отработавших газов с использованием активного водорода и за счет этого повысить эффективность сжигания топлива и снизить токсичность выбросов отработавших газов. Поставленная задача достигается тем, что в мобильном генераторе инертных газов, содержащем двигатель внутреннего сгорания с впускным и выпускным коллекторами, камеру сгорания с форсункой, теплообменникконденсатор и насос, последовательно соединенные системой трубопроводов и генератор напряжения, согласно изобретения, воздушный вход камеры сгорания оснащен улиткой, соединенной с выпускным коллектором двигателя, камера сгорания включает предкамеру, соединенную с форсункой и, установленный на выходе из предкамеры рассекатель, выполненный в виде перфорированной конической камеры, заполненной гидридообразующим веществом, сообщенный с гидридным аккумулятором водорода, связанным с выходом камеры сгорания через регулятор потока газа, при этом, выходы камеры сгорания и гидридного аккумулятора сообщены с теплообменником-конденсатором, воздушный вы ход которого соединен с предкамерой, а водяной, через второй насос - с форсункой для подачи воды во впускной коллектор двигателя. Оснащение камеры сгорания улиткой, соединенной с выпускным коллектором двигателя, позволяет осуществи ть подачу газа по касательной поверхности камеры сгорания для создания завихрения газового потока. Использование камеры сгорания, в которой выполнена предкамера соединенная с форсункой и, установленным на выходе предкамеры, рассекателем, в виде перфорированной конической камеры, заполненной гидридообразующим веществом, сообщенным с гидридным аккумулятором водорода позволяет использовав полученный в достаточном количестве внутри предлагаемого устройства водород реализовать эффективное сжигание топлива. Сообщение рассекателя с гидридным аккумулятором водорода, связанным с выходом камеры сгорания через регулятор потока газа, позволяет осуществи ть подачу необходимого количества водорода в зону горения. Использование в генераторе системы охлаждения воды, в которой выходы камеры сгорания и гидридного аккумулятора сообщены с теплообменником-конденсатором, воздушный выход которого соединен с предкамерой, а водяной через второй насос соединен с форсункой для подачи воды во впускной коллектор двигателя, позволяет осушить инертную газовую среду и подать сконденсированную воду при помощи второго насоса во впускной патрубок двигателя, использовав горячий воздух теплообменника в процессе сжигания топлива в предкамере газового генератора. Отличительные признаки изобретения указывают на введение дополнительных конструктивных элементов и связей между ними, образующи х мобильный генератор инертных газов на базе транспортного средства, включающий систему эффективного двухстадийного сжигания топлива в среде отработавших газов двигателя с подачей в камеру сгорания активного водорода при помощи гидридного аккумулятора и рассекателя, а также систему охлаждения и конденсации воды из продуктов сгорания топлива в теплообменникеконденсаторе и подачи ее во впускной тракт двигателя с целью снижения содержания токсичных компонентов отработавших газов. При этом расход топлива необходимого для получения инертных газов сокращается на величину расхода в двигателе. Таким образом, отличительные признаки изобретения являются общими, необходимыми и достаточными для выполнения указанного технического результата и в совокупности с признаками ограничительной части приводят к решению поставленной задачи. На фиг.1 схематически изображен мобильный генератор инертных газов на базе длительного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 предкамеры мобильного генератора инертных газов. Мобильный генератор инертных газов содержит установленный на шасси транспортного средства (на фиг. не показано) двигатель 1 внутреннего сгорания (дизель) с впускным и выпускным коллекторами соответственно 2 и 3, камеру 4 сгорания, воздушный вход которой оснащен улиткой 5, соединенной с выпускным коллектором 3 двигателя 1 внутреннего сгорания. Камера 4 сгорания включает предкамеру 6, соединенную с форсункой 7 сообщенной с топливным насосом 8. На выходе предкамеры 6 установлен, выполненный в виде перфорированной конической камеры рассекатель 9, заполненный гидридообразующим веществом, в качестве которого могут быть использованы, например, LaNi5Hx, FeTiH x. Рассекатель 9 сообщен с гидридным аккумулятором 10 водорода, связанным также с выходом камеры 4 сгорания через регулятор 11 потока газа. Выходы камеры 4 сгорания и гидридного аккумулятора 9 водорода сообщены с теплообменником-конденсатором 12 (включающим нагнетатель 13 воздуха и сборник конденсата 14), воздушный выход которого соединен с предкамерой 6, а водяной выход, через второй насос 15, связан с форсункой 16 для подачи воды, соединенной с впускным коллектором 2 двигателя 1 внутреннего сгорания. Генератор также содержит термопару 17, установленную в гидридном аккумуляторе 9 и генератор 18 напряжения, содержащий переключающее устройство. Мобильный генератор инертных газов работает следующим образом. В рабочем положении привод от двигателя 1 внутреннего сгорания переключен на генератор 18 напряжения, который обеспечивает питание вспомогательных агрегатов. При этом, отработавшие газы направляются в ули тку 5 камеры 4 сгорания. Одновременно в предкамеру 6 топливным насосом 8 и воздушным нагнетателем 13, через форсунку 7, подается топливо и воздух с коэффициентом избытка a < 1. После поджигания посредством свечи зажигания (на фиг. не показана) в предкамере 6 происходит первая ступень сгорания топлива, с формированием факела с характерной газификацией топлива при недостатке кислорода и большим содержанием газообразных продуктов неполного сгорания, которые содержат большое количество радикалов и возбужденных молекул, способных активно взаимодействовать с кислородом, окисляя его. Двигатель 1 внутреннего сгорания, работая на малой нагрузке затрачивает мощность в основном на привод вспомогательных агрегатов (топливный насос 8, водяной насос 15, нагнетатель 13 воздуха и т.п.). Выделяющиеся отработавшие газы, содержат в своем составе кислород, количество которого может достигать 12 - 15,0% об. в зависимости от типа двигателя. Отработавшие газы двигателя 1 направляются в улитку 5 камеры 4 сгорания генератора инертных газов. Факел продуктов неполного сгорания покидает предкамеру 6 и попадая в зону рассекателя 9, смешивается с водородом выделяющимся из перфораций его конической поверхности. В рассекатель 9 водород поступает из гидридного аккумулятора 10 и, взаимодействуя с поверхностью гидридообразующего вещества при высокой температуре, приобретает активную форму, способствующую активации процесса горения [3]. Далее образовавшаяся смесь активных газовых составляющих попадает в зону второй ступени горения, где смешиваясь с потоком отработавших газов интенсивно связывает кислород. В результате образуется смесь инертных газов, состоящих в основном из азота, двуокиси углерода, аргона, содержащая кислород в количестве меньшем 1 - 2об.%. Поскольку отработавшие газы двигателя 1 могут содержать окислы азота, так как температура сгорания в цилиндре двигателя 1 высока, то для ее снижения во впускной коллектор 2 двигателя 1 впрыскивается вода, которая образуется в результате охлаждения и осушки инертных газов в теплообменнике-конденсаторе 12 и подается насосом 15 через форсунку 16. Нагретый в теплообменнике-конденсаторе 12 воздух, подаваемый через его воздушный выход в предкамеру 6 улучшает процесс сжигания топлива. Количество водорода выделяющегося гидридным аккумулятором 10 при нагревании регулируется термопарой 17, по сигналу которой посредством регулятора 11 потока газа, регулируется подача тепла в гидридный аккумулятор 10. При повышении температуры в гидридном аккумуляторе 10 водорода выше заданной по сигналу от термопары 17 регулятор 11 потока газа перепускает часть газа, минуя аккумулятор 10 водорода. Таким образом, использование отработавших газов в процессе сжигания топлива в мобильном генераторе инертных газов, повышает эффективность его работы за счет снижения расхода топлива на величину его расхода в двигателе 1. Для обеспечения качественного сжигания топлива в атмосфере отработавших газов реализовано двухступенчатое сжигание топлива: первая стадия - газифицированное горение в предкамере при коэффициенте избытка воздуха a < 1, вторая - дожигание смеси газообразных продуктов сгорания и активного водорода. Кроме того, эффективность работы генератора повышается за счет снижения содержания окислов азота в газах за счет подачи воды во впускной коллектор 2 двигателя 1 внутреннего сгорания.