Спосіб підвищення ефективності паливних установок на вуглеводневому паливі та пристрій для його реалізації

Спосіб підвищення енергетичної ефективності паливних установок на вуглеводневому паливі, який полягає в одночасній активації компонентів реакції горіння перед спалюванням, який відрізняється тим, що активації підлягають обидва компоненти реакції - газоподібне паливо і повітря шляхом дії на них високовольтного пульсуючого нерівномірного електричного поля напругою 2025 кВ і частотою імпульсів 100-120 Гц. (19) (21) a200608490 (22) 28.07.2006 (24) 10.12.2008 (46) 10.12.2008, Бюл.№ 23, 2008 р. (72) КОВАЛИШИН БОГДАН МИ ХАЙЛОВИЧ, U A (73) КОВАЛИШИН БОГДАН МИ ХАЙЛОВИЧ, U A (56) UA 52845, F23C11/00, 15.01.2003 SU 868258, F23C5/28, 05.10.81 GB 1141741, F23C99/00, 29.01.69 JP 62225822, F23K5/00, 03.10.87 JP 7077323, C10G15/00, 20.03.95 3 37572 сурсов в народном хозяйстве. М.-Энергоиздат., 1986.-128с]; - турбонаддув для збільшення кількості повітря, яке подається в камеру згоряння, що призводить до збільшення потужності дизельних двигунів на 25-30 % і до зменшення витрати пального на одиницю потужності [І.Д.Панченко, О.Є.Косенчук Трактори. "Вища школа"., 1974]. Існує спосіб підвищення енергетичної віддачі паливних установок шляхом спалювання вугільного пилу в топці з роздільною подачею аеросуміші і вторинного повітря та введенням в потік аеросуміші кисню з розрахунку 0,2-0,5 % від загальної кількості повітря, що подається в топку [А.с. 1137277]. Відомий також спосіб [патент Росії №2058510] підготовки до спалювання окислювача шляхом дії на нього за допомогою електричного розряду, створюваного джерелом високої напруги (3-100 кВ) і високої частоти (10 - 1 МГц), прикладеної до нагрітого до 400-1500 0C електрода, виготовленого з металу з високим опором. Відомий пристрій підготовки окислювача до спалення палива [патент України №52845], що містить решітку-електрод, електрично ізольовану від стін трубопроводу окислювача, який відрізняється тим, що на решітці встановлені стікачі електричних зарядів довжиною 10-12мм, тупі кінці яких жорстко закріплені у вузлах решітки, а загострені кінці направлені по ходу потоку окислювача. За прототип корисної моделі взято спосіб підготовки окислювача (повітря) до спалювання та пристрій для його здійснення [патент України №24193] Запропонований спосіб підготовки окислювача до спалювання, який включає вплив неоднорідного стаціонарного електричного поля на окислювач. Пристрій для здійснення цього способу містить електрод виконаний у вигляді решітки, встановленої в трубопроводі окислювача і електрично ізольованої від стін трубопроводу окислювача На решітчастий електрод подається висока електрична напруга від окремого джерела високої напруги. Пропонований спосіб полягає у використанні технологій і технічних засобів для активаційного впливу як окремо на паливо і окремо на окислювач, так і одночасно на кожну із складових процесу спалювання палива, які призводять до активації молекул палива і окислювача. Теоретичним підґрунтям способу є одна з основних проблем хімічної кінетики, а саме залежність реакційних властивостей хімічної системи від енергії, будови і атомно-молекулярного складу реагентів. Для пояснення реакційних властивостей хімічних систем можна використати закон Арреніуса, який характеризує можливість протікання хімічних реакцій між молекулами-реагентами Він зв'язує константу швидкості реакції з енергією активації (E), яка характеризує енергетичний стан молекули. k = k0 × e E RT , де к о - константа; R - газова стала, рівна 1,987 кал/град×моль, (1) 4 T - температура в градусах шкали Кельвіна; e - основа натуральних логарифмів. Щоб знайти величину енергії активації E, вивчають швидкість реакції при різній температурі і знаходять для кожного значення T величину константи швидкості реакції Рівняння (1) містить дві невідомі величини - к о і E. Після логарифмування обох частин рівняння (1) In k = In k0 E RT , (2) Замінивши натуральні логарифми на десяткові, отримаємо формулу Ig k = Ig k0 E 4,575T , (3) де число 1/4,575 - модуль переводу натуральних логарифмів у десяткові, помножений на величину R = 1,987 Енергія активації молекул розраховується за формулою (4) E = ( Ig k 0 - Ig k ) 4,575 T , За нашою робочою гіпотезою для активації молекул-реагентів крім теплової можна використовувати й інші типи і джерела енергії. Тому формулу (4) можна записати у вигляді (5) E = [( Ig k 0 - Ig k )4,575T ] - Wb , де W - енергія активації від зовнішніх джерел, b - коефіцієнт використання зовнішньої енергії молекулами реагентами. Для активізації молекул палива і окислювача пропонується використовувати зовнішні джерела енергії. Нами виготовлено експериментальну установку і проведено дослідження ефективності впливу ВПНЕП на окислювач і паливо при спалюванні пропану. Функціональна схема експериментальної установки для проведення експерименту з обґрунтування способу збільшення енергетичної ефективності паливних установок на вуглеводневому паливі показана на фіг. 1. Робота експериментальної установки полягає в наступному. Окремими каналами паливо (газ пропан) і окислювач (повітря) надходять на спалювання у газовому пальнику. На своєму шляху до пальника окислювач в електродній системі 1 і паливо в електродній системі 2 піддаються активізаційній дії високовольтного пульсуючого нерівномірного електричного поля (ВПНЕП), отриманого від генератора ВПНЕП. Кожна з електродних систем має в своєму складі корпус, виго товлений з діелектричного матеріалу, вхідний і вихідний отвори; загальний електрод, виконаний у вигляді металевої пластини; і голчасті електроди, розміщені перпендикулярно до загального електроду, які мають неоднакову довжину з метою якомога ефективнішого перекриття поперечного перерізу потоку палива і окислювача. Вибір режиму роботи експериментальної установки (варіантів експерименту) здійснюється за допомогою перемикачів SA1 SA4. 5 37572 При проведенні дослідження ефективності впливу ВПНЕП на окислювач і паливо при спалюванні пропану варіанти досліду були такими: 1) - спалювання без використання ВПНЕП (контроль); 2) - спалювання з підключенням ВПНЕП в каналі подачі повітря; 3) - спалювання з підключенням ВПНЕП в каналі подачі пропану; 4) - спалювання з підключенням ВПНЕП в каналах подачі повітря і пропану. Оцінка ефективності застосування ВПНЕП проводилась за часом нагрівання 1,0л води від 20°C до 40°C. Повторність експерименту трьохкратна. Результати експерименту приведені в таблиці. За результатами експерименту можна зробити висновок про ефективність застосування активації молекул-реагентів за допомогою високовольтного пульсуючого нерівномірного електричного поля при спалюванні газоподібного палива в повітрі. Економія палива пропорційна зменшенню часу на нагрівання води при використанні ВПНЕП як в каналі подачі повітря (до 8,6 % на частоті ВПНЕП 80 -100 Гц), так і в каналі подачі пропану (11,3 % на частоті 80 Гц). Найбільша ефективність (до 22,0 % 6 на частоті 120 Гц) досягається при одночасній активації молекул повітря і пропану. Використана література 1. А.с. 1652750. Елсуков В.К. и др. Способ регулирования мощности котельного агрегата. Приоритет 15.05.1989. 2. Боровських Ю.І. та ін. Будова автомобілів.Київ.-,Зи ща школа".-1991. 3. А.С. 1388660. Балабанов B.C. и др. Способ сжигания жидкого и твердого мелкодисперсного топлива. - Приоритет 18.02.1986. 4. А.с. 1562636. Казарян Т.С. и др. Способ сжигания жидкого топлива. Приоритет 29.07.1988. 5. А.с. 1366785. Хидиятов А.М. Способ совместного сжигания угольной пыли и диспергированного топливного коагулята. Приоритет 07.04.1986. 6. України №53884. Губаренко В.М. Пристрій підготовки палива «Тонус». Бюл. №2 від 17.02.2003. 7. Патент України №67515. Столяренко Г.С., Громико А.В. Пристрій для живлення двигуна внутрішнього згорання озонованим паливом. Бюл. №6 від 15.06.2004. 8. Белоусов В.Н., Копытов Ю.В. П ути экономии энергоресурсов в народном хозяйстве. М.Энергоиздат., 1986.-128с. 9. Панченко І.Д., Косенчук О.Є. Трактори. "Вища школа"., 1974. 10. А.с. 1137277. Сипунов Ф.И. Способ сжигания угольной пыли в топке. 11. Патент Росії №2058510. Козлов Н.С. Способ ионизации воздуха и газов. Опубл.20.04.96. 12. Патент України №24193. Шкляр B.C., Овсій О.В. Спосіб підготування окислювача до спалювання та пристрій для його здійснення. Опубл. 30.10.98., бюл.№5. 13. Патент України №52845. Мальцев В.О., Кушнір В.М., Педос В.А., Ніколаєв М.М. Пристрій підготовки окислювача до спалення палива. Бюл. №1,2003. 7 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 37572 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601