RU2330979C2 - Способ получения тяги - Google Patents
Способ получения тяги Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330979C2 RU2330979C2 RU2006132221/06A RU2006132221A RU2330979C2 RU 2330979 C2 RU2330979 C2 RU 2330979C2 RU 2006132221/06 A RU2006132221/06 A RU 2006132221/06A RU 2006132221 A RU2006132221 A RU 2006132221A RU 2330979 C2 RU2330979 C2 RU 2330979C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detonation
- synthesis gas
- hydrocarbon fuel
- oxygen
- mixture
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 11
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000004200 deflagration Methods 0.000 description 4
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical group [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Способ получения тяги включает разложение углеводородного топлива в присутствии катализатора с получением водородсодержащей смеси (синтез-газа) и последующим сжиганием синтез-газа в смеси с кислородсодержащим компонентом. Сжигание синез-газа проводят в циклическом детонационном режиме с частотой несколько циклов в секунду, создавая при этом тягу за счет выбросов продуктов детонации. Синтез-газ для этой детонирующей смеси получают перед подачей его в камеру детонационного сгорания методом каталитической конверсии жидкого или газообразного углеводородного топлива, например природного газа, метана, бензина, керосина и т.д. Углеводородное топливо предварительно смешивают с кислородсодержащим компонентом, а процесс каталитической конверсии проводят с использованием каталитического конвертора, обеспечивающего конверсию углеводородного топлива в синтез-газ без использования воды. Изобретение направлено на повышение удельной тяги и энергетической эффективности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, и может быть использовано для создания тяги на летательных аппаратах, других транспортных средствах, а также в энергетических установках.
Известны способы получения тяги, действие которых основано на детонационном сжигании топлива, см., например, С.М.Фролов, А.Е.Барыкин, А.А.Борисов. Термодинамический цикл с детонационным сжиганием топлива.//Химическая физика. 2004. Т.23. №3. С.17-25 [1], С.М.Фролов. Перспективы использования детонационного сжигания топлива в энергетике и на транспорте//Тяжелое машиностроение. 2003. №9. С.19-22 [2], В.А.Левин, Ю.Н.Нечаев, А.И.Тарасов. Новый подход к организации рабочего процесса пульсирующих детонационных двигателей.//Химическая физика. 2001. Т.20. №6. С.90-98 [3], С.М.Фролов, B.C.Аксенов, В.Я.Басевич. Макет-демонстратор воздушно-реактивного импульсного детонационного двигателя на жидком топливе.//ДАН. 2005. Т.402. №4. С.500-502 [4], патент США 6062018 (2000 г.) [5], патент РФ №2034996 (1995 г.) [6], патент РФ №2249121 (2003 г.) [7]. Известные способы основаны на том, что термодинамический цикл с детонационным сжиганием топлива более эффективен, чем циклы с дефлаграционным сжиганием [см. 1-3].
Существенными недостатками известных способов являются сложность и слишком большие размеры устройств, их реализующих, что снижает их удельные тяговые характеристики. Также недостатками являются невозможность сжигать жидкие и некоторые газообразные топлива в смеси с воздухом и недостаточно высокая энергетическая эффективность. Перечисленные недостатки обусловлены тем, что создание устройств детонационного сжигания топлив связано со значительными трудностями. Главным препятствием является низкая детонационная способность всех приемлемых топлив в смеси с воздухом, особенно жидких углеводородов типа авиационного керосина или бензина [2]. Для надежного обеспечения детонации топливовоздушной смеси применяют различные способы. В [4] для инициирования детонации в воздушно-капельной смеси (топливо н-гексан или н-гептан) используют спираль Щепкина и два электрических разрядника. В конструкции также предусмотрен участок трубы с витком для газодинамической фокусировки волн сжатия. Однако в устройстве [4] не удается обеспечить детонационное сжигание керосина с воздухом. В некоторых случаях используют пре-детонатор из легко детонирующей газовой смеси, в которой инициируют первичную детонационную волну, и далее эта волна переходит в рабочую топливовоздушную смесь, осуществляя ее детонационное сжигание с числом Маха до 2-3 [5]. Использование такого пре-детонатора также усложняет конструкцию устройств, кроме того, для летательных аппаратов требуется размещать на борту дополнительный груз в виде баллонов с кислородом и дополнительным горючим газом.
Для получения горючего с более высокой детонационной способностью в известных способах проводят пиролиз части горючего, а тепло для пиролиза получают за счет дефлаграционного сжигания другой части горючего. Полученный пирогаз подвергается детонационному сжиганию в специальном устройстве - газодинамическом резонаторе [6], [7]. Недостатком указанного способа является то, что часть топлива все-таки подвергается дефлаграционному сжиганию и это снижает его энергетическую эффективность по сравнению с детонационным сжиганием всего топлива.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ создания тяги по патенту РФ №2042577 (1995 г.) [8], выбранный в качестве прототипа.
Известный способ создания тяги гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) в крейсерском атмосферном режиме полета основан на смешении углеводородного топлива (УВТ) и воды, нагреве смеси с использованием тепла аэродинамического нагрева элементов конструкции ГЛА и разложении в присутствии катализатора с получением водородсодержащей смеси и последующим сжиганием ее в воздушном потоке в камере сгорания. Для смешения с водой отбирают часть УВТ, полученную смесь дополнительно нагревают до 300-400°С и разлагают на катализаторе с образованием метансодержащих продуктов, а водородсодержащую смесь получают при разложении на катализаторе метансодержащих продуктов разложения после нагрева их до температуры >400°С, при этом перед сжиганием в камере сгорания в полученную водородсодержащую смесь добавляют оставшееся УВТ.
Однако данный способ также имеет ряд недостатков. В частности, для работы устройства необходимо иметь запас воды, что дополнительно увеличивает вес и, соответственно, снижает удельные тяговые характеристики. Кроме того, каталитическое разложение топлива осуществляется в два этапа, сначала с нагревом до температуры не более 400°С и получением метана, а затем с нагревом до температуры выше 400°С и получением богатой водородом смеси. Для этого в конструкции устройства создания тяги предусмотрено два реактора - низко- и высокотемпературный, что усложняет конструкцию и опять-таки снижает удельные тяговые характеристики. Наконец, в указанном способе производится дефлаграционное сжигание водородсодержащей смеси с добавками исходного углеводородного топлива, что, как указано выше, обеспечивает меньшую энергетическую эффективность, чем детонационное.
Таким образом, известный способ характеризуется недостаточно высокой удельной тягой и недостаточно высокой энергетической эффективностью.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение удельной тяги и энергетической эффективности.
Для решения поставленной задачи сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в отличие от известного способа получения тяги, включающего разложение углеводородного топлива с получением водородсодержащей смеси (синтез-газа) и последующим сжиганием синтез-газа в смеси с кислородсодержащим компонентом, согласно изобретению сжигание синез-газа в смеси с кислородсодержащим компонентом проводят в циклическом детонационном режиме (с частотой несколько циклов в секунду), при этом синтез-газ для этой детонирующей смеси получают (перед подачей его в камеру детонационного сгорания) методом каталитической конверсии жидкого или газообразного УВТ (например, природного газа, метана, бензина, керосина и т.д.), причем УВТ предварительно смешивают с кислородсодержащим компонентом, а процесс каталитической конверсии проводят с использованием специального каталитического конвертора, обеспечивающего конверсию УВТ в синтез-газ без использования воды. В каждом цикле в камеру детонационного сгорания подают порцию детонирующей смеси и производят инициирование детонации.
При этом в качестве кислородсодержащего компонента может быть использован воздух, например атмосферный.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении удельной тяги и энергетической эффективности.
Изобретение поясняется чертежом.
На чертеже показана схема реализации заявляемого способа.
Цифрами на чертеже обозначены: 1 - емкость с топливом, 2 - система подачи топлива в каталитический конвертор, 3 - каталитический конвертор, 4 - система смешивания синтез-газа с воздухом и циклической подачи смеси в камеру детонационного сгорания, 5 - система подачи воздуха, 6 - камера детонационного сгорания, 7 - система инициирования детонации.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Топливо из топливного бака 1 с помощью системы подачи 2 подают в каталитический конвертор 3, туда же подают воздух с помощью системы подачи воздуха 5. Получаемый синтез-газ из каталитического конвертора подают в систему 4 для смешивания с поступающим из системы 5 воздухом и последующей циклической подачи смеси в камеру детонационного сгорания 6. В камере детонационного сгорания 6 смесь поджигают с помощью системы инициирования детонации 7. Циклы повторяются один за другим, создавая тягу за счет выброса продуктов детонации с высокой скоростью из камеры детонационного сгорания. Длительность цикла составляет доли секунды. В каждом цикле в камеру детонационного сгорания подается порция детонирующей смеси и производится инициирование детонации.
Для проведения каталитической конверсии может быть использован каталитический конвертор, включающий известный катализатор, например, по патенту №2248932 (2005 г.) [9], который является сложным композитом, содержащим смешанные оксиды со структурой перовскита или флюорита, простой оксид и/или благородные металлы и включающим носитель на металлической основе, представляющий собой слоистый керамометаллический материал, содержащий непористое или малопористое или непористое или малопористое и пористое оксидное покрытие. Преимущество проведения каталитического превращения с помощью такого конвертора заключается в том, что можно конвертировать в синтез-газ практически любое жидкое и газообразное УВТ без использования воды, а в качестве кислородсодержащего газа для конвертирования использовать воздух. Это позволяет отказаться от использования воды и заменить два химических реактора одним каталитическим конвертором.
Применение изобретения позволит значительно улучшить удельные тяговые характеристики и повысить энергетическую эффективность процесса получения тяги в устройствах детонационного сжигания жидкого или газообразного углеводородного топлива.
Список литературы
1. С.М.Фролов, А.Е.Барыкин, А.А.Борисов. Термодинамический цикл с детонационным сжиганием топлива // Химическая физика. 2004. Т.23. №3. С.17-25.
2. С.М.Фролов. Перспективы использования детонационного сжигания топлива в энергетике и на транспорте // Тяжелое машиностроение. 2003. №9. С.19-22.
3. В.А.Левин, Ю.Н.Нечаев, А.И.Тарасов. Новый подход к организации рабочего процесса пульсирующих детонационных двигателей // Химическая физика. 2001. Т.20. №6. С.90-98.
4. С.М.Фролов, B.C.Аксенов, В.Я.Басевич. Макет-демонстратор воздушно-реактивного импульсного детонационного двигателя на жидком топливе // ДАН. 2005. Т.402. №4. С.500-502.
5. Патент США №6062018, 2000 г.
6. Патент РФ №2034996, 1995 г.
7. Патент РФ №2249121, 2005 г.
8. Патент РФ №2042577, 1995 г.
9. Патент РФ №2248932, 2005 г.
Claims (2)
1. Способ получения тяги, включающий разложение углеводородного топлива (УВТ) в присутствии катализатора с получением водородсодержащей смеси (синтез-газа) и последующим сжиганием синтез-газа в смеси с кислородсодержащим компонентом, отличающийся тем, что сжигание синез-газа проводят в циклическом детонационном режиме с частотой несколько циклов в секунду, создавая при этом тягу за счет выбросов продуктов детонации, синтез-газ для этой детонирующей смеси получают, перед подачей его в камеру детонационного сгорания, методом каталитической конверсии жидкого или газообразного УВТ, например природного газа, метана, бензина, керосина и т.д., причем УВТ предварительно смешивают с кислородсодержащим компонентом, а процесс каталитической конверсии проводят с использованием каталитического конвертора, обеспечивающего конверсию УВТ в синтез-газ без использования воды.
2. Способ получения тяги по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего компонента используют воздух, например атмосферный.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132221/06A RU2330979C2 (ru) | 2006-08-30 | 2006-08-30 | Способ получения тяги |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132221/06A RU2330979C2 (ru) | 2006-08-30 | 2006-08-30 | Способ получения тяги |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006132221A RU2006132221A (ru) | 2008-03-10 |
| RU2330979C2 true RU2330979C2 (ru) | 2008-08-10 |
Family
ID=39280615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006132221/06A RU2330979C2 (ru) | 2006-08-30 | 2006-08-30 | Способ получения тяги |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2330979C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1081149A (en) * | 1964-10-05 | 1967-08-31 | Pulse Jet Corp | Pulse jet engine |
| DE4139338A1 (de) * | 1991-08-23 | 1992-05-21 | Weber Franz Josef | Staustrahltriebwerk |
| RU2034996C1 (ru) * | 1993-10-11 | 1995-05-10 | Владимир Федорович Антоненко | Способ получения тяги и устройство для его осуществления |
| RU2045577C1 (ru) * | 1994-02-04 | 1995-10-10 | Леонид Семенович Корогодский | Способ получения сахаросодержащего продукта |
| RU2066779C1 (ru) * | 1993-06-10 | 1996-09-20 | Саратовская научно-производственная фирма "Растр" | Реактивное сопло пульсирующего двигателя детонационного горения с центральным телом |
-
2006
- 2006-08-30 RU RU2006132221/06A patent/RU2330979C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1081149A (en) * | 1964-10-05 | 1967-08-31 | Pulse Jet Corp | Pulse jet engine |
| DE4139338A1 (de) * | 1991-08-23 | 1992-05-21 | Weber Franz Josef | Staustrahltriebwerk |
| RU2066779C1 (ru) * | 1993-06-10 | 1996-09-20 | Саратовская научно-производственная фирма "Растр" | Реактивное сопло пульсирующего двигателя детонационного горения с центральным телом |
| RU2034996C1 (ru) * | 1993-10-11 | 1995-05-10 | Владимир Федорович Антоненко | Способ получения тяги и устройство для его осуществления |
| RU2045577C1 (ru) * | 1994-02-04 | 1995-10-10 | Леонид Семенович Корогодский | Способ получения сахаросодержащего продукта |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006132221A (ru) | 2008-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | A review on combustion characteristics of ammonia as a carbon-free fuel | |
| Bui et al. | Hydrogen-enriched biogas premixed charge combustion and emissions in direct injection and indirect injection diesel dual fueled engines: a comparative study | |
| Han et al. | Burning velocity of methane/diluent mixture with reformer gas addition | |
| US11781747B2 (en) | Method and apparatus for setting the ignition property of a fuel | |
| US7089888B2 (en) | Device for production of hydrogen from effluents of internal combustion engines | |
| MXPA03009841A (es) | Metodo de conversion plasma catalitica de combustibles susceptibles de ser utilizados en un motor de combustion interna o turbina de gas en gas sintetico y el conversor plasma catalitico para su realizacion. | |
| Morsy | Modeling study on the production of hydrogen/syngas via partial oxidation using a homogeneous charge compression ignition engine fueled with natural gas | |
| RU2120913C1 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
| EP0855365B1 (en) | Method for producing synthetic gas | |
| Mikulski et al. | Numerical studies on controlling gaseous fuel combustion by managing the combustion process of diesel pilot dose in a dual-fuel engine | |
| Fan et al. | Non-equilibrium plasma cracking assisted ammonia marine engine for zero carbon emissions | |
| RU2330979C2 (ru) | Способ получения тяги | |
| CN101338228A (zh) | 甲醇随车制氢醇醚和柴油复合燃料及其发动机 | |
| Guo et al. | An Experimental Investigation on Combustion and Emissions of a Hydrogen Enriched Ammonia–Diesel Dual Fuel Engine at a Medium Load Condition | |
| Huang et al. | Effect of ignition timing on the emission of internal combustion engine with syngas containing hydrogen using a spark plug reformer system | |
| Sanjeevannavar et al. | Experimental investigation on CI engine with jatropha biodiesel-hydrogen peroxide blends | |
| WO2024107407A1 (en) | System and method for producing hydrogen gas from diesel fuel using a reformer | |
| Slovetskii | Plasma-chemical processes for the preparation of pure hydrogen | |
| Yadav Milind et al. | Investigations on Oxy-Hydrogen Gas and Producer gas, as alternative fuels, on the performance of twin cylinder diesel engine | |
| RU2807901C1 (ru) | Способ обогащения природного газа водородом и установка для его осуществления | |
| Śmieja et al. | Influence of content of methane in biogas on emission of toxic substances in diesel engine supplied with bifuel | |
| RU2740755C1 (ru) | Способ получения водородсодержащего газа из природного газа и перегретого пара и устройство для его осуществления | |
| Rusu | DEVELOPMENT TRENDS OF COLD PLASMA REACTORS IN THE GLOBAL CONTEXT OF CARBON EMISSION REDUCTION. | |
| RU2626190C1 (ru) | Способ формирования топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания | |
| Ichiyanagi et al. | Experimental Investigation of Ammonia/Oxygen/Argon Combustion: The Role of Equivalence Ratio and Nozzle Shape in a Constant Volume Combustion Chamber with Sub-chamber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110831 |