RU2725648C1 - Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof - Google Patents
Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725648C1 RU2725648C1 RU2019127439A RU2019127439A RU2725648C1 RU 2725648 C1 RU2725648 C1 RU 2725648C1 RU 2019127439 A RU2019127439 A RU 2019127439A RU 2019127439 A RU2019127439 A RU 2019127439A RU 2725648 C1 RU2725648 C1 RU 2725648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- generator
- fuel
- air
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
- F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
- F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
- F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
- F02M31/16—Other apparatus for heating fuel
- F02M31/18—Other apparatus for heating fuel to vaporise fuel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Способ подачи топлива, топливо, использованное в данном способе и устройство для его получения относятся к двигателестроению и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием, в частности, в газовых поршневых двигателях с искровым зажиганием, а также в бензиновых и дизельных ДВС.The fuel supply method, the fuel used in this method and the device for its production relate to engine building and can be used in piston internal combustion engines (ICE) with spark ignition, in particular in gas piston engines with spark ignition, as well as in gasoline and diesel engine.
Областью применения устройства и топлива, которые применяются указанным способом, является то, что в предложенном способе газово-поршневые генераторы могут применяться в системах подготовки топлива для подачи его в ДВС с искровым зажиганием, встроенные непосредственно в существующую систему автомобиля. The scope of the device and the fuel that are used in this way is that in the proposed method, gas-piston generators can be used in fuel preparation systems for supplying it to spark-ignition internal combustion engines built directly into the existing car system.
Для реализации предложенного способа было разработано специальное топливо и устройство для его получения, которые могут применяться в единой системе подачи топлива в ДВС. Назначением способа подачи топлива и устройства является выработка и подача в камеру сгорания ДВС автомобиля топливной смеси, состоящей из паров воды, озона и водорода. To implement the proposed method, a special fuel and a device for its production were developed, which can be used in a single fuel supply system in the internal combustion engine. The purpose of the method of supplying fuel and the device is to generate and supply to the combustion chamber of the internal combustion engine of the vehicle a fuel mixture consisting of water vapor, ozone and hydrogen.
Для реализации указанного способа разработано предлагаемое топливо, которое является новым видом топлива, которое легко может быть выработано агрегатами самого автомобиля в связи с использованием малой электрической мощности, которая требуется автомобильному генератору для подготовки топлива. To implement the specified method the proposed fuel has been developed, which is a new type of fuel that can easily be generated by the units of the car itself in connection with the use of low electric power, which is required by an automobile generator to prepare fuel.
Известен опыт применения газообразного водорода в качестве топлива для камеры сгорания ДВС, где водород сгорает при соединении с кислородом воздуха. Однако на автомобиле требуется установить установку для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой.Known experience in the use of gaseous hydrogen as a fuel for the combustion chamber of the internal combustion engine, where hydrogen is burned when combined with atmospheric oxygen. However, the car must be installed installation for electrolysis (electrolyzer), which will separate hydrogen from water in order to then obtain the desired reaction with oxygen in the combustion chamber. In practice, the installation is complicated and expensive.
Сейчас 95% водорода производится из углеводородов с помощью реакции паровой конверсии или частичного окисления. Однако от природного газа или углеводородов остаётся выхлоп из CO2, который является очень вредным.Now 95% of hydrogen is produced from hydrocarbons using the steam reforming reaction or partial oxidation. However, from natural gas or hydrocarbons there is an exhaust from CO2, which is very harmful.
Следует отметить, что применение чистого водорода в камере сгорания порождает ряд проблем: водород из-за высокой температуры сжатия легко вступает в реакцию с различными металлическими элементами силовой установки и даже с моторным маслом. В следствие этого требуется найти такое сочетание компонентов топливной смеси, в котором водород находится в малых количествах, но без ущерба для энергоемкости процесса сгорания. It should be noted that the use of pure hydrogen in the combustion chamber causes a number of problems: hydrogen, due to the high compression temperature, easily reacts with various metal elements of the power plant and even with engine oil. As a consequence of this, it is required to find a combination of components of the fuel mixture in which hydrogen is in small quantities, but without compromising the energy intensity of the combustion process.
Кроме того, следует учитывать, что удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана, поскольку водород – легчайший химический элемент, свойства которого необходимо использовать в полном объеме.In addition, it should be borne in mind that the specific heat of combustion of hydrogen is three times higher than that of methane, but - by mass. If we compare them by volume, then when burning 1 m³ of hydrogen, only 3.6 kW of thermal energy will be released versus 11 kW of methane, since hydrogen is the lightest chemical element whose properties must be used in full.
В настоящее время для решения проблемы получают, например, гремучий газ (смесь водорода и кислорода).Currently, to solve the problem, for example, explosive gas (a mixture of hydrogen and oxygen) is obtained.
В отличии от мировой практики, где применяется газообразный водород в качестве топлива при подаче в камеру сгорания ДВС с искровым зажиганием и водород сгорает соединяясь с кислородом воздуха, в предложенном рабочем цикле ДВС применяется топливо из озонированной водо – водородной воздушной топливной смеси, где водород сгорает с озоном. In contrast to world practice, where gaseous hydrogen is used as fuel when an internal combustion engine with spark ignition is supplied to the combustion chamber and hydrogen burns when combined with atmospheric oxygen, in the proposed internal combustion engine operating cycle, fuel is used from ozonized hydrogen-water air fuel mixture, where hydrogen burns with ozone.
СПОСОБ METHOD
Известно изобретение «Способ холодного пуска и прогрева поршневого ДВС», патент RU 2 440509, опубл.27.04.2011, МПК F02N 99/00, в соответствии с которым осуществляют - получение водорода в электролизере, подачу в камеру сгорания топливно-воздушной смеси и водорода, водород подают в топливно воздушную смесь и кислород удаляется в окружающую среду. Способ позволяет снизить токсичность отработавших газов при холодном пуске и прогреве поршневого двигателя внутреннего сгорания, однако требует сложной и дорогой электронной системы управления двигателем и каталитическим нейтрализатором. Кроме того, в топливно воздушной смеси присутствуют углеводороды (бензин). The invention is known "Method for cold starting and warming up a piston internal combustion engine",
Известна заявка «Способ совершенствования процесса сгорания топлива в ДВС», RU 98111896/06, 24.06.1998, опубл.20.03.2000, МПК F02B 43/12, в котором водород получают в электролизере, осуществляют подачу в камеру сгорания топливно-воздушной смеси и водорода, а водород получают в электролизере отдельно от кислорода и вводят его в топливно-воздушную смесь. Электролизер выполнен с раздельными камерами для водорода и кислорода, однако производительность данного электролизера не сможет обеспечить устойчивую работу ДВС без введения углеводородного топлива. Known application "Method for improving the combustion process in the internal combustion engine", RU 98111896/06, 06.24.1998, publ. 20.03.2000, IPC F02B 43/12, in which hydrogen is obtained in the electrolyzer, the fuel-air mixture is fed into the combustion chamber and hydrogen, and hydrogen is obtained in the electrolyzer separately from oxygen and introduced into the fuel-air mixture. The cell is made with separate chambers for hydrogen and oxygen, however, the performance of this cell will not be able to ensure stable operation of the internal combustion engine without the introduction of hydrocarbon fuel.
Известна заявка «ДВС», RU 2016115383, 22.09.2014 , опубл.25.10.2017, МПК F02B 47/02, конвенционный приоритет GB1316775.4, US 1320857.4, WO 2015/040427, в соответствии с которой впускают жидкость и паро - преобразующее топливо в камеру сгорания, запускают процесс преобразования пара, при котором водород отделяется от паро - преобразующего топлива. Однако парообразование осуществляют из углеводородного топлива. Known application "ICE", RU 2016115383, 09/22/2014, publ. 25.10.2017, IPC F02B 47/02, Convention priority GB1316775.4, US 1320857.4, WO 2015/040427, according to which liquid and steam are converted fuel into the combustion chamber, they start the steam conversion process, in which hydrogen is separated from the steam - converting fuel. However, vaporization is carried out from hydrocarbon fuels.
Наиболее близким техническим решением предложенного способа является изобретение «Способ подачи топлива в ДВС», патент 2681873, опубл. от 26.12.2016, МПК F02B 43/00, F02B 19/12, F02M 31/18, F02M 27/02, в котором применяется парогенератор, сгорание осуществляют за счет давления и соответствующей температуры подаваемой газовоздушной смеси в камеру зажигания, затем подают в камеру сгорания через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания, а на такте сжатия обеспечивают воспламенение газо-воздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искро образования при достижении заданного давления. Способ позволяет сформировать в камере зажигания водородно - воздушной смесь за счет реакций комбинированной конверсии компонентов газовоздушной смеси в водород и окись углерода. Однако водород выделяется из топливной смеси, содержащей углеводороды, а не чистый водород, что приводит к вредным выхлопам. The closest technical solution of the proposed method is the invention "Method of supplying fuel to the internal combustion engine", patent 2681873, publ. from 12/26/2016, IPC F02B 43/00, F02B 19/12, F02M 31/18, F02M 27/02, in which a steam generator is used, the combustion is carried out due to the pressure and the corresponding temperature of the supplied air-gas mixture into the ignition chamber, then it is fed into the combustion chamber through the air intake manifold and further into the engine cylinders at the suction stroke, and at the compression stroke, the gas-air mixture is ignited when the standard ignition system is triggered due to the formation of sparks when the specified pressure is reached. The method allows the formation of a hydrogen-air mixture in the ignition chamber due to the reactions of the combined conversion of the components of the gas-air mixture into hydrogen and carbon monoxide. However, hydrogen is released from the fuel mixture containing hydrocarbons, rather than pure hydrogen, which leads to harmful emissions.
Есть целая линейка автомобилей, использующих чистый водород содержащийся в баллонах. Это Тойота Mirai FCV, имеющиеся в нем баллоны обеспечивали «дальнобойность» около 500 км; BMW 750hL, машина комплектуется специальным баком с водородом; Honda Clarity, использующий водород вместо классического топлива, а также Riversimple Rasa. Все они снабжены баллонами для водорода. Однако баллоны под днищем автомобиля не безопасны. There is a whole line of cars using pure hydrogen contained in cylinders. This is Toyota Mirai FCV, the cylinders available in it provided "range" of about 500 km; BMW 750hL, the car is equipped with a special tank with hydrogen; Honda Clarity, using hydrogen instead of classic fuels, as well as Riversimple Rasa. All are equipped with hydrogen cylinders. However, the cylinders under the underbody are not safe.
Самый распространенный способ получения газообразного водорода – это электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов, что является очень дорогим способом.The most common method for producing gaseous hydrogen is the electrolysis of water in the presence of catalysts - platinum and other expensive alloys, which is a very expensive method.
Сейчас 95% водорода производится из углеводородов с помощью реакции паровой конверсии или частичного окисления. Однако остаётся от природного газа или углеводородов CO2, который является очень вредным.Now 95% of hydrogen is produced from hydrocarbons using the steam reforming reaction or partial oxidation. However, it remains from natural gas or hydrocarbons CO2, which is very harmful.
Поэтому требуется решить задачу подачи и выработки водородного топлива для разработанного топлива на борту автомобиля с использованием наиболее экологичного и простого генератора водорода для получения топлива для этого способа. Therefore, it is necessary to solve the problem of supplying and generating hydrogen fuel for the developed fuel on board an automobile using the most environmentally friendly and simple hydrogen generator to produce fuel for this method.
В предложенном способе подачи топлива в ДВС получают топливо в единой системе подачи автомобиля, например, электролитическим способом. При этом образование озона происходит за счет разложения воды и образования атомарного кислорода,
который присоединяясь к молекуле кислорода образует озон и молекулу водорода.
Этот метод позволяет получать концентрированный озон, но в силу своей энергоемкости широкого применение в двигателестроении не было использовано. Наиболее распространены системы генерации озона на основе ультрафиолетового излучения в плазме газового разряда. Этот способ наименее энергозатратен и для него могут применяться штатные озонаторы типа Kevinleo 10 г озоновый генератор 12 В. Его производительность и энергопотребление для объема воздуха: 50 м³/ч, мощность (Вт): 10 Вт , может использоваться при электропитании транспортного средства, сертификация: LFGB. In the proposed method of supplying fuel to the internal combustion engine, fuel is obtained in a single vehicle supply system, for example, by electrolysis. In this case, the formation of ozone occurs due to the decomposition of water and the formation of atomic oxygen,
which, when attached to an oxygen molecule, forms ozone and a hydrogen molecule.
This method allows to obtain concentrated ozone, but due to its energy intensity, widespread use in engine building has not been used. The most common ozone generation systems based on ultraviolet radiation in a gas discharge plasma. This method is the least energy-consuming and regular Kevinleo ozonizers of 10 g ozone generator 12 V can be used for it. Its performance and energy consumption for air volume: 50 m³ / h, power (W): 10 W, can be used when powering a vehicle, certification: LFGB.
Озон образуется при высокочастотном коронном разряде в потоке осушенного воздуха. Расход энергии составляет 5–15 кВт/кг О ·ч . Концентрация озона в воздухо-озонной смеси составляет 50–250 г/м. Предельно Допустимая Концентрация озона в воздухе в чистом виде 0,1 мг/м3 (СанПиН).Ozone is produced by high-frequency corona discharge in a stream of dried air. The energy consumption is 5-15 kW / kg Oh · h. The ozone concentration in the air-ozone mixture is 50–250 g / m. Maximum Allowable Ozone concentration in air in pure form 0.1 mg / m3 (SanPiN).
Важным преимуществом озонирования является неспособность озона к реакциям замещения. Другой особенностью озона - быстрое разложение в парах воды с образованием кислорода, т. е. озон в таком сочетании экологически безопасен. An important advantage of ozonation is the inability of ozone to substitution reactions. Another feature of ozone is the rapid decomposition in water vapor with the formation of oxygen, i.e., ozone in this combination is environmentally friendly.
Ультразвуковой водяной пар, получают, например, в ультразвуковом увлажнителе воздуха, содержащим основной узел - излучатель, например, в виде шайбы из пьезокерамической керамики, с выведенными посеребренными электродами. При подаче на него переменного тока, этот элемент начинает вибрировать с ультразвуковой частотой и начинает разбивать поверхность воды на мельчайшие частички. Получается водяной «туман» - ультразвуковой водяной пар. Ultrasonic water vapor is obtained, for example, in an ultrasonic humidifier containing a main unit - an emitter, for example, in the form of a washer made of piezoceramic ceramic with silver-plated electrodes removed. When applying alternating current to it, this element starts to vibrate with an ultrasonic frequency and begins to break the surface of the water into tiny particles. It turns out water "fog" - ultrasonic water vapor.
Атомы водорода очень распространённый элемент, но он связан с другими атомами. Данный элемент в молекулярном виде инертен относительно к воде и взаимосвязей с ней не образует. Поэтому в смеси с паро — воздушной смесью не образуется связей, а атомы водорода присутствуют отдельно, насыщая эту паро — воздушную смесь. Растворимость в жидкостях у водорода составляет всего лишь 1,5 мг/л. Этот элемент является самым маленьким из всех известных, поэтому правильнее будет считать число молекул в паро - воздушной смеси. Прежде всего, горение водорода по сравнению с парами углеводородного топлива отличается тем, что водород сгорает намного быстрее, водород (hydrogen) вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. После каждого раза, когда в камере сгорит заряд из водорода, в цилиндре ДВС будет оставаться водяной пар.Hydrogen atoms are a very common element, but it is bonded to other atoms. This element in molecular form is inert with respect to water and does not form interconnections with it. Therefore, in a mixture with a vapor - air mixture, no bonds are formed, and hydrogen atoms are present separately, saturating this vapor - air mixture. The solubility in liquids of hydrogen is only 1.5 mg / L. This element is the smallest of all known, therefore it will be more correct to consider the number of molecules in the vapor - air mixture. First of all, the combustion of hydrogen compared to hydrocarbon fuel vapors is different in that hydrogen burns much faster, hydrogen (hydrogen) reacts spontaneously from ignition, and heat is released directly. After each time, when a charge of hydrogen burns out in the chamber, water vapor will remain in the ICE cylinder.
При этом водород сложно получить в больших количествах. Это значит, что автомобиль необходимо оснащать специальной установкой закрытого типа - электролизёром, отвечающим за расщепление воды и позволяющим добыть водород. Однако на практике такая установка сложна в изготовлении. Поэтому требуется решить задачу подачи топливной смеси, которая обеспечит устойчивую работу двигателя с малым содержанием водорода в топливной смеси. However, hydrogen is difficult to obtain in large quantities. This means that the car must be equipped with a special installation of a closed type - an electrolytic cell responsible for splitting water and allowing hydrogen to be produced. However, in practice, such an installation is difficult to manufacture. Therefore, it is necessary to solve the problem of supplying the fuel mixture, which will ensure stable operation of the engine with a low hydrogen content in the fuel mixture.
Кроме того, даже маленькая утечка водорода при контакте с разогретым коллектором вызовет возгорание. Поэтому обычно используют роторные двигатели.In addition, even a small hydrogen leak in contact with a heated collector will cause a fire. Therefore, rotary engines are usually used.
Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить в соответствии с формулой:To separate a water molecule, energy will have to be spent in accordance with the formula:
2H2O → 2H2+ O2— Q2H2O → 2H2 + O2— Q
Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. В следствие этого производительность такой установки низкая и она требует большого количества электроэнергии. Главная проблема, при применении водородного топлива это то, что затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. This is an electrolytic reaction formula that characterizes the process of splitting water by supplying electricity. As a result of this, the performance of such an installation is low and it requires a large amount of electricity. The main problem with the use of hydrogen fuel is that the cost of electricity for the release of a pure substance exceeds the amount of energy received from its combustion. The maximum efficiency of the cell reaches 50%. This means that 1 kW of heat consumed 2 kW of electricity.
Обычно для решения проблемы, например, получают гремучий газ (смесь водорода и кислорода). Для этого используют, например, ячейку Стэнли Мейера. В них напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки. Typically, to solve the problem, for example, an explosive gas (a mixture of hydrogen and oxygen) is obtained. To do this, use, for example, a Stanley Meyer cell. In them, the voltage is supplied from the pulse generator through two resonant coils.
Однако в таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды. However, in such systems there are double losses, firstly, in the process of gas generation, and secondly, when heating water.
Технический результат достигается за счет того, что применяют способ подачи водо-водородного топлива в ДВС, характеризующийся тем, что в камеру сгорания ДВС с искровым зажиганием подают подготовленную топливную смесь через впускной воздушный коллектор и далее в цилиндры двигателя на такте всасывания, а на такте сжатия обеспечивают воспламенение газо-воздушной смеси при срабатывании штатной системы зажигания за счет искрообразования при достижении заданного давления и температуры. The technical result is achieved due to the fact that the method of supplying hydrogen-hydrogen fuel to the internal combustion engine is used, characterized in that the prepared fuel mixture is fed into the combustion chamber of the internal combustion engine with spark ignition through the air intake manifold and then to the engine cylinders at the suction stroke and at the compression stroke provide ignition of the gas-air mixture when the standard ignition system is triggered due to sparking when the specified pressure and temperature are reached.
Способ отличается тем, что в камеру сгорания ДВС поступает по потоку топливная смесь в виде водо-водородного топлива по п. 1 за счет разряжения, создаваемого в цилиндре ДВС на такте всасывания из выхода электролизного генератора водорода моноблока по п. 2, который соединен с впускным воздушным коллектором ДВС. При этом, в начале работы ДВС производят первоначальную подачу водорода непосредственно из резервной емкости ультразвукового генератора водорода в камеру сгорания ДВС. Затем запускают электрогенератор, питающий моноблок и все последовательно соединенные элементы моноблока, в результате чего озонатор при всасывании атмосферного воздуха через воздушный фильтр направляет озонированный воздух в ультразвуковой парогенератор, ультразвуковой парогенератор направляет «холодный» туман с размером капель воды не более 1 мкм и с температурой от + 1°С до + 80°С, смешанный с озонированным атмосферным воздухом в ультразвуковой генератор водорода, а ультразвуковой генератор водорода вырабатывает атомарный водород из воды, залитой в электролизную ванну, и в котором выработанный водород смешивается с потоком «холодного» водяного тумана и озонированного атмосферного воздуха. При этом выработанный кислород стравливается в атмосферу, после разделения от водорода с использованием специальной полимерной мембраны. В результате на выходе из генератора водорода получают озонированную водо-водородно – воздушную топливную смесь, которая далее при ходе поршня вниз, на такте впуска в ДВС всасывается в камеру сгорания ДВС с искровым зажиганием и водород сгорает в смеси с озоном с получением перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС на такте сжатия. The method is characterized in that the fuel mixture in the form of hydrogen-hydrogen fuel according to
В предложенном способе при подаче топливной смеси атомарный водород потребляется в меньших, необходимых расчетных объемах, так как сгорает в смеси с озоном с большим энергетическим эффектом, чем с кислородом воздуха. При этом предварительно подогретый до + 80°С ультразвуковой пар обладает свойством «тепловой сверхпроводимости», поэтому почти мгновенно нагревается до температуры перегретого пара: от + 400°С до + 500°С от тепла получаемого в камере сгорания ДВС с искровым зажиганием от сжатия смеси и при сгорания водорода с озоном и кислородом воздуха, находящегося только в водяном паре. Далее перегретый пар расширяется и толкает поршень ДВС. Особенностью рабочего режима ДВС на озонированной водо - водородной воздушной топливной смеси является синергический тепловой эффект от: сгорания водорода с озоном и получаемого при этом перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС. Ультразвуковой подогретый до + 80°С ультразвуковой водяной пар в камере сгорания ДВС при взрывном горении водорода выполняет также антидетонационную функцию. In the proposed method, when the fuel mixture is supplied, atomic hydrogen is consumed in smaller, necessary calculated volumes, since it burns in a mixture with ozone with a greater energy effect than with atmospheric oxygen. In this case, ultrasonic steam preheated to + 80 ° C has the property of “thermal superconductivity”, therefore it is almost instantly heated to the temperature of superheated steam: from + 400 ° C to + 500 ° C from the heat received in the combustion chamber of an internal combustion engine with spark ignition from compression of the mixture and the combustion of hydrogen with ozone and oxygen in air, which is only in water vapor. Further, superheated steam expands and pushes the piston of the internal combustion engine. A feature of the operating mode of the internal combustion engine on the ozonized water-hydrogen air fuel mixture is the synergistic thermal effect of: combustion of hydrogen with ozone and the resulting superheated water vapor in the combustion chamber of the internal combustion engine. Ultrasonic heated to + 80 ° C ultrasonic steam in the combustion chamber of the internal combustion engine during explosive combustion of hydrogen also performs an antiknock function.
Поскольку на водороде реакция протекает быстрее, это позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Таким образом, топливная смесь будет всасываться в камеру сгорания за счет разрежения в ней. Также реакция протекает более экологично, так как результатом сгорания является обычная вода вместо токсичных выхлопных газов.Since the reaction proceeds faster on hydrogen, this allows the cylinder filling to be shifted to the moment when the piston is already starting to move at the BDC (bottom dead center). Thus, the fuel mixture will be absorbed into the combustion chamber due to rarefaction in it. Also, the reaction proceeds more environmentally friendly, as the result of combustion is ordinary water instead of toxic exhaust gases.
Например, используют нагрев воды газом Брауна, где температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, однако потребуется специальный котел, который дороже обычного. Газом Брауна принято называть смесь кислорода и водорода. Но эти решения не подходят для автомобилей. Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными. For example, they use water heating with Brown gas, where the combustion temperature of Brown gas is much higher than that of methane, but a special boiler is required, which is more expensive than usual. Brown gas is called a mixture of oxygen and hydrogen. But these solutions are not suitable for cars. A characteristic feature of such devices is the use of electrode blocks, since separation of hydrogen and oxygen is not required. This makes the generators quite compact.
Необходимо разработать такую систему подачи топлива в камеру сгорания ДВС, для которой используется специальная полимерная мембрана, хорошо известная для разделения водорода и кислорода, что позволяет значительно упростить конструкцию генератора водорода. Помимо этого полученный газ в камере сгорания требуется сжигать по мере его выработки. Для этих целей используются, например, электролизеры мембранного типа. Однако топливная смесь должна обеспечивать достаточную энергоемкость и при малых объемах выработанного водорода. It is necessary to develop such a system for supplying fuel to the combustion engine of an internal combustion engine, for which a special polymer membrane is used, well known for the separation of hydrogen and oxygen, which can significantly simplify the design of the hydrogen generator. In addition, the resulting gas in the combustion chamber must be burned as it is produced. For these purposes, for example, membrane-type electrolyzers are used. However, the fuel mixture should provide sufficient energy intensity even with small volumes of hydrogen generated.
Таким образом также не требуется дорогостоящих и высокопроизводительных генераторов водорода с большим запасом электроэнергии на борту автомобиля, а сжигание топливной смеси осуществляется при относительно простой регулировке цикла работы ДВС. Thus, expensive and high-performance hydrogen generators with a large supply of electricity on board the car are also not required, and the fuel mixture is burned with a relatively simple adjustment of the ICE cycle.
В известных конструкциях в камере сгорания устанавливают мембрану, которая разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод. В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной). В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи. При использовании предложенного топлива, например, металлические катализаторы магнитно – каталитической камеры сгорания, которые сами имеют отрицательный заряд, который создается избыточными электронами в металле, а протоны имеющие положительный заряд напрямую соединяются с электронами на металлической поверхности катализаторов. Отличие применения предложенного топлива в заявленном способе состоит в том, что такой конструкции камеры сгорания не требуется. Если вместо традиционных конструкций камеры сгорания ДВС применить магнитно — каталитическую камеру сгорания, конструкция которой описана в патенте 2669529, то будут происходить эффективные экзотермические реакции конвертации низших алканов в водород, но без окиси углерода, образуя фактически плазменное состояние сжигаемого вещества без выхлопа вредных веществ. In known constructions, a membrane is installed in the combustion chamber, which separates two chambers, one of which has an anode and the other a cathode. Hydrogen enters the chamber where the anode is located, and oxygen enters the chamber with the cathode. The electrodes are additionally coated with expensive rare earth metals (often platinum). As a result, hydrogen loses electrons. At the same time, protons pass through the membrane to the cathode, while the catalyst also acts on them. This allows you to play the role of a catalyst that affects hydrogen molecules. As a result, there is a connection of protons with electrons that come from the outside. When using the proposed fuel, for example, metal catalysts of a magnetic - catalytic combustion chamber, which themselves have a negative charge, which is created by excess electrons in the metal, and protons having a positive charge are directly connected to the electrons on the metal surface of the catalysts. The difference in the use of the proposed fuel in the inventive method is that such a design of the combustion chamber is not required. If instead of the traditional designs of the ICE combustion chamber, a magnetic - catalytic combustion chamber is used, the design of which is described in patent 2669529, then effective exothermic reactions of the conversion of lower alkanes to hydrogen will take place, but without carbon monoxide, forming in fact the plasma state of the substance being burned without exhausting harmful substances.
В итоге камера сгорания ДВС в предложенном варианте исполнения способа работает как эффективный механический экзотермический магнитно каталитический химический реактор.As a result, the combustion chamber of the internal combustion engine in the proposed embodiment of the method works as an effective mechanical exothermic magnetic catalytic chemical reactor.
Эффект получают при активизации экзотермической реакции при условии повышенного ударного давления и температуры, поскольку парогазовая смесь в камере сгорания вступает в реакцию конвертации низших алканов в водород без окиси углерода при участии намагниченного комбинированного катализатора, расположенного в магнитном поле постоянных магнитов, который является катализатором реакций Тропша-Фишера и, одновременно, постоянным магнитом, что обеспечивают экзотермическую магнитно каталитическую химическую реакцию при температуре сгорания парогазовой смеси от 400 до 600 градусов с образованием плазмы, т.е. обеспечивается магнитный катализ. The effect is obtained when the exothermic reaction is activated under the condition of increased shock pressure and temperature, since the gas-vapor mixture in the combustion chamber reacts to convert lower alkanes to hydrogen without carbon monoxide with the participation of a magnetized combined catalyst located in a magnetic field of permanent magnets, which is a catalyst for the Tropsch reaction Fisher and, at the same time, a permanent magnet, which provide an exothermic magnetically catalytic chemical reaction at a combustion temperature of a gas-vapor mixture from 400 to 600 degrees with the formation of plasma, i.e. magnetic catalysis is provided.
Для работы такой камеры сгорания выполняется требование исключения наличия в камере сгорания полимеризованных групп молекул топлива. Это достигается при применении предложенного топлива. При паро - газовой смеси из углеводородных топлив, диссоциации молекул азота не происходит только тогда, когда понижен импульс разряда, для преодоления диссоциации требуется организовать магнитное поле с высокой напряженностью, так как энергия диссоциации молекул алканов высокая, например, у азота она в 2 раза выше, чем у кислорода. Вместо использования известных методов обработки топлива магнитным полем целесообразно применение предложенного, разработанного для этого способа, топлива, тогда и искусственно понижать импульс разряда в камере сгорания не требуется. Когда используют обработку магнитным полем топлива в виде паро — газовой топливной смеси из углеводородов, то при этих способах получают малую эффективность его воздействия, связанную с неоднородностью и низким уровнем напряженности магнитного поля (5-25 мТл) и нестабильностью параметров в процессе эксплуатации, что преодолевается с помощью предложенного топлива.. For the operation of such a combustion chamber, the requirement of eliminating the presence of polymerized groups of fuel molecules in the combustion chamber is fulfilled. This is achieved by using the proposed fuel. With a vapor - gas mixture of hydrocarbon fuels, the dissociation of nitrogen molecules does not occur only when the discharge pulse is reduced, in order to overcome dissociation, it is necessary to organize a magnetic field with high intensity, since the dissociation energy of alkane molecules is high, for example, in nitrogen it is 2 times higher than in oxygen. Instead of using known methods of treating fuel with a magnetic field, it is advisable to use the fuel developed for this method, and then it is not necessary to artificially lower the discharge pulse in the combustion chamber. When using magnetic field treatment of fuel in the form of a steam-gas fuel mixture of hydrocarbons, then with these methods receive a low efficiency of its impact associated with the heterogeneity and low level of magnetic field strength (5-25 mT) and the instability of the parameters during operation, which is overcome using the proposed fuel ..
Камера сгорания работает более эффективно при использовании предложенного топлива как эффективный механический экзотермический магнитно каталитический химический реактор. Принцип работы такой камеры сгорания существенно отличается от ее работы на реакции паровой конверсии метана, когда в качестве побочного продукта выделяется пресловутый CO2 .The combustion chamber works more efficiently when using the proposed fuel as an effective mechanical exothermic magnetically catalytic chemical reactor. The principle of operation of such a combustion chamber differs significantly from its operation on the methane steam reforming reaction, when the notorious CO2 is emitted as a by-product.
Таким образом, предложенный способ позволяет достичь технического результата по использованию разработанного для него топлива, в котором малое соотношение водорода в топливной смеси дает возможность сжигания водорода в смеси с озоном с получением перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС а также получить необходимое топливо в компактной системе автомобиля. Thus, the proposed method allows to achieve a technical result on the use of fuel developed for it, in which a small ratio of hydrogen in the fuel mixture makes it possible to burn hydrogen in a mixture with ozone to produce superheated water vapor in the combustion chamber of the internal combustion engine and also to obtain the necessary fuel in a compact car system .
ТОПЛИВОFUEL
Известна заявка «Водо-водородный реактивный двигатель», RU2009132353/06, опубл. 28.08.2009, МПК F02K 9/00 , в котором используют в качестве топлива водород и кислород. Однако это решение не может быть использовано для автомобилей с ДВС с искровым зажиганием, оно предназначено для реактивных двигателей. Known application "Hydrogen-hydrogen jet engine", RU2009132353 / 06, publ. 08/28/2009,
Также используют для хранения и применения горючего газа метан, растворенный не в металлах, как водород, а в водяном льду при кристаллизации воды, Заявка RU2000110447/06, 27.04.2000,МПК F02B 43/00, предлагает этот способ хранения, однако этот способ не может быть применен для ДВС с искровым зажиганием. Also used for storage and use of combustible gas is methane, dissolved not in metals like hydrogen, but in water ice during crystallization of water. Application RU2000110447 / 06, 04/27/2000, IPC F02B 43/00, offers this storage method, but this method does not It can be applied to ICE with spark ignition.
Известна заявка «Способ применения водо термоядерного топлива для двигателей», RU2003105490/06, 25.02.2003, МПК F02G 3/00, в соответствии с которым используют изотопы водорода, а впуск, сжатие, сгорание водо термоядерного топлива в процессе сгорания и расширения происходит одновременно, при этом распыленная вода с применением изотопов водорода в сжатом виде поступает в камеру сгорания с образованием водорода. Однако в двигателе происходит термоядерная реакция, что не применимо к ДВС автомобилей. A well-known application "Method of using water-thermonuclear fuel for engines", RU2003105490 / 06, 02.25.2003,
Известна заявка «Система экологическичистой водородной энергетики для транспортных средств», RU99125719/06, 07.12.1999, опубл.10.09.2001, МПК B60L 11/18, в которой используют водородно - воздушную смесь. Однако химический компрематор вырабатывает электрический ток и не используется для подачи топливной смеси в камеру сгорания. Known application "System of environmentally friendly hydrogen energy for vehicles", RU99125719 / 06, 12/07/1999, publ. 09/10/2001,
Известно изобретение «ДВС для использования только с неископаемым топливом», патент RU 2674168, опубл.30.10.2018, МПК F02D 19/08, F02M 25/022, F02M 25/10, конвенционный приоритет US 61/613,550; US 13/847,555, в котором используют совместное сжатие водорода, воздуха и топлива в камере сгорания со степенью сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1. Однако также в нем используют в качестве топлива — добавку - водорастворимое горючее вещество, например, спирт, изопропиловый спирт. Однако энергия, требуемая для разложения воды на ее компоненты, гораздо более высокая, чем энергия, производимая двигателем. Кроме того, количество водородной смеси, необходимой для того, чтобы работал автомобильный двигатель, слишком велико, чтобы сделать такую систему практичной. The invention is known "ICE for use only with non-fossil fuels", patent RU 2674168, publ. 30.10.2018, IPC F02D 19/08, F02M 25/022, F02M 25/10, conventional priority US 61 / 613,550;
Известно изобретение «Способ производства топлива, обогащенного водородом», патент RU 2423176, опубл.27.02.2011, МПК B01J 19/08, B01J 8/06, C10L 3/06. конвенционный приоритет US11/657,212, использующий продукт, содержащий водород и непрореагировавший метановый газ. Однако используют метановый газ и катализатор, содержащий частицы металла, что является дорогостоящим и трудно реализуемым. The invention is known "Method for the production of hydrogen-enriched fuel", patent RU 2423176, publ. 02.27.2011, IPC B01J 19/08,
Известно также изобретение «Способ работы двухтактного ДВС с водородом в качестве горючего и использованием энергии выхлопа в пульсационной трубе», патент RU 2549745, опубл.10.10.2014, МПК F02B 43/12, использующий топливную смесь, состоящую из водорода и кислорода, включающую в себя жидкую фазу воды, жидкий и газообразный азот. Но не решена задача сжигания водорода в озоне.Also known is the invention "A method of operating a push-pull ICE with hydrogen as fuel and using exhaust energy in a pulsation pipe", patent RU 2549745, published October 10, 2014, IPC F02B 43/12, using a fuel mixture consisting of hydrogen and oxygen, including liquid phase of water, liquid and gaseous nitrogen. But the problem of burning hydrogen in ozone has not been solved.
Наиболее близким к предлагаемому топливу является изобретение «Атомарный водородный двигатель внутреннего сгорания (АВ ДВС)», патент RU 74664, опубл.10.07.2008, МПК F02B 43/10, F02M 21/02, в соответствии с которым в ДВС используют электролитический молекулярный водород, однако он не сгорает в озоне. Аналогично используют атомарный водород в изобретении «ДВС использующий в качестве топлива смесь на основе воды, и способ его работы », патент RU74 664, опубл.10.07.2008, МПК F02B 43/10, F02M 21/02. Closest to the proposed fuel is the invention "Atomic hydrogen internal combustion engine (AV ICE)", patent RU 74664, published July 10, 2008, IPC F02B 43/10, F02M 21/02, in accordance with which electrolytic molecular hydrogen is used in ICE However, it does not burn out in ozone. Atomic hydrogen is similarly used in the invention “ICE using a water-based mixture as a fuel and its method of operation”, patent RU74 664, published July 10, 2008, IPC F02B 43/10, F02M 21/02.
Требуется добиться в топливе малого соотношения водорода в топливной смеси и возможность сжигания водорода в смеси с озоном с получением перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС с искровым зажиганем.It is required to achieve a small ratio of hydrogen in the fuel mixture in the fuel and the possibility of burning hydrogen in the mixture with ozone to produce superheated water vapor in the combustion chamber of the internal combustion engine with spark ignition.
Данный технический результат достигают за счет того, что в качестве водо — водородной топливной смеси применяют озонированную водо — водородно - воздушную смесь, содержащую ультразвуковой водяной пар, обогащенный водородом и смешанный с озонированным атмосферным воздухом.This technical result is achieved due to the fact that an ozonized hydrogen - hydrogen - air mixture containing ultrasonic water vapor enriched with hydrogen and mixed with ozonated atmospheric air is used as a hydrogen - hydrogen fuel mixture.
Новизна предложенного топлива состоит в том, что ее компонентами являются озонированный атмосферный воздух, ультразвуковой водяной пар, и атомарный водород . Озонированный атмосферный воздух получают при участии озона, выделяемого из атмосферного воздуха и в предложенном топливе используют свойства озона. Озон – газ синего цвета с резким характерным запахом, образующийся при воздействии электрического разряда или ультрафиолетового излучения на воздух. По химическому строению представляет собой молекулу, состоящую из трех атомов кислорода, в отличие от двухатомного кислорода. T – 192 С, Т – 112 С, растворимость в воде при 20 С0.0394 масс.%. Озон – очень реакционно способное соединение и химически неустойчив, разлагаясь до кислорода и атомарного кислорода. Озон - сильный окислитель, со многими органическими соединениями образует озониды, однако с парами воды или с водородом, озониды не образуются. Содержание озона в воздухе летом – до 7 x 10 об.%, зимой - 2 x 10 об.%. После озонирования атмосферного воздуха получают концентрацию озона примерно на до 7 x 10 об.%. The novelty of the proposed fuel is that its components are ozonized atmospheric air, ultrasonic water vapor, and atomic hydrogen. Ozonated atmospheric air is obtained with the participation of ozone from atmospheric air and the properties of ozone are used in the proposed fuel. Ozone is a blue gas with a sharp characteristic odor, which is formed when an electric discharge or ultraviolet radiation acts on air. By chemical structure, it is a molecule consisting of three oxygen atoms, in contrast to diatomic oxygen. T - 192 C, T - 112 C, solubility in water at 20 С0.0394 wt.%. Ozone is a very reactive compound and chemically unstable, decomposing to oxygen and atomic oxygen. Ozone is a strong oxidizing agent, with many organic compounds it forms ozonides, but with water vapor or with hydrogen, ozonides are not formed. The ozone content in the air in summer is up to 7 x 10 vol.%, In winter - 2
В больших концентрациях озон взаимодействует и окисляет высокомолекулярные вещества, ароматические и гидроциклические соединения, из которых состоит углеводородное топливо. In high concentrations, ozone interacts and oxidizes macromolecular substances, aromatic and hydrocyclic compounds that make up hydrocarbon fuel.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ DEVICE FOR RECEIVING
Благодаря малым мощностям применяемого оборудования соотношение компонентов топлива получают автоматически. ****Due to the low power of the equipment used, the ratio of fuel components is obtained automatically. ****
Известна заявка «ДВС использующий в качестве топлива смесь на основе воды и способ его работы», RU2014142265, 20.03.2013, опубл.10.05.2016, МПК F02D 19/08, конвенционный приоритет US61/613,550, US 13/847,555, WO 2013/142575, содержащий камеру сгорания, впускной коллектор, находящийся в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания. В камере сгорания используют не ископаемое топливо, состоящее по существу из 70% воды и 30% спирта. Однако топливо впрыскивают непосредственно в камеру сгорания с помощью селективного впрыска. Этот процесс трудно регулируемый и не гарантирует энергоотдачи двигателя. A well-known application "ICE using a water-based mixture and method of its operation", RU2014142265, 03/20/2013, publ. 05/10/2016, IPC F02D 19/08, conventional priority US61 / 613,550,
Известна заявка «Способ питания ДВС и устройство для его осуществления», RU93034816/06, 02.07.1993, опубл.20.01.1996, МПК F02M 25/10, использующий последующее озонирование паровоздушной смеси в камере ионизации. Однако озонированная паровоздушная смесь не обогащена дополнительно водородом. Known application "Method of supplying internal combustion engines and a device for its implementation", RU93034816 / 06, 02.07.1993, publ. 20.01.1996, IPC F02M 25/10, using subsequent ozonation of the vapor-air mixture in the ionization chamber. However, the ozonized steam-air mixture is not additionally enriched with hydrogen.
Наиболее близким техническим решением является заявка RU 2019101458 на изобретение «ДВС с магнитно каталитической камерой сгорания» того же автора, в которой ДВС снабжен камерой сгорания, впускным воздушным коллектором, ультразвуковым увлажнителем воздуха, вырабатывающим из воды «холодный» туман с размером капель воды не более 1 мкм и с температурой от + 1 0 С до + 40 0 С , озонатором и воздушным фильтром. В данном устройстве используют топливную смесь, в которую добавлены пары углеводородных топлив, например, бензина с получением газо - воздушной топливной смеси. Однако в предложенном решении участвует углеводородное топливо, что снижает его экологичность. The closest technical solution is the application RU 2019101458 for the invention “ICE with a magnetic catalytic combustion chamber” of the same author, in which the ICE is equipped with a combustion chamber, an air intake manifold, an ultrasonic air humidifier that generates “cold” fog from water with a droplet size of not more than 1 micron and with a temperature from + 1 0 С to + 40 0 С, an ozonizer and an air filter. This device uses a fuel mixture in which a pair of hydrocarbon fuels, for example gasoline, is added to produce a gas - air fuel mixture. However, hydrocarbon fuel is involved in the proposed solution, which reduces its environmental friendliness.
Известны опыты, в которых старались полностью изолировать топливную систему на водороде, не использовать наружный воздух, однако эта задача до настоящего времени не решена, она оказалась практически не реализуемой. По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. От реализации водородных двигателей отказались прежде всего от того, что в камере сгорания высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом. Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют роторные двигатели. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, имеет водородный двигатель на 12 цилиндрах. Агрегат работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час. Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды на машине не имеется. Просто бак заправляют водородом. Запас хода на полном баке водорода составляет около 300 км. Experiments are known in which they tried to completely isolate the fuel system on hydrogen, not to use outside air, but this problem has not yet been solved, it turned out to be practically impossible. For this reason, modern hydrogen internal combustion engines are more reminiscent of gas engines, that is, propane gas units. The implementation of hydrogen engines was abandoned, first of all, from the fact that in the combustion chamber high temperatures and a compression ratio can lead to the fact that hydrogen will react with heated elements of the internal combustion engine and engine oil. Also, even a small hydrogen leak can cause the fuel to enter the heated exhaust manifold, after which an explosion or fire can occur. To prevent this from happening, rotary engines are more often used to operate on hydrogen. For example, the experimental version of the BMW 750hL model has a 12-cylinder hydrogen engine. The unit runs on such fuel and is able to accelerate the car to a speed of about 140 km / h. True, there are no separate plants for producing hydrogen from water on the machine. Just a tank filled with hydrogen. The power reserve on a full tank of hydrogen is about 300 km.
Известные ДВС на водородных топливах фактически представляют собой «батарейку» с водородным аккумулятором с КПД около 50%. Подобные водородные двигатели позволяют пройти не менее 200 км на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. Например, японская модель Honda Clarity. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Модель Toyota Mirai — это автомобиль, который работает на чистом водороде, одного бака хватает на 600 км.Known internal combustion engines using hydrogen fuels actually represent a "battery" with a hydrogen battery with an efficiency of about 50%. Such hydrogen engines allow you to go at least 200 km on a single charge. The main disadvantage is the high cost of fuel cells due to the use of platinum, palladium and other expensive metals. For example, the Japanese model Honda Clarity. In addition to the Honda Clarity, you can only mention the Mazda RX8 Hydrogen, as well as BMW Hydrogen 7. In fact, these are hybrid cars that run on liquid hydrogen and gasoline. Toyota Mirai model is a car that runs on pure hydrogen, one tank is enough for 600 km.
Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson. Все системы подачи топлива для этих типов автомобиля используют баллоны с водородом. Hydrogen engines are still found on the domestic Niva model, and are also installed by the Koreans on a special version of the Hyundai Tucson SUV. All fuel supply systems for these types of vehicles use hydrogen cylinders.
Использование генераторов водорода на электролизе на борту автомобиля очень ограничено. Следует учитывать, что для получения одного килограмма водорода требуется 52.5 кВтч на электролизере с 75% эффективностью. Таким образом, Toyota Mirai, используя водород, полученный с помощью электролиза будет тратить 54,69 кВтч на 100 км. Даже огромная, более чем 2-х тонная Model S потребляет 23.75 кВтч на 100 км, а Mirai заметно меньше и не может похвастаться разгоном до сотни за 4 секунды. The use of hydrogen generators in electrolysis on board an automobile is very limited. It should be borne in mind that to obtain one kilogram of hydrogen, 52.5 kWh is required on an electrolytic cell with 75% efficiency. Thus, Toyota Mirai, using hydrogen obtained by electrolysis will spend 54.69 kWh per 100 km. Even the huge, more than 2-ton Model S consumes 23.75 kWh per 100 km, while the Mirai is noticeably smaller and can not boast of acceleration to hundreds in 4 seconds.
В известных устройствах для получения газообразного атомарного водорода применяют электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов. Однако по предложенному способу подачи в условиях автомобильного оборудования его можно получить с помощью штатного электролизного генератора водорода. Подобная водородная установка потребляет ток порядка 16 ампера при напряжении 12 В . Мощность этого генератора должна быть не велика, так как требуется получать не большое по объему количество водорода, а строго определенное количество молекул водорода, достаточное для активизации экзотермической реакции при условии требуемого ударного давления и температуры в камере сгорания ДВС. Поскольку разделенные молекулы воды на hydrogen и oxygen, (гремучий газ) имеют склонность к взрыву, то кислород, полученный в генераторе водорода выводят в атмосферу, а молекулы атомарного водорода добавляют в ультразвуковой водяной пар, т.е. обогащают водородом.In known devices for producing gaseous atomic hydrogen, water electrolysis is used in the presence of catalysts - platinum and other expensive alloys. However, according to the proposed method of supply in the conditions of automotive equipment, it can be obtained using a standard electrolysis hydrogen generator. Such a hydrogen installation consumes a current of about 16 amperes at a voltage of 12 V. The power of this generator should not be large, since it is required to obtain not a large amount of hydrogen in volume, but a strictly defined number of hydrogen molecules, sufficient to activate the exothermic reaction under the condition of the required shock pressure and temperature in the combustion engine of the ICE. Since the separated water molecules into hydrogen and oxygen, (explosive gas) are prone to explosion, the oxygen obtained in the hydrogen generator is vented to the atmosphere, and atomic hydrogen molecules are added to ultrasonic water vapor, i.e. enrich with hydrogen.
В таком устройстве, например, могут применяться стандартные генераторы с параметрами:In such a device, for example, standard generators with parameters can be used:
генератор с питанием от переменного напряжения 220 вольт, полученного на борту автомобиля от преобразователем напряжения 12 В постоянного напряжения от АКБ в переменный ток напряжением 220 вольт. ( этот преобразователь продается в любом автомагазине, а в дорогостоящих автомобилях является штатным электрооборудованием )a generator powered by an alternating voltage of 220 volts obtained on board a vehicle from a voltage converter 12 V DC from a battery to alternating current voltage of 220 volts. (This converter is sold in any car shop, and in standard cars it is a standard electric equipment)
Технические параметры:Technical specifications:
В предложенном устройстве обеспечена выработка озонированной водо – водородной воздушной топливной смеси, с целью обеспечения синергического теплового эффекта, при достаточной мощности штатного электрогенератора любого ДВС. Предложенное устройство обеспечивает при достаточно малых объемах водорода в топливной смеси энерго-эффективный рабочий режим ДВС. Узлы устройства используют узлы промышленного изготовления со штатной производительностью и при малом энергопотреблении.In the proposed device, the production of ozonized hydrogen - air air fuel mixture is provided, in order to ensure a synergistic thermal effect, with sufficient power of a standard electric generator of any engine. The proposed device provides for sufficiently small amounts of hydrogen in the fuel mixture energy-efficient operating mode of the internal combustion engine. The nodes of the device use nodes of industrial manufacture with standard performance and low power consumption.
Конструкция устройства позволяет использовать малую электрическую мощность автомобильного электрогенератора, достаточную для питания генератора водорода, что определяется минимальной потребностью по объему вырабатываемого водорода для его сжигания с озоном в камере сгорания ДВС. The design of the device allows you to use the small electric power of a car electric generator, sufficient to power a hydrogen generator, which is determined by the minimum requirement for the amount of hydrogen produced for its combustion with ozone in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Для этого используют электролизную водородную установку. For this, an electrolysis hydrogen plant is used.
Например подойдет установка с питанием от переменного напряжения 220 вольт, полученного на борту автомобиля от преобразователем напряжения 12 В постоянного напряжения от АКБ в переменный ток напряжением 220 вольт. ( этот преобразователь продается в любом автомагазине, а в дорогостоящих автомобилях является штатным электрооборудованием )For example, an installation with power from an alternating voltage of 220 volts, obtained on board a car from a voltage converter 12 V DC from a battery to alternating current with a voltage of 220 volts, is suitable. (This converter is sold in any car shop, and in standard cars it is a standard electric equipment)
Технические параметры:Technical specifications:
Техническим результатом устройства является получение топливной смеси средствами, размещенными на автомобиле для получения малого, но достаточного для устойчивой работы ДВС количества водорода, который сжигается с озоном. The technical result of the device is to obtain a fuel mixture by means placed on a car to obtain a small but sufficient amount of hydrogen that is burned with ozone for stable operation of the internal combustion engine.
Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для ДВС с искровым зажиганием подсоединено к ДВС с камерой сгорания посредством впускного воздушного коллектора, снабжено ультразвуковым увлажнителем воздуха,, вырабатывающим из воды «холодный» туман с размером капель воды не более 1 мкм и с температурой от + 1°С до + 40°С, озонатором и воздушным фильтром. Отличие предложенного устройства состоит в том, что устройство выполнено в виде моноблока, в котором последовательно соединены озонатор, ультразвуковой увлажнитель атмосферного воздуха, и генератор воздуха. Все узлы и элементы моноблока питаются от электрогенератора, размещенного в системе автомобиля. Ультразвуковой увлажнитель атмосферного воздуха, озонатор и генератор воздуха конструктивно крепятся в корпусе моноблока с последовательным соединением между собой. This technical result is achieved due to the fact that the device for internal combustion engines with spark ignition it is connected to the internal combustion engine with a combustion chamber by means of an air intake manifold, equipped with an ultrasonic air humidifier that produces “cold” fog from water with a droplet size of not more than 1 μm and with a temperature of + 1 ° С to + 40 ° С , ozonizer and air filter. The difference of the proposed device is that the device is made in the form of a monoblock, in which an ozonizer, an ultrasonic humidifier, and an air generator are connected in series. All nodes and elements of the monoblock are powered by an electric generator located in the car system. An ultrasonic humidifier, an ozonizer and an air generator are structurally mounted in a monoblock case with a serial connection to each other.
Первым по потоку установлен озонатор, ко входу которого через воздухозаборник воздушного фильтра подведен атмосферный воздух, он вырабатывает озон из кислорода атмосферного воздуха с получением на выходе озонированного атмосферного воздуха, и соединен с ультразвуковым парогенератором. The first downstream is an ozonizer, to the inlet of which atmospheric air is supplied through the air intake of the air filter, it generates ozone from atmospheric oxygen to produce ozonized atmospheric air at the outlet, and is connected to an ultrasonic steam generator.
Ультразвуковой парогенератор снабжен емкостью с водой и вырабатывает ультразвуковой водяной пар в виде «холодного» тумана, ко входу ультразвукового парогенератора по потоку подведен озонированный атмосферный воздух, в нем смешиваются ультразвуковой водяной пар и озонированный атмосферный воздух с получением на выходе озонированной водо - воздушной смеси, которую подают на вход электролизного генератора водорода.The ultrasonic steam generator is equipped with a water tank and produces ultrasonic water vapor in the form of “cold” fog, the ozonized atmospheric air is supplied to the inlet of the ultrasonic steam generator through the flow, ultrasonic water vapor and ozonized atmospheric air are mixed in it to produce an ozonized water-air mixture, which fed to the input of an electrolysis hydrogen generator.
Последним устанавливают электролизный генератор водорода который снабжен электролизной ванной с водой и вырабатывает атомарный водород, а выработанный кислород стравливается (удаляется) в атмосферу. Ко входу электролизного генератора водорода по потоку подведена озонированная водо - воздушная смесь, после смешения озонированной водо - воздушная смеси и водорода с получением на выходе озонированной водо- водородно воздушной смеси, топливную смесь подают в впускной воздушный коллектор ДВС. При этом электролизный генератор водорода снабжен резервной емкостью водорода для первоначального запуска ДВС. The last install electrolysis hydrogen generator which is equipped with an electrolysis bath with water and It produces atomic hydrogen, and the produced oxygen is discharged (removed) into the atmosphere. To the entrance an electrolysis hydrogen generator, the ozonized water-air mixture is brought downstream, after mixing the ozonized water-air mixture and hydrogen to produce the ozonized water-hydrogen air mixture at the outlet, the fuel mixture is fed into the air intake manifold of the internal combustion engine. In this case, the electrolysis generator of hydrogen equipped with a reserve capacity of hydrogen for the initial launch of the internal combustion engine.
Данное техническое решение иллюстрируется чертежом. На чертеже условно показано электрическое подсоединение электрогенератора к моноблоку, составные части которого питаются от электрогенератора. Электрическая схема может быть применена в различных вариантах, поэтому она не отражена подробно. Например, с встроенным диодом, который встроен в клавишный переключатель. В схеме может быть применен также блок электролитических конденсаторов, но можно обойтись и без них. This technical solution is illustrated in the drawing . The drawing conventionally shows the electrical connection of the generator to the monoblock, the components of which are powered by the generator. The electrical circuit can be applied in various ways, so it is not reflected in detail. For example, with a built-in diode that is built into the key switch. A block of electrolytic capacitors can also be used in the circuit, but you can do without them.
Конструкция, изображенная на чертеже, не показывает всех возможных вариантов электропитания элементов моноблока. The design shown in the drawing does not show all possible power options for monoblock elements.
На Фиг. 1 - показана общая схема подсоединения элементов моноблока между собой и подсоединение их к входному воздушному коллектору камеры сгорания ДВС. In FIG. 1 - shows a general diagram of connecting the monoblock elements to each other and connecting them to the air intake manifold of the internal combustion engine.
Устройство для получения водо-водородного топлива устроено следующим образом. A device for producing hydrogen-hydrogen fuel is arranged as follows.
Моноблок (1), на чертеже условно показан пунктирной линией, выход которого (2) соединен с входным воздушным коллектором (3) камеры сгорания (4) ДВС. С камерой сгорания (3) электрически соединен электрогенератор штатный автомобиля (5) . От электрогенератора (5) в моноблоке (1) осуществлена разводка питающих электрических сетей (6) к каждому элементу, которые смонтированы в моноблоке (1). на чертеже условно электрическая сеть (6) показан штрих пунктирной линией. В моноблоке (1) смонтированы строго последовательно озонатор (7), ко входу (8) которого подсоединен воздушный фильтр (9). Выход (10) озонатора (7) соединен со входом (11) ультразвукового парогенератора (12), снабженного емкостью с водой (условно не показана). Выход (13) ультразвукового парогенератора (12) соединен со входом (14) электролитный генератора водорода (15). Генератор водорода (15) снабжен электролизной ванной и резервной емкостью водорода (условно не показаны). Выход (2) генератора водорода (15) соединен со впускным воздушным коллектором (3) камеры сгорания (4) ДВС. В качестве электролита в генераторе водорода (15) выступает вода. Monoblock (1), the drawing is conventionally shown by a dashed line, the output of which (2) is connected to the air intake manifold (3) of the combustion chamber (4) of the internal combustion engine. A regular vehicle electric generator (5) is electrically connected to the combustion chamber (3). From the electric generator (5) in the monoblock (1), the wiring of the supply electric networks (6) to each element that is mounted in the monoblock (1) was carried out. in the drawing, conventionally, the electric network (6) is shown by a dashed line in a dash line. In the monoblock (1), an ozonizer (7) is mounted strictly sequentially, to the input (8) of which an air filter (9) is connected. The output (10) of the ozonizer (7) is connected to the input (11) of an ultrasonic steam generator (12) equipped with a container of water (not shown conditionally). The output (13) of the ultrasonic steam generator (12) is connected to the input (14) of an electrolyte hydrogen generator (15). The hydrogen generator (15) is equipped with an electrolysis bath and a reserve capacity of hydrogen (conventionally not shown). The output (2) of the hydrogen generator (15) is connected to the air intake manifold (3) of the combustion chamber (4) of the internal combustion engine. Water acts as an electrolyte in the hydrogen generator (15).
Электрическая сеть (6) переменного тока от преобразователя напряжения 12 вольт на 220 вольт питает озонатор (7), ультразвуковой парогенератор (12) , генератор водорода (15).An electric network (6) of alternating current from a voltage converter of 12 volts to 220 volts feeds an ozonizer (7), an ultrasonic steam generator (12), a hydrogen generator (15).
Однако, конкретное конструктивное исполнение не ограничивается показанным на чертеже вариантом исполнения, а также конструктивных вариантов схемы подключения.However, the specific design is not limited to the embodiment shown in the drawing, as well as the design options of the connection circuit.
Устройство для получения водо-водородного топлива работает следующим образом. A device for producing hydrogen-hydrogen fuel operates as follows.
После первоначального, разового поступления в камеру сгорания (4) ДВС чистого водорода из резервной емкости генератора водорода (15), осуществляется запуск работы ДВС, Подключается к работе электрогенератор (5), который питает озонатор (7), ультразвуковой парогенератор (12), генератор водорода (15) через электрическую сеть (6). Вырабатываемый из воды в электролитном генераторе водорода (15) водород подают в поток озонированной водо - воздушной смеси, после смешения с водородом получая водо - воздушное топливо, засасываемое в камеру сгорания (4) ДВС. Водо - воздушное топливо получают последовательно добавляя по потоку из атмосферного воздуха, который поступает в воздушный фильтр (9), засасывается в озонатор (7), далее поступает в ультразвуковой парогенератор (12), обогащаясь парами воды, полученными в виде «холодного» тумана с размером капель воды не более 1 мкм и с температурой от + 1°С до + 40°С и далее в генератор водорода (15), в котором обогащается атомарным водородом. Далее за счет разряжения в цилиндрах ДВС на такте всасывания, через входной воздушный коллектор (3) поступает в камеру сгорания (4) ДВС.After the initial, one-time admission to the combustion chamber (4) ICE pure hydrogen from the reserve capacity of the hydrogen generator (15), the internal combustion engine is started, an electric generator (5) is connected to the operation, which feeds the ozonizer (7), an ultrasonic steam generator (12), a hydrogen generator (15) through the electric network (6). Hydrogen generated from water in an electrolytic hydrogen generator (15) is fed into the ozonized water-air mixture stream, after mixing with hydrogen, it is supplied with water-air fuel, which is sucked into the combustion chamber of the (4) ICE. Water - air fuel is obtained by sequentially adding from the atmospheric air, which enters the air filter (9), is sucked into the ozonizer (7), then enters the ultrasonic steam generator (12), enriched with water vapor obtained in the form of a "cold" fog the size of water droplets is not more than 1 μm and with a temperature from + 1 ° С to + 40 ° С and further to a hydrogen generator (15), in which it is enriched with atomic hydrogen. Further, due to the discharge in the cylinders of the internal combustion engine at the suction stroke, through the air intake manifold (3) enters the combustion chamber (4) of the internal combustion engine.
Таким образом, в получении водо - воздушного топлива участвуют озонатор (7), ультразвуковой парогенератор (12) и генератор водорода (15), которые соединены строго последовательно. Thus, an ozonizer (7), an ultrasonic steam generator (12) and a hydrogen generator (15), which are connected strictly in series, participate in the production of water - air fuel.
В качестве озонатора в предложенной конструкции, например, используют штатный озонатор типа Kevinleo. В качестве ультразвукового парогенератора возможно использовать, например, парогенератор типа PerfectCare. Поскольку получение атомарного водорода требуется в малых количествах, то в качестве электролитного генератора водорода достаточно импользовать штатный генератор водорода, например, M2-M22, производитель - Shaanxi, Howah, стандарт - Astm. As an ozonizer in the proposed design, for example, use a regular ozonizer type Kevinleo. As an ultrasonic steam generator it is possible to use, for example, a PerfectCare type steam generator. Since the production of atomic hydrogen is required in small quantities, it is sufficient to use a standard hydrogen generator as an electrolyte hydrogen generator, for example, M2-M22, manufacturer - Shaanxi, Howah, standard - Astm.
Важно отметить, что озонатор (7), к которому подведен только атмосферный воздух, должен быть конструктивно изолирован и расположен на достаточном расстоянии от генератора водорода (15), который вырабатывает атомарный водород, так как смешивать озон с водородом без добавления водяного пара нельзя, так как озон вырабатывается от высоковольтного электрического разряда и можно получить взрывное сгорание водорода и воздуха, поэтому первым по потоку воздуха должен стоять озонатор. It is important to note that the ozonizer (7), to which only atmospheric air is supplied, must be structurally isolated and located at a sufficient distance from the hydrogen generator (15), which produces atomic hydrogen, since it is impossible to mix ozone with hydrogen without adding water vapor, so how ozone is produced from a high-voltage electric discharge and explosive combustion of hydrogen and air can be obtained, so the ozonizer should be the first in the air flow.
Озонатор, ультразвуковой парогенератор, генератор водорода обязательно последовательно соединены между собой, так как последним подключен водородный генератор, на наибольшем расстоянии от озонатора и между ними ультразвуковой парогенератор, только в такой последовательности моноблок способен работать безопасно, без взрыва.An ozonizer, an ultrasonic steam generator, and a hydrogen generator are necessarily connected in series with each other, since the last is connected to a hydrogen generator, at the greatest distance from the ozonizer and between them an ultrasonic steam generator, only in this sequence can the monoblock operate safely without explosion.
При этом генератор водорода вырабатывает водород из воды, налитой в электролизную ванну генератора и водород смешивается с потоком озонированного ультразвукового водяного пара и атмосферного воздуха. In this case, the hydrogen generator produces hydrogen from the water poured into the electrolysis bath of the generator and the hydrogen is mixed with a stream of ozonized ultrasonic water vapor and atmospheric air.
Запуск ДВС в работу осуществляют первоначально от водорода из штатной, встроенной резервной емкости генератора водорода (15). The start of the internal combustion engine is carried out initially from hydrogen from a standard, built-in backup capacity of a hydrogen generator (15).
Озонатор (7) и ультразвуковой парогенератор (12) в составе моноблока (1) могут быть применены промышленного изготовления и будут доступны любой необходимой производительности, при малом энергопотреблении.An ozonizer (7) and an ultrasonic steam generator (12) as a part of a monoblock (1) can be used for industrial production and will be available for any necessary performance, with low power consumption.
Малая электрическая мощность, потребляемая генератором водорода в предложенной конструкции определяется минимальной потребностью по объему водорода для сжигания с озоном в камере сгорания ДВС, его потребность исчисляется количеством молекул водорода. The small electric power consumed by the hydrogen generator in the proposed design is determined by the minimum hydrogen volume requirement for combustion with ozone in the ICE combustion chamber, its demand is calculated by the number of hydrogen molecules.
Таким образом, получают топливную смесь средствами, размещенными на автомобиле для получения малого, но достаточного для устойчивой работы ДВС количества водорода, который сжигается с озоном. Фактически предложен водородный двигатель, работающий на озонированной водо-водородно - воздушной топливной смеси. Thus, a fuel mixture is obtained by means placed on a car to obtain a small amount of hydrogen, which is sufficient for stable operation of the internal combustion engine, which is burned with ozone. In fact, a hydrogen engine operating on an ozonized water-hydrogen-air-fuel mixture has been proposed.
Таким образом при использовании разработанного для способа нового водо — водородного топлива и встраивании в систему подачи автомобиля устройства для выработки этого топлива, можно реализовать предложенный способ.Thus, when using the new hydrogen - hydrogen fuel developed for the method and incorporating the device for generating this fuel into the vehicle supply system, the proposed method can be implemented.
Работа всех трех компонентов работает следующим образом. The work of all three components works as follows.
Первым по потоку засасываемого воздуха двигателем в камеру сгорания (4) стоит озонатор (7).The first engine in the intake air stream into the combustion chamber (4) is an ozonizer (7).
1. Озонатор (7) вырабатывает озон из кислорода атмосферного воздуха.1. Ozonator (7) produces ozone from atmospheric oxygen.
Получают продукт на выходе - озонированный атмосферный воздух, который поступает далее в ультразвуковой парогенератор (12).A product is obtained at the outlet - ozonated atmospheric air, which then enters the ultrasonic steam generator (12).
2. Далее по потоку ультразвуковой парогенератор (12), в который налита вода, вырабатывают ультразвуковой водяной пар с характеристиками «холодного» тумана с размером капель воды не более 1 мкм и с температурой от + 1°С до + 40°С и в этот поток включают выработанный озон. Получают продукт на выходе озонированная водо - воздушную озонированную смесь, которая состоит из водяного холодного тумана - это ультразвуковой водяной пар и озона.2. Further downstream, an ultrasonic steam generator (12), into which water is poured, produces ultrasonic water vapor with the characteristics of a "cold" fog with a droplet size of not more than 1 μm and with a temperature of + 1 ° С to + 40 ° С and this the stream includes ozone produced. An ozonized water - air ozonized mixture is obtained at the outlet, which consists of cold water fog - this is ultrasonic water vapor and ozone.
3. Третьим и последним по потоку подключен электролизный генератор водорода (15), который из налитой в его электролизную ванну воду, вырабатывает водород из этой воды. Выработанный атомарный водород добавляется в поток из ультразвукового водяного пара и озона, а кислород сбрасывается в атмосферу. Конечный продукт на выходе водородного генератора - озонированная водо - водородно воздушная смесь, которая и является водо-водородным топливом. Это топливо подается в камеру сгорания (4) ДВС за счет разряжения, которое получают на такте всасывания в цилиндрах ДВС. Поскольку на водороде реакция протекает быстрее, это позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Таким образом, топливная смесь будет всасываться в камеру сгорания за счет разрежения в ней. 3. The third and last downstream is connected to an electrolysis hydrogen generator (15), which from the water poured into its electrolysis bath generates hydrogen from this water. The generated atomic hydrogen is added to the stream from ultrasonic water vapor and ozone, and oxygen is discharged into the atmosphere. The final product at the outlet of the hydrogen generator is an ozonized water - hydrogen-air mixture, which is hydrogen-hydrogen fuel. This fuel is supplied to the combustion chamber (4) of the internal combustion engine due to the vacuum that is obtained at the suction stroke in the internal combustion engine cylinders. Since the reaction proceeds faster on hydrogen, this allows the cylinder filling to be shifted to the moment when the piston is already starting to move at the BDC (bottom dead center). Thus, the fuel mixture will be absorbed into the combustion chamber due to rarefaction in it.
Таким образом, достигается:Thus, it is achieved:
- высокий уровень экологичности, так как продуктом его сгорания выступает водяной пар- a high level of environmental friendliness, since the product of its combustion is water vapor
- высокий КПД, который в разы превосходит КПД в классических силовых установках, функционирующих на дизельном или бензиновом топливе;- high efficiency, which is many times greater than the efficiency in classic power plants operating on diesel or gasoline fuel;
- относительная конструктивная простота, а также отсутствие дорогостоящих, ненадёжных, опасных систем топливоподачи;- relative constructive simplicity, as well as the lack of expensive, unreliable, dangerous fuel supply systems;
- бесшумность работы ДВС- silent operation of the internal combustion engine
Фактически предложенный способ подачи топлива осуществляют за счет сгорания водорода в смеси с озоном с получением перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС. In fact, the proposed method of supplying fuel is carried out by burning hydrogen in a mixture with ozone to produce superheated water vapor in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Подача водо — водородного топлива может осуществляться, например, в магнитно-каталитическую камеру сгорания. В случае использования каталитической камеры сгорания фактически получают механический химический реактор. Hydrogen fuel can be supplied, for example, to a magnetic catalytic combustion chamber. In the case of using a catalytic combustion chamber, a mechanical chemical reactor is actually obtained.
В предложенном способе подачи водород потребляется в меньших необходимых расчетных объемах, так как сгорает в смеси с озоном с большим энергетическим эффектом, чем с кислородом воздуха. Предварительно подогретый до + 80°С ультразвуковой пар обладает свойством «тепловой сверхпроводимости», поэтому почти мгновенно нагревается до температуры перегретого пара : от + 400°С до + 500°С от тепла получаемого в камере сгорания ДВС с искровым зажиганием от сжатия смеси и при сгорания водорода с озоном и кислородом воздуха, находящегося в озонированной воздушной смеси. Далее перегретый пар расширяется и толкает поршень ДВС.In the proposed method of supplying hydrogen, it is consumed in lower required design volumes, since it burns in a mixture with ozone with a greater energy effect than with atmospheric oxygen. Ultrasonic steam preheated to + 80 ° C has the property of “thermal superconductivity”, therefore it is heated almost instantly to the temperature of superheated steam: from + 400 ° C to + 500 ° C from the heat received in the combustion chamber of an internal combustion engine with spark ignition from compression of the mixture and at combustion of hydrogen with ozone and oxygen, located in the ozonized air mixture. Further, superheated steam expands and pushes the piston of the internal combustion engine.
Особенностью рабочего режима ДВС на озонированной водо – водородной воздушной топливной смеси является синергический тепловой эффект от сгорания водорода с озоном и получаемого при этом перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС.A feature of the operating mode of the internal combustion engine on the ozonized water-hydrogen air fuel mixture is the synergistic thermal effect of the combustion of hydrogen with ozone and the resulting superheated water vapor in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Ультразвуковой подогретый до + 80°С ультразвуковой водяной пар в камере сгорания ДВС при взрывном горении водорода выполняет также антидетонационную функцию, а количество атомов водород в предложенном топливе определяет энергетику сгорания.An ultrasonic heated up to + 80 ° C ultrasonic water vapor in the combustion engine of an internal combustion engine during explosive combustion of hydrogen also performs an antiknock function, and the number of hydrogen atoms in the proposed fuel determines the energy of combustion.
Для выработки озонированной водо - водородной воздушной топливной смеси, с целью обеспечения синергического теплового эффекта, достаточно мощности штатного электрогенератора любого ДВС, так как озонатор (7), ультразвуковой парогенератор (12) и особенно генератор водорода(15), с учетом достаточности малых объемов вырабатываемого им водорода обеспечит энерго-эффективный рабочий режим ДВС.To produce an ozonized water-hydrogen air-fuel mixture, in order to ensure a synergistic thermal effect, the power of a standard electric generator of any engine is enough, since an ozonizer (7), an ultrasonic steam generator (12) and especially a hydrogen generator (15), taking into account the sufficiency of small volumes produced they provide hydrogen energy-efficient operating mode of the internal combustion engine.
Наиболее целесообразно применение данного рабочего цикла на газово-поршневых генераторах ( дизельный двигатель с искровым зажиганием), с учетом высокой степени сжатия в цилиндрах, где озонированная водо - водородная воздушная топливная смесь нагревается от + 400°С до + 500°С, а также имеет достаточный запас электрической мощности синхронного генератора. The most appropriate application of this working cycle on gas-piston generators (diesel engine with spark ignition), taking into account the high compression ratio in the cylinders, where the ozonized water-hydrogen air fuel mixture is heated from + 400 ° C to + 500 ° C, and also has a sufficient supply of electrical power for a synchronous generator.
Таким образом, достигается то, что не требуется дорогостоящих и высокопроизводительных генераторов водорода с большим запасом электроэнергии на борту автомобиля, а сжигание топливной смеси осуществляется при относительно простой регулировке цикла работы ДВС. Также реакция протекает более экологично, так как результатом сгорания является обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Значит достигается результат по использованию разработанного для способа топлива, в котором малое соотношение водорода в топливной смеси дает возможность сжигания водорода в смеси с озоном с получением перегретого водяного пара в камере сгорания ДВС а также получить необходимое топливо в компактной системе автомобиля.Thus, it is achieved that expensive and high-performance hydrogen generators with a large supply of electricity on board the car are not required, and the fuel mixture is burned with a relatively simple adjustment of the ICE cycle. Also, the reaction proceeds more environmentally friendly, as the result of combustion is ordinary water instead of toxic exhaust gases. So the result is achieved by the use of a fuel developed for the method, in which a small ratio of hydrogen in the fuel mixture makes it possible to burn hydrogen in a mixture with ozone to produce superheated water vapor in the combustion engine of the internal combustion engine and also to obtain the necessary fuel in a compact car system.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127439A RU2725648C1 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127439A RU2725648C1 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725648C1 true RU2725648C1 (en) | 2020-07-03 |
Family
ID=71510385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019127439A RU2725648C1 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2725648C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755756C1 (en) * | 2021-01-11 | 2021-09-21 | Николас Николаевич Оксман | Hydrogen fog generation system |
| RU2795075C1 (en) * | 2023-02-01 | 2023-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго" | Vehicle power supply system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3761062A (en) * | 1972-04-28 | 1973-09-25 | A King | Method and apparatus for treating carbureted mixtures |
| RU2380396C2 (en) * | 2007-06-28 | 2010-01-27 | Самир Энвер оглы Мамедов | Method of modification of liquid hydro-carbon fuel and facility for implementation of this method |
| WO2011005135A1 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Matveev Vladimir Anatolevich | Internal combustion engine |
| RU2016151527A (en) * | 2016-12-26 | 2018-06-26 | Ильшат Гайсеевич Мусин | METHOD FOR FUEL SUPPLY IN ICE AND SYSTEM WITH STEAM GENERATOR FOR ITS IMPLEMENTATION |
-
2019
- 2019-08-30 RU RU2019127439A patent/RU2725648C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3761062A (en) * | 1972-04-28 | 1973-09-25 | A King | Method and apparatus for treating carbureted mixtures |
| RU2380396C2 (en) * | 2007-06-28 | 2010-01-27 | Самир Энвер оглы Мамедов | Method of modification of liquid hydro-carbon fuel and facility for implementation of this method |
| WO2011005135A1 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Matveev Vladimir Anatolevich | Internal combustion engine |
| RU2016151527A (en) * | 2016-12-26 | 2018-06-26 | Ильшат Гайсеевич Мусин | METHOD FOR FUEL SUPPLY IN ICE AND SYSTEM WITH STEAM GENERATOR FOR ITS IMPLEMENTATION |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755756C1 (en) * | 2021-01-11 | 2021-09-21 | Николас Николаевич Оксман | Hydrogen fog generation system |
| RU2795075C1 (en) * | 2023-02-01 | 2023-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго" | Vehicle power supply system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10695727B2 (en) | Fuel enrichment method and device | |
| US5437250A (en) | Plasmatron-internal combustion engine system | |
| EP3163064A1 (en) | Engine group comprising a mixed fuel engine, and fuel supplying method thereof | |
| US9561956B2 (en) | Conversion of C-O-H compounds into hydrogen for power or heat generation | |
| EP3215384A2 (en) | Hydrogen generator and non-polluting inner combustion engine for driving vehicles | |
| US12134990B2 (en) | System for remotely monitoring and controlling operation of a hydro-diesel engine | |
| JP2017160898A (en) | Water electrolytic hydrogen oxygen energy generation device for vehicle | |
| WO2011004344A1 (en) | Device for hydrogen enrichment of the fuel of internal combustion engine fed by ammonia, during the start-up and during the steady state | |
| RU2725648C1 (en) | Method of feeding water-hydrogen fuel into hydroelectric spark device with spark ignition, water-hydrogen fuel, and device for production thereof | |
| WO2010151157A1 (en) | High temperature electrolysis system | |
| EP1544277B1 (en) | Apparatus for converting mixture of water and ethanol into fuel | |
| GB2479404A (en) | Electrolytic process and device for enriching hydrocarbon fuel with hydrogen | |
| KR102626114B1 (en) | Internal combustion engine for saving fuel and reducing exhaust gas emissions | |
| CN111086973B (en) | Hydrogen production process and application thereof | |
| CN101671004B (en) | Three-cavity series plasma vehicular hydrogen-rich gas generator | |
| CA2612955A1 (en) | Plasma fueling system for internal comustion engines | |
| CN215479718U (en) | Plasma fuel reforming hydrogen production device | |
| WO2015184368A9 (en) | Carbon fuel cells | |
| CN1837028A (en) | Generating device and method for hydrogen production using non-equilibrium plasma | |
| JP2022185423A (en) | Exhaust gas utilization device | |
| KR19980027962U (en) | Fuel saving device for automotive diesel and gasoline engines | |
| TW200806879A (en) | Hydrogen oxygen motorcycle injection engine | |
| Thanga et al. | Application of Hydrogen as Fuel Supplement in Internal Combustion Engines-A Brief Review | |
| JPS6195093A (en) | Auxiliary fuel of aqueous solution | |
| KR20000072061A (en) | Method of combustion and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210330 Effective date: 20210330 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20220117 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20220420 |