PL175361B1 - Sposób i urządzenie do zasilania parą powietrza wlotowego do silnika o spalaniu wewnętrznym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zasilania parą powietrza wlotowego do silnika o spalaniu wewnętrznym.

Znane sąsposoby zasilania parą wodną powietrza wlotowego do silników. Stosuje się to w tak zwanych silnikach spalinowych z doładowaniem. Takie nawilżanie powietrza jak opisane powyżej, przyczynia się do redukcji emisji tlenków azotu. Jest to szczególnie ważne w silnikach, które pracują z nadmiarem powietrza, i dzięki temu mogą być wyposażone w katalizator trój drogowy. Taki sposób zasilania jest znany również w silnikach napędzanych alkoholem.

Urządzenie do zasilania parą wodną powietrza wlotowego do silników jest ujawnione w opisie patentowym USA nr 4 632 067. W tym urządzeniu, podobnie jak w innych znanych urządzeniach podawana w ten sam sposób para wodna, jest wytwarzana przez bezpośredni kontakt wody z elementem grzewczym, dzięki czemu para wodna jest mieszana z powietrzem, które jest doprowadzane do silnika. Ten sposób odparowywania wody wymaga dostarczenia stosunkowo dużej ilości energii. Ponadto, regulacja ilości dostarczanej pary wodnej (albo innej pary) jest utrudniona, ponieważ para musi być dostarczana w ilościach prawidłowo uzależnionych od objętości powietrza, aby zoptymalizować przebieg reakcj i i aby przepływ powietrza wlotowego mógł być zmieniony w ciągu krótkiego okresu czasu.

175 361

Przedmiotem wynalazku jest sposób zasilania parą powietrza wlotowego do silnika o spalaniu wewnętrznym, w którym powietrze podaje się do silnika, i w którym powietrze wlotowe kontaktuje się z płynem w wieży nawilżającej, a zasilanie parąjest realizowane równocześnie z podawaniem powietrza wlotowego, przy czym w wieży nawilżającej przepływa w przeciwnym kierunku do powietrza wlotowego.

Istota wynalazku polega na tym, że powietrze wlotowe spręża się przed nawilżeniem parą, a płyn przed podaniem go do wieży nawilżającej podgrzewa się ciepłem pochodzącym z silnika.

Korzystnie, płyn przed podaniem go do wieży nawilżającej podgrzewa się wodą chłodzącą silnika lub gazami odlotowymi pochodzącymi z silnika.

Płyn podaje się do górnej części wieży nawilżającej rozpylając go do postaci mgły, a powietrze wlotowe podaje się w dolnej części wieży nawilżającej.

Na etapie zasilania płynem górnej części wieży nawilżającej, rozpyla się płyn ponad wypełnieniem wieży, i dostarcza się powietrze wlotowe do dolnej części wieży.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do zasilania parą powietrza wlotowego do silnika o spalaniu wewnętrznym obejmujące wieżę nawilżającą posiadającą wlot płynu zasilającego i wlot powietrza wlotowego do silnika. Wieża nawilżająca jest przystosowana do przekazywania pary do powietrza wlotowego poprzez kontakt powietrza wlotowego i płynu w czasie przepływu obydwu czynników w przeciwnych kierunkach poprzez wieżę nawilżającą.

Urządzenie według wynalazku obejmuje podgrzewacz wstępny, który jest przyłączony do wlotu wieży nawilżającej, przy czym podgrzewacz wstępny jest przyłączony do obiegu wody chłodzącej silnik, a wlot wieży nawilżającej jest przyłączony do sprężarki sprężającej powietrze wlotowe i połączonej z silnikiem. Poprzez bezpośrednie odparowanie płynu w powietrzu wlotowym, możliwa jest do osiągnięcia szczególna zaleta dotycząca samoregulacji ilości pary w powietrzu wlotowym, dzięki czemu nie jest wymagana oddzielna regulacja ilości pary w powietrzu wlotowym.

Przedmiot zgłoszenia pozwala odzyskać energię potrzebną do odparowania, z energii odpadowej powstałej w procesie spalania w silniku, czyli energii, która, ze względu na stopień sprawności silnika nie została przetworzona na energię mechaniczną.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pokazano silnik o spalaniu wewnętrznym wraz z urządzeniem według wynalazku.

Rysunek przedstawia silnik o spalaniu wewnętrznym 1 wyposażony w sześć cylindrów 2. Silnik ten jest silnikiem wysokoprężnym z doładowaniem. Turbosprężarka doładowująca obejmuje turbinę 3, która od strony wylotu gazów z silnika 1 połączona jest z silnikiem za pomocą przewodu 4 gazu wylotowego. Turbina ta poprzez wał 5 połączona jest z, i napędza sprężarkę 6 służącą do sprężania powietrza podawanego do silnika 1 od strony wlotowej przewodem 7. Między sprężarką 6 i silnikiem 1 usytuowany jest element nawilżający, który w tym przykładzie wykonania stanowi wieża nawilżająca 8, z wypełnieniem połączona poprzez drugi przewód powietrzny 9, służący do podawania nawilżonego parą wodną powietrza wlotowego, z silnikiem 1. Para wodna jest wytwarzana z wody, podawanej ze zbiornika 10, poprzez wymiennik ciepła 11 do wieży nawilżającej 8. W wymienniku ciepła 11 woda jest podgrzewana wodą chłodzącą silnika, która krąży przez wymiennik ciepła 11 i obieg 12. Woda jest podawana do górnej części wieży nawilżającej 8 podczas gdy powietrze jest podawane do dolnej części wieży nawilżającej 8. Woda jest rozpylana w wieży nawilżającej 8 za pomocą dyszy (nie pokazanej) aby mogła powstać mgła, przepływająca w dół, i jest ponownie zbierana na dnie wieży nawilżającej 8, skąd jest usuwana do zbiornika 10 poprzez przewód 13. Wtym samym czasie sprężone powietrze jest podawane do wieży nawilżającej 8 i przepływa w górę do przewodu powietrznego 9. W wieży nawilżającej 8 powietrze i woda kontaktują się wzajemnie podczas przepływu w przeciwnych kierunkach. Paliwo podawane jest do silnika 1 przewodem paliwowym 14, a silnik jest połączony z generatorem 15.

Podawanie pary przebiega następująco. Powietrze wlotowe sprężane jest w sprężarce 6, która poprzez wał 5 napędzanajest turbiną 3, napędzaną gazami odlotowymi silnika 1. Sprężone i w ten sposób podgrzane powietrze wlotowe jest podawane do dolnej części wieży nawilżającej 8,

175 361 przy czym, jak opisano powyżej, woda jest zbierana na dnie wieży nawilżającej 8. Woda pobierana jest ze zbiornika P0 i podawana do górnej części wieży nawilżającej 8 i przechodzi tą drogą przez wymiennik ciepła gdzie zostaje podgrzana. W wieży nawilżającej 8 woda jest rozpylana, podczas gdy przepływa przez wieżę nawilżającą 8 łącznie z powietrzem wlotowym silnika przepływającym w kierunku do góry przez więżę nawilżającą 8.

Część wody jest odparowywana i łączy się z powietrzem wlotowym w wieży nawilżającej 8 i jest przekazywana do komory spalania silnika P. W ten sposób przez wieżę nawilżającą przepływa znacznie większa ilość wody, w porównaniu z tą ilością, która jest odparowywana. W konsekwencji, energia potrzebna do odparowania jest pobierana z równocześnie przepływającej wody. Zjawisko to określa się jako zmianę entalpii. Gdy odparowanie wody odbywa się tym sposobem w mieszaninie gazów, odparowanie to przebiega przy niskich temperaturach, i tylko w obecności wody, tak jak w rozwiązaniach według stanu techniki, przy koniecznym do odparowania ciśnieniu cząstkowym w czasie, który jest konieczny do tego, aby para wodna osiągnęła określony wpływ pp mieszaninę gazów. Należy przez to rozumieć, że odparowanie przebiega do momentu, gdy powietrze podawane do wieży nawilżającej 8 osiągnie bardzo niską temperaturę, aby zwiększyć prędkość przepływu powietrza w kierunku do góry poprzez wieżę nawilżającą 8, jak również zwiększyć zawartość wilgoci i w ten sposób zwiększyć ciśnienie cząstkowe. Gdy pełne odparowanie, jak opisano powyżej, zachodzi przy stosunkowo bardzo niskiej temperaturze, staje się możliwe zastosowanie energii pochodzącej ze źródła o stosunkowo niskiej temperaturze, potrzebnej w procesie odparowania. Energia ta w dużym stopniu pochodzi z silnika ł i jest zawarta w wodzie chłodzącej lub gazach odlotowych. Tym sposobem woda chłodząca silnik, lub gazy odlotowe, albo obydwa czynniki, mogą być użyte do wstępnego podgrzewania wody, przed podaniem jej do wieży nawilżającej 8.

Powyżej zostały opisane korzystne przykłady przeprowadzenia sposobu i konstrukcji urządzenia według wynalazku. Powyższy opis należy traktować tylko jako rozwiązanie przykładowe, przy czym w zakresie ochrony przedmiotowego wynalazku mieści się wiele modyfikacji. Na przykład, zamiast wody można odparowywać inny płyn, który w danym przypadku jest bardziej stosowny. Dysza, która rozpyla płyn może być przemieszczana ponad lub po dnie wieży nawilżającej, za pomocą specjalnego wyposażenia, zależnie do jego konstrukcji.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zasilania parą powietrza wlotowego do silnika o spalaniu wewnętrznym, w którym .powietrze podaje się do silnika, i w którym powietrze wlotowe kontaktuje się z płynem w wieży nawilżającej a zasilanie parąjest realizowane równocześnie z podawaniem powietrza wlotowego, przy czym płyn w wieży nawilżającej przepływa w przeciwnym kierunku do powietrza wlotowego, znamienny tym, że powietrze wlotowe spręża się przed nawilżeniem parą, a płyn przed podaniem go do wieży nawilżaj ącej .(8) podgrzewa się ciepłem pochodzącym z silnika (1).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn przed podaniem go do wieży nawilżającej (8) podgrzewa się wodą chłodzącą silnika (1).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn przed podaniem go do wieży nawilżającej (8) podgrzewa się gazami odlotowymi pochodzącymi z silnika (1).
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że płyn podaje się do górnej części wieży nawilżającej (8) rozpylając go do postaci mgły, a powietrze wlotowe podaje się w dolnej części wieży nawilżającej (8).
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że na etapie zasilania płynem górnej części wieży nawilżającej (8), rozpyla się płyn ponad wypełnieniem wieży, i dostarcza się powietrze wlotowe do dolnej części wieży.
6. 6. Urządzenie do zasilania parą powietrza wlotowego do silnika o spalaniu wewnętrznym obejmujące wieżę nawilżającąposiadającą wlot płynu zasilającego i wlot powietrza wlotowego do silnika, przy czym wieża nawilżającajest przystosowana do przekazywania pary do powietrza wlotowego poprzez kontakt powietrza wlotowego i płynu w czasie przepływu obydwu czynników w przeciwnych kierunkach poprzez wieżę nawilżającą, znamienne tym, że obejmuje podgrzewacz wstępny (11), który jest przyłączony do wlotu wieży nawilżającej (8), przy czym podgrzewacz wstępny (11) jest przyłączony do obiegu wody chłodzącej silnik, i tym, że wlot wieży nawilżającej (8) jest przyłączony do sprężarki (6) sprężającej powietrze wlotowe i połączonej z silnikiem.