Способ энергоснабжения силовой установки транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и, в частности, может быть использовано в силовых установках автомобилей. Достигаемый технический результат состоит в предотвращении выброса в атмосферу каких-либо токсичных веществ и углекислого газа. Способ энергоснабжения силовой установки транспортного средства обусловлен применением в качестве окисляемого компонента оксида кальция, а в качестве окисляющего компонента углекислого газа, которые в процессе химической реакции между собой образуют карбонат кальция с одновременным выделением значительного количества тепла, которое преобразуется в механическую энергию посредством двигателя с внешним подводом теплоты, причем карбонат кальция, наработанный при перемещении автомобиля, подвергают термическому разложению на исходные компоненты при помощи экологически чистого источника энергии. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области транспорта, преимущественно автомобильного, а более конкретно к способам энергоснабжения, в частности к способам теплового энергоснабжения, обеспечивающим нулевой выброс отработавших веществ в атмосферу.

Известен способ энергоснабжения (нагрева газа в медицинских целях) с применением экзотермической реакции между натронной известью (смесь CaO и NaOH) и углекислым газом /см. патент США N 4693235, кл. 126-263, 1985/.

Однако, NaОН является сравнительно дорогим компонентом, что не позволяет использовать натронную известь для силовых установок автотранспортных средств вследствие нерентабельности.

Кроме того, нарабатываемый в результате такой реакции материал невозможно регенерировать для получения исходных химических компонентов.

Известен также способ энергоснабжения силовой установки путем химической реакции между компонентами, размещенными на транспортном средстве /см. патент Российской Федерации N 2028472, кл. F 02 В 43/10, 1995/.

Химическое вещество является кислородосодержащим и способным в процессе подвода к нему ограниченного количества теплоты генерировать окисляющий компонент (свободный кислород). Последний направляют в реакционную зону, где происходит экзотермическое взаимодействие окисляющего компонента (кислорода) и окисляемого компонента (горючего). Выделяемая в ходе указанного процесса тепловая энергия преобразуется в механическую посредством двигателя внутреннего сгорания или двигателя с внешним подводом теплоты. При этом применение в качестве окисляющего компонента чистого кислорода активизирует процесс сгорания, что обеспечивает существенное снижение выбросов оксида углерода и заметно снижает количество выбросов оксидов азота.

Однако такой процесс не является безотходным, так как в атмосферу попадает как некоторый процент оксида углерода, так и значительное количество углекислого газа.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ теплового энергоснабжения транспортного средства, заключается в предотвращении попадания в атмосферу каких-либо токсичных или нежелательных выбросов, в том числе и углекислого газа, рост концентрации которого в воздухе способствует развитию парникового эффекта.

Технический результат, достигаемый изобретением, сводится к исключению каких-либо выбросов в атмосферу при перемещении автотранспортного средства с одновременным обеспечением повторного формирования из наработанного на борту автотранспортного средства химического вещества, окисляющего и окисляемого компонентов по схеме замкнутого цикла.

Данный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в способе энергоснабжения силовой установки автотранспортного средства путем химической реакции окисления между компонентами, размешенными на борту, предусматривающем применение в качестве окисляемого компонента мелкодисперсного порошка оксида кальция и в качестве окисляющего компонента диоксида углерода, находящегося в газовой фазе под давлением, указанные компоненты дозированно поступают в реакционную зону, где в результате экзотермической реакции образуется карбонат кальция, при этом выделяющуюся в ходе хищнического процесса тепловую энергию отводят из реакционной зоны и преобразуют в механическую энергию при помощи двигателя с внешним подводом теплоты, а наработанный на борту карбонат кальция периодически извлекают и подвергают термическому разложению в стационарных условиях, после чего образуемые оксид кальция и диоксид углерода вновь размещают на борту автотранспортного средства.

Технический результат обеспечивается также благодаря тому, что диоксид углерода подают под давлением 0,1...3 МПа, а экзотермическую реакцию ведут при T= 600. ..1200К.; термическое разложение карбоната кальция ведут при Т= 1200...1500К; образующийся в качестве исходного продукта оксид кальция подвергают тонкому помолу, а образовавшийся диоксид углерода сжижают или отверждают; термическое разложение осуществляют при помощи экологически чистого централизованного источника энергии.

Описание способа Энергоснабжение силовой установки автотранспортного средства обеспечивается при помощи следующей химической реакции. Окисляемый компонент, оксид кальция, реагирует с окисляющим компонентом, диоксидом углерода. В ходе экзотермической реакции между ними образуется карбонат кальция.

(Под ред. профессора Ханса Койне "Химия. Справочное руководство", стр. 39 п. 5.4.2, Раздел Соединения кальция. Изд. 4, "Химия", Ленинградское отделение, 1975).

Процесс протекает в замкнутом объеме (термохимическом реакторе), куда дозированными порциями подается мелкодисперсный порошок оксида кальция и углекислый газ под избыточным давлением 0,1...3 МПа. При этом в процессе экзотермической реакции на 56 г CaO и 44 г CO₂ образуется 100 г CaCO₃. Образующийся карбонат кальция непрерывно удаляется из реактора, а выделяемая в ходе реакции тепловая энергия в количестве 176,4 кДж/моль преобразуется в механическую энергию посредством двигателя с внешним подводом теплоты, функционирующим, например, по циклу Стирлинга (температура рабочего тела, в частности водорода, 1000. . .1200К). Подвод теплоты от реактора к рабочему телу двигателя может быть организован при помощи тепловой трубы.

Удельная энергия заявленного теплового энергоисточника составляет 490 Втч/кг, а с учетом КПД преобразования тепловой энергии в механическую она ориентировочно будет равна 200...300 Втч/кг. Большие значения соответствуют городскому автотранспортному средству, снабженному рекуперативным приводом.

Углекислый газ может храниться на борту как в сжиженном состоянии, так и в виде сухого льда. Последний переходит в газообразное состояние в процессе сублимации.

Карбонат кальция, нарабатываемый на борту автотранспортного средства в процессе движения, периодически извлекают из автомобиля и подвергают термическому разложению в стационарных условиях при помощи экологически чистого централизованного источника энергии (в идеале солнечной). Образовавшиеся в ходе переработки CaCO₃ исходные продукты: оксид кальция (после тонкого помола) и углекислый газ (после сжижения или отверждения), вновь размещают на борту транспортного средства.

Таким образом удается организовать безотходный замкнутый экологически чистый цикл, включающий тепловое энергоснабжение СУ автомобиля при его движении и последующую подготовку окисляющего и окисляемого компонентов для их повторного (многократного) использования в энергоисточнике автотранспортного средства. Неограниченные сырьевые ресурсы карбоната кальция и его дешевизна, а также обеспечение замкнутости химического цикла, исключающего попадание в атмосферу земли диоксида углерода, делает заявленный способ энергоснабжения автотранспортных средств весьма перспективным.

Формула изобретения

1. Способ энергоснабжения силовой установки автотранспортного средства путем химической реакции окисления между компонентами, размещенными на борту, отличающийся тем, что в качестве окисляемого компонента применяют мелкодисперсный порошок оксида кальция, который дозированно подают одновременно с окисляющим компонентом - диоксидом углерода, находящимся в газовой фазе под давлением, в реакционную зону, где в результате экзотермической реакции получают карбонат кальция, при этом выделяющуюся в ходе химического процесса тепловую энергию отводят из реакционной зоны и подвергают преобразованию в механическую энергию при помощи двигателя с внешним подводом теплоты, а нарабатываемый на борту автотранспортного средства карбонат кальция периодически извлекают и подвергают термическому разложению в стационарных условиях с образованием в качестве исходных продуктов оксида кальция и диоксида углерода, которые вновь размещают на борту автотранспортного средства.

2. Способ энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что диоксид углерода подают под давлением 0,1 - 3 МПа, а экзотермическую реакцию ведут при t = 600 - 1200 K.

3. Способ энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что термическое разложение ведут при t = 1200 - 1500 K.

4. Способ энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что образовавшийся в качестве исходного продукта оксид кальция подвергают тонкому помолу, а образовавшийся диоксид углерода сжижают или отверждают.

5. Способ энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что термическое разложение осуществляют при помощи экологически чистого централизованного источника энергии.