PL B1. Politechnika Szczecińska,Szczecin,PL BUP 08/01. Stefan Żmudzki,Szczecin,PL WUP 01/08

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F02G 5/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin oraz układ do utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 08/01 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Szczecińska,Szczecin,PL (72) Twórca(y) wynalazku: Stefan Żmudzki,Szczecin,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/08 (74) Pełnomocnik: Zawadzka Renata, Dział Patentów i Transferu, Technologii Politechniki Szczecińskiej PL B1 (57) 1. Sposób utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin, w którym część energii cieplnej spalin zużywa się w odbiornikach energii takich jak układ doładowania silnika, napęd turbiny mocy, kocioł utylizacyjny, przy czym spaliny z kolektora układu wylotowego silnika kieruje się najpierw do izobarycznej komory spalania, znamienny tym, że reguluje się ilość spalanego paliwa w komorze spalania (KS, SS) i w silniku (ZS) tak, aby zawartość tlenu w spalinach opuszczających komorę spalania nie przewyższała 0,14% udziału molowego, przy czym spaliny z układu wylotowego komory spalania o tej dopuszczalnej zawartości tlenu kieruje się do odbiorników energii (TS, TM, SS) i do wielofunkcyjnego katalizatora (KW), przy czym wymagany skład spalin oraz parametry pracy silnika reguluje się sterownikiem elektronicznym (SE) generującym sygnały sterujące dawkowaniem paliwa do silnika (ZS) i komory spalania (KS, SS) oraz sterujące układem wylotowym spalin i układem recyrkulacji spalin, na podstawie sygnałów otrzymywanych od czujników prędkości obrotowej (n), momentu obrotowego (Mo), zawartości tlenu w spalinach (O 2 ) i temperatury spalin (T).

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin oraz układ do utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin. W znanych silnikach o zapłonie samoczynnym dużej mocy, dysponujących znaczną energią cieplną spalin wynikającą z wysokiego poziomu ich temperatury i ciśnienia część tej energii wykorzystuje się do realizacji procesu doładowania samego silnika, a drugą część, zwłaszcza w obszarze mocy nominalnej, do napędu turbiny mocy oraz funkcjonowania kotła utylizacyjnego, w formie wytwornicy pary wodnej. Znane są z publikacji I. Piotrowskiego i K. Witkowskiego pt. Okrętowe silniki spalinowe TRADEMAR Gdynia 1996 r. str sposoby wykorzystania tego ciepła za pomocą dodatkowej turbiny utylizacyjnej (mocy) oraz wymienników ciepła i zespołu turbinowo-prądnicowego. Znany układ do odzyskiwania ciepła spalin silnika firmy Sulzer typu RTA zawiera kocioł utylizacyjny połączony z akumulatorem pary wysokiego ciśnienia i z końcowym podgrzewaczem paliwa oraz z zespołem prądnicowo-turbinowym połączonym ze skraplaczem pary i pompami wody. W układzie zainstalowana jest trzystopniowa chłodnica powietrza ładującego połączona z odbiornikiem gorącej wody. W kotle utylizacyjnym spaliny oddając ciepło produkują parę wodną zasilającą zespół turbinowo-prądnicowy, wytwarzający energię elektryczną w ilości wynikającej z aktualnego nadmiaru energii cieplnej spalin wylotowych silnika spalinowego. Ilość tej energii maleje wraz ze zmniejszeniem się mocy eksploatacyjnej silnika. Ponadto układ ten może być wyposażony w turbinę spalinową wykorzystującą bezpośrednio nadmiar energii zawarty w spalinach wylotowych. Wirnik tej turbiny połączony jest poprzez przekładnię z wałem korbowym silnika spalinowego napędu głównego, przez co przekazuje wytworzoną moc na potrzeby układu napędowego. Układy takie poprawiają znacznie sprawność całkowitą układu napędowego. Jednakże znane rozwiązania nie zapewniają w pełni wykorzystania ciepła odpadowego przy zmiennym obciążeniu silnika i stwarzają konieczność zainstalowania dodatkowych agregatów prądotwórczych zaspokajających zapotrzebowanie na energię elektryczną, na przykład w siłowni statku. Odrębnym problemem występującym w pracy silników spalinowych jest ograniczenie emisji do otoczenia zawartych w spalinach składników toksycznych jak tlenki azotu, tlenek węgla, niespalone węglowodory i cząstki stałe. Znane rozwiązania dotyczące sposobów oczyszczania spalin, opisane w publikacji J. Merkisza pt. Ekologiczne problemy silników spalinowych tom 2 Politechnika Poznańska, Poznań 1999 r., str opierają się głównie na wykorzystaniu wielofunkcyjnych katalizatorów, spełniających funkcje utleniające i redukujące określonych składników toksycznych spalin. Jednakże w silnikach o zapłonie samoczynnym redukujące działanie katalizatorów w odniesieniu do tlenku azotu jest bardzo ograniczone z uwagi na znaczny nadmiar tlenu w spalinach. Tlen wówczas inhibituje reakcję rozkładu tlenku azotu na azot i tlen silnie absorbując się na powierzchni pokrycia katalitycznego, wskutek czego skuteczność procesu redukcji tlenku azotu jest ograniczona do 30%. Stosuje się też selektywną katalityczną redukcję tlenków azotu, najczęściej przy zastosowaniu amoniaku jako reduktora, co pozwala na obniżenie stężenia tlenku azotu w spalinach o 90-95%. Jednakże w niektórych urządzeniach, zwłaszcza na statkach stosowanie amoniaku w dużych ilościach jest niedopuszczalne z uwagi na bezpieczeństwo żeglugi. Katalizatory wielofunkcyjne znalazły zastosowanie w silnikach o zapłonie iskrowym, gdzie dzięki wykorzystaniu sondy λ uzyskuje się współczynnik nadmiaru powietrza λ 1. Pozwala to na znaczne obniżenie stężenia w spalinach zarówno tlenku węgla, niespalonych węglowodorów jak i tlenków azotu, natomiast w silnikach o zapłonie samoczynnym katalizatory tego typu nie są stosowane. Znany jest z polskiego opisu patentowego Nr sposób zmniejszania emisji szkodliwych składników spalin w silniku o zapłonie samoczynnym polegający na tym, że spaliny pobrane z kolektora układu wylotowego silnika, wyposażonego w katalityczny dopalacz, schładza się w chłodnicy spalin i doprowadza się do filtra powietrza kolektora układu dolotowego silnika, przy czym ilość recyrkulujących spalin reguluje się w funkcji położenia listwy zębatej w pompie wtryskowej i w funkcji temperatury przed katalitycznym dopalaczem. Urządzenie do zmniejszania emisji szkodliwych składników spalin w silniku o zapłonie samoczynnym z układem katalitycznego dopalacza i recyrkulacją spalin ma kolektor układu wylotowego i kolektor układu dolotowego silnika połączony z przewodem recyrkulujących spalin poprzez chłodnicę spalin, zawór regulacyjny połączony z układem sterującym i czujnikiem temperatury oraz poprzez filtr spalin i filtr powietrza. Znane jest z polskiego zgłoszenia patentowego Nr urządzenie napędowe i sposób redukcji ilości tlenków azotu (N0 X ) w spalinach silnika spalinowego. Urządzenie napędowe do spalania paliwa z silnikiem spalinowym, sprężarką zasysanego powietrza i z turbiną na gazy

3 PL B1 3 spalinowe. Pomiędzy sprężarką i silnikiem spalinowym znajduje się rozdzielacz zasysanego powietrza, a pomiędzy silnikiem spalinowym i turbiną usytuowana jest komora spalania. Ponadto urządzenie zawiera zbiornik oraz dyszę połączoną z nim poprzez pierwszy doprowadzający wodę przewód ciśnieniowy, za pomocą której woda wtryskiwana jest do sprężarki w przepłukujące powietrze. Silnik spalinowy wykonany jest jako silnik Diesla, a pierwszy przewód ciśnieniowy i dysza połączone są z przewodem zasysającym przed sprężarką tak, że rozpylona woda wtryskiwana jest do sprężarki. Poza tym pomiędzy rozdzielaczem i zbiornikiem ciśnieniowym znajduje się połączenie ciśnieniowe sterujące ilością wtryskiwanej wody. Sposób redukcji ilości N0 X w spalinach polega na tym, że rozpylona woda wtryskiwana jest do przepłukującego powietrza przed sprężarką, a ciśnienie wody w zbiorniku zależy od ciśnienia ładowanego powietrza przepłukującego. Znany jest z prospektu firmy MAN B & W układ do redukcji katalitycznej N0 X, zawierający instalację amoniaku NH 3 połączoną z instalacją wylotową spalin silnika dwusuwowego typu MC. Dzięki reakcji NH 3 z N0 X otrzymuje się obniżenie zawartości N0 X w spalinach o 75% w stosunku do wartości pierwotnej. Według wynalazku, sposób utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin, w którym część energii cieplnej spalin zużywa się w odbiornikach energii takich jak układ doładowania silnika, napęd turbiny mocy, kocioł utylizacyjny, przy czym spaliny z kolektora układu wylotowego silnika kieruje się najpierw do izobarycznej komory spalania, polega na tym, że reguluje się ilość spalanego paliwa w komorze spalania i w silniku tak, aby zawartość tlenu w spalinach opuszczających komorę spalania nie przewyższała 0,14% udziału molowego. Spaliny z układu wylotowego komory spalania o tej dopuszczalnej zawartości tlenu, kieruje się do odbiorników energii i do wielofunkcyjnego katalizatora. Wymagany skład spalin oraz parametry pracy silnika reguluje się sterownikiem elektronicznym generującym sygnały sterujące dawkowaniem paliwa do silnika i komory spalania oraz sterujące układem wylotowym spalin i układem recyrkulacji spalin, na podstawie sygnałów otrzymywanych od czujników prędkości obrotowej, momentu obrotowego, zawartości tlenu w spalinach i temperatury spalin. Korzystnie, w charakterze komory spalania stosuje się komorę spalania silnika Stirlinga, przy czym część energii cieplnej spalin wykorzystuje się do wykonania pracy użytecznej przez ten silnik. Korzystnie, spaliny z komory spalania kieruje się do turbosprężarki oraz turbiny mocy połączonych szeregowo lub równolegle w ciągu przepływu spalin. Korzystnie spaliny z komory spalania kieruje się do kanału obejściowego łączącego przewód spalinowy komory spalania z przewodem zasilającym wielofunkcyjnego katalizatora. Kanał obejściowy wyposażony jest w zawór regulacyjny i umożliwia utrzymanie wymaganej dla procesów katalitycznych temperatury spalin wylotowych oraz sterowanie mocą poszczególnych urządzeń cieplnych. Układ według wynalazku, w którym silnik o zapłonie samoczynnym połączony jest z odbiornikami energii cieplnej spalin takimi jak układ doładowania silnika zawierający sprężarkę i chłodnicę powietrza, układ recyrkulacji spalin, turbinę mocy i kocioł utylizacyjny, przy czym kolektor układu wylotowego spalin silnika jest połączony z izobaryczną komorą spalania wyróżnia się tym, że układ wylotowy spalin komory spalania jest połączony z katalizatorem wielofunkcyjnym, przy czym układy paliwowe silnika o zapłonie samoczynnym i komory spalania, układ wylotowy spalin komory spalania oraz układ recyrkulacji spalin sterowane są przez elektroniczny sterownik, połączony z czujnikami prędkości obrotowej, momentu obrotowego, zawartości tlenu w spalinach i temperatury spalin. Sterownik elektroniczny generuje sygnały sterujące dawkowaniem paliwa do silnika i komory spalania tak, że zadana, dopuszczalna zawartość tlenu w spalinach opuszczających komorę spalania nie przewyższa 0,14% udziału molowego. Korzystnie, komorę spalania stanowi komora spalania silnika Stirlinga, przy czym silnik Stirlinga jest połączony z odbiornikiem mocy. Korzystnie, układ wylotowy spalin komory spalania i układ doładowania silnika o zapłonie samoczynnym połączone są szeregowo lub równolegle z turbosprężarką oraz turbiną mocy. Korzystnie, przewód spalinowy komory spalania połączony jest przez kanał obejściowy i zawór regulacyjny z przewodem zasilającym katalizatora wielofunkcyjnego, przy czym zawór jest sterowany sterownikiem elektronicznym. Kanał obejściowy umożliwia utrzymanie wymaganej dla procesów katalitycznych temperatury spalin wylotowych oraz sterowanie mocą poszczególnych urządzeń cieplnych. Korzystnie, komora spalania zewnętrzna, a także komora spalania silnika Stirlinga połączona jest ze sprężarką pomocniczą, napędzaną silnikiem elektrycznym, która zapewnia zasilanie komory w niezbędną ilość powietrza potrzebnego do spalania paliwa, w przypadkach kiedy silnik spalinowy jest wyłączony, a istnieje zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną w siłowni. Pozwala to na funkcjonowanie turbiny mocy i generowanie prądu elektrycznego, jak również wykorzystanie funkcji kotła utylizacyjnego. Korzystnie, odbiornik mocy połączony jest z turbiną mocy poprzez przekładnię. Korzystnie, układ wyposażony jest w układ recyrkulacji spalin zawierający kanał

4 4 PL B1 recyrkulacyjny z zaworem regulacyjnym. Silnik wyposażony jest w kolektor wylotowy, który za chłodnicą połączony jest przez kanał recyrkulacyjny, zawór regulacyjny i dyszę Venturiego z przewodem powietrza doładowującego. Katalizator wielofunkcyjny połączony jest z kotłem utylizacyjnym, przy czym przewód wylotowy spalin z katalizatora połączony jest kanałem recyrkulacyjnym poprzez zawór regulacyjny ze sprężarką układu doładowania silnika. Występujące w układzie odgałęzienie recyrkulacji spalin pozwala z jednej strony na obniżenie toksyczności spalin w samym silniku spalinowym, a z drugiej strony może ograniczyć ilość paliwa niezbędną do zredukowania nadmiaru tlenu w spalinach na wylocie komory spalania. Dotyczy to zwłaszcza pracy silnika przy małych obciążeniach, przy których współczynnik nadmiaru tlenu bardzo silnie rośnie osiągając wartości rzędu Wówczas spełnienie warunku redukcji nadmiaru tlenu w komorze spalania mogłoby spowodować przeciążenie cieplne układu. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia w wysokim stopniu odzyskanie energii cieplnej spalin silników o zapłonie samoczynnym do wykonania pracy użytecznej oraz ograniczenie emisji substancji toksycznych spalin przez wykorzystanie katalizatorów o wysokiej skuteczności. Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładach realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat układu, przy czym linią pogrubioną zaznaczono przewody spalinowe, linią cienką przewody powietrza, linią przerywaną zaznaczono przebieg sygnałów sterujących, linią kropkową zaznaczono przebieg sygnałów wartości mierzonych, fig. 2 przedstawia uproszczony schemat odmiany układu, w którym zastosowano silnik Stirlinga, przy czym linią pogrubioną zaznaczono przewody spalinowe, linią cienką przewody powietrza, linią przerywaną zaznaczono przebieg sygnałów sterujących, linią kropkową zaznaczono przebieg sygnałów wartości mierzonych, fig. 3 przedstawia uproszczony schemat odmiany układu, przy czym linią pogrubioną zaznaczono przewody spalinowe, linią cienką przewody powietrza, linią przerywaną zaznaczono przebieg sygnałów sterujących, linią kropkową zaznaczono przebieg sygnałów wartości mierzonych, fig. 4 przedstawia schematycznie uproszczony schemat odmiany układu, przy czym linią pogrubioną zaznaczono przewody spalinowe, linią cienką przewody powietrza, linią przerywaną zaznaczono przebieg sygnałów sterujących, linią kropkową zaznaczono przebieg sygnałów wartości mierzonych. P r z y k ł a d I Silnik o zapłonie samoczynnym ZS, połączony jest z układem doładowania powietrza zawierającym turbosprężarkę TS połączoną z nim poprzez chłodnicę CH i dyszę Venturiego V. Kolektor wylotowy spalin K silnika o zapłonie samoczynnym ZS połączony jest z izobaryczną komorą spalania KS. Układ wylotowy spalin komory spalania KS połączony jest równolegle z turbiną mocy TM oraz z turbiną turbosprężarki TS, oraz z katalizatorem wielofunkcyjnym KW. Katalizator KW jest połączony z kotłem utylizacyjnym KU. Turbina jest sprzężoną poprzez przekładnię P z generatorem prądu lub odbiornikiem mocy silnika ZS. Układ jest wyposażony w układ elektronicznego sterownika SE, sterującego poprzez zawory regulacyjne Zr układami paliwowymi silnika o zapłonie samoczynnym ZS i komory spalania KS, sterującego układem wylotowym spalin komory spalania oraz sterującego układem recyrkulacji spalin zawierającym kanał recyrkulacyjny Kr z zaworem regulacyjnym Zr, łączący kolektor K poprzez dyszę Venturiego V z układu doładowania silnika ZS. Elektroniczny sterownik SE, połączony jest z czujnikami prędkości obrotowej n i momentu obrotowego Mo silnika ZS oraz z czujnikami zawartości tlenu w spalinach O 2 i temperatury spalin T, umieszczonymi na przewodach spalinowych silnika ZS i komory spalania KS. Sterownik elektroniczny SE generuje sygnały sterujące dawkowaniem paliwa do silnika ZS i komory spalania KS tak, że zadana, dopuszczalna zawartość tlenu w spalinach opuszczających komorę spalania nie przewyższa 0,14% udziału molowego. Układ sterownika elektronicznego SE dostosowuje dawkę paliwa dostarczanego do komory spalania tak, aby w miarę zmieniających się parametrów, a zwłaszcza obciążenia siłowni zapewnić wymagane warunki dla poprawnej pracy wielofunkcyjnego katalizatora. Układ wyposażony jest w kanał obejściowy Ko wyposażony w zawór regulacyjny Zr, który to kanał łączy przewód spalinowy komory spalania KS z wielofunkcyjnym katalizatorem KW i który umożliwia utrzymanie wymaganej dla procesów katalitycznych temperatury spalin wylotowych oraz sterowanie mocą poszczególnych urządzeń cieplnych. Po przeanalizowaniu sygnałów z czujników wartości mierzonych, sterownik SE generuje impulsy wykonawcze, które sterują ilością paliwa podawanego do silnika spalinowego i komory spalania, ilością recyrkulowanych spalin oraz przepływem spalin przez kanał obejściowy Ko tak, aby osiągnąć wymaganą, narzuconą z zewnątrz, moc napędową układu energetycznego oraz dopuszczalne stężenie tlenu w spalinach za komorą, którego graniczna dopuszczalna wartość wynosi 0,14% udziału molowego, które to stężenie warunkuje poprawną pracę wielofunkcyjnego katalizatora i zapewnia mu efektywne wypełnianie jego

5 PL B1 5 funkcji utleniających i redukujących. Spaliny wylotowe z silnika ZS, zawierające znaczną ilość tlenu są kierowane do komory spalania KS. W komorze spalania KS pracującej przy stałym ciśnieniu spala się dowolne paliwo ciekłe lub gazowe w taki sposób, aby całkowicie wykorzystać tlen zawarty w spalinach wylotowych z silnika ZS. Spaliny z komory spalania doprowadza się do katalizatora wielofunkcyjnego KW umieszczonego w ciągu przepływu spalin. Spaliny doprowadzone do katalizatora powinny zawierać tlen w ilości nie większej niż 0,14% udziału molowego. Spaliny opuszczające komorę spalania, dysponujące jeszcze dość znaczną energią cieplną są kierowane również do turbosprężarki i turbiny mocy TM, połączonych w układzie równoległym, a następnie do katalizatora wielofunkcyjnego KW, kotła utylizacyjnego KU i w ostatniej fazie do otoczenia. Działanie katalizatora wielofunkcyjnego pozwala na znaczące wyeliminowanie ze spalin wszystkich składników toksycznych, to jest tlenków azotu, tlenku węgla, niespalonych węglowodorów i cząstek stałych, głównie dzięki zredukowaniu zawartości tlenu w spalinach wpływających do katalizatora do niezbędnego minimum. Występujące w układzie odgałęzienie recyrkulacji Kr spalin pozwala z jednej strony na obniżenie toksyczności spalin w samym silniku spalinowym ZS, a z drugiej strony może ograniczyć ilość paliwa niezbędną do zredukowania nadmiaru tlenu w spalinach na wylocie komory spalania. Dotyczy to zwłaszcza pracy silnika ZS przy małych obciążeniach, przy których współczynnik nadmiaru tlenu bardzo silnie rośnie osiągając wartości rzędu Wówczas spełnienie warunku redukcji nadmiaru tlenu w komorze spalania mogłoby spowodować przeciążenie cieplne układu. Układ jest wyposażony w sprężarkę pomocniczą SP napędzaną silnikiem elektrycznym, połączoną z komorą spalania KS. Sprężarka pomocnicza zapewnia zasilanie komory spalania w niezbędną ilość powietrza potrzebną do spalania w przypadkach gdy wyłączony jest silnik ZS, a istnieje zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną w siłowni. Pozwala to na funkcjonowanie turbiny mocy TM i generowanie prądu elektrycznego jak również wykorzystanie funkcji kotła utylizacyjnego KU. P r z y k ł a d II Układ analogiczny do przykładu I, przy czym komorę spalania stanowi komora spalania w silniku Stirlinga SS. W układzie tym część energii cieplnej spalin wykorzystana jest na wykonanie pracy użytecznej przez silnik Stirlinga, napędzający na przykład generator prądu, sprężarkę, pompę. W układzie tym czujnikami n, Mo mierzy się również prędkość kątową i moment obrotowy silnika Stirlinga, a wartości mierzone podaje się do elektronicznego sterownika SE. P r z y k ł a d III Układ analogiczny do przykładu I, przy czym turbina mocy TM oraz turbosprężarka TS połączone są szeregowo z układem wylotowym spalin komory spalania KS. W rozwiązaniu tym kanał recyrkulacyjny spalin Kr wyposażony w zawór regulacyjny Zr umieszczony jest za katalizatorem wielofunkcyjnym KW, a przed kotłem utylizacyjnym KU i doprowadza spaliny z katalizatora KW do sprężarki powietrza doładowującego S. P r z y k ł a d IV Układ analogiczny do przykładu II, przy czym turbina mocy TM oraz turbosprężarka TS połączone są szeregowo z układem wylotowym spalin komory spalania SS silnika Stirlinga i układem doładowania silnika ZS. P r z y k ł a d V Spaliny z kolektora wylotowego K silnika o zapłonie samoczynnym ZS podaje się przez układ recyrkulacji Kr do układu doładowania powietrznego silnika, do którego powietrze atmosferyczne podaje się sprężarką S, poprzez chłodnicę powietrza CH i dyszę Venturiego V. Część spalin z kolektora K podaje się do komory spalania KS, w której ulegają spaleniu. Spaliny wylotowe z komory spalania KS podaje się do katalizatora wielofunkcyjnego KW, poprzez turbosprężarkę TS i turbinę mocy TM połączone szeregowo lub równolegle z układem wylotowym spalin. Gorące spaliny oddają energię na napęd turbiny turbosprężarki oraz napęd turbiny mocy, napędzającej generator prądu 6. Przed katalizatorem KW spaliny wylotowe z silnika ZS oraz spaliny wylotowe z komory spalania KS poddaje się pomiarom na zawartość tlenu czujnikami O 2 i pomiarom temperatury czujnikami T. Jednocześnie czujnikami n mierzy się prędkość obrotową silnika ZS oraz moment obrotowy, czujnikiem Mo. Czujniki te podają chwilowe wartości mierzone do sterownika elektronicznego SE, który steruje dawkowaniem paliwa do silnika ZS i do komory spalania KS tak, aby nie została przekroczona zadana, dopuszczalna zawartość tlenu w spalinach doprowadzonych do katalizatora KW. Dopuszczalne stężenie tlenu w tych spalinach nie może przekroczyć 0,14% zawartości molowej, co warunkuje skuteczność działania katalizatora i oczyszczenie spalin z N0 X. Oczyszczone w katalizatorze KW spaliny podaje się do

6 6 PL B1 kotła utylizacyjnego KU, gdzie ich energia cieplna zostaje wykorzystana w wytwornicy pary do wytworzenia pary wodnej. P r z y k ł a d VI Sposób analogiczny do przykładu V, przy czym w charakterze komory spalania stosuje się komorę spalania silnika Stirlinga SS, w którym energia cieplna spalania w komorze zostaje wykorzystana na wykonanie pracy użytecznej przez ten silnik na przykład do napędu generatora prądu, sprężarki, pompy lub wspomagania napędu silnika ZS. W sposobie tym czujnikami n i Mo mierzy się również prędkość kątową i moment obrotowy silnika Stirlinga, a wartości mierzone podaje się do elektronicznego sterownika SE. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin, w którym część energii cieplnej spalin zużywa się w odbiornikach energii takich jak układ doładowania silnika, napęd turbiny mocy, kocioł utylizacyjny, przy czym spaliny z kolektora układu wylotowego silnika kieruje się najpierw do izobarycznej komory spalania, znamienny tym, że reguluje się ilość spalanego paliwa w komorze spalania (KS, SS) i w silniku (ZS) tak, aby zawartość tlenu w spalinach opuszczających komorę spalania nie przewyższała 0,14% udziału molowego, przy czym spaliny z układu wylotowego komory spalania o tej dopuszczalnej zawartości tlenu kieruje się do odbiorników energii (TS, TM, SS) i do wielofunkcyjnego katalizatora (KW), przy czym wymagany skład spalin oraz parametry pracy silnika reguluje się sterownikiem elektronicznym (SE) generującym sygnały sterujące dawkowaniem paliwa do silnika (ZS) i komory spalania (KS, SS) oraz sterujące układem wylotowym spalin i układem recyrkulacji spalin, na podstawie sygnałów otrzymywanych od czujników prędkości obrotowej (n), momentu obrotowego (Mo), zawartości tlenu w spalinach (O 2 ) i temperatury spalin (T). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w charakterze komory spalania stosuje się komorę spalania silnika Stirlinga (SS), przy czym część energii cieplnej spalin wykorzystuje się do wykonania pracy użytecznej przez ten silnik. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że spaliny z komory spalania (KS, SS) kieruje się do turbosprężarki (TS) oraz do turbiny mocy (TM) połączonych szeregowo lub równolegle w ciągu przepływu spalin, zaś spaliny z katalizatora wielofunkcyjnego (KW) podaje się do kotła utylizacyjnego (KU), przy czym część spalin doprowadza się kanałem recyrkulacyjnym (Kr) poprzez zawór regulacyjny (Zr) do układu doładowania powietrza silnika (ZS). 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że spaliny z komory spalania (KS, SS) kieruje się do kanału obejściowego (Ko) łączącego przewód spalinowy komory spalania z przewodem zasilającym wielofunkcyjnego katalizatora (KW). 5. Układ do utylizacji ciepła spalin silników o zapłonie samoczynnym i ograniczenia emisji substancji toksycznych tych spalin, w którym silnik połączony jest z odbiornikami energii cieplnej spalin takimi jak układ doładowania silnika zawierający sprężarkę i chłodnicę powietrza, układ recyrkulacji spalin, turbinę mocy i kocioł utylizacyjny, przy czym kolektor układu wylotowego spalin silnika jest połączony z izobaryczną komorą spalania, znamienny tym, że układ wylotowy spalin komory spalania (KS, SS) jest połączony z katalizatorem wielofunkcyjnego (KW), przy czym układ paliwowy silnika (ZS) o zapłonie samoczynnym, układ paliwowy komory spalania (KS, SS) i układ wylotowy spalin komory spalania oraz układ recyrkulacji spalin sterowane są przez elektroniczny sterownik (SE), połączony z czujnikami prędkości obrotowej (n), momentu obrotowego (Mo), zawartości tlenu w spalinach (O 2 ) i temperatury spalin (T), przy czym sterownik elektroniczny (SE) generuje sygnały sterujące dawkowaniem paliwa do silnika (ZS) i komory spalania (KS, SS) tak, że zadana, dopuszczalna zawartość tlenu w spalinach opuszczających komorę spalania nie przewyższa 0,14% udziału molowego. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że komorę spalania stanowi komora spalania silnika Stirlinga (SS), przy czym silnik Stirlinga jest połączony z odbiornikiem mocy. 7. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że układ wylotowy spalin komory spalania (KS, SS) i układ doładowania silnika (ZS) połączone są szeregowo lub równolegle z turbosprężarką (TS) oraz turbiną mocy (TM).

7 PL B Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że przewód spalinowy komory spalania (KS, SS) połączony jest przez kanał obejściowy (Ko) i zawór regulacyjny (Zr) z przewodem zasilającym katalizatora wielofunkcyjnego (KW) przy czym zawór (Zr) jest sterowany sterownikiem elektronicznym (SE). 9. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że komora spalania (KS, SS) jest połączona ze sprężarką pomocniczą (SP). 10. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że odbiornik mocy jest połączony z turbiną mocy (TM) poprzez przekładnię (P). 11. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że układ recyrkulacji spalin zawiera kanał recyrkulacyjny (Kr) z zaworem regulacyjnym (Zr). 12. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, silnik (ZS) wyposażony jest w kolektor wylotowy (K), który za chłodnicą (CH) połączony jest przez kanał recyrkulacyjny (Kr), zawór regulacyjny (Zr) i dyszę Venturiego (V) z przewodem powietrza doładowującego. 13. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że katalizator wielofunkcyjny (KW) połączony jest z kotłem utylizacyjnym (KU), przy czym przewód wylotowy spalin z katalizatora (KW) połączony jest kanałem recyrkulacyjnym (Kr) poprzez zawór regulacyjny (Zr) ze sprężarką (S) układu doładowania silnika (ZS). Rysunki

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.