專利名稱：混燃工質(zhì)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動力領(lǐng)域，尤其是一種混燃工質(zhì)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
外燃機(jī)由于燃燒后的產(chǎn)物不參與做功，而且燃燒后的熱量傳給做功工質(zhì)時需保持 較大溫差，從而造成溫差損失，正是由于這兩點(diǎn)使得外燃機(jī)的效率較低。例如，在超臨界發(fā) 電技術(shù)中，鍋爐(工作發(fā)生器)中的內(nèi)部壓力在300大氣壓左右、溫度在600°C左右，而鍋爐 受熱管所接觸的火焰溫度約2000°C左右，這就需要既能承受相當(dāng)高溫度又能承受相當(dāng)高壓 力的材料，從而使得該技術(shù)制造成本高，推廣困難。內(nèi)燃機(jī)燃燒后的產(chǎn)物直接做功確實(shí)大幅 度提高了熱機(jī)的效率，但是空氣和燃料的化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)決定了在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中向低溫 熱源排放的工質(zhì)具有壓力低、溫度高的特點(diǎn)，也正是因?yàn)檫@一特點(diǎn)，使得相當(dāng)部分的能量無 法得以利用，為了提高燃料的利用率，有必要發(fā)明一種具有內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)又克服 內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)缺點(diǎn)的新的系統(tǒng)。本發(fā)明提出了一種利用向燃燒室內(nèi)注入適當(dāng)數(shù)量的膨脹劑以降低燃燒室內(nèi)的溫 度，增大燃燒室對外輸出工質(zhì)的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)在相對低的溫度下獲得大流量工質(zhì)的技術(shù)。 如果將本發(fā)明用于發(fā)電領(lǐng)域?qū)⑹沟盟羝蠓瘸脚R界狀態(tài)，并且由于不需要從外部傳 熱，燃燒室的壁可以做的很厚，從而燃燒室能夠承受的壓力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前超臨界鍋爐所 能夠承受的壓力。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下一種混燃工質(zhì)發(fā)生器，包括燃燒室、氧化劑源、還原劑源和膨脹劑源，所述燃燒室 上設(shè)有氧化劑進(jìn)口、還原劑進(jìn)口、膨脹劑進(jìn)口和高壓工質(zhì)出口，所述氧化劑進(jìn)口與所述氧化 劑源連通，所述還原劑進(jìn)口與所述還原劑源連通，所述膨脹劑進(jìn)口與所述膨脹劑源連通，所 述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室內(nèi)的工作壓力大于等于2MP，所述膨脹劑的質(zhì)量流量 大于等于所述還原劑的質(zhì)量流量。所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室內(nèi)的工作壓力大于等于3MP。所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室內(nèi)的工作壓力大于等于5MP。所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室內(nèi)的工作壓力大于等于10MP。所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室內(nèi)的工作壓力大于等于15MP。所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室內(nèi)的工作壓力大于等于20MP。所述膨脹劑的質(zhì)量流量大于等于2倍的所述還原劑的質(zhì)量流量。所述膨脹劑的質(zhì)量流量大于等于4倍的所述還原劑的質(zhì)量流量。所述氧化劑源2中的氧化劑為空氣或者純氧，所述還原劑源中的還原劑為汽油或 者柴油或者液化石油氣或者氫氣，所述膨脹劑源中的膨脹劑為液態(tài)水或者蒸汽或者空氣或 者廢氣。
所述高壓工質(zhì)出口與動力機(jī)械的做功工質(zhì)進(jìn)口連通，所述高壓工質(zhì)出口與所述做 功工質(zhì)進(jìn)口之間設(shè)有或者不設(shè)有做功工質(zhì)控制閥；或者所述燃燒室內(nèi)的高壓工質(zhì)直接從所述高壓工質(zhì)出口高速噴出以產(chǎn)生反向推 動力；或者所述燃燒室安裝在一旋轉(zhuǎn)軸上，所述高壓工質(zhì)出口與所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線相 切，所述燃燒室內(nèi)的高壓工質(zhì)直接從所述高壓工質(zhì)出口高速噴出以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推動力。本發(fā)明所謂的燃燒室是指一切可以在其內(nèi)部發(fā)生燃燒(劇烈放熱化學(xué)反應(yīng))的容 器，如傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，發(fā)電廠的反應(yīng)釜和鍋爐等。本發(fā)明所謂的氧化劑是指一切化學(xué)燃燒意義上具有氧化功能的物質(zhì)，在這里主要 指空氣和純氧等助燃?xì)怏w。本發(fā)明所謂的還原劑是指一切化學(xué)燃燒意義上具有還原功能的物質(zhì)，在這里主要 指汽油、柴油、天然氣、氫氣和煤氣等燃料。本發(fā)明所謂的膨脹劑是指受熱后體積、壓強(qiáng)可以急劇增加的物質(zhì)，在這里主要指 液態(tài)水、水蒸氣、廢氣和空氣等受熱后能夠生成高溫高壓工作工質(zhì)的物質(zhì)。本發(fā)明所謂的動力機(jī)械是指一切可以將高溫高壓工作工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功 向外輸出的機(jī)械設(shè)備，如傳統(tǒng)往復(fù)式的氣缸活塞系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)式的透平和渦輪系統(tǒng)等。本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明有效地利用了內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，提高了熱功轉(zhuǎn)換效率，所以節(jié)能。2、由于本發(fā)明不需要從外部傳熱，燃燒室的壁可以做的很厚，從而燃燒室能夠承 受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前超臨界鍋爐所能夠承受的壓力。3、本發(fā)明利用向燃燒室內(nèi)注入適當(dāng)數(shù)量的膨脹劑以降低燃燒室內(nèi)的溫度，增大燃 燒室對外輸出工質(zhì)的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了在相對較低的溫度下獲得了大流量的工質(zhì)。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1和4的示意圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的示意圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3的示意圖；圖4為本發(fā)明的實(shí)施例5和6的示意圖。 具本實(shí)施方式實(shí)施例1如圖1所示的混燃工質(zhì)發(fā)生器，包括燃燒室1、氧化劑源2、還原劑源3和膨脹劑源 4，燃燒室1上設(shè)有氧化劑進(jìn)口 5、還原劑進(jìn)口 6、膨脹劑進(jìn)口 7和高壓工質(zhì)出口 8，氧化劑進(jìn) 口 5與氧化劑源2連通，還原劑進(jìn)口 6與還原劑源3連通，膨脹劑進(jìn)口 7與膨脹劑源4連 通，混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，燃燒室1內(nèi)的工作壓力大于等于2MP，此處膨脹劑為水，還原劑 為汽油，氧化劑為空氣，其中水的質(zhì)量流量等于汽油的質(zhì)量流量?？諝夂推驮谌紵?劇烈燃燒，放出大量的熱使得燃燒產(chǎn)物和膨脹劑急劇膨 脹，燃燒室1內(nèi)的壓力急劇增加達(dá)到2MP，并且由于水的質(zhì)量流量等于汽油的質(zhì)量流量，汽 油燃燒后產(chǎn)生的熱量足以把水全部汽化并且生成過熱的高溫高壓蒸汽。高溫高壓的燃燒產(chǎn) 物和高溫高壓過熱蒸汽的混合物作為做功工質(zhì)對外做功。
實(shí)施例2如圖2所示的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于，混燃工質(zhì)發(fā)生器工作 時，燃燒室1內(nèi)的工作壓力大于等于3MP，此處膨脹劑為空氣，還原劑為氫氣，氧化劑為純 氧，其中空氣的質(zhì)量流量大于等于4倍的氫氣的質(zhì)量流量。燃燒室1內(nèi)的高壓工質(zhì)直接從高壓工質(zhì)出口 8高速噴出以產(chǎn)生反向推動力。氫氣和純氧在燃燒室1劇烈燃燒，放出大量的熱使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹 劑的空氣急劇膨脹，燃燒室1內(nèi)的壓力急劇增加達(dá)到3MP，并且由于空氣的質(zhì)量流量大于等 于4倍的氫氣的質(zhì)量流量，燃燒后產(chǎn)生的熱量足以使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹劑的空 氣的混合氣達(dá)到3MP的壓力，該高壓混合氣直接從高壓工質(zhì)出口 8高速噴出以產(chǎn)生反向推 動力，從而形成一個火箭發(fā)動機(jī)。實(shí)施例3如圖3所示的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其與實(shí)施例2的區(qū)別在于，混燃工質(zhì)發(fā)生器工作 時，燃燒室1內(nèi)的工作壓力大于等于5MP，燃燒室1安裝在一旋轉(zhuǎn)軸15上，高壓工質(zhì)出口 8 與旋轉(zhuǎn)軸15的軸線相切，燃燒室1內(nèi)的高壓工質(zhì)直接從高壓工質(zhì)出口 8高速噴出以產(chǎn)生旋 轉(zhuǎn)推動力。氫氣和純氧在燃燒室1劇烈燃燒，放出大量的熱使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹 劑的空氣急劇膨脹，燃燒室1內(nèi)的壓力急劇增加達(dá)到5MP，并且由于空氣的質(zhì)量流量大于等 于4倍的氫氣的質(zhì)量流量，燃燒后產(chǎn)生的熱量足以使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹劑的空 氣的混合氣達(dá)到5MP的壓力，該高壓混合氣直接從高壓工質(zhì)出口 8高速噴出以產(chǎn)生反向推 動力，由于燃燒室1安裝在一旋轉(zhuǎn)軸15上，高壓工質(zhì)出口 8與旋轉(zhuǎn)軸15的軸線相切，所以 該反向推動力使得燃燒室1在旋轉(zhuǎn)軸15上高速旋轉(zhuǎn)，從而可以向外輸出動力。實(shí)施例4如圖1所示的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于，混燃工質(zhì)發(fā)生器工作 時，燃燒室1內(nèi)的工作壓力大于等于10MP，此處膨脹劑為水，還原劑為氫氣，氧化劑為純氧， 其中水的質(zhì)量流量大于等于4倍的氫氣的質(zhì)量流量。氫氣和純氧在燃燒室1劇烈燃燒，放出大量的熱使得燃燒產(chǎn)物水和作為膨脹劑的 水急劇汽化膨脹，燃燒室1內(nèi)的壓力急劇增加達(dá)到10MP，并且由于水的質(zhì)量流量大于等于4 倍的氫氣的質(zhì)量流量，燃燒后產(chǎn)生的熱量足以使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹劑的空氣的 混合氣達(dá)到IOMP的壓力，該高壓混合氣可以用來做功。實(shí)施例5如圖4所示的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于，混燃工質(zhì)發(fā)生器工作 時，燃燒室1內(nèi)的工作壓力大于等于15MP，此處膨脹劑為空氣，還原劑為氫氣，氧化劑為純 氧，其中空氣的質(zhì)量流量大于等于4倍的氫氣的質(zhì)量流量。高壓工質(zhì)出口 8與動力機(jī)械13的做功工質(zhì)進(jìn)口 14連通，高壓工質(zhì)出口 8與做功 工質(zhì)進(jìn)口 14之間設(shè)有做功工質(zhì)控制閥12。此處的動力機(jī)械13為往復(fù)式活塞氣缸系統(tǒng)。氫氣和純氧在燃燒室1劇烈燃燒，放出大量的熱使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹 劑的空氣急劇膨脹，燃燒室1內(nèi)的壓力急劇增加達(dá)到15MP，并且由于空氣的質(zhì)量流量大于 等于4倍的氫氣的質(zhì)量流量，燃燒后產(chǎn)生的熱量足以使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹劑的 空氣的混合氣達(dá)到15MP的壓力，該高壓混合氣進(jìn)入往復(fù)式活塞氣缸系統(tǒng)的做功工質(zhì)進(jìn)口
514以推動往復(fù)式活塞氣缸系統(tǒng)對外輸出機(jī)械功。實(shí)施例6如圖4所示的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于，混燃工質(zhì)發(fā)生器工作 時，燃燒室1內(nèi)的工作壓力大于等于20MP，此處膨脹劑為水，還原劑為氫氣，氧化劑為純氧， 其中水的質(zhì)量流量大于等于4倍的氫氣的質(zhì)量流量。高壓工質(zhì)出口 8與動力機(jī)械13的做功工質(zhì)進(jìn)口 14連通，高壓工質(zhì)出口 8與做功 工質(zhì)進(jìn)口 14之間設(shè)有做功工質(zhì)控制閥12。此處的動力機(jī)械13為旋轉(zhuǎn)式渦輪透平系統(tǒng)。氫氣和純氧在燃燒室1劇烈燃燒，放出大量的熱使得燃燒產(chǎn)物水蒸汽和作為膨脹 劑的空氣急劇膨脹，燃燒室1內(nèi)的壓力急劇增加達(dá)到20MP，并且由于空氣的質(zhì)量流量大于 等于4倍的氫氣的質(zhì)量流量，燃燒后產(chǎn)生的熱量足以使得燃燒產(chǎn)物水和作為膨脹劑的水急 劇汽化并且過熱，其壓強(qiáng)達(dá)到20MP，該高壓混合氣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式渦輪透平系統(tǒng)的做功工質(zhì)進(jìn) 口 14以推動旋轉(zhuǎn)式渦輪透平系統(tǒng)對外輸出機(jī)械功。
權(quán)利要求
1.一種混燃工質(zhì)發(fā)生器，包括燃燒室(1)、氧化劑源O)、還原劑源C3)和膨脹劑源 G)，所述燃燒室(1)上設(shè)有氧化劑進(jìn)口(5)、還原劑進(jìn)口(6)、膨脹劑進(jìn)口(7)和高壓工質(zhì) 出口(8)，所述氧化劑進(jìn)口( 與所述氧化劑源( 連通，所述還原劑進(jìn)口(6)與所述還原 劑源C3)連通，所述膨脹劑進(jìn)口(7)與所述膨脹劑源(4)連通，其特征在于所述混燃工質(zhì) 發(fā)生器工作時，所述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于2MP，所述膨脹劑的質(zhì)量流量大于等 于所述還原劑的質(zhì)量流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所 述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于3MP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時， 所述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于5MP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時， 所述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于10MP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時， 所述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于15MP。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時， 所述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于20MP。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述膨脹劑的質(zhì)量流量大于 等于2倍的所述還原劑的質(zhì)量流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述膨脹劑的質(zhì)量流量大于 等于4倍的所述還原劑的質(zhì)量流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任意之一所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述氧化劑源 (2)中的氧化劑為空氣或者純氧，所述還原劑源(3)中的還原劑為汽油或者柴油或者液化 石油氣或者氫氣，所述膨脹劑源中的膨脹劑為液態(tài)水或者蒸汽或者空氣或者廢氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8任意之一所述的混燃工質(zhì)發(fā)生器，其特征在于所述高壓工質(zhì) 出口⑶與動力機(jī)械(13)的做功工質(zhì)進(jìn)口(14)連通，所述高壓工質(zhì)出口⑶與所述做功 工質(zhì)進(jìn)口(14)之間設(shè)有或者不設(shè)有做功工質(zhì)控制閥(12)；或者所述燃燒室(1)內(nèi)的高壓工質(zhì)直接從所述高壓工質(zhì)出口(8)高速噴出以產(chǎn)生反向 推動力；或者所述燃燒室(1)安裝在一旋轉(zhuǎn)軸(1 上，所述高壓工質(zhì)出口(8)與所述旋轉(zhuǎn)軸 (15)的軸線相切，所述燃燒室(1)內(nèi)的高壓工質(zhì)直接從所述高壓工質(zhì)出口(8)高速噴出以 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推動力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混燃工質(zhì)發(fā)生器，包括燃燒室(1)、氧化劑源(2)、還原劑源(3)和膨脹劑源(4)，所述燃燒室(1)上設(shè)有氧化劑進(jìn)口(5)、還原劑進(jìn)口(6)、膨脹劑進(jìn)口(7)和高壓工質(zhì)出口(8)，所述氧化劑進(jìn)口(5)與所述氧化劑源(2)連通，所述還原劑進(jìn)口(6)與所述還原劑源(3)連通，所述膨脹劑進(jìn)口(7)與所述膨脹劑源(4)連通，所述混燃工質(zhì)發(fā)生器工作時，所述燃燒室(1)內(nèi)的工作壓力大于等于2MPa，所述膨脹劑的質(zhì)量流量大于等于所述還原劑的質(zhì)量流量。由于本發(fā)明不需要從外部傳熱，燃燒室的壁可以做的很厚，從而燃燒室能夠承受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前超臨界鍋爐所能夠承受的壓力。
文檔編號F02M25/038GK102072049SQ201010000970
公開日2011年5月25日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪