CN102072049A - 混燃工质发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混燃工质发生器，包括燃烧室(1)、氧化剂源(2)、还原剂源(3)和膨胀剂源(4)，所述燃烧室(1)上设有氧化剂进口(5)、还原剂进口(6)、膨胀剂进口(7)和高压工质出口(8)，所述氧化剂进口(5)与所述氧化剂源(2)连通，所述还原剂进口(6)与所述还原剂源(3)连通，所述膨胀剂进口(7)与所述膨胀剂源(4)连通，所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于2MPa，所述膨胀剂的质量流量大于等于所述还原剂的质量流量。由于本发明不需要从外部传热，燃烧室的壁可以做的很厚，从而燃烧室能够承受的压力远远大于目前超临界锅炉所能够承受的压力。
Description
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种混燃工质发生器。
技术背景
外燃机由于燃烧后的产物不参与做功，而且燃烧后的热量传给做功工质时需保持较大温差，从而造成温差损失，正是由于这两点使得外燃机的效率较低。例如，在超临界发电技术中，锅炉(工作发生器)中的内部压力在300大气压左右、温度在600℃左右，而锅炉受热管所接触的火焰温度约2000℃左右，这就需要既能承受相当高温度又能承受相当高压力的材料，从而使得该技术制造成本高，推广困难。内燃机燃烧后的产物直接做功确实大幅度提高了热机的效率，但是空气和燃料的化学和热力学性质决定了在内燃机循环中向低温热源排放的工质具有压力低、温度高的特点，也正是因为这一特点，使得相当部分的能量无法得以利用，为了提高燃料的利用率，有必要发明一种具有内燃机和外燃机的优点又克服内燃机、外燃机缺点的新的系统。
本发明提出了一种利用向燃烧室内注入适当数量的膨胀剂以降低燃烧室内的温度，增大燃烧室对外输出工质的质量，从而实现在相对低的温度下获得大流量工质的技术。如果将本发明用于发电领域将使得水蒸汽大幅度超越临界状态，并且由于不需要从外部传热，燃烧室的壁可以做的很厚，从而燃烧室能够承受的压力将远远大于目前超临界锅炉所能够承受的压力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种混燃工质发生器，包括燃烧室、氧化剂源、还原剂源和膨胀剂源，所述燃烧室上设有氧化剂进口、还原剂进口、膨胀剂进口和高压工质出口，所述氧化剂进口与所述氧化剂源连通，所述还原剂进口与所述还原剂源连通，所述膨胀剂进口与所述膨胀剂源连通，所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室内的工作压力大于等于2MP，所述膨胀剂的质量流量大于等于所述还原剂的质量流量。
所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室内的工作压力大于等于3MP。
所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室内的工作压力大于等于5MP。
所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室内的工作压力大于等于10MP。
所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室内的工作压力大于等于15MP。
所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室内的工作压力大于等于20MP。
所述膨胀剂的质量流量大于等于2倍的所述还原剂的质量流量。
所述膨胀剂的质量流量大于等于4倍的所述还原剂的质量流量。
所述氧化剂源2中的氧化剂为空气或者纯氧，所述还原剂源中的还原剂为汽油或者柴油或者液化石油气或者氢气，所述膨胀剂源中的膨胀剂为液态水或者蒸汽或者空气或者废气。
所述高压工质出口与动力机械的做功工质进口连通，所述高压工质出口与所述做功工质进口之间设有或者不设有做功工质控制阀；
或者所述燃烧室内的高压工质直接从所述高压工质出口高速喷出以产生反向推动力；
或者所述燃烧室安装在一旋转轴上，所述高压工质出口与所述旋转轴的轴线相切，所述燃烧室内的高压工质直接从所述高压工质出口高速喷出以产生旋转推动力。
本发明所谓的燃烧室是指一切可以在其内部发生燃烧(剧烈放热化学反应)的容器，如传统内燃机的燃烧室，发电厂的反应釜和锅炉等。
本发明所谓的氧化剂是指一切化学燃烧意义上具有氧化功能的物质，在这里主要指空气和纯氧等助燃气体。
本发明所谓的还原剂是指一切化学燃烧意义上具有还原功能的物质，在这里主要指汽油、柴油、天然气、氢气和煤气等燃料。
本发明所谓的膨胀剂是指受热后体积、压强可以急剧增加的物质，在这里主要指液态水、水蒸气、废气和空气等受热后能够生成高温高压工作工质的物质。
本发明所谓的动力机械是指一切可以将高温高压工作工质的能量转化为机械功向外输出的机械设备，如传统往复式的气缸活塞系统，旋转式的透平和涡轮系统等。
本发明的有益效果如下：
1、本发明有效地利用了内燃机和外燃机的优点，提高了热功转换效率，所以节能。
2、由于本发明不需要从外部传热，燃烧室的壁可以做的很厚，从而燃烧室能够承受的压力远远大于目前超临界锅炉所能够承受的压力。
3、本发明利用向燃烧室内注入适当数量的膨胀剂以降低燃烧室内的温度，增大燃烧室对外输出工质的质量，从而实现了在相对较低的温度下获得了大流量的工质。
附图说明
图1为本发明的实施例1和4的示意图；
图2为本发明的实施例2的示意图；
图3为本发明的实施例3的示意图；
图4为本发明的实施例5和6的示意图。
具本实施方式
实施例1
如图1所示的混燃工质发生器，包括燃烧室1、氧化剂源2、还原剂源3和膨胀剂源4，燃烧室1上设有氧化剂进口5、还原剂进口6、膨胀剂进口7和高压工质出口8，氧化剂进口5与氧化剂源2连通，还原剂进口6与还原剂源3连通，膨胀剂进口7与膨胀剂源4连通，混燃工质发生器工作时，燃烧室1内的工作压力大于等于2MP，此处膨胀剂为水，还原剂为汽油，氧化剂为空气，其中水的质量流量等于汽油的质量流量。
空气和汽油在燃烧室1剧烈燃烧，放出大量的热使得燃烧产物和膨胀剂急剧膨胀，燃烧室1内的压力急剧增加达到2MP，并且由于水的质量流量等于汽油的质量流量，汽油燃烧后产生的热量足以把水全部汽化并且生成过热的高温高压蒸汽。高温高压的燃烧产物和高温高压过热蒸汽的混合物作为做功工质对外做功。
实施例2
如图2所示的混燃工质发生器，其与实施例1的区别在于，混燃工质发生器工作时，燃烧室1内的工作压力大于等于3MP，此处膨胀剂为空气，还原剂为氢气，氧化剂为纯氧，其中空气的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量。
燃烧室1内的高压工质直接从高压工质出口8高速喷出以产生反向推动力。
氢气和纯氧在燃烧室1剧烈燃烧，放出大量的热使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气急剧膨胀，燃烧室1内的压力急剧增加达到3MP，并且由于空气的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量，燃烧后产生的热量足以使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气的混合气达到3MP的压力，该高压混合气直接从高压工质出口8高速喷出以产生反向推动力，从而形成一个火箭发动机。
实施例3
如图3所示的混燃工质发生器，其与实施例2的区别在于，混燃工质发生器工作时，燃烧室1内的工作压力大于等于5MP，燃烧室1安装在一旋转轴15上，高压工质出口8与旋转轴15的轴线相切，燃烧室1内的高压工质直接从高压工质出口8高速喷出以产生旋转推动力。
氢气和纯氧在燃烧室1剧烈燃烧，放出大量的热使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气急剧膨胀，燃烧室1内的压力急剧增加达到5MP，并且由于空气的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量，燃烧后产生的热量足以使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气的混合气达到5MP的压力，该高压混合气直接从高压工质出口8高速喷出以产生反向推动力，由于燃烧室1安装在一旋转轴15上，高压工质出口8与旋转轴15的轴线相切，所以该反向推动力使得燃烧室1在旋转轴15上高速旋转，从而可以向外输出动力。
实施例4
如图1所示的混燃工质发生器，其与实施例1的区别在于，混燃工质发生器工作时，燃烧室1内的工作压力大于等于10MP，此处膨胀剂为水，还原剂为氢气，氧化剂为纯氧，其中水的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量。
氢气和纯氧在燃烧室1剧烈燃烧，放出大量的热使得燃烧产物水和作为膨胀剂的水急剧汽化膨胀，燃烧室1内的压力急剧增加达到10MP，并且由于水的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量，燃烧后产生的热量足以使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气的混合气达到10MP的压力，该高压混合气可以用来做功。
实施例5
如图4所示的混燃工质发生器，其与实施例1的区别在于，混燃工质发生器工作时，燃烧室1内的工作压力大于等于15MP，此处膨胀剂为空气，还原剂为氢气，氧化剂为纯氧，其中空气的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量。
高压工质出口8与动力机械13的做功工质进口14连通，高压工质出口8与做功工质进口14之间设有做功工质控制阀12。此处的动力机械13为往复式活塞气缸系统。
氢气和纯氧在燃烧室1剧烈燃烧，放出大量的热使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气急剧膨胀，燃烧室1内的压力急剧增加达到15MP，并且由于空气的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量，燃烧后产生的热量足以使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气的混合气达到15MP的压力，该高压混合气进入往复式活塞气缸系统的做功工质进口14以推动往复式活塞气缸系统对外输出机械功。
实施例6
如图4所示的混燃工质发生器，其与实施例1的区别在于，混燃工质发生器工作时，燃烧室1内的工作压力大于等于20MP，此处膨胀剂为水，还原剂为氢气，氧化剂为纯氧，其中水的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量。
高压工质出口8与动力机械13的做功工质进口14连通，高压工质出口8与做功工质进口14之间设有做功工质控制阀12。此处的动力机械13为旋转式涡轮透平系统。
氢气和纯氧在燃烧室1剧烈燃烧，放出大量的热使得燃烧产物水蒸汽和作为膨胀剂的空气急剧膨胀，燃烧室1内的压力急剧增加达到20MP，并且由于空气的质量流量大于等于4倍的氢气的质量流量，燃烧后产生的热量足以使得燃烧产物水和作为膨胀剂的水急剧汽化并且过热，其压强达到20MP，该高压混合气进入旋转式涡轮透平系统的做功工质进口14以推动旋转式涡轮透平系统对外输出机械功。
Claims (10)
1.一种混燃工质发生器，包括燃烧室(1)、氧化剂源(2)、还原剂源(3)和膨胀剂源(4)，所述燃烧室(1)上设有氧化剂进口(5)、还原剂进口(6)、膨胀剂进口(7)和高压工质出口(8)，所述氧化剂进口(5)与所述氧化剂源(2)连通，所述还原剂进口(6)与所述还原剂源(3)连通，所述膨胀剂进口(7)与所述膨胀剂源(4)连通，其特征在于：所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于2MP，所述膨胀剂的质量流量大于等于所述还原剂的质量流量。
2.根据权利要求1所述混燃工质发生器，其特征在于：所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于3MP。
3.根据权利要求1所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于5MP。
4.根据权利要求1所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于10MP。
5.根据权利要求1所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于15MP。
6.根据权利要求1所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述混燃工质发生器工作时，所述燃烧室(1)内的工作压力大于等于20MP。
7.根据权利要求1所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述膨胀剂的质量流量大于等于2倍的所述还原剂的质量流量。
8.根据权利要求1所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述膨胀剂的质量流量大于等于4倍的所述还原剂的质量流量。
9.根据权利要求1至8任意之一所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述氧化剂源(2)中的氧化剂为空气或者纯氧，所述还原剂源(3)中的还原剂为汽油或者柴油或者液化石油气或者氢气，所述膨胀剂源(4)中的膨胀剂为液态水或者蒸汽或者空气或者废气。
10.根据权利要求1至8任意之一所述的混燃工质发生器，其特征在于：所述高压工质出口(8)与动力机械(13)的做功工质进口(14)连通，所述高压工质出口(8)与所述做功工质进口(14)之间设有或者不设有做功工质控制阀(12)；
或者所述燃烧室(1)内的高压工质直接从所述高压工质出口(8)高速喷出以产生反向推动力；
或者所述燃烧室(1)安装在一旋转轴(15)上，所述高压工质出口(8)与所述旋转轴(15)的轴线相切，所述燃烧室(1)内的高压工质直接从所述高压工质出口(8)高速喷出以产生旋转推动力。
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