[发明专利]高能含氧燃料的应用

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及高能含氧燃料的应用。

背景技术

黑火药是最古老的高能含氧燃料-高能材料(EnergeticMaterials)。此后，研发的炸药是所含能量越来越高的高能材料。火炸药用于军事和民用，已有约1100年的应用史。火炸药不论在生产建设上或在国防上均有极为重要和广泛的用途。当前，火炸药仍然是现代军民两用的重要能源。在军事上，应用粉尘爆炸原理，制造了“燃料-空气炸弹”。例如，根据俄《科学信息》杂志报道：俄罗斯应用纳米技术，制造了“真空航空炸弹”，其威力空前。至于炸药和推进剂应用于火箭、洲际导弹、战术导弹、飞机起飞的助推器、救生的弹射座椅，开矿和碎石，以及庆典的烟花等，火炸药的应用例不胜枚举。实际上，不论是汽油、煤油、柴油或者液化气等燃料在气缸内的爆炸，还是燃油在喷气机燃烧室内的爆燃，以及工厂、矿山发生的喷雾爆炸或粉尘爆炸都是化学爆炸中的气相爆炸；气相爆炸包括喷雾爆炸和粉尘爆炸。本发明就是利用了这种喷雾爆炸和粉尘爆炸的原理。

迄今为止，发动机用的燃料还仅限于汽油、柴油、航空煤油以及现有的各种替代燃料，如液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、乙醇、甲醇、二甲醚(DME)、生物柴油、煤制油。(参见论文《利用收入分配曲线预测中国汽车保有量》沈中元著国际石油经济2007-04-30)。

应用上述燃料排放了大量的CO₂，全球已经出现了危险的气候变暖现象；若任其继续下去，它终将危害人类的生存。

因此，发明碳低排放或碳零排放的动力燃料是业界或科学界急需解决的问题。提供碳低排放或碳零排放的高能含氧燃料用作发动机的动力燃料具有重大的技术、经济和社会意义。甚至科学家们说：能源系统必须有比目前非常激进的改变；CO₂排放量必须趋零才能避免全球变暖的危险(朱丽叶.艾尔珀格，“CO₂排放量必须趋零才能避免危险”，美国《华盛顿邮报》2008年3月10日)。所述的科学家们是指美国包括6位诺贝尔奖得主在内的1700多位著名科学家和13国科学院的科学家。

目前，还没有将高能含氧燃料应用于发动机作为动力燃料。随着世界范围的能源匮乏和气候变暖，寻找碳低排放或碳零排放的高能含氧燃料是全世界科学家的科研课题。

发明内容

本发明利用高能含氧燃料的高体积能量密度特性、零氧平衡原理、化学爆炸的喷雾爆炸和粉尘爆炸原理，将高能含氧燃料供发动机作为动力燃料，在技术上和经济上都具有重大的战略意义和现实意义。高能含氧燃料是由氧化组分和可燃组分构成。所述的高能含氧燃料能达到碳低排放或碳零排放的目的。

本发明的目的是提供高能含氧燃料的应用，具体涉及将高能含氧燃料应用于汽车、战车、飞机、舰船和发电厂的各种发动机，特别是将高能含氧燃料应用于潜艇的发动机。

所述的高能含氧燃料是“零氧平衡”的高能含氧燃料；所谓“零氧平衡”是高能含氧燃料氧化组分的重量与其正氧平衡数的乘積和可燃组分的重量与其负氧平衡数的乘積的绝对值相等；或者高能含氧燃料氧化还原反应后，碳完全氧化成二氧化碳、氢完全氧化成水、氮还原成氮气、金属和非金属元素氧化为其氧化物；氧，既不多余，也不缺少；氧多，称为“正氧平衡”；氧少，称为“负氧平衡”。所谓“氧平衡数”，在有的文献中称为“氧平衡”；在本发明中称为“氧平衡数”。因为，凡氧平衡数大于零的材料，预示其所含氧多，皆属于氧化组分材料，其氧平衡数前加正号(+)；凡氧平衡数小于零的材料，预示其所含氧少，皆属于可燃组分材料，其氧平衡数前加负号(-)。(参见《浆状炸药的理论与实践》汪旭光等编冶金工业出版社1985年5月第一版P 79～80)所以，上述两种组分就构成了含氧燃料。

所谓高能含氧燃料是火炸药类的物质。高能含氧燃料在没有外界供氧的条件下，在热能作用下，发生爆燃、爆炸，骤然释放出大量热能和气体而做功。

高能含氧燃料具有自供氧性。所谓自供氧性，如上所述高能含氧燃料在其氧化还原反应中，无需外界供氧就能完成氧化还原反应。高能含氧燃料的主要材料取之于绿色植物、煤炭、空气和水，如硝酸铵、纤维素、木炭、木粉和淀粉。

在零氧平衡条件下，高能含氧燃料可以大比例地代替燃油或完全代替燃油，达到碳低排放或碳零排放的目的。高能含氧燃料氧化还原反应后，又还原为空气和水，具有环保性。