[发明专利]水蒸汽爆炸及冲击波发生装置、发动机及涡轮装置

说明书

技术领域

本发明涉及产生水蒸汽爆炸及冲击波的装置、以及利用该装置产生的水蒸汽爆炸的力及同时产生的冲击波来进行驱动的发动机以及涡轮装置的基本技术。

背景技术

众所周知，水在特殊条件下瞬间被加热到370℃左右的高温时，会发生爆炸现象。所述爆炸现象通常被称为“水蒸汽爆炸”，例如，通过非常高温的金属熔融体与水的接触而产生，或者通过岩浆与水的接触而产生，另外，通过被加热的炸油与水的接触也会产生。

对于水蒸汽爆炸，虽然已有若干研究报告，但从现状来看，仍有很多未知的部分。但是，考虑到水在汽化时的体积膨胀率，可以想到水在瞬间汽化时产生的爆炸能量非常大。

于是，进行了将水蒸汽爆炸的力作为动力等来利用的尝试。在专利文献1中，向在真空中放电而处于高温状态的房间喷射水而产生水蒸汽爆炸。另外，在专利文献2中，向被供给高频电流而通过电磁感应被加热的燃烧室内喷射水，得到水蒸汽爆炸。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特愿2000-106916号申请

专利文献2：日本特开平11-229965号公报

发明的概要

发明所要解决的问题

本申请的发明人为了找出水蒸汽爆炸的机理，做了若干实验。首先，在加热到高温的金属的表面滴下水滴。不管升高金属的表面温度，以及改变滴下的水量，滴下的水滴也只是在金属表面汽化蒸发，并未发生爆炸。该结果在金属温度超过熔点而导致金属熔融的情况下也一样(第一实验)。

接着，本申请的发明人将高温溶解的金属倒入到水中。其结果，在熔融金属的周边观察到了水蒸汽爆炸(第二实验)。

此外，本申请的发明人进行了将水滴滴落到炸油表面的实验。在滴下的水滴停留在被加热的油的表面的期间，与金属的情况相同，也只是引起汽化蒸发。但是，水的比重大于油的比重。当滴下的水的量较多时，水在汽化蒸发全部结束之前，沉到油中。如果油的温度足够高，则沉下去的水必定爆炸而发出声音。只要油温在300℃左右以上，就能够引起水蒸汽爆炸，在达到350℃以上时，确认到了更加激烈的水蒸汽爆炸的发生(第三实验)。

由第一实验可知，只是向高温物质的表面滴下水，不会引起水蒸汽爆炸。这种情况无论物质温度有多高都一样。这是由于，即使水与高温物质接触，在常压下会在100℃沸腾，不会升高到约100℃以上，不会产生水蒸汽爆炸的因素、即水的高温化。但是，在水中倒入高温物质的情况下(第二实验)，向高温液态物质的内部间歇性地注入了少量水的情况下(第三实验)，即使温度不是特别高，仍会引起水蒸汽爆炸。第二和第三的实验的共同点在于，引起水蒸汽爆炸的地方被液体密闭。在此，“被～密闭”单纯是指“整体被～包围而没有与大气连通的出逃地方”的意思。在第二实验中，爆炸部位被作为液体的金属和作为液体的水包围。在第三实验中，在水沉没到油中的情况下，被作为液体的油包围。在这种密闭的状况下，温度较差大的两种不同性质的液体接触，从高温液体侧向低温液体侧发生热移动，水温超过100℃，水被瞬间加热到与相邻的液体的温度大致相同的程度。对于该过程，很难说其机理已被明确，但是通过实验可知，通过水瞬间远远超过100℃的高温化现象，快速发生激烈的水蒸汽膨胀，导致引发高压的水蒸汽爆炸。此外还了解到，通过瞬间的水蒸汽爆炸，同时产生冲击波，爆炸的压力和膨胀速度进一步增大。

相对于此，在第一实验中，水的周围充满大气，而未处于被液体密闭的状态，所以未能引起水蒸汽爆炸。

在上述专利文献1的能量生成装置中，在真空中向加热到高温的汽化室喷射水，得到水蒸汽爆炸。但是，在第一实验中确认到，不管加热到多么高的温度，只是向高温的物质表面喷射水，不能引起水蒸汽爆炸。在该装置中，为了通过放电得到高温状态，将汽化室设为真空状态，然而在真空状态下水会在引起水蒸汽爆炸之前汽化，所以难以想象通过该装置能够产生水蒸汽爆炸。

在上述专利文献2的喷气发动机中，由于未充分公开水蒸汽爆炸的机理，所以不能断言，但是即使单纯在燃烧室内加热到高温，不会发生水蒸汽爆炸这一点，与第一实验相同。

发明内容

本申请的发明人，在用于收纳保持在300℃以上高温的液体的容器的底部设置开关阀，从所述开关阀向高温液体中间歇性地注入水，从而制作出“被液体密闭的状态”，成功地引起了水蒸汽爆炸。其详细原理省略，与水蒸汽爆炸同时产生的冲击波使爆炸流体的压力和膨胀速度进一步增大，从而开辟了将通过水蒸汽爆炸产生的伴随冲击波的高压的爆炸流体的能量作为发动机或涡轮机的动力应用的道路。