一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法与流程

本发明涉及助燃，涉及一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法。本发明揭露了碱金属元素和/或碱土金属元素是生成等离子体并引发和维持燃烧过程的必要元素。另外在燃烧过程中它们会破坏和重生燃烧装置的表面层生成等离子体从而加热燃烧装置。本发明还揭露了改进现有燃烧装置的方法从而进一步提高可燃物的热效率。

背景技术：

1、燃烧是可燃物跟助燃物发生的一种剧烈的、发光、发热的化学反应。现有技术认为一种物质的助燃性是这种物质具有能够支持燃烧的性质。例如：纸在氧气中燃烧，氧气就有助燃性。镁在二氧化碳中燃烧，二氧化碳就有助燃性。有助燃性的物质没有可燃性，有可燃性的物质没有助燃性。而可燃性物质和助燃性物质又是相互依存的。要想燃烧就必须要有具有助燃性和可燃性的两种物质。

2、现有技术通常认为助燃剂能够增加燃烧性能和提高燃烧效率，并且通常认为助燃剂就是氧化剂，例如一般生活中常见的燃烧采用氧气作氧化剂，火箭发动机采用液态氧作为氧化剂。助燃剂还可以用于各种设备的燃料中，例如添加到工业锅炉、汽车和轮船、喷气发动机、火箭发动机的燃料中，或添加到爆炸物和火药中等。

3、另外，现有技术认为燃烧装置的燃烧效率，动力输出，噪音和震动，使用寿命等仅和燃料燃烧过程有关。现有技术在100年里，对燃烧装置的动力输出，噪音和震动，使用寿命的提高通常是基于燃烧装置结构的设计，而没有考虑燃料在燃烧过程中与燃烧装置的相互作用；并且促进燃烧过程通常是采用添加氧化剂的方法。但是，这种传统方法的燃烧促进效果有限，且对于燃烧装置的动力输出和使用寿命的提高效果并不明显。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法。本发明提供的方法与现有的助燃技术原理完全不同。通过添加碱金属元素和/或碱土金属元素促进等离子体的形成，从而促进可燃物的燃烧，同时能达到提高燃烧装置动力输出和使用寿命的效果。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法，在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素；所述可燃物的物质形态包括气态、液态和固态中的至少一种；所述可燃物包括碳、含碳有机物、氢气、硫和磷中的一种或多种；所述碱金属元素包括锂、钠、钾、銣、铯和钫中的一种或多种，所述碱土金属元素包括铍、镁、钙、锶、钡和镭中的一种或多种。

4、优选的，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的形式为原子、离子和等离子体中的至少一种。

5、优选的，所述碱金属元素和/或碱土金属元素以含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形式添加，所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质包括所有含碱金属元素和/或碱土金属元素的单质、合金、化合物和组合物中的一种或多种，并且所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形态包括气态、液态或固态。

6、优选的，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的添加量为可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0。

7、优选的，将碱金属元素和/或碱土金属元素添加到可燃物中的方法包括方法一、方法二、方法三和方法四中的至少一种；

8、所述方法一包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质经搅拌、球磨或粉碎后加入可燃物中，或者将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质与非可燃物混合后添加到可燃物中；

9、所述方法二包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解到可燃物中；

10、所述方法三包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解在溶剂中，得到溶液或悬浊液；将所述溶液或悬浊液加入可燃物中；

11、所述方法四包括：燃烧装置的燃烧室及其部件、燃烧室内部的润滑油、燃料和助燃物质的容器、输送管路和过滤材料采用含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料制造；所述燃烧室及其部件包括燃烧室和燃烧室内的活塞、活塞连杆、转子和叶片；所述含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料包括橡胶、聚合物基复合材料、金属和合金中的一种或多种；所述合金中碱金属元素和/或碱土金属元素的含量为0.00000000001wt％～99.99wt％。

12、优选的，所述燃烧装置包括一次燃烧装置和利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置中的一种或多种；所述一次燃烧装置包括汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机、喷气发动机、火箭发动机、燃气轮机、锅炉和热电转换装置中的一种或多种；所述利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置包括锅炉、工业窑炉、热电转换装置、制冷装置、或热冷转换装置；

13、在燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素与可燃物反应在燃烧装置表面生成含碳层，所述含碳层中含有碱金属元素和/或碱土金属元素；所述含碳层的厚度为0.1纳米～1毫米；所述的含碳层的表面是任何结构和宏观形貌，包括多孔、实心和纤维中的一种或多种；所述含碳层具有润滑、密封、导热、隔热、耐高温、耐磨、耐腐蚀或修复燃烧装置表面缺陷的作用中的至少一种。

14、本发明还提供了一种能提高燃烧装置的动力输出和使用寿命的燃料，包括可燃物以及碱金属元素和/或碱土金属元素；所述碱金属元素和/或碱土金属元素的质量为所述可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0。

15、本发明还提供了一种活塞式发动机，所述活塞式发动机不包括液体冷却系统；所述活塞式发动机使用的燃料为上述方案所述的燃料；所述燃料中的可燃物包括汽油、柴油、生物柴油、植物油、动物油、生物乙醇、生物甲醇、乙醇、甲醇、氢气、天然气、乙炔、甲烷或液化石油气中的一种或多种。

16、优选的，所述活塞式发动机的气缸的内和/或外表面刻有凹槽或钻有盲孔；所述凹槽的宽度或盲孔的直径为0.001微米到10毫米，深度为0.001微米到10毫米；所述凹槽或盲孔底部是任意形状；所述凹槽或盲孔的排列图案是规则的或不规则的；所述盲孔或凹槽预填充含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料；或者在活塞式发动机工作中，所述盲孔或凹槽被含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料填充；所述凹槽或盲孔中填充的含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料具有提高气缸壁的导热性、润滑性、耐磨性、隔热性、耐高温性和耐热冲击特性的作用中的至少一种。

17、优选的，所述活塞发动机有火花塞点火系统或没有火花塞点火系统，所述活塞发动机所用燃料中的可燃物包括汽油、柴油、生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、动物油、植物油、乙醇、甲醇、天然气、液化石油气和氢气中的一种或多种。

18、本发明还提供了一种高效燃料能量转换系统，包括燃料和燃烧装置；所述燃料为上述方案所述的燃料；所述燃烧装置为上述方案所述燃烧装置。

19、优选的，所述高效燃料能量转换系统还包括和燃烧装置连接的其他能量转换装置；所述其他能量转换装置包括制冷设备、热水锅炉、蒸汽锅炉、工业窑炉、工业烘箱、热电转换装置或蒸汽锅炉推动的发电机中的至少一种。

20、本发明提供了一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法，在可燃物中添加至少一种碱金属元素和/或至少一种碱土金属元素。发明人经长期研究发现可燃物在燃烧过程中必须有等离子体的形成过程。含碳有机物燃烧的燃烧必须要点火(例如火柴点燃纸片，电子打火机点燃天然气打火，火花塞点燃汽油机气缸中的汽油。)，这些点火的火花就是等离子体。点火火花点燃可燃物后必须有碱金属元素和/或碱土金属元素使得被点燃的可燃物产生更多的等离子体。这些等离子体将继续点燃更多的可燃物，从而使燃烧继续进行直到可燃物燃尽。如果可燃物中或环境中没有碱金属元素和/或碱土金属元素，或者环境温度达不到一定温度，燃烧将不能进行下去。同理，其他种类的可燃物如氢气、硫和磷也需要等离子体引发它们与氧气之间的反应或燃烧。等离子体的形成必须有碱金属和/或碱土金属元素参与。也就是说碱金属和/或碱土金属元素是形成等离子体必须的元素。

21、基于上述可燃物的燃烧原理，本发明人在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，来促进形成更多的等离子体，从而促进可燃物的燃烧。通过控制燃烧过程中碱金属元素和/或碱土金属元素的量，就可以控制燃烧过程以及燃烧特征(如燃烧过程的颜色、温度分布、燃烧速率、气流速度和方向以及燃烧程度)等。更为重要的是本发明的技术适用于所有种类和形态的可燃物，包括气态，液态和固态。

22、在燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素与燃烧装置的表面层反应破坏了燃烧装置的表面层产生热量。当燃烧装置的表面层不能被重建，燃烧装置(包括燃烧装置的环境)的温度将不断升高直到燃烧室被熔化。当燃烧装置表面层的破坏和重建达到平衡时，燃烧装置的温度达到恒定并且被加热，同时环境温度也被升高。在燃烧过程中，燃烧装置表面层的破坏和重建与燃烧装置内的碱金属元素和/或碱土金属元素和可燃物和非可燃物的含量和成份和环境温度有关。当燃烧装置中的碱金属元素和/或碱土金属元素的含量较高，燃烧装置的表面层的破坏程度较大和重建速度较快，产生的热量也就较高。

23、本发明将碱金属元素和/或碱土金属元素添加到可燃物中，在燃烧过程中会在燃烧装置表面形成含碳层。根据需要，通过调整添加到可燃物中的碱金属元素、碱土金属元素的种类和含量，使含碳层具有密封，润滑，导热、隔热，耐磨、耐腐蚀和耐热冲击中至少一种作用。因此，燃烧装置内部的燃烧温度会更高，燃烧速度更快更彻底，燃烧装置的加热速度更快，活塞运动的摩擦阻力更小，叶轮和叶片的耐温更高，燃烧装置输出更大的功率，机械寿命更长，工作噪音将更低，燃烧装置体积更小。

24、本发明的促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法的另外一个重要技术特征是能更加高效的利用一次燃烧装置的尾气来加热二次燃烧装置。由于可燃物中添加了碱金属元素和/或碱土金属元素，一次燃烧装置的尾气中将含有碱金属元素和/或碱土金属元素。这些碱金属元素和/或碱土金属元素将破坏和重建二次燃烧装置的表面层从而产生热量加热二次燃烧装置。二次燃烧装置包括锅炉、工业窑炉、加热箱或制冷装置。而二次燃烧装置的锅炉将可推动蒸汽轮机，并且蒸汽轮机可以推动发电机。因此可燃物的能量转换效率将进一步得以提高。

25、综上所述，与现有技术相比，本发明的优点包括但不限于：

26、(1)本发明提供的方法适合所有种类的可燃物，如碳粉、树脂、聚乙烯塑料、汽油、柴油、生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、植物油、动物油、天然气、液化石油气、煤制气、乙醇、甲醇、甲苯、甲烷、乙炔、乙烷、氢气、硫、磷、或上述可燃物的混合物。本发明提供的方法适合所有种类的燃烧装置如汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机、喷气发动机、火箭发动机、燃气轮机、锅炉、热电转换装置。而现有助燃方法只能适合有限的几种燃料或燃烧装置。

27、(2)本发明在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，不仅能提高可燃物的燃烧效率，而且还能调整可燃物的燃烧效率、燃烧速率、燃烧特征，从而控制燃烧过程。通过控制燃烧过程可以控制燃烧过程的噪音，震动。现有技术不能对可燃物的上述燃烧过程进行控制。

28、(3)本发明在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，能在燃烧装置表面形成具有各种功能(如润滑、耐磨、导热、隔热、耐腐蚀、耐高温和耐热冲击等)的含碳层，从而降低燃烧过程的噪音、提高燃烧温度、提高输出功率、延长燃烧装置的工作寿命。并且由于含碳层具有润滑、耐磨、隔热等作用，对于汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机等也可以省略发动机的液体冷却系统，简化了发动机的结构。现有技术不能在燃烧装置表面形成具有各种功能的含碳层，无法显著提高装置的动力输出，不能延长装置的使用寿命，更不能简化发动机结构。

29、(4)通过在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，提高了燃料的热效率和燃烧速率，能缩小燃烧装置的体积，从而缩小动力机械的体积。如1升气缸的汽油或柴油发动机输出动力相当于现有的2.5升气缸的汽油或柴油发动机，50厘米直径的喷气发动机和火箭发动机产生的推力相当于现有1米直径的发动机的推力，并且节省了燃油，延长了机械寿命。

30、(5)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能降低燃烧过程中燃烧装置的噪音和震动。现有技术不能对可燃物的燃烧过程中噪音和震动进行控制。

31、(6)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能极大提高可燃物的燃烧速率和燃烧温度，从而提高燃烧装置的升温速度，同时节省大量燃料，节约燃料量通常在20％-40％。现有技术只能对一种燃料有较小的促进燃烧效果，节约燃料量通常在10％以下。

32、(7)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能使燃烧装置在高海拔地区、高空、宇宙空间中燃料的点火更加容易，并且提高燃料的燃烧效率、速率和热效率，极大提高燃烧装置的动力输出和极大的节省了燃料。而现有技术无法实现这一技术目的。

33、(8)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能使燃烧装置包括各种发动机在-250℃～20℃正常点火启动。现有技术无法实现这一技术目的。

34、(9)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能提高可再生的燃料如生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、植物油、动物油、植物燃料的燃烧效率和热效率，使它们适合用于多种的燃烧装置如活塞发动机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机。现有技术无法实现这一技术目的。

35、(10)本发明的促进可燃物燃烧的添加剂无毒、无害、价格很低，并且可循环利用。

36、(11)使用现有技术的燃烧装置的尾气加热其他的加热装置时的加热效果较差，加热装置的尾气无法利用或不能很好的利用。而本发明通过在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，使一次燃烧装置的尾气在加热二次燃烧装置的加热装置时能产生更多的热量，从而能进一步提高燃料的燃烧效率和能量转换效率。这些二次加热装置还可以推动各种能量转换设备如蒸汽轮机，并且蒸汽轮机可以推动发电机等。

37、(12)使用本发明的技术可开发一种使用混合燃料的活塞发动机，这种混合燃料包括柴油、汽油、生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、乙醇、甲醇、动物油和植物油，从而充分利用各种燃料和提高燃料的热效率。而现有技术不能实现这种目的。