CN101306967A - 高能含氧燃料的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供高能含氧燃料的应用。所述的高能含氧燃料，是由氧化组分A和可燃组分B构成的；所述氧化组分A是氧平衡数＞0的材料，所述可燃组分B是氧平衡数＜0的材料；其特征在于，该高能含氧燃料作为发动机动力燃料。本发明提供了高性价比的、高体积能量密度的、自供氧的、来源广泛的、多样性的、环保的并且是安全的高能含氧燃料；特别是本发明提供高能含氧燃料的应用技术，可以达到碳低排放和碳零排放的目的，使CO₂排放量大幅度地降低到现有排放量的5％以下，或CO₂排放量趋于零，从而延缓矿物能源资源枯竭年限和解决人类的环境保护的大问题。

Description

高能含氧燃料的应用

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。

本发明提供高能含氧燃料的应用，所述的高能含氧燃料，是由氧化组分A和可燃组分B构成的；所述氧化组分A是氧平衡数＞0的材料；所述可燃组分B是氧平衡数＜0的材料；其特征在于，该碳低排放或碳零排放的高能含氧燃料供发动机作为动力燃料；

所述的氧化组分A包括：固体粉末状的硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙、硝酸肼、高氯酸铵、高氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钾、重铬酸钾或亚硝酸钠；或为液体的双氧水：或为固体粉末状的可溶性材料硝酸铵的水溶液；

所述的可燃组分B包括：固体粉末状的甲基胺硝酸盐、硬脂酸钙、聚丙烯酰胺、糊精、淀粉、木炭、蔗糖、十二烷基苯硝酸钠、三甲胺硝酸盐、纤维素、木粉、尿素、硝化棉、硝酸脲、三硝基萘、二硝基甲苯磺酸钠、二硝基甲苯、奥克托金、黑索金、泰安、特屈儿或梯恩梯；或为液体的聚丙烯酰胺、乙醇、乙二醇、硝化二乙二醇、硝基甲烷、汽油、轻柴油或矿物油；或为固体粉末状的可溶材料甲基胺硝酸盐的水溶液；或者，为可熔化成液体的沥青、石蜡、硬脂酸或梯恩梯。可熔化成液体的沥青、石蜡、硬脂酸或梯恩梯的储罐，要有加热保温措施，使其不凝固；应用上述的可燃组分B与氧化组分A构成的高能含氧燃料，将获得大幅度降低碳排放量的效果；

所述的可燃组分B还包括：金属粉末的铝粉、锌粉、锡粉、铜粉或铁粉；或非金属粉末的硼粉或硅粉；或气体的氢气；或液体的水合肼；该可燃组分B与氧化组分A构成的高能含氧燃料，将获得碳排放量趋于零的效果。

所述的固体粉末状的高能含氧燃料的材料，其粒度范围选为550微米-1.3微米，对应的粒度的目数为30-10000目。

所述的液体的高能含氧燃料的材料，本身就是液体的材料或可溶性材料的饱和溶液；所述的可溶性材料的饱和溶液为该可溶性材料在80～100℃的安全温度下的饱和溶液；

所述的硝酸铵的饱和水溶液，其浓度为84％～91％；甲基胺硝酸盐的饱和水溶液，其浓度为80％～90％。

当用上述材料制备粉末时，其粉末的粒度越小反应越充分，潜能发挥越大。例如上述俄罗斯试爆的“真空航空炸弹”威力空前是因为其应用了纳米技术；这就是粒度越小潜能发挥越大的实例。

高能含氧燃料的氧化组分A和可燃组分B的重量百分比含量，按零氧平衡公式计算：

氧化组分A的重量百分比的表达式为：

A％＝[K_b/(K_a+K_b)]×100％；

可燃组分B的重量百分比的表达式为：

B％＝[K_a/(K_a+K_b)]×100％；

式中，K_a为氧化组分A的氧平衡数，K_b为可燃组分B的氧平衡数。

所述的氧平衡数可以在参考文献中方便查出。(参见《浆状炸药的性能和使用》【日本】木春真著潘祖民译煤炭工业出版社1978年10月第一版P 46、P37)。

以氧化组分和可燃组分材料配制高能含氧燃料时，为达到其零氧平衡的要求，推导两组分重量百分比表达式的方法如下：(参见《硝铵炸药》王起来等编国防工业出版社1984年2月第一版P212～213)

设：氧化组分A的氧平衡数为K_a；可燃组分B的氧平衡数为K_b，要配制M克零氧平衡的炸药，其中，氧化组分m克，可燃组分n克，建立如下氧平衡表达式：

mK_a＝nK_b，

m+n＝M。

求得：n＝M×Ka/(Ka+K_b)，

m＝M×K_b/(Ka+K_b)。

氧化组分A的重量百分比的表达式1为：

A％＝[m/(m+n)]100％＝[K_b/(Ka+K_b)]100％。

可燃组分B的重量百分比的表达式2为：

B％＝[n/(m+n)]100％＝[Ka/(Ka+K_b)]100％。

下面以硝酸铵和苦味酸为例，用上述表达式1和2计算高能含氧燃料的氧化组分和可燃组分的百分比含量。

经查：氧化组分A硝酸铵的氧平衡数为Ka＝+0.20，可燃组分B苦味酸的氧平衡数为K_b＝-0.4539，计算中取其绝对值；代入上述表达式1和2，计算得两组分的重量百分比含量分别为：

A％＝69.41％，B％＝30.59％。

在本发明提供的高能含氧燃料的实施例1-14和28达到了碳排放量低的目的：

(1)在实施例6、7和8中，都是木粉、纤维素和淀粉与氧化组分硝酸铵相配合；其中，木粉、纤维素和淀粉都来自绿色植物，是可再生的材料。而硝酸铵又是由煤炭、空气和水制成。煤炭、空气和水资源丰富。

(2)在实施例5中，硝酸铵极易溶于水。将实施例3、6、7、8、10、11、12和14中的硝酸铵制成硝酸铵水溶液，其优点是克服了硝酸铵的吸湿性、结块性、便于传输和安全性高。如在80℃～100℃时，配制浓度为84％～91％的硝酸铵水溶液；保持温度不低于80℃～100℃时，硝酸铵不析晶。

(3)实施例7和8的数据说明，可用纤维素代替淀粉，节省粮食。

下面介绍高能含氧燃料的制法

本发明提供的高能含氧燃料的优选例，见实施例1-14和28，其配比选自表1和5，具有碳排放量低的特点。

本发明提供的高能含氧燃料的优选例，见实施例15-27，其配比选自表2、3和4，具有碳排放量为零的特点。

特别指出，氢气与表2中12种氧化组分的组合中，氢气的用量仅为1.04～6.14％，其用量少，很便宜；氢取于水，是可再生的；亦可将实施例19、20、21、22和23中的硝酸铵制成硝酸铵水溶液。

本发明的高能含氧燃料使用的材料是现有产品；按所需粒径粉碎，筛分；制成粉末或溶液，单独储存；粉碎和筛分的方法是现有技术。

下面介绍高能含氧燃料的储备和灌装：

本发明的高能含氧燃料使用的可燃组分、氧化组分及其溶液的储备和灌装，利用现有技术储备和灌装。推荐采用《GEA工程技术(中国)有限公司》的储备和灌装技术。地址：北京市朝阳区建国门外大街19号北京国际大厦A座1405室。

下面介绍高能含氧燃料的传输及传输介质：

应该强调指出：高能含氧燃料的可燃组分和氧化组分粉末的传输是现有技术；其传输介质是二氧化碳气。

传输介质二氧化碳气与可燃组分和氧化组分具体的传输是已有技术，见参考文献《用MC68332开发高性能双燃料发动机ECU》作者乔宇张伯俊王洪礼天津职业技术师范学院学报2001年4期；储备和灌装技术见：《GEA工程技术(中国)有限公司》的储备和灌装技术，地址：北京市朝阳区建国门外大街19号北京国际大厦A座1405室。

下面介绍高能含氧燃料的应用范围：

本发明的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，特别是应用于潜艇的发动机。

下面介绍高能含氧燃料的应用方法：

使用高能含氧燃料的发动机的技术特点如下，使用高能含氧燃料的发动机，只需对现有的发动机配套设备稍作改进。

1)材料储罐：当燃料不是燃油时，用材料储罐代替现有发动机的油箱。从应用高能含氧燃料的安全性考虑，应有两个或多个储罐，将高能含氧燃料的可燃组分、氧化组分和液态二氧化碳单独储存。

当高能含氧燃料的材料为液体时，在环境温度低于液体的析晶点或熔点时，液体储罐应该有保温加热装置，也可用发动机尾气余热保温，以防析晶或凝固，影响其传输性能。

2)发动机的冷却方式：发动机气缸和喷气机燃烧室除了风冷和水冷外，可用二氧化碳气冷却；通常喷气机燃烧室用燃油冷却，本发明用二氧化碳冷却，节省燃油、降低污染。

3)传输介质：高能含氧燃料的粉末状可燃组分和粉末状氧化组分的传输介质是二氧化碳气。

4)双燃料传输的控制技术：采用现有的“高性能的双燃料发动机ECU”控制技术，将可燃组分和氧化组分，同时喷入发动机气缸或喷气机燃烧室，用火花塞点燃，驱动发动机做功。(参见《用MC68332开发高性能双燃料发动机ECU》作者乔宇张伯俊王洪礼天津职业技术师范学院学报2001年4期)

5)高能含氧燃料的自供氧性，该自供氧性可使涡轮风扇喷气机燃烧室省却压气机和内涵道，从而克服空气分流的技术性难题，并降低现有的涡轮风扇喷气机燃烧室的重量。参见图1和图2。

图1为现有涡轮风扇喷气发动机燃烧室示意图。其中，进气道1，压气机2，燃烧室3，涡轮机4，喷口5，风扇6，外涵道7，内涵道8。

图2为应用高能含氧燃料的涡轮风扇喷气机燃烧室示意图。其中，进气道1，燃烧室3，涡轮机4，喷口5，风扇6，外涵道7；去掉了压气机2和内涵道8。

在现有涡轮风扇喷气机的燃烧室中，有压气机2和内涵道8。由于高能含氧燃料具有自供氧性，即在其氧化还原反应中，无需外界供氧；所以，压气机2和内涵道8可以省却。如图2所示，没有压气机2和内涵道8，使总长度降低。其机构改造是将图1中内涵道8前端的开口封闭，缩短内涵道8的长度和去掉压气机2；在图2中的涡轮机4向风扇6靠近，缩短燃烧室的总长度，从而降低了发动机自重。

应用高能含氧燃料的发动机及其燃料传输系统的设计和制造，是现有技术所能胜任的。

高能含氧燃料作为发动机动力燃料的用法，结合图3和图4予以说明。

图3是是高能含氧燃料的用法示意图。

图4是高能含氧燃料用法的程序示意图。本发明用法的程序储存在图3的电控单元7内，其中，

(1)f(A，CO₂)是传输氧化组分A的传输介质二氧化碳气的流量函数；氧化组分A的重量百分比含量的表达式为：

A％＝[K_b/(K_a+K_b)]×100％

式中，K_a为氧化组分A的氧平衡数；

(2)f(B，CO₂)是传输可燃组分B的传输介质二氧化碳气的流量函数；可燃组分B的重量百分比含量的表达式为：

B％＝[K_a/(K_a+K_b)]×100％

式中，K_b为可燃组分B的氧平衡数；

(3)f(C，CO₂)是二氧化碳气的流量函数，当发动机气缸或喷气机燃烧室14的温度大于其安全温度上限C时，以二氧化碳气流量函数f(C，CO₂)增加注入二氧化碳气的流量；

按图4的流程，执行步骤100，开始，选择可燃组分B和氧化组分A；

执行步骤110，由电控单元7的路径1，使可燃组分储罐4、电磁阀和高压泵8以及路径13和发动机气缸或喷气机燃烧室14连接；以二氧化碳流量函数f(B，CO₂)确定的二氧化碳气的流量，将以可燃组分B重量百分比含量的表达式：B％＝[K_a/(K_a+K_b)]×100％求得的氧化组分B，喷入发动机气缸或喷气机燃烧室14内，成粉尘状；

与此同时，电控单元7通过路径3，使氧化组分储罐6、电磁阀和高压泵19以及路径9和发动机气缸或喷气机燃烧室14连接；以二氧化碳流量函数f(A，CO₂)确定的二氧化碳气的流量，将以氧化组分A重量百分比含量的表达式A％＝[K_b/(K_a+K_b)]×100％求得的氧化组分A，喷入发动机气缸或喷气机燃烧室14内，亦成粉尘状；

与此同时，电控单元7由路径16，使发动机气缸和燃烧室14的火花塞点火，在发动机气缸或喷气机燃烧室14内，氧化组分粉尘A和可燃组分粉尘B发生化学爆炸，产生动力做功；

执行步骤120：是否熄火？若否，则执行步骤150，判断：燃烧室温度是否大于上限C？若否，则执行步骤110；若是，则执行步骤160；在图3中，15为反馈发动机气缸或喷气机燃烧室14温度信号的路径，其两端分别与电控单元7和发动机气缸或喷气机燃烧室14连接；当发动机气缸或喷气机燃烧室14的温度超过其安全温度上限C时，该过热信号通过路径15反馈给电控单元7；电控单元7由路径2控制液态二氧化碳储罐5，通过电磁阀和高压泵20及路径11，以二氧化碳流量函数f(C，CO₂)确定的CO₂流量，注入二氧化碳气，使发动机气缸或喷气机燃烧室14降温；

执行步骤120，判断：是否熄火？若是，则执行步骤130，电控单元7通过路径16控制发动机气缸或喷气机燃烧室14的火花塞熄火；相应的，电控单元7通过路径1、3和2发出命令：停止输送可燃组分、氧化组分、传输介质二氧化碳气，则燃烧室熄火；即执行步骤140，运行结束。

以上开始、点火、做功、冷却降温、熄火和结束等步骤循环不已；如现有发动机一样，实现启动、加速、减速、怠速和熄火，燃烧室的冷却等功能。上述功能是通过氧化组分A和可燃组分B传输量的增加、减少，以及二氧化碳气流量f(C，CO₂)的增加、减少实现的；传输的量虽然有增减，但是氧化组分A和可燃组分B的百分比含量始终保持不变，保证其在零氧平衡工况下运行。

本发明的应用效果：

1)环保性。本发明的高能含氧燃料的氧化组分和可燃组分由碳、氢、氧、氮、金属和非金属元素构成。在零氧平衡条件下，其氧化还原反应生成物仅仅是少量CO₂、N₂、H₂O、金属和非金属氧化物。

可是，燃油爆燃生成物却有150～200多种：其有害成分是未燃烧和燃烧不完全的CH、NO_X、CO、CO₂、SO₂、H₂S，以及微量的醛和有机酸类。本发明将高能含氧燃料用于发动机作为动力燃料，将提供几百种可供选择的环保性燃料。

2)安全性。众所周知，燃油类易挥发，如汽油与空气的混合气遇明火极易爆炸，当其回火时，将造成更大灾害。

安全性是选择高能含氧燃料材料的重要原则。高能含氧燃料是安全的。如纯净的硝酸铵难被明火点燃(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：29)；苦味酸和梯恩梯被枪弹击穿亦不爆炸。

特别是高能含氧燃料的可燃组分与氧化组分分别储存的技术措施，是利用了现有的炸药综合混装车技术。现有的炸药综合混装车是将炸药的各组分单独储存，装载于炸药综合混装车上，当其到达现场后，再将各个组分按配比混合注入“炮眼”内引爆。(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：284图5-11。)

对于本发明而言，上述“炮眼”就相当于发动机气缸或喷气机燃烧室，高能含氧燃料的可燃组分和氧化组分，分别储存于各自的储罐内，应用时按其重量百分比含量，同时喷入发动机气缸或喷气机燃烧室，点燃做功。本发明用二氧化碳作传输介质是保证安全的更重要的措施。对比可见，本发明使用的高能含氧燃料比燃油更安全。

3)性价比高。硝酸铵价格是燃油价格的25％，高能含氧燃料的体积能量密度高，为汽油和氧混合物的130～600倍。

4)自供氧的优越性。(1)本发明的高能含氧燃料的自供氧性，消除了潜艇发动机对空气的消耗。因此，可提高潜航时间15倍。因为，燃油和空气混合的比例，一般是1比15，即燃烧1公斤燃油需要15公斤空气。

(2)本发明的高能含氧燃料的自供氧性，使高原行驶的机车省却压气机，因而降低了机车重量，节省燃料、降低尾气排放。

5)上述应用效果与“汽车用燃料评价标准”的对比：

对比可见，本发明的高能含氧燃料满足汽车用燃料各项要求，有的更胜一筹；对比可见，将高能含氧燃料作为发动机动力燃料的优越性。

表6汽车用燃料的评价标准

指标	内容
		汽车性能经济性大气环境性能综合效率能源安全供给	一次加油或充电的续航距离，输出功率等汽车价格、燃料价格、燃料供给的基础设施尾气排放WTW能源效率、CO2排放量资源量、多样性、燃料自身的安全性(毒性、火灾危险性等)
注：	WTW-Well To Wheel.从油井到车轮，即从能源的开采到终端消费。资料来源：星博彦(2004年)

表6取自论文《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年4月30日。

在表1、2、3、4、和5中，有多种材料的几百种组合可供选择。特别是，本发明将开创新的高能含氧燃料工业，还将给发动机工业以巨大商机，并且对于汽车和飞机工业，以及与汽车和飞机工业相关的各种制造业和服务业都蕴藏机会。

表1、2、3、4和5为可燃组分B与氧化组分A的重量百分比含量表。表中的氧平衡数参见《浆状炸药的理论与实践》，汪旭光等编著冶金工业出版社P79～80，表2-35。

在表2、3和4中，所涉及的金属和非金属元素的氧平衡数的计算方法，由以下计算例予以说明：Al氧化成A1₂O₃时的氧平衡＝1.5×16/27＝-0.89。

式中：1.5＝3/2，由氧的原子数3除以铝的原子数2求得；27为铝的原子量；16为氧的原子量。

上式及其出处为《安全工程大辞典》(化学工业出版社)。

附图说明：

图1为现有涡轮风扇喷气机燃烧室结构示意图。其中，进气道1，压气机2，燃烧室3，涡轮机4，喷口5，风扇6，外涵道7，内涵道8。

图2为应用高能含氧燃料的涡轮风扇喷气机燃烧室结构示意图。其中，进气道1，燃烧室3，涡轮机4，喷口5，风扇6，外涵道7。

图3是是高能含氧燃料的用法示意图。1为控制可燃组分B的路径；2为控制液态二氧化碳流量的路径，3为控制氧化组分A的路径；4为可燃组分B储罐；5为液态二氧化碳储罐；6为氧化组分A储罐；7为电控单元；8为电磁阀和高压泵，其具有使液态二氧化碳气化的功能；9为传输氧化组分A和气化的液态二氧化碳的路径；10为传输液态二氧化碳到电磁阀和高压泵19的路径；11为传输气化的液态二氧化碳的路径；12为传输液态二氧化碳到电磁阀和高压泵8的路径；13为传输可燃组分B和气化的液态二氧化碳的路径；14为发动机气缸或喷气机燃烧室；15为反馈发动机气缸或喷气机燃烧室14温度信号的路径；16为控制火花塞点火的路径；19和20均为电磁阀和高压泵，其具有使液态二氧化碳5气化的功能。

图4是高能含氧燃料用法的程序示意图。

具体实施方式

实施例1

所述可燃组分B甲基胺硝酸盐粉末CH₃-NH₂·HNO₃与氧化组分A双氧水H₂O₂相配合，其重量配比为：

组分        CH₃-NH₂·HNO₃      H₂O₂

氧平衡数    -0.340             +0.470

配比(％)    58.0247            41.9753

实施例2

所述可燃组分B尿素粉末CO(NH₂)₂与氧化组分A双氧水H₂O₂

组分        CO(NH₂)₂       H₂O₂

氧平衡数    -0.800         +0.47

配比(％)    37.0079        62.9921

实施例3

所述可燃组分B为尿素粉末CO(NH₂)₂和氧化组分A为硝酸铵粉末

NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        CO(NH₂)₂      NH₄NO₃

氧平衡数    -0.800        +0.20

配比(％)    0.200    0.800

实施例4

所述可燃组分B为液体的硝基甲烷CH₃NO₃与氧化组分A为硝酸钾粉末KNO₃相配合，其重量配比为：

组分        CH₃NO₃     KNO₃

氧平衡数    -0.395     +0.396

配比(％)    50.0632    49.9368

实施例5

所述可燃组分B梯恩梯粉末C₇H₅O₆N₃与氧化组分A硝酸铵NH₄NO₃水溶液，其重量配比为：

组分        TNT        NH₄NO₃    H₂O

氧平衡数    -0.74      +0.2

配比(％)    21.3766    78.7234

制备硝酸铵水溶液：在水温为80～100℃时，配制浓度为84％的硝酸铵水溶液。当温度不低于75℃时，硝酸铵不析晶。

实施例6

所述可燃组分B木粉C₁₅H₂₂O₁₀与氧化组分A为硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        C₁₅H₂₂O₁₀     NH₄NO₃

氧平衡数    -1.370        +0.2

配比(％)12.7389    87.2611

实施例7

所述可燃组分B纤维素粉末(C₆H₁₀O₅)_n，n＞1000；与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        (C₆H₁₀O₅)_n     NH₄NO₃

氧平衡数    -1.185         +0.2

配比(％)    14.4404        85.5596

比较实施例7和8，两者的氧平衡数和计算数据均相等；由此可知，可以用纤维素替代淀粉，节省粮食。

实施例8

所述可燃组分B为淀粉粉末(C₆H₁₀O₅)_n，n＝200～300，氧化组分A为硝酸铵粉末H₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        (C₆H₁₀O₅)_n     NH₄NO₃

氧平衡数    -1.185         +0.2

配比(％)    14.4404        85.5596

在该实施例的启发下，亦可将工业生产中大量的面粉粉尘、糖粉粉尘、玉米粉粉尘、土豆粉粉尘、干奶粉粉尘、小麦粉尘或大豆粉尘用作可燃组分，实现废物利用。

实施例9

所述可燃组分B尿素粉末CO(NH₂)₂与氧化组分A高氯酸钾粉末KClO₄相配合，其重量配比为：

组分        CO(NH₂)₂     KClO₄

氧平衡数    -0.800       +0.462

配比(％)    36.6086      63.3914

实施例10

所述可燃组分B轻柴油C₁₆H₃₂与氧化组分A为硝酸铵粉末(NH₄NO₃)相配合，其重量配比为：

组分        C₁₆H₃₂    NH₄NO₃

氧平衡数    -3.420    +0.2

配比(％)    5.5249    94.4751

在该实施例中，轻柴油含量不足6％，而且是在零氧平衡条件下爆燃的，与100％用轻柴油相比降低了污染。

在该实施例中，可燃组分还可以是汽油、柴油、煤油、重油，与氧化组分硝酸铵、高氯酸钾相配合的高能含氧燃料。

实施例11

所述可燃组分B甲基胺硝酸盐CH₃-NH₂·HNO₃浓度为86％水溶液与氧化组分A硝酸铵浓度为84％水溶液相配合，其重量配比为：

组分        CH₃-NH₂·HNO₃     NH₄NO₃

氧平衡数    -0.34             +0.2

配比(％)    37.037            062.9630

实施例12

所述可燃组分B为硝化棉粉末C_22.5H_28.8O_36.1N_8.7与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        C_22.5H_28.8O_36.1N_8.7    NH₄NO₃

氧平衡数    -0.369                 +0.2

配比(％)    35.1494                64.8506

实施例13

所述可燃组分B硝基甲烷液体CH₃NO₃与氧化组分A双氧水H₂O₂相配合，其重量配比为：

组分        CH₃NO₃        H₂O₂

氧平衡数    -0.395        +0.47，

配比(％)    54.3353       45.6647

实施例14.

所述可燃组分B硝酸脲粉末CH₅N₃O₄与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        CH₅N₃O₄    NH₄NO₃

氧平衡数    -0.065     +0.2

配比(％)    75.47      24.53

实施例15

所述可燃组分B联氨N₂H₄与氧化组分A双氧水H₂O₂相配合，其重量配比为：

组分        N₂H₄          H₂O₂

氧平衡数    -0.9986       +0.470

配比(％)    32.003        67.997

实施例16

所述可燃组分B联氨N₂H₄与氧化组分A硝酸肼N₂H₅NO₃相配合，其重量配比为：

组分        N₂H₄         N₂H₅NO₃

氧平衡数    -0.9986      +0.084

配比(％)    7.759        92.241

实施例17

所述可燃组分B为铝粉Al和氧化组分A为硝酸肼N₂H₅NO₃相配合，其重量配比为：

组分        Al            N₂H₅NO₃

氧平衡数    -0.89         +0.084

配比(％)    8.6249        1.376

实施例18

所述可燃组分B为铝粉末Al与氧化组分A为重铬酸钾粉末K₂Cr₂O₇相配合，其重量配比为：

组分        Al         K₂Cr₂O₇

氧平衡数    -0.89      +0.163

配比(％)    15.48    84.52

实施例19

所述可燃组分B铝粉末Al与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        Al        NH₄NO₃

氧平衡数    -0.89     +0.2

配比(％)    18.349    81.651

实施例20

所述可燃组分B铁粉Fe与氧化组分A为硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        Fe           NH₄NO₃

氧平衡数    -2.3155      +0.2

配比(％)    7.951        92.049

实施例21

所述可燃组分B硼粉B与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        B         NH₄NO₃

氧平衡数    -4.638    +0.2

配比(％)    4.124     95.876

实施例22

所述可燃组分B为硅粉Si与氧化组分A为硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        Si            NH₄NO₃

氧平衡数    -1.139        +0.2

配比(％)    14.937        85.063

实施例23

所述可燃组分B为氢气H₂与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        H₂           NH₄NO₃

氧平衡数    -8.0         +0.20

配比(％)    2.439        97.561

实施例24

所述可燃组分B氢H₂与氧化组分A为硝酸肼N₂H₅NO₃相配合，其重量配比为：

组分        H₂           N₂H₅NO₃

氧平衡数    -8.0         +0.084

配比(％)    1.039        98.961

实施例25

所述可燃组分B氢H₂与氧化组分A高氯酸钠NaClO₄相配合，其重量配比为：

组分        H₂        NaClO₄

氧平衡数    -8.0      +0.523

配比(％)    6.136     93.864

实施例26

所述可燃组分B氢气H₂为与氧化组分A高氯酸钾粉末KClO₄相配合，其重量配比为：

组分        H₂        KClO₄

氧平衡数    -8.0      +0.163

配比(％)    1.997     98.003

实施例27

所述可燃组分B氢气H₂与氧化组分A高氯酸铵NH₄ClO₄相配合，其重量配比为：

组分        H₂        NH₄ClO₄

氧平衡数    -8.0      +0.34

配比(％)    4.077     95.923

实施例28

所述可燃组分B乙醇C₂H₅OH与氧化组分A硝酸铵NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        C₂H₅OH    NH₄NO₃

氧平衡数    -2.085    +0.20

配比(％)    8.75      91.25

可燃组分乙醇与其余11种氧化组分的组合见表5；

应用实施例1

本应用实施例1，采用实施例3的材料，所述可燃组分B为尿素粉末CO(NH₂)₂和氧化组分A为硝酸铵粉末NH₄NO₃，粉末的粒度均小于30目，其重量配比为：

组分        CO(NH₂)₂    NH₄NO₃

氧平衡数    -0.800      +0.20

配比(％)    0.200       0.800；

介绍高能含氧燃料的用法，结合图3和图4进行说明。

图3是高能含氧燃料的用法示意图。图4是高能含氧燃料用法的程序示意图。本发明用法的程序，储存于图3的电控单元7内，其中：

(1)f(A，CO₂)是传输氧化组分A硝酸铵粉末的传输介质二氧化碳气的流量函数，氧化组分A的重量百分比的表达式为：

A％＝[K_b/(K_a+K_b)]×100％

式中，K_a为氧化组分A的氧平衡数；

(2)f(B，CO₂)是传输可燃组分B尿素粉末的传输介质二氧化碳气的流量函数，可燃组分B的重量百分比的表达式为：

B％＝[K_a/(K_a+K_b)]×100％

式中，K_b为可燃组分B的氧平衡数；

(3)f(C，CO₂)是二氧化碳气的流量函数，当发动机气缸或喷气机燃烧室14的温度大于其安全温度上限C时，以二氧化碳流量函数f(C，CO₂)确定的增量，加大注入二氧化碳的流量，冷却燃烧室；

按图4的流程，执行步骤100，开始，选择可燃组分B为尿素和氧化组分A为硝酸铵；执行步骤110，由电控单元7通过路径1，将可燃组分储罐4、电磁阀和高压泵8及路径13和发动机气缸或喷气机燃烧室14连接，以可燃组分B重量百分比表达式：B％＝[K_a/(K_a+K_b)]×100％，求得可燃组分尿素B的重量占20％，在流量函数f(B，CO₂)确定的二氧化碳气流量的携带下，将重量占20％的尿素粉末，喷入发动机气缸或喷气机燃烧室14内，成粉尘状；

由电控单元7通过路径3，将可燃组分储罐6、电磁阀和高压泵19及路径9和发动机气缸或喷气机燃烧室14连接，以氧化组分A的重量百分比的表达式A％＝[K_b/(K_a+K_b)]×100％，求得氧化组分硝酸铵A的重量占80％，在流量函数f(A，CO₂)确定的二氧化碳气流量的携带下，将重量占80％的硝酸铵粉末，亦喷入发动机气缸或喷气机燃烧室14，亦成粉尘状；

与此同时，由电控单元7的路径16，使发动机气缸和燃烧室14的火花塞点火，在发动机气缸或喷气机燃烧室14内的硝酸铵粉尘和尿素粉尘，相互混合发生粉尘爆炸，产生动力做功；

执行步骤120：是否熄火？若否，则执行步骤150，判断：燃烧室温度是否大于安全温度上限C？若否，则执行步骤110；

若是，则执行步骤160，在图3中，15为反馈发动机气缸或喷气机燃烧室14温度信号的路径，其两端分别与电控单元7和发动机气缸或喷气机燃烧室14连接；当发动机气缸或喷气机燃烧室14温度超过其安全温度上限C时，该温度信号通过路径15反馈给电控单元7，电控单元7通过路径2，使液态二氧化碳储罐5、电磁阀和高压泵20以及路径11与发动机气缸或喷气机燃烧室14连接，以二氧化碳气流量函数f(C，CO₂)确定的增量，加大注入二氧化碳气的流量，对发动机气缸或喷气机燃烧室14降温；

执行步骤120，判断：是否熄火？若是，则执行步骤130，电控单元7在路径1、2、3和16控制下，停止向发动机气缸或喷气机燃烧室14输送可燃组分、氧化组分和二氧化碳气，并使其火花塞熄火，执行步骤140，运行结束。

以上开始、点火、做功、冷却、熄火和结束步骤循环不已；如现有发动机一样，实现启动、加速、减速、怠速和熄火，燃烧室的冷却等功能。上述功能是通过氧化组分A和可燃组分B传输量的增加、减少，以及二氧化碳流量f(C，CO₂)的增加、减少实现的；传输的量虽然有增减，但是氧化组分A和可燃组分B的百分比含量始终保持不变，以保证其在零氧平衡工况下运行。

以流量函数f(B，CO₂)、f(A，CO₂)和f(C，CO₂)调控可燃组分B、氧化组分A的量和传输介质及冷却用二氧化碳气的流量，使可燃组分B与氧化组分A在发动机气缸或喷气机燃烧室14内，在温度控制条件下，发生化学爆炸，使发动机气缸或喷气机燃烧室产生动力；此为高能含氧燃料的应用及应用方法。

应用实施例2

本应用实施例2，采用实施例11的材料，所述可燃组分B为甲基胺硝酸盐CH₃-NH₂·HNO₃与氧化组分A硝酸铵NH₄NO₃组合，其重量配比为：

组分        CH₃-NH₂·HNO₃        NH₄NO₃

氧平衡数    -0.34                +0.2

配比(％)    37.0370              62.9630

当其应用时，将甲基胺硝酸盐配制成水溶液，其浓度为86％，储罐保温温度不超过95℃；氧化组分A硝酸铵亦配制成水溶液，其浓度为91％，保温温度不低于100℃；

两组分溶液的喷入和点燃和现有的发动机的原理相同；不用CO₂作传输介质，而是直接将两组分溶液喷入和点燃；其余步骤和条件同应用实施例1。

应用实施例3

本应用实施例3，采用实施例4的材料。所述可燃组分B为液体的硝基甲烷CH₃NO₃与氧化组分A为硝酸钾粉末KNO₃相配合，其重量配比为：

组分        CH₃NO₃     KNO₃

氧平衡数    -0.395     +0.396

配比(％)    50.0632    49.9368

氧化组分A硝酸钾粉末的传输，用CO₂作传输介质，步骤和条件同实施例1的步骤和条件；

可燃组分B液体硝基甲烷的传输，不用CO₂作传输介质，而是直接将可燃组分溶液喷入和点燃；其余步骤和条件同应用实施例1。

应用实施例4

本应用实施例4，采用实施例19的材料，所述可燃组分B为铝粉末Al和氧化组分A为硝酸铵NH₄NO₃粉末，其重量配比为：

组分        Al        NH₄NO₃

氧平衡数    -0.89     +0.20

配比(％)    18.349    81.651

该应用实施例的步骤和条件同实施例1的步骤和条件。

应用实施例5

本应用实施例5，采用实施例21的材料，所述可燃组分B，为硼粉末B与氧化组分A硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        B         NH₄NO₃

氧平衡数    -4.638    +0.2

配比(％)    4.124     95.876

该应用实施例的步骤和条件同实施例1的步骤和条件。

应用实施例6

本应用实施例6，采用实施例23的材料。所述可燃组分B为氢气与氧化组分A为硝酸铵粉末NH₄NO₃相配合，其重量配比为：

组分        H₂        NH₄NO3

氧平衡数    -8.0      +0.20

配比(％)    2.439     97.561

氧化组分A硝酸铵粉末的传输，用CO₂作传输介质，步骤和条件同应用实施例1的步骤和条件。

可燃组分B氢气的传输，属于气体传输，如同二氧化碳的传输，直接将该组分喷入，与硝酸铵粉尘同时点燃；其余步骤和条件同应用实施例1。

附表1～5

低碳的高能含氧燃料表1/(wt％)

0.聚丙烯酰胺，1-十二烷基苯硝酸钠

2.三甲胺硝酸盐，

3.硝化二乙二醇，4.二硝基甲苯磺酸钠，5.二硝基甲苯

不含碳的高能含氧燃料表2

不含碳的高能含氧燃料表3

不含碳的高能含氧燃料表4

低碳的高能含氧燃料表5

Claims (8)

1、高能含氧燃料的应用，所述的高能含氧燃料，是由氧化组分A和可燃组分B构成的；所述氧化组分A是氧平衡数＞0的材料，所述可燃组分B是氧平衡数＜0的材料；其特征在于，该高能含氧燃料作为发动机动力燃料。

2、如权利要求1所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述氧化组分A是氧平衡数＞0的材料为：液体的双氧水：或为固体粉末状的硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙、硝酸肼、高氯酸铵、高氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钾、重铬酸钾或亚硝酸钠；或为固体可溶性材料硝酸铵的水溶液；

所述可燃组分B是氧平衡数＜0的材料，其为液体的聚丙烯酰胺、乙醇、乙二醇、硝化二乙二醇、硝基甲烷、汽油、轻柴油或矿物油；或为固体粉末状的甲基胺硝酸盐、硬脂酸钙、聚丙烯酰胺、糊精、淀粉、木炭、蔗糖、十二烷基苯硝酸钠、三甲胺硝酸盐、纤维素、木粉、尿素、硝化棉、硝酸脲、三硝基萘、二硝基甲苯磺酸钠、二硝基甲苯、奥克托金、黑索金、泰安、特屈儿、梯恩梯、苦味酸；或为固体可溶材料甲基胺硝酸盐的水溶液；或为可熔化成液体的沥青、石蜡、硬脂酸或梯恩梯；

高能含氧燃料的氧化组分A和可燃组分B的重量百分配比，按零氧平衡公式计算：

氧化组分A的重量百分比的表达式为：

A％＝[K_b/(K_a+K_b)]×100％；

可燃组分B的重量百分比的表达式为：

B％＝[K_a/(K_a+K_b)]×100％；

式中，K_a为氧化组分A的氧平衡数，K_b为可燃组分B的氧平衡数。

3、如权利要求2所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述的可燃组分B是金属粉末的铝粉、锌粉、锡粉、铜粉或铁粉；或非金属粉末的硼粉或硅粉；或气体的氢气；或液体的水合肼。

4、如权利要求2所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述的固体粉末状的高能含氧燃料的粒度范围：30＜粉末粒度的目数≤10,000。

5、如权利要求2所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述的可溶性材料的溶液为该可溶性材料在80～100℃的安全温度下的饱和溶液。

6、如权利要求2所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述的可溶性材料为硝酸铵的水溶液，其质量浓度为84％～91％。

7、如权利要求2所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述的可溶性材料为甲基胺硝酸盐的水溶液，其质量浓度为80％～90％。

8、如权利要求1所述的高能含氧燃料的应用，其特征在于，所述的发动机为汽车、战车、飞机、舰船、发电厂使用的发动机或潜艇使用的发动机。

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