CN115183268A - 一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，涉及化石燃料燃烧核能利用技术领域。步骤为：将化石燃料与助燃气体通入交变电磁场中，解离出的轻核进行碰撞，引发核聚变反应，释放核能，再脱离交变电磁场控制区后的等离子体态的化石燃料与助燃气体微秒时间内就实现超快速燃烧，大大提高了点燃速度；并且本方法完全能够实现化石燃料燃烧释放化学能同时释放核能，进而和平利用核聚变能，大大提高燃烧释能效果，有效节约化石燃料的用量。
Description
技术领域
本申请涉及化石燃料核能复合燃烧驱动技术领域，具体而言，涉及一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法。
背景技术
在通常情况下，化石燃料在空气或氧气环境下燃烧，释放燃料热值。在常压空气滑动弧等离子体场化石燃料复合燃烧方面，现有技术中有公开号为CN114143950A的一种氧焰复合等离子体炬，公开号为CN111947151A一种燃气复合等离子体炬，公开号为CN109600899A的一种氧焰复合等离子体炬等，系发明人的同族专利申请，但没有公开其原理。因此现有技术中关于化石燃料中核能与化学能复合燃烧进而和平利用核聚变能，从而使化石燃料产生更好燃烧产能的技术还没有报道。
发明内容
本申请的目的在于提供一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，此驱动方法可以实现化石燃料在燃烧释放化学能的同时释放核能，提高燃烧释能效果。
本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本申请实施例提供一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法，将化石燃料与助燃气体通入非均匀高梯度畸变交变电磁场中，解离出轻核进行碰撞，最后脱离交变电磁场后燃烧。
本申请驱动方法的工作原理为：化石燃料中含有少量氘与氚，以及其他一些轻核核素，在500V～100kV特定的非均匀高梯度畸变交变电磁场中，轻核碰撞聚变释放核能。即在此等离子体场中化石燃料以及空气组分均会解离，裸露出原子核，处于“深度等离子体状态”，不能燃烧生成化合物CO2和H2O，被迫解离出原子核与电子，为核反应的进行提供了充分必要条件。而当化石燃料离开了这个等离子体场后，才能“燃烧化合”，彻底释放“化石燃料的燃烧热值(化学能)”。脱离这个等离子体场控制后，10-1～102μs(微秒)级时间即可点燃，比自然燃烧点火时间缩短约1～3个数量级。特别的，1NM3天然气中的氘，即使1％聚变，就可以产生39MJ的能量，比天然气燃烧纯低位热值37.5MJ还多。化石燃料核能化学能复合燃烧等离子体驱动技术与应用，获得同样热能值，可以大量节约化石燃料。
相对于现有技术，本申请的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本申请提供一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，即在一种特定交变电磁场驱动下，产生周而复始的滑动电弧，化石燃料与空气解离出的轻核碰撞释放核能；当化石燃料在这个非均匀的梯度电场外缘，即脱离“交变电磁场”控制区后，经过10-1～102微秒时间级别就实现超快速燃烧，大大提高了点燃速度。
本驱动方法完全能够实现化石燃料的复合燃烧同时释放化学能与核能，进而和平利用核聚变能，大大提高燃烧释能效果，有效节约化石燃料的用量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法示意图；
图2为本申请实施例采用三相滑动弧等离子体场的燃烧示意图；
图3为本申请实施例采用六相滑动弧等离子体场的燃烧示意图；
图4为本申请实施例十二相交流放电电极同平面布置放电模式示意图；
图5为本申请实施例多个有代表性的轻核聚变反应截面与入射能量关系实验曲线示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本申请。
一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法，将化石燃料与助燃气体通入非均匀高梯度畸变交变电磁场中，解离出轻核进行碰撞，最后脱离交变电磁场后燃烧。
化石燃料中含有少量氘与氚，以及其他一些轻核核素，在500～25000V特定的电磁场中，轻核碰撞聚变释放核能。即在此等离子体场中化石燃料以及空气组分均会解离，裸露出原子核，处于“深度等离子体状态”，不能燃烧生成化合物CO2和H2O，被迫解离出原子核与电子，为核反应的进行提供了充分必要条件。而当化石燃料离开了这个等离子体场后，才能“燃烧化合”，彻底释放“化石燃料的燃烧热值”。脱离这个等离子体场控制后，10-1～102μs(微秒)级时间即可点燃，比自然燃烧点火时间缩短约1～3个数量级。特别的，1NM3天然气中的氘，即使1％聚变，就可以产生39MJ的能量，比天然气燃烧纯低位热值37.5MJ还多。化石燃料核能化学能复合燃烧等离子体驱动技术与应用，获得同样热能值，可以大量节约化石燃料。
本申请交变电磁场特征是高能量效率、大等离子体体积、低气体流速，方便核能释放。
一个带电粒子在电场获得动能公式：
表1为元素周期表中的前9位元素的全部电子电离的电离能，单位eV。
表1
参考表1中元素的电离能数据，在这个非均匀梯度电场中，元素周期表中的前9位元素的全部电子电离的电离能都远小于6.487keV(氘核在6500V电场下的获得的动能)，也就是说，在此500V～100kV交变非均匀梯度电场中这9种元素基本完全电离，即可以完全裸露出原子核。特别是核素氘与氚，由于在多相非均匀梯度交变电磁场中，为原子核高速碰撞提供了充分必要条件，实现聚变。
在本申请的一些实施例中，上述化石燃料为气态、液态和固态中的一种或几种混合物的流体。
在本申请的一些实施例中，上述助燃气体为空气。作为可选的，助燃气体还可以为氧气。
在本申请的一些实施例中，上述交变电磁场由等离子体电源和电极配合形成。具体地，本申请实施例中采用的交变电磁场设备采用公开号为CN114143950A的一种氧焰复合等离子体炬，因此本申请对具体设备的结构和来源不再赘述。
在本申请的一些实施例中，上述等离子体电源为单相等离子体电源或多相等离子体电源，从而形成单相电场或多相电场。
多个电极形成的一个非均匀的梯度电场，从而形成一个周而复始的滑动电弧场，从电极距离最近处点火引弧启动，弧电压最低；随着气流的喷入，电弧沿着“轨道型”电极表面向上滑动，电弧逐渐拉长，弧电压逐渐升高；等电弧最长时，弧电压达到空载电压，电弧灭失，继而在电极最近处又产生新弧，周而复始。在高频交流电压作用下，最长电弧尚未熄灭时，电极最近处往往就已产生新弧，从而形成梯度电场。
这里需要说明的是，在滑动弧远端消失的那一个时刻，等离子体电源输出电压值为最大，即电源空载值。而在滑动弧从产生，电弧在低的气体流速推动下，沿着“电极表面轨道”滑动，直至电弧消失的这个“大体积立体等离子体场”是一个具有非均匀的高梯度电势场。在这个区域内，化石燃料与空气(或氧气)会电离裸露出原子核。
在本申请的一些实施例中，上述电极采用高导热性且熔点大于1000℃的合金或金属材料制成，例如铜和不锈钢等。高熔点不易氧化的金属具有易冷却和寿命长的优点。
在本申请的一些实施例中，上述电极的形状为刀型、弯管扩张发散型、螺旋式上升型、球形和椭球形中的一种或多种。这些形状的电极结构容易得到非均匀甚至畸变高梯度交变电磁场，方便带电原子核碰撞，聚变。
在本申请的一些实施例中，上述电极为中空风冷电极或水冷电极。
在本申请的一些实施例中，上述交变电磁场的交变电压为500V～100kV。电压高低影响带电原子核在电场受力获得动能的大小。动能大小又影响能否原子核碰撞成功克服电势垒的关键因素。
在本申请的一些实施例中，上述交变电磁场的频率为10Hz～20000Hz。电频率的大小，决定电磁场中获能原子核震荡运动反向的“速”率，再加上非均匀畸变交变的电场，进而影响原子核碰撞“几率”的大小。
在本申请的一些实施例中，上述化石燃料与助燃气体在非均匀高梯度畸变交变电磁场中的持续停留时间大于1微秒。
关于交变电磁场的电压和频率的确定，图5为国际原子能协会公认公开的典型7个轻核聚变能量(温度)-聚变几率(聚变截面)实验图，图5中线条1代表D-T，线条2代表D-D，线条3代表T-T，线条4代表D-3He，，线条5代表T-3He，线条6代表p-11B，线条7代表3He-3He；作为入射核与靶核的能量(温度)只要达到曲线中的数值，就会出现核聚变，由于核聚变核子尺度太小，碰撞成功与否只能以碰撞几率计算，而且规定用核聚变截面大小来说明几率。
E＝1/2mv2＝qHU
上式为带电粒子在均匀电场中获得动能的计算依据；其中：E为动能。m为带电粒子质量，v为带电粒子速度。qH为带电电荷量，U为是电压。图5中曲线横坐标对应的能量，对于不同的原子核，电荷值不一样，自然对应电压也不一样。即一个氘核(1个“+”正电荷)在6500V时得到了6.487keV，对照图5，可以看出即可出现核反应。注：图5中坐标用的是“对数”坐标值。所以电压越高，原子核动能就越大。但过高会出现“撞飞了”的现象，所以能量太高也不行，于是就有了图5曲线上的“驼峰”现象。
频率，1Hz是指1秒时间内重复次数。电的交变频率决定电场“正方向”的频率，电场“正方向”频率，又决定“带正电荷的原子核”的受力“正方向”频率，这个正方向频率的大小决定“原子核”“来回跑”的频率，在“来回跑方向时”原子核发生“韧致辐射”释放伽马射线，同时不同核的近光速级别的增速减速方向转化，这些过程在一个非均匀高梯度畸变交变电磁场中，原子核撞来撞去，撞在一起就引发“聚变”。比如氘-氘反应生成物“氦核”，由于氦核的质量比两个氘核质量小，根据爱因斯坦质能方程E＝mc2,于是放出了能量，就是核能。所以电频率越高，“核聚变”几率越高。太高也不行，“摇头”频率太高，就“飞不远”，也“撞不上”了，就不会核聚变了。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法，原理如图1所示，包括以下步骤：
本实施例采用十二相滑动弧燃气等离子体复合燃烧器，即本实施例中的交变电磁场采用十二相等离子体电源和电极配合形成，如图4所示，本实施例的电极采用铜电极，形状为刀型，十二个环绕的电极形成交变电磁场，开启交变电磁场，调整其交变电压为50KV，频率为200Hz，交变电磁场的底部连接有燃料喷嘴，化石燃料通过燃料喷嘴进入到交变电磁场中，在电磁场的作用下，化石燃料与空气组分产生解离，裸露出原子核，轻核碰撞聚变，沿电极方向产生滑动弧，滑动弧远端消失的那一个时刻，等离子体电源输出电压值为最大，即电源空载值，而在滑动弧从产生，电弧在低的气体流速推动下，沿着“电极表面轨道”滑动，直至电弧消失的这个“大体积立体等离子体场”是一个具有非均匀的梯度电势场。当化石燃料脱离交变电磁场后进行点燃。
实施例2
一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法，包括以下步骤：
本实施例采用三相滑动弧燃气等离子体复合燃烧器，如图2所示，即本实施例中的交变电磁场采用三相等离子体电源和电极配合形成，本实施例的电极采用铜电极，形状为弯管扩张发散型，三个环绕的电极形成交变电磁场，开启交变电磁场，调整其交变电压为1000V，频率为2000Hz，交变电磁场的底部连接有燃料喷嘴，化石燃料通过燃料喷嘴进入到交变电磁场中，在电磁场的作用下，化石燃料与空气组分产生解离，裸露出原子核，轻核碰撞聚变，沿电极方向产生滑动弧，滑动弧远端消失的那一个时刻，等离子体电源输出电压值为最大，即电源空载值，而在滑动弧从产生，电弧在低的气体流速推动下，沿着“电极表面轨道”滑动，直至电弧消失的这个“大体积立体等离子体场”是一个具有非均匀的梯度电势场。当化石燃料脱离交变电磁场后进行点燃。
实施例3
一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法，包括以下步骤：
本实施例采用六相滑动弧燃气等离子体复合燃烧器，如图3所示，即本实施例中的交变电磁场采用六相等离子体电源和电极配合形成，本实施例的电极采用不锈钢电极，形状为螺旋式上升型，三个环绕的电极形成交变电磁场，开启交变电磁场，调整其交变电压为5000V，频率为10000Hz，交变电磁场的底部连接有燃料喷嘴，化石燃料通过燃料喷嘴进入到交变电磁场中，在电磁场的作用下，化石燃料与空气组分产生解离，裸露出原子核，轻核碰撞聚变，沿电极方向产生滑动弧，滑动弧远端消失的那一个时刻，等离子体电源输出电压值为最大，即电源空载值，而在滑动弧从产生，电弧在低的气体流速推动下，沿着“电极表面轨道”滑动，直至电弧消失的这个“大体积立体等离子体场”是一个具有非均匀的梯度电势场。当化石燃料脱离交变电磁场后进行点燃。
设定，天然气中CH4组成是100％，则1NM3天然气中有44.64molCH4，在等离子体弧加持下，全分解，且等离子体化。
CH4→C+4H
44.64mol→44.64×4mol
即，1NM3天然气中有44.64×4×6.02×1023＝1.07×1026个氢原子。
按照天然氢中D的丰度U(D)＝141.8×10-6(约7000分之1)计算，
1NM3天然气中有D原子1.07×1026×141.8×10-6＝1.52×1022个。
显然，如果1NM3天然气中有1％的D原子发生了核聚变，就会释放热能39.64MJ
2D→5.216×10-13J
1.52×1022×1％×(5.216×10-13)/2＝39.64MJ
注意：1NM3天然气的低位热值LHV＝36～40MJ。
同位素δ值：样品中同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分值‰：
式中：Rsa是样品中同位素比值；Rst是标准物质同位素比值
天然气中氢同位素氘化甲烷δD CH4＞-190‰为海相沉积物，反之就定义为陆相沉积物，海相天然气甲烷富氘。天然气中乙烷碳同位素
为煤型气，＜-28‰为油型气，中间属于混合型。
轻质(凝析)油的碳同位素
为-32.5～-24.3‰，比正常原油
相对偏高。与海相有关的轻质(凝析)油的氢同位素δD＞-150‰，而非海相有关的轻质(凝析)油的氢同位素δD为-210～-105‰。
煤的氢同位素δD其值在-81‰～-161‰，煤的
值范围是-25.37‰～-23.44‰(淮南张集煤矿)。
即化石燃料中本来天然存在氘(氢的同位素)碳的同位素，这是核聚变的基础。
综上所述，本申请实施例的一种用于化石燃料复合燃烧的驱动方法。化石燃料中含有少量氘与氚，以及其他一些轻核核素，在500～25000V特定的电磁场中，轻核碰撞聚变释放核能。即在此等离子体场中化石燃料以及空气组分均会解离，裸露出原子核，处于“深度等离子体状态”，不能燃烧生成化合物CO2和H2O，被迫解离出原子核与电子，为核反应的进行提供了充分必要条件。而当化石燃料离开了这个等离子体场后，才能“燃烧化合”，彻底释放“化石燃料的燃烧热值”。脱离这个等离子体场控制后，10-1～102μs(微秒)级时间即可点燃，比自然燃烧点火时间缩短约1～3个数量级。特别的，1NM3天然气中的氘，即使1％聚变，就可以产生39MJ的能量，比天然气燃烧纯低位热值37.5MJ还多。化石燃料核能化学能复合燃烧等离子体驱动技术与应用，获得同样热能值，可以大量节约化石燃料。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，将化石燃料与助燃气体通入非均匀高梯度畸变交变电磁场中，解离出轻核进行碰撞，最后脱离交变电磁场后燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述化石燃料为气态、液态和固态中的一种或几种混合物的流体。
3.根据权利要求1所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述助燃气体为空气。
4.根据权利要求1所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述交变电磁场由等离子体电源和电极配合形成。
5.根据权利要求4所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述等离子体电源为单相等离子体电源或多相等离子体电源，从而形成单相电场或多相电场。
6.根据权利要求4所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述电极采用高导热性且熔点大于1000℃的合金或金属材料制成。
7.根据权利要求4所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，电极的形状为刀型、弯管扩张发散型、螺旋式上升型、球型和椭球型中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述交变电磁场的交变电压为500V～100kV。
9.根据权利要求1所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述交变电磁场的频率为10Hz～20000Hz。
10.根据权利要求1所述的一种用于化石燃料核能化学能复合燃烧的驱动方法，其特征在于，所述化石燃料与助燃气体在非均匀高梯度畸变交变电磁场中的持续停留时间大于1微秒。
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