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CN109790477B - 在燃烧室中使用的、处理过的燃料和来自空气的氧的均匀溶液 - Google Patents

在燃烧室中使用的、处理过的燃料和来自空气的氧的均匀溶液 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在任何类型的燃烧室的运行中使用的燃料/氧溶液。在操作上，所述燃料/氧溶液由包括已用电磁改性的乙醇添加剂处理的烃基燃料的溶剂和包括顺磁性氧分子的溶质产生。在化学上，所述溶剂添加剂提高了处理过的燃料中烃分子的分子间作用力(IMF)和分散力，有效地使得这些相应的力与顺磁性氧分子溶质的IMF和分散力相当。因此，当在燃烧室中雾化时，所述处理过的燃料充当用于溶解来自空气的氧的更高效的溶剂，从而产生在燃烧室中使用的所述燃料/氧溶液。

Description

在燃烧室中使用的、处理过的燃料和来自空气的氧的均匀 溶液
技术领域
本发明总地来说涉及制造在燃烧室中使用的燃料/氧溶液。更具体来说，本发明涉及烃基燃料的处理，当所述燃料已被处理并且为了燃料燃烧而将氧溶解在具有所述处理过的燃料的溶液中时，所述处理提高并扩大了所述燃料中氧的均匀度。本发明特别但不排他地可用作烃基燃料，其中所述燃料中烃分子的分子间作用力(IMF)被含有电磁改性的乙醇的添加剂所提高，从而使所述处理过的燃料更有效地充当用来溶解来自空气的氧溶质的溶剂，用于所述处理过的燃料的更有效的燃烧。
背景技术
为了产生能量，烃基燃料依赖于在燃料燃烧期间发生的燃料氧化。为此，典型的燃烧室产生构成爆炸装填物的燃料-空气混合物。然后将所述燃料-空气混合物以受控方式点燃以氧化所述燃料中的烃，并由此产生能量。然而，作为混合物，燃料-空气混合物的燃料和空气组分并不以固定的比例彼此化学合并。换句话说，混合物不一定是均匀的，并且它通常不是均匀的。
与通常是不均匀的混合物不同，化学溶液必定是均匀的。具体来说，当将一种物质即溶质溶解在另一种物质即溶剂中时，得到液体溶液。根据定义，当溶解时，所述两种物质(溶剂-溶质)形成均匀的分子结构。因此，与它们作为混合物合并时不同，溶液内的物质是均匀的，并且相对于彼此具有固定的比例。然而，溶剂溶解溶质的能力取决于所述溶质与溶剂之间存在的分子间作用力(IMF)。
本发明的重要特点在于下述事实，即当用添加剂，例如在题为“电磁改性的乙醇”(Electromagnetically Modified Ethanol)的美国专利申请号15/230,894中所公开的燃料添加剂处理时，可以提高燃料中烃的IMF，所述专利申请被转让给与本发明相同的受让人，该专利申请与本申请同时提交并通过参考并入本文。
重要的是，根据本发明所设想，处理过的燃料中烃的IMF可被提高，从而变得与顺磁性氧分子的IMF有效地等同。此外，所述处理过的燃料中烃的分散力也可以被有效地与氧分子的分散力拉平。这样做的结果是燃料/氧溶液将被均化，并且与可比体积的通常产生的燃料-空气混合物相比，被更好地含氧。
鉴于上述情况，本发明的目的是提高燃料/氧溶液中的氧均匀度，用于在所述处理过的燃料燃烧期间改善所述处理过的燃料的含氧。本发明的另一个目的是提供一种处理过的燃料，其与未处理过的燃料原本可能的情况相比，前者是来自空气的氧的更有效的溶剂。本发明的另一个目的是改善烃基燃料的燃烧效率，其包括处理所述燃料，并将所述处理过的燃料与来自空气的氧雾化成溶液，以在所述处理过的燃料中实现更好的含氧，并由此在所述燃料/氧溶液燃烧期间使每单位体积燃料产生更多能量。本发明的另一个目的是提供一种在燃烧室中使用燃料/氧溶液的手段和方法，其易于使用，在商业上可行，并且成本效益比较高。
发明内容
根据本发明，在燃烧室中使用的燃料/氧溶液包含添加剂，所述添加剂已经过电磁辐照，从而产生用于添加剂的加合物。当溶解在烃基燃料中时，所述添加剂产生处理过的燃料。重要的是，由于所述添加剂中的加合物，所述处理过的燃料中的烃分子将具有与顺磁性氧分子可比的分子间作用力(IMF)和分散力(伦敦力)。因此，当将处理过的燃料在发动机的燃烧室内在空气中雾化时，空气中的氧将均匀溶解在所述处理过的燃料中。结果是得到本发明的燃料/氧溶液，其具有更完全的燃料含氧并在所述燃料/氧溶液燃烧期间具有更高的能量生成。
处理过的燃料，其作为本发明的基础，与未处理过的烃基燃料的区别在于至少一个重要细节。具体来说，由于加合物在所述添加剂中建立起更强的偶极子，因此所述加合物将影响所述处理过的燃料的烃分子中的极化。结果，处理过的烃基燃料表现出更强的IMF和分散力，这增加了顺磁性氧分子在所述用于燃烧的处理过的燃料中的溶解。正如本发明所意识到的，当用电磁波辐照金属离子溶液时，所述添加剂(即加合物)产生更强的偶极子。
概括来说，本发明的结果来自于三个溶液过程的连续过程。第一个溶液过程发生在将无机物溶液溶解在乙醇-水溶液中以产生金属离子溶液时。正是这种金属离子溶液其随后用电磁波辐照，以产生包含加合物的添加剂。第二个溶液过程包括将所述添加剂溶解在烃基燃料中，以产生所述具有更强的IMF和分散力的处理过的燃料。第三个溶液过程包括将所述处理过的燃料在燃烧室中雾化，以产生本发明的燃料/氧溶液。根据本发明，设想了将燃烧室用于各种不同目的，包括发动机、熔炉和其他类型的燃烧器。正如上文提到的，所述燃烧室中的结果是更完全含氧的燃料，其在燃料/氧溶液燃烧期间具有更高的能量生成。
附图说明
从附图并结合描述，将会在其结构和操作两个方面更好地理解本发明的新颖特点以及本发明本身，在所述附图中相似的指称字符指称相似的部件，并且其中：
所述图是为烃基燃料在燃烧室中的燃烧而产生燃料/氧溶液所需的过程的示意图。
具体实施方式
参考附图，示出了用于按照本发明产生和使用燃料/氧溶液的过程的示意图，并且所述过程被总称为10。正如所示，过程10需要添加剂12，其被溶解在具有烃基燃料14的溶液中，以产生处理过的燃料16。
出于本发明的目的，添加剂12是通过以下方法产生的溶液：首先将无机物溶液溶解在乙醇-水溶液中。这种溶解的结果是获得金属离子溶液。然后当用电磁波辐照所述金属离子溶液时，得到添加剂12。详细来说，这种辐照产生用于添加剂12的加合物，其中所述加合物维持了存在于所述金属离子溶液中的离子的永久电荷。正如在图中示出的，添加剂12在烃基燃料14中的溶解获得处理过的燃料16。
此外，所述电磁波可以被单向或多向辐照到所述金属离子溶液中，并且它可以被连续产生，或者它可能是脉冲的。
出于本发明的目的，所述电磁波的操作参数如下。所述电磁波的波长λ在10-7m至10-8m的范围内。所述电磁波的能量E在150kJ/mol至300kJ/mol的范围内。并且所述金属离子溶液将被辐照1至2小时的持续时间Δt。
正如为本发明所设想的，烃燃料14可以是任何公知类型的燃料，例如汽车、航空或柴油机燃料。在这里，重要的考虑因素是添加剂12中的加合物将与燃料14的烃分子合并，以在处理过的燃料16的烃分子中产生更强的分子间作用力(IMF)和更强的分散力。更具体来说，处理过的燃料16中的这些IMF和分散力需要与顺磁性氧分子的IMF和分散力基本上相当。
附图指示了使用雾化器18将处理过的燃料16气化成雾20，该雾20包含处理过的燃料16的液滴f+。出于本发明的目的，雾化器18可以是适合于正被使用的烃燃料14类型的任何类型的燃料注入器。正如在附图中指示的，处理过的燃料16的液滴f+的雾20要被雾化器18注入到燃烧室22中。
在燃烧室22中，来自于雾20的液滴f+与来自空气24的氧分子O2发生溶解，产生燃料/氧溶液的液滴O2+f+。回想上文所述内容，顺磁性氧分子O2和处理过的燃料16的液滴f+的IMF和分散力相当。也正如上文所述，这种关系使处理过的燃料16的液滴f+成为来自空气24的氧分子O2的完美溶剂。另一方面，在处理过的燃料16的液滴f+与氮分子N+之间不存在相当的关系。这时的结果就是，尽管处理过的燃料16的燃烧效率显著提高，但尾气26中没有污染物的相应增加。
尽管所述在本文中示出并详细公开的在燃烧室中使用的处理过的燃料和来自空气的氧的特定均匀溶液完全能够获得上文中陈述的目的并提供上文中陈述的优点，但应该理解，它仅仅是为了说明本发明的目前优选的实施方式，并且除了在权利要求书中所描述的之外，不打算限制于本文中示出的结构或设计的细节。

Claims (19)

1.一种在燃烧室中使用的燃料/氧溶液，其包含：
第一溶剂，其包含乙醇分子，该乙醇分子具有带有第一极性的偶极子，其中所述第一溶剂是乙醇与水的溶液，其中所述乙醇-水溶液中水的百分率在2%至7%的范围内；
第一溶质，其包含具有永久电荷的金属离子，其中将所述第一溶质溶解在所述第一溶剂中以配制金属离子溶液，并且其中将所述金属离子溶液用电磁波辐照以在其中产生用于添加剂的加合物，其中所述添加剂中的加合物具有带有第二极性的偶极子，并且其中所述添加剂中的偶极子的第二极性大于所述第一溶剂中的偶极子的第一极性；
烃基燃料，其中所述添加剂被溶解在所述烃基燃料中，产生处理过的燃料；以及
空气，其包含顺磁性氧分子，其中当所述处理过的燃料在所述燃烧室内在空气中雾化时，所述顺磁性氧分子作为第二溶质溶解在所述处理过的燃料中，形成所述燃料/氧溶液。
2.权利要求1中所述的燃料/氧溶液，其中所述第一溶质包括选自钾、铝和铁的无机物的金属离子。
3.权利要求1中所述的燃料/氧溶液，其中所述第一溶质包括硼。
4.权利要求1中所述的燃料/氧溶液，其中每种加合物是非键合的包合复合物，该复合物包含在乙醇与水的壳中的金属离子和分子的带电荷粒子。
5.权利要求1中所述的燃料/氧溶液，其中所述电磁波具有包括预定的波长λ、预定的能量E和预定的持续时间Δt的操作参数。
6.权利要求5中所述的燃料/氧溶液，其中所述预定的波长λ在10-7m至10-8m的范围内，其中所述预定的能量E在150 kJ/mol至300 kJ/mol的范围内。
7.权利要求5中所述的燃料/氧溶液，其中所述金属离子溶液被辐照1至2小时的持续时间Δt。
8.权利要求1中所述的燃料/氧溶液，其中所述烃基燃料选自喷气燃料、航空燃料和柴油机燃料。
9.一种用于在燃烧室中产生能量的雾化溶液，其包含：
添加剂，其含有无机物溶液和乙醇-水溶液，所述无机物溶液包含具有永久电荷的金属离子，所述乙醇-水溶液具有以带有第一极性的偶极子为特征的乙醇分子，其中所述乙醇-水溶液中水的百分率在2%至7%的范围内，其中所述无机物溶液被溶解在所述乙醇-水溶液中以与之配制均匀的金属离子溶液，其中将所述金属离子溶液用电磁波辐照以产生用于所述添加剂的加合物，并且其中所述加合物的特征在于带有第二极性的偶极子，所述第二极性大于所述乙醇分子的第一极性；
烃基燃料，其中所述添加剂被溶解在所述烃基燃料中，产生处理过的燃料；和
来自空气的氧分子，其中所述来自空气的氧分子是顺磁性的，并且当所述处理过的燃料在所述燃烧室内在空气中雾化时，所述氧分子均匀地溶解在所述处理过的燃料中，产生燃料/氧溶液。
10.权利要求9中所述的雾化溶液，其中所述无机物溶液包括选自钾、铝和铁的无机物的金属离子。
11.权利要求9中所述的雾化溶液，其中所述无机物溶液包括硼。
12.权利要求9中所述的雾化溶液，其中每种加合物是非键合的复合物，所述复合物包含在乙醇与水分子的壳中的金属离子的粒子。
13.权利要求9中所述的雾化溶液，其中所述电磁波具有包括预定的波长λ、预定的能量E和预定的持续时间Δt的操作参数。
14.权利要求13中所述的雾化溶液，其中所述预定的波长λ在10-7m至10-8m的范围内，所述预定的能量E在150 kJ/mol至300 kJ/mol的范围内，并且所述金属离子溶液被辐照1至2小时的持续时间Δt。
15.权利要求1所述的燃料/氧溶液用于运行燃烧室的用途，包括下述步骤：
将具有永久电荷的金属离子溶解在含有乙醇分子的溶液中以产生其金属离子溶液，所述乙醇分子具有带有第一极性的偶极子；
用电磁波辐照所述金属离子溶液以在其中产生加合物并使所述金属离子溶液成为燃料添加剂，所述燃料添加剂具有带有第二极性的偶极子，其中所述添加剂的第二极性大于所述乙醇分子的第一极性；
将所述添加剂与烃基燃料合并，产生处理过的燃料；
将所述处理过的燃料在所述燃烧室中雾化，产生燃料/氧溶液；以及
在所述燃烧室中点燃所述雾化的燃料/氧溶液。
16.权利要求15中所述的用途，其中所述金属离子溶液包括选自钾、铝和铁的无机物的金属离子。
17.权利要求15中所述的用途，其中所述金属离子溶液包括硼。
18.权利要求15中所述的用途，其中每种加合物是非键合的复合物，所述复合物含有被包含在乙醇与水分子的壳内的金属离子的粒子。
19.权利要求15中所述的用途，其中所述电磁波具有包括以下的操作参数：在10-7m至10-8m的范围内的预定的波长λ，在150 kJ/mol至300 kJ/mol的范围内的预定的能量E，并且其中所述金属离子溶液被辐照1至2小时的持续时间Δt。
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