L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Способ сжигания углеводородного топлива и устройство для его реализации
| Название | Способ сжигания углеводородного топлива и устройство для его реализации |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Трифанов Иван Васильевич |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2675732 |
| Дата регистрации | 24 декабря 2018 г. |
| Правообладатель | Трифанов Иван Васильевич |
| Область применения (класс МПК) | F02M 27/04 (2006.01) F02B 51/04 (2006.01) F03H 99/00 (2009.01) |
| Медаль имени А.Нобеля |  |
Описание изобретения
Предложен способ сжигания углеводородного топлива, который может быть применен при производстве электроэнергии, организации рабочего процесса двигателей автомобилей и аэрокосмических транспортных средств и в других энергетических установках. Способ состоит в том, что стимулированное разрушение молекул метастабильных продуктов неполного окисления углеводородов (водородного топлива или газа) сначала осуществляют электронным ударом в предварительной камере сгорания за счет СВЧ-облучения в электронно-циклотронном резонансном режиме (ЭЦР), в поперечном магнитном поле при горении топлива с высокой скоростью диссоциации молекул, с отрывом электронов от атомов, образованием ионов- радикалов и активных молекул, которые затем с ускорением потока направляют в детонационную камеру сгорания. В детонационной камере сгорания на продукты горения топлива осуществляют воздействие лавинообразным потоком активных частиц с интенсификацией цепных разветвленных реакций объемного детонационного процесса горения топлива, устойчивость которого может поддерживаться резонансным СВЧ-облучением или резонансным лазерным излучением, а также наложением отраженных ударных волн от фокусирующих элементов камеры сгорания и воздействием резонансного электрического поля с детонационной волной. Также предложено устройство для реализации способа сжигания углеводородного топлива. Технический результат - повышение энергетического КПД и полноты сгорания топлива, при использовании процесса горения в ЭРД, повышение удельной тяги в 1,3- 1,5 раза и удельного импульса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Устройство содержит вспомогательные баки горючего 1 и окислителя 2, предварительную камеру сгорания топлива 3, с фокусирующим днищем 48, канал продуктов сгорания 4, индуктор поперечного магнитного поля 5, канал заряженных ионов-радикалов 6, ускоритель ионов-радикалов 7, сопла с обратными клапанами 8, основной бак горючего 9, обратный клапан 10, форсунка горючего 11, основной бак окислителя 12, обратный клапан 13, форсунка окислителя 14, детонационная камера 15, выполненная в виде объемного резонатора, отраженная сфокусированная ударная волна 16, агрегат формирования детонационного режима горения 17, канал продуктов сгорания 18, ускоритель потока продуктов сгорания 19, магнитное сопло 20, ускоритель катионов 21, электрод ускоряющий 22, электростатические ловушки 23, потоки положительно заряженных ионов (катионов) 24, мембрана электронов 25, аксиальный анод 26, канал пучка электронов 27, усилитель-концентратор электронов 28, аксиальный ускоряющий анод 29, электростатическая ловушка электронов 30, преобразователь энергии электронов в электрический ток 31, бортовая система электропитания 32, преобразователь энергии ионов в электрический ток 33, блок аккумуляторов 34, генератор СВЧ-излучения 35 работающий в электронно-циклотронном резонансном режиме на частоте 34-37 ГГц (см. патент РФ 2541162, Генератор СВЧ-квантов на основе электронных пучков), волноводные каналы с облучателями и радиопрозрачными мембранами 36, высокопроводящие электромагниты продольного магнитного поля 37, согласующий датчик 38, блок импульсного включения лазера 39, лазер импульсный 40, фокусирующая линза 41, согласующий датчик запуска генератора СВЧ импульсного стримерного разряда 42, блок импульсного включения генератора СВЧ 43, генератор СВЧ-облучения, работающий в резонансном режиме, с образованием импульсного стримерного разряда 44, радиопрозрачная фокусирующая линза 45, огненное ядро 46, отражающее покрытие 47, создающее стримерный разряд, 49 - отраженные СВЧ-лучи.
Формула изобретения
1. Способ сжигания углеводородного топлива, при котором реализуется стимулированное разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов, накопленных в объеме реакции сгорания окислителя и горючего путем энергетического воздействия свободными электронами, ускоренными электрическим полем, отличающийся тем, что стимулированное разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов сначала осуществляют электронным ударом в предварительной камере сгорания СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме в поперечном магнитном поле при горении топлива с высокой скоростью диссоциации молекул, с отрывом электронов от атомов, образованием ионов-радикалов и активных молекул, которые затем с ускорением потока под действием давления и ускоряющего электрического поля направляют в детонационную камеру сгорания, где на продукты горения топлива, осуществляемого под действием резонансного квазиоптического СВЧ-излучения, воздействуют лавинообразным энергетическим потоком активных частиц с интенсификацией цепных разветвленных реакций объемного детонационного процесса горения, устойчивость которого при этом поддерживается наложением отраженных ударных волн от фокусирующего днища и элементов детонационной камеры сгорания и воздействия резонансного электрического поля с детонационной волной.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что магнитным полем отделяются потоки заряженных частиц, а оторванные электроны от атомов и ионов при СВЧ-воздействии в электронно-циклотронном резонансном режиме удаляют из предварительной камеры сгорания и преобразуют в электрическую мощность, повышая концентрацию и время жизненного цикла ионов-радикалов и активных атомов в продуктах неполного окисления, а также энергетическую эффективность процесса.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горение производят с избытком горючего в предварительной камере сгорания при воздействии на него электронно-циклотронным резонансным СВЧ-разрядом, при этом полученными ионами-радикалами и активными атомами воздействуют ускоренным лавинообразным потоком на продукты горения топлива с избытком окислителя в детонационной камере сгорания.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят горение топлива, состоящего из более чем двух компонентов, включая окислитель, горючее, однокомпонентное топливо и специальные добавки, с целью активации процесса горения, например, с применением в качестве топлива, подаваемого в предварительную камеру сгорания (водородного однокомпонентного топлива) - перекиси водорода, а в детонационную камеру сгорания горючего с активированными добавками и окислителя.
5. Способ п. 1, отличающийся тем, что детонационный процесс осуществляют с применением топлива с избытком окислителя в предварительной камере сгорания, а в детонационной камере сгорания с избытком горючего при воздействии на процесс горения резонансным лазерным излучением.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для создания детонационного процесса горения топлива используют одну камеру, в которой создают высокоэнергетическое плазменное ядро при помощи СВЧ-облучения в электронно-циклотронном резонансном режиме в магнитном поле и осуществляют энергетическое воздействие на продукты горения огненного ядра у форсуночной головки днища камеры сгорания, за счет рециркуляции активных атомов и ионов-радикалов из плазменного ядра путем действия прямого и обратного ускоряющего электрического напряжения.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения ионов-радикалов и активных атомов используется газовый поток, который ионизируются СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме, а затем направляют в детонационную камеру сгорания, в которой создают детонационный процесс.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поджиг распыленного топлива в детонационной камере сгорания осуществляют за счет тепловой энергии лавинообразного потока активных ионизированных частиц, получаемых в предварительной камере сгорания.
9. Устройство для сжигания углеводородного топлива, содержащее камеру сгорания с источником энергетического воздействия на молекулы смеси, позволяющее осуществлять стимулированное разрушение продуктов неполного окисления, отличающееся тем, что выполнено из двух камер сгорания, предварительной и детонационной, соединенными между собой соплами и обратными клапанами, при этом источник энергетического воздействия, установлен снаружи предварительной камеры сгорания, состоит из СВЧ-генератора, работающего в КВЧ-диапазоне, соединенного с волноводными каналами с облучателями, направленными на радиопрозрачные мембраны, установленные в стенке предварительной камеры сгорания, снаружи которой размещен индуктор поперечного магнитного поля, позволяющими обеспечить электронным ударом в электронно-циклотронном резонансном режиме активацию продуктов сгорания.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что детонационная камера сгорания, соединенная с каналом продуктов сгорания и соплом Лаваля, выполнена в виде усеченной полусферы, внутри которой нанесено радиоотражающее покрытие с размерными параметрами объемного резонатора, создающего резонансный режим квазиоптического СВЧ-облучения продуктов сгорания с образованием стримерного разряда, обеспечивающего ускоренное объемное сгорание топлива.
Медаль Альфреда Нобеля