[發(fā)明專利]用于燃燒氫氣和氧氣的能量轉(zhuǎn)換裝置、系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080011136.2
• 申請(qǐng)日: 2010-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN102405339A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厄令·雷達(dá)爾·安徒生;羅杰·布洛姆利;托馬斯·亨德格斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 厄令·雷達(dá)爾·安徒生
• 主分類號(hào): F02B43/10
• 分類號(hào): F02B43/10;F02B43/12;F02M25/10;F02D21/02
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 楊黎峰;李欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種由氫氣和氧氣的燃燒及膨脹來(lái)驅(qū)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置和系統(tǒng)。該膨脹在液體中形成運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成期望的能量形式。此外，本發(fā)明涉及一種操作該能量裝換裝置的方法。在封閉系統(tǒng)中操作該能量轉(zhuǎn)換裝置，使得不需要將液體添加到該裝置中。該裝置從而能夠作為機(jī)械式燃料電池。在燃燒和膨脹之后，在膨脹期間形成的腔可能坍縮。此坍縮可以形成快速壓降，該快速壓降能夠在操作該裝置期間利用。該裝置集成有燃燒單元/反應(yīng)器和使用形成的能量的單元。

背景技術(shù)

在一些學(xué)科領(lǐng)域中使用氫氣作為燃料是已知的。例如已知在普通活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中通常和空氣一起使用氫氣。然而在這些已知的系統(tǒng)中，該過(guò)程不是封閉的，且在該單元中沒(méi)有集成有用于轉(zhuǎn)換能量的單元。典型的是，馬達(dá)和發(fā)電機(jī)或電動(dòng)泵將彼此分離的單元分開。

WO?2005085614示出了一種具有燃燒單元和點(diǎn)火單元、主蓄能器、液壓轉(zhuǎn)子、控制閥和能量發(fā)生器的發(fā)電系統(tǒng)。將氫氣、氧氣和水引導(dǎo)到燃燒單元中。點(diǎn)火系統(tǒng)將燃燒單元中的氫氣和氧氣的混合物點(diǎn)燃。燃燒單元內(nèi)部膨脹的液體直接使液壓液體加壓。燃燒腔內(nèi)的加壓后的液壓液體流進(jìn)主液壓蓄能器。液壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換加壓后的液壓液體中的能量用于輸出軸的旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換裝置不排出任何廢氣。氫氣和氧氣的燃燒及膨脹在第一過(guò)程中形成水，且在第二過(guò)程中形成坍縮和壓降。形成的水流出該單元。形成的水可以返回用于再生氫氣和氧氣的單元，這就產(chǎn)生了封閉系統(tǒng)。膨脹及后續(xù)的在膨脹期間形成的氣體填充腔的坍縮可以用于產(chǎn)生壓力變化及液體(優(yōu)選為水)的運(yùn)動(dòng)，該壓力變化及運(yùn)動(dòng)能再次轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。

該運(yùn)動(dòng)及壓力可以轉(zhuǎn)換成電。在一個(gè)實(shí)施方式中，輸出的能量導(dǎo)入到該單元是由線狀的磁體進(jìn)行的，該線狀的磁體在線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)且產(chǎn)生電流。在膨脹期間，將該磁體壓入線圈，且通過(guò)內(nèi)爆/壓降將該磁體抽出線圈。也就是說(shuō)，其具有雙動(dòng)式循環(huán)。該單元在頂部采用調(diào)整為安全閥的過(guò)壓釋放閥保護(hù)。供應(yīng)給該單元的氣體只有氫氣和氧氣。當(dāng)添加初始量的水后，在該過(guò)程期間不需要使用普通的或霧狀的形式、蒸汽或其它形式的水。燃燒后頂部的壓低使得活塞能夠?qū)⑺畨夯仨敳俊?/p>

由于除通過(guò)2H₂和O₂反應(yīng)生成2H₂O而增加的液體外，系統(tǒng)沒(méi)有流通或吸收任何液體，因此初始添加的液體量將保持在反應(yīng)器內(nèi)。從而在反應(yīng)中沒(méi)有形成廢氣，且因此該單元不包括用于廢氣的出口。

本發(fā)明中，馬達(dá)或能量轉(zhuǎn)換裝置是由氫氣或氧氣驅(qū)動(dòng)的發(fā)生器。該能量轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選地產(chǎn)生電，但還可以設(shè)計(jì)用于泵送液壓油/驅(qū)動(dòng)氣壓、產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

腔室適合于包括液體填充部分，并在某些情況下采用液體部分地填充腔室而形成無(wú)液體部分，使得在所述液體上形成無(wú)液體腔。供應(yīng)系統(tǒng)將氫氣和氧氣供應(yīng)給無(wú)液體腔。點(diǎn)火系統(tǒng)(例如采用火花塞或等離子弧)，包括在無(wú)液體腔內(nèi)，用于點(diǎn)燃和燃燒氫氣和氧氣，使得在無(wú)液體腔內(nèi)形成壓力變化，該壓力變化傳播到腔室內(nèi)的液體且使液體運(yùn)動(dòng)。

排出閥僅排出通過(guò)燃燒形成的水，且形成所述腔室的唯一出口，使得所述腔室形成基本封閉的系統(tǒng)。用于接收液體的運(yùn)動(dòng)和壓力的能量接收部件與所述腔室為一體。例如這意味著將這些部件附接到所述腔室的壁的開口內(nèi)，使得所述腔室內(nèi)的液體直接作用于所述能量接收部件。

所述點(diǎn)火系統(tǒng)可以與系統(tǒng)內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)的固有頻率相配合。所述系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)由液體和能量接收部件表示，能量接收部件例如為活塞。

所述能量接收部件接收液體內(nèi)由壓力變化產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，且將此運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電流、氣壓、水壓或諸如上述定義的。

所述能量接收部件通過(guò)改變所述腔室內(nèi)的壓力使得所述腔室的體積變化，且這種體積變化驅(qū)動(dòng)所述能量接收部件。

所述能量接收部件例如可以包括位于氣缸內(nèi)的活塞。所述活塞可以與將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電流的單元連接。典型地，所述活塞將驅(qū)動(dòng)位于線圈內(nèi)的固定磁體，使得可以在線圈內(nèi)來(lái)回地驅(qū)動(dòng)固定磁體且產(chǎn)生電流。控制單元可以調(diào)節(jié)和操縱來(lái)自該線圈的電流。

可選擇地，所述活塞可以與將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓的單元連接，例如液壓泵。

所述供應(yīng)系統(tǒng)包括至少一個(gè)控制閥，所述控制閥用于將氫氣和氧氣連續(xù)地供給到所述無(wú)液體腔，且所述點(diǎn)火系統(tǒng)包括與所述至少一個(gè)控制閥配合的、用于連續(xù)點(diǎn)火的單元。

所述腔室可以連接到具有閥的出口，該閥用于排出氫氣和氧氣的燃燒期間形成的水。

在液體填充部分和無(wú)液體部分之間可以安置彈性膜片。所述膜片例如可以減少蒸汽產(chǎn)生且將隔開氣體和液體。