[發(fā)明專利]蒸氣發(fā)生器和使用氣體推進劑的蒸氣渦輪推進單元

無效

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• 申請日: 1994-08-23
• 公開（公告）號: CN1082607C
• 公開（公告）日: 2002-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蓋博·歌德
• 申請（專利權(quán)）人: 索利諾夫.N.M.B.H.E.進出口公司
• 主分類號: F01K25/00
• 分類號: F01K25/00;F22B27/08;//B60K3/04
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所
• 代理人: 王景林

本發(fā)明涉及一種蒸氣發(fā)生器和一種包含該發(fā)生器的蒸氣渦輪推進單元，它可以比實際的內(nèi)燃機更優(yōu)越的方式操作，沒有空氣污染，特別是如果使用氫氣作燃料，因為在這種情況下可避免伴隨碳氫化合物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。

使用最廣泛的燃料是碳氫化合物，首先是原油提煉物。根據(jù)通常的估計，原油的保有量到下世紀中葉將用盡。它們的另一個負面特性是產(chǎn)生二氧化碳，其有害的后果被越來越多的專家所認識到。由于較高的燃燒溫度，再一個負面現(xiàn)象是排出的氧化氮上升，日益危害生活和健康。

為了減小上述問題，提出用氫作為燃料已經(jīng)很長時間了，因為氫是取之不盡的，并在燃燒后可還原到其原始的狀態(tài)。氫是最潔凈的燃料，不會放出任何對環(huán)境有害的物質(zhì)。由于通過適當控制可降低燃燒溫度，可使氧化氮的產(chǎn)生減至最少。

通常使用氫作為燃料要求建造各種用于完成與大量氫氣的產(chǎn)生、儲存和運輸相關(guān)的工程項目。

然而，氫氣的使用也引起許多問題。在環(huán)境溫度下，氣體分子氫不會立即滲透金屬。原子形式的氫更危險，因為它會引起損害。當腐蝕和電解時，如果存在濕氣并且氫壓力較高，在溫度高于430°F時可產(chǎn)生原子氫。在較高的溫度，氫的效果包括表面或內(nèi)部脫碳。表面脫碳發(fā)生在1050°F以上的溫度，并且該反應(yīng)由水蒸氣引起。在內(nèi)部脫碳過程中，氫在430°F之上的高溫滲透進入鋼，通過內(nèi)部反應(yīng)使碳化鐵還原成金屬鐵，產(chǎn)生甲烷。反應(yīng)產(chǎn)物聚集在晶粒邊界和小的洞穴中，引起塑性的下降。在更嚴重的情況下，它們引起局部內(nèi)壓增長，從而形成氣泡和裂紋(參見P.Webb；C.Gupta的文章：“氫環(huán)境中的金屬”，1984年10月的“化學工程”)。這些由氫氣引起的應(yīng)力型裂紋有時稱做由氫氣引起的滯后的剛性裂紋(delayed?rigid?fracture)或稱內(nèi)部含氫時的剛性(hydrogenousrigidity)。當金屬長時間承受由低于屈服極限的載荷引起的拉伸應(yīng)力時，通常會發(fā)生這種情況。

在低于430℃的低溫時，產(chǎn)生脆性或形成氣泡。脆性或剛性由滲透進入金屬的氫氣引起，減小金屬的塑性和拉伸強度。

氫氣對金屬的作用可為可逆轉(zhuǎn)的或不可逆轉(zhuǎn)的。當為不可逆轉(zhuǎn)的對剛性影響時，氫的吸收伴隨著對金屬結(jié)構(gòu)的破壞，即使極微量的氫留在金屬中時也會如此。這種金屬例如為銅，在300℃以上的溫度擴散進入金屬的氫與夾雜物反應(yīng)，從而產(chǎn)生水蒸氣和金屬銅。高溫所面對的壓力，足以使夾雜物擴展，使金屬質(zhì)地疏松并破壞其強度?？赡孓D(zhuǎn)變換可通過去除氫而進行逆轉(zhuǎn)，并可重新獲得原來的塑性。

氫氣作為一種燃料具有非常好的性能：其燃燒溫度和熱值較高，并能在較低的濃度燃燒，而不產(chǎn)生任何煙。氫氣可在一內(nèi)空間中燃燒(氧化)，因為可以高效率使用熱能。

和天然氣相比，氫氣在燃燒室中的燃燒是有優(yōu)點的。眾所周知，火焰發(fā)熱效率(當火焰不包含固體顆粒時)直接與三原子氣體有關(guān)，即，當具有二氧化碳和水時。

在其燃燒產(chǎn)物(僅僅包含水蒸氣，具有比二氧化碳高的發(fā)熱)中，氫氣具有較高量的三原子氣體，因此，其發(fā)熱能力高于天然氣的發(fā)熱能力。氫氣火焰的發(fā)熱高于天然氣的發(fā)熱，其外圍部分較熱，因此，其發(fā)熱性較好。

對熱傳導性能進行調(diào)查表明氫氣的絕熱溫度(2100℃)高于天然氣的絕熱溫度(1950℃)。氫氣的燃燒需要的空氣(0.89m³/n/kWh)較天然氣所需的空氣(0.96m³/n/kWh)少。在一定的動力和扭矩下，氫氣的熱傳導比天然氣好百分之十。

氫氣/空氣混合物可在4％以及75％的混合比下點燃并具有較高的燃燒速度。由氫氣產(chǎn)生的火焰經(jīng)測試顯示出非常好的穩(wěn)定性，在任何壓力下都平靜而不需人工穩(wěn)定。

所有這些表明氫氣的燃燒無論在敞開或關(guān)閉的燃燒室中均無任何困難。其良好的發(fā)熱性，熱傳導性和穩(wěn)定性使其具有較好的能量轉(zhuǎn)換效率。在內(nèi)燃機中燃燒的氫氣的效率可大大地提高，因為伴隨著爆炸的化學反應(yīng)的高溫和能量只會由于摩擦，由于過熱引起的永久冷卻以及由于用于減少氧化氮的產(chǎn)生的噴水冷卻而帶來相當?shù)膿p失。同時，從氣體狀態(tài)轉(zhuǎn)換成液體狀態(tài)(產(chǎn)生水和水蒸氣)以不利的方式影響上升的壓力條件，并且內(nèi)燃機的金屬部分由產(chǎn)生的水部分暴露于增強的腐蝕下。

很顯然，除了氫氣的許多有利特性，為了使用氫氣作為燃料，還有許多障礙要克服。