Способ получения, сжигания и использования топлива из воды и её растворов Российский патент 2021 года по МПК F02K9/97 

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения топлива для двигателей, которые могут быть использованы как в военной технике, так и в любой другой отрасли народного хозяйства, в том числе и для полета летательных аппаратов, включая аппараты вертикального взлета, индивидуальные и другие устройства.

Широко известны двигатели внутреннего сгорания и дизельные двигатели, использующие преобразование энергии от сжигания бензина и соответственно дизельного топлива - солярки во вращение исполнительного органа для приведения в движение автомобилей, тракторов, танков, для вращения генератора при выработке электроэнергии или тепла.

К недостаткам такого топлива можно отнести низкую эффективность его использования, высокие затраты на изготовление и зависимость от сырьевой базы.

Известны турбореактивные двигатели, использующие в качестве топлива керосин, а в качестве окислителя кислород воздуха. Горение керосина используют для создания реактивной газовой струи, создающей тягу. В таких двигателях компрессор втягивает воздух, сжимает его и направляет в камеру сгорания, в которой сжатый воздух смешивается с топливом, воспламеняется и расширяется. Часть энергии расширенного газа заставляет вращаться турбину, которая расположена на одном валу с компрессором. Остальная часть энергии перемещается в сужающееся сопло. В результате направленного истечения газа из сопла на двигатель действует реактивная сила. См. Википедия Турбореактивный двигатель. Двигатель состоит из корпуса, в котором на входе последовательно выполнены заборники воздуха, на валу смонтированы компрессоры низкого и высокого давлений, выполнена камера сгорания, турбина, сопло.

Известны более совершенные и более сложные по конструкции двухконтурные турбореактивные двигатели, в которых часть воздуха нагнетается через внешний контур двигателя, мощные и эффективные турбореактивные двухконтурные двигатели (ТРДД) выполняют трехкаскадными, двух- и трехвальными с добавлением к роторам внутреннего контура еще одного, в котором вентилятор и последний каскад турбины соединены дополнительным валом (см. present5.com Турбореактивный двигатель. Схема работы ТРД).

К недостаткам известных турбореактивных двигателей использующих керосин и окислители можно отнести высокие затраты на изготовление керосина и низкую эффективность его использования.

Известно жидкое ракетное топливо, состоящее из двух компонентов: окислителя и горючего - жидкий кислород и высококипящее горючее-этиловый спирт, которые находятся в ракете в жидком состоянии в разных баках. См. «Военное обозрение. Вооружение. Энергетика ракетных топлив. 4 октября 2019 г.». Смешивание кислорода и спирта происходит в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя, обычно с помощью форсунок. Давление компонентов топлива создается за счет работы турбонасосной или вытеснительной системы, в работе которых также могут участвовать компоненты топливной пары. Кроме того, компоненты топлива используются для охлаждения сопла жидкостного ракетного двигателя.

К недостаткам известного ракетного топлива также можно отнести низкую эффективность его использования.

Наивысший удельный импульс, получаемый от сгорания ракетного топлива у пары кислород + водород, который составляет - 4,4 км/с. На четверть ниже удельный импульс у пары кислород + керосин - 3,4 км/с. Удельный импульс пары нитроцеллюлоза + нитроглицерин - 2,5 км/с. См. «Военное обозрение. Вооружение. Энергетика ракетных топлив. 4 октября 2019 г.»

Поэтому наиболее предпочтительными продуктами сгорания являются молекулы воды. Известен ряд попыток использования воды для получения удара и в качестве топлива.

Известен так называемый «Эффект Юткина», (см. кн. Л.А. Юткин «Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности» Ленинград, «Машиностроение» Ленинградское отделение 1986 г.) при использовании которого, при подаче высоковольтного электрического разряда в воду возникает электрогидравлический удар. Эффект Юткина используется во многих отраслях промышленности, при очистке литья см. стр. 109-113 рис 41, 43, 44, 45, при очистке проката см. стр. 114 рис 46, при штамповке в машиностроении см. стр. 122 рис. 49, электрогидравлические молоты см. стр. 134 рис. 417, 418, электрогидравлические движители для плавающих транспортных средств, см. стр. 157 рис. 440, при взрывных работах см. стр. 161 рис. 5 1. и др.

Известен опыт, проводимый любителями физических явлений, с использованием электрогидравлического удара «См. видео youtude.com от 19 июня 2009 года «Опыты с Электрогидроударом» часть 4. Эффект Юткина». В указанном опыте электроды опускали в воду, налитую в жестяную банку и подавали высоковольтный разряд. В результате разряда в воде происходил электрогидравлический удар, при котором часть воды из банки выплескивалась. Продолжая, без какой либо системы, подавать на электроды высоковольтное питание, каждый раз происходил разряд в воде. Но в конце опыта подача высоковольтного разряда была подана после многократных разрядов в момент, когда электроды были не полностью опущены в воду и частично находились еще в воздухе. Произошел микровзрыв в воздухе, напугавший исследователей.

Электрогидравлический удар произошел вследствие взрыва гремучего газа (смеси кислорода с водородом) образовавшегося при подаче разряда между электродами. Произошедший взрыв говорит о том, что при подаче высоковольтного электрического разряда в водную или в воздушную среду насыщенную парами (дисперсными частицами воды) происходит мгновенное разложение воды на смесь кислорода и водорода (гремучая смесь) которая моментально от этого же разряда взрывается.

Доказательством того, что в парах (мелкодисперсных частицах воды) могут произойти взрывы, говорит и факт происхождения грома во время разряда молнии в насыщенном влагой облаке во время грозы. Частицы воды в таких облаках находятся преимущественно в жидком состоянии. При снежной грозе (в зимних условиях), при возникновении электрического разряда - молний, закристаллизовавшиеся частицы воды мгновенно растапливаются, разлагаются на водород и кислород, воспламеняются и тоже происходит взрыв. При этом, в облаке (грозовой туче) создается обширный электрический разряд, который создает такое количество гремучей смеси, что от взрыва произошедшего на расстоянии в несколько километров сотрясаются в домах стекла.

В 1880 году. Динес (Dines), наблюдая водяные шарики, из которых состоят туманы в Англии, пришел к заключению, что наблюдаемые им частицы тумана суть настоящие капельки воды, размеры которых колеблются от 0,016 до 0,127 мм. Позднее подобные же наблюдения были сделаны Ассманом на вершине Брокена, которая- особенно в холодное время года- находится в области наиболее энергичного образования облаков различных форм, образующихся то несколько выше, то немного ниже, то как раз на ее высоте. Ассман убедился, что все наблюдаемые им формы облаков, содержащих жидкую воду, состоят из настоящих капелек, размеры которых меняются между 0,006 мм (в верхних частях облаков) и 0,035 мм (в нижних его частях). См. Википедия. «Размеры капелек воды в грозовой туче».

В целях снижения расхода топлива, улучшения качества выхлопных газов, улучшения характеристик высокофорсированных двигателей снижения детонации и др. разработчики двигателей внутреннего сгорания, исследователи и разработчики двигателей в топливо добавляли воду, например, водные растворы спирта, которые отличаются устойчивостью к низким температурам, лучшим рассеиванием. Идея впрыска воды внутрь работающего двигателя появилась более ста лет назад. В начале 20 века английский профессор Хопкинсон успешно использовал экспериментальную систему впрыска воды для улучшения характеристик промышленных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Работы впрыска смеси воды и метанола в систему питания двигателей для повышения детонационной стойкости мотора с турбиной Oldsmobile F-85 Jetfire использовала компания General Motors. Немного раньше автомобильный производитель из Швеции выпустил автомобиль Saab 99 Turbo S, который оснащался впрыском воды. С 1983 года команды Формулы-1 Renault, Ferrari стали использовать данную технологию для повышения мощности своих машин. Однако надежных двигателей, использующих воду в качестве топлива так и не было создано.

К недостаткам известных способов получения топлива из воды и ее растворов можно отнести сложность технологии получения такого топлива, невысокую эффективность использования, высокие энергетические затраты получения смеси топлива с водой и ограниченные возможности в увеличении мощности и создании требуемой тяги двигателя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности упрощение технологии получения газообразного топлива из воды и из ее растворов, повышение эффективности тяги и удельного импульса при сжигании топлива в камерах двигателя и сокращение материальных затрат при производстве топлива и изготовлении двигателей, использующих предлагаемый способ.

Поставленный технический результат достигается сочетанием использования общих с прототипом известных признаков, включающих подачу в камеру сгорания распыленной мелкодисперсной воды, воздействие на воду искровым разрядом высокого напряжения и использование образовавшейся энергии сжигания топлива для выполнения работы и новых признаков, заключающихся в том, что в ограниченный объем (камеру сгорания) подают мелкодисперсно распыленную воду и/или ее растворы, после чего на распыленную воду воздействуют обширным высоковольтным электрическим разрядом в 5000-1500000в при помощи, по меньшей мере, одной пары положительного и отрицательного электродов, при котором мелкодисперсную воду разлагают на газообразное топливо - кислород и водород (гремучая смесь) с одновременным его взрывным воспламенением от этого же разряда и направляют энергию от воспламенения образовавшегося газообразного топлива при помощи объемной формы камеры сгорания рабочим органам исполнительного механизма.

В качестве топлива - воды и/или водных ее растворов для распыления в камере сгорания можно использовать антифриз и другие растворы, например, спиртовые, сахарные, гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные, а также содержащие калий, магний, натрий и др. в которых вода является растворителем.

Воду распыляют до дисперсности, при которой размеры капелек воды колеблются от 1,0 до 50 микрон.

Обширный высоковольтный электрический разряд получают путем выполнения соотношения площадей каждой пары положительного и отрицательного электродов равным от 1,0 до 0,1-1000,0.

Новизной предлагаемого способа является подача в ограниченный объем (в камеру сгорания) мелкодисперсно распыленной воды и/или ее растворов, после чего на распыленную воду воздействуют обширным высоковольтным электрическим разрядом в 5000 – 1500000 В при помощи, по меньшей мере, одной пары положительного и отрицательного электродов, при котором мелкодисперсную воду разлагают на газообразное топливо - кислород и водород (гремучая смесь) с одновременным его взрывным воспламенением от этого же разряда и направляют энергию от воспламенения образовавшегося газообразного топлива при помощи объемной формы камеры сгорания рабочим органам исполнительного механизма.

Так, подача в ограниченный объем (в камеру сгорания) мелко дисперсно распыленной воды и/или ее растворов, после чего на распыленную воду воздействуют обширным высоковольтным электрическим разрядом в 5000-1500000 В при помощи, по меньшей мере, одной пары положительного и отрицательного электродов - позволяет мгновенно превратить воду в топливо - разложить воду или ее растворы на кислород и водород и воспламенить образовавшуюся смесь газов.

Направление энергии от воспламенения газообразного топлива образованного от разложения воды и ее растворов при помощи объемной формы камеры сгорания рабочим органам исполнительного механизма позволяет осуществить полезную работу и использовать эту работу при создании двигателей различных конструкций и назначения. Изменением формы внутренней полости камеры сгорания от возгорания газообразного топлива можно получать ударные импульсы различной силы и формы, обеспечивающие высокие показатели работы в т.ч. кпд.

Признаки использования в качестве топлива - воды и/или водных ее растворов для распыления в камере сгорания антифриза и других растворов, например, спиртовых, сахарных, гидрокарбонатных, сульфатных, хлоридных, а также содержащих калий, магний, натрий и др. в которых вода является растворителем, распыление воды до дисперсности, при которой размеры капелек воды колеблются от 1,0 до 50 микрон, получение обширный высоковольтного электрического разряда путем выполнения соотношения площадей каждой пары положительного и отрицательного электродов равным от 1,0 до 0,1-1000,0 - более подробно раскрывают особенности выполнения основных операций-признаков предложенного способа и способствуют достижению поставленного предполагаемым изобретением технического результата.

Так, использование в качестве воды или водного раствора для распыления в камере сгорания антифриза и других растворов, например, спиртовых, сахарных, гидрокарбонатных, сульфатных, хлоридных, содержащих калий, магний, натрий и др., в которых вода является растворителем способствует оказанию влияния на качество разряда-искрообразования, получая жесткую или более мягкую реактивную тягу.

Патентно-информационный поиск, проведенный в процессе подготовки материалов, сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе - не выявил, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.

Описание осуществления предлагаемого устройства и проведенные опытные работы позволяют отнести предложенный способ к промышленно выполнимым.

На фиг. 1 схематично представлена камера сгорания, при помощи которой осуществляется предлагаемый способ.

Камера сгорания выполнена в виде корпуса 1, конусообразной частью 2 камеры сгорания и сопла 3. В конусообразной части 2, в полости камеры сгорания смонтирована, по меньшей мере, одна пара - отрицательный 4 и положительный 5 электродов, связанных с аккумулятором 6, преобразователем 7 электрической энергии в высоковольтную и средством 8 подачи разряда с заданной частотой между электродами-разрядниками 4 и 5. На боковых сторонах конусообразной части 2 камеры сгорания установлены форсунки 9 подачи распыленной мелкодисперсной воды и/или ее растворов. Для получения обширного разряда с заданной длиной и мощностью искры отрицательный электрод 4 по размерам выполнен больше положительного электрода 5 с соотношением площадей каждой пары положительного и отрицательного электродов равным от 1,0 до 0,1-1000,0.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: При помощи форсунок 9 в камеру сгорания впрыскивается очищенная от твердых примесей вода и/или ее растворы в виде мелкодисперсной составляющей, а на электроды 4 и 5 от преобразователя 7 и распределителя 8 подачи разряда с заданной частотой между электродами-разрядниками 4 и 5 подается высоковольтное напряжение 5000-1500000в. Между электродами 4 и 5 происходит разряд заданной длины, соответствующий габаритам камеры сгорания и находящаяся между электродами мелкодисперсная вода мгновенно в виде облака 10 разлагается на водород и кислород, образуя так называемую «гремучую смесь», которая от этого же разряда взрывоподобно возгорается, создавая направленную конусообразной геометрией камеры сгорания ударную волну. Ударная волна поступает в сопло 3, создавая реактивную тягу. Изменением частоты впрыскивания (включая постоянное впрыскивание) воды и/или ее растворов в камеру сгорания и частоты разряда при помощи распределителя зажигания 8 между парами электродов-разрядников 4 и 5, а также изменением величины высоковольтного разряда 5000-1500000в можно повышать или понижать мощность удельного импульса (ударной волны), получаемого от сгорания полученного предложенным способом газообразного топлива.

Использованием в качестве водного раствора для распыления в камере сгорания антифриза и других растворов, например, спиртовых, сахарных, гидрокарбонатных, сульфатных, хлоридных, содержащих калий, магний, натрий и др. в которых вода является растворителем можно влиять на качество искрообразования, получая жесткую и/или более мягкую реактивную тягу.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа.

При помощи форсунок 9 в камеру сгорания впрыскивают (прошедшую через фильтр) очищенную от твердых примесей воду в виде мелкодисперсных капель с размерами от 1,0 до 50 микрон, а на электроды 4 и 5 от преобразователя 8 подают высоковольтное напряжение в 50000 вольт. Между электродами 4 и 5 происходит разряд заданной длины, соответствующий габаритам камеры сгорания и находящаяся между электродами 4 и 5 мелкодисперсная вода мгновенно в виде облака 10 разлагается на водород и кислород, образуя так называемую «гремучую смесь», которая от этого же разряда взрывоподобно возгорается, образуя направленную конусообразной геометрией камеры сгорания ударную волну. Ударная волна поступает в сопло 3, создавая реактивную тягу. При постоянном впрыскивании воды в камеру сгорания и при частоте разряда эквивалентной скорости вращения вала двигателя, например, в 10000 оборотов в минуту при помощи распределителя зажигания между парами электродов-разрядников, образование и возгорание образовавшейся газовой смеси топлива становится непрерывным без ударных нагрузок на конструктивные элементы камеры сгорания.

Использование предлагаемого способа позволит устранить недостатки известных автомобильных, турбореактивных и реактивных двигателей, связанных со сложностью конструкции, исключить емкости для окислителя, сжатого воздуха и ряд оборудования для нагнетания и сжатия воздуха, снизить расход топлива и перейти на другой широкодоступный вид топлива -воду, получить хорошие возможности в увеличении мощности и создании требуемой тяги двигателя.

Использование двигателей предлагаемой конструкции позволит создать экологически чистые двигатели, существенно поднять технический уровень двигателестроения, создать многочисленные варианты двигателей для использования в быту и в оборонной промышленности с использованием доступного для каждого человека вида топлива - воды.

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, двигатели которого могут быть использованы как в военной технике, так и в любой другой отрасли народного хозяйства, для движения автомобиля, трактора, танка, для вращения генератора при выработке электроэнергии или тепла, для полета летательных аппаратов и др. Способ получения, сжигания и использования топлива из воды и ее растворов, включающий подачу в камеру сгорания распыленной мелкодисперсной воды, воздействие на воду искровым разрядом высокого напряжения и использование образовавшейся энергии сжигания топлива для выполнения работы, при этом в камеру сгорания подают мелкодисперсно распыленную воду или ее растворы, после чего на распыленную воду воздействуют обширным высоковольтным электрическим разрядом в 5000-1500000 В при помощи по меньшей мере одной пары положительного и отрицательного электродов, при котором мелкодисперсную воду разлагают на газообразное топливо - кислород и водород (гремучая смесь) с одновременным его взрывным воспламенением от этого же разряда и направляют энергию от воспламенения газообразного топлива при помощи объемной формы камеры сгорания рабочим органам исполнительного механизма. Воду распыляют до дисперсности, при которой размеры капелек воды колеблются от 1,0 до 50 микрон. Использование предлагаемого способа позволит существенно поднять технический уровень двигателестроения, создать многочисленные варианты двигателей для использования в быту и в оборонной промышленности с использованием доступного для каждого человека вида топлива - воды. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения, сжигания и использования топлива из воды и ее растворов, включающий подачу в камеру сгорания распыленной мелкодисперсной воды, воздействие на воду искровым разрядом высокого напряжения и использование образовавшейся энергии сжигания топлива для выполнения работы, отличающийся тем, что в ограниченный объем камеры сгорания подают мелкодисперсно распыленную воду и/или ее растворы, после чего на распыленную воду воздействуют обширным высоковольтным электрическим разрядом в 5000-1500000 В при помощи по меньшей мере одной пары положительного и отрицательного электродов, при котором мелкодисперсную воду разлагают на газообразное топливо - кислород и водород (гремучая смесь) с одновременным его взрывным воспламенением от этого же разряда и направляют энергию от воспламенения образовавшегося газообразного топлива при помощи объемной формы камеры сгорания рабочим органам исполнительного механизма.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве топлива - воды и/или водных ее растворов для распыления в камере сгорания можно использовать антифриз и другие растворы, например спиртовые, сахарные, гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные, а также содержащие калий, магний, натрий и др., в которых вода является растворителем.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воду распыляют до дисперсности, при которой размеры капелек воды колеблются от 1,0 до 50 микрон.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обширный высоковольтный электрический разряд получают путем выполнения соотношения площадей каждой пары положительного и отрицательного электродов, равного от 0,1 до 1000,0.