专利摘要

本发明公开了一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，目的在于解决蒸汽发生器存在蒸汽质量低，使用受限，成本高等问题。其包括储水容器、高压泵、高压动力系统、水压稳定单元、机匣、旋流发生器、供气系统、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器、金属颗粒供给系统、氢气收集装置。本发明利用人工通气超空化，保持流体速度不会下降过多；利用旋流冲压，产生了高温高速的水和蒸汽两相流，使金属颗粒能够与水充分反应，进而产生大量高温高速蒸汽。本发明实现了常温、常压条件下水和金属颗粒可控持续反应，成本低廉，效率高，设计合理，能适应各种工况，在新型船用推进系统、工业蒸汽发生、污水处理处置、氢气制备、海水淡化等领域具有较好的应用前景。

权利要求

1.一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，包括储水容器、高压泵、高压动力系统、水压稳定单元、机匣、旋流发生器、供气系统、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器、金属颗粒供给系统，所述旋流发生器、冲压锥体、燃烧室依次设置在机匣内；

所述储水容器、高压泵、水压稳定单元、设置在机匣内的旋流发生器依次相连且储水容器内的水依次经高压泵加压、水压稳定单元稳压后能流入机匣的旋流发生器并产生高速水流，所述高压动力系统与高压泵相连且高压动力系统能够向高压泵输出动力进而带动高压泵高速旋转；

所述旋流发生器、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器沿机匣轴向依次设置且经旋流发生器流出的流体与空气的混合物依次经冲压锥体作用、燃烧室反应后产生高温高速蒸汽并经汽水分离器分离得到蒸汽，所述供气系统与机匣相连且供气系统提供的气体与高速水流混合后再流经冲压锥体，所述金属颗粒供给系统与燃烧室相连且金属颗粒供给系统能向燃烧室内提供金属颗粒以满足金属颗粒与水在燃烧室内反应的需要。

2.根据权利要求1所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，所述水压稳定单元包括蓄能器、截止阀，所述储水容器、高压泵、蓄能器、旋流发生器依次相连，所述截止阀设置在蓄能器与旋流发生器之间的管道上。

3.根据权利要求1所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，所述金属颗粒供给系统为铝粉颗粒供给系统，或镁粉颗粒供给系统，或镁铝混合颗粒供给系统。

4.根据权利要求1所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，所述高压泵、水压稳定单元、旋流发生器所在直线与机匣的轴向不在同一直线上。

5.根据权利要求4所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，所述高压泵、水压稳定单元、旋流发生器所在直线与机匣的轴向相垂直。

6.根据权利要求1所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，所述供气系统为若干个且供气系统均布于机匣上。

7.根据权利要求1所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，还包括用于收集反应所产生氢气的氢气收集装置。

8.根据权利要求7所述水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，其特征在于，所述氢气收集装置与汽水分离器相连。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源、高效节能领域，尤其是新型燃烧设备领域，具体为一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器。

背景技术

火力发电厂的工作流程如下：燃料在燃烧时加热水，生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，将热能转换成机械能，再经汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。在发电过程中，燃烧煤加热水排出的粉尘会对电站附近造成粉煤灰污染，对人们的生活以及植物的生长造成不良影响。同时，发电厂排出大量SO2、NOx等酸性气体，使酸雨量增大。另外，火力发电厂采用煤作为原料，使得煤的消耗量巨大，而煤是一种不可再生能源。

而燃油蒸汽发生器在使用过程中，由于油价高，导致使用成本高。并且，燃油的运输、储存的危险性高，易出现事故，且对环境也有污染。

燃气蒸汽发生器的使用受环境因素的限制较大，只有存在燃气管道的地方才可以使用，而在一些较落后的、不通燃气的地方，则无法使用。

为此，迫切需要一种新的蒸汽发生装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有的蒸汽发生器存在蒸汽质量低，使用有条件受限，成本高，污染环境等不足，提供一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器。本发明利用旋流冲压，有效解决了现有蒸发器所存在的问题。本发明构思巧妙，实现了常温、常压条件下水和金属颗粒可控持续反应，成本低廉，效率高，设计合理，能适应各种工况，在新型船用推进系统、工业蒸汽发生、污水处理处置、氢气制备、海水淡化等领域具有较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器，包括储水容器、高压泵、高压动力系统、水压稳定单元、机匣、旋流发生器、供气系统、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器、金属颗粒供给系统，所述旋流发生器、冲压锥体、燃烧室依次设置在机匣内；

所述储水容器、高压泵、水压稳定单元、设置在机匣内的旋流发生器依次相连且储水容器内的水依次经高压泵加压、水压稳定单元稳压后能流入机匣的旋流发生器并产生高速水流，所述高压动力系统与高压泵相连且高压动力系统能够向高压泵输出动力进而带动高压泵高速旋转；

所述旋流发生器、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器沿机匣轴向依次设置且经旋流发生器流出的流体与空气的混合物依次经冲压锥体作用、燃烧室反应后产生高温高速蒸汽并经汽水分离器分离得到蒸汽，所述供气系统与机匣相连且供气系统提供的气体与高速水流混合后再流经冲压锥体，所述金属颗粒供给系统与燃烧室相连且金属颗粒供给系统能向燃烧室内提供金属颗粒以满足金属颗粒与水在燃烧室内反应的需要。

所述水压稳定单元包括蓄能器、截止阀，所述储水容器、高压泵、蓄能器、旋流发生器依次相连，所述截止阀设置在蓄能器与旋流发生器之间的管道上且通过截止阀能调节单位时间内进入燃烧室的水流量。

所述金属颗粒供给系统为铝粉颗粒供给系统，或镁粉颗粒供给系统，或镁铝混合颗粒供给系统。

所述高压泵、水压稳定单元、旋流发生器所在直线与机匣的轴向不在同一直线上。

所述高压泵、水压稳定单元、旋流发生器所在直线与机匣的轴向相垂直。

所述供气系统为若干个且供气系统均布于机匣上。

还包括用于收集反应所产生氢气的氢气收集装置。

所述氢气收集装置与汽水分离器相连。

针对前述问题，本发明提供一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器。

自然界中，有一些金属能与水在不同的条件下反应，产生氢气，释放大量的热量。其中，金属镁具有比较强的还原性，能与沸水反应放出氢气；铝具有较高的体积能量密度，且存放稳定、无毒性，但是铝在高温条件才会与水反应。若能达到铝与水的反应条件，应是最适合与水反应并用于水冲压发动机的金属基燃料。镁、铝的价格比较低廉，且与水反应生成氢气对环境也无污染，因此适合作为水反应金属燃料。

已有研究表明，当水中运动物体与液体相对高速运动时，运动物体表面附近的液体因低压而发生相变，形成薄的包含水汽的包层，即空泡。以这种方式形成的空泡长度与运动物体长度相当或将运动物体包裹时，便称为自然超空泡或蒸汽超空泡。受水中运动物体速度限制和其他干扰影响，自然超空泡难以维持较长时间。然而，以自然超空泡流场为依托，通过向空泡内注入气体，可生成覆盖物体部分或全部表面的内部主要含有气体的超空泡，这便是人工通气超空化。利用超空泡产生的原理和特性来设计的水中运动物体，在水下运动过程中使物体表面的大部分与水隔开，减小了与水之间的粘性摩擦损失，从而大大减小航行阻力，获得难以想象的水中高速。

基于上述特征，本发明提供一种全新的蒸汽发生装置。该装置包括储水容器、高压泵、高压动力系统、蓄能器、截止阀、机匣、旋流发生器、供气系统、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器、金属颗粒供给系统、氢气收集装置。其中，高压泵、蓄能器与机匣里的旋流发生器相连，经高压泵输出的水流入蓄能器，再流入旋流发生器；旋流发生器、冲压锥体、燃烧室依次设置在机匣内，旋流发生器、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器依次设置在机匣的轴线上；旋流发生器流出的流体，依次流经冲压锥体、燃烧室、汽水分离器。高压水流入旋流发生器后，会产生高速的流体；高压水流入旋流发生器，流出后的部分高速水流与管壁接触产生汽化；供气系统与机匣相连，供气系统会提供空气，在高速水流和机匣之间形成空泡，使高速水流与管壁隔离，使得流体在空化条件下在管壁内高速流动。之后，液态水、水蒸气、空气混合后的高速流体通过冲压锥体后温度、压力上升，进入燃烧室内，部分高温、高压、高速水蒸气与燃烧室内的金属颗粒进行反应，放出大量的热，使燃烧室内金属颗粒和水充分反应，部分液态水吸收金属颗粒与水反应放出的热量，转化为水蒸气。燃烧室产生大量的高温高速蒸汽，经过汽水分离器分离，得到蒸汽，进而加以利用。

作为优选，供气系统为若干个，并均匀分布在机匣上。作为优选，金属颗粒供给系统中的金属颗粒为铝粉或镁粉。

进一步，水压稳定单元包括蓄能器、截止阀，储水容器、高压泵、蓄能器、旋流发生器依次相连，截止阀设置在蓄能器与旋流发生器之间的管道上。

本申请中，高压泵、蓄能器与机匣里的旋流发生器相连，经高压泵输出的水流入蓄能器，再流入旋流发生器，截止阀在蓄能器与旋流发生器之间的管道上。旋流发生器、冲压锥体、燃烧室依次设置在机匣内，供气系统与机匣相连，供气系统为若干个，并均匀分布在机匣上。旋流发生器、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器依次设置在机匣的轴线上。金属颗粒供给系统与燃烧室相连，金属颗粒供给系统会供给燃烧室铝粉或镁粉。供气系统会提供空气，形成空泡，使高速水流与管壁隔离，使得流体在空化条件下在管壁内高速流动，进而通过冲压锥体后能够与金属颗粒发生反应。

水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器工作时，用高压动力系统带动高压水泵，经高压泵输出的水流入蓄能器，通过调节截止阀调节单位时间内进入燃烧室的水流量。高压水流入旋流发生器，流出后的部分高速水流与管壁接触产生汽化；根据超空化理论，在通入空气作用下，流体出现空化，使得流体在空化条件下在管壁内高速流动。高速水流和部分气体的混合流体流经冲压锥体后，压力和温度迅速上升，部分液态水产生汽化。高温的液态水和水蒸气流经冲压体后，进入燃烧室，与金属颗粒进行反应，放出大量的热；此时，水是氧化剂，金属颗粒是燃料。部分液态水吸收金属颗粒与水反应放出的热量，转化为水蒸气，促使燃烧室产生大量的高温高速蒸汽。高温高速蒸汽再流经汽水分离器后，得到的蒸汽。基于得到的蒸汽，可以进行蒸汽发电，轮船的推进系统使用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1）本发明基于结构的改进，利用高压水流、稳压、旋流冲压之间的相互结合，产生高温高压蒸汽，并将水汽分离，从而得到高压蒸汽，其装置构思巧妙，能够满足实际应用的需求；

2）与其他蒸汽发生装置相比，本发明具有高效、简洁、蒸汽质量高等优点，且整个过程不污染生态环境，具有良好的环境友好性；

3）本发明基于结构的改进，利用人工通气超空化，使得流体的速度不会下降的过多，能够保持流体的高速流动；

4）本发明运行过程会产生氢气，经提纯、收集后，可作为燃料电池使用，具有较好的经济效益；

5）本发明设计合理，实现了常温、常压条件下水和金属颗粒可控持续反应，适应性强，运行高效、稳定，在新型船用推进系统、工业蒸汽发生、污水处理处置、氢气制备、海水淡化等领域具有很好的应用前景，对环境的保护、资源的节约，有着重大的意义，值得大规模推广和应用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的工作过程示意图。

图中标记：1、储水容器，2、高压泵，3、高压动力系统，4、蓄能器，5、截止阀，6、机匣，7、旋流发生器，8、供气系统，9、冲压锥体，10、燃烧室，11、汽水分离器，12、金属颗粒供给系统，13、氢气收集装置。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所述，该装置包括储水容器、高压泵、高压动力系统、水压稳定单元、机匣、旋流发生器、供气系统、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器、金属颗粒供给系统、氢气收集装置，旋流发生器、冲压锥体、燃烧室依次设置在机匣内。本实施例中，水压稳定单元包括蓄能器、截止阀。

其中，储水容器与高压泵相连，高压泵与高压动力系统相连且高压动力系统能够为高压泵提供驱动动力。同时，高压泵、蓄能器与机匣里的旋流发生器依次相连，经高压泵输出的水流入蓄能器后，再流入旋流发生器；截止阀设置在蓄能器与旋流发生器之间的管道上。该结构中，储水容器内的水依次经高压泵加压、水压稳定单元稳压后能流入机匣的旋流发生器并产生高速水流，高压动力系统与高压泵相连且高压动力系统能够向高压泵输出动力进而带动高压泵高速旋转。

同时，供气系统与机匣相连，本实施例中，供气系统为若干个，并均匀分布在机匣上。金属颗粒供给系统与燃烧室相连，其用于向燃烧室提供金属颗粒镁或铝或两者的混合物。供气系统会提供空气，形成空泡，使高速水流与管壁隔离，使得流体在空化条件下在管壁内高速流动，进而通过冲压锥体后能够与金属颗粒发生反应。

进一步，旋流发生器、冲压锥体、燃烧室、汽水分离器设置在机匣的轴线上；经旋流发生器流出的流体与空气的混合物先经冲压锥体作用，温度和压力迅速上升，部分液态水产生汽化；高温的液态水和水蒸气再进入燃烧室，与金属颗粒镁或铝进行反应，放出大量的热；此时，水是氧化剂，金属颗粒是燃料；部分液态水吸收反应放出的热量，转化为水蒸气，促使燃烧室产生大量的高温高速蒸汽；高温高速蒸汽再经汽水分离器分离，得到蒸汽。

进一步，本实施例中设置有用于收集反应所产生氢气的氢气收集装置，氢气收集装置与汽水分离器相连。

该装置工作时，用高压动力系统带动高压水泵，经高压泵输出的水流入蓄能器，通过调节截止阀调节单位时间内进入燃烧室的水流量。高压水流入旋流发生器，流出后的部分高速水流与管壁接触产生汽化。根据超空化理论，在通入空气作用下，流体出现空化，使得流体在空化条件下在管壁内高速流动。高速水流和部分气体的混合流体流经冲压锥体后，压力和温度迅速上升，部分液态水产生汽化。高温的液态水和水蒸气流经冲压体后，进入燃烧室，与金属颗粒进行反应，放出大量的热，此时水是氧化剂，金属颗粒是燃料。部分液态水吸收金属颗粒与水反应放出的热量，转化为水蒸气，促使燃烧室产生大量的高温高速蒸汽。高温高速蒸汽再流经汽水分离器后，得到蒸汽。本发明中所得到的蒸汽可用于进行蒸汽发电，也可用作轮船的推进系统使用。

本发明利用人工通气超空化，保持流体速度不会下降过多；利用旋流冲压，产生了高温高速的水和蒸汽两相流，使金属颗粒能够与水充分反应，进而产生大量高温高速蒸汽。本发明构思巧妙，实现了常温、常压条件下水和金属颗粒可控持续反应，成本低廉，效率高，设计合理，能适应各种工况，具有较好的应用前景。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

一种水反应金属燃料旋流冲压蒸汽发生器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。