CN117586809A - 一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及助燃领域，提供了一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法。本发明在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，促进形成更多的等离子体，从而促进可燃物燃烧。燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素破坏和生成燃烧装置表面层从而产生热量加热燃烧装置。通过控制碱金属元素和/或碱土金属元素的量，能控制燃烧过程和燃烧特征等。燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素能在燃烧装置表面生成含碳层，该含碳层能使燃烧装置输出更大的功率，机械寿命更长，噪音更低，装置体积更小。本发明通过添加碱金属元素和/或碱土金属元素能使一次燃烧装置的尾气更高效的加热二次燃烧装置，从而提高可燃物的能量转换效率。

Description

一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的 方法

技术领域

本发明涉及助燃技术领域，涉及一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法。本发明揭露了碱金属元素和/或碱土金属元素是生成等离子体并引发和维持燃烧过程的必要元素。另外在燃烧过程中它们会破坏和重生燃烧装置的表面层生成等离子体从而加热燃烧装置。本发明还揭露了改进现有燃烧装置的方法从而进一步提高可燃物的热效率。

背景技术

燃烧是可燃物跟助燃物发生的一种剧烈的、发光、发热的化学反应。现有技术认为一种物质的助燃性是这种物质具有能够支持燃烧的性质。例如：纸在氧气中燃烧，氧气就有助燃性。镁在二氧化碳中燃烧，二氧化碳就有助燃性。有助燃性的物质没有可燃性，有可燃性的物质没有助燃性。而可燃性物质和助燃性物质又是相互依存的。要想燃烧就必须要有具有助燃性和可燃性的两种物质。

现有技术通常认为助燃剂能够增加燃烧性能和提高燃烧效率，并且通常认为助燃剂就是氧化剂，例如一般生活中常见的燃烧采用氧气作氧化剂，火箭发动机采用液态氧作为氧化剂。助燃剂还可以用于各种设备的燃料中，例如添加到工业锅炉、汽车和轮船、喷气发动机、火箭发动机的燃料中，或添加到爆炸物和火药中等。

另外，现有技术认为燃烧装置的燃烧效率，动力输出，噪音和震动，使用寿命等仅和燃料燃烧过程有关。现有技术在100年里，对燃烧装置的动力输出，噪音和震动，使用寿命的提高通常是基于燃烧装置结构的设计，而没有考虑燃料在燃烧过程中与燃烧装置的相互作用；并且促进燃烧过程通常是采用添加氧化剂的方法。但是，这种传统方法的燃烧促进效果有限，且对于燃烧装置的动力输出和使用寿命的提高效果并不明显。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法。本发明提供的方法与现有的助燃技术原理完全不同。通过添加碱金属元素和/或碱土金属元素促进等离子体的形成，从而促进可燃物的燃烧，同时能达到提高燃烧装置动力输出和使用寿命的效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法，在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素；所述可燃物的物质形态包括气态、液态和固态中的至少一种；所述可燃物包括碳、含碳有机物、氢气、硫和磷中的一种或多种；所述碱金属元素包括锂、钠、钾、銣、铯和钫中的一种或多种，所述碱土金属元素包括铍、镁、钙、锶、钡和镭中的一种或多种。

优选的，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的形式为原子、离子和等离子体中的至少一种。

优选的，所述碱金属元素和/或碱土金属元素以含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形式添加，所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质包括所有含碱金属元素和/或碱土金属元素的单质、合金、化合物和组合物中的一种或多种，并且所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形态包括气态、液态或固态。

优选的，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的添加量为可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0。

优选的，将碱金属元素和/或碱土金属元素添加到可燃物中的方法包括方法一、方法二、方法三和方法四中的至少一种；

所述方法一包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质经搅拌、球磨或粉碎后加入可燃物中，或者将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质与非可燃物混合后添加到可燃物中；

所述方法二包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解到可燃物中；

所述方法三包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解在溶剂中，得到溶液或悬浊液；将所述溶液或悬浊液加入可燃物中；

所述方法四包括：燃烧装置的燃烧室及其部件、燃烧室内部的润滑油、燃料和助燃物质的容器、输送管路和过滤材料采用含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料制造；所述燃烧室及其部件包括燃烧室和燃烧室内的活塞、活塞连杆、转子和叶片；所述含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料包括橡胶、聚合物基复合材料、金属和合金中的一种或多种；所述合金中碱金属元素和/或碱土金属元素的含量为0.00000000001wt％～99.99wt％。

优选的，所述燃烧装置包括一次燃烧装置和利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置中的一种或多种；所述一次燃烧装置包括汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机、喷气发动机、火箭发动机、燃气轮机、锅炉和热电转换装置中的一种或多种；所述利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置包括锅炉、工业窑炉、热电转换装置、制冷装置、或热冷转换装置；

在燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素与可燃物反应在燃烧装置表面生成含碳层，所述含碳层中含有碱金属元素和/或碱土金属元素；所述含碳层的厚度为0.1纳米～1毫米；所述的含碳层的表面是任何结构和宏观形貌，包括多孔、实心和纤维中的一种或多种；所述含碳层具有润滑、密封、导热、隔热、耐高温、耐磨、耐腐蚀或修复燃烧装置表面缺陷的作用中的至少一种。

本发明还提供了一种能提高燃烧装置的动力输出和使用寿命的燃料，包括可燃物以及碱金属元素和/或碱土金属元素；所述碱金属元素和/或碱土金属元素的质量为所述可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0。

本发明还提供了一种活塞式发动机，所述活塞式发动机不包括液体冷却系统；所述活塞式发动机使用的燃料为上述方案所述的燃料；所述燃料中的可燃物包括汽油、柴油、生物柴油、植物油、动物油、生物乙醇、生物甲醇、乙醇、甲醇、氢气、天然气、乙炔、甲烷或液化石油气中的一种或多种。

优选的，所述活塞式发动机的气缸的内和/或外表面刻有凹槽或钻有盲孔；所述凹槽的宽度或盲孔的直径为0.001微米到10毫米，深度为0.001微米到10毫米；所述凹槽或盲孔底部是任意形状；所述凹槽或盲孔的排列图案是规则的或不规则的；所述盲孔或凹槽预填充含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料；或者在活塞式发动机工作中，所述盲孔或凹槽被含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料填充；所述凹槽或盲孔中填充的含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料具有提高气缸壁的导热性、润滑性、耐磨性、隔热性、耐高温性和耐热冲击特性的作用中的至少一种。

优选的，所述活塞发动机有火花塞点火系统或没有火花塞点火系统，所述活塞发动机所用燃料中的可燃物包括汽油、柴油、生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、动物油、植物油、乙醇、甲醇、天然气、液化石油气和氢气中的一种或多种。

本发明还提供了一种高效燃料能量转换系统，包括燃料和燃烧装置；所述燃料为上述方案所述的燃料；所述燃烧装置为上述方案所述燃烧装置。

优选的，所述高效燃料能量转换系统还包括和燃烧装置连接的其他能量转换装置；所述其他能量转换装置包括制冷设备、热水锅炉、蒸汽锅炉、工业窑炉、工业烘箱、热电转换装置或蒸汽锅炉推动的发电机中的至少一种。

本发明提供了一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法，在可燃物中添加至少一种碱金属元素和/或至少一种碱土金属元素。发明人经长期研究发现可燃物在燃烧过程中必须有等离子体的形成过程。含碳有机物燃烧的燃烧必须要点火(例如火柴点燃纸片，电子打火机点燃天然气打火，火花塞点燃汽油机气缸中的汽油。)，这些点火的火花就是等离子体。点火火花点燃可燃物后必须有碱金属元素和/或碱土金属元素使得被点燃的可燃物产生更多的等离子体。这些等离子体将继续点燃更多的可燃物，从而使燃烧继续进行直到可燃物燃尽。如果可燃物中或环境中没有碱金属元素和/或碱土金属元素，或者环境温度达不到一定温度，燃烧将不能进行下去。同理，其他种类的可燃物如氢气、硫和磷也需要等离子体引发它们与氧气之间的反应或燃烧。等离子体的形成必须有碱金属和/或碱土金属元素参与。也就是说碱金属和/或碱土金属元素是形成等离子体必须的元素。

基于上述可燃物的燃烧原理，本发明人在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，来促进形成更多的等离子体，从而促进可燃物的燃烧。通过控制燃烧过程中碱金属元素和/或碱土金属元素的量，就可以控制燃烧过程以及燃烧特征(如燃烧过程的颜色、温度分布、燃烧速率、气流速度和方向以及燃烧程度)等。更为重要的是本发明的技术适用于所有种类和形态的可燃物，包括气态，液态和固态。

在燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素与燃烧装置的表面层反应破坏了燃烧装置的表面层产生热量。当燃烧装置的表面层不能被重建，燃烧装置(包括燃烧装置的环境)的温度将不断升高直到燃烧室被熔化。当燃烧装置表面层的破坏和重建达到平衡时，燃烧装置的温度达到恒定并且被加热，同时环境温度也被升高。在燃烧过程中，燃烧装置表面层的破坏和重建与燃烧装置内的碱金属元素和/或碱土金属元素和可燃物和非可燃物的含量和成份和环境温度有关。当燃烧装置中的碱金属元素和/或碱土金属元素的含量较高，燃烧装置的表面层的破坏程度较大和重建速度较快，产生的热量也就较高。

本发明将碱金属元素和/或碱土金属元素添加到可燃物中，在燃烧过程中会在燃烧装置表面形成含碳层。根据需要，通过调整添加到可燃物中的碱金属元素、碱土金属元素的种类和含量，使含碳层具有密封，润滑，导热、隔热，耐磨、耐腐蚀和耐热冲击中至少一种作用。因此，燃烧装置内部的燃烧温度会更高，燃烧速度更快更彻底，燃烧装置的加热速度更快，活塞运动的摩擦阻力更小，叶轮和叶片的耐温更高，燃烧装置输出更大的功率，机械寿命更长，工作噪音将更低，燃烧装置体积更小。

本发明的促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法的另外一个重要技术特征是能更加高效的利用一次燃烧装置的尾气来加热二次燃烧装置。由于可燃物中添加了碱金属元素和/或碱土金属元素，一次燃烧装置的尾气中将含有碱金属元素和/或碱土金属元素。这些碱金属元素和/或碱土金属元素将破坏和重建二次燃烧装置的表面层从而产生热量加热二次燃烧装置。二次燃烧装置包括锅炉、工业窑炉、加热箱或制冷装置。而二次燃烧装置的锅炉将可推动蒸汽轮机，并且蒸汽轮机可以推动发电机。因此可燃物的能量转换效率将进一步得以提高。

综上所述，与现有技术相比，本发明的优点包括但不限于：

(1)本发明提供的方法适合所有种类的可燃物，如碳粉、树脂、聚乙烯塑料、汽油、柴油、生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、植物油、动物油、天然气、液化石油气、煤制气、乙醇、甲醇、甲苯、甲烷、乙炔、乙烷、氢气、硫、磷、或上述可燃物的混合物。本发明提供的方法适合所有种类的燃烧装置如汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机、喷气发动机、火箭发动机、燃气轮机、锅炉、热电转换装置。而现有助燃方法只能适合有限的几种燃料或燃烧装置。

(2)本发明在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，不仅能提高可燃物的燃烧效率，而且还能调整可燃物的燃烧效率、燃烧速率、燃烧特征，从而控制燃烧过程。通过控制燃烧过程可以控制燃烧过程的噪音，震动。现有技术不能对可燃物的上述燃烧过程进行控制。

(3)本发明在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，能在燃烧装置表面形成具有各种功能(如润滑、耐磨、导热、隔热、耐腐蚀、耐高温和耐热冲击等)的含碳层，从而降低燃烧过程的噪音、提高燃烧温度、提高输出功率、延长燃烧装置的工作寿命。并且由于含碳层具有润滑、耐磨、隔热等作用，对于汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机等也可以省略发动机的液体冷却系统，简化了发动机的结构。现有技术不能在燃烧装置表面形成具有各种功能的含碳层，无法显著提高装置的动力输出，不能延长装置的使用寿命，更不能简化发动机结构。

(4)通过在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，提高了燃料的热效率和燃烧速率，能缩小燃烧装置的体积，从而缩小动力机械的体积。如1升气缸的汽油或柴油发动机输出动力相当于现有的2.5升气缸的汽油或柴油发动机，50厘米直径的喷气发动机和火箭发动机产生的推力相当于现有1米直径的发动机的推力，并且节省了燃油，延长了机械寿命。

(5)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能降低燃烧过程中燃烧装置的噪音和震动。现有技术不能对可燃物的燃烧过程中噪音和震动进行控制。

(6)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能极大提高可燃物的燃烧速率和燃烧温度，从而提高燃烧装置的升温速度，同时节省大量燃料，节约燃料量通常在20％-40％。现有技术只能对一种燃料有较小的促进燃烧效果，节约燃料量通常在10％以下。

(7)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能使燃烧装置在高海拔地区、高空、宇宙空间中燃料的点火更加容易，并且提高燃料的燃烧效率、速率和热效率，极大提高燃烧装置的动力输出和极大的节省了燃料。而现有技术无法实现这一技术目的。

(8)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能使燃烧装置包括各种发动机在-250℃～20℃正常点火启动。现有技术无法实现这一技术目的。

(9)本发明在可燃物中添加碱金属和/或碱土金属元素，能提高可再生的燃料如生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、植物油、动物油、植物燃料的燃烧效率和热效率，使它们适合用于多种的燃烧装置如活塞发动机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机。现有技术无法实现这一技术目的。

(10)本发明的促进可燃物燃烧的添加剂无毒、无害、价格很低，并且可循环利用。

(11)使用现有技术的燃烧装置的尾气加热其他的加热装置时的加热效果较差，加热装置的尾气无法利用或不能很好的利用。而本发明通过在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素，使一次燃烧装置的尾气在加热二次燃烧装置的加热装置时能产生更多的热量，从而能进一步提高燃料的燃烧效率和能量转换效率。这些二次加热装置还可以推动各种能量转换设备如蒸汽轮机，并且蒸汽轮机可以推动发电机等。

(12)使用本发明的技术可开发一种使用混合燃料的活塞发动机，这种混合燃料包括柴油、汽油、生物柴油、生物乙醇、生物甲醇、乙醇、甲醇、动物油和植物油，从而充分利用各种燃料和提高燃料的热效率。而现有技术不能实现这种目的。

具体实施方式

本发明提供了一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法，在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素；所述可燃物的物质形态包括气态、液态和固态中的至少一种；所述碱金属元素包括锂、钠、钾、銣、铯和钫中的一种或多种，所述碱土金属元素包括铍、镁、钙、锶、钡和镭中的一种或多种。

在本发明中，所述可燃物包括碳、含碳有机物、氢气、硫和磷中的一种或多种。所述碳优选包括碳粉；所述含碳有机物优选包括树脂、聚乙烯塑料、汽油、柴油、生物柴油、植物油、动物油、生物乙醇、生物甲醇、天然气、航空煤油、液化石油气、煤制气、乙醇、甲醇、甲苯、乙炔、甲烷和乙烷中的一种或多种。

在本发明中，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的形式可以是任何形式，具体优选为原子、离子和等离子体中的至少一种。

在本发明中，所述碱金属元素和/或碱土金属元素以含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形式添加，所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质包括所有含碱金属元素和/或碱土金属元素的单质、合金、化合物和组合物。具体优选以单质、合金、化合物和组合物中的一种或多种的形式添加；所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形态可以是任何形态，优选包括气态、液态或固态。所述化合物或组合物包括所有有机化合物或无机化合物。

在本发明中，所述碱金属元素以单质形式添加时，所述单质优选为锂单质、钠单质、钾单质、銣单质、铯单质和钫单质中的至少一种；所述碱金属元素以合金形式添加时，所述合金可以是任何种类的含有碱金属元素的合金，具体如锂铝合金、钙锂硅合金、锂钙合金合金、钙镁锂合金、铁镍镁锂碳合金、钛锂合金、钛镁锂合金中的至少一种；当所述碱金属元素以化合物形式添加时，所述化合物包括碱金属元素的所有化合物，包括有机化合物、无机化合物，具体例如有机酸盐、无机酸盐、氧化物、碱，更具体如醇盐、酚盐、乙酸盐、草酸盐、柠檬酸盐、盐酸盐、硫酸盐、碳酸盐、铝硅酸盐、磷酸盐和氢氧化物中的一种或多种。需要特别说明的是，这些化合物中的碱金属元素是生成等离子体的必要元素。构成这些化合物的其他离子或组份只能影响生成等离子体需要的温度。在本发明中，选择添加的化合物需要根据燃烧装置种类和可燃物种类决定。例如活塞发动机允许的燃烧温度较低，则添加较多的容易热分解和离子化程度较高的化合物，如乙酸盐，草酸盐、柠檬酸盐或氯化物。而对于允许燃烧温度较高的燃烧装置如燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机，则需要额外添加适量的热分解温度较高和离子化较低的化合物，如磷酸盐，铝硅酸盐、氢氧化物来保证燃烧室内部持续的碱金属元素和/或碱土金属元素供应。

在本发明的具体实施例中，含有碱金属元素的化合物优选为氢氧化钠、氢氧化钾、乙酸锂、乙酸钾和乙酸钠中的至少一种；当所述碱金属元素以混合物的形式添加时，所述混合物优选为乙酸锂和乙酸钾，或乙酸钾和氢氧化钾，或乙酸钠和氢氧化钠，或乙酸钾和氢氧化钠，或乙酸钾和乙酸钠和乙酸锂。碱金属元素也可以与碱土金属元素混合添加，例如氯化镁和氢氧化钾，或氯化镁和氢氧化钠，或氯化镁和乙酸钾，或氯化镁和乙酸钠，或氯化钙和乙酸钾和乙酸锂和乙酸钠。

在本发明中，所述碱土金属元素以单质形式添加时，所述单质优选为铍单质、镁单质、钙单质、锶单质、钡单质和镭单质中的至少一种；所述碱土金属元素以合金形式添加时，所述合金可以是任何种类的含有碱土金属元素的合金，具体如镁铝合金、钙硅合金、锂钙合金、钙镁锂合金、铁钙镁碳、铁镍钙碳合金、钛镁锂合金中的至少一种；当所述碱土金属元素以化合物形式添加时，所述化合物包括所有碱土金属元素的化合物，包括有机化合物、无机化合物和氧化物，具体例如有机酸盐、无机酸盐或碱，更具体例如为醇盐、酚盐、乙酸盐、草酸盐、柠檬酸盐、盐酸盐、硫酸盐、碳酸盐、铝硅酸盐、磷酸盐和氢氧化物中的一种或多种。需要特别说明的是，这些化合物中的碱土金属元素是生成等离子体的必要元素。构成这些化合物的其他离子或组份只能影响生成等离子体需要的温度。选择添加的化合物需要根据燃烧装置种类和可燃物种类决定。添加原则和前面说明的添加碱金属元素的原则相同。在本发明中，所述碱土金属元素优选以碱土金属元素的有机酸盐或无机酸盐或碱的形式添加，具体优选为乙酸盐或盐酸盐；在本发明的具体实施例中，含有碱土金属元素的化合物优选为氯化镁、乙酸镁、氯化钙中的至少一种；当所述碱土金属元素以混合物的形式添加时，所述混合物的例子是氯化镁和乙酸镁；所述碱金属元素和碱土金属元素可以同时添加到可燃物中，如氯化镁和乙酸钾、氯化镁和氢氧化钾、氯化钙和乙酸钾和乙酸锂和乙酸钠。具体的添加的比例根据燃烧装置和可燃物选择。特别需要强调的是添加方式还包括含有碱金属元素和碱土金属元素的合金，具体例如铝镁锂合金、铝钙锂合金、铁镁碳合金、铁镍钙镁碳合金、钛锂合金、钛镁锂合金。这些合金特别适用于燃烧装置的燃烧室及其部件例如缸套、活塞、叶轮和叶片的制造。

在本发明中，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的添加量优选为可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0，更优选为可燃物质量的0.0000000000001wt％～90.9999999999999999wt％，进一步优选为可燃物质量的0.0000001wt％～60wt％。在本发明中，所述碱金属元素和/或碱土金属元素与碳元素相互作用生成新的含碳材料或生成等离子体，从而引发燃烧和使燃烧过程得以继续。同时，碱金属元素和/或碱土金属元素破坏和生成燃烧装置表面的含碳层，从而产生热量和加热燃烧装置，进一步促进了等离子体的形成。也就说等离子体形成和燃烧装置的被加热是相互促进的，直到燃烧装置的含碳层的破坏和生成达到平衡，燃烧装置的温度也达到平衡。

在本发明中，所述燃烧装置优选包括一次燃烧装置和利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置中的一种或多种；所述一次燃烧装置优选包括汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机、喷气发动机、火箭发动机、燃气轮机、锅炉和热电转换装置中的一种或多种；所述利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置包括锅炉、工业窑炉、制冷装置、热电转换装置或冷热转换装置。所述锅炉包括蒸汽锅炉或热水锅炉；在本发明中，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的添加能够使燃烧装置的表面层被不断的破坏和生成从而产生热并加热燃烧装置。尤其重要的是一次燃烧装置的废气中含有高浓度碱金属元素和/或碱土金属元素和很低的含碳有机物浓度。这种尾气更容易破坏二次燃烧装置的含碳层产生等离子体从而加热燃烧装置，进一步提高燃料的热效率或能量转换效率。

在本发明中，添加碱金属元素和/或碱土金属元素的可燃物在燃烧过程中在燃烧装置表面生成含碳层，所述含碳层中含有碱金属元素和/或碱土金属元素；所述含碳层的厚度为0.1纳米～1毫米；所述含碳层的表面可以是任何结构和宏观形貌；所述含碳层具有润滑、耐磨、密封、导热、隔热、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀和修复燃烧装置表面缺陷作用中的至少一种。

在本发明中，将碱金属元素和/或碱土金属元素添加到可燃物中的方法优选包括方法一、方法二、方法三和方法四中的至少一种。

在本发明中，所述方法一包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质经搅拌、球磨或粉碎后加入可燃物中，或者将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质与非可燃物混合后添加到可燃物中。所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质包括上述方案所述的单质、合金、化合物和组合物中的一种或多种，后续不再赘述。所述搅拌的温度优选为0～500℃，更优选为50～450℃，或优选低于-100℃；例如对于低温液体如液氧、液氢、液化天然气和液态甲烷等需要在低温下通常是低于-100℃下搅拌混合。本发明对球磨或粉碎的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。所述方法一适用于任何物质形态的可燃物。

在本发明中，所述方法二包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解到可燃物中。本发明对所述溶解的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可；所述方法二适用于除气态外其他物质形态的可燃物。

在本发明中，所述方法三包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解在溶剂中，得到溶液或悬浊液；将所述溶液或悬浊液加入可燃物中。所述溶剂优选包括无机溶剂或有机溶剂中的至少一种；所述无机溶剂优选为水和有机酸溶液；所述有机溶剂优选为甲酸、醇类、芳香烃类、脂肪烃类、脂环烃类和卤化烃类有机溶剂中的至少一种；在本发明的具体实施例中，所述有机溶剂为乙醇。

在本发明中，所述方法四包括：将燃烧装置的燃烧室及其部件、燃烧室内部的润滑材料、燃料和助燃物质的容器、过滤器和输送管路采用含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料制造；所述含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料包括橡胶、聚合物基复合材料、金属和合金中的一种或多种。当可燃物和/或助燃物与这些材料接触将与碱金属、碱土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物、金属或合金反应，生成包含有碱金属元素和/或碱土金属元素的化合物而混合到可燃物和/或助燃物质中。所述燃烧装置及其部件包括燃烧室、活塞、连杆、转子和叶片。合金中的碱金属元素和/或碱土金属元素的含量优选为0.0000000001wt％～99.99wt％。

本发明还提供了一种能提高燃烧装置的动力输出和使用寿命的燃料，包括可燃物以及碱金属元素和/或碱土金属元素；所述碱金属元素和/或碱土金属元素的质量为所述可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0，优选为可燃物质量的0.0000000000001wt％～90.9999999999999999wt％，进一步优选为可燃物质量的0.0000001wt％～80wt％。所述碱金属元素和/或碱土金属元素的添加形式和上述方案相同，在此不再赘述。

本发明还提供了一种活塞式发动机，所述活塞式发动机不包括液体冷却系统；所述活塞式发动机使用的燃料为上述方案所述的燃料；所述燃料中的可燃物包括汽油、柴油、生物柴油、植物油、动物油、生物乙醇、生物甲醇、植物油、动物油、乙醇、甲醇、氢气、天然气、乙炔、甲烷或液化石油气中的一种或多种。

在本发明中，所述活塞式发动机的气缸的内和/或外表面刻有凹槽或钻有盲孔。所述凹槽的宽度或盲孔的直径优选为0.001微米到10毫米，更优选为0.5微米到10毫米，深度优选为0.001微米到10毫米，更优选为0.5微米到10毫米；所述凹槽或盲孔底部是任意形状，所述凹槽的和盲孔的排列图案是规则的或不规则的；所述凹槽或盲孔预填充含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料，或者在活塞式发动机工作中，所述凹槽和/或盲孔被含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料(即上文所述含碳层)填充；所述凹槽或盲孔中填充的含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料具有提高气缸壁的导热性、润滑性、耐磨性、耐高温性和耐热冲击特性的作用中的至少一种。

在本发明中，所述活塞发动机有火花塞点火系统或没有火花塞点火系统，所述活塞发动机所用燃料中的可燃物优选包括汽油、柴油、生物乙醇、生物甲醇、植物油、动物油、乙醇、甲醇、天然气、液化石油气和氢气中的一种或多种。

本发明还提供了一种高效燃料能量转换系统，包括燃烧装置和燃料；所述燃料为上述方案所述的燃料；所述燃烧装置可以是任何燃烧装置，优选包括一次燃烧装置和二次燃烧装置中的一种或多种。一次燃烧装置和二次燃烧装置的种类在此不再赘述。在本发明的具体实施例中，所述燃烧装置可以为热电转换装置、发动机或利用发动机尾气加热的加热装置；所述发动机优选包括汽油机、柴油机、燃气活塞发动机、喷气机或燃气轮机；所述利用发动机尾气加热的加热装置优选包括锅炉、工业窑炉、空气加热箱、烤箱或制冷设备；所述锅炉包括蒸汽锅炉或热水锅炉；所述发动机推动的装置包括发电机、车辆、船舶或火车。所述蒸汽锅炉推动汽轮机并且汽轮机推动发电机；所述加热装置利用碱金属元素和/或碱土金属元素破坏和形成加热装置的表面层产生的热量加热。

在本发明中，所述高效燃料能量转换系统优选还包括和燃烧装置连接的其他能量转换装置。所述其他能量转换装置优选包括制冷设备、热水锅炉、蒸汽锅炉、工业窑炉、工业烘箱、热电转换装置或蒸汽锅炉推动的发电机中的至少一种。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将2克二水乙酸锂添加到500毫升无水乙醇中，搅拌至乙酸锂完全溶解，得到乙酸锂乙醇溶液。量取100毫升乙酸锂乙醇溶液注入汽车油箱中，然后向汽车油箱中注入25升92号汽油。经过测试，汽车的百公里油耗从12升降低到10升。由于燃烧过程中有更多的等离子体生成，燃烧更为迅速。并且在气缸表面生成了具有润滑和密封作用的含碳层，发动机动力增加，燃料消耗降低了17％，发动机噪音降低。(测试条件：汽车的发动机是2.5升自然吸气，行驶距离约13.3万公里，2010年出厂。汽车在城市道路行驶，每天行驶次数6次，行驶距离平均约5公里，平均车速约25公里/小时)。

实施例2

将5克六水氯化镁溶解到500毫升乙醇中，得到氯化镁乙醇溶液。取100毫升氯化镁乙醇溶液注入到汽车油箱中，然后加入25升92号汽油。经过测试，百公里汽车油耗从12升降低至10升，节省汽油20％。测试条件同实施例1。

实施例3

将5克乙酸钾溶解到500毫升乙醇中，得到乙酸钾乙醇溶液。取100毫升乙酸钾乙醇溶液注入到汽车油箱中，然后加入25升92号汽油。经过测试，百公里油耗由12升降低至9.3升，燃料消耗降低了22.5％。测试条件同实施1.

实施例4

(1)将2克氢氧化钠溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

(2)将5克氢氧化钾溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

(3)将5克无水乙酸钾溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

(4)将2克无水乙酸钠溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

(5)将5克六水氯化镁溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

(6)将2克二水乙酸锂溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

(7)将2克四水乙酸镁溶于500毫升乙醇中制备成溶液。

取一定量的上述溶液添加到10升汽油中，具体添加情况见表1。然后驾驶实施例1所述的汽车在市区高架路用平均速度为58公里/小时行驶，直到10升汽油耗尽。汽车的行驶的距离，油耗和燃油节约率见表1。当汽油中未添加碱金属元素和/或碱土元素时，汽车的油耗是11.5升/100公里(30公里/小时)8.5升/100公里(58公里/小时)，8.3升/100公里(90公里/小时)。车辆行驶过程中，冷却液的冷却风扇不转动。需要特别说明的是在本实施例中，每次车辆行驶不能用完汽油。油箱中还剩约3升汽油。因此，每次测试不可避免的有剩余的汽油和新添加的汽油混合，结果是油箱中各种化合物的含量并不是下表所列添加的化合物含量。这样的结果也表明本发明的助燃技术具有很强的实用性。

表1添加不同溶液后汽车的行驶的距离，油耗和燃油节约率

实施例5

为了验证本发明的促进可燃物燃烧的应用领域。一组实验是将实施例5中80毫升乙酸钠溶液加到油箱中，然后将1升乙醇、1升甲醇和8升汽油加到油箱中，之后进行行驶实验。另一组实验是将实施例5中的40毫升乙酸钾溶液加到油箱中，然后将3升乙醇和7升汽油添加到油箱中，之后进行行驶实验。再一组实验是将实施例5中的20毫升乙酸钾溶液和20毫升乙酸钠溶液加到油箱中，然后将3升甲醇和7升汽油添加到油箱中，之后进行行驶实验。实验结果如表2所示。测试结果表明，乙醇和汽油，乙醇和甲醇和汽油、和乙醇和甲醇的混合燃料的热效率与全汽油的燃料的热效率比较没有非常明显的降低。研究结果证明本发明的促进燃烧的技术适用多种可燃物。

表2、汽油和乙醇和甲醇混合燃料的行驶实验结果

实施例6

将白色打印纸浸到实施例5的醋酸钾溶液中，然后太阳光下干燥两小时。分别裁剪一小块没有浸润醋酸钾溶液和浸润过醋酸钾溶液的打印纸。然后将电炉上面的不锈钢圆片(厚度4毫米)的温度分别调到150℃、170℃和203℃。然后将小块打印纸放在电炉上的不锈钢圆片上测试打印纸的起燃时间。测试结果如表3所示。结果清晰表面醋酸钾能促进打印纸的燃烧(出现明火)。

另外，是将不规则颗粒长度约2-3毫米的椰壳活性碳浸入实施例5的醋酸钠溶液，然后捞出晾干。将电炉上的不锈钢圆片的表面温度调为约300℃，然后分别将浸涂有乙酸钠的活性碳颗粒和没有涂有乙酸钠的活性碳颗粒放在不锈钢圆片上测试它们的起燃时间。测试结果是浸涂有乙酸钠的活性碳的起燃时间是3秒，没有浸涂乙酸钠的活性碳的起燃时间是32秒。很显然乙酸钠促进了活性碳的燃烧(出现明火)。研究结果表明，本发明揭露的促进燃烧的技术适用多种可燃物。

表3涂过和未涂过醋酸钾的白色打印纸在不同温度下的起燃时间

测试的样品	150℃时起燃时间	170℃时起燃时间	203℃时起燃时间
				未涂乙酸钾的打印纸	60秒内未燃烧	60秒内未燃烧	11秒
涂有乙酸钾的打印纸	60秒内未燃烧	60秒内未燃烧	3秒

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种促进可燃物燃烧并提高燃烧装置动力输出和使用寿命的方法，其特征在于，在可燃物中添加碱金属元素和/或碱土金属元素；所述可燃物的物质形态包括气态、液态和固态中的至少一种；所述可燃物包括碳、含碳有机物、氢气、硫和磷中的一种或多种；所述碱金属元素包括锂、钠、钾、銣、铯和钫中的一种或多种，所述碱土金属元素包括铍、镁、钙、锶、钡和镭中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的形式为原子、离子和等离子体中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱金属元素和/或碱土金属元素以含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形式添加，所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质包括所有含碱金属元素和/或碱土金属元素的单质、合金、化合物和组合物中的一种或多种，并且所述含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质的形态包括气态、液态或固态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱金属元素和/或碱土金属元素的添加量为可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，将碱金属元素和/或碱土金属元素添加到可燃物中的方法包括方法一、方法二、方法三和方法四中的至少一种；

所述方法一包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质经搅拌、球磨或粉碎后加入可燃物中，或者将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质与非可燃物混合后添加到可燃物中；

所述方法二包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解到可燃物中；

所述方法三包括：将含碱金属元素和/或碱土金属元素的物质溶解在溶剂中，得到溶液或悬浊液；将所述溶液或悬浊液加入可燃物中；

所述方法四包括：燃烧装置的燃烧室及其部件、燃烧室内部的润滑油、燃料和助燃物质的容器、输送管路和过滤材料采用含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料制造；所述燃烧室及其部件包括燃烧室和燃烧室内的活塞、活塞连杆、转子和叶片；所述含有碱金属元素和/或碱土金属元素的材料包括橡胶、聚合物基复合材料、金属和合金中的一种或多种；所述合金中碱金属元素和/或碱土金属元素的含量为0.00000000001wt％～99.99wt％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧装置包括一次燃烧装置和利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置中的一种或多种；所述一次燃烧装置包括汽油发动机、柴油发动机、燃气活塞发动机、喷气发动机、火箭发动机、燃气轮机、锅炉和热电转换装置中的一种或多种；所述利用一次燃烧装置的尾气加热的二次燃烧装置包括锅炉、工业窑炉、热电转换装置、制冷装置或热冷转换装置；

在燃烧过程中，碱金属元素和/或碱土金属元素与可燃物反应在燃烧装置表面生成含碳层，所述含碳层中含有碱金属元素和/或碱土金属元素；所述含碳层的厚度为0.1纳米～1毫米；所述含碳层是任何结构和宏观形貌；所述含碳层具有润滑、密封、导热、隔热、耐高温、耐磨、耐腐蚀或修复燃烧装置表面缺陷的作用中的至少一种。

7.一种能提高燃烧装置的动力输出和使用寿命的燃料，其特征在于，包括可燃物以及碱金属元素和/或碱土金属元素；所述碱金属元素和/或碱土金属元素的质量为所述可燃物质量的0wt％～90.9999999999999999wt％，且不为0。

8.一种活塞式发动机，其特征在于，所述活塞式发动机不包括液体冷却系统；所述活塞式发动机使用的燃料为权利要求7所述的燃料；所述燃料中的可燃物包括汽油、柴油、生物柴油、植物油、动物油、生物乙醇、生物甲醇、乙醇、甲醇、氢气、天然气、乙炔、甲烷或液化石油气中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的活塞式发动机，其特征在于，所述活塞式发动机的气缸的内和/或外表面刻有凹槽或钻有盲孔；所述凹槽的宽度或盲孔的直径为0.001微米到10毫米，深度为0.001微米到10毫米；所述凹槽或盲孔底部是任意形状；所述凹槽或盲孔的排列图案是规则的或不规则的；所述盲孔或凹槽预填充含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料；或者在活塞式发动机工作中，所述盲孔或凹槽被含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料填充；所述凹槽或盲孔中填充的含有碱金属元素和/或碱土金属元素的碳材料具有提高气缸壁的导热性、润滑性、耐磨性、隔热性、耐高温性和耐热冲击特性的作用中的至少一种。

10.根据权利要求8所述活塞发动机，其特征在于，所述活塞发动机有火花塞点火系统或没有火花塞点火系统。

11.一种高效燃料能量转换系统，其特征在于，包括燃料和燃烧装置；所述燃料为权利要求7所述的燃料；所述燃烧装置为权利要求6中所述燃烧装置。

12.根据权利要求11所述的高效燃料能量转换系统，其特征在于，还包括和燃烧装置连接的其他能量转换装置；所述其他能量转换装置包括制冷设备、热水锅炉、蒸汽锅炉、工业窑炉、工业烘箱、热电转换装置或蒸汽锅炉推动的发电机中的至少一种。