TWI425141B - 以活性金屬線的氧化熱推進的系統及方法 - Google Patents

Description

以活性金屬線的氧化熱推進的系統及方法

本發明是有關於一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統及方法。

過去30年全球氣候變遷明顯，全球平均溫度上升速率約過去一百年的三倍，因此因應全球暖化，成為先進國家的重要課題。

活塞式引擎將燃料轉為動力，百餘年來已被廣泛的應用於發電機、牽引機、汽車、卡車及輪船等，由於汽油、柴油等爆炸燃燒推動活塞的同時，產生水及有害氣體CO₂ 、CO、NO_x 、SO_x ，其中CO₂ 更是氣候暖化重要元兇，因此如何改變動力減少CO₂ 排放，引發了許多發展方向，包括燃氫引擎、生質燃料引擎、電池推進的電動車或複合動力車、高壓空氣推進的氣動車、太陽能推進的電動車等。

傳統上以含金屬固態燃料做為動力的應用或研究已主要用於航太運輸工具之火箭推進器及飛彈的推進器等。鋁粉因為重量輕，價格便宜，燃燒氧化熱高，因此，比較其他活性金屬，鋁粉較適合做為固態燃料的成份。

在引擎動力的技術方面，美國專利3,771,313揭露一種將含活性金屬顆粒的燃料預熱至一溫度使活性金屬顆粒呈熔融狀，而後利用熔融鋁噴霧器將鋁熔湯噴成液滴，另設水噴霧器，使高溫蒸汽與該燃料接觸而產生氧化反應。反應所釋放出的熱量產生大量高溫高壓蒸汽做為動力來源，推動活塞。

美國專利公開號2007/0056210揭露一種固態燃料動力系統。該固態燃料動力系統包括一汽缸，一設於該汽缸內的活塞，一設於該汽缸的熔融金屬噴嘴，一設於該汽缸的水汽噴嘴，一設於該汽缸的進氣閥，及一設於該汽缸的排氣閥。藉此，使噴入汽缸中的熔融金屬與水汽接觸而起氧化作用以產生熱能。

上述作為引擎動力的習知技術均需要金屬粉末或顆粒、金屬粉末或顆粒的輸送裝置、熔融加熱裝置及噴霧裝置，使得該等固態燃料動力系統變的較複雜、難處理及昂貴。

因此，本發明之目的，即在提供一種不需要使用傳統所須的金屬粉末或顆粒輸送裝置、熔融加熱裝置及噴霧裝置的固態燃料動力系統。

於是，本發明一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統，包含：一汽缸，具有一汽缸本體，一進氣閥及一排氣閥，該汽缸本體界定出一燃燒室，該進氣閥用以在汽缸吸氣階段時將外部空氣引入燃燒室內，該排氣閥用以在汽缸排氣階段時使廢氣排出燃燒室；一活塞，設於該汽缸本體內；一電弧發生裝置，具有穿入該汽缸本體內的一第一電極與一第二電極，該第一電極與第二電極之間存在一足以產生電弧的小間隙；一第一活性金屬線供應器，供應一第一活性金屬線，並將第一活性金屬線餵入該燃燒室內作為該第一電極；以及一電源供應器，電連接至該第一電極與該第二電極，藉此，使該第一電極與該第二電極共同產生電弧而將該第一活性金屬線的線頭汽化產生金屬氣體，該金屬氣體立即與燃燒室內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該活塞。

又，本發明一種以活性金屬線的氧化熱推進的方法包含下列步驟：將一第一活性金屬線餵入一汽缸的燃燒室內做為一第一電極；將一第二電極置入該汽缸的燃燒室內，藉此使該第二電極與該第一電極共同形成一電弧發生裝置；將一外部空氣引入該汽缸的燃燒室內；以及施加一電壓於該電弧發生裝置，以在該第一電極與第二電極間產生電弧而將該活性金屬線的線頭汽化生成金屬氣體，使得該金屬氣體立即與燃燒室內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該汽缸內的活塞。

本發明之功效在於：利用電壓使該第一電極與第二電極產生電弧，進而使活性金屬線的線頭氣化產生金屬氣體以做為氧化所需的燃料，如此可以排除習知所使用的金屬粉末、金屬粉末熔融加熱裝置及噴霧裝置，另外，以活性金屬線做為原料可以使用簡單的輸送裝置如滾輪與馬達的組合即可達成餵入汽缸內的效果，因此，可以排除習知所使用之較為複雜結構的粉末輸送裝置。

【實施方式一】

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明之一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統的一較佳實施例包含：一汽缸2，具有一汽缸本體21，一設於該汽缸本體21的進氣閥22，一設於該汽缸本體21的排氣閥23，以及一設於該汽缸本體21的電極連接座27，該汽缸本體21界定出一燃燒室210，該進氣閥22用以在汽缸2吸氣階段時將外部空氣引入燃燒室內210，該排氣閥23用以在汽缸2排氣階段時使廢氣排出燃燒室210；一活塞24，設於該汽缸本體21內；一電弧發生裝置6，具有穿入該汽缸本體21內的一第一電極61與一第二電極62，該第一電極61與第二電極62之間存在一足以產生電弧的小間隙；一連接該活塞24的曲柄26；一第一金屬線供應器4，供應一第一活性金屬線411，並將第一活性金屬線411餵入該燃燒室210內作為該第一電極61，該第一金屬線供應器4具有一用以捲繞該第一活性金屬線411之金屬線捲線輪41與一活性金屬線驅動單元42，該金屬線驅動單元42可將第一活性金屬線411餵入該燃燒室210；以及一電源供應器5，電連接至該第一電極61與該第二電極62，藉此，使該第一電極61與該第二電極62共同產生電弧而將該活性金屬線411的線頭4115汽化產生金屬氣體，該金屬氣體立即與燃燒室210內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該活塞24。在本較佳實施例中，該汽缸2可根據傳統的活塞式一缸或多缸引擎做為基礎而設計。

在本實施例中，該第二電極62為一固設於該汽缸本體21的該電極連接座27上且穿入該汽缸本體21內的耐火金屬條。該第一電極61與該第二電極62分別電連接至該電源供應器5的正極與負極。

較佳下，該耐火金屬條的材料是選自鉿、鈮、鉬、鋨、鉭、錸、鎢及其等的耐火合金(如鎢銅及鎢銀合金)。更佳下，該耐火金屬條的材料是鎢。

較佳下，該第一活性金屬線411的材料是選自鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金(如304不鏽鋼及鋁-矽合金)。更佳下，該第一活性金屬線411的材料是鋁。

較佳下，該金屬線驅動單元42包括一驅動馬達421，一對相配合之驅動滾輪422，及一對相配合之輔助滾輪423。該等驅動滾輪422受該驅動馬達421驅動而旋轉並夾緊該第一活性金屬線411以驅動該第一活性金屬線411前進。該等輔助滾輪423用以輔助該等驅動滾輪422使該第一活性金屬線411可以順利餵入該燃燒室210。較佳下，該驅動馬達421為一步進馬達，以準確控制該第一活性金屬線411的進料長度。該驅動馬達421可藉由一齒輪組合424與該驅動滾輪422結合。該驅動馬達421，該驅動滾輪422及該輔助滾輪423均為熟知的技術的裝置，因此，不在此詳細描述其結構。

【實施方式二】

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，本發明之一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統的一第二較佳實施例。第二較佳實施例與第一較佳實施例不同之處在於：該第二電極62是由一第二活性金屬線711所構成，該第二活性金屬線711是藉由一第二金屬線供應器8所供應且被餵入該汽缸2的燃燒室210內。該第二金屬線供應器8的構造與該第一金屬線供應器4相同。該第二活性金屬線711的材料是選自鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金(如304不鏽鋼及鋁-矽合金)。更佳下，該第二活性金屬線711的材料是鋁。藉此，該第一電極61與該第二電極62產生電弧時，該第一活性金屬線411的線頭4115與該第二活性金屬線711的線頭7115同時氣化產生金屬氣體而與燃燒室210內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該活塞24。

如圖3並結合圖1或2所示，本發明一種使用上述的系統以活性金屬線411的氧化熱推進的方法包含下列步驟：將一第一活性金屬線411適量前進餵入該汽缸2的燃燒室210內做為一第一電極61；將一第二電極62置入該汽缸2的燃燒室210內，藉此使該第二電極62與該第一電極61共同形成一電弧發生裝置6；吸氣階段：將一外部空氣引入該汽缸2的燃燒室210內；壓縮階段：由活塞將吸入的空氣壓縮使體積變小，壓力增加；爆炸燃燒及膨脹階段：施加一電壓於該電弧發生裝置6，以在該第一電極61與第二電極62間產生電弧而將該第一活性金屬線411的線頭4115汽化生成金屬氣體，使得該金屬氣體立即與燃燒室210內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該汽缸2內的活塞24；以及排氣階段：由活塞24將該汽缸2的燃燒室210內氧化反應所產生的廢氣排出燃燒室210外，經由排氣管(未顯示)以及過濾器(未顯示)過濾該排出的廢氣並收集廢氣中的氧化金屬粉粒。如此週而復始，活塞24動力經由曲柄26帶動曲柄軸而旋轉。如上述之第一與第二較佳實施例所描述的，該第二電極62可由固設於該汽缸本體21的耐火金屬條或是由被餵入該汽缸2的燃燒室210之第二活性金屬線711所構成。

本發明之一項優點是可以使用傳統的活塞式引擎為基礎，以活性金屬線411如鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金(如304不鏽鋼及鋁-矽合金)的高氧化熱來替代汽油，其燃燒爆炸後的產物為氧化物，不會產生有毒氣體或溫室氣體的發生。而其所產生的氧化物可經由過濾及收集系統回收，做為副產品的原料或返回提煉廠還原為金屬態。

本發明利用電壓在活性金屬線的線頭上產生電弧作用使活性金屬線的線頭氣化產生金屬氣體做為氧化所需的燃料，如此可以排除習知所使用的金屬粉末或顆粒、金屬粉末熔融加熱裝置，另外，以活性金屬線做為原料可以使用簡單的輸送裝置如滾輪與馬達的組合即可達成餵入汽缸內的效果，因此，可以排除習知所使用之較為複雜結構的粉末輸送裝置。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．汽缸

21．．．汽缸本體

210．．．燃燒室

22．．．進氣閥

23．．．排氣閥

24．．．活塞

26．．．曲柄

27．．．電極連接座

4．．．第一金屬線供應器

41．．．金屬線捲線輪

411．．．第一活性金屬線

4115．．．第一活性金屬線線頭

42．．．金屬線驅動單元

421．．．驅動馬達

422．．．驅動滾輪

423．．．輔助滾輪

424．．．齒輪組合

5．．．電源供應器

6．．．電弧發生裝置

61．．．第一電極

62．．．第二電極

711．．．第二活性金屬線

7115．．．第二活性金屬線線頭

8．．．第二金屬線供應器

圖1是實施方式一示意圖，說明本發明一第一較佳實施例的一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統的結構；

圖2是實施方式二示意圖，說明本發明一第二較佳實施例的一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統的結構；以及

圖3是一流程圖，說明本發明一較佳實施例的一種以活性金屬線的氧化熱推進的方法及步驟。

2．．．汽缸

21．．．汽缸本體

210．．．燃燒室

22．．．進氣閥

23．．．排氣閥

24．．．活塞

26．．．曲柄

27．．．電極連接座

4．．．第一金屬線供應器

41．．．金屬線捲線輪

411．．．第一活性金屬線

4115．．．第一活性金屬線線頭

42．．．金屬線驅動單元

421．．．驅動馬達

422．．．驅動滾輪

423．．．輔助滾輪

424．．．齒輪組合

5．．．電源供應器

6．．．電弧發生裝置

61．．．第一電極

62．．．第二電極

Claims (17)

1. 一種以活性金屬線的氧化熱推進的系統，包含：一汽缸，具有一汽缸本體，一進氣閥及一排氣閥，該汽缸本體界定出一燃燒室，該進氣閥用以在汽缸吸氣階段時將外部空氣引入燃燒室內，該排氣閥用以在汽缸排氣階段時使廢氣排出燃燒室；一活塞，設於該汽缸本體內；一電弧發生裝置，具有穿入該汽缸本體內的一第一電極與一第二電極，該第一電極與第二電極之間存在一足以產生電弧的小間隙；一第一活性金屬線供應器，供應一第一活性金屬線，並將第一活性金屬線餵入該燃燒室內作為該第一電極；以及一電源供應器，電連接至該第一電極與該第二電極，藉此，使該第一電極與該第二電極共同產生電弧而將該第一活性金屬線的線頭汽化產生金屬氣體，該金屬氣體立即與燃燒室內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該活塞。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該第二電極為一固設於該汽缸本體的耐火金屬條。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之系統，其中，該耐火金屬條的材料為選自鉿、鈮、鉬、鋨、鉭、錸、鎢及其等的耐火合金。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一第二活性金屬線供應器，供應一第二活性金屬線並將該第二活性金屬線餵入該燃燒室內作為該第二電極。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該第一活性金屬線的材料是選自鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金。
6. 依據申請專利範圍第4項所述之系統，其中，該第二活性金屬線的材料是選自鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該第一金屬線供應器具有一用以捲繞該第一活性金屬線的金屬線捲線輪與一金屬線驅動單元，該金屬線驅動單元包括一驅動馬達及一對相配合之驅動滾輪，該等驅動滾輪受該驅動馬達驅動而旋轉並夾緊該第一活性金屬線以驅動該第一活性金屬線前進。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之系統，其中，該驅動馬達為一步進馬達。
9. 一種以活性金屬線的氧化熱推進的方法，包含：將一第一活性金屬線餵入一汽缸的燃燒室內做為一第一電極；將一第二電極置入該汽缸的燃燒室內，藉此使該第二電極與該第一電極共同形成一電弧發生裝置；將一外部空氣引入該汽缸的燃燒室內；以及施加一電壓於該電弧發生裝置，以在該第一電極與第二電極間產生電弧而將該活性金屬線的線頭汽化生成金屬氣體，使得該金屬氣體立即與燃燒室內的空氣進行氧化反應而產生熱能以推動該汽缸內的活塞。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該第二電極是由一固設於該汽缸且穿入燃燒室的耐火金屬條所構成。
11. 依據申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該耐火金屬條的材料為選自鉿、鈮、鉬、鋨、鉭、錸、鎢及其等的耐火合金。
12. 依據申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該第二電極是由一第二活性金屬線所構成，該第二活性金屬線是以一金屬線供應器被餵入該汽缸的燃燒室內。
13. 依據申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該第一活性金屬線的材料是選自鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金。
14. 依據申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該第一活性金屬線的材料是鋁。
15. 依據申請專利範圍第12項所述之方法，該第二活性金屬線的材料是選自鋁、鎂、鈣、鈦、鋯、鐵、鉻及其等的合金。
16. 依據申請專利範圍第15項所述之方法，其中，該第二活性金屬線的材料是鋁。
17. 依據申請專利範圍第9項所述之方法，更包含：將該汽缸的燃燒室內氧化反應所產生的廢氣排出燃燒室外；以及過濾該排出的廢氣並收集廢氣中的氧化金屬粉粒。