利用金屬放熱反應產生能量的方法
2023-12-08 08:51:21 1
專利名稱:利用金屬放熱反應產生能量的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用金屬放熱反應產生能量的方法，它改進了本發明人的美國專利6,237,340B1「物體熱膨脹能量重複利用的方法」中權利要求
2所述的金屬燃料推進體的原理。
具體地說，本發明是關於一種利用金屬放熱反應產生能量的方法，其包括如下步驟主要含水的氧化劑與主要含輕金屬的可燃性物質反應產生氫氣；反應產生的氫氣與硝酸、硫酸、氯的過氧化物、金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽、金屬硫酸鹽和過氧化氫反應，產生水和熱量；連續重複上述兩個步驟，利用所產生的水逐漸提高爆炸力；本發明還涉及一種利用所產生能量(爆炸力)的方法。
背景技術：
一般來說，放熱反應可以用作火箭的推進能量。例如，常規的火箭推進能量是通過爆炸獲得的，它來自爆炸能量的源物質如液氧、過氧化氫、液氫、氨、可燃氣體、石油燃料、炸藥、火藥等與非金屬物質和有機物質的反應。
但是，如上所述的現有技術有一些缺點，其爆炸能量的源物質價格昂貴，體積大，重量大。
發明內容
因此，本發明的一個目的就是避免現有技術的缺點，並提供一種利用金屬放熱反應產生能量的方法，包括如下步驟主要含水的氧化劑與主要含輕金屬的可燃性物質反應產生氫氣；反應產生的氫氣與硝酸、氯的過氧化物、硫酸、金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽、金屬硫酸鹽和過氧化氫反應產生能量。該法利用輕質、廉價的物質提供能量。
本發明的另一個目的是，提供一種利用廉價金屬的放熱反應經濟地產生能量的方法，這種能量可用於爆破建築物或巖床，而不會產生巨大的爆炸噪音或飛散的碎屑。
具體實施方式
藉助以下實施例可以更好地理解本發明，但這些實施例只是為了說明本發明，而不是對本發明的限制。
實施例1硝酸鈉(NaNO3)或硝酸鎂(Mg(NO3)2)和水(H2O)，與鈉(Na)進行連鎖反應。這些反應可以由下列反應式1a、1b、1c表達，其中金屬元素(Na)作為可燃性物質，而硝酸鈉或硝酸鎂和水起氧化劑的作用。反應式1a(分步反應式) 反應式1b(合併反應式) 反應式1c(合併反應式) 注rxn表示氧化還原反應實施例2高氯酸鈉(NaClO4)和水(H2O)與鈉(Na)以連鎖反應形式反應。該反應可以用下述反應式2a、2b表達，其中金屬元素(Na)作為可燃性物質，而高氯酸鈉和水起氧化劑的作用。反應式2a(分步反應式) 反應式2b(合併反應式) 實施例3硝酸(HNO3)和水(H2O)與鈉(Na)以連鎖反應形式反應。該反應可以用下述反應式3a、3b表達，其中金屬元素(Na)作為可燃性物質，而硝酸和水起氧化劑的作用。反應式3a(分步反應式) 反應式3b(合併反應式)
實施例4高氯酸(HClO4)和水(H2O)與鈉(Na)以連鎖反應形式反應。該反應可以用下述反應式4a、4b表達，其中金屬元素(Na)作為可燃性物質，而高氯酸和水起氧化劑的作用。反應式4a(分步反應式) 反應式4b(合併反應式) 實施例5硫酸(H2SO4)和水(H2O)與鈉(Na)以連鎖反應形式反應。該反應可以用下述反應式5a、5b表達，其中金屬元素(Na)作為可燃性物質，而硫酸和水起氧化劑的作用。反應式5a(分步反應式) 反應式5b(合併反應式)
實施例6高氯酸(HClO4)和水(H2O)與活性金屬鈉(Na)和非金屬可燃性物質(助劑)以連鎖反應形式反應，非金屬可燃性物質選自氨、可燃性氣體、燃料油和氫氣。該反應可以用下述反應式6a～6g表達，其中活性金屬(Na)作為可燃性物質，而高氯酸和水起氧化劑的作用。反應式6a(合併反應式) 反應式6b(合併反應式) 反應式6c(合併反應式) 反應式6d(合併反應式) 反應式6e(合併反應式) 反應式6f(合併反應式) 反應式6g(合併反應式) 實施例7當金屬粉和金屬鹽粉的混合物在無水的情況下經受熱衝擊而引發連鎖反應時，只產生很少的氣體，但氣相的金屬和金屬鹽產生的壓力卻足以爆破建築物或巖床，而不會帶來巨大的爆炸噪音或飛散的碎屑。該反應可以用下述反應式7a～7e表達。反應式7a 反應式7b 反應式7c 反應式7d 反應式7e 實施例7的特點在於，這種鍵合反應是通過對反應7a～7e增加熱衝擊而連續進行的，從而產生高溫能量。這種高溫能量使某種少量的氣體膨脹並使金屬鹽氣化，因此使產物大大膨脹，但是只有在小的密封空間才能產生極好的膨脹作用，因為膨脹極限低。因此，這些反應可以用於爆破巖床，而不會帶來巨大的爆炸噪音或碎屑飛散，同時對環境和人類的害處低於常規方法。
本發明中所使用的物質
A金屬硝酸鹽硝酸鈉(NaNO3)、硝酸鉀(KNO3)、硝酸鋰(LiNO3)、硝酸鈣(Ca(NO3)2)、硝酸鎂(Mg(NO3)2)、硝酸鋁(Al(NO3)3)、硝酸鋇(Ba(NO3)2)、硝酸鐵(Fe(NO3)3)、硝酸錳(Mn(NO3)2)、硝酸銅(Cu(NO3)2)等等。
B金屬高氯酸鹽高氯酸鉀(KClO4)、高氯酸鈉(NaClO4)、高氯酸鋰(LiClO4)、高氯酸鈣(Ca(ClO4)2)、高氯酸鎂(Mg(ClO4)2)、高氯酸鍶(Sr(ClO4)2)、高氯酸鋇(Ba(ClO4)2)、高氯酸鐵(Fe(ClO4)3)、高氯酸錳(Mn(ClO4)2)、高氯酸銅(Cu(ClO4)2)、高氯酸鋁(Al(ClO4)3)、高氯酸鋅(Zn(ClO4)2)等等。
C金屬氧化物氧化鉀(K2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鋰(Li2O)、氧化鈣(CaO)、氧化銅(CuO)、氧化鎂(MgO)、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化錳(MnO2)、氧化鋅(ZnO)等等。
D金屬硫酸鹽硫酸鉀(K2SO4)、硫酸鈉(Na2SO4)、硫酸鋰(Li2SO4)、硫酸鍶(SrSO4)、硫酸鈣(CaSO4)、硫酸鎂(MgSO4)、硫酸鋇(BaSO4)、硫酸鐵(FeSO4)、硫酸錳(MnSO4)、硫酸銅(CuSO4)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、硫酸鋅(ZnSO4)等等。
E液體氧化劑水(H2O)、過氧化氫(H2O2)、硝酸(HNO3)、高氯酸(HClO4)、硫酸(H2SO4)等等。
F可燃性物質(輕金屬)塊狀或粉末狀反應性金屬，例如鉀(K)、鋰(Li)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鈣(Ca)、鋁(Al)和鉻(Cr)。
G其他助劑可燃非金屬，例如氫氣(H2)、氨(NH3)、燃料油、甲苯、苯、石油、烴類。
在實施例1～5中，氧化劑例如水、過氧化氫、硝酸、高氯酸、硫酸、金屬硝酸鹽、金屬硫酸鹽和金屬高氯酸鹽，是與作為可燃性物質的反應性金屬直接反應的。這些鍵合反應包括A型反應，其中氣體膨脹壓力逐步升高；和B型反應，其中鍵合反應是整體進行的；同時利用供應熱能情況下該物質和水的膨脹壓力提供能量，例如火箭推進力。
在反應式6a～6f中，例如水、過氧化氫、硝酸、硫酸、金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽和金屬硫酸鹽等氧化劑，與反應性金屬和可燃性非金屬反應產生爆炸能。
本發明提供了一種增加能量的方法，即氧化劑例如水、過氧化氫、液體酸、金屬鹽與輕金屬等可燃性物質反覆進行鍵合反應。該法具有經濟價值，因為採用廉價物質如輕金屬和石油作為可燃性物質。
此外，從反應式7可以看出，該法能用於爆破建築物或巖床，而不會帶來巨大的爆炸噪音或碎屑飛散。
本發明已經以實施例方式說明，但應該理解本發明所用的術語只具有說明性質，而不是用於限制本發明。根據上面所述，可對本發明進行許多改進和變化。因此，應該理解在所附權利要求
的範圍內，本發明的實施可以與具體的說明有所不同。
權利要求
1.一種利用金屬的放熱反應產生爆炸能的方法，包括第一個反應過程，在該過程中，基於水的基礎氧化劑與基於輕金屬的可燃性物質反應產生氫氣；第二個反應過程，在該過程中，第一個反應過程所產生的氫氣與氧化劑反應產生水，所述的氧化劑選自硝酸、氯的過氧化物、硫酸、金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽、金屬硫酸鹽、過氧化氫和其混合物；第三個反應過程，在該過程中，第二個反應過程所產生的水與輕金屬元素反應產生氫氣，所述的輕金屬元素選自鉀(K)、鋰(Li)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鈣(Ca)、鋁(Al)、鉻(Cr)和其混合物；第四個反應過程，在該過程中，第三個反應過程所產生的氫氣與氧化劑反應產生氫氣，所述的氧化劑選自硝酸、氯的過氧化物、硫酸、金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽、金屬硫酸鹽、過氧化氫和其混合物；此處所述的第二、第三個反應過程是以反覆和連續方式進行的。
2.按照權利要求
1所述的方法，其中，所述可燃性物質是選自鉀(K)、鋰(Li)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鈣(Ca)、鋁(Al)和鉻(Cr)中的塊狀或粉末狀反應性金屬。
3.按照權利要求
1所述的方法，其中，所述可燃性物質中兼有選自氫氣(H2)、氨(NH3)、燃料油、甲苯、苯、石油和烴類的非金屬物質，與選自鉀(K)、鋰(Li)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鈣(Ca)、鋁(Al)和鉻(Cr)中的反應性金屬。
4.一種利用金屬的放熱反應產生爆炸能的方法，其中，包括至少兩種輕金屬元素的可燃性物質與一種選自水、過氧化氫、金屬硝酸鹽、金屬硫酸鹽、金屬高氯酸鹽、硝酸、硫酸和氯的過氧化物的基礎氧化劑發生氧化反應，所述的氧化劑和可燃性物質的化學計量的數量控制在使氧化在一個階段中進行。
5.一種利用金屬的放熱反應產生約束爆炸能量的方法，其中，通過提供熱衝擊，使一種粉末氧化劑和至少兩種輕金屬元素在一密閉空間中發生連鎖反應，所述的粉末氧化劑選自金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽、金屬氧化物和金屬硫酸鹽，所述的輕金屬元素選自鉀(K)、鋰(Li)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鈣(Ca)、鋁(Al)和鉻(Cr)；藉助所產生的巨大壓力，可用於爆破建築物或巖床，而不會產生巨大的爆炸噪音或碎屑飛散。
專利摘要
本發明公開了一種利用金屬的放熱反應產生能量的方法,包括如下步驟:主要含水的氧化劑與主要含輕金屬的可燃性物質反應,產生氫氣；所產生的氫氣與硝酸、硫酸、氯的過氧化物、金屬硝酸鹽、金屬高氯酸鹽、金屬硫酸鹽和過氧化氫反應生成水和熱量；連續重複上述兩個步驟,同時用水逐步增加爆炸能；本發明還公開了一種利用所產生能量的方法。所述的方法通過氧化劑如水、液體酸和金屬鹽,與主要含輕金屬的可燃性物質反覆反應,可以產生增加的能量；而且由於採用廉價物質如輕金屬和石油作為可燃性物質,其具有很好的經濟的價值。
文檔編號C06B33/04GKCN1422832SQ02118343
公開日2003年6月11日 申請日期2002年4月25日
發明者金昌宣 申請人:金昌宣導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan