一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热一体化装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热一体化装置及使用方法，集燃烧室与换热器于一体，利用电加热熔化部分Li燃料，使之与氧化剂SF6发生反应，释放热量，通过燃烧室胆壁导热将热量传至燃烧室外的环形换热器，加热换热工质，发生热量交换；可应用于水下动力系统的组织方式简单、控制操作方便的Li/SF6燃烧换热方案，系统采用电线圈加热的方式启动燃烧反应，无需设置单独的点火装置，降低了系统点火启动难度，系统运行过程中，输出功率可控，整体结构紧凑，节省空间的同时有利于减轻系统自重。

Preset lithium / six fluoride sulphur combustion heat exchange integrated device and use method

The invention discloses a preset type lithium / six sulfur fluoride combustion integration device and the use method, which integrates the combustor and heat exchanger, and uses electric heating to melt part of the Li fuel to react with the oxidant SF6, release the heat, and pass the heat through the chamber wall to the annular heat exchanger outside the combustor, and add the heat to the annular heat exchanger, which is added to the burning chamber. Heat exchange of heat exchanger, heat exchange, can be applied to the simple organization of the underwater power system and easy to control the Li/SF6 combustion heat transfer scheme. The system uses wire ring heating to start the combustion reaction, without setting a separate ignition device, reducing the difficulty of ignition starting. The output power is controllable, the overall structure is compact, the space is saved, and the weight of the system is also reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热一体化装置及使用方法
本专利技术属于水下航行器动力
，具体涉及一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热一体化装置及使用方法。
技术介绍
基于Li/SF6燃烧反应的热动力装置主要应用于水下航行体的推进系统，例如鱼雷或者水下无人航行器(UUV)。最早开始对Li/SF6热动力推进系统进行研究的是荷兰菲利浦公司，该公司于上世纪60年代通过对多种燃料和氧化剂组合的筛选研究，发现了Li/SF6这种高能量密度燃料组合的优点，并认为这是一种理想的水下动力能源。至80年代，美国从荷兰购买了Li/SF6浸没式燃烧热动力技术专利，投入重金研究，于90年代初将Li/SF6热动力推进系统装备至当时最先进的轻型MK50鱼雷上。随后，美国又在原Li/SF6热动力推进系统的基础上发展了先进型Li/SF6闭式循环热动力推进系统(ADSCEPS)，使得MK50鱼雷航速更高、航距更大、费用更低。美国通用公司和宾州大学对Li/SF6热动力推进系统应用于潜艇做了研究。德国MAN/MWM公司同样从荷兰购得Li/SF6热动力专利，并设计了应用于潜艇的50kW和100kW的Li/SF6热动力系统样机。美国信息联盟航空航天公司设计了采用Li/SF6热动力推进系统的UUV样机。美国艾奥瓦大学对Li/SF6毛细燃烧机理进行了大量研究，并提出燃烧交界面温度预测模型、平板及圆柱毛细现象液态锂流动的半经验求解及非相似求解方法。国内对Li/SF6热动力推进系统的研究起始于二十世纪80年代，主要由中船重工718所参考美国Li/SF6热动力系统相关研究所公布的有限资料做了部分前期调研和研究规划工作，并在“六五”期间进行了以Li/SF6系统为热源的10马力热气机研究。在“七五”至“八五”期间又进行了Li/SF6闭式兰金循环鱼雷热动力的研究，并取得了一定的成果，较好地掌握了Li/SF6热源系统的特点、反应机理及传热特性，在一些关键技术，如Li/SF6锅炉反应器的启动等方面也有了一定进展。总体而言，以往的国内外研究主要是针对Li/SF6浸没式燃烧或者毛细缓慢表面燃烧方式进行。但浸没式反应器一旦启动后，Li燃料迅速燃烧，系统的输出功率难以调控，而毛细燃烧组织方式较为复杂，二者均存在目前难以攻克的弊端。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种应用于动力推进系统中的Li/SF6热动力供应装置，可以安全高效地实现Li/SF6热动力系统的燃烧与换热。一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置，包括燃烧室和换热器；所述燃烧室包括顶盖(1)、内胆(5)、外胆(4)以及电加热线圈(10)；所述内胆(5)用于放置锂燃料，内胆(5)置于外胆(4)内，二者由所述顶盖(1)密封形成密闭空腔；外胆(4)底部设有所述电加热线圈(10)；所述燃烧室外壁面设置有环形罐体(7),从而形成用于盛装换热工质的密封腔体，作为所述换热器；所述顶盖(1)上设置有与内胆(5)联通的六氟化硫入口(13)和与所述换热器联通的换热工质出口(12)；所述燃烧室下部设置有与所述换热器联通的换热工质入口(11)。较佳的，换热工质入口(11)在所述燃烧室下部均匀分布。进一步的，还包括法兰(3)以及分别连接在罐体(7)上部和下部的上盖封头(6)和下盖封头(8)；所述法兰(3)固连在外胆(4)上部的外侧，并与上盖封头(6)固连，所述顶盖(1)与内胆(5)和法兰(3)均通过螺栓相连接，对燃烧室形成密封。进一步的，还包括连接在外胆(4)底部的圆筒形的线圈支架(9)，用于固定电加热线圈(10)。进一步的，所述外胆(4)外侧设置有翅片。较佳的，内胆(5)由黄铜加工而成。进一步的，所述顶盖(1)上设置有泄压阀(14)。一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置的使用方法，包括如下步骤：(1)系统启动前，内胆(5)预先通以氩气进行扫气，并放置按所需功率定量计算的燃料棒；同时，通过所述换热工质入口(11)向所述换热器内注入换热工质；(2)系统启动后，由六氟化硫入口(13)向燃烧室内充入六氟化硫气体，排出氩气，使燃料棒处于富氧环境中；(3)启动电加热电圈(10)，加热外胆(4)底部，从而熔化燃料棒；(4)燃料棒熔化并达到设定温度后，部分燃料与六氟化硫气体发生反应；(5)当燃料与六氟化硫气体进入稳定反应阶段后，电加热线圈(10)停止加热，换热工质在换热器内循环，吸收燃料燃烧所放出的热量，通过调节六氟化硫气体的供给量实现燃烧室输出功率的控制；(6)停止六氟化硫气体供给，运行结束。较佳的，当需要更换燃料时，拆除内胆(5)，更换带有新燃料棒的内胆(5)，并执行(1)-(6)操作步骤。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热一体化装置，集燃烧室与换热器于一体，利用电加热熔化部分Li燃料，使之与氧化剂SF6发生反应，释放热量，通过燃烧室胆壁导热将热量传至燃烧室外的环形换热器，加热换热工质，发生热量交换；可应用于水下动力系统的组织方式简单、控制操作方便的Li/SF6燃烧换热方案，系统采用电线圈加热的方式启动燃烧反应，无需设置单独的点火装置，降低了系统点火启动难度，系统运行过程中，输出功率可控，整体结构紧凑，节省空间的同时有利于减轻系统自重。附图说明图1是预置式Li/SF6燃烧换热一体化装置正视图。图2是预置式Li/SF6燃烧换热一体化装置剖面图。图3是预置式Li/SF6燃烧换热一体化装置俯视图。图4为本专利技术的使用方法流程图。其中，1-顶盖，2-密封垫片，3-上部法兰，4-外胆，5-内胆，6-上盖封头，7-罐体，8-下盖封头，9-线圈支架，10-电加热线圈，11-换热工质入口，12-换热介质出口，13-SF6入口，14-泄压阀。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如图1所示，是预置式Li/SF6燃烧换热室一体化装置正视图，顶部设置有燃烧反应的氧化剂SF6入口13，系统换热介质出口12和保证燃烧室安全运行的泄压阀14，其中，换热介质出口12有三个，设置在底部。如图2和图3所示，燃烧室的内胆5用于预先放置Li燃料棒，并充以少量惰性保护气体氩气，保证金属Li在燃烧前不被氧化。燃烧室底部设置电加热圈10用以加热熔化Li燃料。氧化剂由SF6入口13进入至燃烧室。电加热线圈10由圆桶型线圈支架9固定在燃烧室底部。线圈支架9以镙钉连接方式与装置主体相连。电加热线圈10工作后，加热外胆4底部的壁面结构，通过传导将热量传到内胆5，使部分Li棒融化为熔融态或液态；当Li液达到一定温度后，与SF6气体发生反应，进而带动整个Li棒持续熔化，并推动反应持续进行。当Li/SF6进入稳定反应阶段后，电加热线圈10停止加热，通过调节SF6气体的供给速率实现燃烧室输出功率的控制。系统燃烧的同时，对燃烧室内胆5进行压力监测，当压力达到警界点后，启动泄压阀14，保证系统运行的安全性。系统启动燃烧反应的同时，启动换热器，换热介质由燃烧室底部的换热介质入口11进入外胆5与罐体7形成的环形换热器，吸收热量，具备做功能力后，由换热介质出口12流出换热器，完成燃烧换热流程，进入动力输出系统继续做功。换热介质的流动动力由动力输出系统提供，不在此方案设计之内。为方便罐体7的加工，燃烧换热一体化装置采用分体式设计，除内、外胆和罐体外，在罐体7的上下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置，其特征在于，包括燃烧室和换热器；所述燃烧室包括顶盖(1)、内胆(5)、外胆(4)以及电加热线圈(10)；所述内胆(5)用于放置锂燃料，内胆(5)置于外胆(4)内，二者由所述顶盖(1)密封形成密闭空腔；外胆(4)底部设有所述电加热线圈(10)；所述燃烧室外壁面设置有环形罐体(7),从而形成用于盛装换热工质的密封腔体，作为所述换热器；所述顶盖(1)上设置有与内胆(5)联通的六氟化硫入口(13)和与所述换热器联通的换热工质出口(12)；所述燃烧室下部设置有与所述换热器联通的换热工质入口(11)。

【技术特征摘要】
1.一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置，其特征在于，包括燃烧室和换热器；所述燃烧室包括顶盖(1)、内胆(5)、外胆(4)以及电加热线圈(10)；所述内胆(5)用于放置锂燃料，内胆(5)置于外胆(4)内，二者由所述顶盖(1)密封形成密闭空腔；外胆(4)底部设有所述电加热线圈(10)；所述燃烧室外壁面设置有环形罐体(7),从而形成用于盛装换热工质的密封腔体，作为所述换热器；所述顶盖(1)上设置有与内胆(5)联通的六氟化硫入口(13)和与所述换热器联通的换热工质出口(12)；所述燃烧室下部设置有与所述换热器联通的换热工质入口(11)。2.如权利要求1所述的一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置，其特征在于，换热工质入口(11)在所述燃烧室下部均匀分布。3.如权利要求1所述的一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置，其特征在于，还包括法兰(3)以及分别连接在罐体(7)上部和下部的上盖封头(6)和下盖封头(8)；所述法兰(3)固连在外胆(4)上部的外侧，并与上盖封头(6)固连，所述顶盖(1)与内胆(5)和法兰(3)均通过螺栓相连接，对燃烧室形成密封。4.如权利要求1所述的一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热装置，其特征在于，还包括连接在外胆(4)底部的圆筒形的线圈支架(9)，用于固定电加热线圈(10)。5.如权利要求1所述的一种预置式锂/六...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小畅，刘丛林，郜冶，陈宇翔，李树声，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，中国科学院深海科学与工程研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23