[发明专利]一种预置式锂/六氟化硫燃烧换热一体化装置及使用方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于水下航行器动力技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。