[发明专利]一种用于微米金属粉和液态水混合物的点火系统

说明书

本发明公开了一种用于微米金属粉和液态水混合物的点火系统，包括由氧化还原反应提供热量的引燃单元，用于触发引燃单元燃烧的点火单元，以及通过引燃单元引燃的燃烧单元；点火单元为含有电热丝的控制电路；燃烧单元是由与水点火反应比较困难的微米金属粉通过凝胶剂分散在水中形成的凝胶体系；引燃单元包括由电热丝触发的氧化还原反应提供热量实现燃烧单元均匀受热的点火药层，用于阻断点火药层和燃烧单元直接接触并将点火药层产生的热量传递至燃烧单元的镁粉层，以及用于将镁粉层的热量稳定地传递至燃烧单元以实现燃烧单元充分点火的点火凝胶层。本发明的点火系统能够实现分层逐级点火，点火温度高，可实现任意微米级的微米金属粉和水稳定点火。

技术领域

本发明属于点火装置，具体地涉及一种用于微米金属粉和液态水混合物的点火系统。

背景技术

铝和镁等水反应金属燃料具有高能量密度优势，在水下推进和空间推进中应用前景广阔。同时，金属燃料水反应作为氢气制取途径也长期受到关注。

国内外对纳米铝/水混合体系的燃烧特性进行了较多的研究。纳米级铝粉活性高，点火容易，但铝粉颗粒表面氧化铝膜(不参与燃烧反应)所占比重较大，如粒径为38nm的铝粉表面氧化铝膜占总质量比重可高达45.7％，严重削弱了燃料的高能量优势，且纳米铝粉储存条件严苛，价格昂贵。与之相比，微米铝粉颗粒中氧化铝膜的比重小于3％，原料丰富，成本低廉，储存性能好,因此从实际应用的角度出发，人们十分希望实现微米铝粉与水的稳定燃烧反应，发展相关的推进和制氢技术。

微米铝粉与水反应面临的一个关键技术问题是，由于微米铝粉表面约5nm厚致密氧化铝膜的存在，隔绝了颗粒内性质活泼的铝与水的直接接触，同时微米铝粉比表面积较小，加热时颗粒内外热量交换速率低，最终导致反应启动(点火)十分困难。目前已有实验研究均需通过其他方法如对铝粉进行球磨(可以去除铝粉表面氧化铝膜)、或者使用比表面积更大的片状铝粉，或者在混合物中添加氧化性更强的过氧化氢等方法来促进点火。对于粒径较大的微米镁粉，也存在类似的问题。

一般点火方法常采用电热丝点火，如韩国延世大学的Wando Ki等人在期刊《Combustion and Flame》(2013年第160卷，第12期)中发表的文章《Combustion of microaluminum–water mixtures》，就是采用的电热丝对片状铝粉/液态水混合物进行点火，其片状铝粉厚度已经达到纳米级。电热丝点火时的温度较低，仅通过电热丝点火难以点燃微米铝粉/液态水混合物。

激光点火温度较高，但是由于成本大，系统复杂，一般很少使用。针对微米铝粉和微米镁粉等金属燃料与液态水反应的点火问题，本发明提出了一种新的点火方法，能够实现混合物的可靠点燃。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于微米金属粉和液态水混合物的点火系统。

具体技术方案如下：

一种用于微米金属粉和液态水混合物的点火系统，包括由氧化还原反应提供热量的引燃单元，用于触发所述引燃单元燃烧的点火单元，以及通过所述引燃单元引燃的燃烧单元；

所述点火单元为含有电热丝的控制电路；

所述燃烧单元是由与水点火反应比较困难的微米金属粉通过凝胶剂分散在水中形成的凝胶体系；

所述引燃单元包括由所述电热丝触发的氧化还原反应提供热量实现所述燃烧单元均匀受热的点火药层，用于阻断所述点火药层和所述燃烧单元直接接触并将所述点火药层产生的热量传递至所述燃烧单元的镁粉层，以及用于将所述镁粉层的热量稳定地传递至所述燃烧单元以实现所述燃烧单元充分点火的点火凝胶层。

优选地，所述点火凝胶层是由粒径小于所述燃烧单元中微米金属粉的微米金属粉通过凝胶剂分散在水中形成的凝胶体系。