预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置及控制方法

本发明属于水下航行器动力，具体涉及预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置及控制方法，并兼有快速点火启动燃烧的特性。

背景技术：

1、在海洋开发与勘探技术迅速发展的形势下，水下作业与输运平台的建设显得愈加重要。但在水下平台建设中，各国普遍受到动力系统效率低下这一问题的困扰，能源与动力系统成为当前研究的重点。在各种可利用的能源中，锂/六氟化硫（li/sf6）系统所具有的高热值能量以及燃烧产物不必排除系统外部而具有高隐蔽性的特点受到广泛重视，系统的可行性和方便性已经得到证明，并在已有的武器型号中得到利用，值得深入挖掘其具备的潜力。

2、在已有的li/sf6动力系统中，分为浸没式燃烧和毛细缓慢表面燃烧两种反应组织方式。从原理上讲，均采用特殊方法将金属li加热至燃点，再使其与六氟化硫接触而发生反应释放热量。前者以火药为点火启动的辅助装置，后者利用外部加热设备加热全部li燃料。两种方法各自存在弊端：利用火药启动li/sf6系统后，其反应过程与反应范围难以控制，缺乏操作灵活性；利用外部加热设备加热全部li燃料，操作简单，但加热量较大，系统启动时间较长，缺乏反应快捷性。此外，如何实现li/sf6反应释放热在燃烧室与动力输出设备间的高效传输也一直是人们研究的热点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置及控制方法，可迅速响应锂/六氟化硫点火启动工作，提高工质换热效率。

2、一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，燃烧室内胆、封盖、外壁、内壁、点火装置以及工质输送管路；

3、所述燃烧室内胆外侧依次设置内壁和外壁；内壁和外壁之间空隙形成换热器工质流动腔；燃烧室内胆由封盖密封，形成锂燃料储存腔体；

4、所述点火装置置于燃烧室内胆内的锂燃料上表面；

5、所述工质输送管路包括顶部工质入口、底部工质入口、工质出口以及换热旁通管路；顶部工质入口设置在封盖上，封盖中设置有迂回延伸的预热管路，一端接工质入口，另一端接换热旁通管路的一端；换热旁通管路的另一端接换热器工质流动腔下端设置的底部工质入口；工质出口设置在换热器工质流动腔的上端。

6、较佳的，所述点火装置包括线圈、垂直辅助结构以及水平辅助结构；线圈呈螺旋状紧密缠绕在垂直辅助结构的外侧，两者留有一定空隙；垂直辅助结构为金属材料的圆柱状结构；水平辅助结构为金属材料的平面结构，固定安装在垂直辅助结构的底部；水平辅助结构与锂燃料上表面接触。

7、较佳的，所述垂直辅助结构由设定孔目数的金属丝网加工而成。

8、较佳的，所述水平辅助结构由设定孔目数的金属丝网加工而成。

9、较佳的，所述点火装置还包括电源正极接线柱、电源负极接线柱和搭接盒；电源正极接线柱和电源负极接线柱集成在封盖上，分别与线圈的两端通过搭接盒与外部点火电源相连。

10、较佳的，所述换热器工质流动腔底部呈锥形。

11、较佳的，所述预热管路为横纵交错且联通的管路。

12、较佳的，所述预热管路为蛇形迂回管路。

13、一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置的控制方法，包括如下步骤：

14、（1）将固态的锂燃料储存于燃烧室内胆内，其上表面与点火装置相接触；

15、（2）由顶部换热工质入口加入换热工质，依次经过预热管路和换热管旁通管路进入并充满换热器腔体；

16、（3）将线圈通电，使其与内部的垂直辅助结构相作用，垂直辅助结构产生热能；

17、（4）热能通过垂直辅助结构传递至水平辅助结构，加热与其相接触的锂燃料；

18、（5）当温度达到锂燃料熔点后，切断线圈的电源，开启六氟化硫入口通入氧化剂六氟化硫，启动燃烧反应；燃烧反应产生的热量加热换热器腔体内的换热工质；换热工质不断从顶部顶部工质入口加入，在换热器腔体吸收热量后，从工质出口流出，完成能量转换；其中，锂燃料燃烧后，对封盖内的预热管路中的换热工质预先加热；

19、（6）装置做功完成时，首先关闭六氟化硫供给系统，再关闭工质输送管路，运行结束。

20、本发明具有如下有益效果：

21、本发明提供了一种预热式li/sf6快速启动与高效换热集成装置及控制方法，利用电磁加热原理，将加热线圈与金属质辅燃结构相组合，可短时间内将部分li金属迅速加热至反应温度，适时通入氧化剂sf6后，可迅速启动li金属与sf6的燃烧反应，反应所释放的热量将继续加热剩余li燃料，形成燃烧与放热的正反馈，满足系统维持燃烧的需要。燃烧释放的热量用以加热燃烧室外侧换热器内的换热工质，发生热量高效交换，并维持燃烧室内合理的温度与压力水平，保证燃烧的可持续性。装置充分利用了燃料燃烧所形成的高温区，在燃烧室封盖处设计了工质预热部件，通过旁通管路再进入换热器主体区，提高了工质升温速率，有效加强了换热效果。此装置在系统运行前不必加热全部li燃料，完成启动所需能源少，响应时间快，换热部件简单高效，整个装置体积小巧，不占用过多额外空间，能满足动力系统结构紧凑化的总体要求。

技术特征：

1.一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，燃烧室内胆（3）、封盖（5）、外壁（1）、内壁（2）、点火装置以及工质输送管路；

2.如权利要求1所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述点火装置包括线圈（8）、垂直辅助结构（9）以及水平辅助结构（10）；线圈（8）呈螺旋状紧密缠绕在垂直辅助结构（9）的外侧，两者留有一定空隙；垂直辅助结构（9）为金属材料的圆柱状结构；水平辅助结构（10）为金属材料的平面结构，固定安装在垂直辅助结构（9）的底部；水平辅助结构（10）与锂燃料上表面接触。

3.如权利要求2所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述垂直辅助结构（9）由设定孔目数的金属丝网加工而成。

4.如权利要求2所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述水平辅助结构（10）由设定孔目数的金属丝网加工而成。

5.如权利要求2、3或4所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述点火装置还包括电源正极接线柱（6）、电源负极接线柱（7）和搭接盒（11）；电源正极接线柱（6）和电源负极接线柱（7）集成在封盖（5）上，分别与线圈（8）的两端通过搭接盒（11）与外部点火电源相连。

6.如权利要求1所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述燃烧室内胆（3）与内壁（2）贴合。

7.如权利要求1所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述换热器工质流动腔（4）底部呈锥形。

8.如权利要求1所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述预热管路为横纵交错且联通的管路。

9.如权利要求1所述的一种预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置，其特征在于，所述预热管路为蛇形迂回管路。

10.一种如权利要求2所述的预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了预热式锂/六氟化硫高效燃烧集成装置及控制方法，属于水下航行器动力技术领域，本发明装置充分利用了燃料燃烧所形成的高温区，在燃烧室封盖处设计了工质预热管路，通过旁通管路再进入换热器主体区，提高了工质升温速率，有效加强了换热效果；利用电磁加热原理，将加热线圈与金属质辅燃结构相组合，可短时间内将部分Li金属迅速加热至反应温度，适时通入氧化剂SF<subgt;6</subgt;后，可迅速启动Li金属与SF<subgt;6</subgt;的燃烧反应，反应所释放的热量将继续加热剩余Li燃料，形成燃烧与放热的正反馈，满足系统维持燃烧的需要；整个装置体积小巧，不占用过多额外空间，能满足动力系统结构紧凑化的总体要求。

技术研发人员：刘丛林,陈宏,李小畅,李树声,王亚威,郜冶
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8