[發明專利]一種基于鋰和六氟化硫反應的閉式循環熱源裝置

在審

• 申請號: 202111413291.3
• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN114183751A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 唐幸炎;蔡文哲;周靜;趙建亭;張志剛;馬同玲
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: F23C99/00
• 分類號: F23C99/00
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王雪芬

本發明涉及一種基于鋰和六氟化硫反應的閉式循環熱源裝置，屬于無人水下航行器技術領域。本發明設計的基于鋰和六氟化硫反應的閉式循環熱源裝置具有較高的能量密度，應用于無人水下航行器的動力推進系統，該熱源以鋰為燃料，以六氟化硫為氧化劑，可在封閉環境中燃燒，且燃燒無氣態產物排放，不暴露行跡，產物體積較反應消耗的金屬燃料體積稍小，可存于系統內不需排放，可實現真正的閉式循環。

技術領域

本發明屬于無人水下航行器技術領域，具體涉及一種基于鋰和六氟化硫反應的閉式循環熱源裝置。

背景技術

無人水下航行器(UUV)作為一種攻防兼備的新型水下運載器，具有廣泛而重要的應用前景。在UUV的關鍵技術中，動力與推進技術相對落后，成為制約UUV發展的主要瓶頸之一。

UUV動力系統主要分為電動力與熱動力兩種。目前大多數UUV采用電動力系統，但是目前電池的能量密度不高，無法滿足UUV對航程與航速的要求。熱動力系統主要由熱源與發動機組成，既可直接向系統提供推動能，也可通過透平或者斯特林機提供電動力。熱源決定了動力系統的工作特點，傳統的碳氫燃料具有較高的能量密度，但它燃燒時有氣態產物排放，使得UUV航行時產生尾跡，產物排出還要帶走大量的熱量，降低了動力系統的效率。

可以看出，目前的技術存在如下問題：

1)電池的能量密度不高，無法滿足UUV對航程與航速的要求。

2)傳統的碳氫燃料熱源為開式循環，工作時排放氣態產物，帶走大量熱量，降低動力系統，暴露行跡。

3)由于水下環境背壓的存在，碳氫燃料熱源工作時受航行深度影響，航行深度越大，系統向外排氣越難，效率越低。

因此，如何設計一種閉式循環熱源裝置，以克服傳統碳氫燃料熱源工作時排放氣體，降低效率，工作受航行深度影響等缺陷，成為亟待解決的技術問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何設計一種閉式循環熱源裝置，以克服傳統碳氫燃料熱源工作時排放氣體，降低效率，工作受航行深度影響等缺陷。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于鋰和六氟化硫反應的閉式循環熱源裝置，包括頂蓋1、氬氣進口2、六氟化硫噴嘴3、真空接口4、外殼體5、換熱翅片6、內殼體7、金屬鋰8；

其中，所述內殼體7與外殼體5組成雙層筒體，且換熱翅片6位于外殼體5與內殼體7之間，外殼體5、換熱翅片6、內殼體7三者采用焊接方式進行連接，形成換熱通道；頂蓋1與雙層筒體通過法蘭連接，形成反應器，氬氣進口2、六氟化硫噴嘴3、真空接口4分別焊接在頂蓋1上，金屬鋰8位于反應器內，且六氟化硫噴嘴3的噴射口伸入到反應器內部金屬鋰8上方一定位置。

優選地，所述金屬鋰8內均勻分布多個星形孔，每個星形孔內安裝材料為鋁熱劑的點火藥柱81，且點火藥柱81頂部留有圓孔，供陶瓷加熱棒82安裝固定。

優選地，所述星形孔設計為：中心為圓孔，且周向均勻分布5個徑向延伸的槽83。

本發明還提供了一種所述熱源裝置的使用方法。

優選地，包括以下步驟：

熱源裝置未啟動時，金屬鋰8以固態形式預置在反應器內，通過真空接口4將反應器內的空氣抽出，從氬氣進口2注入氬氣，使腔內壓力高于大氣壓，并為金屬鋰8與六氟化硫反應提供惰性氣氛；

熱源裝置啟動時，金屬鋰8內預置的點火藥柱82燃燒，將金屬鋰8加熱熔化為液態，六氟化硫氣體通過六氟化硫噴嘴3進入反應器，由于六氟化硫噴嘴3不接觸液態鋰，六氟化硫氣體在液態金屬鋰液表面與液態金屬鋰發生反應，放出熱量，這些熱量通過內殼體7與外殼體5之間的換熱翅片6帶出。