一種鋁水反應(yīng)高能系統(tǒng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種鋁水反應(yīng)高能系統(tǒng)裝置，采用金屬鋁桿作為燃燒劑，利用環(huán)境水作為氧化劑，屬于能源動力技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]全世界的船舶動力除了極少數(shù)使用核能外，至今仍然是使用化石、生物燃油。致使航速低(45節(jié)即83公里/小時以內(nèi))、續(xù)航總程極其有限。由于金屬鋁來源廣、體積能量密度高，與水反應(yīng)可以生成氫氣、氫氧燃氣，發(fā)熱量極高，產(chǎn)物清潔，故使用金屬鋁水反應(yīng)形成理想的水下推進系統(tǒng)動力來源已成為世界行業(yè)共識。
[0003]美、俄等發(fā)達國家從上世紀(jì)60年代，我國于80年代便已開始研究金屬燃料化學(xué)能源系統(tǒng)。由于金屬鋁表面原位生成的堅固而致密的氧化膜，使鋁的高氧化性能被扼殺，與水反應(yīng)難以啟動無法持續(xù)進行。因此，采用超細鋁粉、鋁鋰合金、鋁鎂金屬混合物、鋁鋰鎂金屬混合物、鋁鋰鎂合金等在各種條件下與水反應(yīng)的研究，以及熔融金屬與水的反應(yīng)試驗如雨后春筍。俄羅斯研制的鎂水反應(yīng)推進系統(tǒng)已在航行體上得到應(yīng)用，且航速已達到200節(jié)(370公里/小時)。而鋁水反應(yīng)的體積能量密度是鎂水反應(yīng)的1.7倍，研發(fā)新一代的鋁水反應(yīng)推進系統(tǒng)已成必然趨勢。金屬燃料或?qū)斫Y(jié)束化石能源時代的希望。因此，上述鋁水反應(yīng)物金屬粉末化、多元化、合金化，反應(yīng)啟動難，不能持續(xù)，流程復(fù)雜，成本高，難以推廣等缺陷，成為了本領(lǐng)域中亟需解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、綜合效果好的鋁水反應(yīng)高能系統(tǒng)裝置，解決了【背景技術(shù)】中的不足；本發(fā)明在鋁水反應(yīng)產(chǎn)生高能推進動力的同時還能夠高效生產(chǎn)納米材料；本發(fā)明保證了產(chǎn)物友好，降低了生產(chǎn)成本，具備了產(chǎn)業(yè)化普及性。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種鋁水反應(yīng)高能系統(tǒng)裝置，至少包括渦旋反應(yīng)室，所述的渦旋反應(yīng)室的外部依次設(shè)置有第一燃燒室、第二燃燒室以及熱能發(fā)電系統(tǒng)；所述渦旋反應(yīng)室、第一燃燒室、第二燃燒室以及熱能發(fā)電系統(tǒng)共同組成四層同心套釜；渦旋反應(yīng)室的頂部設(shè)置有與外界連通的加料管和補水管，底部設(shè)置有與外界連通的清洗管；加料管上設(shè)置有變壓加料閥，補水管上設(shè)置有變壓補水閥；渦旋反應(yīng)室的壁上設(shè)置有與第一燃燒室連通的一級自動排氣閥；所述第一燃燒室的壁上設(shè)置有一級自動點火器和與第二燃燒室連通的二級自動排氣閥；所述第二燃燒室的壁上設(shè)置有二級自動點火器和螺旋冷卻水管；所述螺旋冷卻水管的進水端穿過第二燃燒室壁通向外界，螺旋冷卻水管的尾端為蒸汽出口 ；所述蒸汽出口位于第二燃燒室的底部且穿過第二燃燒室壁通向外界；第二燃燒室的底部還設(shè)置有納米材料出口，所述納米材料出口穿過第二燃燒室壁通向外界；所述熱能發(fā)電系統(tǒng)套在第二燃燒室的外部，收集第二燃燒室壁中散發(fā)出的熱量并轉(zhuǎn)化為電能；所述鋁水反應(yīng)高能系統(tǒng)裝置中還設(shè)置有綜合調(diào)控系統(tǒng)，包括水栗、增氧閥、多級測溫儀和多級測壓儀；其中增氧閥位于第二燃燒室內(nèi)，提供燃燒所需的氧氣；水栗與螺旋冷卻水管的進水端連接，控制水壓和進水量；多級測溫儀和多級測壓儀均分布于各層套釜中，隨時監(jiān)測各部位的溫度及壓力。
[0007]所述的熱能發(fā)電系統(tǒng)為高效熱能發(fā)電機，所述高效熱能發(fā)電機中設(shè)置有金屬板熱發(fā)射器。
[0008]所述的渦旋反應(yīng)室和第一燃燒室的壁的材質(zhì)采用高強度的304不銹鋼或314不銹鋼，第二燃燒室的壁的材質(zhì)為S31603不銹鋼以及16Mn鋼板IV級鍛件。
[0009]所述的一級自動點火器、二級自動點火器、一級自動排氣閥和二級自動排氣閥均安裝于第一燃燒室壁和第二燃燒室壁的導(dǎo)流處。
[0010]本發(fā)明中與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0011]1、本發(fā)明中用料極其簡便，直接使用金屬鋁棒和水。不需要臨時做任何組份、比配、添加、活化等；反應(yīng)啟動快、反應(yīng)完全不需要外來能源，如電、火、油、氣、磁、風(fēng)、熱水、蒸氣等，實現(xiàn)了鋁水反應(yīng)單質(zhì)、簡略化。本申請中采用的渦旋反應(yīng)室為中國專利《CN201210449241.5》中所公開的渦旋反應(yīng)釜合成裝置，在反應(yīng)開始的過程中，于啟動料中添加微量催化劑，采用輔助化學(xué)能啟動反應(yīng)后，即可在后續(xù)的高壓、高溫、渦旋能環(huán)境下保障持續(xù)反應(yīng)。
[0012]2、本發(fā)明中不產(chǎn)生任何廢棄物和有害物質(zhì)。在渦旋反應(yīng)室里的鋁水反應(yīng)是分解與化合并存的放熱反應(yīng)；在這個系統(tǒng)里反應(yīng)，同時連續(xù)產(chǎn)生的氫氣、氧氣、鋁離子、氫氧化鋁形成高溫、高壓混合蒸氣流體；生產(chǎn)過程中中心壓力大于外層，混合蒸氣流體受壓自然進入第一和第二燃燒室；經(jīng)第二燃燒室增氧后充分燃燒，在第二燃燒室里只有高溫、高壓和納米氧化鋁；高溫被螺旋冷卻管和金屬板熱發(fā)射器吸收、轉(zhuǎn)移做功，余壓把納米材料送出。
[0013]3、本發(fā)明反應(yīng)系統(tǒng)合理，充分發(fā)揮單質(zhì)金屬鋁的高能量燃燒性和環(huán)境水的催化性，能量利用率極高。采用同心四層套釜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成“微型巨能工廠”，使反應(yīng)物和生成物同時處于最佳的環(huán)境、最簡的流程、最安全的調(diào)控中實現(xiàn)最優(yōu)的反應(yīng)與利用和回收。利用反應(yīng)放熱效應(yīng)形成高溫、高壓、高速飽和蒸氣流，使反應(yīng)物在極簡、極優(yōu)的環(huán)境中縮短燃燒誘導(dǎo)時間，極大地提高燃燒速率和燃燒效率。反應(yīng)物與生成物于多層同心套釜中有序運行，得到綜合利用，能直接獲取最佳能源和優(yōu)質(zhì)納米粉體材料?？芍^，高效、節(jié)能、無污染。
[0014]4、本申請中熱能發(fā)電系統(tǒng)能收集第二燃燒室壁散發(fā)出的熱量并轉(zhuǎn)化為電能。此處既可以使用傳統(tǒng)的熱電子發(fā)電裝置，又可以使用高效熱能發(fā)電機，如中國專利《CN2009101759672》。傳統(tǒng)的熱電子發(fā)電裝置由發(fā)射器和接收器兩個基本部件組成，兩者由一個小空間分隔開。發(fā)射器經(jīng)加熱后逸出電子，電子通過中間空間到達收集器，并在發(fā)射器和收集器之間形成電勢差。接通外部負載，就成為低壓直流電源。而高效熱能發(fā)電機中設(shè)置有金屬板熱發(fā)射器，其是利用霍爾效應(yīng)，使定向電子流與磁場相對運動而發(fā)電的一種設(shè)備。原理與磁流體發(fā)電機相似，但此發(fā)電機以定向電子流取代等離子流，工作溫度遠低于磁流體發(fā)電機(工作溫度只有700-900攝氏度)，且不存在電極腐蝕的難題。整個發(fā)電系統(tǒng)閉環(huán)運作，只有熱電子流到達收集板時，一部分能量轉(zhuǎn)化為收集板的熱能而損失掉，其它大部分熱能都轉(zhuǎn)換為電能，所以發(fā)電機是高效的，且無電極腐蝕難題。
[0015]5、本申請中將各個行業(yè)領(lǐng)域中的先進科技進行了融合，形成了集優(yōu)產(chǎn)品。如高效熱能發(fā)電器，發(fā)明雖然很早，但應(yīng)用卻是剛剛開始，而用在本申請中則是絕配！再如螺旋冷卻管雖是常器，但如此用法能巧妙的實現(xiàn)熱轉(zhuǎn)