[发明专利]一种变结构螺旋盘管锅炉反应器

说明书

为解决现有的螺旋盘管式锅炉反应器在蒸汽生成过程中压损大导致供应水泵研制难度增大的技术问题，本发明提出了一种变结构螺旋盘管锅炉反应器，包括壳体、设置在壳体两端的端盖、设置在壳体与端盖之间的工质管路。本发明改进之处在于：工质管路包括从液态水入口至蒸汽出口依次串接的第一管段、第二管段、第三管段和第四管段；第一管段为直管或螺旋盘管；第二管段、第三管段和第四管段为螺旋盘管；液态水流经第一、二管段形成饱和水，流经第三管段形成干饱和蒸汽，流经第四管段形成过热蒸汽；各管段通径满足：第一管段≤第二管段＜第三管段＜第四管段。本发明可大幅降低蒸汽生成过程的压损，降低锅炉反应器的入口压力需求，减小供应水泵研制难度。

技术领域

本发明涉及一种变结构螺旋盘管锅炉反应器，能够在低压损情况下将液态水快速相变成过热蒸汽，驱动涡轮机等机械做功。

背景技术

以锂和六氟化硫作为推进剂的闭式循环动力系统采用金属燃料稳定燃烧与高效传热生成过热蒸汽驱动涡轮机做功产生推力，采用过热蒸气作为循环工质实现闭式循环，系统性能不受航行深度影响。

锅炉反应器是以锂和六氟化硫作为推进剂的闭式循环动力系统的重要组成部分，是锂和六氟化硫发生反应的燃烧室。目前的锅炉反应器采用双圈螺旋管型式，将两根不锈钢钢管并排缠绕成内外圈螺旋管，将外缘与端盖焊接在一起，构成环形空间作为锅炉反应器腔室，内部装载金属锂和启动剂。启动剂是一种将固态锂加热为液态的高能燃料，一般镶嵌在固态金属锂内均布的孔洞内。使用时，先由点火器点燃启动剂，启动剂燃烧放热将固态金属锂加热为液态，然后与喷入的氧化剂反应生成热量将螺旋管内的液态水加热为过热蒸汽。这种结构的锅炉反应器出入口工质压损大，极大的抬高了锅炉反应器的入口压力，增加了供压水泵的研制难度。

发明内容

为解决现有的螺旋盘管式锅炉反应器在蒸汽生成过程中压损大导致供应水泵研制难度增大的技术问题，本发明提出了一种变结构螺旋盘管锅炉反应器，可以大幅降低蒸汽生成过程的压损，降低了锅炉反应器的入口压力，减小了供应水泵的研制难度。

本发明的技术方案是：

一种变结构螺旋盘管锅炉反应器，包括壳体、设置在壳体两端的端盖、设置在壳体与端盖之间的工质管路，填充在壳体与工质管路之间的燃料以及用于向壳体内注入氧化剂的氧化剂喷嘴；所述燃料和氧化剂反应，产生用于加热所述工质管路的热量；所述工质管路的一端为液态水入口，另一端为蒸汽出口；

其特殊之处在于：

所述工质管路包括从液态水入口至蒸汽出口依次串接的第一管段、第二管段、第三管段和第四管段；

第一管段为直管或螺旋盘管；

第二管段、第三管段和第四管段均为螺旋盘管；

液态水流经第一管段和第二管段形成饱和水，然后流经第三管段形成干饱和蒸汽，最后流经第四管段形成过热蒸汽；

各管段通径满足：第一管段≤第二管段＜第三管段＜第四管段。

进一步地，所述第一管段、第二管段、第三管段和/或第四管段均为变径管段，管径沿着工质流向逐渐变大。

进一步地，第一管段、第二管段、第三管段和第四管段的材料根据其所对应工质的温度、压力分别选取，工质温度越高、压力越高，采用的材料强度越高。

进一步地，所述第一管段位于壳体中部，第二管段、第三管段和第四管段位于所述第一管段外围。

进一步地，所述第二管段、第三管段和第四管段的大径相等。

进一步地，所述燃料为固态金属锂，所述氧化剂为六氟化硫。

进一步地，所述第二管段、第三管段和第四管段焊接连接；第一管段与第二管段为一体件，或者焊接连接。

本发明的有益效果是：