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2021年09月22日

通过增强气流扰动来提高散热的氦气冷却单晶生长炉

成果编号：30474

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项目简介电子级单晶硅是大规模集成电路发展的基石，在商用半导体器件和集成电路芯片中，硅基微电子原件占主流。当前制备单晶硅主要有两种技术，即悬浮区熔法和直拉法，悬浮区熔法应用于大功率器件领域，而直拉法应用于微电子、芯片和太阳能领域，直拉法也是最主要的单晶硅制备方法。本项目提供一种增强气流扰动的氦气冷却装置，在一般的水冷套装置中，冷却水的传热效率往往很低，这一方面是由于水的比定容热容(1402J/kg.K)相比于氦气(3153J/kg.K)要低；另一方面也包括水的物理流动性没有气体强的因素。该装置充分结合氦气流动的特点，使氦气在气冷套当中充分流动，以达到强化整个气冷套的散热能力。整个项目设置单晶生长炉、可控流速的氦气冷却装置、冷却装置内为稳定流动的氦气，炉体外部设置气热交换系统用于冷却炉体内出来的高温热气并将冷却后的气体再送入炉体内。在气冷装置的内部中空结构的基础之上设置有多个阻流挡板，阻流挡板起到增强对气流扰动的作用，通过增强气流的扰动形成湍流，从而增大氦气的换热能力，整个气冷套设置12 个阻流挡板，每个阻流挡板的方向为逆气流方向45°角度，逆气流方向安装能够增大气流与气冷套内壁有效接触面积，每个挡板的夹角内形成了涡旋。整个水冷装置温度稳定在一个略低于炉体平均内温的温度，产生一种稳定热场和温差，使热流方向指向水冷装置表面，提高了换热速率。产品、性能指标相比于传统的水冷装置，采用氦气冷却装置每千克物质在单位时间降低1K 的换热量要提升 1.751kJ。

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2021年09月22日

微热光电系统的燃烧技术

成果编号：30475

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随着科学技术和新材料的快速发展，各种微机电装置层出不穷，并且被广泛应用于航空航天、通信、医疗、地质勘探等多个军事和民用领域。然而，在机电装置的微型化进程中，化学电池(如锂离子电池)作为动力源已无法满足装置长时间运转的需求，且存在污染环境、难以二次利用等难题，大大限制了微型机电装置的进一步发展。基于燃烧的微动力系统的提出，有望为微机电装置的持续运行提供有效动力源。其中，微热光电系统是一种典型的微动力装置，它利用碳氢燃料在微燃烧器内燃烧产生的热能对燃烧室壁面进行加热，高温壁面辐射出的能量足够高的光子撞击低频带隙光电池产生电能。它具有成本低，性能稳定，环境友好、无运动部件、制造装配相对容易等优点，符合微机电装置发展的动力应用要求。因此，微热光电系统的应用前景非常广阔。在基于燃烧的微动力系统的燃烧器中，组织微尺度燃烧是核心工作。本成果将微燃烧器中稳定燃烧、化学反应和传热传质的耦合作用机制作为基础科学问题，用理论分析、实验测试和数值模拟的方法提出了模块式微热光电系统，构建了包含该系统内部能量转化各个环节的性能评估模型，揭示了微通道内的火焰传播规律，获得了微燃烧室内预混合火焰稳定性和燃烧极限等基础数据。在此基础上，成功引入催化燃烧、多孔介质燃烧等技术以提高微燃烧器的燃烧效率，并进一步获得了关键的组织微尺度燃烧技术，实现了微热光电系统稳定输出的目的。目前，微热光电系统的基础样机已经完成试制工作，并且通过有效地组织微尺度燃烧，达到了提高可燃范围、提高燃烧稳定性以及提高燃料燃烧效率的目的。相关组织微尺度燃烧的技术和应用，被汇编入《微尺度燃烧及其应用》的专业性书籍中；同时，该项技术还获得了2019 年度教育部高等学校科学研究成果奖（科学技术）自然奖二等奖1 项。图1 为本成果所研制的微热光电系统基础样机、微燃烧的组织示意过程以及2019年度教育部高等学校科学研究成果奖（科学技术）自然奖二等奖证书。

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2021年09月22日

一种可同时脱除锅炉烟气中多种污染物的光化学装置

成果编号：30476

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项目简介目前，燃煤锅炉、工业窑炉、垃圾焚烧炉等废气排放装置在脱除烟气污染物时通常分别设置若干独立的污染物处理装置，存在系统复杂、投资和运行费用高等不足。针对这个问题，研制了一种可同时脱除燃煤锅炉、焚烧炉或工业窑炉烟气多污染物的光化学装置。该装置可在一个装置中实现对SO2、NOx、CO、VOCs 和重金属（Hg/Pb/As）等多种污染物的同时高效脱除，且脱除产物可实现资源化利用，具有良好的应用前景。产品、性能指标（1）SO2 和重金属（Hg/Pb/As）脱除率100%。（2）NOx 和VOCs 脱除率90%以上。（3）CO 脱除率80%以上。适用范围、市场前景适用范围：能源动力、石油化工、冶金和固废处理等领域的锅炉、窑炉、垃圾焚烧炉以及化工装置等尾气处理。市场前景：技术指标高、经济效益好、市场前景良好。投资概算投资条件：具有环保工程装备（例如反应器）的制造能力。成本：30 万-50 万

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2021年09月22日

利用草木灰实现锅炉同时脱硫脱硝脱汞脱碳及钾盐提取的工艺

成果编号：30477

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项目简介本项目研制了一种利用草木灰联合氧化脱除锅炉烟气中多种污染物及钾盐提取的一体化工艺。该技术可采用草木灰浆液联合氧化脱除锅炉尾气中的SO2﹑NOx﹑Hg 和CO。该方法可将生物质燃烧产生的草木灰用于脱除烟气中的多种有害污染物，并且利用烟气余热同时实现草木灰中钾盐的提取及资源化利用（制造农业肥料），达到“以废治废”的目的，具有广阔的市场应用前景。产品、性能指标（1）SO2 和Hg 脱除率100%。（2）NOx 脱除率90%以上。（3）CO 脱除率80%以上。适用范围、市场前景适用范围：能源动力、石油化工、冶金和固废处理等领域的锅炉、窑炉、垃圾焚烧炉以及化工装置等尾气处理。市场前景：技术指标高、经济效益好、市场前景良好。投资概算投资条件：具有环保工程装备（例如反应器）的制造能力。成本：40 万-60 万。

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2021年09月22日

焦炉煤气回收热利用先进技术—化学链燃烧技术及其系统装置开发

成果编号：30478

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项目简介构建化学链燃烧技术的双流化床反应体系，以目前大量存在的工业废气—焦炉煤气为主要燃料，进行化学链燃烧的余热利用发电研究，在此系统构建完成的基础上，增加反应前的预处理装置，初步处理工业废气中携带的废渣、粉尘等，最终实现二氧化碳的分离回收。本项目的创新点在于提出了使用化学链燃烧技术来解决焦炉煤气的回收利用问题。产品、性能指标 1. 可燃废气的燃烧效率＞95%； 2. CO2 捕集效率＞95%。适用范围、市场前景适用范围：可用于一切可燃工业废气（如焦炉煤气、高炉煤气、通风瓦斯等）的资源化利用。市场前景：对于产生可燃废气的企业推广潜力巨大，市场前景很好。投资概算投资条件：一般机械加工设备即可。成本：50 万-60 万。

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2021年09月22日

多种燃料转子发动机的燃烧技术

成果编号：30479

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近年来，随着“石油短缺”、“雾霾”和“全球变暖”等现象的凸显，世界很多国家如法国，德国，英国等纷纷公布了禁售燃油车的时间表，而我国作为负责任的大国也在积极推进包括增程式电动汽车在内的新能源汽车发展。但是，针对增程式电动汽车而言，目前增程器的重量和体积却限制了其快速发展。因此，电动汽车的增程器迫切需要结构紧凑且功重比高的发动机来减小其自身体积和重量，而转子发动机因结构简单、零部件少、运转平稳、可燃用多种燃料以及易于实现整机小型化等先天优势正好可以满足这一要求。紧凑的转子发动机和小型发电机组合而成的增程器被认为是最有前景的电动汽车增程发电模式之一。同时，在军事方面，为实现军事装备轻量化、小型化和高机动性等目标，无人机、鱼雷、自行武器、军用机器人和军用便携式发电站等装备在动力的选择上同样需要功重比高和体积小的发动机，而转子发动机也同样可以作为最佳动力选项之一。因此转子发动机的应用前景非常广阔。缸内燃烧过程是发动机工作过程的核心，其对于转子发动机燃烧效率和排放指标的影响是不言而喻的。所以，本项目将转子发动机缸内流动和燃烧的耦合机理作为基础科学问题，用理论分析、实验测试和数值模拟的方法剖析缸内流场的演变和混合气形成的规律，揭示火焰传播中关键组分的迁移规律，阐明混合气的浓度分布对着火、火焰传播和污染物生成的影响规律，从而获得转子发动机缸内气流运动和燃烧机理。在此基础上，为了提高转子发动机的燃烧效率，继续探索了多种燃料在转子发动机上的适应性，并进一步获得了关键的燃烧控制技术。目前，多种燃料转子发动机基础样机已经完成试制工作，并且关键燃烧控制技术也已经通过了中国机械工业联合会的科技成果鉴定。下图为本项目所研制的多种燃料转子发动机基础样机以及中国机械工业联合会科技成果鉴定证书。图1 多种燃料转子发动机基础样机以及中国机械工业联合会科技成果鉴定证书

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2021年09月22日

纳米晶的功能性自组装及电荷传输性能研究

成果编号：30480

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项目简介本项目针对胶体纳米晶受到表/界面缺陷态的影响而造成电荷严重损失，而影响到其界面电荷的传输，进而抑制该类太阳能电池效率进一步提高的问题，采用一种简便实用的自组装技术将胶体纳米晶（量子点、纳米棒和复合结构纳米材料）组装成宏观意义上的功能性结构，并基于此建立胶体纳米材料自组装的形成机理模型；解决了纳米晶材料表面所包敷的有机配体分子造成纳米晶材料电荷传输性能不佳的问题，提出减少纳米棒界面电荷的复合几率和提高电荷传输性能的方法，获得制备程序简易、电荷传输高效的纳米阵列结构。产品、性能指标（1）获得表面活性剂、前驱体、生长条件等因素对纳米棒结构和形貌的影响规律，并得出制备尺寸可控、分散性好的纳米棒的生长条件。（2）建立起简易的自组装技术，在解决胶体纳米晶受到表/界面缺陷态的影响而造成电荷损耗问题的同时，可以更为精准地捕获表面有机配体对纳米晶自组装结构的影响。（3）在保证良好的导电性和电荷传输性能基础上，具有更高效的光电性能和更好的实用性。适用范围、市场前景适用范围：纳米晶太阳能电池及其它光电器件。更为准确的获得纳米晶的电荷传输行为，进而有效地指导减少纳米棒界面电荷的复合几率，改善界面电荷传输等方面的综合性能。市场前景：开发低成本和具有优良光电性能的纳米晶光伏电池材料将具有巨大的应用前景。除此以外，纳米晶功能性的自组装结构也可推广至更广领域内的应用中，包括LED、光子晶体、传感器等，从而可指导改善相关器件的电荷传输特性及其光电性能。

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2021年09月22日

用于低浓度天然气低温高效转化的钙钛矿型催化剂制备

成果编号：30481

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项目简介天然气储量丰富，加上各国对于天然气的开采投入颇多，可以预计可燃冰、页岩气等开采技术一定能得到突破性进展，从而使得天然气在未来能源转型中扮演重要角色，而甲烷作为天然气的主要成分，研究其低温下的高效催化对天然气应用有着重要意义。目前用于甲烷催化的催化剂主要有铂、钯等贵金属，虽然贵金属性能优越，但资源稀少、价格昂贵，高温易中毒、挥发的缺陷限制其大规模的工业化应用。因此，寻找来源丰富、价格低廉、性能相当的钙钛矿型催化剂，以代替传统的贵金属催化剂用于催化燃烧过程已成为一个重要的研究方向。本项目基于传统溶胶凝胶法，制备出一种用于低浓度天然气低温高效转化的双掺杂钙钛矿型催化剂，应用于低浓度甲烷催化燃烧领域，使催化燃烧能够充分进行，最大程度的利用燃烧所释放能量。

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2021年09月22日

基于液冷/半导体片的动力电池热管理系统开发

成果编号：30482

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项目简介纯电动汽车相比于传统发动机汽车，行驶过程完全无排放，并且具有结构简单，易于维护，没有噪音等优点，因而也成了汽车行业未来的发展方向。动力锂离子电池组作为当前电动汽车的主要储能装置，具有高能量密度、自放电率低、充放电倍率高、循环寿命长等优点，但在其使用过程中会生成大量的热，而锂离子电池在高温条件下性能衰减很快，这会影响到电池的循环寿命和使用性能，持续的热量堆积还可能会引起爆炸、起火等危险，严重影响电动汽车的使用安全性，所以对动力锂电池组的热管理极其重要。目前主流的电池热管理系统主要有空冷、相变材料冷却和液体冷却方式，也有部分学者提出将热管、热电元件应用到电池热管理中。本项目在液冷的基础上，中提出的基于液冷/半导体片的动力电池热管理系统开发可以有效降低电池组最大温升和电池组温差。下图为所设计系统的示意图，图中半导体片冷端与电池底部连接，热端与液冷板连接，在运行的过程中，电池热量从电池底部传递至半导体片冷端，再从半导体片冷端传递至半导体热端，最终由液冷组件带走。

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2021年09月22日

一种缓冲壁流式多孔道阻火器

成果编号：30483

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项目简介在工业实际中，石油产品的储罐或可燃气体的输送管线等应用中往往需要安装各类阻火器，以提高安全性。本项目提供了一种缓冲壁流式多孔道阻火器，包括缓冲分流罩和Z 型壁流多孔道阻火芯，以更好地达成上述目标。产品、性能指标所述的缓冲壁流式多孔道阻火器，当燃气管道中出现爆燃或爆轰火焰时，高速传播的火焰和强压力波先与缓冲分流罩作用，可在一定程度上减轻阻火芯中心处的气体压力，同时，也可降低火焰传播速度，而后，火焰通过Z 型壁流多孔道阻火芯，使得燃烧过程中已经激发的自由基与通道壁面的碰撞几率大大增加，有利于发生火焰淬熄，极大地提高安全性。

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2021年09月22日

一种温度压力可调的蒸汽吹灰系统

成果编号：30484

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项目简介随着燃煤电站锅炉容量增大，水冷壁热负荷、过热器和省煤器内最高温度、炉膛截面热负荷不断升高，锅炉在生产运行过程中经常会产生结渣、积灰等现象，从而严重影响壁面的传热效果，导致排烟温度过高及锅炉热效率降低，于是各类吹灰器就得到了广泛应用。本项目提供了一种温度压力可调的蒸汽吹灰系统，可以解决蒸汽吹灰器流量压力的动态调整，实现对不同工况的智能控制。产品、性能指标所述的温度压力可调的蒸汽吹灰系统具有操作方便、智能控制、成本低廉的特点，可根据不同的积灰成分和不同的积灰厚度，选择不同的蒸汽喷射压力和温度；用统一的控制显示箱显示测量数据并控制主要元件的启动与停车，实现了安全高效的目标；设计的导轨系统可搭乘吹灰系统在周向吹灰同时做轴向运动，进入下一个吹灰点；出口采用双儿字形喷头的设计，解决吹灰有死角的难题。

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2021年09月22日

连续纤维增强热固性格栅结构3D 打印装置及制备方法

成果编号：30485

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项目简介碳纤维复合材料格栅结构可以增强板材抗屈曲性能，还可以提高结构抗冲击性能。因此在工程中，特别是承受轴力的筒型结构中，得到了广泛应用。而现有的格栅结构制备工艺复杂、成本高、劳动强度大。本成果研制了一套连续纤维增强热固性格栅结构3D 打印装置，提出了一种连续纤维增强热固性格栅结构3D 打印制备方法。该成果改变了复合材料格栅生产采用人工方式进行的工艺模式，减少了劳动强度，同时具有一机多模的广域适应性，可满足不同尺寸规格任意格栅结构的生产要求，提高了生产设备的通用性和利用率，减少了生产设备投资。产品、性能指标 1.拉伸强度800MPa，拉伸模量160GPa。 2.弯曲强度200MPa, 弯曲模量140GPa。 3.结构形式多样（蜂窝、格栅等）。适用范围、市场前景适用于纤维复合材料及结构生产相关厂家。

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