CN1019411B - 液化气体点火器 - Google Patents

Abstract

本发明所公开的点火器包括一个与液化气贮液器4连接的主体2和一个排气烟筒30，在孔盖34敞开时，气体通过烟筒向外逸出，点火器有一个由管20形成的气流速率限制器，管长大于5mm，管20具有很小的气流横截面，此截面在0.03和0.002mm²之间，管20伸入贮液器4内，直接或通过插入的支承件14与主体2作气密性的配接。

Description

本发明涉及一种液化气体点火器。该点火器具有：一个带液化气体贮液器的框体或主体;一个排气烟筒，气流可在贮液器和烟筒之间上升;由一个孔盖，即一种不可调节的气流速率限制器组成的截流装置;以及将气流从贮液器内导向截流装置的导流装置。

在一般的点火器内，由于组装过程非常复杂和原材料的性能参差不一，使气流的速率产生变动，从而使火焰偏离所需高度。温度也会产生影响，这是由于贮液器内气体压力的变化引起温度的变化，从而使火焰高度偏离工厂的标准值，经常超出对使用者应有的安全限度，或超出点火器合理操作的限度。许多国家对火焰的高度有一个法定的限制，并且习惯上使用ASTM在F-400-85标准（1985年11月）中推荐的数据。

上一代的点火器（没有气流速率控制装置）采用微孔隔膜（在“Celgard”生产的2400型和2500型点火器中几乎全都采用这种隔膜）来限制气流，这种点火器具有刚才提到的那些缺点，也还存在着由于微孔隔膜的易碎性所造成的组装方面的困难，并由于隔膜的不一致性（厚度为0.025mm，撕裂强度为1.4kg/mm²），以及由于它 的性能随温度而变化，在使用中性能很不稳定。在点火器脱落后，对使用者存在着危险性的高火焰现象也是比较典型的，这种现象是由于隔膜受到大量液化气体的瞬时的水击作用而破裂的结果。

对这个问题传统的解决办法是对点火器提供一种限制气流速率的可调装置。不幸的是，这种解决办法会增加产品的价格，并且只是在有害的现象发现后才去调节火焰的高度。

已知某些气体点火器采用可调节压缩程度的纤维片或多孔材料（US-P-1737037）或采用微孔隔膜（FR-P-2，613，638和US-P-4496309），或采用以一种特殊的方法（FR-P-2，450，418）烧结或压实的材料来限制气体的流动。所有这些步骤都是从一个共同的基本点出发的。由于过去就未能在工业生产过程中取得一种工业上可用的量具或标准器以校准横截面和尺寸非常小的单一孔径，因此上述各种不同的工艺方法都只得将大量的流动孔道叠置起来，各孔道的单独的流体动力性能是不知道的，但其总的性能，即在给定的气流面积或表面上的综合性能可作为平均值用于点火器。（从所述系统的纯统计概念上来看这是带有一种不可避免的离散性的）。根据这种概念，气流横截面又把一个新的变化因素引入了气流速率中，因为这种截面必竞是具体的，在其制造过程中势必产生一些变化和偏差。

所有生产上述气流限制元件的工艺是复杂的，加工的产品常常超出公差范围，在全部产品中仅很小一部分是可用的。微孔隔膜在控温的滚轧过程中通过二维压延经受显微拉伸，最后形成一种相当薄 的膜片，以保证其具有足够的孔隙度。不难想象，这种操作和后处理都是相当困难的，经过一段时间的使用后，烧结的气流限制元件的孔隙率是非常低的，这种情况对用在过滤器和分离器技术领域的元件是正常的，而且这种生产方法也是非常复杂和困难的。

本发明的目的在于提供一种点火器以消除上述缺点，并改善气流速率的稳定性。这种点火器的气流限制器和导流装置由一个单管构成，管长大于5mm，单管至少有一个纵向通道，单个或多个纵向通道总气流横截面在0.03和0.002mm²范围以内。单管直接或通过插入的支承件与点火器主体作气密性配接。

限制管使点火器比传统的点火器更为可靠和实用，因为本发明提供的点火器是较结实的，气流的离散性较低，并且对温度的变化也具有相当的稳定性。由于元件便宜和组装简单，所以成本明显下降。

本发明点火器的其它优点和特征将参照以下最佳实施例和附图予以描述，但本发明不受此限。其中：

图1，表示通过液化气体点火器阀门的轴向剖面图，该剖面通过点火器主体和限制管，

图2表示类似于图1的另一个实施例的视图;

图3a-3f表示限制管断面的例子。

点火器包括一个主体2，在图中仅表示了点火器与阀门邻接的那些部件。参见图1和2，不难理解，主体2向下伸展并伸入液化气的贮液器4内。

主体2还具有管状部分6，后者又具有凸起部分8和部分10，部分10伸入贮液器4内，管状部分6最好呈圆柱形，并具有连续的纵向通道12，通道12可以有不同的直径或相同的直径，在管状部分6内设有阀门。在阀门开启时，可燃气体即从贮液器4中流出，在下文将采用“上游”和“下游”的术语，分别表示朝着贮液器4流动的方向和相反的方向。

最好，支承件14至少应与管状件6的部分10作气密性接合，最好在部分10的上方有一个台阶16。

支承件14有一个通道18，管20借助于通道直径与管径之间的微小差别，用套接方式使管20密封性地安装在通道18内，或利用其它方式来保证固定和密封的连接，如用法兰，粘结剂粘结连接方式。管20伸入通道18内的长度最好为3-5mm。

作为本发明的另一特征，管20直接插入主体22内，在这种情况下，主体内要形成类似于通道18的通道。

管20是一个用于引导贮液器4内气流的装置，同样它也用作一个限制这种气流速率的装置。

管20的长度超过5mm，最好伸展到靠近贮液器4的底部（未图示）。最好把它加工成单个纵向通道22。然而，也可设置多个独立的通道22a，22b，22c，这样总的通道或气流横截面（在可用的场合下，它是各独立通道的气流横截面之和）就可得到很大的减缩。该值为0.03-0.002mm²，取决于横截面的形状和其它参数。管子的外形基 本上是圆柱形的，它的外径最好在0.5-1mm之间，每个通道22的气流横截面在整个管长上大体上是恒定的，其尺寸是已知而预定的，取决于所需对气流限制的程度。

管20用具有满意的化学、热和尺寸稳定性的材料制成，这种材料还应适宜于管子的生产加工。一种乙缩醛均聚物可满足这些要求。

通道22的横截面构形最好具有高的周边与面积之比。所以应使通道的纵向表面24基本上形成二个彼此相对的表面，并在其间形成非常窄的间隙，仅留下很小的裂隙或缝隙，这种缝隙在某些情况下有一种迷宫般的构形。图3a-3f所示是一些用于限制气流的、不同几何形状通道横截面的例子，对于这些特殊的构形在下文讨论压降时将予引用。

管20采用挤压加工，挤压半成品的尺寸大于最终成品的几倍，加工过程的困难类似于生产任何一种管子时所遇到的困难。在离开挤压机时，材料仍具有塑性，采用一种类似于生产纺织纤维的加工方法，拉拔挤制的管子，使外径和内部气流横截面都受到缩减。经冷却之后，截断这种连续生产的管子到所需长度。对用这种方法生产的具有相同内部形状和相同长度的管子用上述点火器的燃料进行试验，在正常情况下，气流速率的变化，与气流速率的平均值相比，小于±4%而不必再作进一步的调整。

在管状部分6的凸起部分8内设有一个排气烟筒30，它距外圆的部件约有0.1mm的空隙，烟筒30可在第一最大插入位置（相当 于阀门的闭合状态）和第二位置（未图示）之间作纵向运动，可以利用致动装置使它运动到第二位置，而致动装置倾向于使烟筒保持在它的第一位置。这种致动装置是惯用的，所以没有图示出来。

烟筒30有一个轴向内部导气管32，通过它气体可以逸到大气中，气体通过狭缝36到达导气管32。一个由孔盖34组成的截流装置连接到烟筒30，该孔盖34最好呈圆盘状，可以由低硬度的弹性体（有氏硬度约为70）制成，它对化学和热具有稳定性。这种材料可以是丙烯腈丁二烯共聚物。管20的顶端和孔盖34共同构成一个室38。

在图1所示的第一个实施例中，支承件并不受到热导率或比热的限制，因为通过限流管20的燃料是气体状的，燃料已在贮液器4内的液体中，蒸发成气体，因此不再需要进一步的供热。所以，支承件14可以由黄铜或铝或锌合金制成，最好由塑料制成，如：乙缩醛均聚物是最合适的材料，因为它和管20的热膨胀系数相同。在这种处置中，点火器在气相状态下工作，仅有经蒸发的燃料通过管20。为此，用于管20的材料，其表面的分子结构必需经受某些改变。典型的管材是一种经硅烷化的材料（例如：1，1，1，3，3，3-六甲基二硅氨烷进行硅烷化）或一种用硅酮或氟化物处理的材料，硅酮或氟化物粘附在管20的材料上以使管20具有疏脂性能即：管子具有阻止液化气体柱上升的性能，从而使燃料必须在液体内蒸发。

在图2所示的实施例中，支承件14有一个延伸部分40，该部分 与烟筒30的纵向部分是同轴线的，在延伸部分40和烟筒30的相应部分之间有一个较小的径向间隙，延伸部分40呈凹形，并围着烟筒30的相应外部延伸。

在该实施例中，支承件14最好由金属制成，如黄铜或铝或锌合金，或任何其它良好的导热体或贮热体，以使通过管20上升的液体燃料容易蒸发。在开启截流装置后马上由大量贮存在支承件14内的热量提供所需热量，之后，由火焰产生的热量，通过烟筒30和支承件延伸部分的辐射和传导提供所需热量。支承件40可以用机械加工、模压或注塑的方法制造，它具有极小的质量以取得0.15J/℃的比热。

同样，应该缩减室38的尺寸以增强湍流，这种湍流可增加热的交换，并防止在点火瞬间积聚和消耗过量燃料，从而使由于开始点火时燃料的积聚而产生的过燃现象变得极为轻微。在该实施例中，点火器在液相状态下工作，限制管20提供液化气体。

在这种液相的实施例中，排气烟筒30应采用一种良好的热导体，例如：采用锌合金。

如前所述，支承件14与管件6作气密性连接，为此，支承件14的外表面应保证其能固定在管状件6内而取得密封性，并能承受液化气体的内压力而不致发生移动。在图2的实施例中，延伸部分40的外表面具有与支承件14的外表面相类似的特征，用以保证该外表面适配于管件6的凸出部分8的内表面。

通常，用作点火器燃料的液化气体是异丁烷或作为异丁烷的代用品是一种线性烃的混合物（n-丙烷，n-丁烷和异丁烷），这种混合物在室温下是挥发性的，具有类似于异丁烷的性能，在23℃，异丁烷的相对蒸气压为3.25bar（0.325Mpa），在温度高于和低于23℃时（这也可能是环境温度），蒸气压分别大于或小于3.25bar，此时点火器必要仍能提供实用的火焰。由于在室38下游端的压力只需稍大于大气压力（以保证正常的火焰高度），则限制管20的上游端和下游端之间的压降基本上必需是贮液器4内的压力和大气压力之间的压差。因此，为产生一个不受使用温度影响的、基本上是恒定的火焰，必须尽量使通过管20的气流速率不受贮液器4内压力的影响，而贮液器4内的压力是在各温度下液化气体的蒸气压力。

在管20的纵向通道22内的压力下降过程是复杂的，它取决于纵向通道22的每个气流横截面的几何构形。

通常，不论横截面的形状如何，湍流优于层流，因为在湍流情况下，气体压降随平均气流速度的上升成指数地增加（对一种给定的横截面，该速度即等于气流速率，也即等于火焰的高度）。而在层流情况下，这种增加是呈线性的。在点火器以气相工作时，由气流限制器提供正常的气流，一般为1.2mg/s，不论气流横截面的几何形状如何，工作总是处于湍流情况，气流速率约为75m/s，其雷诺数总是大于层流的雷诺数。在点火器以液相工作时，需通过特殊的步骤来产生一种湍流。在液相下工作时，液化气体的粘滞阻力是相当大的（由 于流体分子的内聚作用较大），这种现象可以通过增大液流横截面的周边来增强（不改变横截面的大小），结果引起边界层的条件，使得抛物线速度分布改变为流体内平面运动的分布，并具有由粘度引起的较大的压降。

如上所述，可取的气流横截面是相当于图3a-3f所示几何构形的横截面。如果管20的纵向通道内截面是圆形的、则在液相下工作的点火器与处于相同压力、温度的条件下在气相下工作的点火器相比，在质量流量关系上前者是后者的15倍。

相反，当纵向通道具有相互相对旋转的纵向表面24且表面之间的间隙很窄时，即当通道具有图示构形时，则以这两种方式-液相和气相-工作时，流的速率就会基本上相等。

同时，在前段所提出的各种条件下，取决于压力变化的气流速率的变化也是微小的，在末端压力为2bar和5bar的情况下，基本的气流速率（也就是火焰的高度）与3.25bar的气流速率的差别小于20%，而对于通常已知的点火器，这种差别则大于100%。

在选择气流横截面的最佳几何构形时，除了需作上述考虑外，还需考虑界面层的稳定现象（L.PRANDTL《气动测试研究所的结果》，Gottingen，第三版，1927年和H.L.LANGHAAR《在直管过渡长度内稳定流动》，《APPl，mech》期间刊第9卷，pp55-58，1842年）和由于流体膨胀以及相的改变所产生的热力学现象。这些内容叙述起来是颇为复杂的，不可能对最佳的几何形状，如周边与气 体截面积之比给出一个一般性的限定参数。

由于气流限制管20的纵向通道与已知的装置相比具有明显较大的侧面积，还由于这样的限制管几乎完全浸没在液化气体贮液器内（贮液器是一个相当大的热体），在一种正常的结构情况下（如管子外径为0.8mm，管长为50mm，壁厚为0.25mm）。在限制管内进行液相下的工作时，足够的热量（0.1cal/s）可以靠液体质量到限制器的对流和传导（0.2cal/s可供15℃的升温）来提供以完全蒸发流动的液化气体（典型的速率为1.2mg/s）。剩余的液相气体可以通过由液流压降产生的热能来蒸发。因此，即使进入管20内的燃料为液相燃料，但流体流经管子时就会蒸，它以蒸气形式到达蒸发室38的下游端，由于不需要进一步的供热，所以可以使用热的非良导体制作支承件14和烟筒13。

如前所述，在给定的供料条件质量流量的离散程度在平均值的±4%之间，这个变动对火焰高度的变动（对正常的20mm的火焰为±mm）是可以忽略的。如果要求一种更均匀的流动速率，则应在挤压机送出管20时在长度稍大于理论长度处作第一次切断，然后（在把限制管20插入支承件14之前或之后）在把组装件旋转在点火器内之前，在已知压力下供送空气或其他某种流体以取得流动速率的读数，根据读数进行第二次调整切断，以使流动速率的离散程度减低到与测量和切割各要素相对应的值。这样就有可能在报废零件插入点火器之前，将其检测出来并从生产线中剔除出去，因为这将增加对 报废零件所耗费用。

Claims (6)

1、一种液化气体点火器，它具有一个带液化气体贮液器(4)的框体或主体(2)；一个排气烟筒(30)，气体可在贮液器和烟筒之间上升；一个由孔盖(34)，即一种不可调节的气流速率限制器组成的截流装置；以及使气流从贮液器(4)内导向截流装置的导流装置，其特征是：气流限制器和导流装置由一个通过挤塑制成的长度大于5mm的单管(20)构成，单管(20)至少有一个纵向通道，通道的总的气流横截面，包括多通道时所有这些通道的气流横截面总和在0.03mm²和0.002mm²之间，管(20)直接或通过插入的一个支承件(14)与点火器的主体(2)作气密性的配接。

2、如权利要求1所述的点火器，其特征是：每个纵向通道（22）的气流横截面在管（20）的整个长度上基本上是恒定和已知的。

3、如权利要求2所述的点火器，其特征是;至少有一个纵向通道（22）具有基本上互相相对的纵向表面（24），表面（24）之间形成很窄的空隙。

4、如权利要求1所述的点火器，其特征是管（20）具有大体上为圆柱状的外表面，其外径为0.5-1mm。

5、如权利要求1-4中的至少一项所述的点火器，其特征是支承件（14）由良导热体材料制成，支承件（14）有一个基本上呈凹形的延伸部分（40），后者围着排气烟筒（30）的纵向部分的外部延伸，延伸部分（40）和排气烟筒之间具有一定间隙。

6、按权利要求1-4的任一项所述的点火器，其特征是管（20）由具有疏脂性能的物质制成。

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