CN108645259B - 一种高效率高温燃气快速降温装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效率高温燃气快速降温装置，包括壳体，该壳体顶端开设有进气口，底端设置有出气口；壳体内设置有冷却组件，冷却组件沿壳体的轴向分为多层冷却腔，每一冷却腔内分别填充有降温剂，每层冷却腔均包括圆柱状的内腔和环绕该内腔设置的圆环状的外腔；每一内腔的侧壁上均设置有第一通气孔，沿壳体的轴向，各层冷却腔中的内腔底部和外腔底部交替分布有第二通气孔；此外，本发明在进气口和冷却组件之间设置有第一金属层压过滤网，在冷却组件和出气口之间设置有第二金属层压过滤网。本发明可以控制高温燃气迂回曲折地通过降温剂，从而延长了燃气的流通路径，提高了燃气与降温剂的接触效率；具有降温快、效率高等特点。

Description

一种高效率高温燃气快速降温装置
技术领域
本发明涉及高温燃气降温处理技术领域，尤其涉及一种高效率高温燃气快速降温装置。
背景技术
固体推进剂、气体发生剂等固体药剂广泛适用于各类火工动力装置、应急充气装置中，用于火工动力装置对外输出做功或应急充气装置快速充气。固体药剂产生的燃气温度通常在800℃以上，常规材料和结构难以承受高温环境，因此需要对药剂产生的燃气进行降温。常规的冷却降温方法是通过热传导或热对流等物理方式实现，降温速度慢、效率低、降温装置结构庞大且复杂，而药剂的工作时间较短(通常在几十毫秒至几十秒内)，常规方法难以实现短时间内的快速降温。
专利《高温燃气快速冷却装置及冷却方法》(申请号：200510082727.X)中提出一种化学冷却和物理冷却相结合的冷却方式，冷却效果较好，但由于燃气通过冷却装置时速度较快、燃气流通路径短，不能与化学降温剂和物理冷却剂充分、均匀接触，使得流通路径以外的化学降温剂和物理冷却剂不能充分参与降温反应，起不到良好的降温效果，降温效率较低。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种高效率高温燃气快速降温装置，该装置控制高温燃气迂回曲折地通过降温剂，延长了燃气的传递路径，提高了燃气与降温剂的接触效率；具有降温快、效率高等特点。
该高效率高温燃气快速降温装置包括壳体，所述壳体为圆筒状结构，其顶端开设有进气口，底端安装有封盖，所述封盖上开设有出气口，所述进气口与进气通道连接，所述出气口与出气通道连接；
所述壳体内设置有冷却组件，所述冷却组件沿所述壳体的轴向分布有多层冷却腔，每层的冷却腔内分别填充有降温剂，且每层的冷却腔均包括圆柱状的内腔和环绕所述内腔设置的圆环状的外腔；每一所述内腔的侧壁上均设置有沿所述壳体径向的第一通气孔，沿所述壳体的轴向，各层冷却腔中的内腔底部和外腔底部交替分布有沿所述壳体轴向的第二通气孔；
所述壳体的内部还设置有第一金属层压过滤网和第二金属层压过滤网，所述第一金属层压过滤网位于所述进气口和所述冷却组件之间，所述第二金属层压过滤网位于所述冷却组件和所述出气口之间。
进一步地，所述冷却组件由多个冷却支架沿所述壳体的轴向组装而成；所述冷却支架包括环形结构和设置在所述环形结构底端的圆形底板；
多个所述冷却支架沿所述壳体的轴向组合在一起时，每一所述冷却支架的圆形底板的侧边均和所述壳体内壁密封连接；最顶端冷却支架的环形结构的顶端与所述第一金属层压过滤网的底面抵接，除最顶端冷却支架外的其他每一冷却支架的环状结构的顶端均和上一层冷却支架的圆形底板的底面抵接。
进一步地，所述冷却支架的环形结构的顶端环绕其圆周开设有环形槽，所述环形槽内设置有第二柔性石墨密封圈；
多个所述冷却支架沿所述壳体的轴向组合在一起时，相邻的两个冷却支架的环形结构和圆形底板之间相接触的部分通过相应的环形结构内设置的第二柔性石墨密封圈实现密封。
进一步地，所述第一通气孔开设在所述环形结构的侧壁上，所述第二通气孔开设在所述圆形底板上并位于所述环形结构的内部或外部；
在所述冷却支架上，其第一通气孔和第二通气孔沿其环形结构的圆周方向交错分布，且第一通气孔和第二通气之间的角度为90°。
进一步地，所述封盖的内端面和所述壳体的底部之间设置有第一柔性石墨密封圈。
进一步地，所述壳体的外侧对应所述进气口和所述出气口的位置分别开设有密封槽。
进一步地，所述进气口和所述进气通道通过法兰连接。
进一步地，所述出气口和所述出气通道通过法兰连接。
本发明通过设置具有多层冷却腔的冷却机构，并通过在每一冷却腔上开设径向的第一通气孔和轴向的第二通气孔，引导从进气口通入的高温燃气迂回曲折地通过冷却组件中的降温剂，延长了燃气流通路径，从而能够使燃气与降温剂充分、均匀的接触，促使降温剂快速、均匀、充分的分解吸热，大幅度提高降温效率和冷却速度。并且在高温气体通入时和冷却后排出时分别通过金属层压过滤网对气体进行过滤，滤除其中的残渣，同时起到物理降温的作用。具有降温快、效率高等特点，适用于对固体推进剂、气体发生剂等化学药剂燃烧产生的高温燃气进行快速冷却。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高效率高温燃气快速降温装置的剖视图；
图2为本发明实施例提供的高效率高温燃气快速降温装置中的冷却组件的剖视图的轴测图；
图3a为本发明实施例提供的高效率高温燃气快速降温装置中的冷却组件的主视图；
图3b为本发明实施例提供的高效率高温燃气快速降温装置中的冷却组件的左视图；
图4a为本发明实施例提供的高效率高温燃气快速降温装置中的冷却支架的轴测图；
图4b为本发明实施例提供的高效率高温燃气快速降温装置中的冷却支架的另一形态的轴测图。
附图标记说明：
1：壳体，2：进气口，3：封盖，4：出气口，5：冷却组件，
6：第一金属层压过滤网，7：第二金属层压过滤网，8：内腔，9：外腔，
10：第一柔性石墨密封圈，11：冷却支架，12：第一通气孔，
13：第二通气孔，14：第二柔性石墨密封圈，15：环形结构，
16：圆形底板，17：环形槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1示出了本实施例中的高效率高温燃气快速降温装置的剖视图；该高效率高温燃气快速降温装置包括壳体1，该壳体1为圆筒状结构，选用耐高温，性能优良的不锈钢、钛合金或高温合金材料制造；其顶端开设有进气口2，底端通过螺栓安装有封盖3，该封盖3为平底结构，选用与壳体1相同的材料制造，其内端面和壳体1之间设置有第一柔性石墨密封圈10。
该封盖3上开设有出气口4；其中，进气口2与进气通道通过法兰连接，用于通入待降温的高温燃气；出气口4与出气通道通过法兰连接，同于供降温后的燃气排出。并且为了增加进气口2和出气口4的密封性，本实施例中，在壳体1的外侧对应进气口2和出气口4的位置分别开设有密封槽，密封槽内设置有柔性石墨密封圈，用于密封。
在上述壳体1内部设置有冷却组件5、第一金属层压过滤网6和第二金属层压过滤网7，该第一金属层压过滤网6位于进气口2和冷却组件5之间，用于对进气口2处通入的高温燃气进行过滤，滤除其中的残渣，同时起到物理降温的作用；第二金属层压过滤网7位于冷却组件5和出气口4之间，用于对经过冷却组件5降温的燃气进行过滤，进一步滤除其中的残渣，同时起到物理降温的作用。
具体地，在本实施例中，该冷却组件5沿壳体1的轴向分布有多层冷却腔，每层的冷却腔内分别填充有降温剂，且每层的冷却腔均包括圆柱状的内腔8和环绕内腔8设置的圆环状的外腔9。进一步地，在图1的基础上，请同时参考图2，图2示出了本实施例中的冷却组件5的剖视图的轴测图，本实施例中在其中每一内腔8的侧壁上均设置有沿壳体1径向的第一通气孔12，沿壳体1的轴向，各层冷却腔中的内腔8底部和外腔9底部交替分布有沿壳体1轴向的第二通气孔13。
也即如图2所述，第一层冷却腔的第二通气孔13位于其外腔底部，而第二层冷却腔的第二通孔13位于其内腔底部，第三层冷却腔的第二通气孔13位于其外腔底部，而第四层冷却腔的第二通孔13位于其内腔底部，如此循环交替。其中，第一通气孔12用于同一层冷却腔中的内腔和外腔之间气体的流通；第二通气孔13用于相邻的两层冷却腔之间气体的流通。
请进一步参阅图3a和图3b，图3a和图3b分别示出了本实施中的冷却组件5的主视图和左视图；当其中一层冷却腔的第二通气孔13位于其外腔底面时，通入该层冷却腔中的高温燃气只能从该层冷却腔的外腔流入下层冷却腔的外腔；而当其中一层冷却腔的第二通气孔13位于其内腔底面时，通入该层冷却腔中的高温燃气只能从该层冷却腔的内腔流入下层冷却腔的内腔；也即依照图2所示，当高温燃气通入时，高温燃气的流向为：
第一层内腔→第一层外腔→第二层外腔→第二层内腔→第三层内腔→第三层外腔→第四层外腔→第四层内腔……，如此循环往复，实现高温燃气在冷却组件中迂回曲折地流动，从而增加了高温燃气的流动路径，使得高温燃气可以和冷却腔中的降温剂接触更充分。
上述冷却组件5由多个冷却支架11沿壳体1的轴向组装而成；进一步地，请参阅图4a和图4b，图4a和图4b分别示出了本实施中的两种形态的冷却支架11；该冷却支架11包括环形结构15和设置在环形结构15底端的圆形底板16；当然该环形结构15和圆形底板16可以设计为一体式结构，在环形结构15的顶端环绕其圆周开设有环形槽17，环形槽17内设置有第二柔性石墨密封圈14。
上述第一通气孔12开设在环形结构15的侧壁上，第二通气孔13开设在圆形底板16上并位于环形结构15的内部或外部；也即当第二通气孔13需要设置在内腔底部时，则将第二通气孔13开设在环形结构15内部，而当第二通气孔13需要设置在外腔底部时，则将第二通气孔13开设在环形结构15外部；且第一通气孔12和第二通气孔13沿环形结构15的圆周方向交错分布，第一通气孔12和第二通气孔13之间的角度ɑ为90°。
多个冷却支架11沿壳体1的轴向组合在一起时，每一冷却支架11的圆形底板16的侧边均和壳体1内壁密封连接；最顶端冷却支架的环形结构15的顶端与第一金属层压过滤网6的底面抵接，除最顶端冷却支架外的其他每一冷却支架11的环状结构15的顶端均和上一层冷却支架的圆形底板16的底面，通过封盖3和壳体1连接时产生的预紧力实现抵接密封，如图1所示。也即，封盖3安装在壳体1底端时，封盖3的内端面顶压第二金属层压过滤网7，金属层压滤网7顶压最底端的冷却支架，底端冷却支架依次顶压上层冷却支架，从而实现各层冷却支架11之间的密封。
使用时，高温燃气由设置在壳体1上的进气通道进入，通过第一金属层压过滤网6将燃气中的大颗粒残渣滤除，然后高温燃气进入冷却组件5并按照第一层内腔→第一层外腔→第二层外腔→第二层内腔……的顺序由上至下依次经过各层冷却腔的内腔和外腔，在这一过程中高温燃气与各冷却腔内的降温剂充分接触，依靠降温剂分解吸收燃气热量。降温后的燃气通过第二金属层压过滤网7，过其中混有的固体残渣被滤除，并通过金属层压滤网物理吸热的方式使燃气温度进一步降低，最后由设置在封盖3上的出气通道将降温后的燃气排出。
其中，组成上述冷却组件5的冷却支架11的数量、结构尺寸等均可以根据冷却结构空间大小、降温剂装填需求、降温幅度要求等因素来灵活配置。
本发明通过设置具有多层冷却腔的冷却机构，并通过在每一冷却腔上开设径向的第一通气孔和轴向的第二通气孔，引导从进气口通入的高温燃气迂回曲折地通过冷却组件中的降温剂，延长了燃气流通路径，从而能够使燃气与降温剂充分、均匀的接触，促使降温剂快速、均匀、充分的分解吸热，大幅度提高降温效率和冷却速度。并且在高温气体通入时和冷却后排出时分别通过金属层压过滤网对气体进行过滤，滤除其中的残渣，同时起到物理降温的作用。具有降温快、效率高等特点，适用于对固体推进剂、气体发生剂等化学药剂燃烧产生的高温燃气进行快速冷却。
需要说明的是，本发明实施例中，“第一”、“第二”的出现，仅仅是为了作区分技术名词和描述方便，不应理解为对本发明实施例的限定。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效率高温燃气快速降温装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体为圆筒状结构，其顶端开设有进气口，底端安装有封盖，所述封盖上开设有出气口，所述进气口与进气通道连接，所述出气口与出气通道连接；
所述壳体内设置有冷却组件，所述冷却组件沿所述壳体的轴向分布有多层冷却腔，每层的冷却腔内分别填充有降温剂，且每层的冷却腔均包括圆柱状的内腔和环绕所述内腔设置的圆环状的外腔；每一所述内腔的侧壁上均设置有沿所述壳体径向的第一通气孔，沿所述壳体的轴向，各层冷却腔中的内腔底部和外腔底部交替分布有沿所述壳体轴向的第二通气孔；
所述壳体的内部还设置有第一金属层压过滤网和第二金属层压过滤网，所述第一金属层压过滤网位于所述进气口和所述冷却组件之间，所述第二金属层压过滤网位于所述冷却组件和所述出气口之间；
所述冷却组件由多个冷却支架沿所述壳体的轴向组装而成；所述冷却支架包括环形结构和设置在所述环形结构底端的圆形底板；
多个所述冷却支架沿所述壳体的轴向组合在一起时，每一所述冷却支架的圆形底板的侧边均和所述壳体内壁密封连接；最顶端冷却支架的环形结构的顶端与所述第一金属层压过滤网的底面抵接，除最顶端冷却支架外的其他每一冷却支架的环状结构的顶端均和上一层冷却支架的圆形底板的底面抵接；
所述第一通气孔开设在所述环形结构的侧壁上，所述第二通气孔开设在所述圆形底板上并位于所述环形结构的内部或外部；
在所述冷却支架上，其第一通气孔和第二通气孔沿其环形结构的圆周方向交错分布，且第一通气孔和第二通气之间的角度为90°。
2.如权利要求1所述的高效率高温燃气快速降温装置，其特征在于，所述冷却支架的环形结构的顶端环绕其圆周开设有环形槽，所述环形槽内设置有第二柔性石墨密封圈；
多个所述冷却支架沿所述壳体的轴向组合在一起时，相邻的两个冷却支架的环形结构和圆形底板之间相接触的部分通过相应的环形结构内设置的第二柔性石墨密封圈实现密封。
3.如权利要求1所述的高效率高温燃气快速降温装置，其特征在于，所述封盖的内端面和所述壳体的底部之间设置有第一柔性石墨密封圈。
4.如权利要求1所述的高效率高温燃气快速降温装置，其特征在于，所述壳体的外侧对应所述进气口和所述出气口的位置分别开设有密封槽。
5.如权利要求1所述的高效率高温燃气快速降温装置，其特征在于，所述进气口和所述进气通道通过法兰连接。
6.如权利要求1所述的高效率高温燃气快速降温装置，其特征在于，所述出气口和所述出气通道通过法兰连接。
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