CN110778399B - 一种产气增压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种产气增压装置，包括：密封罐体(2)、出气管(11)、增压容器(14)；压力传感器(13)和微机控制器(9)；密封罐体(2)内部有加热装置(4)，以加热其中的气体发生剂；出气管(11)连接密封罐体(2)侧壁上的出气口和增压容器(14)；压力传感器(13)连接增压容器(14)和微机控制器(9)，用于监控增压容器(14)内的压力，并将压力数据传送至微机控制器(9)；微机控制器(9)连接密封罐体(2)内的加热装置(4)，用于将接收的压力数据与设定的压力值进行比较，形成控制加热装置(4)的工作与否的控制指令。本发明装置产气效率高，可使用于各种需要气体增压的场所。
Description
技术领域
本发明总体地属于飞行器油箱增压、卫星冷气推进等可控充气技术领域，具体地涉及一种产气增压装置。
背景技术
在燃油类飞行器发动机中，随着煤油的消耗，液面降低，形成一定的真空区，需要提供一定压力才可以使燃油继续供应，现在普遍使用的是高压气瓶充气的方式，但是气瓶需要定期检测，占用体积大，高压气体的使用维护困难，高压气体未经加热使用效率低，增加了系统的重量，引入加热系统又增加了系统的复杂性。
化学产气类增压装置一般是通过以叠氮化钠为主产气药的气体发生器点燃的方法，反应只产生氮气，产气率只有40％～50％，而且反应开始后不能停止，限制了气体发生器的使用条件。
现有技术中多为气瓶增压的方式，气瓶增压结构简单，但是维护保养困难，必须配备专用场地进行保障，不适合高机动的增压场所，还有部分采用自增压系统进行增压，结构复杂，需要对引入的燃气进行降温操作，并且管路复杂。
CN 104727979 A用于固液火箭发动机试验用高压自增压系统，采用高压气源作为进气气路，分别输出高压低压等应用于不同部位，属于对气源进行高低压分级并利用，不属于化学增压。
CN203616128U采用的是高压临界氦贮罐，利用隔热措施，保存液氦。进行增压，属于利用液体氦的气化为气体氦气，增加贮存量的增压方法。
CN103411775A采用氢气作为气源，通过阀门管路进行增压供应燃料。不属于化学增压。
CN103527531A采用向金属波纹管内进行充气，增加波纹管体积进行增压的方式，利用的是气体膨胀金属波纹管体积，解决橡胶老化问题。
CN87 103346A利用喷管产生的燃气进行引流，再加以利用的方式进行增压。
CN 103670802A利用气枕进行增压，采用的也是气瓶作为气源。
CN103676992A对推进剂贮箱进行增压，采用是气源作为气源。
CN106194500A利用氦气氢气和氧气进行混合后增压，优点是加注的是热气源，增加了气体的利用率。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种产气增压装置，它可以可控地产生气体，对油箱实时增压。
本发明的技术方案是，一种产气增压装置，包括：密封罐体、出气管、增压容器；压力传感器和微机控制器；所述密封罐体用于叠氮化钠气体发生剂在其中发生反应并产生气体，其内部有加热装置，以加热其中的气体发生剂；所述密封罐体包括位于上端的加料箱和位于下端的储气箱；所述加料箱为上大下小的“漏斗”形结构，上部用于盛放气体发生剂；所述加料箱下部的“漏斗颈”伸入所述储气箱内，所述加热装置设置在漏斗颈下口部，加热从加料箱上部落入漏斗颈的气体发生剂，所述漏斗颈的下口部还设置有筛网，以使反应产生的气体和反应产物从筛网上的网孔进入储气箱；所述储气箱还用于盛放水，以使气体发生剂加热后反应生成的钠落入储气箱底部，与其中的水再次反应，生成氢气；所述出气管连接于储气箱侧壁上的出气口，用于将储气箱内产生的气体排出至增压容器；所述增压容器经出气管与密封罐体连通，用于储存密封罐体内产生的气体产生增压；所述压力传感器连接增压容器和微机控制器，用于监控增压容器内的压力，并将压力数据传送至微机控制器；所述微机控制器连接压力传感器和密封罐体内的加热装置，用于接收压力传感器获取的增压容器压力数据，并与设定的压力值进行比较，并根据所述数据比对结果形成用于控制加热装置的开始加热或停止加热的控制指令。
压力传感器监控增压容器内压力，增压容器将获得的压力信号传递至微机控制器，当压力低于设置下限时，加热装置开始加热和振动，当压力高于压力设置上限时，加热装置断路停止加热和振动。
进一步的，上述密封罐体的顶部内设置有蝶形弹簧和推板；所述蝶形弹簧的两端分别连接密封罐体的内顶板和推板，以根据密封罐体内的气体发生剂反应进程通过压力变形推动推板向下运动。
蝶形弹簧和推板属于推动模块设计：蝶形弹簧一端固定于密封罐体端盖另一端固定于推板，装入药片后压紧蝶形弹簧，药片受热分解后在振动马达作用下从筛网漏出，当药片消耗一部分时蝶形弹簧依靠自身变形力自动推动推板向下推进。
进一步的，上述筛网上设置有震动马达，所述震动马达连接至微机控制器，用于根据微机控制器的控制指令与加热装置同步工作，使气体发生剂加热后的反应产物钠及时落入储气箱底部与水反应。
进一步的，上述出气管内设置有过滤装置，用于过滤产气中的杂质。
更进一步的，上述过滤装置内装有滤网和干燥剂，所述干燥剂为分子筛颗粒、钠石灰、变色硅胶中的一种或多种的混合物。
进一步的，上述加热装置为电热丝或微波加热器。
进一步的，上述微机控制器具有时间补偿功能，以弥补加热装置的加热产气和停止产气均具有的滞后性质，以提前加热和提前停止产气。
本发明还提供了利用上述产气增压装置进行产气增压方法，包括以下步骤：S1、向密封罐体上端的加料箱中加入气体发生剂，向下端的储气箱中加入少量水，将加料箱和储气箱连接形成整体结构，即密封罐体，连接产气增压装置其他部件，启动压力传感器和微机控制器，并使加热装置启动加热；S2、微机控制器根据压力传感器采集的增压容器内的压力数据，控制加热装置工作，直至增压容器内的压力增至且保持在预定值。
进一步的，上述步骤S1中，所述气体发生剂为叠氮化钠与氧化剂和粘合剂的混合物，混合物被制成Φ2cm～Φ4cm的圆片状；所述氧化剂为氧化铁、氧化钴、二硫化钼的一种或多种的混合；所述粘合剂为高岭土和/或硬脂酸镁；所述氧化剂的质量比小于4％。所述步骤S1中，储气箱盛放的少量水的高度为LS；所述出气管伸入所述密封罐体内，且有伸入长度LC，所述漏斗颈伸入所述储气箱内的长度为LL，则LS、LC、LL的关系满足：密封罐体处于任何倾斜或翻转角度时，储气箱中的水面处于筛网最底部以下，和/或处于出气管在储气箱中的口部以下，以避免倾斜或翻转使用环境中储气箱底部的水进入加料箱和/或增压容器中。
本发明技术方案现有技术比具有以下优点：
1.本发明装置相对于气瓶的增压方式更加安全，排除了容易泄漏、高压、体积大的缺点。
2.本发明装置中气体发生剂的加热和分解通过加热装置和微机控制器控制，当产气量足够的时候关闭加热装置，气体发生剂失去热源自身反应热不足以支撑反应继续，停止分解，反应终止。如果需要气体，微机控制器控制加热装置工作才能再次加热使产气继续，克服了传统氮气发生器点燃后无法停止的缺点。
3.本发明装置使用的气体发生剂相对于传统的氮气发生器只需要添加少量的氧化剂，提高了氮气产生量。本发明的叠氮化钠中加入少量氧化剂，氧化剂产生热量不足以支撑反应持续，需要加热装置配合使反应进行，同时可以通过控制加热装置使反应停止或继续且可以减少加热装置的供热需求。
4.本发明相对于一般的氮气气体发生器不仅产生氮气而且产生氢气，使产气量提高一倍。本产气增压装置分解1摩尔叠氮化钠可以产生1.5摩尔氮气和0.5摩尔氢气，相当于产生2摩尔气体，1摩尔任何气体在标况下体积是相同的，所以特别适用于增压场合。
5.本发明装置相对于一般的氮气发生器不需要雷管、点火药等火工品，提高了产品在生产、运输和贮存的安全性。
6.相比于气瓶产生的气体，本发明装置产生的气体自身为热气源，提高了气体的利用率。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例中产气增压装置的结构示意图；
图2-5为本发明实施例中储气箱底部的水的液位高度与排气管、筛网之间的位置关系示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种产气增压装置，包括产气模块、推动模块、控制模块、适应姿态结构设计，其具体结构如图1所示：
产气模块：密封罐体2，罐体内有加热装置4、筛网3、叠氮化钠气体发生剂、振动马达10和一定量的水；罐体分为上下两部分，上部为加料箱5，用于盛放气体发生剂，下端为储气箱，用于储存反应气体，并且放置一定量水供叠氮化钠的加热产物钠再次反应；漏斗形状加料箱5的下端颈部伸入储气箱中，加热装置4、筛网3以及振动马达10均设置在加料箱5下端的颈端口部，以使气体发生剂被加热的同时振动通过筛网3进入储气箱部分；出气管11连接在密封罐体2下端的储气箱侧壁上，过滤装置12设置在出气管11中以过滤产气，增压容器14连接出气管11的另一端。加热装置优选使用电热丝或其他加热方式加热叠氮化钠药片使其分解产生氮气和钠。叠氮化钠压制成Φ2～Φ4的片状，其中可以混合少量的氧化铁、氧化钴等氧化剂的一种或多种，可以混合高岭土或硬脂酸镁等粘合剂的一种或一种多种；密封罐体2底部盛放少量水，振动马达设置在筛网上，带动筛网振动，使分解后的叠氮残渣落入水中，残渣中的钠与水反应产生氢气；反应产生的氢气和氮气经出气管11进入过滤装置12然后进入增压容器14，过滤装置12内装有滤网和分子筛颗粒、钠石灰、变色硅胶等干燥剂的一种或一种以上的混合物。
控制模块：微机控制器9、压力传感器组成13：压力传感器13监控增压容器14内压力，信号传递至微机控制器9，当压力低于设置下限加热装置开始加热、振动马达振动，当压力高于压力设置下限加热装置停止加热、振动马达停止振动。
姿态适应模块：储气箱底部水位高度控制，结合加料箱的下端颈部伸入储气箱的高度设计，使增压装置不论处于任何姿态筛网3和加热装置4都不被水淹没；储气箱底部水位高度控制，结合储气箱上出气口位于密封罐体侧壁中心位置且出气管11伸入储气箱中一定长度，使水不进入出气管11中。这种设计是为了保证本实施例装置可用于飞行器中，适应飞行器各种不同姿态中使用本实施例产气增压装置。姿态适应模块中的水、筛网3以及出气管13在储气箱中的位置关系如图2-5所示。
推动模块：蝶形弹簧7、推板8，它们设置于密封罐体2上部的加料箱5顶部，蝶形弹簧一端固定于加料箱5端盖一端固定于推板，装入药片后压紧蝶形弹簧，药片受热分解后在振动马达作用下落入水中，当药片消耗一部分时自动向下推进。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种产气增压装置，其特征在于，包括：密封罐体(2)、出气管(11)、增压容器(14)；压力传感器(13)和微机控制器(9)；
所述密封罐体(2)用于叠氮化钠气体发生剂在其中发生反应并产生气体，其内部有加热装置(4)，以加热其中的气体发生剂；
所述密封罐体(2)包括位于上端的加料箱(5)和位于下端的储气箱；所述加料箱(5)为上大下小的“漏斗”形结构，上部用于盛放气体发生剂；所述加料箱(5)下部的“漏斗颈”伸入所述储气箱内，所述加热装置(4)设置在漏斗颈下口部，加热从加料箱(5)上部落入漏斗颈的气体发生剂，所述漏斗颈的下口部还设置有筛网(3)，以使反应产生的气体和反应产物从筛网(3)上的网孔进入储气箱；
所述储气箱还用于盛放水，以使气体发生剂加热后反应生成的钠落入储气箱底部，与其中的水再次反应，生成氢气；
所述出气管(11)连接于储气箱侧壁上的出气口，用于将储气箱内产生的气体排出至增压容器(14)；
所述增压容器(14)经出气管(11)与密封罐体(2)连通，用于储存密封罐体(2)内产生的气体产生增压；
所述压力传感器(13)连接增压容器(14)和微机控制器(9)，用于监控增压容器(14)内的压力，并将压力数据传送至微机控制器(9)；
所述微机控制器(9)连接压力传感器(13)和密封罐体(2)内的加热装置(4)，用于接收压力传感器(13)获取的增压容器(14)压力数据，并与设定的压力值进行比较，并根据数据比对结果形成用于控制加热装置(4)的开始加热或停止加热的控制指令。
2.如权利要求1所述的产气增压装置，其特征在于，所述密封罐体(2)的顶部内设置有蝶形弹簧(7)和推板(8)；
所述蝶形弹簧的两端分别连接密封罐体(2)的内顶板和推板(8)，以根据密封罐体(2)内气体发生剂反应进程通过压力变形推动推板(8)向下运动。
3.如权利要求1所述的产气增压装置，其特征在于，所述筛网(3)上设置有震动马达(10)，所述震动马达(10)连接至微机控制器(9)，用于根据微机控制器(9)的控制指令与加热装置(4)同步工作，使气体发生剂加热后的反应产物钠及时落入储气箱底部与水反应。
4.如权利要求1所述的产气增压装置，其特征在于，所述出气管(11)内设置有过滤装置(12)，用于过滤产气中的杂质。
5.如权利要求4所述的产气增压装置，其特征在于，所述过滤装置(12)内装有滤网和干燥剂，所述干燥剂为分子筛颗粒、钠石灰、变色硅胶中的一种或多种的混合物。
6.如权利要求1所述的产气增压装置，其特征在于，所述加热装置(4)为电热丝。
7.如权利要求1所述的产气增压装置，其特征在于，所述微机控制器(9)具有时间补偿功能，以弥补加热装置(4)的加热产气和停止产气均具有的滞后性质，以提前加热和提前停止产气。
8.一种产气增压方法，其特征在于，它利用如权利要求1-7中任一权利要求所述的产气增压装置，包括以下步骤：
S1、向密封罐体(2)上端的加料箱(5)中加入气体发生剂，向下端的储气箱中加入少量水，将加料箱(5)和储气箱连接形成整体结构，即密封罐体(2)，连接产气增压装置其他部件，启动压力传感器(13)和微机控制器(9)，并使加热装置(4)启动加热；
S2、微机控制器(9)根据压力传感器(13)采集的增压容器(14)内的压力数据，控制加热装置(4)工作，直至增压容器(14)内的压力增至且保持在预定值。
9.根据权利要求8所述的产气增压方法，其特征在于，
所述步骤S1中，所述气体发生剂为叠氮化钠与氧化剂和粘合剂的混合物，混合物被制成Φ2cm～Φ4cm的圆片状；所述氧化剂为氧化铁、氧化钴、二硫化钼中的一种或多种的混合；所述粘合剂为高岭土和/或硬脂酸镁；所述氧化剂的质量比小于4％；
所述步骤S1中，储气箱盛放的少量水的高度为LS；所述出气管(11)伸入所述密封罐体(2)内，且有伸入长度LC，所述漏斗颈伸入所述储气箱内的长度为LL，则LS、LC、LL的关系满足：密封罐体(2)处于任何倾斜或翻转角度时，储气箱中的水面处于筛网(3)最底部以下，和/或处于出气管(11)在储气箱中的口部以下，以避免倾斜或翻转使用环境中储气箱底部的水进入加料箱(5)和/或增压容器(14)中。
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