ГЕНЕРАТОР ХОЛОДНОГО ЧИСТОГО АЗОТА Российский патент 2000 года по МПК F23R5/00 

Изобретение относится к конструкциям генераторов холодного азота на твердом химическом топливе, предназначенных для получения азота, температура которого не превышает 60^oC, и используемых для наддува полостей и агрегатов летательных аппаратов, для пожаротушения, наддува подушек безопасности и т. д.

Известен газогенератор, содержащий корпус с выходным отверстием, в котором последовательно размещены воспламенитель, заряд твердого газопроницаемого топлива, блок охладителя, опорная перфорированная решетка, контактирующая с блоком охладителя и средство для предотвращения несанкционированного прорыва горячих газов, выполненное из пластичного бронепокрытия, нанесенного на боковые поверхности заряда и охладителя, эластичной оболочки, нанесенной на бронепокрытие и опорную решетку, которая, в свою очередь, снабжена отбортовкой, соединенной с корпусом в районе выходного отверстия (см. пат. RU N 2023956, МПК F 23 R 5/00, 1992 г.).

Эта конструкция не позволяет получить достаточно чистый и холодный газ на выходе, т.к. при использовании заряда твердого газопроницаемого топлива, поверхность горения, а соответственно и давление в камере сгорания, постоянно увеличиваются в процессе горения. Температура в камере сгорания также возрастает и достигает ≈ 700^oC. При этом пластичная оболочка, сжимающая блок инертного охладителя, коксуется и теряет свои прочностные характеристики, в результате чего появляется возможность прорыва горячего газа и конденсированной фазы через охладитель.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является газогенератор, содержащий корпус с размещенными в нем камерой сгорания с канальным зарядом твердого топлива и камеры охлаждения с твердым сублимирующим охладителем, разделенными перегородками с осевым каналом, и перфорированный стакан. В осевом канале перегородки установлены направляющие, а перфорированный стакан размещен в направляющих с выходом его открытой части в канал заряда, при этом на открытой части стакана выполнен буртик (см. а.с. SU, N 1087749, МПК F 23 R 5/00, 1979 г.)
В данном генераторе относительно просто решается задача охлаждения продуктов сгорания до требуемых величин, однако на выходе из генератора холодный газ несет в своем составе большое количество агрессивных продуктов сублимации охладителя, что резко сужает область применения генераторов данного типа.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке генератора, позволяющего надежно получить на выходе холодный и одновременно высокой степени чистоты азот с температурой не превышающей 60^oC.

Поставленную задачу выполняет предлагаемая конструкция генератора холодного чистого азота, содержащая корпус с размещенными в нем камерой сгорания с канальным зарядом твердого источника азота и камеру охлаждения, разделенные перегородкой с соплом. Камера охлаждения выполнена в виде отдельного блока, который герметично закреплен в корпусе генератора. Этот блок снабжен подвижными перфорированными днищами с пакетами сеток, величина ячеек которых уменьшается по мере удаления от днищ. Блок охлаждения заполнен нейтральной мелкодисперсной 0,5 - 1,0 мм двуокисью кремния SiO₂. На перегородке между соплом и передним перфорированным днищем установлен рассекатель газа с боковыми отверстиями. Перегородка с соплом выполнена с возможностью перемещения, что особенно удобно при сборке генератора данного типа.

На чертеже представлена конструкция генератора холодного чистого азота.

Генератор содержит корпус 1 с крышкой 2, камеру сгорания 3 с канальным зарядом твердого источника азота 4 и блок охлаждения 5. Между камерой сгорания 4 и блоком охлаждения 5 размещена перегородка 6 с соплом 7. Блок охлаждения снабжен подвижными перфорированными днищами 8 с пакетами сеток 9 и заполнен мелкодисперсной двуокисью кремния 10. Между соплом 7 и передним перфорированным днищем установлен рассекатель 11 с боковыми отверстиями 12. Для исключения прорыва горячего азота между блоком охлаждения и корпусом генератора установлено резиновое уплотнение 13. Подача холодного чистого азота потребителю осуществляется через выходной штуцер 14. На переднем днище корпуса размещены пиропатрон 15 и воспламенитель заряда твердого источника азота 16.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При подаче команды на пиропатрон 15 с помощью воспламенителя 16 загорается заряд твердого источника азота 4. В результате реакции горения заряда образуется азот с температурой 450-500^oC и большое количество конденсированных частиц химической реакции горения.

Выходящий через сопло 7 горячий азот и большое количество конденсированных частиц, отражаясь от рассекателя 11 и проходя через отверстия 12, переднее перфорированное днище 8 и передний пакет сеток 9, поступают в блок охлаждения 5. Проходя через плотно сжатую перфорированными днищами и пакетами сеток мелкодисперсную двуокись кремния 10, азот фильтруется и охлаждается до требуемой температуры. Конденсированная фаза улавливается в блоке охлаждения 5, обеспечивая тем самым получение холодного и чистого азота из выходного штуцера 14. Проведенные натурные испытания опытных образцов показывают, что предлагаемый генератор чистого холодного азота позволяет получить на выходе по составу 99,9% азота, температура которого не превышает 60^oC, а степень чистоты по конденсированной фазе не хуже 8 мк. Достигнутые параметры дают возможность использовать генераторы данного типа для наддува полостей и агрегатов летательных аппаратов, при тушении локальных пожаров, например дорогостоящей радиоэлектронной аппаратуры, размещенной в замкнутых объемах - шкафах, ящиках, при тушении пожаров на атомных станциях, а также для наддува подушек безопасности, трапов, плотиков, понтонов и т.д.

Генератор холодного чистого азота, используемый для наддува полостей и агрегатов летательных аппаратов, для пожаротушения, наддува подушек безопасности, содержит корпус с размещенными в нем камерой сгорания с канальным зарядом твердого источника азота и камеру охлаждения, разделенную перегородкой с соплом. Камера охлаждения выполнена в виде отдельного блока, который герметично закреплен в корпусе генератора. Этот блок снабжен подвижными перфорированными днищами с пакетами сеток, величина ячеек которых уменьшается к центру охладительного блока. Блок охлаждения заполнен нейтральной мелкодисперсной 0,5 - 1,0 мм двуокисью кремния SiO₂. На перегородке между соплом и передним перфорированным днищем установлен рассекатель газа с боковыми отверстиями. Перегородка с соплом выполнена с возможностью перемещения. Такое выполнение генератора повышает надежность получения холодного и чистого азота. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Генератор холодного чистого азота, содержащий корпус размещенными в нем камерой сгорания с канальным зарядом твердого источника азота и камеру охлаждения, разделенную перегородкой с соплом, отличающийся тем, что камера охлаждения выполнена в виде отдельного блока, герметично закрепленного в корпусе генератора, снабженного подвижными перфорированными днищами с пакетами сеток и заполненного нейтральной мелкодисперсной 0,5 - 1,0 мм двуокисью кремния SiO₂, а на перегородке между соплом и передним перфорированным днищем установлен рассекатель газа с боковыми отверстиями. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что величина ячеек сеток в пакете выполнена уменьшающейся в направлении к центру охладительного блока. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что перегородка с соплом выполнена с возможностью перемещения.