ГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2002 года по МПК A62C13/22 B01J7/00 

Изобретение относится к области пиротехники, а именно к устройствам для генерирования газа при сгорании пиротехнического состава, и может быть использовано в качестве источника газа низкого и высокого давления для вытеснения порошков, жидкостей, для наддува различных емкостей, а также в других устройствах, использующих инертный низкотемпературный газ.

Известны конструкции газогенераторов кислорода и инертного газа (1-3), Они содержат корпус с отверстием для выхода газа, воспламенительное устройство, газогенерирующий заряд в оболочке, фильтрующую систему и охладитель,
В этих конструкциях газ образуется при химических реакциях, протекающих на поверхности заряда. Образующиеся при этом продукты газификации покидают зону химической реакции, имея температуру, близкую к температуре горения пиротехнического состава (~1000^oС). Поэтому в этих конструкциях для получения газа с температурой 50 -100^oС необходимо наличие специальных устройств для охлаждения газов за счет теплообмена, либо затрат тепла на разложение инертных веществ. Возможность присутствия в газовом потоке частиц продуктов реакции требует наличия в конструкции газогенератора системы для очистки газа.

Как показал патентный поиск, расположение фильтрующей системы и охладителя может быть весьма разнообразным. В газогенераторах кислорода (1) в качестве фильтрующей системы и охладителя использовано устройство, содержащее кварцевое либо керамическое волокно. Оно расположено либо внутри (по оси) заряда, либо снаружи. Недостатком такой конструкции является малая эффективность очистки газа от примесей и его охлаждения, особенно при осевом расположении фильтрующей системы (внутри заряда). Конструкция газогенераторов (2-3) содержит корпус с выходным отверстием. В корпусе последовательно размещены воспламенительное устройство, цилиндрический газопроницаемый заряд химического твердого топлива, цилиндрический газопроницаемый блок инертного охладителя и контактирующая с ним опорная решетка. Заряд и охладитель выполнены в виде единого моноблока. Таким образом, создаются условия для направленного движения газообразных продуктов реакции к выходному отверстию газогенератора только по внутрипоровым каналам газопроницаемого моноблока заряд-охладитель. Здесь заряд и охладитель выполняют и роль фильтра. Недостатками данной конструкции газогенераторов являются:
- неравномерность (увеличение) скорости химической реакции, а следовательно, и скорости генерации газа, обусловленное повышением температуры заряда за счет отдачи ему тепла газом, протекающим через заряд;
- небольшая газопроизводительность с единицы объема заряда, так как с увеличением плотности прессования заряда возрастает его газодинамическое сопротивление и также растет давление газа, что приведет к росту веса корпуса и габаритов;
- возможность наличия в газе, выходящем из газогенератора, частиц исходных и конечных продуктов заряда.

Известна конструкция газогенератора (4), которая содержит корпус с отверстием для выхода газа, воспламенительное устройство и газогенерирующий заряд в оболочке, коаксиально расположенный в корпусе с образованием кольцевого канала. В кольцевом канале расположен слой охладителя. Газогенератор содержит втулку, установленную, между слоем охладителя и оболочкой, с зазором по отношению к ней. Недостатком этой конструкции газогенератора является невозможность получения химически чистого газа, отсутствие системы очистки газа от твердых примесей и также наличие дополнительных элементов системы охлаждения и транспортирования газа, что влечет за собой увеличение габаритов устройства.

Задачей настоящего изобретения является получение чистого газа за счет эффективной системы фильтрации с одновременным уменьшением габаритов устройства и примесей в генерируемом газе.

При использовании изобретения достигается следующий технический результат:
- повышается эффективность охлаждения генерируемого газа за счет направления всего газового потока через охладитель;
- стабилизация времени срабатывания газогенератора за счет формирования направленного движения потока горячего газа из зоны реакции в сторону, противоположную движению фронта горения;
- уменьшаются габариты газогенератора за счет уменьшения числа устройств, необходимых для транспортировки газового потока из газогенератора наружу;
- уменьшается количество примесей в генерируемом газе за счет эффективной системы фильтрации.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в известном газогенераторе, содержащем корпус с отверстием для выхода газа, воспламенительное устройство, газогенерирующий заряд в оболочке, коаксиально расположенный в корпусе с образованием кольцевого канала, в котором расположен слой охладителя, и установленную между слоем охладителя и оболочкой втулку, расположенную с зазором по отношению к оболочке с образованием кольцевой полости. Согласно изобретению образованная кольцевая полость и оболочка газогенерирующего заряда выполнены каждая герметичной с боковой стороны и со стороны, противоположной воспламенительному устройству.

В кольцевой полости может быть расположен слой теплоизоляционного материала.

Установка втулки между слоем охладителя и оболочкой заряда с зазором по отношению к оболочке исключает непосредственный контакт охладителя с разогретой оболочкой заряда. Выполнение кольцевой полости и оболочки заряда герметичными с боковой стороны и со стороны, противоположной воспламенительному устройству, позволяет направить весь газ, в том числе и попадающий в кольцевую полость, через охладитель. Это положительно сказывается на снижении температуры генерируемого газа. Кольцевая полость является теплоизолятором, свойства которого могут быть улучшены установкой теплоизоляционного материала.

Выполнение оболочки заряда не проницаемой для газа не только со стороны, противоположной воспламенительному устройству, но и с боковой поверхности позволяет направить поток генерируемого газа из фронта горения заряда через продукты реакции, что не только способствует более равномерному процессу горения заряда, но и уменьшает количество примесей в газе за счет более полного сгорания исходной пиротехнической смеси.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом газогенератора, где
1 - корпус
2 - крышка
3 - воспламенительное устройство
4 - втулка
5 - оболочка заряда
6 - газогенерирующий заряд
7 - компенсатор
8 - кольцевой фильтр из металлорезины (МР)
9 - уплотнительное устройство
10 - фильтр МР
11 - охладитель
12 - отверстие для выхода газа
13 - кольцевая полость
Газогенератор содержит корпус 1 с крышкой 2 и отверстием для выхода газа 12. В крышку 2 вмонтировано воспламенительное устройство 3. Внутри корпуса 1 установлена втулка 4, окружающая оболочку 5 газогенерирующего заряда 6. Оболочка 5 герметична как с боковой поверхности, так и со стороны, противоположной воспламенительному устройству 3. Центрирующими элементами для пространственной ориентации оболочки 5 заряда относительно втулки 4 с образованием между ними зазора (кольцевой полости 13) являются выступающая верхняя кромка оболочки 5 газогенерирующего заряда и торцевые поверхности кольцевого фильтра МР 8 и компенсатора 7, установленного между дном оболочки 5 и втулки 4 (МР - пористый фильтр из уплотненной тонкой металлической проволоки). Кольцевой фильтр 8 с усилием прижимается к крышке 2 при герметизации корпуса генератора уплотнительным устройством 9. Перед отверстием 12 для выхода газа установлен фильтр МР 10. Между втулкой 4 и корпусом 1 расположен охладитель 11 в виде плотно намотанных слоев тонкой латунной сетки, имеющих непосредственный контакт и с внутренней поверхностью корпуса газогенератора, и с внешней поверхностью втулки. Эти слои выполняют роль охладителя и одновременно фильтрующего элемента, а также являются центрирующим элементом для втулки. Таким образом, газогенерирующий заряд со всех сторон окружен фильтрами, которые сбоку и снизу теплоизолированы от заряда. В предлагаемой конструкции газогенератора для улучшения очистки газа созданы условия для направленного движения генерируемого газа к выходному отверстию только через фильтры.

Газогенератор работает следующим образом. При подаче напряжения срабатывает воспламенительное устройство 3, которое инициирует горение газогенерирующего заряда 6. Выделяющийся газ последовательно проходит через фильтры 8-->11-->10 к выходному отверстию 12. Ввиду того что кольцевой фильтр 8 контактирует с горячими продуктами реакции, он выполняет только свойственные ему функции - пропускает и очищает газ от конденсированных частиц продуктов реакции. Фильтр-охладитель 11 не только охлаждает газ, но и очищает его от возможного присутствия в нем легкоплавких продуктов реакции. Кроме того, контакт между корпусом 1 газогенератора и фильтром-охладителем 11 позволяет отводить часть тепла, отдаваемого газом фильтру, в материал стенки газогенератора, таким образом увеличивая эффективность охлаждения газа. Фильтр 10 выполняет те же функции, что и предыдущий фильтр, увеличивая протяженность фильтрующей системы, на которой охлаждается и очищается газ. С целью уменьшения тепла, передаваемого излучением от разогретой оболочки заряда к охладителю через кольцевую полость, последнюю можно также заполнить теплоизоляционным материалом. Предлагаемое изобретение позволяет:
- повысить эффективность охлаждения генерируемого газа;
- стабилизировать времена срабатывания газогенератора;
- уменьшить габариты газогенератора;
- уменьшить количество примесей в генерируемом газе.

Список литературы
1. Патент США 3542522, МПК В 01 J 7/00, публ. 24.11.70.

2. Патент РФ 2023956, МПК F 23 R 5/00, публ. 30.11.94. Бюл. 22.

3. Патент РФ 2069091, МПК В 01 J 7/00, публ. 20.11.96. Бюл. 32.

4. А.С. 1630840, МПК А 62 С 13/22, публ. БИ 8, 1991.

Изобретение предназначено для использования в качестве источника газа низкого и высокого давления для вытеснения порошков, жидкостей, для наддува различных емкостей, а также в других устройствах, использующих инертный низкотемпературный газ. Для повышения эффективности охлаждения генерируемого газа газогенератор содержит корпус с отверстием для выхода газа, воспламенительное устройство, газогенерирующий заряд в оболочке, коаксиально расположенный в корпусе с образованием кольцевого канала, в котором расположен слой охладителя, и установленную между слоем охладителя и оболочкой втулку, расположенную с зазором по отношению к оболочке с образованием кольцевой полости, в котором образованная кольцевая полость и оболочка газогенерирующего заряда выполнены каждая герметичной с боковой стороны и со стороны, противоположнй воспламенительному устройству. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газогенератор, содержащий корпус с отверстием для выхода газа, воспламенительное устройство, газогенерирующий заряд в оболочке, коаксиально расположенный в корпусе с образованием кольцевого канала, в котором расположен слой охладителя, и установленную между слоем охладителя и оболочкой втулку, расположенную с зазором по отношению к оболочке с образованием кольцевой полости, отличающийся тем, что образованная кольцевая полость и оболочка газогенерирующего заряда выполнены каждая герметичной с боковой стороны и со стороны, противоположной воспламенительному устройству. 2. Газогенератор по п. 1, отличающийся тем, что в кольцевой полости расположен слой теплоизоляционного материала.