ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ
PYRO DEVICE FOR PIPELINE FLUID HEATING

Изобретение относится к пиротехническим устройствам для подогрева жидкости в трубопроводе и может быть использовано в устройствах авиационной и ракетно-космической техники для быстрого подогрева жидкого топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя в условиях низких температур. Следовательно, при работе устройства должно выделяться значительное количество тепловой энергии и обеспечиваться интенсивный теплоподвод к нагревательному материалу. Кроме того, нагреватель, во избежание повреждений магистралей не должен выделять в окружающую среду при работе высокотемпературные продукты. Поэтому особенностью устройства является то, что в качестве нагревателя может быть использован только безгазовый или малогазовый состав, поскольку горение происходит в герметичном объеме.
Известно нагревательное устройство, предназначенное для быстрого подогрева емкости с продуктами питания, описано в заявке Франции №2574527 (кл. F24J 1/00, 1986 г.).
Устройство состоит из двух элементов, размещенных один в другом. Верхняя емкость содержит резервуар, в котором установлен судок с пищей и герметичный резервуар, в котором находится одна из реагирующих смесей нагревательного состава. Нижняя емкость включает в себя верхний резервуар, в котором размещена нижняя часть верхней емкости. В этой емкости в ее нижнем резервуаре находится герметичный сосуд со второй реагирующей смесью нагревательного состава. Для начала протекания экзотермической реакции и нагрева пищи реагирующие смеси в резервуарах должны вступить в контакт. При использовании этого устройства необходимо нажать на верхний элемент до упора, при этом крестовина разрежет дно верхнего резервуара и крышку сосуда нижнего резервуара, произойдет смешивание смесей и начнется экзотермическая реакция тепловыделения.
Недостатком этого изобретения является то, что задействование нагревательного устройства осуществляется механическим способом и теплопередача осуществляется только с одной стороны. Соответственно велики теплопотери в окружающую среду и устройство не может обеспечить быстрый подогрев материала.
Известен самонагревающийся контейнер, патент США №4819612, кл. 126-612, 11.04.89). Контейнер для нагревания чая, кофе, супа и т.п. содержит камеру с экзотермическим материалом, выступающую внутри контейнера. Экзотермический материал состоит из смеси окислителя: перманганата калия и горючего материала: порошок железа, ферросилиций и т.д. Теплоизолирующий слой закрывает камеру с экзотермическим материалом. Снаружи контейнера имеется воспламенитель для воспламенения экзотермического материала.
К недостаткам контейнера относится то, что экзотермический материал состоит из компонентов, которые в процессе горения выделяют большое количество газов. Внутренний объем является негерметичным, что приводит к утечке горячих продуктов сгорания.
Известен тепловыделяющий элемент, патент России №2088858, кл. F24J 1/00, F42B 4/00, 27.08.1997).
Сущность изобретения заключается в том, что тепловыделяющий элемент состоит из оболочки и торцевых крышек, внутри которых размещены запальное устройство, запальная смесь и низкоэнергетическая топливная смесь, оболочка выполнена из жаростойкого материала. Дополнительно оболочка тепловыделяющего элемента может быть выполнена в виде радиатора, а одна из торцевых крышек может быть выполнена в виде накидной гайки, с которой совмещено запальное устройство. С помощью запального устройства и воспламенительной смеси поджигают последовательно низкоэнергетический и высокоэнергетический топливный заряд. Фронт горения перемещается от одного торца к другому внутри оболочки. Теплопередача осуществляется с поверхности устройства.
Недостатком изобретения является то, что теплопередача осуществляется только с поверхности устройства, тем самым конструкция исключает возможность его использования.
Наиболее близким по технической сущности и большинству совпадающих признаков технических решений является нагревательное устройство, описанное в патенте России №2015460, кл. F24J 1/00, 1994 г. Оно выбрано в качестве прототипа.
Нагревательное устройство, представленное на фиг.6 в патенте №2015460, пригодно для осуществления равномерного нагрева объекта. Банка (каркас) и тепловыделяющая часть заключены в изолированный контейнер, причем на дне тепловыделяющей части имеется зажигательная часть. В непосредственной близости от зажигательной части расположена воспламенительная часть, состоящая из воспламеняющего агента и полоски тонкой бумаги на конце металлической проволоки, удерживаемой посредством металлического или пластмассового кольца. Задний конец металлической проволоки выходит из контейнера наружу, где он снабжен ручкой для вытаскивания. Оператор захватывает ее и тянет, вызывая зажигание посредством трения воспламенительной части, в результате чего происходит зажигание зажигательной и тепловыделяющей частей и, следовательно, выделение тепла.
Недостатком прототипа является то, что воспламенение осуществляется терочным составом вручную, а также невозможны одновременный прогрев и прокачка материала. Внутренний объем этого устройства, где находится горючая смесь, не может быть герметичным из-за типа выбранной системы воспламенителя. Поэтому высокотемпературные продукты горения будут выходить в окружающую среду.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего надежный и быстрый подогрев материала в трубопроводе, минимальные теплопотери с поверхности устройства, исключение при горении состава нагревателя газовыделения в окружающую среду. Запуск устройства должен осуществляться дистанционно, например от электровоспламенителя.
Требуемый технический результат достигается в предлагаемом устройстве. Пиротехническое устройство состоит из корпуса, нагревателя из пиротехнического состава и воспламенителя. Отличительной чертой является то, что корпус выполнен в виде патрубка, вставленного в кожух с зазором, образующим щелевую герметичную полость. На патрубок, материал которого обладает высокой теплопроводностью, нанесена пленка или лента из малогазового пиротехнического состава, покрытого фольгой из легкоплавкого металла, например алюминия. Воспламенение осуществляется от электровоспламенителя, который размещен во внешней части кожуха и соединен с щелевой полостью каналом. На кожух устройства с внешней стороны нанесено теплоизоляционное покрытие.
Отличительные признаки обеспечивают нормальное функционирование пиротехнического устройства и позволяют достигнуть требуемых результатов.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Устройство состоит из кожуха 1, патрубка 2, пиронагревателя 3. Пиронагреватель 3 представляет собой пиротехнический малогазовый состав в виде ленты или пленки, который наносится на патрубок 2. Пиронагреватель 3 поджимается к патрубку 2 фольгой из алюминия 4. Фольга 4, имея низкую температуру плавления, предохраняет кожух 1 от перегрева. Одновременно она улучшает теплопередачу от продуктов сгорания к стенке патрубка 2 и соответственно к жидкости 11. Патрубок 2 с пиронагревателем 3 устанавливается в кожух 1 и поджимается крышкой 5. В резьбовое отверстие кожуха 1 вкручивается электровоспламенитель 9. Сверху на кожух наносится теплоизоляционное покрытие 12, которое снижает теплопотери в окружающую среду, аккумулируя его внутри герметичной полости.
Герметичность щелевой полости устройства обеспечивается прокладками 6 и 10, которые поджимаются крышкой 5 и электровоспламенителем 9. Позиции 7 и 8 - герметизирующие кольца. К отверстиям патрубка 2 присоединены трубопроводы 13, через которые подается нагреваемая жидкость.
Пиротехническое устройство работает следующим образом.
При подаче электрического тока в систему инициирования устройства срабатывает электровоспламенитель 9, который проплавляет фольгу 4 и воспламеняет пиронагреватель 3. Продукты сгорания пиронагревателя 3 через стенку патрубка 2 нагревают жидкость 11. Герметичная щелевая полость между кожухом 1 и патрубком 2 за счет герметизирующих прокладок 6, 7, 10 обеспечивает более лучший теплосъем, теплоотдачу подогреваемой жидкости, а также безопасность эксплуатации устройства.
Предлагаемое изобретение испытано в опытных образцах в пиротехническом устройстве для подогрева жидкого углеводородного топлива типа керосина, подаваемого в двигатель. Проведенные испытания подтвердили, что предлагаемое техническое решение обеспечивает стабильный и надежный подогрев топлива в условиях низких температур окружающей среды. Температура подогрева от первоначального значения составляет более 70°С за время 5 секунд.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в устройствах для подогрева в трубопроводе и других жидкостей, а также суспензий, эмульсий, паст и т.д.