專利名稱：液化氣體點火器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化氣體點火器。該點火器具有一個帶液化氣體貯液器的框體或主體;一個排氣煙筒，氣流可在貯液器和煙筒之間上升;由一個孔蓋，即一種不可調(diào)節(jié)的氣流速率限制器組成的截流裝置;以及將氣流從貯液器內(nèi)導向截流裝置的導流裝置。
在一般的點火器內(nèi)，由于組裝過程非常復雜和原材料的性能參差不一，使氣流的速率產(chǎn)生變動，從而使火焰偏離所需高度。溫度也會產(chǎn)生影響，這是由于貯液器內(nèi)氣體壓力的變化引起溫度的變化，從而使火焰高度偏離工廠的標準值，經(jīng)常超出對使用者應(yīng)有的安全限度，或超出點火器合理操作的限度。許多國家對火焰的高度有一個法定的限制，并且習慣上使用ASTM在F-400-85標準(1985年11月)中推薦的數(shù)據(jù)。
上一代的點火器(沒有氣流速率控制裝置)采用微孔隔膜(在“Celgard”生產(chǎn)的2400型和2500型點火器中幾乎全都采用這種隔膜)來限制氣流，這種點火器具有剛才提到的那些缺點，也還存在著由于微孔隔膜的易碎性所造成的組裝方面的困難，并由于隔膜的不一致性(厚度為0.025mm，撕裂強度為1.4kg/mm2)，以及由于它的性能隨溫度而變化，在使用中性能很不穩(wěn)定。在點火器脫落后，對使用者存在著危險性的高火焰現(xiàn)象也是比較典型的，這種現(xiàn)象是由于隔膜受到大量液化氣體的瞬時的水擊作用而破裂的結(jié)果。
對這個問題傳統(tǒng)的解決辦法是對點火器提供一種限制氣流速率的可調(diào)裝置。不幸的是，這種解決辦法會增加產(chǎn)品的價格，并且只是在有害的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后才去調(diào)節(jié)火焰的高度。
已知某些氣體點火器采用可調(diào)節(jié)壓縮程度的纖維片或多孔材料(US-P-1737037)或采用微孔隔膜(FR-P-2，613，638和US-P-4496309)，或采用以一種特殊的方法(FR-P-2，450，418)燒結(jié)或壓實的材料來限制氣體的流動。所有這些步驟都是從一個共同的基本點出發(fā)的。由于過去就未能在工業(yè)生產(chǎn)過程中取得一種工業(yè)上可用的量具或標準器以校準橫截面和尺寸非常小的單一孔徑，因此上述各種不同的工藝方法都只得將大量的流動孔道疊置起來，各孔道的單獨的流體動力性能是不知道的，但其總的性能，即在給定的氣流面積或表面上的綜合性能可作為平均值用于點火器。(從所述系統(tǒng)的純統(tǒng)計概念上來看這是帶有一種不可避免的離散性的)。根據(jù)這種概念，氣流橫截面又把一個新的變化因素引入了氣流速率中，因為這種截面必竟是具體的，在其制造過程中勢必產(chǎn)生一些變化和偏差。
所有生產(chǎn)上述氣流限制元件的工藝是復雜的，加工的產(chǎn)品常常超出公差范圍，在全部產(chǎn)品中僅很小一部分是可用的。微孔隔膜在控溫的滾軋過程中通過二維壓延經(jīng)受顯微拉伸，最后形成一種相當薄的膜片，以保證其具有足夠的孔隙度。不難想象，這種操作和后處理都是相當困難的，經(jīng)過一段時間的使用后，燒結(jié)的氣流限制元件的孔隙率是非常低的，這種情況對用在過濾器和分離器技術(shù)領(lǐng)域的元件是正常的，而且這種生產(chǎn)方法也是非常復雜和困難的。
本發(fā)明的目的在于提供一種點火器以消除上述缺點，并改善氣流速率的穩(wěn)定性。這種點火器的氣流限制器和截流裝置由一個單管構(gòu)成，管長大于5mm，單管至少有一個縱向通道，單個或多個縱向通道的總氣流橫截面在0.03和0.002mm2范圍以內(nèi)。單管直接或通過插入的支承件與點火器主體作氣密性配接。
限制管使點火器比傳統(tǒng)的點火器更為可靠和實用，因為本發(fā)明提供的點火器是較結(jié)實的，氣流的離散性較低，并且對溫度的變化也具有相當?shù)姆€(wěn)定性。由于元件便宜和組裝簡單，所以成本明顯下降。
本發(fā)明點火器的其它優(yōu)點和特征將參照以下最佳實施例和附圖予以描述，但本發(fā)明不受此限。其中

圖1，表示通過液化氣體點火器閥門的軸向剖面圖，該剖面通過點火器主體和限制管，圖2表示類似于圖1的另一個實施例的視圖;
圖3a-3f表示限制管斷面的例子。
點火器包括一個主體2，在圖中僅表示了點火器與閥門鄰接的那些部件。參見圖1和2，不難理解，主體2向下伸展并伸入液化氣的貯液器4內(nèi)。
主體2還具有管狀部分6，后者又具有凸起部分8和部分10，部分10伸入貯液器4內(nèi)，管狀部分6最好呈圓柱形，并具有連續(xù)的縱向通道12，通道12可以有不同的直徑或相同的直徑，在管狀部分6內(nèi)設(shè)有閥門。在閥門開啟時，可燃氣體即從貯液器4中流出，在下文將采用“上游”和“下游”的術(shù)語，分別表示朝著貯液器4流動的方向和相反的方向。
最好，支承件14至少應(yīng)與管狀件6的部分10作氣密性接合，最好在部分10的上方有一個臺階16。
支承件14有一個通道18，管20借助于通道直徑與管徑之間的微小差別，用套接方式使管20密封性地安裝在通道18內(nèi)，或利用其它方式來保證固定和密封的連接，如用法蘭，粘結(jié)劑粘結(jié)連接方式。管20伸入通道18內(nèi)的長度最好為3-5mm。
作為本發(fā)明的另一特征，管20直接插入主體2內(nèi)，在這種情況下，主體內(nèi)要形成類似于通道18的通道。
管20是一個用于引導貯液器4內(nèi)氣流的裝置，同樣它也用作一個限制這種氣流速率的裝置。
管20的長度超過5mm，最好伸展到靠近貯液器4的底部(未圖示)。最好把它加工成單個縱向通道22。然而，也可設(shè)置多個獨立的通道22a，22b，22c，這樣總的通道或氣流橫截面(在可用的場合下，它是各獨立通道的氣流橫截面之和)就可得到很大的減縮。該值為0.03-0.002mm2，取決于橫截面的形狀和其它參數(shù)。管子的外形基本上是圓柱形的，它的外徑最好在0.5-1mm之間，每個通道22的氣流橫截面在整個管長上大體上是恒定的，其尺寸是已知而預定的，取決于所需對氣流限制的程度。
管20用具有滿意的化學、熱和尺寸穩(wěn)定性的材料制成，這種材料還應(yīng)適宜于管子的生產(chǎn)加工。一種乙縮醛均聚物可滿足這些要求。
通道22的橫截面構(gòu)形最好具有高的周邊與面積之比。所以應(yīng)使通道的縱向表面24基本上形成二個彼此相對的表面，并在其間形成非常窄的間隙，僅留下很小的裂隙或縫隙，這種縫隙在某些情況下有一種迷宮般的構(gòu)形。圖3a-3f所示是一些用于限制氣流的、不同幾何形狀通道橫截面的例子，對于這些特殊的構(gòu)形在下文討論壓降時將予引用。
管20采用擠壓加工，擠壓半制品的尺寸大于最終成品的幾倍，加工過程的困難類似于生產(chǎn)任何一種管子時所遇到的困難。在離開擠壓機時，材料仍具有塑性，采用一種類似于生產(chǎn)紡織纖維的加工方法，拉拔擠制的管子，使外徑和內(nèi)部氣流橫截面都受到縮減。經(jīng)冷卻之后，截斷這種連續(xù)生產(chǎn)的管子到所需長度。對用這種方法生產(chǎn)的具有相同內(nèi)部形狀和相同長度的管子用上述點火器的燃料進行試驗，在正常情況下，氣流速率的變化，與氣流速率的平均值相比，小于±4%而不必再作進一步的調(diào)整。
在管狀部分6的凸起部分8內(nèi)設(shè)有一個排氣煙筒30，它距外圓的部件約有0.1mm的空隙，煙筒30可在第一最大插入位置(相當于閥門的閉合狀態(tài))和第二位置(未圖示)之間作縱向運動，可以利用致動裝置使它運動到第二位置，而致動裝置傾向于使煙筒保持在它的第一位置。這種致動裝置是慣用的，所以沒有圖示出來。
煙筒30有一個軸向內(nèi)部導氣管32，通過它氣體可以逸到大氣中，氣體通過狹縫36到達導氣管32。一個由孔蓋34組成的截流裝置連接到煙筒30，該孔蓋1最好呈圓盤狀，可以由低硬度的彈性體(有氏硬度約為70)制成，它對化學和熱具有穩(wěn)定性。這種材料可以是丙烯腈丁二烯共聚物。管20的頂端和孔蓋34共同構(gòu)成一個室38。
在圖1所示的第一個實施例中，支承件并不受到熱導率或比熱的限制，因為通過限流管20的燃料是氣體狀的，燃料已在貯液器4內(nèi)的液體中，蒸發(fā)成氣體，因此不再需要進一步的供熱。所以，支承件14可以由黃銅或鋁或鋅合金制成，最好由塑料制成，如乙縮醛均聚物是最合適的材料，因為它和管20的熱膨脹系數(shù)相同。在這種處置中，點火器在氣相狀態(tài)下工作，僅有經(jīng)蒸發(fā)的燃料通過管20。為此，用于管20的材料，其表面的分子結(jié)構(gòu)必需經(jīng)受某些改變。典型的管材是一種經(jīng)硅烷化的材料(例如用1，1，1，3，3，3-六甲基二硅氨烷進行硅烷化)或一種用硅酮或氟化物處理的材料，硅酮或氟化物粘附在管20的材料上以使管20具有疏脂性能即管子具有阻止液化氣體柱上升的性能，從而使燃料必須在液體內(nèi)蒸發(fā)。
在圖2所示的實施例中，支承件14有一個延伸部分40，該部分與煙筒30的縱向部分是同軸線的，在延伸部分40和煙筒30的相應(yīng)部分之間有一個較小的徑向間隙，延伸部分40呈凹形，并圍著煙筒30的相應(yīng)外部延伸。
在該實施例中，支承件14最好由金屬制成，如黃銅或鋁或鋅合金，或任何其它良好的導熱體或貯熱體，以使通過管20上升的液體燃料容易蒸發(fā)。在開啟截流裝置后馬上由大量貯存在支承件14內(nèi)的熱量提供所需熱量，之后，由火焰產(chǎn)生的熱量，通過煙筒30和支承件延伸部分的輻射和傳導提供所需熱量。支承件40可以用機械加工、模壓或注塑的方法制造，它具有極小的質(zhì)量以取得0.15J/℃的比熱。
同樣，應(yīng)該縮減室38的尺寸以增強湍流，這種湍流可增加熱的交換，并防止在點火瞬間積聚和消耗過量燃料，從而使由于開始點火時燃料的積聚而產(chǎn)生的過燃現(xiàn)象變得極為輕微。在該實施例中，點火器在液相狀態(tài)下工作，限制管20提供液化氣體。
在這種液相的實施例中，排氣煙筒30應(yīng)采用一種良好的熱導體，例如采用鋅合金。
如前所述，支承件14與管件6作氣密性連接，為此，支承件14的外表面應(yīng)保證其能固定在管狀件6內(nèi)而取得密封性，并能承受液化氣體的內(nèi)壓力而不致發(fā)生移動。在圖2的實施例中，延伸部分40的外表面具有與支承件14的外表面相類似的特征，用以保證該外表面適配于管件6的凸出部分8的內(nèi)表面。
通常，用作點火器燃料的液化氣體是異丁烷或作為異丁烷的代用品是一種線性烴的混合物(n-丙烷，n-丁烷和異丁烷)，這種混合物在室溫下是揮發(fā)性的，具有類似于異丁烷的性能，在23℃，異丁烷的相對蒸氣壓為3.25bar(0.325Mpa)，在溫度高于和低于23℃時(這也可能是環(huán)境溫度)，蒸氣壓分別大于或小于3.25bar，此時點火器必要仍能提供實用的火焰。由于在室38下游端的壓力只需稍大于大氣壓力(以保證正常的火焰高度)，則限制管20的上游端和下游端之間的壓降基本上必需是貯液器4內(nèi)的壓力和大氣壓力之間的壓差。因此，為產(chǎn)生一個不受使用溫度影響的、基本上是恒定的火焰，必須盡量使通過管20的氣流速率不受貯液器4內(nèi)壓力的影響，而貯液器4內(nèi)的壓力是在各溫度下液化氣體的蒸氣壓力。
在管20的縱向通道22內(nèi)的壓力下降過程是復雜的，它取決于縱向通道22的每個氣流橫截面的幾何構(gòu)形。
通常，不論橫截面的形狀如何，湍流優(yōu)于層流，因為在湍流情況下，氣體壓降隨平均氣流速度的上升成指數(shù)地增加(對一種給定的橫截面，該速度即等于氣流速率，也即等于火焰的高度)。而在層流情況下，這種增加是呈線性的。在點火器以氣相工作時，由氣流限制器提供正常的氣流，一般為1.2mg/s，不論氣流橫截面的幾何形狀如何，工作總是處于湍流情況，氣流速率約為75m/s，其雷諾數(shù)總是大于層流的雷諾數(shù)。在點火器以液相工作時，需通過特殊的步驟驟來產(chǎn)生一種湍流。在液相下工作時，液化氣體的粘滯阻力是相當大的(由于流體分子的內(nèi)聚作用較大)，這種現(xiàn)象可以通過增大液流橫截面的周邊來增強(不改變橫截面的大小)，結(jié)果引起邊界層的條件，使得拋物線速度分布改變?yōu)榱黧w內(nèi)平面運動的分布，并具有由粘度引起的較大的壓降。
如上所述，可取的氣流橫截面是相當于圖3a-3f所示幾何構(gòu)形的橫截面。如果管20的縱向通道內(nèi)截面是圓形的、則在液相下工作的點火器與處于相同壓力、溫度的條件下在氣相下工作的點火器相比，在質(zhì)量流量關(guān)系上前者是后者的15倍。
相反，當縱向通道具有相互相對放置的縱向表面24且表面之間的間隙很窄時，即當通道具有圖示構(gòu)形時，則以這兩種方式-液相和氣相-工作時，流的速率就會基本上相等。
同時，在前段所提出的各種條件下，取決于壓力變化的氣流速率的變化也是微小的，在末端壓力為2bar和5bar的情況下，基本的氣流速率(也就是火焰的高度)與3.25bar的氣流速率的差別小于20%，而對于通常已知的點火器，這種差別則大于100%。
在選擇氣流橫截面的最佳幾何構(gòu)形時，除了需作上述考慮外，還需考慮界面層的穩(wěn)定現(xiàn)象(L.PRANDTL《氣動測試研究所的結(jié)果》，Gottingen，第三版，1927年和H.L.LANGHAAR《在直管過渡長度內(nèi)的穩(wěn)定流動》，《APPl，mech》期刊第9卷，pp55-58，1942年)和由于流體膨脹以及相的改變所產(chǎn)生的熱力學現(xiàn)象。這些內(nèi)容敘述起來是頗為復雜的，不可能對最佳的幾何形狀，如周邊與氣體截面積之比給出一個一般性的限定參數(shù)。
由于氣流限制管20的縱向通道與已知的裝置相比具有明顯較大的側(cè)面積，還由于這樣的限制管幾乎完全浸沒在液化氣體貯液器內(nèi)(貯液器是一個相當大的熱體)，在一種正常的結(jié)構(gòu)情況下(如管子外徑為0.8mm，管長為50mm，壁厚為0.25mm)，在限制管內(nèi)進行液相下的工作時，足夠的熱量(0.1cal/s)可以靠液體質(zhì)量到限制器的對流和傳導(0.2cal/s可供15℃的升溫)來提供以完全蒸發(fā)流動的液化氣體(典型的速率為1.2mg/s)。剩余的液液氣體可以通過由液流壓降產(chǎn)生的熱能來蒸發(fā)。因此，即使進入管20內(nèi)的燃料為液相燃料，但流體流經(jīng)管子時就會蒸發(fā)，它以蒸氣形式到達蒸發(fā)室38的下游端，由于不需要進一步的供熱，所以可以使用熱的非良導體制作支承件14和煙筒13。
如前所述，在給定的供料條件質(zhì)量流量的離散程度在平均值的±4%之間，這個變動對火焰高度的變動(對正常的20mm的火焰為±1mm)是可以忽略的。如果要求一種更均勻的流動速率，則應(yīng)在擠壓機送出管20時在長度稍大于理論長度處作第一次切斷，然后(在把限制管20插入支承件14之前或之后)在把組裝件放置在點火器內(nèi)之前，在已知壓力下供送空氣或其他某種流體以取得流動速率的讀數(shù)，根據(jù)讀數(shù)進行第二次調(diào)整切斷，以使流動速率的離散程度減低到與測量和切割各要素相對應(yīng)的值。這樣就有可能在報廢零件插入點火器之前，將其檢測出來并從生產(chǎn)線中剔除出去，因為這將增加對報廢零件所耗費用。
權(quán)利要求
1.一種液化氣體點火器，它具有一個帶液化氣體貯液器4的框體或主體2；一個排氣煙筒30，氣體可在貯液器和煙筒之間上升；一個由孔蓋34，即一種不可調(diào)節(jié)的氣流速率限制器組成的截流裝置；以及使氣流從貯液器4內(nèi)導向截流裝置的導流裝置，其特征是氣流限制器和截流裝置由一個長度大于5mm的單管20構(gòu)成，單管20至少有一個縱向通道，通道的總的氣流橫截面，包括多通道時所有這些通道的氣流橫截面總和在0.03mm2和0.002mm2之間，管20直接或通過插入的一個支承件14與點火器的主體2作氣密性的配接。
2.如權(quán)利要求1所述的點火器，其特征是每個縱向通道22的氣流橫截面在管20的整個長度上基本上是恒定和已知的。
3.如權(quán)利要求2所述的點火器，其特征是至少有一個縱向通道22具有基本上互相相對的縱向表面24，表面24之間形成很窄的空隙。
4.如權(quán)利要求1所述的點火器，其特征是管20具有大體上為圓柱狀的外表面，其外徑為0.5-1mm。
5.如權(quán)利要求1-4中的至少一項所述的點火器，其特征是支承件14由良導熱體材料制成，支承件14有一個基本上呈凹形的延伸部分40，后者圍著排氣煙筒30的縱向部分的外部延伸，延伸部分40和排氣煙筒之間有一個較小的徑向間隙。
6.按權(quán)利要求1-4的任一項所述的點火器，其特征是管20由具有疏脂性能的物質(zhì)制成。
全文摘要
點火器包括一個與液化氣貯液器4連接的主體2和一個排氣煙筒30，在孔蓋34敞開時，氣體通過煙筒向外逸出，點火器有一個由管20形成的氣流速率限制器，管長大于5mm，管20具有很小的氣流橫截面，此截面在0.03和0.002mm
文檔編號F23Q2/16GK1032856SQ8810708
公開日1989年5月10日 申請日期1988年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月15日
發(fā)明者愛克賽維爾·魯弗拉斯·凱佩拉 申請人:桑達科公司