[發(fā)明專利]一種空心磚型蓄熱式加熱器預(yù)熱旁路冷卻系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810657236.0
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108801021A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋文艷;王宇航;陳亮;李建平;吳品鑫;陳龍;張家華
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明是一種冷卻系統(tǒng)，主要由旁路冷卻器組成，是專門用于控制空心磚型蓄熱式加熱器豎直方向溫度分布，防止蓄熱器加熱器支撐部分過熱的一項(xiàng)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)冷卻設(shè)備無法在蓄熱加熱器高溫高壓的排放氣體中工作的問題。加熱器在預(yù)熱階段產(chǎn)生的高溫排放氣體，由上向下流經(jīng)冷卻器時進(jìn)行冷卻，旁路冷卻器為三層結(jié)構(gòu)，外層為耐壓管，中層為兩層水冷管。旁路冷卻器中的水冷管前端處于耐熱磚的保護(hù)下，并且水冷管前端的形狀和距內(nèi)壁面的距離都經(jīng)過設(shè)計(jì)，避免了燒毀的危險。通過旁路冷卻器，控制了空心磚型蓄熱加熱器溫度的分布，防止加熱器本體支撐部分過熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是用于控制空心磚型蓄熱式加熱器豎直方向溫度分布，防止蓄熱器加熱器支撐部分過熱的冷卻技術(shù)。

背景技術(shù)

目前，超燃沖壓發(fā)動機(jī)已成為全球航空航天研究的熱門之一，模擬飛行狀態(tài)下的高焓來流一直是限制相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展的重要問題。在目前應(yīng)用的的蓄熱式加熱器中，主要包括了兩種蓄熱體外形的加熱器類型，即采用球卵石形蓄熱體的卵石床蓄熱加熱器和采用空心磚型蓄熱體的空心磚型蓄熱加熱器。同卵石床蓄熱式加熱器相比，空心磚型蓄熱加熱器具有產(chǎn)生的粉塵污染更少，蓄熱體變形更小，流經(jīng)蓄熱體的氣流壓降更小，蓄熱體發(fā)生漂浮的可能性更小等方面的優(yōu)勢。但是空心磚型蓄熱加熱器一般有較高的高度，因此對高度方向上的溫度控制要求比較嚴(yán)格，需要防止關(guān)鍵區(qū)域因過熱而發(fā)生破壞。另一方面，蓄熱加熱器的排放氣體溫度壓力極高，使得普通的冷卻措施不能直接用于如此惡劣的環(huán)境，需要根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)計(jì)一套冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

在空心磚型蓄熱加熱器的預(yù)熱階段中，高溫(最高可達(dá)到2100K)排放氣體從罐體上方向下方流動，將熱能傳入蓄熱體中，所以加熱器的上部是溫度最高的區(qū)域。同時，加熱器的支撐部分也位于這一區(qū)域，所以需要防止其因過熱而受到損壞。另一方面，這一區(qū)域氣體的壓力也非常高(最高可達(dá)到12MPa)，不能直接使用普通的冷卻設(shè)備。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來冷卻加熱器排放氣體，控制空心磚型蓄熱加熱器溫度的極值，防止加熱器本體支撐部分過熱：

在加熱器出口增加旁路冷卻器以冷卻出口的高溫高壓燃燒氣體，旁路冷卻器為三層結(jié)構(gòu)，外層為耐壓管，中層為兩層水冷管。蓄熱加熱器在預(yù)熱階段產(chǎn)生的高溫排放氣體，由上向下流經(jīng)冷卻器時進(jìn)行冷卻。旁路冷卻器上部將直接接觸加熱器出口的高溫高壓排放氣體，因此熱負(fù)荷極高，需采用兩層耐熱磚隔熱，防止高溫氣體與耐壓管的直接接觸。隔熱磚內(nèi)層采用氧化鋁制造，外層采用硅酸鋁制造。冷卻水被加壓到4MPa通入水冷管內(nèi)，水冷管的材料具有良好的熱交換性能，同時也可承受排放氣體的高壓。水冷管前端處于排放氣體溫度最高的區(qū)域，假如有空氣聚集在前端，則會有燒毀的危險，因此置于耐熱磚的保護(hù)下。同時，水冷管前端的形狀和距內(nèi)壁面的距離都經(jīng)過設(shè)計(jì)，保證了高壓冷卻水中的氣泡會被沖走而不會聚集于前端。

有益效果

本發(fā)明非常適合于冷卻空心磚型蓄熱加熱器出口排放的高溫高壓燃燒氣體，克服了普通冷卻設(shè)備在這一環(huán)境下工作的缺陷，可以有效防止加熱器支撐部分因溫度過高而受到損壞，經(jīng)旁路冷卻后的下游閥門及相關(guān)設(shè)備不必再采用高溫規(guī)格。并且，本發(fā)明還有另一個作用，在蓄熱式加熱器處于實(shí)驗(yàn)待機(jī)時，還可利用旁路回?zé)醽肀３中顭狍w的溫度，起到節(jié)省能耗的作用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種空心磚型蓄熱式加熱器預(yù)熱旁路冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明在蓄熱式加熱器系統(tǒng)中的示意圖。

圖中

1-蓄熱式加熱器本體 2-低壓脫壓閥 3-高壓脫壓閥 4-調(diào)壓氣流 5-通風(fēng)管 6-排氣閥7-旁路冷卻器 8-實(shí)驗(yàn)氣流 9-天然氣 10-空氣

圖2為旁路冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為旁路冷卻系統(tǒng)A-A截面示意圖

圖中