一种高压气瓶充装气体冷却装置的制作方法

本实用新型涉及高压气体充装技术领域，具体涉及一种针对待充装高压气体进行冷却的装置。

背景技术：

船舶上所使用的消防呼吸气瓶都是可重复充装重复使用的，为节省充装时间、保障救火效率，往往使用高压充气装置(消防充气站)对气瓶进行重复充装，但在其增压充气过程中，会产生大量的热量，这些热量包括气源中一氧化碳与二氧化碳过滤时产生的热量、增压泵工作时产生的热量等。而由于气瓶中的空气要求直接用于消防员救火时的呼吸气源，大多数紧急情况下消防呼吸气瓶在现场充装完毕后就立刻投入使用的，因此需要在空气增压系统末端设计一套紧凑、轻巧、高效并小型化的空气冷却装置，用来降低气源温度，使得充装后的气瓶能够立即投入使用，为消防员顺利完成灭火救援任务提供重要的保障。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：为使得充装后的气瓶能够立即投入使用，提供一种高压气瓶充装气体冷却装置。

本实用新型的技术方案是：一种高压气瓶充装气体冷却装置，包括：壳体以及翅片螺旋管；

壳体的前后两端分别设有前封端法兰以及后封端法兰；在前封端法兰所在端的壳体侧壁上设有冷却气体出口，在后封端法兰所在端的壳体侧壁上设有冷却气体入口；

翅片螺旋管的两端分别设有高温气体入口管以及气体出口管；翅片螺旋管置于壳体内，高温气体入口管从前封端法兰向外伸出，气体出口管从后封端法兰向外伸出；高温气体入口管与前封端法兰、气体出口管与后封端法兰间均进行密封处理。

在增压充气过程中，高温高压气体从高温气体入口管通入翅片螺旋管内，冷却气体从冷却气体入口通入壳体内部空腔，对翅片螺旋管内气体进行冷却，高温气体与冷却气体的流动方式为逆向流动。

进一步的，将低压气源分为两路，其中一路经气驱增压泵加压后转换为高温高压气体通入高温气体入口管，高温高压气体经冷却装置冷却后转化为常温高压气体，可直接对与气体出口管相连的充气组件进行充气操作，充气完毕后的呼气气瓶即可立即投入使用；另一路的低压气源作为气驱增压泵的驱动气体，根据焦耳-汤姆逊效应，驱动气体经气驱增压泵做功后排出转换为低温废气，即是理想的冷却气体，将低温废气通入冷却气体入口，对翅片螺旋管内的高温高压气体进行冷却，之后经冷却气体出口向外排出，无需增设额外的冷却源。

进一步的，为减少船舶上的噪音来源，在冷却气体出口处设置排气消音器。

进一步的，冷却装置为整体可拆卸式：前封端法兰与后封端法兰分别与壳体的前后两端通过螺纹连接；高温气体入口管以及气体出口管分别从前封端法兰、后封端法兰的中心处向外伸出，在前封端法兰、后封端法兰的中心凹槽处安装密封圈，并利用压紧螺母对密封圈进行压紧，形成密封结构，防止冷却气体沿高温气体入口管以及气体出口管泄露至冷却装置外部，影响冷却效果。

进一步的，为增强翅片螺旋管内高温气体与管外冷却气体的换热性能，提高高温气体的冷却效率，翅片螺旋管采用高导热性能材料，如铜；而壳体、前封端法兰、后封端法兰采用低导热性能材料，如钢，其目的在于降低壳体内冷却气体与壳体外自然空气之间的换热性能，以避免壳体内冷却气温温度因外界换热而升高。

进一步的，为在有限的体积内，增大高温气体与冷却气体的接触面积，达到极好的传热效果，使冷却装置轻巧、高效并小型化，翅片螺旋管由螺旋基管以及等间距分布在螺旋基管外壁上的翅片组成。翅片螺旋管与高温气体入口管以及气体出口管可以采用焊接和胀接等方式连接。

有益效果：

(1)本实用新型可为船舶消防充气站中经气驱增压泵加压的高温空气进行降温处理，使得充装后的气瓶能够立即投入使用。

(2)本实用新型体积小、效率高、使用简单，符合且适用于船舶空间有限、环境复杂等条件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例1所述冷却装置的气路原理图；

图3为实施例2中中翅片螺旋管的局部剖视图；

图4为实施例3所述冷却装置的气路原理图。

其中：1-高温气体入口管、2-前封端法兰、3-壳体、4-翅片螺旋管、5-冷却气体入口、6-后封端法兰、7-压紧螺母、8-气体出口管、9-密封圈、10-冷却气体出口、11-排气消音器、12-低压气源、13-气驱增压泵、13.1-高温高压气体、13.2-低温废气、15-充气组件。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中提供一种船舶高压气瓶充装气体冷却装置，参见附图1，包括：壳体3以及翅片螺旋管4；

壳体3为圆筒形壳体，壳体3的前后两端分别设有前封端法兰2以及后封端法兰6；在靠近前封端法兰2的圆筒壳体3侧壁处设有冷却气体出口10，在靠近后封端法兰6的圆筒壳体3侧壁处设有冷却气体入口5；高温气体与冷却气体的流动方式为逆向流动，以增大高温气体与冷却气体之间的平均温差，进而提高冷却装置的传热效率；

翅片螺旋管4的两端分别设有高温气体入口管1以及气体出口管8；翅片螺旋管4置于圆筒壳体3内，高温气体入口管1从前封端法兰2向外伸出，气体出口管8从后封端法兰6向外伸出；高温气体入口管1与前封端法兰2、气体出口管8与后封端法兰6间均进行密封处理。

其工作原理如图2所示：从冷却气体入口5向圆筒壳体3内通入冷却气体，低压气源12经气驱增压泵13加压后转换为高温高压气体通过高温气体入口管1通入翅片螺旋管4，圆筒壳体3内的冷却气体对翅片螺旋管4内的高温高压气体进行冷却，冷却后转化为常温高压气体，可直接对与气体出口管8相连的充气组件15(即高压气瓶)进行充气操作，充气完毕后的呼气气瓶即可立即投入使用。同时冷却气体从冷却气体出口10排出，保证冷却气体能够在圆筒壳体3内循环流动。

进一步的，为减少船舶上的噪音来源，在冷却气体出口10处设置排气消音器11。

进一步的，为方便后期维护和清洗，冷却装置为整体可拆卸式：前封端法兰2与后封端法兰6分别与圆筒壳体3的前后两端通过螺纹连接；高温气体入口管1以及气体出口管8分别从前封端法兰2、后封端法兰6的中心处向外伸出，在前封端法兰2、后封端法兰6的中心凹槽处安装密封圈9，并利用压紧螺母7对密封圈9进行压紧，形成密封结构，防止冷却气体沿高温气体入口管1以及气体出口管8泄露至冷却装置外部，影响冷却效果。

进一步的，为增强翅片螺旋管4内高温气体与管外冷却气体的换热性能，提高高温气体的冷却效率，翅片螺旋管4采用高导热性能材料，本例中选用T2紫铜(导热系数λ＝380W/m²℃)；而圆筒壳体3、前封端法兰2、后封端法兰6采用低导热性能材料，如钢(导热系数λ＝45W/m²℃)，其目的在于降低圆筒壳体3内冷却气体与壳体外自然空气之间的换热性能，以避免壳体内冷却气温温度因外界换热而升高。

实施例2：

参见附图3，在实施例1的基础上，为在有限的体积内，增大高温气体与冷却气体的接触面积，达到极好的传热效果，使冷却装置轻巧、高效并小型化，翅片螺旋管4由螺旋基管41以及等间距分布在螺旋基管41外壁上的翅片42组成，基管采用螺旋式可减少管内流动高压气体的压降损失，而螺旋基管41外表面设置矩形的翅片42，增大了传热面积，提高了整体的散热性性能。翅片螺旋管4与高温气体入口管1以及气体出口管8可以采用焊接和胀接等方式连接。

实施例3：

参见附图4，在实施例1或实施例2的基础上，进一步的，将低压气源12分为两路，其中一路经气驱增压泵13加压后转换为高温高压气体13.1通入高温气体入口管1，高温高压气体13.1经冷却装置冷却后转化为常温高压气体，可直接对与气体出口管8相连的充气组件15进行充气操作，充气完毕后的呼气气瓶即可立即投入使用；另一路的低压气源12作为气驱增压泵13的驱动气体，根据焦耳-汤姆逊效应，气驱增压泵13具有自冷功能，驱动气体经气驱增压泵13做功后排出转换为低温废气13.2，即是理想的冷却气体，将低温废气13.2通过冷却气体入口5通入圆筒壳体3内部，对翅片螺旋管4内的高温高压气体进行冷却，之后经冷却气体出口10向外排出，无需增设额外的冷却源。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。