火焰单元、阻火器以及阻火器组件的制作方法

概括地说，本公开内容涉及阻火器，更具体而言，涉及制造阻火器的方法。

背景技术：

阻火器可用于包含易燃蒸汽的应用中(例如化学、精炼、石油化工、上游石油和天然气、垃圾填埋场、沼气应用等)，以防止易燃蒸汽被潜在的可能导致火灾、爆燃和/或爆炸的点火源(例如，火炬、火焰、放热化学反应、失效的压缩机轴承等)点燃。可以例如安装在燃料源(例如，一个或多个储罐)和点火源(例如，火炬、火焰)之间的管道中的阻火器包括促进流体流动通过的流动路径，但是同时在火焰前缘试图流动通过这些流动路径时从火焰前缘(也可以称为火焰)去除热量。因此，阻火器防止火焰前缘到达燃料源，从而防止燃料源的点燃，进而防止可以由于这种点燃而导致的伤害、环境问题和/或对设备和设施的损坏。

对于常规的制造方法、阻燃器(例如图1A和图1B所示的元件组件的阻火器100)包括一个或多个火焰单元104，其被安装(例如，被焊接的环或横梁焊接、捕获)在壳体108中，并且具有用于从试图流过其中的火焰前缘去除热量的多个窄的线性火焰通道112的特征，如上所述。如图1B所示，每个火焰单元104采用卷绕的金属带的多个层116，其缠绕在芯120上并且限定或创建多个三角形形状的开口124，这些开口124进而限定或创建线性火焰路径112。在一些情况下，例如，当阻火器100包括多个火焰单元 104时，如图1A和1B中的情况(其描绘了四个火焰单元104)，必须在每对相邻的火焰单元104之间的壳体104内安装金属网板(a sheet of expanded metal)或屏幕128以便创建湍流等级，其确保在火焰前缘行进通过阻火器 100时具有适当的热量去除。

技术实现要素：

根据本实用新型的第一示例性方面，提供了一种火焰单元。所述火焰单元包括本体和形成在所述本体中的一个或多个通道。所述一个或多个通道限定非线性流动路径，并且所述本体被配置为从传播通过所述非线性流动路径的火焰前缘去除热量。

根据本实用新型的第二示例性方面，提供了一种阻火器。所述阻火器包括壳体和布置在所述壳体中的火焰单元。所述火焰单元包括用于在传播通过所述阻火器的火焰中诱导湍流的装置。

根据本实用新型的第三示例性方面，提供了一种阻火器组件，所述阻火器组件包括：壳体，定制的火焰单元，所述定制的火焰单元牢固地布置在所述壳体内，所述定制的火焰单元通过采用添加制造技术来创建，所述定制的火焰单元包括：本体；以及一个或多个通道，所述一个或多个通道限定流动路径，所述流动路径被配置为将热量从传播通过所述流动路径的火焰前缘传递到所述本体。

进一步根据前述第一、第二和第三示例性方面中的任意一个或多个，火焰单元、阻火器和/或制造阻火器组件的方法可以包括以下进一步优选形式中的任意一个或多个。

在一个优选形式中，所述通道中的一个或多个道是弯曲的。

在另一优选形式中，所述非线性流动路径具有螺旋的形状。

在另一优选形式中，所述通道中的至少一个通道包括大致垂直于火焰单元的纵向轴线定向的部件。

在另一优选形式中，所述通道中的每个通道具有圆形横截面形状。

在另一优选形式中，所述通道中的每个通道具有不规则的横截面形状。

在另一优选形式中，所述用于诱导湍流的装置包括限定非线性流动路径的多个通道。

在另一优选形式中，所述火焰单元包括由金属材料制成的本体，所述通道形成在所述本体中。

在另一优选形式中，第二火焰单元布置在所述壳体中，所述第二火焰单元包括用于在传播通过所述阻火器的所述火焰中诱导湍流的第二装置。

在另一个优选形式中，所述火焰单元和所述第二火焰单元不被金属网分隔开。

在另一优选形式中，所述用于诱导湍流的第二装置包括限定与所述非线性流动路径不同的第二非线性流动路径的第二多个通道。

在另一优选形式中，所述通道中的每个通道具有圆形、矩形或不规则的横截面形状。

在另一个优选形式中，所述用于诱导湍流的装置不是设置在所述火焰单元中的金属网板。

在另一优选形式中，创建所述定制的火焰单元的所述动作包括在所述本体内形成空隙，并且所述方法还包括将传感器布置在所述空隙内。

在另一优选形式中，提供所述壳体的所述动作包括使用所述添加制造技术来创建所述壳体。

在另一优选形式中，所述阻火器组件还包括：附加的定制的火焰单元，所述附加的定制的火焰单元被牢固地布置在所述壳体内，所述附加的定制的火焰单元是通过使用所述添加制造技术来创建的。

在另一优选形式中，所述添加制造技术包括3D打印。

在另一优选形式中，形成所述一个或多个通道的所述动作包括在所述本体中形成一个或多个弯曲的通道，以使得所述流动路径是至少部分地非线性的。

附图说明

被认为是新颖的本实用新型的特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考结合附图的以下描述可以最佳地理解本实用新型，其中，相似的附图标记在若干个图中标识相似的元件，其中：

图1A是常规阻火器组件的横截面视图；

图1B是图1A的常规阻火器组件的一部分的透视图；

图2是根据本公开内容的教导的用于制造阻火器的过程或方法的一个示例的示意图；

图3A是根据图2的过程制造的并且包括具有十字形的横截面形状的通道的火焰单元的一个示例的端视图；

图3B是根据图2的过程制造的并且包括具有六边形横截面形状的通道的火焰单元的一个示例的端视图；

图3C是根据图2的过程制造的并且包括具有八边形横截面形状的通道的火焰单元的一个示例的端视图；

图3D是根据图2的过程制造的并且包括具有圆形横截面形状的通道的火焰单元的一个示例的端视图；

图3E是根据图2的过程制造的并且包括具有圆形横截面形状的通道的火焰单元的另一示例的端视图；

图3F是根据图2的过程制造的并且包括具有不规则形状横截面的通道的火焰单元的一个示例的端视图；

图3G是根据图2的过程制造的并且包括具有不规则形状横截面的通道的火焰单元的另一示例的端视图；

图3H是根据图2的过程制造的并包括具有三角形横截面形状以及以交替形式布置的通道的火焰单元的一个示例的端视图；

图4A是根据图2的过程制造的并限定复杂流动路径的第一示例的火焰单元的透视图；

图4B是根据图2的过程制造的并限定复杂流动路径的第二示例的火焰单元的透视图；

图4C是根据图2的过程制造的并限定复杂流动路径的第三示例的火焰单元的透视图；

图4D是根据图2的过程制造的并限定复杂流动路径的第四示例的火焰单元的透视图；以及

图5是根据图2的过程制造的并包括多个弯曲状通道的火焰单元的横截视图。

具体实施方式

本公开内容总体上涉及一种制造阻火器的方法，其以更有效的方式从火焰前缘去除热量，并且相对于以常规方式制造的阻火器(例如阻火器100) 需要较少的维护。本文所述的方法利用了诸如添加制造(additive manufacturing) 之类的切削刃(cutting edge)制造技术，以促进阻火器以及阻火器的多个部件(例如，一个或多个火焰单元)的定制制造，以使得取决于给定的应用，多个不同的独特的和复杂的流动路径(例如，非线性流动路径)能够被开发并结合到所获得的阻火器中，代替常规阻火器中使用的标准的线性流动路径。独特和复杂的流动路径促进或诱导湍流并且促进从火焰前缘到阻火器的几乎连续的(或至少增加的)热传递，以使得根据本文所述的制造方法制造的阻火器体现了对已知阻火器的改进。

有利的是，这些独特且复杂的流动路径也避免了对筛网或金属网的需要，该筛网或金属网在常规阻火器中时常被需求以促进湍流，但是不期望地导致跨越阻火器的大的压降，并且在一些情况下可能堵塞火焰单元。换言之，本文所述的方法可以获得一种阻火器，其诱导比常规阻火器更大程度的湍流，而不产生由湍流诱导筛网或金属网引起的负面影响(即，由于堵塞导致的大的压降和增加的维护)。在一些情况下，本文所述的方法还可以减少在给定的阻火器中需要使用的火焰单元的数量，使得需要较少的材料，从而降低阻火器的重量和/或制造成本。这还具有实现较短的阻火器(因为使用较少的火焰单元)的潜在益处，这将进而减少阻火器内的压降。

图2是根据本公开内容的教导的方法或过程200的示例的图。图2中示意性地描绘的方法或过程200是定制制造阻火器(在本文中也称为阻火器组件)的方法或过程。如上所述的常规阻火器(例如，阻火器100)，根据方法或过程200制造的阻火器被配置为从火焰前缘去除热量，从而防止 (例如，熄灭)火焰从其中传播，但是如上所述，以更有效并且需要较少维护的方式来进行。

更具体地，方法200包括使用添加制造技术创建定制的火焰单元的动作204。添加制造技术可以是通过在材料上添加连续的材料层来构建三维物体的任何添加制造技术或过程。添加制造技术可以由任何适当的机器或机器的组合来执行。添加制造技术通常可以包含或使用计算机、三维建模软件(例如，计算机辅助设计、或CAD软件)、机器设备和分层材料。一旦生产了CAD模型，机器设备可以从CAD文件和层中读取数据，或者以叠层方式添加液体、粉末、片材的连续层(例如)以制造三维物体。添加制造技术可以包括几种技术或过程中的任意一种或多种，诸如，举例来说，立体光刻(“SLA”)过程、熔融沉积建模(“FDM”)过程、多喷射建模(“MJM”) 过程、选择性激光烧结(“SLS”)过程、电子束添加制造过程和电弧焊添加制造过程。在一些实施例中，添加制造过程可以包括定向能量激光沉积过程。这种定向能量激光沉积过程可以由具有定向能量激光沉积能力的多轴计算机数控(“CNC”)车床执行。

因此，创建定制的火焰单元的动作204通常包括形成本体并且在本体中形成一个或多个通道。本体可以由一种或多种适当的材料(诸如，举例来说，不锈钢、铝、各种合金(例如，高镍合金))制成，并且由于是可定制的，可以是任意数量的不同形状和/或大小。一个或多个通道大体上限定流动路径，其被配置为将热量从传播通过流动路径的火焰前缘传递到本体。

通常在火焰单元的相对端之间延伸的一个或多个通道由于是可定制的可以具有任意数量的不同尺寸和/或形状的横截面，和/或以任意数量的不同模式或排列布置。一般而言，一个或多个通道中的每一个通道将具有不限于三角形的横截面形状。作为示例，图3A例示了具有十字形横截面形状的通道300，图3B例示了具有六边形横截面形状的通道300，图3C例示了具有八边形横截面形状的通道300，图3D和3E分别例示了具有圆形横截面形状的通道300，图3F和3G分别例示了具有不规则形状横截面的通道300。替代地，每个通道300可以具有三角形横截面形状，其中，这些通道300 以图3H所例示的交替形式布置。其它横截面形状也是可能的。还将理解，一个或多个通道可以具有与一个或多个其它通道不同的形状和/或尺寸，例如如图3D所示，其中所有通道300具有圆形形状的横截面但是一些通道 300的直径比其它通道300的直径大。

如上所述，将添加制造技术用于定制制造火焰单元的用途允许了形成一个或多个通道，以便限定独特且复杂的(例如非线性或弯曲的)流动路径，而不是在常规阻火器中使用的标准的线性流动路径。这通常通过或经由以下方式来完成：(i)一个或多个通道的独特且复杂的形状，(ii)围绕轴线旋转一个或多个通道，该轴线沿着火焰单元的中心线延伸或者平行于火焰单元的中心线，和/或(iii)随着通道延伸穿过火焰单元而改变一个或多个通道相对于中心线的位置，以使得一个或多个通道随着通道延伸穿过火焰单元而离开和/或朝着中心线移动。

通道的各个部分进而可以相对于轴线以不同的角度定向。作为示例，通道中的一个的第一部分可以相对于轴线以第一角度定向，而该通道的第二部分可以相对于轴线以第二角度定向，第二角度大于或小于第一个角度。在一些情况下，通道的一个或多个部分或部件可以相对于火焰单元的轴线大致垂直或完全垂直。此外，虽然本文未示出，但是不同的通道可以相对于彼此旋转和/或彼此汇聚或发散。

图4A例示了具有由具有图3A中例示的十字形横截面形状的一个或多个通道408(在这种情况下为一个通道408)限定或形成的独特或复杂的流动路径404的火焰单元400中的一个示例。如图所例示，通道408在火焰单元400的第一端412和与第一端408相对的火焰单元400的第二端416 之间延伸。

图4B例示了具有通过围绕火焰单元420的中心轴线432旋转一个或多个通道428(在这种情况下为一个通道428)而形成的非线性或弯曲的流动路径424的火焰单元420的一个示例。图4B中所描绘的通道428具有圆形形状的横截面。如图所例示，通道428在火焰单元420的相对端436处在轴线432上或者围绕轴线432居中，但是在端部436之间绕轴线432旋转 (例如，螺旋状地缠绕)，使得非线性流动路径400呈螺旋形。

图4C例示了具有通过围绕火焰单元440的中心轴线452旋转一个或多个通道448(在这种情况下为一个通道448)而形成的非线性或弯曲流动路径444的火焰单元440的另一示例。图4C中描绘的通道448具有十字形形状的横截面。如图所例示，通道448在火焰单元440的相对端部456处在轴线452上或围绕轴线452居中，但是在端部456之间围绕轴线452旋转。

图4D例示了通过围绕火焰单元480的中心轴线492改变一个或多个通道488(在这种情况下为一个通道488)的位置而形成的具有非线性或弯曲流动路径484的火焰单元480的一个示例。图4D所描绘的通道488具有大致矩形形状的横截面。如图所例示，通道488在火焰单元480的相对端部496处在中心轴线492上或围绕中心轴线492居中，但是具有越来越远离中心轴线492延伸的两个部分498A和越来越朝向中心轴线492延伸的两个部分498B，使得流动路径484曲折地(呈之字形地)通过火焰单元480。

应当理解，根据给定的应用，火焰单元可以包括其它独特且复杂的流动路径。在一些情况下，独特且复杂的流动路径可以部分地包括线性或直线部分，其余部分是弯曲的或非线性的。

在一些情况下，创建定制火焰单元的动作204可选地包括在火焰单元的本体中形成空隙，并且在空隙内布置传感器。传感器可以例如是温度、照片、红外线、压力或其它类型的传感器。传感器进而可以通信地连接(通过有线连接或无线连接)到控制器，从而允许控制器和/或用户远程监控火焰单元，而不必关闭使用火焰单元的系统。这允许控制器和/或用户例如远程监控或检测火焰单元内的温度(例如，本体的温度、火焰前缘的温度) 或压力以及其它参数和数据，根据需要。

方法或过程200还包括为火焰单元提供壳体的动作208。壳体通常包括被布置成耦接到使用阻火器的管道的上游部件的入口，以及被布置成耦接到管道的下游部件的出口。壳体还包括尺寸适于接收火焰单元的室或腔，以及用于将火焰单元牢固地保持在壳体内的附加部件。

在一些情况下，提供用于火焰单元的壳体的动作208可以包含在执行动作204之前、之后或同时使用常规制造技术来制造壳体。然而，在其它情况下，提供用于火焰单元的壳体的动作208可以包含使用上述添加制造技术中的一种来创建壳体。可以使用与火焰单元不同的添加制造技术或使用与火焰单元相同的添加制造技术来创建壳体。在任一情况下，可以在创建火焰单元之前、之后或同时创建壳体。

方法或过程200还包括将所创建的火焰单元牢固地布置在所提供的壳体内的动作212，从而形成阻火器。在某些情况下，例如，当使用常规技术来制造外壳时，所创建的火焰单元可以使用螺栓或任何其它已知的适当方式固定在壳体内。在其它情况下，例如，当使用用于制造火焰单元的相同添加制造技术制造壳体时，可以通过将火焰单元打印到壳体上(使用添加制造)而将火焰单元固定在壳体内，从而形成一体的单体式阻火器。

应当理解，动作204、208和/或212可以执行任意不同的次数。在一些情况下，可以多次执行动作204，以便创建用于单个壳体中的多个(例如，两个、三个、四个等等)火焰单元。有利的是，因为火焰单元会比传统的阻火器促进更大程度的湍流，所以火焰单元可以布置在壳体内，彼此相邻，而不必在其间布置筛网或金属网，如在一些常规阻火器中的情况。在其它情况下，动作204可以被执行多次(例如，两次、三次、四次等等)，同时动作208和212也被执行多次，以便创建多个阻火器，其中每个阻火器都具有单个火焰单元。

图5例示了使用方法或过程200定制制造的火焰单元500的另一示例。火焰单元500具有大致圆柱形的本体504和在本体504中形成或限定的多个通道508。每个通道508具有圆形形状的横截面并且在火焰单元500的第一端512和与第一端512相对的火焰单元500的第二端516之间延伸。如图所例示，每个通道508在第一和第二端512、516之间弯曲，使得通道508 限定弯曲或非线性的流动路径。如上所述，这种弯曲或非线性的流动路径有利地促进或诱导湍流，以便确保随着流体流动通过火焰单元500具有从火焰前缘到火焰单元500的适当的热传递。火焰单元500还包括在制造期间在本体504中形成或限定并且设计尺寸以适于接收传感器524(例如，温度、照片、红外线、压力或其它类型的传感器)的空隙520。尽管本文中未描绘，但是传感器524可以通信地连接(通过有线连接或无线连接)到控制器，从而允许控制器和/或用户远程监控火焰单元500而不必关闭使用火焰单元500的系统。

本文描述了本实用新型的优选实施例，包括实用新型人已知的用于实施本实用新型的最佳模式。虽然在本文中示出和描述了许多示例，但是本领域技术人员将容易地理解，各种实施例的细节不必是相互排斥的。相反，本领域技术人员在阅读本文的教导时应该能够将一个实施例的一个或多个特征与其余实施例的一个或多个特征组合。此外，还应当理解，所例示的实施例仅是示例性的，并且不应被认为是限制本实用新型的范围。本文所述的所有方法可以以任何适当的顺序执行，除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”) 的使用仅旨在更好地阐明本实用新型的示例性实施例或实施例的各方面，并且不对本实用新型的范围进行限制。说明书中的语言不应被解释为表示对于本实用新型的实践是必需的任何未被要求保护的元素。