CN102422120A - 包含非烟火式供能装置的气体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体发生器(1)，包括：气体发生室(10)、稳定区(8)和供能装置(4)。气体发生室(10)用于存储和分解产生气体的组合物(11)，其中永久模式分解的产物赋予所述组合物的能量不足以维持所述分解。稳定区(8)经由至少一个开口(14)与气体发生室连通，以便将产生的气体排出到稳定区内，稳定区(8)还经由排气口(9)与外界连通。供能装置(4)能够产生至少一个非烟火式能量束，每个能量束保证产生气体的组合物与稳定区的排出开口之间的能量供应，补充分解所释放的能量，以提高因分解产生气体的能量密度。

Description

包含非烟火式供能装置的气体发生器

本发明涉及一种被称为气体发生器的气体发生装置。该项发明专门应用于汽车领域，气体发生器通常与安全装置，例如安全气囊相联，为乘车人在遇到撞击等意外情况时提供保护。该发明也拓展到了其他领域，例如航空业(该气体发生器可以与飞机的安全滑梯相联)、航天业(该气体发生器可以用于改变卫星的运行轨道)、运动领域(与一些安全装置相联，例如水上运动所需的救生圈或小充气艇，亦或滑雪运动中的连衣裤等)。

该发明适用于烟火式气体发生器，通过燃烧或分解固态爆燃剂产生气体。“固态爆燃剂”指的是能够产生一种或几种放热化学反应的所有成分，所述放热化学反应能在很短的时间内产生气体。爆燃剂由设置在气体发生器内的点火系统引燃。WO 01/89885、WO2004/091981和FR 05 12745号专利申请文件中描述了一些烟火式气体发生器，其爆燃剂一方面包含一级烟火组合物(混合推进剂、Lova型发射药)或烟火混合物，另一方面包含能通过一级组合物的燃烧产物分解的二级组合物。燃烧产物是由一级组合物和二级组合物发生氧化反应而产生的。

上述气体发生器主要存在以下不足：

由于其爆燃剂包含一些烟火化学物质，气体发生器在制造时必须严格遵循相关约束条件，以确保工作人员的安全。气体发生器在制造、储存、运输、销售、整合和报废回收之前须获得各类许可证，相关费用沉重且昂贵。

另外，上述装置在运行期间会产生非常高的内压，必须使用很厚的外罩，此类外罩不论是生产还是回收都耗费巨大。

专门用于汽车领域(安全气囊)的烟火物质，其特征是燃烧情况各不相同，而且对环境特别敏感，尤其是对温度和湿度敏感。为了保证气体发生器的性能，曾根据发生器的工作条件(环境、所需使用寿命等)制定了一些标准。这些标准限制了可用烟火物质的选择范围和/或必须为气体发生器的各个组件采取特殊的保护措施。

应用于汽车领域特别是安全气囊系统的气体发生器所使用的含能材料，如气体发生剂，应具有与工作任务持续时间相关联的气体分解动态特性。也就是说，燃烧时间要短，应控制在几十毫秒左右。为此，借助推进剂的某些特性，如平行层燃烧。含能材料的燃烧产物(气态)形成等离子体，其能量密度通过压力进行调节。等离子体发出辐射，为固态含能材料输送足以维持其燃烧的能量，从而持续产生气体。

对于上述烟火式气体发生器，爆燃剂一旦被点火系统点燃就无法停止，发生器会释放出其所能产生的最大量的气体。因此，要避免任何可能启动点火系统的行为。

所以，对大部分的以往的气体发生器来说，气体的产生量和排放量(在正常使用条件下)完全取决于发生器所包含爆燃剂的剂量、性质以及决定爆燃剂燃烧条件的发生器的结构特征，尤其是压力排气喷嘴的性能。因此，气体产生量和排放量在设计气体发生器时就已最终确定。然而，最好还能根据外界环境的不同(如果涉及安全气囊气体发生器，要考虑汽车的受撞区域或乘车人的位置)调节气体的发生或者调整最初为气体发生器设定的工作任务(调整卫星或导弹运行轨道校正等)。为此，气体发生器制造商们发明了US 5,320,382中所描述的一款多荷载气体发生器，包含三个能够独立点火的燃烧室，每个燃烧室又分隔成三层，这样便可以根据每个燃烧室的爆燃剂和各爆燃剂各自的点火时间在某种程度上短时间调节气体的产生量。不过，这种调节的局限性很大，因为各燃烧室装载的爆燃剂是在制造气体发生器时就预先设定好的，而且燃烧室的爆燃剂点燃后会按照预定的气体发生图完全燃尽。另外，这些气体发生器的结构也特别复杂(三个三层燃烧室、三个电子点火系统等)，不仅重量大、体积笨，而且造价昂贵。

不过，US 5,098,123号文件还描述了另外一款汽车用气体发生器：利用电弧获得等离子体并将其喷射至铝/水混合物，混合物分解产生一定量的气体，用来给安全气囊充气。该混合物的分解随能量供应的停止而停止。需要注意的是，这项技术需要大量的电能，这样产生的等离子体的温度和能量才能引起和维持上述混合物的组成成分之间的反应。然而，事实证明，如此大量的能量与汽车环境不相容，需要采用价格昂贵的特殊设备(电容器和/或高压电池)。所以，该气体发生器在汽车环境下运行的整个期间内，特别是在需要产生气体的情况下，所需的能量很难获得，甚至是无法获得。另外，能量输送是在一个封闭的区域进行的，与气体排放线路反向进行，气体排放须穿过爆燃剂。如此一来，一方面能量输送效率大大降低；另一方面，如果气体发生剂是固体(无孔隙)或者排气线路被燃烧残留物堵塞，输送能量还可能造成危险。另外，上述反应产生的气体主要是氢气。众所周知，氢气易燃，极易造成危险，不适合运用于此。

本发明旨在提供一种更安全、更稳定以及制造、运输、整合和报废回收更加容易的气体发生器，以弥补上述气体发生器的不足。

本发明同样旨在提供一种能够降低不慎启动风险及其可能造成的后果的气体发生器。

本发明还旨在提供一种可以在运行时调节气体产生量和/或排放量的气体发生器。为实现该目标，本发明旨在生产一种只包含单一气体发生室和单一点火系统的气体发生器。

本发明的另一个目标是生产一种重量轻、体积小的气体发生器。

此外，本发明旨在用低成本实现上述所有目标，生产一种成本低于以往气体发生器成本的气体发生器。

为此，本发明涉及的气体发生器至少包含：

-被称为气体发生室的室，用于存放和分解由至少一种固态或液态发生剂组成的物质，该发生剂被称为气体发生剂，能够分解产生气体；

-被称为供能装置的装置，利用至少一个非烟火式能量束提供能量；

其特征在于：

气体发生剂持续分解产生的物质向发生剂输送的能量不足以维持分解；

有至少一个被称为稳定区的区，在运行时通过至少一个开口与所述气体发生室相连通，以便将产生的气体排至所述稳定区，同时通过一些排气口与所述气体发生器外部相连通；

-装配能够产生上述能量束的供能装置，使

每个能量束都能提供适合的能量，提高气体发生剂分解产生气体的能量密度，补充分解所释放的能量，进而维持气体发生剂的分解；

每个能量束都能进入所述气体发生室，使得能量输送能够在气体发生剂和稳定区的出气口之间进行。

因此，按照本发明设计的气体发生器是下述物理结构的独特组合：气体发生室、稳定区、非烟火式供能装置和气体发生剂。稳定区位于气体流出之处，其出气口和排气孔尺寸设计成可以持续保持稳定区的封闭，维持气体发生室内预先设定的平均压强；供能装置所在的位置可以最高效地输送能量；气体发生剂经过慎重选择，只要供能装置提供适量的能量就可以释放所需的气体。

所以，按照本发明设计的气体发生器包含一个或几个气体发生室，每个气体发生室包含气体发生剂。气体发生剂放热分解产生一定量的能量，一部分随着高温气体的排出而消散；另一部分则回输至气体发生剂，以维持分解反应。所以，回输至气体发生剂的能量的多少取决于该发生剂的性质，也就是说，如果气体发生剂放热分解所释放的反应能量小于该反应的激活能量，不仅无法实现气体发生剂的自动持续分解，也无法获得反应发生所需的运行条件。事实上，即使气体发生剂释放的反应能量大于激活能量，回输能量的多少仍然取决于使用条件，尤其是反应环境的密闭性，因为密闭性差或者不存在会使分解反应产生的能量大量消散，从而减少维持反应的可用能量。

上述分解反应一旦启动是无法进行自我维持的，或者只能在气体发生器的工作任务期限内以极其缓慢的速度向前推进。因此，仅仅将气体发生剂点燃无法实现发生剂的彻底、迅速分解。该分解反应须要持续供能。根据本发明，所需能量不是由推进剂的燃烧产物提供，而是由一个电控非烟火式能量源提供。需要注意的是，本发明涉及的各气体发生剂最好是固体发生剂，以压实固体或分割固体(粉末和/或圆块和/或颗粒和/或细条和/或薄片)形式储存。

电控非烟火式能量源形成的上述供能装置，其所在位置设置成能够将能量输送至气体发生剂的固相与气相的分界面附近。如此以来，分解反应发生区域的能量密度既包含了放热反应释放的能量也包含了能量束所提供的能量。这样获得的能量密度足够维持和加快气体发生剂的分解。同时，也提高了本发明所涉及的气体发生器的工作效率，因为设定分解区与稳定区相对，在出气口附近，产生的气体能够全部排至稳定区然后加以利用(例如给安全气囊充气)，而不会因为要穿过气体发生剂而发生能量损失。

有利的是，气体发生剂放热分解释放的能量加上供能装置提供的能量，两者之和大于反应的激活能量，所以气体发生剂的分解能够得以维持和加速。

该特征组合具备以下多个优势：

使用非烟火式能量源提供了将气体发生器的爆燃剂限制为气体发生室内存放的气体发生剂的可能性。这些气体发生剂在没有能量输入的情况下不能自我维持分解或分解得很慢，因此可以使用稳定性非常高的物质，其归类与以往气体发生器使用的推进剂和其他弹道点火药相比可以不被划为爆炸性物质，甚至还可以使用一些非烟火物质(如硝酸铵、碱式硝酸铜、硝酸胍)。这样的话，用于保障气体发生器制造、整合等过程中相关财产和人员安全的费用就会大大降低(甚至在气体发生器不再使用烟火物质的非常情况下可能为零、其制造也不需经强制批准)，还能为气体发生器拓展新的应用领域。

与发明相符且有利的是，气体发生剂至少包含硝酸铵、硝酸胍和碱式硝酸铜中的一种。如上所述，这些成分不被视为传统意义上的烟火物质，可以减少使用气体发生剂的限制条件。另外，这些成分即可以独自使用也可以组合使用。

本发明的特别之处在于，气体发生剂所含的硝酸铵中包含一种(或几种)适当的添加剂，为的是把该气体发生剂的氧平衡调节至接近零值。这样一来便能获得化学上的中性气体，避免产生氮氧化物。有利的是，添加剂可以从以下物质中获得：胍衍生物(硝基胍、硝酸胍等)、聚酯、醋酸铵、草酰胺或其衍生物、尿素或其衍生物(如硝基脲)、黑索金炸药(hexogène)、奥克托金炸药(octogène)、氨基四唑等。

与发明相符且有利的是，气体发生剂在初始形态和/或分解产物中包含添加剂，能够吸收能量束的一部分能量。例如，当供能装置提供的能量为光能(例如激光束)时，须将此光能转换为热能才能促使气体发生剂分解，而添加剂的使用有助于改善此转换过程。这些添加剂主要包括碳、硼或其他任何有助于改善能量束与气体发生剂和/或气体发生剂产生的等离子体之间的能量转移的添加剂。

在发明的第一种实施方式中，气体发生剂构成气体发生器的唯一爆燃剂。供能装置能够产生至少一个能量束，所述能量束的能量密度足以促使气体发生剂分解。需要注意的是，能量束与气体发生剂之间的能量转移能够直接在该能量束与气体发生剂的固体颗粒或液相之间进行和/或在能量束与由气体发生剂的分解产物所形成的气相之间进行。

在发明的第二种实施方式中，气体发生器还包含引燃剂，与上述供能装置产生的能量束合作，促使气体发生剂分解。该引燃剂可由能量束点燃，所需的能量密度小于启动气体发生剂分解反应所需的能量密度。此引燃剂还可通过烟火式装置点燃。引燃剂产生的初始能量大于分解反应所需的激活能量，因此能够启动分解反应。根据引燃剂量的多少，不同数量的气体发生剂会分解，剩余的则需要通过能量束提供的能量才能继续反应。

与发明相符且有利的是，供能装置能够通过对能量源的控制调节上述能量束的能量供应，从而调节气体发生剂分解产生的气体的流量。控制分解反应的能量供应，也就直接控制了反应所需的气体发生剂的量，进而控制了所产生气体的流量。这样就可以双向调节气体的产生量，或者提高或者降低。这样一种能够调节所产生气体流量的气体发生器非常具有吸引力，例如在安全气囊问题上，因为这种气体发生器能够调节乘车人受到撞击冲向安全气囊的负加速度。

与发明相符且有利的是，供能装置包含激光源，如激光二极管；还可以包含至少一根光纤，连接激光源和气体发生室，以便将激光源发射的激光束引导和聚焦至气体发生室。另外，激光源设计成能发射至少一个朝向气体发生室的激光束。所以，供能装置包含光学窗口，该光学窗口不仅能传递光束(即激光束)，还能在激光源与气体发生室之间，或者在激光源与和气体发生室相通的稳定区之间形成密封隔离区。该光学窗口可以内置透镜或被透镜代替，用于重新聚焦激光源发射的激光束，从而减小激光束的直径和/或提高其能量密度。激光的电磁辐射被气体发生剂的固相和/或气相吸收，并将其能量输送至气体发生剂分解产生的等离子体，提高该等离子体的能量密度，进而增加气体产生量。

在变形例中，供能装置包含等离子体发生器。

与发明相符且有利的是，该等离子体发生器包含两个大致平行的电极，用于在由气体发生剂分解产生的气体的路径上生成和维持等离子体。而且，这两个电极外面裹有绝缘层，能够在燃烧区分解。同时，生成的等离子体可以在气体发生剂的固相表面附近移动。在该实施方式中，由启动装置在电极端产生的等离子体随气体发生剂消耗以及发生剂固相表面的移动而移动。如此一来，能量供应始终在气体发生剂固相和气相之间的分界面附近进行。

与发明相符且有利的是，上述等离子体发生器包含两个同轴电极，所述同轴电极的相对的两端能在由气体发生剂产生的气体的路径上生成固定等离子体。面对面放置的两个电极可以嵌入气体发生剂中。

与发明相符且有利的是，等离子体至少部分由气体发生剂分解产生的气体构成的电离气体形成。因此，在气体发生剂分解时，所产生的气体已经具备较高的能量水平，现在还要接收等离子体特别是供能装置提供的能量。这部分能量被转移给气体，气体的激励水平和温度随之升高。这些气体又成为上述等离子体的组成部分，并增加了能量，从而增加已分解的含能材料的量。

与发明相符且有利的是，等离子体发生器包含启动装置，当激活等离子体时，在上述两个电极之间产生高能量等离子体。特别之处在于，所包含的启动装置可以是连接电极的引爆线，也可以是一个可以与电极并行操控的烟火引发剂。

也可以考虑使用其他能量源，如超声波源、微波源、感应源或其他任何能够为分解反应提供补充能量的电控能量源。

以上所述能量源(及特别是激光和等离子体发生器)的优势在于能够瞬间激活并达到最大功率，也就是说为能量源接通电流后2毫秒内完成。同样，这些能量源在切断电流后也能瞬间变为非活动状态。所以，根据本发明设计的气体发生器与以往的发生器不同，不需要任何过渡期，工作效率也更容易控制。因此，既有利于降低氧化还原反应不彻底的反应产物的排放量，又能减少给定最大气体产量所需气体发生剂的量。

本发明还可以扩展成气体发生系统，一方面包含根据本发明设计的气体发生器；另一方面包含能量源计算机和/或电子控制装置，用以控制该能量源的电能供应。

与发明相符且有利的是，这些用于控制电能供应的控制装置通过接收代表要求释放气体的事件的预定信号(可以是电信号、气动信号、液压信号、机械信号、光信号、电磁信号等)激活能量源。

另外，上述操控装置控制电能供应时，通过接收一个代表要求释放最大量气体的事件的预定信号激活能量源，并持续或按顺序维持其活动状态，直至气体发生剂完全分解。例如，把气体发生剂完全分解所需时间作为预定时间段，这些控制装置须在该时间段内(自能量源激活算起)使能量源处于活动状态。该时间段可以被记录到控制装置的存储器中。此时间段可能会因气体发生器的不同而不同，因为其长短取决于发生器所含气体发生剂的数量和性质以及能量源的功率。

不论是变形还是组合，上述控制装置的工作原理均为：接收代表要求释放气体的事件的预定信号，激活能量源，并且在收到信号后(或在信号规定的时间段内或收到代表要求停止释放气体事件的信号以前)持续或按顺序维持能量源的活动状态。

本发明可以扩展运用于产生气体的组合，包含根据本发明设计的气体发生器和可充气壳体，气体发生器释放的气体能够为该壳体充气。本发明还可以扩展运用于另一类产生气体的组合，包含根据本发明设计的气体发生器和液压缸，气体发生器释放的气体能够为该液压缸增压。这两个组合尤其可以配置在汽车上，保障乘车人的安全。

本发明同样涉及能够体现以上和以下所提到的部分或全部特点的气体发生器、气体发生系统和气体发生器组合。

本发明其他的目标、特点和优势都将在接下来得到说明。在阅读说明的同时，请参照所附上的本发明优先采用的一些实施方式的示意图。这些图仅用于举例说明，并未包含所有的实施方式。其中：

图1是根据本发明设计的第一种实施方式的气体发生器的横截面示意图；

图2是根据本发明设计的第二种实施方式的气体发生器的横截面示意图；

图3是根据本发明设计的第三种实施方式的气体发生器的横截面示意图；

图4是根据本发明设计的第四种实施方式的气体发生器的横截面示意图；

图5是根据本发明设计的第五种实施方式的气体发生器的横截面示意图；

图1所示的气体发生器1包含一个长管状框架，截面为圆形，由筒底3和筒体2组成。筒体2和筒底3可由两个独立的部件组装而成，也可通过对一块材料进行挤压或浇铸或冲压或模压等作业方式制作而获得。该管状架构内部包含供能装置4、稳定区8和气体发生室10。这三部分沿筒体2的轴向(按以此顺序)依次排列。

供能装置4包含激光二极管5和光学窗口6。激光二极管5通过插头连接器7通电后会发射激光束。光学窗口6必要时会内置透镜13，用于重新聚焦激光束，从而形成与本发明相符的能量束。有利的是，二极管5的功率大于2.5瓦。激光二极管5和光学窗口6紧密相邻。光学窗口6的截面大小与筒体2的内截面尺寸完全相符。因此，该窗口形成一个分隔壁(paroi)，以密封形式把激光二极管5和稳定区8分隔开，避免产生的气体与二极管5接触(至少在最大工作任务期限内)。

气体发生室10由筒体2的一截柱身、筒底3和格栅12围成。气体发生室10包含主要成分为硝酸铵的固态气体发生剂(例如硝酸铵与一些添加剂的混合物，旨在达到零氧平衡或负氧平衡，增强发生剂对激光能量束的敏感度)。该气体发生剂放热分解产生的反应能量不足以启动和维持其分解反应；也就是说，在气体发生器的正常运作条件下，气体发生剂的自动、完全放热分解需要的时间大大超过气体发生器的最大工作任务期限或者无法自我维持。格栅12上有一些出气口14，可以将气体发生剂分解产生的气体排至稳定区8。这些出气口中居中的开口方便供能装置4发射的能量束进入气体发生室10。气体发生剂11最好是粉状固体，也可以全部或部分为块状。气体发生剂最好是放在一个密封袋里(图中未显示)，这个袋子在激光二极管被激活、激光能量束进入气体发生室的瞬间被熔化。可替代的，气体发生剂须在固定格栅前以散装形式放入气体发生室。格栅上的开口在初始时由一个或几个盖帽塞住，盖帽在激光二极管被激活、能量束穿过堵塞开口的盖帽的瞬间被熔化。

稳定区8由筒体2的一截柱身、光学窗口6和格栅12围成。在这个区域，筒体2上会钻一些排气孔9，用于排出已产生的气体。

通电后，激光二极管5会以筒体2的轴线为中心向气体发生室10发射激光束。必要时，激光束通过光学窗口6的透镜13进行重新聚焦。穿过光学窗口后，激光束形成与本发明相符的能量束。能量束通过格栅12上的中央开口进入气体发生室10，促使被能量束击中或与能量束相邻的气体发生剂11的分子发生分解。对激光束聚焦后，焦点会位于气体发生剂11的表面或与表面紧密相邻的气体发生剂内部。如此一来，激光束单位面积的能量密度达到最大，激光二极管被激活时就能局部获得足够的能量，促使气体发生剂在点状面上发生反应。反应一旦被启动，激光束的能量只用于维持该反应。须要注意的是，激光束提供能量并非一定要局限于固相的气体发生剂的表面，也可以在分解区附近的气相内进行。可以通过提高或降低穿过激光二极管5的电流的强度来调节激光束的能量供应。能量供应增加时，激活能量也增加，从而促使更多的气体发生剂发生反应，产生更高流量的气体以及较多的反应能量。反之，减少能量供应会减少能够发生反应的气体发生剂的量，从而减少气体的产生量。

发生剂颗粒的分解应当彻底(也就是说没有固态残留物)，而且，气体发生室内的压强最好不要超过250巴。事实上，气体发生是在气体发生室内进行的，具体来说，是在固态气体发生剂和格栅12之间进行的。格栅上的出气口14允许气体排至稳定区8和排气孔9。因此，能量损失非常有限，而且，尽管气体流量很大，气体发生室内的压强也能得到控制。这样的话，筒体2(可能的活，筒底3)可以采用抗压和抗热性能不是很强的材料制造，如铝或聚合材料，其厚度也可以小于5毫米。

气体发生器1结构紧凑、重量轻、安全性高。

图2至图5所示的实施方式与图1所示的气体发生器1有很多相似之处。这些实施方式通用的构件使用相同的数字指代，就不再重新描述了。接下来主要介绍这些实施方式与气体发生器1的不同点。

图2所示的气体发生器20包含一个形状大致与气体发生器1的框架相同的管状框架。这个管状枢架在与管底3相对的一端处有分隔壁21，隔板中央有一个开口24。供能装置包括外壳22，外壳22里面主要存放该装置的能量源，包括能发射一级光束的光源(如激光二极管)和能传输激光束的光纡23。光纤23连接着供能装置的外壳22和稳定区8，以密封形式通过上述开口24穿过气体发生器框架的分隔壁21。该光纤23必要时还可以延长，穿过稳定区8，到达格栅12的中央出气口。

如前所述，气体发生室10包含无法自我维持放热分解的气体发生剂11。为促使气体发生剂发生分解，同时又无须像上文描述的必须提供大量的能量或特别高的能量密度，可以在位于激光束对面的燃烧室内放置一个可以自己维持燃烧的引燃剂，如一个内放烟火混合物的胶囊，设计成可与能量束合作，共同促使气体发生剂发生分解。

这样的话，本来激光束提供的能量只够维持气体发生剂的分解，却不足以启动该分解，现在通过点燃引燃剂24就可以促使气体发生剂发生分解反应了。

需要注意的是，分隔壁21、光纤23和置于两者之间的密封圈如同上文所述实施方式中的光学窗口6一样，构成能量源与气体发生室或稳定区之间的分界面。该分界面有两个功能：一是传输光(或更广泛地说是传输能量源发射的能量束)；二是抵抗气体发生室或稳定区的压强。

图3所示的气体发生器30包含一个管状框架：框架中央是稳定区8，两端是两个气体发生室31和32。稳定区8在轴向上由两个格栅39围成，格栅上钻有出气口。气体发生室31(32)在轴向上由其中一个格栅39和管状框架的一个端壁围成，所述端壁中央有开口，方便光纤37(38)通过。在图中所示实施方式中，两个气体发生室容积相同，包含的气体发生剂也都是由相同成分组成的，也可以设计成容积不同和/或气体发生剂不同(性质和/或数量等)的两个气体发生室。

跟气体发生器20一样，气体发生器30的供能装置也包含一个置于外壳22中的光能量源、上游光纤23、分路36和两根下游光纤37和38。光纤37通往气体发生室31，而光纤38则通往气体发生室32。光纤37(38)沿轴向穿过整个气体发生室31(32)，使得光纤的末端可以到达分隔上述气体发生室的格栅39附近，无须激活激光源。激光源被激活时，位于稳定区8附近的光纤37(或38)中会出现与本发明相符的能量束。需要注意的是，与发生器30的供能装置相联的控制装置包含用于控制分路36的装置，可以将上游光纤23传输的能量束一分为二，或者将该能量束引导至其中一根下游光纤37和38。

图3所示的实施方式中，光纤37(38)相对的两个格栅39分别安装了镜子35(可以是平面镜，不过最好是凸透镜)。这两个镜子35的作用是反射从光纤37和38中出来的入射光束，使气体发生剂的分解能沿轴向从稳定区8向框架的端壁推进。

能量源被激活时，外壳22发出的激光束会被分路36导向至光纤37和38中的一根或两根。从光纤37和/或38中出来的入射光束经镜子35反射后对相应发生室内的气体发生剂的分解起引导作用。需要注意的是，分解反应可由一个(或几个)烟火引发剂(图中未显示)启动。该引发剂置于气体发生剂表面，与光纤成直角，可在激活激光源的同时被引燃。

随着气体发生剂不断消耗，光纤37的端部也会损耗。需要注意的是，气体发生剂一旦形成气相，便可以直接利用光纤端部向气相提供能量。气相的能量密度升高，有利于加速毗邻的、仍处于固相的物质的分解。这样，气体发生剂的分解就会从稳定区向气体发生室的框架端壁推进。此过程中，要避免格栅39上的出气口被固态颗粒堵塞。

本发明中，供能装置的非烟火式能量源不一定非得是激光源。

图4所示的气体发生器40依次包含供能装置、气体发生室、格栅12和稳定区8。该实施方式还有一种变形，即稳定区8可以由气体发生室10内的、位于气体发生剂11与格栅12之间的空闲区域构成。这种情况下，出气口14和排气孔9会结合在一起。

图4所示的实施方式中，稳定区8与供能装置位置相对，中间隔着气体发生室。供能装置包含两个电极42，必要时电极42会裹上绝缘护套43，电极穿过气体发生室内的气体发生剂。这两个电极可以彼此平行并与管状框架的轴线平行，电极间也可以有一定角度，两者的间距在稳定区附近达到最大值，在发生剂和格栅12形成的表面附近通过启动装置41重新连接。该启动装置41负责产生电弧，并在电极端部形成等离子体。例如，启动装置41可以是非常细的金属丝，被电流穿过后会蒸发，并通过爆炸或最好是通过烟火引发剂形成金属等离子体。电极的另外一端与能量源相联，该能量源生成的电压足以维持两个电极42之间的电弧。图中所示的实施方式中，能量源包含振荡电路44，所述振荡电路44由可变振荡器45激励。

能量源被开启时，可变振荡器45在振荡电路44的共振频率附近激励，使得电压经过电极端子42。此时，启动装置41被穿过其中的电流蒸发，在两个电极42的端部之间形成电弧。只要振荡电路44受激励，该电弧就存在，其强度根据可变振荡器45所使用的激励频率进行调节：激励频率接近振荡电路44的共振频率时，电弧强度增加，反之则减小。

两个电极之间的电弧产生等离子体，通过调节电弧供应给气相和/或固相的补充能量的多少对气体发生剂11的分解起引导作用。与分解反应所需的能量总量相比，用于调节气体发生剂分解的补充能量相对来说不是很多，不会超过总能量的10％-20％。

需要注意的是，由于分解时有大量的反应能量，因此气体发生剂分解产生的气体能量非常大。该气体由于含能量高极易电离，所以参与生成等离子体。这种现象的结果是，只要供应少量的电能就可形成能量水平非常高的等离子体。

随着气体发生剂的不断消耗，电极的绝缘护套43也会燃烧，电弧随尚未消耗的发生剂表面的移动而移动。不管其位置如何，电弧始终为气相的气体发生剂提供能量，维持其分解。另外，如果可能的话，在选择电极42的材料和大小时，可以考虑让电极随气体发生剂的分解而发生损耗。

促使气体发生剂分解的等离子体还可以通过电极弧发生器来生成，电极的排列顺序参照图5所示的气体发生器50。

跟图1和图2所示的气体发生器一样，气体发生器50也包含管状框架、气体发生室、稳定区和供能装置。

在本发明的气体发生器的这个实施方式中，供能装置包含两个电极51和52，沿管状框架的轴向相对放置。两个电极相对的端部置于气体发生室内的格栅12附近。电极材料最好采用钨。这样，两个电极的相对端部之间的间隙就会保持大致恒定。电极51和52与一个发电机56的端子相联，该发电机用于产生和维持电极相对端头之间的电弧。当然，跟气体发生器40一样，电弧的产生可以借助类似的启动装置完成(图中未显示)。电弧生成的等离子体的位置是固定的，位于间隙处。该等离子体提供的能量主要用于气体发生剂汽相的分解。

很显然，本发明除了上文所描述和图示的实施方式外还可以有多种变形。如，将上文描述的任何一个发生器的供能装置与所描述的另外一个发生器的气体发生室所使用的气体发生剂组合，便会形成一种新的气体发生器。

另外，气体发生剂不一定非得是均匀混合物，也可以是不同物质的薄片，与气体发生器的轴向成正交水平叠放在一起或者以该轴向为中心盘成同心圈。如此“混合”的发生剂，其组成成分在气体发生室内会分解，并发生氧化还原反应，有利于将发生剂的氧平衡调节至零值或一个比较小的负值，产生化学上的中性气体。另外，合理选择气体发生剂的组成成分有利于调节分解反应释放的能量与维持反应所需的激活能量之间的差距。只要不超出本发明的范围，还可以根据实际需要做出其他调整。如，气体发生器的框架可以是饼状或盘状，即一截长度小于直径的圆柱体。这种气体发生器的供能装置要么放在发生器框架的外面，要么置于框架中央去内。稳定区和气体发生室均为环状且同心(稳定区可扩展至气体发生室内部或在气体发生室外围)。供能装量设计成能够沿径向方向生成多个能量束(如两两径向相反的四个能量束)。

Claims (19)

1.气体发生器(1)，至少包含：

-被称为气体发生室(10)的室，存放和分解由至少一种固态或液态混合物组成的发生剂，该发生剂被称为气体发生剂(11)，能够分解而产生气体；

-被称为供能装置(4)的装置，以至少一个非烟火式能量束的形式提供能量；

该气体发生器的特点是：

气体发生剂持续分解产生的物质向气体发生剂输送的能量不足以维持分解；

至少有一个被称为稳定区(8)的区，在运行时通过至少一个出气口(14)与所述气体发生室连通，以便将产生的气体排至所述稳定区，同时通过一些排气孔(9)与所述气体发生器外部连通；

-装配能够产生上述能量束的供能装置，使

每个能量束都能提供适合的能量，提高气体发生剂分解产生的气体的能量密度，补充分解释放的能量，进而维持气体发生剂的分解；

所有能量束都能进入气体发生室，使能量输送能在气体发生剂和稳定区的出气口之间进行。

2.如权利要求1所述的气体发生器，其特征在于，气体发生剂至少包含硝酸铵、硝酸胍和碱式硝酸铜中的一种。

3.如权利要求1或2所述的气体发生器，其特征在于，气体发生剂中的硝酸铵包含添加剂，以便把气体发生剂的氧平衡调节至接近零值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的气体发生器，其特征在于，气体发生剂在初始状态和/或分解产物中还包含添加剂，添加剂能够吸收能量束的一部分能量。

5.如权利要求1-4中任一项所述的气体发生器，其特征在于，气体发生剂构成气体发生器的唯一爆燃剂。

6.如权利要求1-4中任一项所述的气体发生器，其特征在于，气体发生器还包含引燃剂(25)，所述引燃剂与上述供能装置产生的能量束合作，促使气体发生剂分解。

7.如权利要求1-6中任一项所述的气体发生器，其特征在于，供能装置能够通过对能量源的控制来调节能量束的能量供应，从而调节气体发生剂分解产生的气体的流量。

8.如权利要求1-7中任一项所述的气体发生器，其特征在于，供能装置包含激光源(5)。

9.如权利要求8所述的气体发生器，其特征在于，供能装置包含至少一根光纤(23、37、38)，所述光纤连接激光源和气体发生室。

10.如权利要求8或9所述的气体发生器，其特征在于，一方面激光源能发射至少一个朝向气体发生室的激光束；另一方面，供能装置包含透镜(13)，透镜不仅能对激光束进行重新聚焦，还能在激光源和气体发生室(10)或与该气体发生室相通的稳定区(8)之间形成密封隔离区。

11.如权利要求1-7中任一项所述的气体发生器，其特征在于，供能装置包含等离子体发生器。

12.如权利要求11所述的气体发生器，其特征在于，等离子体发生器包含两个大致平行的电极，用于在气体发生剂分解产生的气体的通道上产生和维持等离子体。

13.如权利要求12所述的气体发生器，其特征在于，上述两个电极(42)外面裹有绝缘层(43)，绝缘层能够在燃烧区分解，同时，生成的等离子体可以在气体发生剂固相的表面附近移动。

14.如权利要求11所述的气体发生器，其特征在于，等离子体发生器包含两个同轴电极(51、52)，所述同轴电极相对的端部能在气体发生剂产生的气体的通道上形成不能移动的等离子体。

15.如权利要求11-14中任一项所述的气体发生器，其特征在于，等离子体由至少部分为气体发生剂分解产生的气体构成的电离气体形成。

16.如权利要求11-15中任一项所述的气体发生器，其特征在于，等离子体发生器包含启动装置(41)，当激活等离子体时在上述两个电极之间形成高能量等离子体。

17.气体发生系统，一方面包含根据权利要求1-16中任一项所述的气体发生器；另一方面包含控制能量源的计算机和/或电子控制装置，用以控制该能量源的电能供应。

18.气体发生器组合，包含如权利要求1-16中任一项所述的气体发生器和可充气外壳，气体发生器释放的气体能够为该外壳充气。

19.气体发生器组合，包含如权利要求1-16中任一项所述的气体发生器和液压缸，气体发生器释放的气体能够为该液压缸增压。

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