CN103523755A - 具有双金属反应控制的化学氧气发生器 - Google Patents

具有双金属反应控制的化学氧气发生器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于可呼吸气体源的调节装置，该装置包括适于执行放热反应来产生可呼吸气体的反应介质（9），该反应介质（9）围绕具有可呼吸气体出口（13）的内部反应体积（10）。本发明还涉及用于在飞机中提供可呼吸气体的化学氧气发生器系统以及用于调节可呼吸气体源的方法，该方法包括启动反应介质（9）的放热反应来产生可呼吸气体的步骤，所述反应介质（9）围绕具有可呼吸气体出口（13）的内部反应体积（10），其中可呼吸气体流过可呼吸气体出口（13）。

Description

具有双金属反应控制的化学氧气发生器
技术领域
本发明涉及一种用于可呼吸气体源的调节装置，该装置包括适于执行放热反应来产生可呼吸气体的反应介质，该反应介质围绕具有可呼吸气体出口的内部反应体积。本发明还涉及一种调节可呼吸气体源的方法，该方法包括启动反应介质的放热反应来产生可呼吸气体的步骤，该反应介质围绕具有可呼吸气体出口的内部反应体积，其中可呼吸气体流过可呼吸气体出口。
背景技术
用于产生和提供可呼吸的氧气的氧气源通常是现有技术中已知的。氧气可以以多种不同的方式产生。在飞机的紧急情况下，需要向飞机乘客提供应急氧气从而保护飞机乘客免受机舱压力的压力下降的影响。应急氧气可以通过化学氧气发生器（COG）提供，其中氧气是通过高温分解氯酸钠产生的。
与上述化学氧气发生器相关的问题是化学反应并不是以可再生的形式在氧气发生器内进行的。发明人已经认识到例如机舱压力、机舱温度的外界影响可能会显著地影响化学反应的速度，由此导致在化学氧气发生器内产生过多或过少的氧气。尤其是在紧急情况下，机舱温度和机舱压力可能显著地变化。另外，化学反应的速度以及由此每单位时间内产生的氧气量可能取决于氯酸钠的寿命并且还取决于配制氯酸钠组分的制造效果。该效果可以还影响在化学反应中每单位时间产生的氧气量。所有这些内部和外部效果可能不利地影响氧气的产生，并且导致氧气输送不充足或氧气输送时间不充足。
发明内容
本发明的一个目的是改善现有的可呼吸气体源，并且提供克服了上述问题的紧急氧气供给。
该目的通过根据独立权利要求1的如上所述的调节装置实现。该调节装置包括流量调节器，其布置在内部反应体积的可呼吸气体出口，并且适于根据调节装置的温度调节经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。
本发明已经发现，应急供氧使用的氧气源，尤其是化学氧气发生器，在产生的氧气量和提供给乘客的氧气量方面是不够的。在化学反应的某个阶段，产生了比乘客实际所需的氧气更多的氧气。本发明通过限制产生过量氧气解决了该问题。该限制通过布置在内部反应体积的可呼吸气体出口的流量调节器实现。根据调节装置的温度，来自由反应介质围绕的内部反应体积的氧气流量被调节。
术语“具有可呼吸气体出口”优选地是理解为内部反应体积的可呼吸气体出口。然而，它还可以被理解为调节装置的另一部分的可呼吸气体出口，只要能通过流量调节器的调节影响放热反应的条件，例如压力。
当在本发明的上下文中描述一个动作取决于一个对象的温度时，其可以以这样一种方式理解，即该动作仅取决于所述对象的温度，但是它也可以以这样的方式理解，即该动作取决于其它对象或介质的温度。因为在不平衡状态，一个对象在其不同的位置可能具有不同的温度，术语“调节装置的温度”可以理解为表示调节装置的整体温度或平均温度，也可以理解为在调节装置的预定位置的温度。优选地，术语“调节装置的温度”可以这样理解，即流量调节器适于根据流量调节器自身的温度、尤其是流量调节器的某个部分的温度调节经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。还优选地是，术语“调节装置的温度”可以这样理解，即流量调节器适于根据反应介质的温度调节经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。术语“调节装置的温度”甚至可以进一步优选地理解为，其中设置有反应介质的壳体内部的温度，尤其是反应介质的温度或布置在靠近反应介质的流量调节器的温度。
调节经由反应介质的可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量可以被理解为调节给乘客的可呼吸气体的流量。可以优选地理解地是，以这样的方式调节可呼吸气体的流量，即从可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量是节流控制的，因而，在围绕反应介质的体积中的压力、尤其是在内部反应体积中的压力升高。该升高的压力导致反应速率的负变换，尤其是用于氧气产生的放热反应的减速。该用于氧气产生的反应的减速限制了产生过量的氧气并延长了为乘客供氧的持续时间。
术语“氧气源”可以优选地被理解为化学氧气发生器（COG），其中反应介质优选地是大体上包括氯酸钠（NaClO3）以及铁（Fe）。当启动产生氧气的反应时，氯酸钠与铁反应以产生氯化钠、氧化亚铁（II）（FeO）和氧气。这样的反应可以不高于260摄氏度的温度和高压下发生。优选地是，使用过氧化钡（BaO2）来吸收反应产生的氯。该反应通常由通过乘客从乘客服务单元拉出供氧面罩触发的点火系统来启动。
根据本发明的第一优选实施方式，流量调节器包括阀体或者由阀体组成，阀体通过双金属元件致动，优选地是双金属臂。优选地是，阀体由例如杆的伸长构件和优选地具有圆锥形状的头部组成。伸长构件以这样一种方式机械地连接到双金属臂，即双金属臂的变形导致伸长构件的致动。根据致动的方向，头部靠近阀座移动或远离阀座移动，从而使得经由流量调节器的可呼吸气体的流量减少或增加。这可以优选的理解如下:当温度升高时，双金属臂以这样的方式变形，即头部靠近阀座移动，因而对经由流量调节器的可呼吸气体的流量进行节流。另一方面，当温度降低时，双金属臂以这样的方式变形，即头部远离阀座移动，因而增加经由流量调节器的可呼吸气体的流量。如上所述，经由流量调节器的可呼吸气体的流量的减少导致在内部反应体积中的压力增大，从而减慢反应速率。
根据本发明的第二优选实施方式，流量调节器包括阀体或由阀体组成，阀体通过形状-记忆合金元件致动。阀体，如上所述，优选地是由伸长构件和头部组成。通过使用形状-记忆合金元件，流量调节器可以达到对应于形状-记忆合金的两种状态的两种流量状态。换句话说，当形状-记忆合金的温度比预定温度值低时，达到第一状态。在该第一状态下，流量调节器提供可呼吸气体的流量的第一量值。当形状-记忆合金的温度比预定温度值高时，达到第二状态。在该第二状态下，流量调节器提供流量的第二量值，其小于流量的第一量值。通过该第二优选实施方式，实现了在两个流量状态之间的数字转换。这进一步地简化了流量调节器的设计。另外优选地是，形状-记忆合金可以以这样的方式设计，即可以防止头部直接邻接阀座，从而防止流量调节器完全关闭和截断到供氧面罩的可呼吸气体流。
根据本发明的第三优选实施方式，调节阀包括具有可呼吸气体出口的壳体，其中反应介质布置在壳体内部并且大体上具有围绕内部反应体积的环形形状，壳体包括布置在反应介质和壳体壁之间的外部体积，其中调节装置适于将反应气体流在其路线经由外部体积引导到内部反应体积的反应气体入口。优选地，壳体和反应介质的设计可以以这样的方式理解，即反应气体流必须在其路线上经由外部体积流到反应气体入口。这样，环境温度的影响可以减小。
另外优选地是，壳体包括两个单独的腔，即其中设置有反应介质的第一腔，和其中设置有流量调节器的第二腔。可呼吸气体流经由流量调节器从内部反应体积被引导到第二腔中。用于将可呼吸气体引导到乘客供给面罩的可呼吸气体出口形成在第二腔。
另外，导管可以布置在第二腔和外部体积之间，其提供从第二腔到外部的预定气体流，由此，提供经由外部体积的反应气体流，如有关本发明的第三实施方式所提及的。
关于两个单独的腔，术语“调节装置的温度”还可以这样理解，即流量调节器适于根据在第一和/或第二腔中的温度调节经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。
在本发明第三优选实施方式的改进方式中，调节装置包括减压阀，该减压阀适于当超过预定压力值时从壳体释放可呼吸气体，优选地是减压阀被连接到适于将所述减压阀所释放的可呼吸气体引导到飞机机舱的导管。这提供了防止可能导致安全风险的高压值的安全装置。所述导管可以由软管或管提供。
在本发明第四优选实施方式中，流量调节器适于根据飞机的环境温度调节经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。除了根据调节装置的温度进行流量调节之外，如在独立权利要求1中限定的，对象或介质的环境温度也可以是流量调节依据的因素。优选地，流量调节取决于飞机的环境温度，即围绕飞机的空气的温度。这使得能够根据飞机的环境进行流量调节。其具有这样的优点，即氧气的供给适于飞机的环境条件，例如高度、温度和天气等。
根据本发明第四优选实施方式的改进方式，流量调节器适于当调节装置的温度和/或环境温度升高时，对经由可呼吸气体出口的可呼吸气体流量进行节流。根据该改进方式的设计允许在预定“方向”的调节装置的目的性操作，即当调节装置的温度和/或环境温度升高时，节流（减少）经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。
本发明的目的还通过在飞机中提供可呼吸气体的包括上述类型的调节装置的化学氧气发生器系统来实现。
本发明的目的还通过根据独立权利要求8的方法实现。
根据本发明的方法的特征在于通过调节装置，至少根据调节装置的温度来调节流过可呼吸气体出口的可呼吸气体流量的步骤。
根据本发明的方法的第一优选实施方式，调节通过流量调节器实现，该流量调节器包括阀体或者由阀体组成，阀体通过双金属、优选地是双金属臂致动。
在第二优选实施方式中，根据本发明的方法包括这样的步骤，引导反应气体流，经由外部体积，流到内部反应体积的反应气体入口，该外部体积设置在反应介质和具有可呼吸气体出口的壳体的壁之间。
在第三优选实施方式中，根据本发明的方法包括这样的步骤，即根据环境温度，优选地是飞机的环境温度调节经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量。
根据第三优选实施方式的改进形式，该方法包括这样的步骤，即当调节装置的温度和/或环境温度升高时，对经由可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量进行节流。
关于根据本发明的方法的实施方式的优点、实施方式和细节，它们涉及之前描述的调节装置及其实施方式的相应的特征。
附图说明
结合附图，描述本发明的优选实施方式，附图例示了根据本发明的调节装置的一个实施方式。
具体实施方式
附图以截面侧视图的形式示出了根据本发明的调节装置1的一个实施方式。调节装置1通过根据本发明的方法的实施方式操作。调节装置1设置在具有第一腔5和第二腔7的壳体3内。反应介质9设置在第一腔5内。反应介质9具有围绕内部反应体积10的环形形状，内部反应体积10具有反应气体入口11和可呼吸气体出口13。壁15将第一腔5和第二腔7分开，壁15具有孔17，用于可呼吸气体流18从反应气体出口13流到流量调节器19。反应介质9在可呼吸气体出口13邻接壁15，并且部分设置在支承21内。
反应介质9由具有铁填充的氯酸钠（NaClO3）组成。当启动用于产生氧气的反应时，氯酸钠与铁反应生成氯化钠、氧化亚铁（II）（FeO）和氧气。
外部体积23形成在反应介质9和壳体3的环形壁25之间。支承21具有孔27，允许反应气体流29在它的路线经由外部体积23流到内部反应体积10时通过。
流量调节器19布置在壳体3的第二腔7内并且包括阀座31、阀体33和双金属臂35。阀座31从壁15伸出，具有大体上的圆锥形的形状。阀体33包括杆37和具有大体上对应于阀座31的圆锥形的表面43的圆锥形的表面41的头部39。
调节装置1具有点火器45用于触发反应介质9的放热反应，以在方法步骤a）中产生可呼吸氧气。当乘客从乘客服务单元拉动供氧面罩时点火启动。放热反应产生到可呼吸气体出口13的可呼吸气体流18。壳体3具有可呼吸气体出口47，用于将可呼吸气体引导给飞机内的乘客（未在图中示出）。
在方法步骤b）中，当在第一腔5和第二腔7中的温度升高时，双金属臂35改变其形状，即双金属臂弯向左侧（如图所示的观察方向）。这样，阀体33水平地向左侧移动（如图示的观察方向），并且头部39靠近阀座31移动。这样，经由流量调节器19的可呼吸气体流量被节流，并且同时，在第一腔5内的压力，尤其是在内部反应体积10内的压力增加。在第一腔5中的压力增加导致放热反应的负变换，即放热反应放缓。
第一腔5还具有布置在壳体3的减压阀49。该减压阀49当超过预定压力值时从壳体3释放可呼吸气体。减压阀49连接到用于将减压阀49所释放的可呼吸气体引导到坐有乘客的飞机机舱中的供氧面罩的导管51。此外，环形的隔离层53形成在环形壁25，用于防止在壳体3内的高温传递到壳体3的周围环境。
附图标记：
1  调节装置
3  壳体
5  第一腔
7  第二腔
9  反应介质
10 内部反应体积
11 反应气体入口
13 可呼吸气体出口
15 壁
17 孔
18 流
19 流量调节器
21 支承
23 外部体积
25 环形壁
27 孔
29 流量
31 阀座
33 阀体
35 双金属臂
37 杆
39 头部
41 圆锥形表面
43 圆锥形表面
45 点火器
47 可呼吸气体出口
49 减压阀
51 导管
53 隔离层

Claims (13)

1.一种用于可呼吸气体源的调节装置，该装置包括:
-反应介质（9），其适于执行用于产生可呼吸气体的放热反应，所述反应介质（9）围绕具有可呼吸气体出口（13）的内部反应体积（10），
其特征在于：
-流量调节器（19），其布置在可呼吸气体出口（13）处，并且适于至少根据调节装置（1）的温度来调节经由可呼吸气体出口（13）的可呼吸气体的流量。
2.根据权利要求1的调节装置，
其中，所述流量调节器（19）包括阀体（33）或者由阀体（33）组成，所述阀体（33）由双金属元件、优选由双金属臂（35）致动。
3.根据权利要求1的调节装置，
其中，所述流量调节器（19）包括阀体（33）或者由阀体（33）组成，所述阀体（33）由形状-记忆合金元件致动。
4.根据前述权利要求1-3中任一项的调节装置，该装置包括:
壳体（3），其具有可呼吸气体出口（47），其中所述反应介质（9）布置在壳体（3）内并且具有围绕所述内部反应体积（10）的大体上环形的形状，和
外部体积（23），其布置在所述反应介质（9）和所述壳体（3）的壁（25）之间，其中所述调节装置（1）适于将反应气体流（29）在其路线经由所述外部体积（23）引导到内部反应体积（10）的反应气体入口（11）。
5.根据权利要求4的调节装置，该装置包括:
减压阀（49），其适于在超过预定压力值时从所述壳体（3）释放可呼吸气体，优选地是所述减压阀（49）连接到适于将所述减压阀（49）所释放的可呼吸气体引导到飞机机舱的导管（51）。
6.根据前述权利要求1-4中任一项的调节装置，
其中所述流量调节器（19）适于根据环境温度，优选地是飞机的环境温度，来调节经由可呼吸气体出口（13）的可呼吸气体的流量。
7.根据权利要求6的调节装置，
其中所述流量调节器（19）适于当调节装置（1）的温度和/或环境温度升高时，对经由所述可呼吸气体出口（13）的可呼吸气体的流量进行节流。
8.一种用于在飞机中提供可呼吸气体的化学氧气发生器系统，该系统包括根据前述权利要求1-7中任一项所述的调节装置（1）。
9.一种用于调节可呼吸气体源的方法，该方法包括以下步骤：
a）启动反应介质（9）的放热反应来产生可呼吸气体，所述反应介质（9）围绕具有可呼吸气体出口（13）的内部反应体积（10），其中可呼吸气体流过所述可呼吸气体出口（13），和
b）至少根据调节装置（1）的温度通过调节装置（1）来调节流过所述可呼吸气体出口（13）的可呼吸气体的流量。
10.根据权利要求9的方法，
其中所述调节由流量调节器（19）来实现，所述流量调节器（19）包括阀体（33）或者由阀体（33）组成，所述阀体（33）通过双金属、优选由双金属臂（35）致动。
11.根据权利要求9或10的方法，该方法包括以下步骤：
引导反应气体流，经由外部体积（23）流到所述内部体积（10）的反应气体入口（11），所述外部体积（23）设置在所述反应介质（9）和具有可呼吸气体出口（47）的壳体（3）的壁（25）之间。
12.根据前述权利要求9-11中任一项的方法，该方法包括以下步骤：
根据环境温度、优选地是飞机的环境温度调节经由所述可呼吸气体出口（13）的可呼吸气体的流量。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法包括以下步骤：
当所述调节装置（1）的温度和/或环境温度升高时，对经由所述可呼吸气体出口的可呼吸气体的流量进行节流。
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