CN110963468A - 一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，属于氧气发生器技术领域。包括壳体、前盖、产氧药芯、传火药、点火头、瞬时高压发射器、过滤层、后盖、快接插头和连接导线；瞬时高压发射器设置在壳体前端，所述瞬时高压发射器包括启动机构和电子发射器，启动机构用于触发电子发射器产生瞬时高压，连接导线的一端电子发射器的金属固定端连接，另一端与点火头中的一根导线的一端连接，电子发射器的导线与点火头的另一根导线的一端连接，点火头中两根导线的另一端包覆有敏感药剂，敏感药剂与传火药连接，快接插头一端与后盖连接。克服了目前的产品低释氧速率与释氧速率平稳不可兼得的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，属于氧气发生器技术领域。
背景技术
固体氧气发生器因为其氧密度高、体积小、质量轻、操作便捷以及后期免维护的独特优点，在一些特定领域甚至有取代传统钢瓶氧源的趋势。固体氧气发生器以氯酸钠、氯酸钾、高氯酸钾等碱金属氯酸盐或高氯酸盐为产氧物质，通过上述物质的化学分解产生氧气，可用于舰船舰艇、空间站、避难硐室、紧急救生舱等密闭空间供氧领域。以氯酸钠为例，其受热分解温度约为460℃，分解过程产生氧气和氯化钠，同时产生大量的热，为了降低其分解温度一般选用钴或锰的氧化物作为催化剂，同时为保证分解反应持续进行，一般需要加入一定量的金属粉作为燃料提供热量。将氯酸钠、催化剂、燃料以及抑氯剂和粘结剂等按一定比例混合均匀，湿压成型并烘干后即得到产氧药芯。
固体氧气发生器的启动一般分为三级启动，其中启动器提供初始能量为一级启动，触发传火药反应为二级启动，传火药瞬间放出大量的热量引燃固体氧气发生器的产氧药芯为三级启动。目前固体氧气发生器的初级启动器主要为撞击启动，撞击启动利用撞针的动力势能击打撞击底火产生能量引燃传火药。
ZHANG，Yunchang在chemical oxygen generator(专利号PCT/US92/02173)中用到了经典撞击启动方式，从附图中可以看到启动装置整体比较大，当拔下安全销后弹簧的弹性势能释放，驱动重锤击打撞针，撞针受力的冲击后撞击底火释放初始能量。ChristopherC,Lawerenson等人在专利US9662517B2中也用到了撞击启动方式，从其附图中可以看到与经典撞击启动装置相比，此专利省去了重锤环节，弹簧的势能释放后直接驱动撞针击打底火提供初始能量，此改进大大降低了启动部件体积，但为了提供给撞针足够的行程，仍存在氧气发生器凸出部分狭长的缺点。
撞击启动方式经过近30年的发展，减小了体积，提高了点火成功率，但仍存在一些不足。首先，一套撞击启动装置价格昂贵；其次，主体之外的凸出部分虽然体积降低，但仍呈细长型，导致其实际占用空间并未有明显改观。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，采用小巧、廉价的瞬时高压发射器作为氧气发生器的初级启动方式。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，包括壳体、前盖、产氧药芯、传火药、点火头、瞬时高压发射器、过滤层、后盖、快接插头和连接导线；其中，前盖和后盖分别封装在壳体的两端，产氧药芯、传火药、点火头和过滤层均位于壳体内部，瞬时高压发射器设置在壳体前端，所述瞬时高压发射器包括启动机构和电子发射器，启动机构用于触发电子发射器产生瞬时高压，产氧药芯位于壳体中部，传火药位于瞬时高压发射器与产氧药芯之间，点火头由两根导线组成，连接导线的一端与电子发射器的金属固定端连接，另一端与点火头中的一根导线的一端连接，电子发射器的导线与点火头的另一根导线的一端连接，点火头中两根导线的另一端包覆有敏感药剂，敏感药剂与传火药连接，所述敏感药剂受到瞬时高压会产生火焰和能量，过滤层位于产氧药芯和后盖之间，快接插头一端与后盖连接，另一端与导氧管连接；产氧药芯上包覆有隔热材料。
进一步的，所述启动机构为按压启动结构，所述启动机构包括安全销、按钮、铆钉、固定座、绝缘塞和固定螺母；其中，按钮上设有通孔，安全销插在所述通孔内，所述电子发射器位于固定座内，铆钉一端与壳体固定，另一端与固定座的一端固定，铆钉上设有通孔，按钮穿过铆钉上的通孔与电子发射器的活动端连接，固定座的另一端设有绝缘塞，绝缘塞通过固定螺母与固定座固定，连接导线的一端穿过绝缘塞与电子发射器的金属固定端连接。拔出安全销，按压按钮，所述按钮便对电子发射器的活动端施加一定的力，在力的作用下所述电子发射器产生瞬时高压，所产生的瞬时高压通过相互连接的导线传导至点火头，所述点火头在瞬时高压的作用下被引燃，产生的能量引燃传火药，传火药4迅速释放大量能量引燃产氧药芯，即可启动氧气发生器。
进一步的，所述启动机构为旋转启动结构，所述启动机构包括安全销、固定栓、固定箍、驱动凸轮、旋钮和传动轴；其中，安全销、固定栓、固定箍、旋钮和传动轴均位于壳体外部；前盖上开有通孔，通孔上设有固定箍，固定箍上设有绝缘垫圈，旋钮的一端为锥体结构且锥体上开有通孔，旋钮的另一端为U型结构，驱动凸轮的一端穿过前盖上的通孔与固定箍固定，并与旋钮的U型结构配合并通过传动轴连接，前盖上还开有固定孔，固定栓的一端穿过固定孔固定在前盖上，另一端与旋钮上的通孔配合，固定栓的另一端开有通孔，安全销穿过固定栓上的通孔对旋钮进行限位，驱动凸轮的另一端为椭圆柱结构且位于壳体内部，所述电子发射器固定在前盖上，且所述电子发射器的活动端可与驱动凸轮的椭圆柱接触。拔下安全销，旋转旋钮，产生的扭力矩通过传动轴传递给驱动凸轮，驱动凸轮在扭力矩的带动下发生旋转，当椭圆形驱动凸轮的长轴接触电子发射器的活动端时对其施加一定的力，在力的作用下所述电子发射器产生瞬时高压，所产生的瞬时高压通过相互连接的导线传导至点火头，所述点火头在瞬时高压的作用下被引燃，产生的能量引燃传火药，传火药迅速释放大量能量引燃产氧药芯，即可启动氧气发生器。
进一步的，所述传火药由氧化剂和还原剂组成，所述氧化剂为Pb3O4、CuO、BaCrO4、KNO3、Bi2O3和KClO4中的一种以上，所述还原剂为Mg、B、Si、Ti和Fe中的一种以上。
进一步的，所述传火药中氧化剂为BaCrO4，还原剂Mg，以所述传火药的质量为100％计，Mg的质量分数为6～12％，BaCrO4的质量分数为88～94％。
进一步的，以所述产氧药芯的质量为100％计，所述产氧药芯的原料组成及其质量百分数为：NaClO3 88～93％，Sn 0～5％，Co3O4 1～5％，高岭土1～5％，KClO4 1～3％，CaO20～2％。
进一步的，所述产氧药芯为沿轴线方向的双层结构，第一层与第二层的质量比为3:6～8；与第一层的质量为100％计，第一层中各物质的质量百分数为NaClO3 90～91％，Sn3～4％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO2 0.5％；以第二层的质量为100％计，第二层中各物质的质量百分数为NaClO3 92.1％，Sn 2％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO2 0.4％；使用时，所述产氧药芯的第一层与传火药接触。
进一步的，所述过滤层包括交替设置的催化剂床层和吸收剂床层，每层催化剂床层和吸收剂床层之间设有隔热材料；所述催化剂为霍加拉特剂；所述吸收剂为碱金属氢氧化物。
进一步的，所述隔热材料为陶瓷纤维毯或玻璃纤维毯。
进一步的，所述隔热材料为可耐200℃以上高温的超细玻璃纤维(AGM)，所述AGM厚度为1.5mm；所述产氧药芯的侧面包覆有3～5层AGM；每层催化剂床层和吸收剂床层之间设有1～2层AGM。
有益效果
本发明所述装置通过设置瞬时高压启动的氧气发生器，大大降低了启动装置实际占用空间及成本。所述氧气发生器一经启动3秒内即可释放出符合医用氧标准的高纯氧气，可持续工作提供不低于10min、不少于25L的供氧时间及供氧量，稳定供氧速率为2～3L/min，克服了目前的产品低释氧速率与释氧速率平稳不可兼得的难题。
附图说明
图1-2为本发明所述装置结构示意图；
图3-4为本发明所述装置的按压启动结构示意图；
图5-7为本发明所述装置的旋转启动结构示意图；
图8为实施例1所述装置中产氧药芯的释氧速率曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1-4所示，一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，包括壳体1、前盖2、产氧药芯3、传火药4、点火头5、瞬时高压发射器6、过滤层9、后盖10、快接插头11和连接导线17；其中，前盖2和后盖10分别封装在壳体1的两端，产氧药芯3、传火药4、点火头5和过滤层9均位于壳体1内部，瞬时高压发射器6设置在壳体1前端，所述瞬时高压发射器6包括启动机构7和电子发射器12，启动机构7用于触发电子发射器12产生瞬时高压，产氧药芯3位于壳体中部，传火药4位于瞬时高压发射器6与产氧药芯3之间，点火头5由两根导线组成，连接导线17的一端电子发射器12的金属固定端连接，另一端与点火头5中的一根导线的一端连接，电子发射器12的导线与点火头5的另一根导线的一端连接，点火头5中两根导线的另一端包覆有敏感药剂，敏感药剂与传火药4连接，所述敏感药剂受到瞬时高压会产生火焰和能量，过滤层9位于产氧药芯3和后盖10之间，快接插头11为标准件，一端通过标准螺纹与所述后盖10连接，另一端通过快接口与所述吸氧面罩导氧管连接。产氧药芯3的前端和侧面均包覆有隔热材料8。
所述启动机构7为按压启动结构，所述启动机构7包括安全销、按钮13、铆钉14、固定座15、绝缘塞16和固定螺母18；其中，按钮13上设有通孔，安全销插在所述通孔内，所述电子发射器12位于固定座15内，铆钉14一端与壳体1固定，另一端与固定座15的一端固定，铆钉14上设有通孔，按钮13穿过铆钉14上的通孔与电子发射器12的活动端连接，固定座15的另一端设有绝缘塞16，绝缘塞16通过固定螺母18与固定座15固定，连接导线17的一端穿过绝缘塞16与电子发射器12的金属固定端连接。拔出安全销，按压按钮13，所述按钮13便对电子发射器12的活动端施加一定的力，在力的作用下所述电子发射器12产生瞬时高压，所产生的瞬时高压通过相互连接的导线传导至点火头5，所述点火头5在瞬时高压的作用下被引燃，产生的能量引燃传火药4，传火药4迅速释放大量能量引燃产氧药芯3，即可启动氧气发生器。
所述传火药4中氧化剂为BaCrO4，还原剂Mg，以所述传火药的质量为100％计，Mg的质量分数为6％，BaCrO4的质量分数为94％；所述传火药4的质量为8g。
所述产氧药芯3为沿轴线方向的双层结构，第一层的质量为35g，第二层的质量为70g；与第一层的质量为100％计，第一层中各物质的质量百分数为NaClO3 91％，Sn 3％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO2 0.5％；以第二层层的质量为100％计，第二层中各物质的质量百分数为NaClO3 92.1％，Sn 2％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO20.4％。将上述配方物料加入质量百分数2％去离子水湿混混合均匀后，装入药块压制成型装置压制成型，然后在140℃烘箱中烘干12h，冷却至室温后得到产氧药芯3。使用时，所述产氧药芯3的第一层与传火药4接触。
所述过滤层9为三层结构，由产氧药芯3后端至后盖10依次为催化剂床层、吸收剂床层和催化剂床层；所述催化剂为霍加拉特剂；所述吸收剂为氢氧化锂。
所述隔热材料8为可耐200℃以上高温的超细玻璃纤维(AGM)，所述AGM厚度为1.5mm；所述产氧药芯3的侧面包覆有3层AGM；每层催化剂床层和吸收剂床层之间设有2层AGM。
将产氧药芯3、传火药4、点火头5、过滤层9装入壳体1内，连接导线17、电子发射器12的导线分别与点火头5连接，将前盖2和后盖10与壳体1焊接完成固体氧气发生器的组装。拔下安全销，按按钮13，即可启动氧气发生器。产氧药芯3燃烧过程中释氧速率稳定，燃烧过后产氧药芯成型性好。其释氧速率曲线如图8所示。
实施例2
如图5-7所示，一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，包括壳体1、前盖2、产氧药芯3、传火药4、点火头5、瞬时高压发射器6、过滤层9、后盖10、快接插头11和连接导线17；其中，前盖2和后盖10分别封装在壳体1的两端，产氧药芯3、传火药4、点火头5和过滤层9均位于壳体1内部，瞬时高压发射器6设置在壳体1前端，所述瞬时高压发射器6包括启动机构7和电子发射器12，启动机构7用于触发电子发射器12产生瞬时高压，产氧药芯3位于壳体中部，传火药4位于瞬时高压发射器6与产氧药芯3之间，点火头5由两根导线组成，连接导线17的一端电子发射器12的金属固定端连接，另一端与点火头5中的一根导线的一端连接，电子发射器12的导线与点火头5的另一根导线的一端连接，点火头5中两根导线的另一端包覆有敏感药剂，敏感药剂与传火药4连接，所述敏感药剂受到瞬时高压会产生火焰和能量，过滤层9位于产氧药芯3和后盖10之间，后盖上开有过孔，快接插头11一端与后盖10连接，另一端与导氧管连接；产氧药芯3的前端和侧面均包覆有隔热材料8。
所述启动机构7为旋转启动结构，所述启动机构7包括安全销19、固定栓21、固定箍23、驱动凸轮24、旋钮25和传动轴26；其中，安全销19、固定栓21、固定箍23、旋钮25和传动轴26均位于壳体外部；前盖2上开有通孔，通孔上设有固定箍23，固定箍23上设有绝缘垫圈22，旋钮25的一端为锥体结构且锥体上开有通孔，旋钮25的另一端为U型结构，驱动凸轮24的一端穿过前盖上的通孔与固定箍23固定，并与旋钮25的U型结构配合并通过传动轴26连接，前盖2上还开有固定孔20，固定栓21的一端穿过固定孔20固定在前盖2上，另一端与旋钮25上的通孔配合，固定栓21的另一端开有通孔，安全销19穿过固定栓上的通孔对旋钮25进行限位，驱动凸轮24的另一端为椭圆柱结构且位于壳体1内部，所述电子发射器12固定在前盖2上，且所述电子发射器12的活动端可与驱动凸轮24的椭圆柱接触。拔下安全销19，旋转旋钮25，产生的扭力矩通过传动轴26传递给驱动凸轮24，驱动凸轮24在扭力矩的带动下发生旋转，当椭圆形驱动凸轮24的长轴接触电子发射器12的活动端时对其施加一定的力，在力的作用下所述电子发射器12产生瞬时高压，所产生的瞬时高压通过相互连接的导线传导至点火头5，所述点火头5在瞬时高压的作用下被引燃，产生的能量引燃传火药4，传火药4迅速释放大量能量引燃产氧药芯3，即可启动氧气发生器。
所述传火药4中氧化剂为BaCrO4，还原剂Mg，以所述传火药的质量为100％计，Mg的质量分数为12％，BaCrO4的质量分数为88％；所述传火药4的质量为20g。
所述产氧药芯3为沿轴线方向的双层结构，第一层的质量为35g，第二层的质量为70g；与第一层的质量为100％计，第一层中各物质的质量百分数为NaClO3 90％，Sn 4％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO2 0.5％；以第二层的质量为100％计，第二层中各物质的质量百分数为NaClO3 92.1％，Sn 2％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO20.4％。使用时，所述产氧药芯3的第一层与传火药4接触。
所述过滤层9为三层结构，由产氧药芯3后端至后盖10依次为催化剂床层、吸收剂床层和催化剂床层；所述催化剂为霍加拉特剂；所述吸收剂为氢氧化锂。
所述隔热材料8为可耐200℃以上高温的超细玻璃纤维(AGM)，所述AGM厚度为1.5mm；所述产氧药芯3的侧面包覆有5层AGM；每层催化剂床层和吸收剂床层之间设有1层AGM。
将产氧药芯3、传火药4、点火头5、过滤层9装入壳体1内，连接导线17、电子发射器12的导线分别与点火头5连接，将前盖2和后盖10与壳体1焊接完成固体氧气发生器的组装。拔下安全销19，旋转旋钮25，即可启动固体氧气发生器。氧气发生器产氧药芯燃烧过程中释氧速率稳定，燃烧过后产氧药芯成型性好。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：包括壳体(1)、前盖(2)、产氧药芯(3)、传火药(4)、点火头(5)、瞬时高压发射器(6)、过滤层(9)、后盖(10)、快接插头(11)和连接导线(17)；其中，前盖(2)和后盖(10)分别封装在壳体(1)的两端，瞬时高压发射器(6)设置在壳体(1)前端，所述瞬时高压发射器(6)包括启动机构(7)和电子发射器(12)，启动机构(7)用于触发电子发射器(12)产生瞬时高压，产氧药芯(3)位于壳体中部，传火药(4)位于瞬时高压发射器(6)与产氧药芯(3)之间，点火头(5)由两根导线组成，连接导线(17)的一端与电子发射器(12)的金属固定端连接，另一端与点火头(5)中的一根导线的一端连接，电子发射器(12)的导线与点火头(5)的另一根导线的一端连接，点火头(5)中两根导线的另一端包覆有敏感药剂，敏感药剂与传火药(4)连接，过滤层(9)位于产氧药芯(3)和后盖(10)之间，快接插头(11)一端与后盖(10)连接，另一端与导氧管连接；产氧药芯(3)上包覆有隔热材料(8)。
2.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述启动机构(7)为按压启动结构，所述启动机构(7)包括安全销、按钮(13)、铆钉(14)、固定座(15)、绝缘塞(16)和固定螺母(18)；其中，按钮(13)上设有通孔，安全销插在所述通孔内，所述电子发射器12)位于固定座15)内，铆钉(14)一端与壳体(1)固定，另一端与固定座(15)的一端固定，铆钉(14)上设有通孔，按钮(13)穿过铆钉(14)上的通孔与电子发射器(12)的活动端连接，固定座(15)的另一端设有绝缘塞(16)，绝缘塞(16)通过固定螺母(18)与固定座(15)固定，连接导线(17)的一端穿过绝缘塞(16)与电子发射器(12)的金属固定端连接。
3.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述启动机构(7)为旋转启动结构，所述启动机构(7)包括安全销(19)、固定栓(21)、固定箍(23)、驱动凸轮(24)、旋钮(25)和传动轴(26)；其中，安全销(19)、固定栓(21)、固定箍(23)、旋钮(25)和传动轴(26)均位于壳体外部；前盖(2)上开有通孔，通孔上设有固定箍(23)，固定箍(23)上设有绝缘垫圈(22)，旋钮25)的一端为锥体结构且锥体上开有通孔，旋钮25)的另一端为U型结构，驱动凸轮(24)的一端穿过前盖上的通孔与固定箍(23)固定，并与旋钮(25)的U型结构配合并通过传动轴(26)连接，前盖(2)上还开有固定孔(20)，固定栓(21)的一端穿过固定孔(20)固定在前盖(2)上，另一端与旋钮(25)上的通孔配合，固定栓(21)的另一端开有通孔，安全销(19)穿过固定栓上的通孔对旋钮(25)进行限位，驱动凸轮(24)的另一端为椭圆柱结构且位于壳体(1)内部，所述电子发射器(12)固定在前盖(2)上，且所述电子发射器(12)的活动端可与驱动凸轮(24)的椭圆柱接触。
4.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述传火药(4)由氧化剂和还原剂组成，所述氧化剂为Pb3O4、CuO、BaCrO4、KNO3、Bi2O3和KClO4中的一种以上，所述还原剂为Mg、B、Si、Ti和Fe中的一种以上。
5.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述传火药(4)中氧化剂为BaCrO4，还原剂Mg，以所述传火药的质量为100％计，Mg的质量分数为6～12％，BaCrO4的质量分数为88～94％。
6.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：以所述产氧药芯(3)的质量为100％计，所述产氧药芯(3)的原料组成及其质量百分数为：NaClO388～93％，Sn 0～5％，Co3O4 1～5％，高岭土1～5％，KClO4 1～3％，CaO2 0～2％。
7.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述产氧药芯(3)为沿轴线方向的双层结构，第一层与第二层的质量比为3:6～8；与第一层的质量为100％计，第一层中各物质的质量百分数为NaClO390～91％，Sn 3～4％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO2 0.5％；以第二层的质量为100％计，第二层中各物质的质量百分数为NaClO3 92.1％，Sn 2％，Co3O4 3％，高岭土1.5％，KClO4 1％，CaO2 0.4％；使用时，所述产氧药芯(3)的第一层与传火药(4)接触。
8.如权利要求1所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述过滤层(9)包括交替设置的催化剂床层和吸收剂床层，每层催化剂床层和吸收剂床层之间设有隔热材料(8)；所述催化剂为霍加拉特剂；所述吸收剂为碱金属氢氧化物。
9.如权利要求1或8所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述隔热材料(8)为陶瓷纤维毯或玻璃纤维毯。
10.如权利要求9所述的一种利用瞬时高压启动的固体氧气发生器，其特征在于：所述隔热材料(8)为AGM，所述AGM厚度为1.5mm；所述产氧药芯(3)的侧面包覆有3～5层AGM；每层催化剂床层和吸收剂床层之间设有1～2层AGM。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113979821A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-01-28 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种高可靠性的多级点火方式 |
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