DE19727539C1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung der genannten Art, ist aus der DE 44 37 895 C1 bekanntgeworden. Bei der bekannten Vorrichtung wird durch Umlenkung des erzeugten Sauerstoffs innerhalb eines mit Chemikalie gefüllten Patronengehäuses vom Bereich der unverbrauchten Chemikalie in den Bereich der verbrauchten Chemikalie die Stärke der Sauerstoffproduktion gesteuert. Dieser Effekt beruht darauf, daß bei Umlenkung des Sauerstoffs in den Bereich hinter der Reaktionsfront die chemische Reaktion verlangsamt wird, da die bei der Umsetzung entstehenden, als Katalysator wirkenden Stäube und Gase in ihrer Ausbreitung auf die unverbrauchte Chemikalie behindert werden. An das Patronengehäuse sind an entgegengesetzten Stellen, und zwar an der Aktivierungsstelle und an einer Reaktions-Endstelle, welche zuletzt umgesetzt wird, Förderleitungen angeschlossen, von denen zumindestens die von der Reaktions-Endstelle abgehende Förderleitung mit einer Drosselstelle versehen ist. Je nach Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle wird mehr oder weniger Sauerstoff in den Bereich der verbrauchten Chemikalie umgelenkt. Mittels eines Doppelmembranventiles, welches an die Förderleitungen angeschlossen ist, und in Abhängigkeit von dem sich im Innenraum des Patronengehäuses aufbauenden Druckes gesteuert wird, läßt sich ein besonders gleichmäßiger Sauerstofffluß einstellen. Der Druck im Innenraum des Patronengehäuses wird mit einer Leitung gemessen, die etwa in der Mitte des Patronengehäuses in den Innenraum der Patrone mündet.

Mit der bekannten Vorrichtung läßt sich eine gleichmäßige Sauerstoffabgabe über die Dauer der thermischen Zersetzung der Chemikalie einstellen. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen ein vorgegebenes Profil der Sauerstoffabgabe gefordert wird, d. h. zunächst ansteigend und dann abfallend oder auf einer ersten Stufe eine hohe Sauerstoffabgabe und dann auf einer zweiten Stufe eine reduzierte Sauerstoffproduktion. Zwar könnte man ein derartiges Profil mit der bekannten Vorrichtung durch Vorgabe unterschiedlicher Sollwerte erzeugen, jedoch wäre dieses mit einem nicht unerheblichen Schaltungsaufwand verbunden.

Aus der FR-A 421 557 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff durch thermische Zersetzung einer Chemikalie bekannt, bei der mehrere Chemikalpatronen an ein gemeinsames Speichervolumen angeschlossen sind. Zur Ableitung des erzeugten Sauerstoffs sind die Chemikalpatronen jeweils mit einer Förderleitung versehen, welche an der Oberseite des Patronengehäuses aus der Längsseite herausgeführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art derart zu verbessern, daß auf einfache Weise ein vorgegebenes Profil in der Sauerstoffabgabe eingestellt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch das Anbringen einer Förderleitung an einer Stelle der Längswandung des Patronengehäuses, welche zunächst im Bereich der unverbrauchten Chemikalie und dann, bei fortschreitender Reaktionsfront, nach einer gewissen Zeit hinter der Reaktionsfront liegt, sich ein Profil der Sauerstoffabgabe einstellen läßt, bei welchem die Sauerstoffproduktion zunächst ansteigt und dann wieder abfällt. Die Förderleitung mündet dabei etwa in der Mitte des Patronengehäuses in den Innenraum, und zwar etwa gleich weit entfernt von der Aktivierungsstelle und der Reaktions-Endstelle.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, daß die thermische Zersetzung zunächst beschleunigt wird, solange sich die Einmündungsstelle der Förderleitung vor der Reaktionsfront befindet. Hat jedoch die Reaktionsfront die Einmündungsstelle überschritten, erfolgt der Fluß des Sauerstoffes in Richtung der verbrauchten Chemikalie und die thermische Zersetzung verlangsamt sich. Der Verlauf des Profils der Sauerstoffabgabe läßt sich durch die Positionierung der Einmündungsstelle der Förderleitung, die Länge und den Durchmesser des Patronengehäuses beeinflussen. Eine Veränderung des Profils ist auch dadurch möglich, daß mehrere Förderleitungen an die Längsseite des Patronengehäuses angeschlossen sind. Die Positionierung der Einmündungsstelle etwa in der Mitte des Patronengehäuses stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar. Es ist aber auch möglich, die Einmündungsstelle mehr zur Aktivierungsstelle oder zur Reaktions-Endstelle hin zu verlegen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff,

Fig. 2 die Sauerstoffproduktion der ersten Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 3 eine zweite Vorrichtung mit einem Kolbenschieberregler,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Sauerstoffproduktion mit der zweiten Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erste Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Sauerstoff durch thermische Zersetzung einer in einem Patronengehäuse befindlichen Chemikalie 3, welche als Schüttung von Formkörpern vorliegt. Das Patronengehäuse 2 ist mit zwei Patronendeckeln 4, 5 abgeschlossen. An der Längsseite 6 des Patronengehäuses 2 befindet sich ein in den Innenraum des Patronengehäuses 2 mündender Anschlußstutzen 7 für eine Förderleitung 8, welche den erzeugten Sauerstoff an einen Verbraucher 10 abgibt. Der linke Patronendeckel 4 besitzt eine Zündvorrichtung als Aktivierungsstelle 11. Die Umsetzung der Chemikalie 3 verläuft längs einer Reaktionsfront 13 in Richtung eines Pfeils 12, und zwar ausgehend von der Aktivierungsstelle 11 bis zu einer Reaktions-Endstelle 16 am rechten Patronendeckel 5, an welcher die thermische Zersetzung der Chemikalie 3 zum Stillstand kommt. Die Reaktionsfront 13 trennt verbrauchte Chemikalie 14 von unverbrauchter Chemikalie 15.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch den zeitlichen Verlauf des Sauerstoffflusses am Verbraucher 10. Der Sauerstofffluß steigt bis zu einem Zeitpunkt t = t1 an und fällt zum Zeitpunkt t = t2 auf Null ab. Zum Zeitpunkt t = t1 hat die Reaktionsfront 13 gerade den Anschlußstutzen 7 überschritten, während zum Zeitpunkt t = t2 die Reaktions-Endstelle 16 erreicht ist; d. h. die Chemikalie 3 vollständig umgesetzt ist.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen ersten Vorrichtung 1 ist folgendermaßen:
Am Beginn der chemischen Zersetzung der Chemikalie 3 können sich die an der Reaktionsfront 13 entstehenden Gase und Dämpfe, welche katalytisch auf die unverbrauchten Chemikalien 15 einwirken, ungehindert ausbreiten, und die chemischen Umsetzung wird beschleunigt. Wenn zum Zeitpunkt t = t1 die Reaktionsfront 13 den Anschlußstutzen 7 überschritten hat, wird der erzeugte Sauerstoff entgegen der Richtung des Pfeils 12 zum Anschlußstutzen geleitet, wodurch sich die thermische Zersetzung der unverbrauchten Chemikalie 15 verlangsamt. Zum Zeitpunkt t = t2 ist die unverbrauchte Chemikalie 15 vollständig umgesetzt worden und die Sauerstoffproduktion erlischt.

In der Fig. 3 ist eine zweite Vorrichtung 100 nach der Erfindung veranschaulicht, bei welcher an das Patronengehäuse 2 ein Kolbenschieberregler 17 angeschlossen ist. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1 bezeichnet. Der Kolbenschieberregler 17 besteht aus einem Kolbengehäuse 18 mit einer Bohrung 19, in welcher ein Kolben 20 axial verschiebbar aufgenommen ist. Im Kolbengehäuse 18 befinden sich gasführende Gehäusekanäle 21, 22, 23, 24 und der Kolben 20 besitzt entsprechende Steuerkanäle 25, 26, die in einen Sammelkanal 27 im Kolbengehäuse 18 münden. Der Sammelkanal 27 ist über die Förderleitung 8 und eine Drosselstelle 9 mit dem Verbraucher 10 verbunden. Der Kolben 20 stützt sich innerhalb der Bohrung 19 über eine Feder 28 gegen eine Rändelschraube 29 ab, mit welcher eine Vorspannung der Feder 18 eingestellt werden kann. Die Gehäusekanäle 22, 23, welche innerhalb des Kolbengehäuses 18 zu einem gemeinsamen Kanal verbunden sind, sind über eine Leitung 30 mit dem Anschlußstutzen 7 des Patronengehäuses 2 verbunden. Die Patronendeckel 4, 5 sind ebenfalls mit Anschlußstutzen 31, 32 versehen, wobei der Anschlußstutzen 31 am linken Patronendeckel 4 über eine erste Verbindungsleitung 33 an den Gehäusekanal 24 und der Anschlußstutzen 32 am rechten Patronendeckel 5 über eine zweite Verbindungsleitung 34 an den Gehäusekanal 21 angeschlossen sind.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen zweiten Vorrichtung 100 ist folgendermaßen:
Die Fig. 3 zeigt die Position des Kolbens 20 am Beginn der thermischen Zersetzung der Chemikalie, wo der erzeugte Sauerstoff über die zweite Verbindungsleitung 34, den Gehäusekanal 21, den Steuerkanal 26 und den Sammelkanal 27 in die Förderleitung 8 strömt. Da der Sauerstoff vor der Reaktionsfront 13 aus dem Patronengehäuse 2 abströmen kann, wird die Reaktion zunächst beschleunigt. Der durch die Förderleitung 8 strömende Sauerstoff erzeugt an der Drosselstelle 9 einen Staudruck, welcher sich in den Sammelkanal 27 fortpflanzt und eine Kraft längs der Pfeile 35 auf den Kolben 20 ausübt. Da zunächst die Sauerstoffproduktion weiter gesteigert wird, erhöht sich auch der Druck in dem Sammelkanal 27 und der Kolben 20 wird längs der Pfeile 35 gegen die Kraft der Feder 28 innerhalb der Bohrung 19 verschoben, bis der Steuerkanal 25 mit dem Gehäusekanal 23 verbunden ist. Der Steuerkanal 26 ist in dieser Position des Kolbens 20 durch das Gehäusewandstück 36 verschlossen. Der Sauerstoff strömt jetzt über die Leitung 30 und die Kanäle 23, 25 in den Sammelkanal 27. Da der Sauerstoff immer noch vor der Reaktionsfront 13 aus dem Patronengehäuse 2 abströmen kann, wird die thermische Zersetzung weiter beschleunigt. Bei weiterem Ansteigen der Sauerstoffproduktion sind zunächst die Kanäle 22, 26 verbunden, wodurch noch keine Änderung in der Geschwindigkeit der thermischen Zersetzung eintritt, bis schließlich der Steuerkanal 25, bei weiterer Erhöhung des Druckes in dem Sammelkanal 27, in Überdeckung mit dem Gehäusekanal 24 kommt, wodurch der Sauerstoff nur über die erste Verbindungsleitung 33 aus dem Patronengehäuse 2, d. h. hinter der Reaktionsfront 13, abströmen kann, was mit einer Verminderung der Sauerstoffproduktion verbunden ist. In dieser Position des Kolbens 20 ist der Steuerkanal 26 durch das Gehäusewandstück 37 verschlossen. Bei einem Abfall der Sauerstoffproduktion verschiebt sich der Kolben 20 wieder in Richtung zum Sammelkanal 27, so daß die Leitung 30 partiell wieder geöffnet und damit die thermische Zersetzung beschleunigt wird.

Wenn die Reaktionsfront 13 den Anschlußstutzen 7 überschritten hat, kehren sich die Verhältnisse der thermischen Zersetzung innerhalb des Patronengehäuses um, d. h. beim Abströmen von Sauerstoff aus der Leitung 30 tritt jetzt eine Verlangsamung der Reaktion ein, da der Sauerstoff hinter der Reaktionsfront 13 abgeleitet wird. Dies hat zur Folge, daß der Kolben 20 seinen Arbeitspunkt in Richtung zum Sammelkanal 27 hin verschiebt, was mit einer Absenkung des Niveaus der Sauerstoffproduktion verbunden ist. Je nach Stellung des Kolbens 20 wird die thermische Zersetzung beschleunigt, wenn der Sauerstoff überwiegend über die zweite Verbindungsleitung 34 aus dem Patronengehäuse 2 strömt, oder verlangsamt, wenn die Leitung 30 mit dem Sammelkanal 27 verbunden ist.

Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der mit dem Kolbenschieberregler 17 erzielbaren Sauerstoffproduktion in Abhängigkeit von der chemischen Reaktionszeit t.

Im Abschnitt A wird die Reaktion beschleunigt und der Sauerstoff wird über die Leitungen 30, 34 aus dem Patronengehäuse 2 abgeführt. Im Abschnitt B wird die Reaktion gebremst und die Sauerstoffabgabe erfolgt über die erste Verbindungsleitung 33, bzw. im Wechselspiel über die Leitungen 30, 33.

Abschnitt C zeigt die Sauerstoffproduktion zu einem Zeitpunkt, wenn die Reaktionsfront den Anschlußstutzen 7 überschritten hat. Gegenüber den Abschnitten A und B tritt nun eine Verlangsamung der Sauerstoffproduktion ein, wenn die Leitung 30 von dem Kolbenschieberregler 17 geöffnet wird, da der Anschlußstutzen 7 jetzt hinter der Reaktionsfront 13 liegt. Durch gegensinniges Öffnen bzw. Verschließen der Leitungen 30, 34 stellt sich im Abschnitt C ein in etwa konstantes Niveau der Sauerstoffproduktion ein, das jedoch niedriger als das im Abschnitt B ist. Mittels der Rändelschraube 29 kann das Niveau der Sauerstoffproduktion in den Abschnitten B und C eingestellt werden. Alternativ zu der Rändelschraube 29 kann zur Verstellung der Vorspannung der Feder 28 ein in der Fig. 3 nicht dargestellter Hebelmechanismus benutzt werden, dessen Stellweg in Abhängigkeit eines Vorgabewertes, z. B. des Umgebungsdruckes, verändert wird.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff durch thermische Zersetzung einer in einem Patronengehäuse (2) befindlichen Chemikalie (3), deren Umsetzung zu einer verbrauchten Chemikalie (14), von einer Aktivierungsstelle (11) ausgehend, längs einer sich im Innenraum des Patronengehäuses (2) in Richtung einer unverbrauchten Chemikalie (15) fortpflanzenden Reaktionsfront (13) bis zu einer Reaktions-Endstelle (16) abläuft und mit einem, aus einer Längsseite (6) des Patronengehäuses (2) zwischen der Aktivierungsstelle (11) und der Reaktions-Endstelle (16) herausführenden Anschluß (7), welcher von der Reaktionsfront (13) überschritten wird, und mit einer den erzeugten Sauerstoffableiter den Förderleitung (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (7) strömungsmäßig mit der Förderleitung (8, 30) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung als Leitung (30), und von der Aktivierungsstelle (11) und der Reaktions-Endstelle abgehende Verbindungsleitungen (33, 34) gemeinsam an eine Regelvorrichtung (17) angeschlossen sind, durch welche, in Abhängigkeit von dem sich vor einer Drosselstelle (9) in der Förderleitung (8) aufbauenden Druck, eine Ableitung des Sauerstoffs vor und hinter der Reaktionsfront (13) ermöglicht ist.