DE19804683A1 - Gassackanordnung mit Gasfilterung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gassackanordnung mit einem der Gaserzeugung dienenden Gasgenerator und einem daran angeschlossenen Gassack, wobei der Gasgenerator eine Brennkammer zur Aufnahme des Treibstoffes mit in deren Wandung angeordneten Austrittsöffnungen und wenigstens einen an die Brennkammer derart anschließenden Filter aufweist, daß das erzeugte Gas aus der Brennkammer über den Filter in den Gassack strömt.

Bei dem Abbrand von Treibstoffen für die Erzeugung des zum Aufblasen des Gassackes erforderlichen Gases besteht das Problem, daß dabei entstehende Verunreinigungen das Gewebe des Gassackes angreifen und insoweit die Funktion der Gassackanordnung beeinträchtigen können. Das Auftreten von Verunreinigungen ist dabei im wesentlichen abhängig von der chemischen Zusammensetzung des eingesetzten Treibstoffes.

So kommen als eine erste Hauptgruppe von Treibstoffen Natriumacidtreibstoffe zum Einsatz, die bei einer Verbrennungstemperatur von ca. 1400°C nur Verunreinigungen in fester Form produzieren, die über eine einfache Filteranordnung problemlos aus dem Gasstrom ausgefiltert werden können.

Als eine zweite Treibstoffgruppe finden Nitrocellulosetreibstoffe Verwendung, die bei einer Verbrennungstemperatur von ca. 2600°C nahezu verunreinigungsfreie Gase produzieren, die somit keiner mechanischen Filterung bedürfen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die als dritte Gruppe zu nennenden Komposit-Treibstoffe, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und der hohen Abbrandtemperatur von ca. 2500°C flüssige und gasförmige Partikel als Verunreinigungen produzieren, die aufgrund der beim Abbrand entstehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten nicht oder nur sehr begrenzt mechanisch gefiltert werden können.

Eine Gassackanordnung mit den eingangs genannten Merkmalen ist in der US 5 505 488 beschrieben; dieser Gasgenerator weist ein erstes und ein zweites Filterelement auf, welche Filterelemente jeweils die Wandung der Brennkammer ringförmig und ohne Abstand dazu umschließen und dazu bestimmt sind, die in fester Form in dem erzeugten Gasstrom enthaltenen Partikel auszufiltern. Eine derartige, unmittelbar an die Wandung der Brennkammer anschließende Filtereinheit ist jedoch nicht geeignet, in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegende Verunreinigungen aus einem mittels eines Komposit-Treibstoffes erzeugten Gasstrom aus zuscheiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen mit einem Komposit-Treibstoff betriebenen Gasgenerator eine Filtereinheit zur Verfügung zu stellen, mittels welcher die beim Abbrand entstehenden flüssigen bzw. gasförmigen Verunreinigungen ausgeschieden werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß zur Ausscheidung von bei dem Abbrand eines Komposit- Treibstoffes in der Brennkammer entstehenden gasförmigen und/oder flüssigen Verunreinigungen im Gasstrom ein den Gasgenerator mit dem darin angeordneten ersten Filter mit einem eine Kühl- und Druckreduzierstrecke für den Gasstrom ausbildenden Abstand umgebender zweiter Filter derart angeordnet ist, daß durch Absenkung des Druck- und Temperaturniveaus des Gasstromes ein Phasenumschlag der gasförmigen und/oder flüssigen Verunreinigungen erfolgt und die in flüssiger und/oder fester Form vorliegenden Verunreinigungen in dem zweiten Filter ausgefiltert werden. Mit der erfindungsgemäßen Zuordnung der Filtereinheit lassen sich nun auch flüssige bzw. gasförmige Verunreinigungen aushalten, so daß die Komposit-Treibstoffe verstärkt zum Einsatz kommen können.

Zur Absenkung von Druck- und Temperatur ist vorgesehen, daß die Gassackanordnung zwei Filter aufweist und aus einem an sich bekannten ersten Filter im Inneren des Gasgenerators und einem neu konzipierten zweiten Filter besteht, der mit Abstand zum äußeren Rand des Gasgenerators angeordnet ist. Dieser Abstand dient der Ausbildung der Kühl- und Druckabfallstrecke. Bei Auslösung des Gasgenerators kühlt der erste, im Gasgenerator befindliche Filter das freigesetzte Gas und reduziert dessen Geschwindigkeit, verwirbelt den Gasstrom und bewirkt eine zunächst geringe Filterung, da die entsprechenden Verunreinigungen noch gasförmig sind. Nach Austritt der heißen Gase aus dem Gasgeneratorgehäuse findet dann unmittelbar ein starker Druckabfall durch die Expansion des Gasstromes verbunden mit einer entsprechenden Abkühlung statt. Soweit Komposit- Treibstoffe als Oxidationsstoffe in der Regel Erdalkalimetallverbindungen, vorzugsweise Nitrate von Kalium bzw. Natrium enthalten, deren Verunreinigungen unter den im Inneren eines Gasgenerators herrschenden hohen Drücken und Temperaturen gasförmig sind, geht mit der Temperaturminderung und dem Druckabfall ein Übergang dieser gasförmigen Verunreinigungen in eine flüssige oder feste Phase einher. Daher ist mit der Erfindung zunächst der Vorteil verbunden, daß der im Inneren des Gasgenerators eingesetzte erste Filter schon vergleichsweise einfach aufgebaut sein kann, da an seine Filterfunktion nicht mehr so hohe Anforderungen wie beim Stand der Technik gestellt werden. Der außerhalb des Gasgeneratorgehäuses vorgesehene zweite Filter kann einen einfachen Aufbau aufweisen, da beim Durchströmen dieses zweiten Filters die Temperatur und die Geschwindigkeit der Gase schon stark reduziert sind, so daß die Anforderungen bezüglich Temperaturbeständigkeit bzw. Baufestigkeit geringer anzusetzen sind. Aus diesem Grunde können beispielsweise Kunststoffe, Keramik oder Komposit-Werkstoffe als Filtermaterial für den zweiten äußeren Filter zum Einsatz kommen. Aufgrund der weitgehenden Ausfilterung aller Verunreinigungen und des geringen Drucks bzw. der geringen Temperaturen kommt der weitere Vorteil hinzu, daß bisher übliche Schutzmaßnahmen am Gassack wie Verstärkungseinlagen oder Silikonbeschichtungen im Bereich des Auftreffens des Gasstromes nicht mehr erforderlich sind, so daß insoweit auch eine Vereinfachung der Ausbildung der Gassackanordnung gegeben ist.

Entsprechend der Lehre der Erfindung kann die Anordnung des zweiten Filters so erfolgen, daß in gasförmiger Phase vorliegende Verunreinigungen entweder in die flüssige Phasenform übergehen und so ausgehalten werden können, oder daß sogleich ein Phasenumschlag von der Gasphase in eine feste Phasenform erfolgt. Soweit die Verunreinigungen in flüssiger Form vorliegen, erfolgt die Anordnung des zweiten Filters dergestalt, daß ein Phasenübergang in die feste Phasenform gegeben ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Die einzige Figur zeigt eine Gassackanordnung mit Gasgenerator im Schnitt.

Der Gasgenerator 10 ist über Befestigungsmittel 13 auf einem Trägerblech 11 gehalten, wobei im vorliegenden Fall zwischen dem Trägerblech 11 und dem Gasgenerator 10 der Mund des Gassackes 12 festgelegt und eingespannt ist.

Der Gasgenerator 10 hat eine zentrale Brennkammer 14, in welcher der benötigte Treibstoff 16 sowie eine Zündvorrichtung 17 untergebracht sind; in der Wandung 15 der Brennkammer 14 sind als Düsenbohrungen ausgebildete Austrittsöffnungen 18 angeordnet, über welche radial das in der Brennkammer 14 durch Abbrand des Treibstoffes 16 erzeugte Gas austreten kann. Unter Belassung eines Abstandes 19 ist die Wandung 15 der Brennkammer 14 umschließend ein erster Filter 20 angeordnet. Dieser erste Filter 20 besteht in an sich bekannter Weise aus einem inneren und der Wandung 15 der Brennkammer 14 zugewandten ersten Filterabschnitt 21 und einem mit Abstand 23 dazu angeordneten zweiten Filterabschnitt 22. Das Gas strömt nach Durchtritt durch den ersten Filter 20 über Abströmöffnungen 24 aus dem Gasgenerator 10 ab und strömt über den Abstand 25 bis zu dem zweiten Filter 27. Der zweite Filter 27 dient der mechanischen Filterung des Gasstromes und Aushaltung der nun in fester Form vorliegenden Verunreinigungen. Nach Durchströmen des zweiten Filters 27 stößt ein Teil des Gasstromes an einen hochgebogenen äußeren Rand 28 eines der Festlegung des Gassackes dienenden Klemmringes 30, in welchem Durchtrittsöffnungen 26 zum radialen Durchtritt von Gas in den in dessen Ausgangsstellung eingefalteten Gassack angeordnet sind. Durch den Aufprall des Gasstromes auf den äußeren Rand 28 wird aber ein Teil des Gasstromes auch parallel zu dem äußeren Rand 28 axial in den Gassack 12 eingeleitet.

Während in der Brennkammer 14 des Gasgenerators Drücke zwischen 25 und 35 MPa auftreten, kommt es im Bereich des ersten Filters 20 zu einer Reduzierung des Druckes auf ein Druckniveau von 5 bis 10 MPa; nach Austritt des Gasstromes aus dem Gasgeneratorgehäuse kommt es dann aufgrund der Entspannung des Gasstromes zu einer Absenkung des Druckes bis in die Nähe des Umgebungsdruckes auf einen Wert von ca. 01 MPa. In diesem Druckbereich kommt es zur gewünschten Umwandlung der gasförmigen Phase der Verunreinigungen in deren feste Form.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (4)

1. Gassackanordnung mit einem der Gaserzeugung dienenden Gasgenerator und einem daran angeschlossenen Gassack, wobei der Gasgenerator eine Brennkammer zur Aufnahme des Treibstoffes mit in deren Wandung angeordneten Austrittsöffnungen und wenigstens einen an die Brennkammer derart anschließenden Filter aufweist, daß das erzeugte Gas aus der Brennkammer über den Filter in den Gassack strömt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausscheidung von bei dem Abbrand eines Komposit- Treibstoffes in der Brennkammer (14) entstehenden gasförmigen und/oder flüssigen Verunreinigungen im Gasstrom ein den Gasgenerator (10) mit dem darin angeordneten ersten Filter (20) mit einem eine Kühl- und Druckreduzierstrecke für den Gasstrom ausbildenden Abstand (25) umgebender zweiter Filter (27) derart angeordnet ist, daß durch Absenkung des Druck- und Temperaturniveaus des Gasstromes ein Phasenumschlag der gasförmigen und/oder flüssigen Verunreinigungen erfolgt und die in flüssiger und/oder fester Form vorliegenden Verunreinigungen in dem zweiten Filter (27) ausgefiltert werden.

2. Gassackanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gasförmigen Verunreinigungen der zweite Filter (27) derart angeordnet ist, daß ein Phasenumschlag in flüssige Phasenform erfolgt.

3. Gassackanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gasförmigen Verunreinigungen der zweite Filter (27) derart angeordnet ist, daß ein Phasenumschlag in feste Phasenform erfolgt.

4. Gassackanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei flüssigen Verunreinigungen der zweite Filter (27) derart angeordnet ist, daß ein Phasenumschlag in feste Phasenform erfolgt.