DE2158526A1

DE2158526A1 - Verfahren und Vorrichtung zur spontanen Bereitstellung erheblicher Gasmengen an gereinigten Gasen von mäßiger Temperatur

Info

Publication number: DE2158526A1
Application number: DE19712158526
Authority: DE
Inventors: Bernard; Doin Bernard; Saint-Medard-en-Jalles Plantif (Frankreich)
Original assignee: Etat Francais represente par Ie Ministre dEtat Charge de la Defense Nationale, Delegation Ministerielle pour lArmement (DIRECTION DES POUDRES), Paris
Priority date: 1970-12-11
Filing date: 1971-11-25
Publication date: 1972-07-20
Also published as: CA941162A; DE2158526B2; BE775422A; ES397878A1; JPS524060B1; CH550598A; US3882673A; FR2116948A5; IT942920B; LU64353A1; DE2158526C3; NL7116789A; SE366695B; GB1371506A

Description

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96-17.889P(17-89OH) 25. 11. 1971

ETAT FRANPAIS represents par le Ministre d'Etat Charge de la Defense Nationale Delegation Ministerielle pour 1'Ärmement (DIRECTION des POUDRES), PARIS (Prankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur spontanen Bereitstellung erheblicher Gasmengen an gereinigten Gasen von mäßiger Tempe-"

ratur

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erreichung einer starken Entwicklung gereinigter Grase von mäßiger Temperatur innerhalb sehr kurzer Zeiten, insbesondere zum Aufblasen aufblasbarer Gegenstände wie Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge durch Verbrennung eines festen Treibmittels (propergol) und Kontaktierung der von der Verbrennung herstammenden Gase mit einer verdampfbaren Kühlflüssigkeit.

Die für solche Zwecke meist angenommene Vorrichtung umfaßt drei Kammern:

96-(H 7544 cas 178) NoHe

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- eine Kammer zur Verbrennung des Treibmittels;

- eine Vorratskammer für die verdampfbare Flüssigkeit, die durch eine Verbindung mit der Verbrennungskammer unter Druck gesetzt wird und

- eine Mischkammer, in welche die Fluide von Verbrennungskammer und Vorratskammer gelangen.

Die Stoffübergänge zwischen den Kammern werden durch entsprechende Übergangsstücke oder Düsen geregelt.

Bin Nachteil der mit dieser bekannten Vorrichtung erfolgenden Gasfreisetzung besteht darin, daß die durch Verbrennung des Treibmittels entstehenden Gase zum einen wegen ihrer Toxizität (Anwesenheit von GO, NO, NO₂ ...) und zum anderen wegen ihrer korrosiven Wirkung (bei Anwesenheit von 01, HGl .o) und schließlich wegen ihrer Entzündbarkeit (Gegenwart von CO, H₂ ...) Schwierigkeiten bereiten können, wenn sie in die Atmosphäre eines begrenzten Raumes wie einer Fahrzeugkabine gelangen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren zur spontanen Gasbereitstellung der eingangs genannten Art, bei dem ein festes Treibmittel unter Bildung eines großen Volumens an Verbrennungsgasen von hoher Temperatur und hohem Druck verbrannt wird, die bei dieser Temperatur und diesem Druck mit einer verdampfbaren Kühlflüssigkeit in Kontakt gebracht werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit durch eine oxidierende Verbindung oder eine lösung einer solchen in einem verdampfbaren Lösungsmittel gebildet wird, die in der Lage sind,

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gleichzeitig mit der Kühlung der Gase durch Zumischung und Verdampfung eine Reinigung derselben durch Oxidation schädlicher Komponenten zu unschädlichen Produkten herbeizuführen.

Vorzugsweise bringt man dabei die gesamten Verbrennungsgase zunächst nur mit einem Teil der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit in Kontakt, um die Oxidation des größten Seils der schädlichen Komponenten dieses Gases (bei höheren Temperaturen) herbeizuführen und gibt dann zu dem so vorgereinigten Gas den Rest der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit, um dessen abschließende Kühlung und eine Vervollständigung der Reinigung zu erreichen.

Als brauchbare feste Treibmittel sind insbesondere zweibasische (Schieß)Pulver in Halmform oder Pulver(mischungen) in Form von"Wellpappe" oder dünnen Schichten oder PuI-verkomposite (Kaliumperchlorat-Polyurethan) oder irgendwelche anderen Treibladungen mit kurzer Verbrennungsdauer zu nennen mit über 500 Kalorien pro Gramm Energieabgabe (potential), deren Eigenschaften wenig in Abhängigkeit von der anfänglichen Zündtemperatur variieren.

Als verdampfbare oxidierende Flüssigkeit können alle bekannten Oxidationsmittel dienen, die in der Lage sind, insbesondere Kohlenmonoxid und Stickoxid in unschädliche Produkte umzuwandeln, wofür insbesondere Wasser, Wasserstoffperoxid, wässrige Lösungen löslicher oxidierender Salze, wie beispielsweise Kalxumpermanganat oder Kaliumnitrat, in Frage kommen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenfalls einen Gasgenerator zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens,

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der im wesentlichen folgende 'feile umfaßt:

a) ein Reservoir mit verdampfbarer oxidierender !Flüssigkeit;

b) eine das feste Treibmittel enthaltende Verbrennungskammer mit Zündvorrichtung? und

c) zumindest eine mit dem Reservoir und der Verbrennungskammer in Verbindung stehende Mischkammer, wobei Mittel vorgesehen sind für die gleichzeitige Einführung der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase und der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit in diese Mischkammer hinein, deren zuströmseitiger Teil als Reaktionszone dient und deren abströmseitiger Teil die Kühlzone für diese G-ase bildet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Generator zwei kaskadenförmig angeordnete Mischkammern bzWo Mischkammerteile, von denen die erste als Reaktionskammer dient und mit dem Reservoir und der Verbrennungskammer in Verbindung steht und die gesamten von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase sowie eine fraktion der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit aufnimmt, während die zweite als Kühlkammer wirkt und mit dem Reservoir sowie mit der Reaktionskammer in Verbindung steht und zur Aufnahme der von der Reaktionskammer herkommenden partiell bzw. vorgereinigten Gase und der restlichen verdampfbaren Flüssigkeit dient.

Nachfolgend wird die Erfindung unter iiezugnahme am' die angefügte Zeichnung beschrieben, die einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator zeigt.

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Wi-e man sieht, besteht der erfindungsgemäße Generator im wesentlichen aus einem rohrförmigen zylindrischen Körper 1, in dem ein rohrföraiiges zylindrisches lülement 2 montiert ist, das zusammen mit dem zylindrischen Körper 1 eine RingKammer für die Verbrennung des festen Treibmittels begrenzt.

Das innere rohrförmige Element 2 ist an seinem einen Ünde an einem mit Gewinde versehenen Ansatz 4 festgelegt bzw. mit diesem fest verbunden, der in das ebenfalls mit Gewinde versehene Ende 1a des Körpers 1 eingeschraubt ist. Das rohrförmige Element 2 wird durch eine Trennwand 5 in ein Reservoir 6 für die verdampfbare oxidierende Flüssigkeit und eine Kühlkammer 7 unterteilt. Letztere steht zum einen mit dem Reservoir 6 über Injektordüsen 8 in Verbindung (denen gegenüber feine Radialbohrungen zur Kammer 16 hin insbesondere mit Verjüngung zur Kühlkammer hin vorgesehen sind, wie der Figur zu entnehmen ist) , die in der Trennwand 5 angebracht sind und dem Durchgang der vom Reservoir herstammenden Flüssigkeit dienen und zum anderen ist die Kühlkammer mit einer Reaktionskammer 16 über radiale Öffnungen 9 in Verbindung, die für den Durchtritt der von der Reaktionskammer herkommenden gereinigten Gase in der Kühlkammerwand vorgesehen sind. Die Reaktionskammer 16 schließt an die Verbrennungskammer 3 an, mit der sie über die Offnungen 17 für den .Durchgang der Treibmittelverbrennungsgase in Verbindung steht, die in dieser Verbrennungskammer entstehen. Die Reaktionskammer ist außerdem mit dem Reservoir 6 über schragstenende Dünen oder Öffnungen 18 für den Durchtritt eines Teilu der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit in Verbindung, die von diesem Keservoir herstammt.

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Im übrigen sind im Innern der Verbrennungskammer Hohlhalme 10 aus festem Treibmittel auf einem Ringfuß 11 aus Kunststoff montiert. Das freie Ende 1b des zylindrischen Körpers 1 ist durch einen Stopfen 12 verschlossen, der einen Zünder 13 mit einem elektrischen Zündsystem (14) trägt. Das zuströmseitige Ende der Verbrennungskammer 3 ist mit dem zuströmseitigen Ende des Reservoirs 6 in Verbindung, das durch einen Kolben 15 verschlossen ist, der unter der Wirkung der von der Verbrennungskammer herstammenden Gase innerhalb des Zylinderelementes 2 verschiebbar ist und die in diesem Reservoir vorhandene Flüssigkeit gleichzeitig in die Reakt'ionskammer 16 und die Kühlkammer 7 treibt.

Die Arbeitsweise gestaltet sich folgendermaßen: Mit Hilfe des Zünders 13 wird das Treibmittel 10 gezündet; die durch Verbrennen des Treibmittels entwickelten Gase von hoher Temperatur und hohem Druck werden bei Eintritt in die Reaktionskammer 16 mit einem Teil der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit, die durch den Kolben 15 vom Reservoir 6 her über die Öffnungen oder Düsen 18 in die Reaktionskammer unter der Wirkung des Teils der Verbrennungsgase getrieben wird, die über das zuströmseitige Ende der Verbrennungskammer zu entweichen trachten.,

Die hohen Drucke und Temperaturen der Verbrennungsgase sind für die Oxidation der schädlichen Komponenten der Verbrennungsgase des Treibmittels durch das flüssige Oxidationsmittel notwendig} eine solche Reaktion kann nicht in der Mischkammer eines herkömmlichen Gasgenerators erfolgen, wo die Temperatur der Gase augenblicklich auf die gemäßigten Gebrauchstemperaturen heruntergedrückt wird.

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Die gereinigten Gase treten darm in die Kühlkammer 7, wo sie mit dem Rest der vom Kolben 15 über die Injektoren 8 von dem Reservoir 2.bzw. 6 in die Kühlkammer getriebenen verdampfbaren Flüssigkeit gemischt werden. Durch die Verdampfung dieser Flüssigkeit werden die gereinigten Gase innerhalb sehr kurzer Zeiten auf gemäßigte Gebrauchstemperaturen heruntergekühlt.

Die so gereinigten und gekühlten Gase treten aus der Kammer 7 durch einen Diffusor 19 aus, der in der Bohrung 4a des Ansatzes 4 montiert ist und sie sind nach Verlassen des Diffusors für den Gebrauch verfügbar.

Zur Veranschaulichung wird folgendes Durchführungsbeispiel angegeben: In einem erfindungsgemäßen Generator wurden 75 g Treibmittel aus einem zweibasischen Pulver in Form extrudierter Halme mit einer Reaktionswärme von 1000 Kalorien pro Gramm und folgender Zusammensetzung!

Nitroglycerin	57	Gewichtsteile
Nitrocellulose	56	Il
Stabilisator .	2	Il
ballistischer Katalysator	1	It

diverse Pigmente 4 "

mit 130 g einer wässrigen Lösung mit 5 Gew.$ Kaliumpermanganat als verdampfbare oxidierende Flüssigkeit verwendet. Die Temperatur und der Druck der Verbrennungsgase in der Iieak-tionakammer lagen bei 13QO⁰K und 100 bar; Druck und Temperatur der gereinigten Gase in der Kühlkammer lagen bei 400⁰K und 50 bar. Diese Gase enthalten 15 f<> CO (gegenüber. 30 </o bei nicht gereinigten Verbrennungsgasen) und Spuren NO (gegenüber 5 fo bei nicht gereinigten Gasen).

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Man erhält im Bereich des Diffusors 180 1 gereinigtes Gas mit einem Druck von 1,3 bar und einer Temperatur von 70 bis 100⁰C innerhalb von 22 Millisekunden (vom Augenblick der Erregung der elektrischen Zündung 14 an gerechnet).

Das Aufblasen von Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge auf Maximaidruck mit Hilfe eines solchen Gasgenerators erfordert insgesamt eine Zeit von etwa 22 Millisekunden.

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Claims

- 9 Patentansprüche

Verfahren zur Erreichung einer starken Entwicklung gereinigter Gase von gemäßigter Temperatur innerhalb einer sehr kurzen Zeit, insbesondere zum Aufblasen aufblasbarer Gegenstände wie Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge durch Verbrennung eines festen Treibmittels und Kontaktierung der von der Verbrennung herstammenden Gase mit einer verdampfbaren Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit durch eine oxidierende Verbindung oder eine Lösung einer solchen in einem verdampfbaren Lösungsmittel gebildet wird, die in der Lage sind gleichzeitig mit der Kühlung der Gase durch Zumischung und Verdampfung eine Reinigung derselben durch Oxidation schädlicher Komponenten zu unschädlichen Produkten herbeizuführen O

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gesamtmenge der Treibmittelverbrennungsgase primär mit einem Teil der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit für die Oxidation des größten Teils der schädlichen Komponenten dieser Gase zusammenbringt und dann mit dem so partiell gereinigten Gas den Best der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit mischt, um die Kühlung und die Vervollständigung der Reinigung herbeizuführen.

3« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als festes Treibmittel ein zweibasisches Pulver in Form von Hohlhalmen oder ein Pulver in Wellpappeform oder in Form von dünnen Schichten bzw. Lamellen oder eine Pulvermischung

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- ίο -

oder jede andere Ladung mit geringer Verbrennungsdauer verwendet wird, deren Energieabgabe größer als 500 Kalorien pro Gramm ist und deren Eigenschaften wenig von der anfänglichen Zündtemperatur abhängen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfbare oxidierende Flüssigkeit Wasser, Wasserstoffperoxid oder eine wässrige Lösung eines löslichen oxidierenden Salzes wie Kaliumpermanganat oder Kaliumnitrat ist.

5. Gasgenerator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende wesentliche Elemente ι

a) Ein Reservoir (6) mit verdampfbarer oxidierender Flüssigkeit j

b) eine festen Treibstoff enthaltende Verbrennungskammer (3) mit Zündvorrichtung (13,14);

c) zumindest eine mit dem Reservoir (6) und der Verbrennungskammer (3) in Verbindung stehende Mischkammer (16,7) und Mittel (17,18; 8,9) zur gleichzeitigen Einführung der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase und der verdampfbaren oxidierenden flüssigkeit in diese Mischkammer, deren zuströmseitiger (Feil als Reaktionszone dient und deren abströmseitiger Teil als Kühlzone für die Gase dient.

6. Gasgenerator nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch zwei kaskadenförmig angeordnete Mischkammern, von denen die erste oder Reaktionskammer (16) mit dem Reservoir (6) und der Ver-

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brennungskammer (3) für die Aufnahme der Gesamtheit der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase und einer Fraktion der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit in Verbindung steht und die zweite oder Kühlkammer (7) mit dem Reservoir (6) und der Reaktionskammer (16) verbunden ist und die von der Reaktionskammer herkommenden partiell gereinigten Gase und den Rest der verdampfbaren oxidierenden Flüssigkeit aufnimmt.

7ο Gasgenerator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine konzentrische Anordnung von Verbrennungskammer (3) und Flüs- ^ sigkeitsreservoir (6), das zentral angeordnet abströmseitig über die Verbrennungskammer hinausragt unter Bildung einer an die Verbrennungskammer anschließenden ringförmigen Reaktionskammer (16), welche das abströmseitige Ende des Reservoirs und die axial an dieses anschließende Kühlkammer (7) umgibt und in unmittelbarer Nähe zu den Gaszutrittsöffnungen (17) mit insbesondere in Gasströmungsrichtung geneigten Zutrittsöffnungen (18) für die oxidierende Flüssigkeit versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch Injektordüsen (8) in der Trennwand (5) zwischen Reservoir (6) und Kühlkammer (7). I

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