DE2159493B2

DE2159493B2 - Patrone zur Regenerierung von Atemgas

Info

Publication number: DE2159493B2
Application number: DE2159493A
Authority: DE
Inventors: Michel Elancourt Rio (Frankreich)
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1970-12-02
Filing date: 1971-12-01
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2159493C3; FR2116657A5; US3767367A; BE776161A; GB1339634A; IT943687B; ZA718001B; JPS5519614B1; ES397481A1; DE2159493A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Patrone zur Regenerierung von Atemgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I.

Eine derartige Patrone ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 18 47 697 bekannt. Bei dieser Patrone ist die Regenerierfüllung in taschenähnlichen Sieben angeordnet, die dem Filter mit Abstand vorgelagert sind. Das Filter weist zur VergröQerung der Oberfläche eine leichte Wcllung auf.

Unter dem Einfluß exothermer chemischer Reaktionen und Feuchtigkeit und infolge der Neigung des Superoxides zur Erweichung agglomerieren sich die Regeneriertabletten, wodurch das Volumen der Füllung leicht abnimmt und sich dann Inseln aus zusammengebackenen Regeneriertabletten bilden, zwischen denen sich weite Kanäle bilden. Zwar wird diese Gefahr bei der bekannten Patrone in gewissem Maße durch die Unterbringung der Regenerierfüllung in den taschenähnlichen Sieben gemildert; diese Maßnahme ist jedoch unzureichend und außerdem in der Herstellung aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Patrone dahingehend zu verbessern, daß die Volumenverminderung kontrollierbar und die Bildung weiter Kanäle auf einfache Weise verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelösi.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine bessere Druckverteilung und damit eine größere Homogenität der Gas-Feststoffreakticnen erzielt, da zwischen den KO2-Regeneriertabletten Punktkontakte erzielt und zwischen diesen regelmäßige Zwischenräume gebildet werden, welche eine homogene Verteilung des zu regenerierenden Gases begünstigen. Infolge der gekrümmten und/oder polygonalen Form mit mindestens konvexen Flächen weisen die Regeneriertabletten eine gleichmäßige schöne klargelbe Farbe auf, was eine gleichmäßige Verteilung der Drücke im Inneren des Feststoffes anzeigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 bis 5 verschiedene Formen von Kaliumsuperoxid-Tabletten, die mindestens konvexe Flächen aufweisen, und

F i g. 6 eine Patrone zur Regenerierung von Atemgas.

Es wurde gefunden, daß KCVRegeneriertabletten

von gekrümmter und/oder pobgonaler Form, die mindestens konvexe Flächen aufweisen, bei denen sich große Oberflächen und Kontaktp-.jnkte ergeben, besonders geeignet für die Regenerierung der Atmosphäre sind.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 bis 5 als Beispiele

Λ5 Formen wie Kegelstumpf, Sternform, Diabolform, Zylinder mit ausgewölbten Böden usw., die zumindest einige konvexe Flächen haben, dargestellt. Sie können durch Tablettierung erhalten werden, bei der man Punktkontakte gewinnt und die für Reaktionen des zu regenerierenden Gases unzugänglichen Zonen auf ein Minimum beschränkt.

Die bevorzugte Regeneriertablette weist die Form eines Zylinders mit zwei ausgewölbten Böden auf, deren Krümmungsradius annähernd gleich dem Durchmesser der Tablette ist. Diese Regeneriertablette stellt einen idealen Kompromiß zwischen der Geometrie, d. h. der größten Oberfläche bei kleinstem Volumen und der gleichmäßigen Verteilung des Gasflusses dar.

Eine Porosität von 40 bis 50%, wie sie gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, ist vorteilhaft, denn darunter sind die KOYTabletten zu kompakt und darüber verlieren die Tabletten ihre Individualität und begünstigen die Bildung von zahlreichen bevorzugten Kanälen, die die Reaktionen zwisehen dem zu regenerierenden Gas und dem KO2 verhindern. Eine Porosität von 43 bis 47% ist besonders vorteilhaft.

Eine Porosität, die zwischen 40 und 50% eingegrenzt

ist, führt zu einem ausgezeichneten Kompromiß zwischen dem gewünschten Reaktivitätsgrad, zwischen KO2 und dem zu regenerierenden Gas und der mechanischen Festigkeit, welche die durch Tablettierung konditionierten KOrFormen als Funktion der Spannungen bieten sollen, denen sie bei Verwendung in der Aeronautik und unter Wasser ausgesetzt sind.

Um die Reaktionen zwischen dem zu regenerierenden Gas und dsm Kaliumsuperoxid auszulösen und die Leistungen des KO2 möglichst günstig zu gestalten, erweist sich der Zusatz von Katalysatoren als vorteilhaft Dieser Katalysator besteht vorzugsweise aus einer Kupferverbindung, wie Kupferoxychlorid. Die durch Tablettierung nach der Erfindung erhaltenen KO₂-Formen enthalten 0,10 bis 0,30% Kupferoxychlorid, insbesondere 0,15 bis 3% 3 CuO ■ CuCl₂ · 3 H₂O.

Die verschiedenen Formen der KO₂-Tabletten erhält man aus rieselfähigem Pulver. Dieses erhält man, indem man das Wasserstoffperoxid in konzentrierte Lösung auf Kaliumhydroxid einwirken läßt. In geregelter Weise führt man das Wasserstoffperoxid in dispergiertem Zustand in ein organisches Milieu ein, das gegenüber den vorhandenen Reaktionspartnern inert ist und sie nicht auflöst, wie ein halogenierter Kohlenwasserstoff; man trennt die wässrige Phase ab und stellt daraus dann das Kaliumsuperoxid durch Verstäubung und Trocknung her. In gewissen Fällen betreibt man die Umsetzung von H₂O₂ mit KOH und die Trocknung der KO₂ in inerter Gasatmosphäre.

Dieses Verfahren zur Herstellung von KO₂ führt zur Gewinnung eines Pulvers, das eine ausreichende Gießfähigkeit und eine geeignete Schüttdichte besitzt, um die Verformung durch Tablettierung /ti ermöglichen. Die Gießfähigkeit des Pulvers gestattet, die Tablettenmatritze lediglich durch ein Schwingsieb zu füllen. Dann verdichtet man unter einem verhältnismäßig geringen Druck. Es wurde festgestellt, daß eine Verdichtung in der Größenordnung von 78 bis 118 bar dem glitschigen Zustand des Kaliumsuperoxids besonders ange; ißt ist und gute Ergebnisse liefert. Ein KO₂-Pulver von einer Schüttdichte zwischen 0,35 bis 0,45 eignet sich gut für die Tablettierung.

Bevor man die Fertigung durch Tablettierung durchführt, nimmt man einen doppelten Eignungstest vor, um die Schüttdichte zu kennen und die Porosität zu ermitteln. Um jedes Anhaften des KO₂ zu vermeiden, bedeckt man die Füllöffnung mit einer Auskleidung aus Polytrifluorchloräthan. Die Neigung des KO₂ zum Anhaften macht die Herstellung von Formen schwierig, deren Krümmungsgrad :,ehr groß ist.

Derartig hergestellte KO2-Regeneriertabletten sind besonder", geeignet zur Füllung der Patrone eines Luftregenerierelementes in Einzelatmungsgeräten mit geschlossenem Kreislauf.

Die Kaliumsuperoxidfüllung 1 ist in einem zylindrisehen Körper aus einem Material, das mit dem Kaliumsuperoxid verträglich ist, wie Kupfer, nicht oxidierender Stahl oder verkupferter Stahl, eingesetzt, der zwei Böden 3 besitzt, die durch Quetschverbindung angebracht und gegenverschweißt sind, um eine völlige Dichtheit zu gewährleisten. Die Böden sind mit Kupferscheiben 3/4 von geringer Dicke, beispielsweise unter Vi₀ mm, ausgerüstet, die dicht verschweißt sind. Diese Scheiben werden zur Benutzung Patrone mit einem geeigneten Werkzeug gelocht, um die Patrone sofort in Betrieb zu setzen.

Die Regenerierfüllu-g besteht aus KO₂-Tabletten eines Durchmessers von 7 bis 10 mm. Sie haben eine Dicke von 4 bis 6 mm und bestehen (Fig. 1) aus einem zylindrischen Teil 4 und zwei ausgewölbtsn Böden 5 mit einem Krümmungsradius gleich dem Durchmesser der Tablette. Die Tabletten befinden sich in einem minimalen potentiellen Energiezustand. Die Patrone wird unter Schütteln gefüllt, um die Füllung möglichst dicht zusammenzurütteln. Alle Tabletten stehen miteinander in Kontakt Diese Gestaltung gestattet, zwischen den Tabletten Punktkontakte zu erzielen und zwischen ihnen regelmäßige Zwischenräume zu bilden, weiche eine homogene Verteilung des zu regenerierenden Gases gestatten.

Die Kaliumsuperoxidfüllung ist in zwei oder mehreren Chargen gegebenenfalls von gleichem Volumen durch ein oder mehrere Metallzwischenlagen aus mit KO₂ verträglichem Material, wie Metallblech oder Metallfolie 6, unterteilt

Um die Volumenreduktion der KO₂-Füllung während des Gebrauchs weitgehend zu vermindern, hält man die Füllung unter dem Druck einer Fedi^r 7, die im oberen Teil der Patrone angeordnet ist. Am dargestellten Beispiel beträgt die entwickelte Federkraft etwa 0,049 bar. Um eine übermäßige Zusammendrückung der KO₂-Füllung zu vermeiden, ist die Federdehnung jedoch auf einen Weg von beispielsweise 5 bis 10 mm mittels einer Sicke oder Einwölbung 8 begrenzt Diese Einwölbung 8 ist an dem zylindrischen Patronenkörper aufgeführt und auf ihr kommt eine starre Metallscheibe

9 mit großen Lochungen, z. B. aus Streckmetall und eine Metallscheibe 10 mit feinen Lochungen, '_ B. Metallblech mit feinen Maschen, zur Auflage, die beide zwischen die KO₂-Füllung und die Feder eingesetzt sind. Die Feder 7 stützt sich dabei über die Metallscheiben 9,

10 auf die KO₂-Füllung ab, wobei die Metallscheibe 9 zur geregelten Verteilung der Federkraft über die ganze Füllung und die Metallscheibe 10 zur Verhinderung von Beschädigungen der KO₂-Tabletten dienen.

In seinem unteren Teil wird die KOi-Füllung durch einen als selbsttragende Wölbung ausgebildeten Filter gehalten.

Hie zu regenerierenden Gase strömen von oben nach unten in der mit den KO₂-Tabletten beladenen Patrone. Nach Durchgang durch die Regenerierfüllung werden die regenerierten Gase durch ein Filterelement 11 aus nicht brennbaren Mineralfasern, wie Gissfasern, filtriert. Zweckmäßig wird ein Filter verwendet, das den Druck der Feder 7 und das Gewicht der KO2-Füllung ohne Deformation aushalten kann, um die Filtrieroberfläche des Gases im Verhältnis zu einem flachen Filter zu vergrößern und die Dicke und Kompression der Mineralfasern gleichmäßig einzustellen. Die gleichmäßige Zusammendrückung der Glasfasern verhindert jedes Reißen unter dem Einfluß von Schwingungen und infolgedessen jede Mitnahme von zerbrochenen Fasern, so daß die Gefahr von Gcschwürbildungen in den Atmungswegen ausgeschalte; ist.

Das Filter besitzt zwei Metallstücke (12, 13) von gewölbter Form, die eine selbsttragende Wölbung darstellen, und zvar eine gewölbte Scheibe 12 aus sehr widerstandsfähigem Lochblech mit Löchern von etwa 2 mm. Das Blech besteht vorzugsweise aus Kupfer. Die Scheibe 12 besitzt eine elastische Schürte, die sich auf den zylindrischen Körper 2 der Patrone abstützt. Sie liegt andererseits im Anschlag mit einer Sicke oder Auswölbung 14. C/ese Auswölbung 14 gestattet, die selbsttragende Wölbung zu zentrieren, wodurch sie sich leichter einsetzen läßt, und die Dichtung von Metall gegen Metall zu steigern. Die obere Scheibe 12 ist

genügend starr, um das Gewicht der KO2-Füllung und die Federkraft aufzunehmen; das Filter besitzt eine andere gewölbte Scheibe 13 aus gestrecktem Metall mit feinen Maschen von Rautenform von ungefähr 1 mm χ 0,5 mm. Der Rand dieser Scheibe 13 ruht auf dem Boden 3 der Patrone.

Der zwischen den beiden Scheiben vorgesehene Abstand für das Filterelement 11 beträgt etwa 10 mm. Nach Einsetzen des Filters macht man die Patrone mit einem Stoß Druckluft leer und führt dann die KO2-Füllung ein.

Kalis man eine möglichst günstige Höchstleistung der Patrone anstrebt, löst man die Reaktion zwischen dem Feststoff und dem Gas aus. indem man in den oberen Teil der Füllung eine Schicht geringerer Dicke von ungefähr I cm aus Tabletten anordnet, die mit einem geeigneten Katalysator, vorzugsweise Kupferoxychlorid, katalysiert sind. Diese Tabletten haben im

'' allgemeinen kleinere Abmessungen als die reinen KOyMassen, und zwar in einem Durchmesserverhältnis von 7 bis 9 mm.

Eine Patrone von beispielsweise 175 mm Höhe und 70 mm Durchmesser wird mit 450 g KO2 beschickt, das verteilt ist in einem Volumen, das seinerseits von einem Zylinder von 120 mm Höhe und 70 mm Durchmesser gebildet wird. Man kann damit eine Autonomie von 3 Stunden im Falle leichter Arbeit unter Wasser erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Patrone zur Regenerierung von Atemgas, die in ein Einzelatmungsgerät mit geschlossenem Kreislauf einsetzbar ist, bestehend aus einem zylindrischen Körper aus mit Kaüumsuperoxid verträglichem Material, der zur Gewährleistung einer vollständigen Dichtheit durch zwei Böden verschlossen ist und in dessen Innerem eine Kaliumsuperoxidfüllung untergebracht ist, und mit einer im unteren Teil der Patrone vorgesehenen, ein Filter bildenden selbsttragenden Wölbung, wobei das Filter gelochte Metallstücke von ausgewölbter Form aufweist, zwischen denen ein Filterelement untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttragende Wölbung die Regenerierfüllung (1) hält, daß die Patrone im oberen Teil eine Feder (7) aufweist, deren Dehnung derart begrenzt ist, daß das Volumen der Regenerierfüllung (1) kontrollierbar ist, und caß die Regenerierfüllung (1) auf der Grundlage von durch Tablettierung von Kaliurnsuperoxidpulver erhaltenem Kaliumsuperoxid gewölbte und/oder polygonale Form aufweist, die mindestens konvexe Flächen hat.

2. Patrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie an dem zylindrischen Körper eine die Dehnung der Feder (7) begrenzende Einwölbung (8), eine Metallscheibe (9) mit großen Lochungen und eine Meiallscheibe mit feinen Lochungen (10) aufweist, die zwischen die Regenerierfüllung (1) und die Feder '7) unter Auflage auf die Wölbung eingesetzt ist, und daß mindestens eine Zwischenlage (6) die Regenerierfüllung (1) in zwei Chargen gleichen Volumens au'iteilt, unrf daß die Bögen der Patrone mit Folie geringer DiCAe, vorzugsweise aus Kupfer, ausgerüstet sind.

3. Patrone nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabletten einen zylindrischen Körper (4) und zwei ausgewölbte Böden (5) von einem Krümmungsradius im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Tablette besitzen.

4. Patrone nach einem der Ansprüche 1—3. dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der Tabletten zwischen 40 und 50%, vorzugsweise zwischen 43 und 47%, liegt.

5. Patrone nach einem der Ansprüche I —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierfüllung (1) in Form von durch Verdichtung des Kaliumsuperoxidpulvers unter einem relativen Druck von 78 bis 118 bar hergestellten Tabletten vorliegt.

6. Patrone nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaliumsuperoxidmassen in einem minimalen potentiellen Energiezustand verarbeitet sind und alle Tabletten innerhalb der Patrone miteinander in Berührung stehen.