DE2243888B2

DE2243888B2 -

Info

Publication number: DE2243888B2
Application number: DE2243888A
Authority: DE
Inventors: Charles Harry Pittsburgh Pa. Staub Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1972-09-07
Publication date: 1974-12-05
Also published as: DE2243888A1; DE2243888C3; US3767366A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sauerstoff erzeugende Vorrichtung, bestehend aus einer den Sauerstoff erzeugenden Kerze, Anordnungen zur Entzündung derselben, einer die Kerze umgebenden Hülle, einem this Hülleninnere mit der Außenseite der Vorrichtung verbindenden Sauersioffdurchlaß und aus einer die Kerze umgebenden. Wärme absorbierenden Substanz, wobei die Hülle im Abstand von einem Entlüftungen zur Atmosphäre aufweisenden festen Gehäuse umgeben ist.

Eine solche Sauerstoff erzeugende Vorrichtung ist bekannt aus der US-PS 2 558 756. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein eine Vielzahl von Öffnungen aufweisender äußerer Behälter vorgesehen, in welchem sich die eigentliche Sauerstoffkerze mit ihren Filter- und Isolicrungsanordnungen befindet, zwischen dem Behälter und der Sauerstoffkerze bzw. ihrer Ummantelung ist ein freier Abstand vorgesehen. Um den von einer solchen Sauerstoffkerze erzeugten, sehr heißen Temperaturen zu begegnen, ist im Inneren des Be- 5 s hältcrmantels für die Kerze eine Schicht aus Kaiium-Pcrchlorat vorgesehen, die von der Wärmeeinwirkung endotherm zerlegt wird, so daß Wärme in einem solchen Ausmaß absorbiert wird, daß der äußere Behälter der bekannten Sauerstoff erzeugenden Vorrichtung Iediglich Temperaturen erreicht, die beim Betrieb einer solchen Sauerstoffkerze noch akzeptierbar sind.

Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Sauerstoffkerze aus zwei verschiedenen chemischen Substanzen mit unterschiedlichen Reaktionen bestehen muß, auch kann sich gegebenenfalls ein so großer Wärmeentzug ergeben, daß die chemische Reaktion zur Sauerstofferzcu-σιιηο zum Stillstand kommt. Darüber hinaus ist eine

solche Anordnung kompliziert herzustellen.

Der USA.-P8tentsehrift 3 573 001 ist eine weitere Sauerstoff erzeugende Vorrichtung als bekannt üu entnehmen, der ebenfalls die Aufgabe zugrunde liegt, eine zu intensive Wärmeerzeugung zu vermeiden; zu diesem Zweck ist die Sauerstoffkerze von einer Ummantelung umgeben, die als Filter, Isolator und Kühlanordnung bei brennender Kerze dient; diese Ummantelung: kann nach Gebrauch der Kerze mil einer neuen gefüllt werden.

Schließlich kann der USA.-Patentschrift 3 182451 noch eine Vorrichtung zur Kühlung einer brennbaren Feststoffmischung entnommen werden; die bremnbare Feststoffmischung ist dabei Teil einer Feststoffrakete, die zur Schubern .vicklung verwendet wird. Dabei können die nicht der Flammenfront direkt ausgesetzten Bereiche des chemischen Feststoffes zu starken Erwärmungen ausgesetzt werden; um dies zu vermeiden, ist das zu einem späteren Zeitpunkt selbst ^,..,-r Verbrennung unterworfene Raketenfeststoffmaterial mit Röhren durchsetzt, die eine kühlere Substanz bis zur Flammenfront führen und auf diese Weise den noch nicht brennenden Teil kühlen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung /.ur Erzeugung von Sauerstoff, bei welcher die Temperatur der äußeren Oberfläche unter allen Umständen auch dann auf einem ausreichend niedrigen Niveau gehalten wird, wenn die den Sauerstoff erzeugende Vorrichtung selbst klein und leicntgewichtig ausgebildet ist.

/.ur ! ösung dieser Aulgabe geht die Erfindung aus von der eingangs als bekannt vorausgesetzten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin, daß in dem Raum /wischen Hülle und Gehäuse eine absorbierende Isolation angeordnet '.::, daß in diese um die Hülle mit Flüssigkeit gefüllte Rohren eingebettet sind und daß die Röhren durch Wärmeeinwirkung zerstörbare Abdichtungen aufweisen.

Die Erfindung ermöglicht es daher, die während des Brennvorganges der Sauerstoff erzeugenden Kerze entwickelte Wärme im Bereich der gesamten Vorrichtung so niedrig zu halten, daß eine bestimmte Temperatur nie überschritten wird, insbesondere aber daß die Kerze b/w. die die Kerze enthaltende Vorrichtung für ihre Umgebung nicht gefährlich wird.

Dabei ist die den Sauerstoff erzeugende Kerze von einer Metallhülle umgeben, die ihrerseits in einem Metallgehäuse eingeschlossen ist, das zu der Hülle einen Abstand einhält. Die Einheit weist einen Saucrstofff'urcliuiß auf. der die Innenseite der Hülle mit dur Außenseite der Vorrichtung zur Freigabe von Sauerstoff verbindet. Der Abstand zwischen Hülle und Gehäuse ist mit einer absorbierenden, d. h. entsprechend porösen oder fibrösen Isolation gefüllt, in welche die wassergefüllten Röhren um die Hülle herum eingebettet sind. Die Enden dieser Röhren sind so abgedichtet, daß eine bestimmte Wärmeeinwirkung von der brennenden Kerze her diese /erstört oder die Abdichtung doch bei einem Temperaturanstieg der Röhren über einen vorgegebenen Wert ausgeworfen wird. Auf diese Weise gelangt in den Röhren enthaltendes Wasser in die Isolation und verdampft dort, wobei der entwickelte heiße Dampf durch Entlüftungsöffnungen im Gehäuseboden austritt und Wärme ims der Vorrichtung mit sich führt.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin-

dung in Aufbau und Wirkungsweise an Hand der Figuren im einzelnen nSher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung mit teilweise weggebrochenen Teilen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sauerstoff erzeugenden Vorrichtung,

F i g. 2 stellt einen Querschnitt entlang der Linie H-Il der F i g. 1 dar,

F i g. 3 zeigt einen Teilausschnitt aus einem Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig.4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der F ig. 3.

In den F i g. 1 und 2 ist ein länglicher zylindrischer Metallbehälter 1 dargestellt, der eine Sauerstoff erzeugende Kerze 2 bekannter Zusammensetzung enthält, beispielsweise eine Natriumchloratkerze. Der Behälter I ist von einer zu ihm im Abstand gehaltenen metallischen Hülle 3 umgeben, die sich auch um einen kurzen Abstand über ihn hinaus erstreckt. Der Abstand zwischen diesen beiden ist mit einer porösen Isolation 4 ingefüllt, die von der Hitze der Kerze nicht beeinflußt wird. Die Hülle 3 ist ihrerseits wiederum von einem zu ihr im Abstand gehaltenen, festen Gehäuse 5 umgeben, tier Abstand zwischen diesen beiden ist wiederum mit poröser Isolation 6 angefüllt. Diese Isolation kann fibros sein, sie kann aber auch eine gegossene oder geschmolzene Isolation umfassen, wie beispielsweise teuerfesten Stein, Schamottestein od. dgl., oder jede beliebige andere Isolation, die eine Flüssigkeit zurückhäli lind verteilt. Das obere Ende der Hülle 3 ist mit dem Oberteil des Gehäuses 5 verbunden, der Abstand zwischen dem oberen Teil des Behälters 1 und dem oberen Teil des Gehäuses ist von einer isolierenden Scheibe 7 ausgefüllt.

Weiterhin ist am Oberteil des Gehäuses der übliche lederbetätigte Abzugshebel 8 angebracht, der bei Freigabe eine in einem Durchlaß angeordnete explosive Ladung 9 zur Explosion bringt. Der Durchlaß erstreckt sich n"ch unten durch die isolierende Scheibe und den Oberteil des Behälters. Die Explosion entzündet die Ker/e, die dann mit der Sauerstofferzeugung beginnt. Nahe dem Oberteil des Behälters befinden sich seitliche Auslaßöffnungen 10, durch welche der erzeugte Sauerstoff in die Isolation 4 entweichen kann und dann durch diese nach unten zu einer Auslaßröhre 11 fließt, die sich durch Hülle 3 und Gehäuse 5 erstreckt.

Obwohl die die Kerze umgebenden Isolationsschichten die Temperatur des Gehäuses bis /11 einem gewissen Ausmaß reduzieren, wird die Temperatur doch nicht soweit gesenkt, wie es erwünscht ist. Daher sind Mille! vorgesehen, um eine Hüssigkei! in die Isolation /wischen eier Hülle und dem Gehäuse einzuführen, wo diese verdampft und durch Entlüftungsöffnungen 13 am GehäusebocL'ii Wärme aus der Einheit abführt. Am /weckmäßigsten wird als Flüssigkeil Wasser verwcn- <;■; del, die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Wasser beschränkt. Wasser wird deshalb v< >rge/o-Ι.ΊΊ1, weil es leicht erhältlich und billig ist und eine hohe spezifische Warme sowie eine hohe Vcrdampiung.swiir me aufweist. Bevor das Wasser in die Isolation cntlassen bzw. freigegeben wird, ist es in röhrenförmigen Anordnungen enthalten, die in die Isolation 6 eingebettet bzw. von diese umgeben sind. Die röhrenförmigen Anordnungen können ein oder mehrere Sätze von über den Umfang zucnandcr im Abstand gehaltene Röhren fts 14 sein, die um dk^j Hülle angeordnet sind. Mindestens die Endbereiche dieser Röhren stehen mit der Hülle in Konuiktvcrbindui'i: bzw. dieser sehr nahe, s< < d-<ß sie sehr schnell erhitzt werden, wenn die Kerze brennt Die Enden dieser wassergefüllten Röhren sind mit Hilfe geeigneter Mittel 15 abgedichtet, die von der Hitze geschmolzen werden können oder die zerreißen oder von dem Wasser in den Röhren, wenn dieses heiß wird und sich ausdehnt, weggedrückt werden.

Die Temperatur, bei welcher dieses auftritt, liegt vorzugsweise bei etwa 933"C.

Sind einmal die Röhren auf diese Weise geöffnet, dann verläßt daß Wasser diese Röhren auf Grund einer Kapillarwirkung oder durch das Ansteigen des Dampfdruckes und versickert und verläuft sich in der umgebenden Isolation. Das Wasser fließt zu der heißen Oberfläche der Hülle und wird verdampft und absorbiert dabei Hitze, um so die Gesamttemperatur in der Isolation auf annähernd der Siedetemperatur des Wassers bei Umgebungsdruck aufrecht zu erhalten. Der Dampf verläßt die Einheit durch die Entlüftungsöffnungen 13 im Boden. Auf diese Weise wird in einem solchen Ausmaß von der Einheit Hitze abgeführt, daß die Temperatur der äußeren Gbf rfläche des Gehäuses auf etwa 100⁰C gehalten wird, cme sehr dünne Schicht 16 einer thermischen Isolation um das Gehäuse reduziert die Oberflächentemperatur der Einheit darin noch weiter auf etwa 65,6°C.

Die auf diese Weise gebildete Kühlanordnung entfernt mit hoher Geschwindigkeit von allen Stellen die gebildete Wärme, so daß sich Wärme oder Hitze in der Einheit nicht aufbauen kann. Tatsächlich weist diese Einheit eine hohe Kühlkapazität pro Einheitsgewich! auf. sie hat darüber hinaus eine große Lagerfähigkeit und gute Eigenschaft mit Bezug auf extreme Temperaturverhältnissc. Die innere Isolationsschicht 4 verhindert auch eine zu rasche Abkühlung der Kerze durch das verdampfende Wasser, was eine aus einer langsam brennenden Mischung hergestellte Kerze auslöschen könnte.

In den weiteren Ausführungsbcispiclen entsprechend den F i g. 3 und 4 ist der Kerzenbehälur weggelassen, die Kerze 20 hält jedoch zu der Hülle 21 auf Grund einer dünnen Isolierschicht 22 einen Abstand ein; dabei bildet die Isolierschicht zwischen sich einen .Sauerstoffdurchlaß, so daß der an dem brennenden Ende der Kerze erzeugte Sauerstoff längs ϋτ Kerze und durch Filter 23 (s. F i g. 3) zum entgegengesetzten Ende fließen kann, von da aus fließt der Sauerstoff durch eine radiale Röhre 24 durch Hülle und Gehäuse 25. Die Temperatur der Einheit wird auf Grund des in der Isolation 26 um die Hülle 21 gebildeten Wasserdampfes auf einem erträglichen Wert gehalten, nachdem die I litze der Kerze eine Öffnung der abgedichteten F.ndteile der Röhre und somit eine Freigabe des Wassers bewirkt hat. Bei diesem Ausführungsbeispicl sind die Rohren 27 in der Weise da-gestcllt, daß sie die !Kille kreisförmig einschließen. Dabei kann es sich um axial zueinander im Abstand gehaltene im wesentlichen eine kreisförmige Form aufweisende Röhre handeln, deren Endteile ebenfalls im Abstand gehalten sind oder um axial versxi/tc b/.w. im Abstand gehaltene kurze spiralige Röhren, wie dargestellt. Der Dampf verläuft durch die Isolation 26 und verläßt die Einheit mit der von ihm aufgenommenen Hitze durch Entlüftungsöffnungen 28 im Hoden des Gehäuses 25.

Es versteht sich, daß gerade in diesem besonderen Fall auch noch andere Anordnungen von wasserführenden Elementen in Isolationen bei zu kühlenden Kerzen gefunden werden können, auch diese liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Hierzu 1 BlattZeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sauerstoff erzeugende Vorrichtung, bestehend aus einer den Sauerstoff erzeugenden Kerze, An-Ordnungen zur Entzündung derselben, einer die Kerze umgebenden Hülle, einem das Hülleninnere mit der Außenseite der Vorrichtung verbindenden Sauerstoffdurchlaß und mit einer die Kerze umgebenden, Wärme absorbierenden Substanz, wobei die Hülle im Abstand von einem Entlüftungen zur Atmosphäre aufweisenden festen Gehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen Hülle (3, 21) und Gehäuse (5, 25) eine absorbierende Isolation (6, 26) angeordnet ist, daß in diese um die Hülle mit Flüssigkeit gefüllte Röhren (14,27) eingebettet sind und daß die Röhren (14, 27) durch Wärmeeinwirkung zerstörbare Abdichtungen (15) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Röhren (14) die Hülle (3) berühren.

3. Vorrichtung nach ein m der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (27) die Hülle (3, 21) kreisförmig umgeben und zueinander im axialen Abstand angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Hülle (3) und zu dieser im Abstand ein Behälter (1) für die Kerze (2) vorgesehen ist, der an einem Ende der Kerze eine Auslaßöffnung (10) aufweist, mit einer weiteren Schicht einer thermischen Isolation (4) zwischen Behälter (1) und \ lulle (*).