DE2351379C3 - Verfahren zur raschen Erzeugung eines großen Volumens nicht-toxischer Gase bei mäßigen Temperaturen durch Verbrennung eines Treibsatzes - Google Patents

Description

— höchstens 17Gew.-" n
Süiconhaiv;

--■ ggf. Triacelin oder
Weichmacher und

1 Kaliumperehlorat;
Cellulosetriacetat oder

Trikresylphosphal als

V .rbreiinungskamincr erzeugten Verbrennungs- — zumindest 80 Gew.-»/» Kaliumperchlorat; ^{eilier L} _n ^r hohcv Temperatur nach ihrem Austritt aus _ _hiichstcns π Gew.-«/» Cellulosetriacetat- oder f^ _cckühlt werden, und ist dadurch ge- Siliconharzbindemittel;

^^^ ^bencnfaHs einen Weichmacher wie Triacetin

lhh

ersten Stufe urchbin ^ ^^^^^ ^_n. _und mkresylphosphat sowie

^m V rhindunn die in Gasform lediglich Sau, _ gegebenenfalls als Modifizierungsmittel bis zu

^SChTⁿf ^ setzt der' sich mit den Verbrennungsgasen 0,5»/,, Ruß und bis zu 5 ^u/o Aluminiumpulver. Xbkühlun» durch Verdünnung mischt, wo-

SS ^ ^i^ "Ä t «ΑΙΓΑ ¹⁰ Vorzugsweise wird das Verhältnis Bindemittel: Per-

_cratur zw.se!» "- _{Slufc durch Kolltakl dcr chlor;ll so} berechnet, daß ein CO-Gehalt von weniger

^kanl1· Γ; ste Kühlphase herkommenden Gas- als 500 ppm in den Verbrennungsgasen crlu,en * rd

_v„n der trseiκ bekannten Wärme- Die ν,,η der Verbrennung des obigen zusammen

^miSChUng,b"o b, r nlen Element unter Absenkung ,₅ gesetzten Pulvers auf der Basis von P«=rchlorjJ sum-

cnerg.e abso ma ^ . _{|: Gcbnui},_hs. _mcndcn Gase werden während der ersten Kuhlphase

_dcr Temperatur der Λ^ciuiii, .^ ^_{n r}^ ^ ^ ^ _{Kühlmmd auf} der

£ΐ S ^l thh

^^ ^_{n r}^ ^ ^ ^ _Küh

S\ Phase kann beispiels- Basis von Alkali- oder ErdalkaliP-^l-at enthah

r^t^tX^^- ₂₀ V^etus^r^S tÄ VcrSdSn* gebildet wird, deren Zersetzung die Kühlung der Verbrennungsgase durch Ve.dun-

^ ϊί? ¹C ΪΑ ÄciÄhÄS ^nUnrSSÄii_te. wird vorteilhafte^jse in F_;,m unter 200 C statt ^ "^¹-J !'reibkörper von von Körnern oder Tabletten angewandt, die l

^ SSSSSS

Ausgang des Generators fugenden »o und ')5«„ Kaliumperchlorat von 16,im Korngröße

Die Erlindung unifabt msbcsondut Hie lol_eciuicn ^^ ^ Bindemittel kann ferner auch anorganisch

Phasen: _scin befriedigende Hrgebnisse wurden bei Verwendung von 2»; Kaliumbromid erhalten G.ps und Zc_a) verbrennung einer pyrotechnisclien Ladung, die ment k.nen ggeb^nfal,s inherha.b der Grenzen

Sä ShairrS^J _mtrK;s^

chloral über 80·,. .und e.ncn gönnen Geh. STrS^bc^erer mechanischer Eigenschaften

an kohlenstoffhaltigem und st.ckstolTre em the Lr^η , ^ _{dcs prozcnlsatzcs an}

Bindemitte! gebildet wird, das unter Ce U,lose- u. te A s.a^^ _Korngrößc des Pcrchlorats.

triacctat und Siliconharze,, ausgewählt wnd. so ^^ü™_{epdung von zwci} „„,„schiedlichen Korn-

l^ ^

Mdie Vorkühlung der Verbrennungsgase der größen -ie von 8,4 M^m ' technischen Ladung durch thermische Zcr- 7" ^!J-'^lc) ⁰^ ^ ₆

die Vorkühlung der Verbrennungsga g ^J^^ ^ „yrotechnischen Ladung durch thermische Zcr- 7" ^!J-'^lc) ⁰^ ^ _{yon 60} b_{is 9() (im} (70 Teile) und Szung eines Alkali- oder Erda^hperchlonUs g oßere m Bcre,c^ ^ ^ ^ ^^ _{( } in} Form von Körnern oder Past,Hen d,e u 55 d^c _tc ne _{bcfricdi c;1(lcn} Ergebnissen. Die AbKatalysator für die Zersetzung J" Pcichlouts egt ulir . -_{üdcr pastiUcn weI}-_t|en abhanenthalten, vorzugswe.se E,isenox,d F-c,O K - "^t _/llUissi(,cn Druckverlusten und der Diirchferoxid CuO, Kiipfcrchromit und Mangan- yt von uen^. _Vcr^_cnnuni,_S(,_{ase jn KonUlk}, _m,t dem

dioxid MnO,; _6o ^_m;_lmiltcl festgelegt, da\ler D™^"^^

_{c) dic abschlic}«ende Kühlung der ^kühlten höher ,st ehe Zersetz^ i^h^K.run

Verbrennungsgase durch thermische /.eiseΛζ t μ^" ^ ^^ _{Rühlelcm nlc sin}d.

eines Alkali- oder Erdalkahosalats. -ca.bonats je ^ ⁿ^^r _{ichtcrll dcr} Zersetzung des Kaliumper- oder -bicarbonats. ^ _Μ^ _{scnkt nl;m} seine Zersetzungstemperatur,

_Μ^ _{scnkt nl;m} g

indem man ihm crtindungsgcmaß ^¹"⁰"/'"⁰'

Nach .
(Ium. enthält der zusammengesetzte

3,6 cal/g, die bei etwa 600° C erfolgt und 0,348 1 Sauerstoff pro Gramm liefert. Diese Temperatur liegt unter dem dem Gleichgewicht CO ^= CO₂ entsprechenden Temperaturintervall, und es ist somit keinerlei Kohlenoxidbildung durch Umsetzung des erzeugten Sauerstoffs mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen möglich, die im Verbrennungsgas enthalten sind. Die Abkühlung dieser Gase erfolgt ausschließlich durch Verdünnung, und es ist daher vorteilhaft, wenn der vom Kaliumpcrchlorat freigesetzte Sauerstoff bei einer möglichst niedrigen Temperatur erhalten wird. Die Zugabe von 2 bis 8%> Zersetzungskatalysatoren wie Eisenoxid F₂O.,, Kupferoxid CuO oder Mangandioxid MnO₂ zum Kühlmittel ermöglicht die Absenkung der Zersetzungstemperatur um größenordnungsmäßig 100⁰C und die Zugabe von Kupferchromit eine Zersetzung von Kaliumperchlorat bei etwa 425° C.

Am Ausgang des Raumes, in dem die erste Kühlphase erfolgt, wird die durch die Verbrennungsgasc und den vom Kühlmittel freigesetzten Sauerstoff gebildete vorgekühlte Gasmischung zu einer an sich bekannten, leistungsfähigen Kühlvorrichtung geleitet. Die Auswahl dieser Vorrichtung wird durch die Anwendungsbedingungen der Gase und insbesondere die Gebrauchstemperatur, den Durchsatz der Gase und das Gesamtvolumen bestimmt.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1
a) Gaserzeugungsphase

Treibsatzzusammensetzung	Allgemeiner Bereich Gewichtsteile	Bevorzugte Zusammen setzung
Bindemittel:
Cellulosetriacetat	8,5—17	10
Oxidationsmittel:
Kaliumperchlorat (mittlere Korngröße 16 μΐη)	80—90 und mehr	88
Weichmacher:
Triacetin oder Trikresylphosphat	1—3	2,5
Füllstoffe:
Acetylenruß	0,15—0,5	0,2
Aluminiumpulver	0,5—2	1

und einem Durchmesset von 4,3 mn und einer Masse von etwa 36 bis 37 g gebildet.

Diese Ladung wird in einem pyrolechnischcn Generator im Innern einer Verbrennungskammer von 38 mm Durchmesser angeordnet, der mit einem von außen zu betätigenden Zündsystem (Zünder und Zündpulver) versehen ist.

Diese pyrotechnische Ladung (bevorzugte Zusammensetzung) zeigt folgende Vcrbrcnnungscigcnschäften:

Zündverzögerung 3—6 ms

'⁵ Brenndauer (gemessen bei

halbem Maximaldruck) .. 15—20 ms

Vom Treibstoff freigesetztes

Gasvolumen etwa 9 1

Ausbeute 0,25 l/g (20° C; 1 bar)

Temperatur der

Verbrennungsgase Π 50° C

Zusammensetzung der

Verbrennungsg"ase 16 °/o 0.,, 84 Va CO.,

und < O,O4o/o CO.*

b) Erste Kühlphase

Als Treibmittel wurde ein zusammengesetztes Pulver mit hohem Gehalt an einem anorganischen Oxidationsmittel und einem geringen Gehalt an kohlenstoffhaltigem und stickstofffreiem Bindemittel mit folgender Zusammensetzung verwendet:

Das in der ersten Phase der Kühlung der Verbrennungsgase der pyrolechnischen Ladung verwendete Kühlmittel besteht aus Tabletten auf der Basis von Kaliumperchlorat mit 9,5 mm Durchmesser und 3 mm Dicke mit folgender Zusammensetzung:

Die pyrotechnische Treibladung wird durch ein Bündel von 50 Stäbchen mit einer Länge von 30 mm

__

Zusammensetzung des ersten Kühlmittels Gewichtsteile

Kühlmittel: Kaliumpcrchlorat 93
(mittlere Korngröße 188 μΐη)

Katalysator: Kupferchromit 5

Bindemittel: KBr 2
50

72 g Tabletten werden in der ersten Kühlkammer von 14 cm² Querschnitt des pyrotechnischen Generators aufgestapelt, die an die Brennkammer anschließt.

Die von der ersten Kühlphase herstammende Gasmischung hat eine Temperatur von etwa 425° C und enthält weniger als 0,040/0 CO, 75,7°/o O₀ und

24,3 %> CO₂. Die Sauerstoff ausbeute des ersten "Kühlmittels liegt über 0,15 l/g (20° C; 1 bar) gegenüber einer theoretischen Ausbeute von 0,348 l/g (20° C; 1 bar).

S5 c) Zweite Kühlphase

Das in der zweiten Kühlphase verwendete Kühlmittel besteht aus Natriumbicarbonattabletten von

1,3

9,5 mm Durchmesser und 3 mm Dicke. <ιθ t> dieser ~~~

... , , ι - ι · ■■ ι ti ",Ii ι Allgemeines Hevoizucte

ableiten werden in der zweiten Kühlkammer (I 1 cm- \_M^M /._llvim,„ensei/.ung

Querschnitt aulgestapelt, die an die erste Kühlkam- CiewiditMcile

Il II. I till >L· 111 H- I.l V .

Die von der zweiten Kammer austretende das- 5 mischung hat eine Temperatur von etwa 170 C. Die Bindemittel:

CO.-Ausbeute liegt bei 0.143Tg (bei 20 C; 1 bar). Sihconhar/ (mit einem H,5—14 13 Abschließend erhält man am" Ausgang des inro- C-Gehalt unter 33" „)

technischen Generators 45 1 das von 150 C wu\ Katalysator tür das 0,8 1,5

1 bar mit folgender Zusammensetzung: i<> Harz

Oxidationsmittel:

CO <400 ppm Kaliumperchlorat 80—92 H7

(2 Korngrößen von

^LUi -^w'⁴ " i₅ 8 pm und 20 mn)

O₂ 44.2"„uikI Füllstolie:

Jj₁Q 18.4" ... Acetylenruß 0,15—0,5 0,3

AlinniniumpuKer 0,5—2,5 2

Die abgeschiedenen festen Rückstände (Gewicht 20
g) enthalten: Die pyrotechnische Treibstoffladung hat ein

Masse von annähernd 36 g.

⁴²"" ^KC1Oi b) Erste Kühlphase

15" u KCl 25 Das benutzte Kühlmittel besteht aus 50 g Table

"¹I" N- CO ten mit folgender Zusammensetzung:

Ciewichlstcile

22'"i) NaIlCO, und Kühlmittel: Kaliumperchlorat

Spuren K..O (0.01" ..). ₃₀ (^miukre Korngröße 188 „m)

Katalysator: FcO₁ 7

. , . Bindemittel: Aluminiumstearat

Beispiel 2
a) Gaserz.eugungsphase _c) Zweite Kühlphasc

35

Der verwendete Treibsatz ist ein zusammengesetz- Das benutzte Kühlmittel besieht aus 70 g Natriu

tes Pulver mit folgender Zusammensetzung: bicarbonat-Tabletten.

Claims (6)

Patentansprüche: — ggf. bis zu (;,5°/o Ruß und/oder bis zu 5°/0 Aluminiumpulver als Modifizierungsmittel.

1. Verfahren zur raschen Erzeugung eines 5
großen Volumens an nichttoxischem Gas mäßiger
Temperatur durch Verbrennung eines zusammengesetzten kohlenstoffhaltigen, stickstofffreien und
Sauerstoff im Überschuß enthaltenden Treibsatzes mit einem Gehalt an anorganischem Oxi- io
dationsmittel über 80" Ό und einem gerinnen Gehalt an kohlenstoffhaltigem und stickst· jfflreiem Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bindemittel nicht über Vl"», bei dem die in einer raschen Erzeugung eines großen Volumens nieht-Verbrennungskammer erzeugten Verhrennungs- toxischer Gase von mäßiger Temperatur durch Vergase von hoher Temperatur nach ihrem Austritt 15 brennung eines zusammengesetzten kohlenstoffhahiaus der Kammer gekühlt werden, dadurch gen, stickstofffreien und Sauerstoff im Überschuß gekennzeichnet, daß die Verbrennungs- enthaltenden Treibsatzes mit einem Gehalt an angase in einer ersten Stufe durch thermische Zer- organischem Oxydationsmittel über 80°.« und einem setzung einer thermisch wenig stabilen, sauer- geringen Gehalt an kohlenstoffhaltigem und stickstoffhaltigen mineralischen Verbindung, die in 20 stofffreiem Bindemittel nicht über 17¹Vn, bei dem die Gasform lediglich Sauerstoff freisetzt, der sich in einer Brennkammer gebildeten Verbrennungsgase mit den Verbrennungsgasen unter Abkühlung von hoher Temperatur nach ihrem Austritt aus durch Verdiinnung mischt, wodurch eine gas- dieser Kammer gekühlt werden, förmige Mischung einer mittleren Temperatur Die Erfindung bezieht sich mithin auf die rasche zwischen 225 und 700- C erhalten werden kann, 25 Erzeugung großer Gasmengen von niedriger Tempe- und in einer zweiten Stufe durch Kontakt der ratur, die lediglich Spuren toxischer Gase enthalten von der ersten Kühlphase herkommenden Gas- und insbesondere zum Aufblasen weicher Hohlmischung mit einem an sich bekannten, Wärme- körper sowie zur Entfaltung aufblasbarer Sicherheitsenergie absorbierenden Element unter Absenkung organe in Schutzvorrichtungen für schnelle Fahrder Temperatur der Mischung auf die Gebrauchs- 30 zeuge geeignet sind.

temperatur gekühlt werden. Bei den in den verschiedenen Typen herkomm-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- l'icher pyrotechnischer Gaserzeuger angewandten kennzeichnet, daß als sauerstoffhaltige minera- Kühlverfahren werden llüssige oder feste Kühlmittel lische Verbindung ein Alkali- oder Erdalkaliper- benutzt, die ihren physikalischen Zustand ändern, chlorat verwendet wird, dessen Zcrsctzungstem- 35 sich chemisch zersetzen oder eine aus diesen beiden peratur zwischen 225 und 700 C liegt, insbeson- Effekten resultierende physikalisch-chemische Umwandlung erleiden. Einige dieser Kühl verfahren bestehen in der Erzeugung eines großen Gasvolumens zur Absenkung der Temperatur der Treibstoffver-40 brennungsgase zur Verdünnung unter gleichzeitiger erheblicher Verbesserung der globalen Gasausbeute des pyrotechnische!! Generators. Derartige Kühlverfahrcn sind jedoch nicht anwendbar, wenn die erhaltenen Gase keine toxischen Gase enthalten dürfen,

dcre Lithium-, Kalium-, Magnesium- oder
Bariumpcrchlorat, wobei das Perchlorat durch
ein nicht oxidierbares Bindemittel zu Körnern
bzw. Tabletten agglomeriert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht oxidierbares Bindemittel vorzugsweise Aluniiniumstearat, Kaliumbromid, Gips oder Zement verwendet wird und

die eingesetzte Bindeniittelmcnge 1—7 Gew.-",Ό 45 da die üblichen Kühlmittel toxische Gase liefern beträgt. oder Gase, die mit den Treibstoffverbrennungsgasen

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, bei hoher Temperatur unter Bildung von toxischen dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltige Gaskomponenten reagieren.

mineralische Verbindung Kaliumperehlorat ver- Das erfindungsgemäßc Verfahren gestattet dcni-

vvendet wird, dem 2—8 Gew.-",» eines Zer- 5° gegenüber zum einen die rasche Erzeugung eines Setzungskatalysators, vorzugsweise Eisenoxid großen Gasvolumens von mäßiger Temperatur unter Fe₁O.,, Kupferoxid CuO, Kupfcrchiomit oder teilweiscr Ausnutzung der zur Zeit bekannten Mangandioxid MnO., zugesetzt werden. leistungsfähigen Kühlvorrichtungen und zum anderen

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4, die Aufrechlerhaltung eines stark reduzierten Gehalts dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoff- 55 an toxischen Stoffen unter Anwendung eines besondehaltiges, stickstofffreies Bindemittel Cellulosctri- ren Treibstoffs und eines intermediären Kühlmittels, acetat oder ein Siliconharz verwendet wird. das bei der Temperatur der Verbrennungsgase keincr-

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- l(-"i toxische Gaskomponenten erzeugt und eine Vorkennzeichnet, daß für den zusammengesetzten kühlung dieser Gase gestattet, bevor diese an die be-

isatz folgende Komponenten verwendet wer- ^6o kannten leistungsfähigen Kühlvorrichtungen abgegeben werden.

Das erfmdungsgemäße Verfahren beruht auf der Verbrennung eines zusammengesetzten kohlenstoffhaltigen, stickstofffreien und Sauerstoff im Überschuß 65 enthaltenden Treibsatzes mit einem Gehalt an anorganischem Oxydationsmittel über 8O¹Vo und einem gelingen Gehalt an kohlenstoffhaltigem und Stickstoff freiem Bindemittel nicht über 17¹Vo, bei dem die in

— zumindest 80 Gew.-"