DE3920611A1

DE3920611A1 - Natriumchlorat-sauerstoffgeneratoranordnung

Info

Publication number: DE3920611A1
Application number: DE3920611A
Authority: DE
Inventors: Jun Williamsville Van Harwood
Original assignee: Figgie International Inc
Current assignee: Avox Systems Inc
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1990-01-11
Anticipated expiration: 2009-06-24
Also published as: FR2633917B1; SE466195B; DE3920611C2; FR2633917A1; US4891189A; GB2220410A; SE8902445D0; GB8913627D0; CA1326123C; GB2220410B; SE8902445L

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Sauer stoffgeneratoranordnungen, bei denen Chloratkerzen verwendet werden. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Sauerstoffgene ratoranordnung mit hoher Leistung, die eine in einem Contain ment-Gefäß mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser angeordne te Chloratkerze enthält. Die Generatoranordnung kann einen we sentlich größeren Sauerstoffstrom als bekannte Anordnungen mit vergleichbaren Durchmessern erzeugen. Die Generatoranord nung der vorliegenden Erfindung eignet sich zum Aufladen von Sauerstoffspeichersystemen.

Vorgeschichte der Erfindung

Sauerstoffgeneratoranordnungen, die Chloratkerzen verwenden, sind bekannt. Typische Beispiele werden in den US-PS 25 58 756, 35 36 070 und 46 87 640 erläutert. Diese Anordnun gen enthalten eine Chloratkerze, die in einem Containment-Ge fäß befestigt ist. Im typischen Fall weisen sowohl die Kerze als auch das Gefäß beide zylindrische Form auf. Im typischen Fall enthalten die Chloratkerzen Natriumchlorat oder ein gleichwertiges Chlorat oder Perchlorat, die bei Erwärmen Sau erstoff abgeben. Das Chlorat wird im typischen Fall mit einem oxydierbaren Element, wie zum Beispiel Eisen oder Kohlen stoff, einem Bindemittel und einem Peroxyd zum Auswaschen des Chlors aus den während der Verbrennung freiwerdenden Gasen ge mischt. Die Mischung der verschiedenen Elemente bildet ein py rotechnisches Gemisch. Im typischen Fall wird dieses zu einem zylinderförmigen Block verpreßt. Während der Erwärmung des Na triumchlorats wird Sauerstoff gemäß der folgenden Reaktion frei:

2 NaClO₃ → 3 O₂ + 2 NaCl.

Ein typisches Gemisch kann 80% Natriumchlorat, 10% Eisenpul ver und 4% Bariumperoxyd enthalten. Der Rest ist ein Binde mittel, wie zum Beispiel Glasfasern.

Die verschiedenen Bestandteile der Chloratkerzen sind be kannt, und die Zusammensetzung kann zum Erfüllen bestimmter Anforderungen geändert werden.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß die Geschwindig keit der Sauerstoffabgabe einer Chloratkerze eine Funktion der Brenngeschwindigkeit des pyrotechnischen Gemischs, der Brennfläche und der Umgebungstemperatur ist. Bei den bekann ten Konstruktionen wird die zylinderförmige Chloratkerze an einem Ende angezündet. Nach dem Anzünden brennt die Chlorat kerze in einer zu ihrer Achse senkrecht verlaufenden Ebene ab. Der Durchmesser bestimmt die verfügbare Brennfläche. Eine kleine, für eine hohe Leistung entworfene Genratoranordnung würde entweder einen im Vergleich zu ihrer Länge großen Durch messer oder ein sehr schnell abbrennendes pyrotechnisches Ge misch verlangen. Für die Brenngeschwindigkeit einer Kerze gibt es praktische Beschränkungen. Ein hoher Wärmefluß und ein herabgesetzter Wirkungsgrad sind die Folgen einer Zugabe eines Brennstoffes zum Beschleunigen der Verbrennung. Prakti sche Überlegungen begrenzen die Sauerstoffabgabe auf zwanzig Liter pro Minute pro Quadratzoll Brennfläche. Für eine Vergrö ßerung des Durchmessers ergeben sich Grenzen, da ein sich ver größernder Durchmesser zu einer Annäherung an die Form einer Scheibe führt. In diesem Fall wird das Containment-Gefäß ei ner Generatoranordnung unhandlich oder ist nicht mehr in der Lage, den Druck mit vernünftigem Gewicht auszuhalten.

Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, den aus pyro technischem Natriumchloratmaterial gepreßten zylinderförmigen Block mit einer konischen Mulde zu versehen, die ihrerseits einen konischen Stopfen aus losem Zündmaterial aufnimmt. Bei diesem Stand der Technik verläuft die Verbrennung unter Erzie len einer verhältnismäßig geringen Sauerstoffabgabe in einer im wesentlichen axialen Richtung.

Erfindungsaufgabe und kurze Beschreibung der Erfindung

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Aus bildung einer eine Chloratkerze aufweisenden Sauerstoffgenera toranordnung, die eine höhere Sauerstoffabgabe als bekannte Generatoranordnungen dieser Gattung mit vergleichbaren Durch messern aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einer vergrößerten Brennfläche ohne Ausdehnung des Durchmessers erzielt. Dies wird erreicht durch die Konstruktion eines gepreßten, zylinderförmigen Blockes aus einem pyrotechnischen Natriumchloratmaterial mit einer tiefen konischen Mulde am Zündende. Diese konische, ausgenom mene Fläche wird dann mit einem schnell brennbaren Material bis auf eine Stärke von nicht mehr als 2 mm überzogen. Zum Zünden des schnell brennbaren Materials wird das Containment- Gefäß mit einer Zündvorrichtung in Form eines Zündhütchens oder einer elektrischen Zündvorrichtung versehen, wobei die Zündvorrichtung koaxial zu der Chloratkerze und an dem der ko nischen Mulde benachbarten Ende des Containment-Gefäßes ange ordnet wird. Die Zündvorrichtung kann durch Aufschlagen eines Zündstiftes oder dergleichen gezündet werden. Um sicherzustel len, daß die Zündung des schnell brennbaren Materials am rich tigen Ort erfolgt, verläuft ein hohles Keramikrohr von der Zündvorrichtung in Richtung auf den Mittelpunkt des tiefsten Teils der konischen Mulde. Damit wird die Flamme von der Zünd vorrichtung nach deren Zündung zu dem schnell brennbaren Mate rial geleitet. Sobald das schnell brennbare Material an einem Ort gezündet ist, wird der gesamte Überzug innerhalb weniger Sekunden oder schneller gezündet. Während des Abbrennens des Zündmaterials wird dieses die Fläche der Chloratkerze inner halb der konischen Mulde zünden. Diese brennt dann radial und nicht axial wie beim Stand der Technik ab. Durch die konische Mulde innerhalb des zylinderförmigen Blockes ergibt sich da mit nicht nur eine größere Brennfläche, sondern der Wärme strom innerhalb der vertieften Fläche ist auch sehr stark, und weit weniger Hitze wird an "kalte" Behälterinnenflächen abgegeben, und mehr Hitze wird im Kern zurückgehalten. Dieser Effekt steigert die Brenngeschwindigkeit und die Sauerstoffab gabe ohne zusätzlichen Brennstoff noch weiter.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch bei einer Be trachtung der folgenden Einzelbeschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausfüh rungsform dieser Erfindung dargestellt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Figur in der Zeichnung stellt einen Querschnitt einer er findungsgemäß ausgebildeten chemischen Sauerstoffgeneratoran ordnung dar.

Einzelbeschreibung

In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Natriumchlorat-Sau erstoffgenerator mit hoher Abgabe bei 10 dargestellt. Er ent hält eine in dem Containment-Gefäß montierte Chloratkerze 12. Das Containment-Gefäß hat einen verhältnismäßig geringen Durchmesser, zum Beispiel 12 cm. Es besteht aus einem zylin derförmigen Abschnitt 14 und zwei Kopfstücken 16 und 18. Die se sind an den zylinderförmigen Abschnitt 14 angeschweißt. Das Kopfstück 16 ist am Austrittsende angeordnet. Es weist ein Paßstück 20 mit einer Austrittsöffnung 22 auf. In dem am Austrittsende befindlichen Kopfstück 16 befinden sich ein Sieb 24, ein Filterkissen 26 für Partikel und zusätzliche Fil termaterialien 28. Diese können in der Form von Hopcalite vor liegen. Bei Zusammenbau der Teile in der in der Zeichnung ge zeigten Weise werden die Filtermaterialien 28 auf der einen Seite zwischen dem Sieb 24 und dem Partikelfilter 26 und auf der anderen Seite durch eine gelochte Platte 30 eingeschlos sen. Diese ist in dem zylinderförmigen Abschnitt 14 befe stigt. Die Platte 30 trägt ihrerseits einen Becher 32. Dieser wird auf der Platte 30 koaxial mit einem Niet 34 oder derglei chen gehalten.

Die Zündkopfanordnung 18 ist neben dem Zündende der Chlorat kerze 12 angeordnet. Sie weist ein rohrförmiges Glied 36 auf. Dieses trägt eine Zündvorrichtung 38 in Form einer Zündkappe. Zusätzlich weist die Zündkopfanordnung 18 einen Zündstift und einen Mechanismus auf, der ein Aufschlagen des Zündstiftes auf der Zündeinrichtung bewirkt. Der Zündstift und der zugehö rige Mechanismus sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie sind im Stand der Technik bekannt. Das rohrförmige Glied 36 weist einen Abschnitt 40 mit verringertem Durchmesser auf. Auf diesem sitzen eine Scheibe 42, eine Kappe 44, ein Kissen 46 aus keramischen Fasern, eine weitere Scheibe 48 und eine Mutter 50. Mit dieser wird die Kappe 44 im Kissen 46 zwischen den beiden Scheiben in einem zusammengebauten Zustand gehal ten.

Die einen zylinderförmigen Querschnitt aufweisende Chloratker ze 12 ist zwischen dem Becher 32 und der Kappe 44 befestigt. Das Zündende der Kerze 12 liegt dabei am Kissen 46 an. Das an dere Ende der Kerze stützt sich an einem zwischen dieser und dem Becher 32 angeordneten Kissen 52 ab.

Erfindungsgemäß weist die Chloratkerze 12 eine tiefe konische Ausnehmung 54 auf. Ihre Länge ist vorzugsweise mindestens zweimal größer als ihr maximaler Durchmesser. Ihr Durchmesser "d" sollte daher vorzugsweise nicht mehr als 50% der Länge "l" betragen. Die Ausnehmung ist mit einem schnell brennbaren Material 56 dünn überzogen, welches die Kerze nach einer eige nen Zündung schnell zündet. Das schnell brennbare Material 56 liegt bis auf eine Tiefe von etwa 2 mm oder mehr dünn auf der gesamten Flache der konischen Mulde auf. Zum richtigen Zünden des schnell brennbaren Materials im Mittelpunkt des tiefsten Teiles der konischen Ausnehmung ist ein hohles keramisches Rohr 58 vorgesehen. Dieses ist in einem eine versenkte Boh rung aufweisenden Abschnitt 60 des rohrförmigen Gliedes 36 be festigt.

Wenn im Betrieb der Zündstift auf die Zündvorrichtung 38 auf trifft, tritt der von der Zündvorrichtung ausgehende Blitz durch das hohle keramische Rohr 58 durch und zündet den zen trischen Bereich des Zündmaterials 56. Nach dessen Zündung brennt die Zündung schnell, zum Beispiel in zwei Sekunden, über die gesamte Fläche des Zündmaterials. Nach seinem Zünden bewirkt das Material 56 auch ein Zünden der angrenzenden Ober fläche der Kerze 12. Wegen der sich durch die tiefe konische Mulde oder Ausnehmung 54 ergebenden großen Oberfläche und auch wegen des großen Wärmeflusses, der in der konischen Mul de 54 aufrecht erhalten werden kann, tritt aus der Kerze, selbst wenn sie einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf weisen sollte, Sauerstoff in hohem Maße aus. Bei Abbrennen der Kerze werden unter Berücksichtigung von deren Durchmesser verhältnismäßig große Sauerstoffmengen entwickelt. Der Sauer stoff tritt durch das poröse Kissen 46 und geeignete Öffnun gen in der Kappe 44 durch und strömt dann entlang der Außen seite der Kerze. Diese ist mit einem Tuch 62 aus keramischen Fasern umwickelt. Der Sauerstoff tritt dann durch geeignete Öffnungen im Becher 32, durch das Hopcalite-Filter 28, durch das Filterkissen 26, durch das Sieb 24 und dann durch die Aus laßöffnung 22 durch. Obwohl eine Darstellung fehlt, kann das Containment-Gefäß 14, 16, 18 geeignete Druckentlastungsventi le aufweisen. Diese verhindern für den Fall einer Blockierung des Durchtrittes durch die Öffnung 22 einen übermäßigen Druck aufbau im Gefäß.

Durch Anwendung der in der beiliegenden Zeichnung gezeigten und im vorstehenden beschriebenen Konstruktion können die Zie le dieser Erfindung, nämlich das Erzeugen einer verhältnismä ßig großen Sauerstoffmenge bei einer Chloratkerze mit einem verhältnismäßig geringen Durchmesser, erreicht werden.

Obwohl eine bevorzugte Konstruktion, bei der die Grundlagen der vorliegenden Erfindung verwirklicht wurden, gezeigt und im vorstehenden beschrieben wurde, leuchtet es ein, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten und oben beschriebenen be sonderen Einzelheiten beschränkt ist, sondern daß tatsächlich stark unterschiedliche Mittel bei der Verwirklichung der brei teren Aspekte dieser Erfindung verwandt werden können.

Claims

1. Natriumchlorat-Sauerstoffgeneratoranordnung mit hoher Lei stung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
ein Containment-Gefäß (14, 16, 18) mit verhältnismä ßig kleinem Durchmesser;
ein in dem Containment-Gefäß befestigter gepreßter zy linderförmiger Block (12) aus pyrotechnischen Natriumchlo ratmaterialien, der an seinem Zündende eine tiefe, koni sche, im wesentlichen leere Mulde (54) aufweist;
ein über der gesamten Fläche der konischen Mulde dünn aufgetragenes, schnell brennbares Material (56), das im brennenden Zustand den aus den pyrotechnischen Materialien gepreßten Block entzündet; und
durch das Containment-Gefäß getragene Zündeinrichtun gen (38, 58), die bei Auslösung das schnell brennbare Mate rial im Mittelpunkt der tiefsten Stelle der konischen Mul de entzünden;
wobei die Teile so bemessen und konstruiert sind, daß nach dem Zünden des schnell brennbaren Materials das Ab brennen des schnell brennbaren Materials sich schnell vom Mittelpunkt des tiefsten Teils der konischen Mulde über die gesamte Fläche der konischen Mulde verbreitet und da mit die Zündung der Oberfläche der konischen Mulde des zy linderförmigen Blockes bewirkt, der dann im wesentlichen radial abbrennt, wodurch sich nicht nur eine größere Brenn fläche in der Mulde ergibt, sondern auch die Wärmeströmung in der vertieften Fläche intensiv wird, um damit die Brenn geschwindigkeit und die Menge der Sauerstoffabgabe weiter zu erhöhen.

2. Natriumchlorat-Sauerstoffgeneratoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus dem schnell brennbaren Material (56) nicht mehr als 2 mm stark ist.

3. Natriumchlorat-Sauerstoffgeneratoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung eine im Mittelpunkt des Endes des Containment-Gefäßes neben der konischen Mulde angeordnete Zündvorrichtung (38) und ein hohles keramisches Rohr (58) enthält, das von der Zündvor richtung in Richtung auf den Mittelpunkt des tiefsten Tei les der konischen Mulde verläuft, wodurch sich im Mittel punkt des schnell brennbaren Materials eine zuverlässige Zündung ergibt.