DE3920611C2

DE3920611C2 - Natriumchlorat-Sauerstoffgenerator

Info

Publication number: DE3920611C2
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: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2009-06-24
Also published as: SE8902445D0; GB8913627D0; DE3920611A1; FR2633917B1; SE466195B; FR2633917A1; SE8902445L; CA1326123C; GB2220410B; US4891189A; GB2220410A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sauerstoffgenerato ren, bei denen Chloratkerzen verwendet werden. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Sauerstoffgenerator mit hoher Lei stung, der eine in einem Behälter mit verhältnismäßig klei nem Durchmesser angeordnete Chloratkerze enthält. Der Genera tor kann eine wesentlich größere Sauerstoffströmung erzeugen als bekannte Generatoren mit vergleichbaren Durchmessern. Der Generator der vorliegenden Erfindung eignet sich zum Auf laden von Sauerstoffspeichern.

Sauerstoffgeneratoren, die Chloratkerzen verwenden, sind be kannt. Typische Beispiele werden in den US-A-2.558.756, -3.536.070 und -4.687.640 erläutert. Sie enthalten eine in einem Behälter befestigte Chloratkerze. Im typischen Fall ist sowohl die Kerze als auch der Behälter zylindrisch. Im typischen Fall enthalten die Chloratkerzen Natriumchlorat oder ein gleichwertiges Chlorat oder Perchlorat, die bei Er wärmen Sauerstoff abgeben. Das Chlorat wird im typischen Fall mit einem oxydierbaren Element, wie zum Beispiel Eisen oder Kohlenstoff, einem Bindemittel und einem Peroxyd zum Auswaschen des Chlors aus den während der Verbrennung frei werdenden Gasen gemischt. Die Mischung der verschiedenen Ele mente bildet ein pyrotechnisches Gemisch. Im typischen Fall wird dieses zu einem zylinderförmigen Block verpreßt. Wäh rend der Erwärmung des Natriumchlorats wird Sauerstoff gemäß der folgenden Reaktion frei:

2NaClO₃ → 30₂ + 2NaCl

Ein typisches Gemisch kann 80% Natriumchlorat, 10% Eisen pulver und 4% Bariumperoxyd enthalten. Der Rest ist ein Bin demittel, 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. Ein kleiner, für eine hohe Leistung entworfener Genrator würde entweder einen im Vergleich zu seiner Länge großen Durchmes ser 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 3,1 Li ter pro Minute pro cm² Brennfläche. Für eine Vergrößerung des Durchmessers ergeben sich Grenzen, da ein sich vergrö ßernder Durchmesser zu einer Annäherung an die Form einer Scheibe führt. In diesem Fall wird der Behälter des Genera tors 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 Natriumchlorat gepreßten zylinderförmigen Block mit einer konischen Mulde zu versehen, die ihrerseits einen konischen Stopfen aus losem Zündmaterial aufnimmt. Bei die sem Stand der Technik verläuft die Verbrennung unter Erzie len einer verhältnismäßig geringen Sauerstoffabgabe in einer im wesentlichen axialen Richtung.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Ausbildung eines eine Chloratkerze aufweisenden Sauerstoffgenerators, der eine hö here Sauerstoffabgabe aufweist als die bekannten Generatoren mit vergleichbaren Durchmessern.

Diese Aufgabe wird mit einer vergrößerten Brennfläche ohne Ausdehnung des Durchmessers erzielt. Im einzelnen ist der er findungsgemäße Natriumchlorat-Sauerstoffgenerator gekenn zeichnet durch
einen Behälter mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser;
einen in dem Behälter befestigten gepreßten zylinderförmi gen Block aus pyrotechnischen Natriumchlorat, der an seinem Zündende eine tiefe, konische, im wesentlichen leere Mulde aufweist;
ein über der gesamten Fläche der konischen Mulde dünn auf getragenes, schnell brennbares Material, das im brennenden Zustand den aus dem Natriumchlorat gepreßten Block entzün det; und
eine durch den Behälter getragene Zündeinrichtung, die aus einer Zündvorrichtung und einem hohlen, keramischen Rohr besteht und die nach erfolgter Auslösung das schnell brennba re Material zündet, wodurch sich eine größere Brennfläche in der Mulde und eine Intensivierung der Wärmeströmung in der vertieften Fläche ergibt, die eine Erhöhung der Brennge schwindigkeit und der Menge des abgegebenen Sauerstoffes be wirkt.

Ausgestaltungen dieses Grundgedankens bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

Zum Zünden des schnell brennbaren Materials wird der Behäl ter mit einer Zündvorrichtung in Form eines Zündhütchens oder einer elektrischen Zündvorrichtung versehen. Die Zünd vorrichtung ist koaxial zu der Chloratkerze und an dem der konischen Mulde benachbarten Ende des Behälters angeordnet. Die Zündvorrichtung kann durch Aufschlagen eines Zündstiftes oder dergleichen gezündet werden. Um sicherzustellen, daß die Zündung des schnell brennbaren Materials am richtigen Ort erfolgt, verläuft das keramische Rohr von der Zündvor richtung in Richtung auf den Mittelpunkt des tiefsten Teils der Mulde. Damit wird die Flamme von der Zündvorrichtung nach deren Zündung zu dem schnell brennbaren Material gelei tet. Sobald das schnell brennbare Material an einem Ort ge zündet ist, wird der gesamte Überzug innerhalb weniger Sekun den oder schneller gezündet. Während des Abbrennens des Zünd materials wird dieses die Fläche der Chloratkerze innerhalb der Mulde zünden. Diese brennt dann radial und nicht axial wie beim Stand der Technik ab. Durch die konische Mulde in nerhalb des zylinderförmigen Blockes ergibt sich damit nicht nur eine größere Brennfläche, sondern der Wärmestrom inner halb der vertieften Fläche ist auch sehr stark, und weit we niger Hitze wird an "kalte" Behälterinnenflächen abgegeben, und mehr Hitze wird im Kern zurückgehalten. Dies steigert die Brenngeschwindigkeit und die Sauerstoffabgabe ohne zu sätzlichen Brennstoff noch weiter.

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

Der erfindungsgemäße Natriumchlorat-Sauerstoffgenerator mit hoher Abgabe ist bei 10 dargestellt. Er enthält eine in dem Behälter montierte Chloratkerze 12. Der Behälter hat einen verhältnismäßig geringen Durchmesser, zum Beispiel 12 cm. Er besteht aus einem zylinderförmigen Abschnitt 14 und zwei Kopfstücken 16 und 18. Diese sind an den zylinderförmigen Ab schnitt 14 angeschweißt. Das Kopfstück 16 ist am Austrittsen de angeordnet. Es weist ein Paßstück 20 mit einer Austritts öffnung 22 auf. In dem am Austrittsende befindlichen Kopf stück 16 befinden sich ein Sieb 24, ein Filterkissen 26 für Partikel und zusätzliche Filtermaterialien 28. Diese können in der Form von Hopcalit vorliegen. Beim Zusammenbau 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 eingeschlossen. Diese ist in dem zylinderförmigen Abschnitt 14 befestigt. Die Platte 30 trägt ihrerseits einen Becher 32. Dieser wird auf der Platte 30 koaxial mit einem Niet 34 oder dergleichen 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 Zünd kappe. Zusätzlich weist die Zündkopfanordnung 18 einen Zünd stift und einen Mechanismus auf, der ein Aufschlagen des Zündstiftes auf der Zündeinrichtung bewirkt. Der Zündstift und der zugehörige Mechanismus sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie sind im Stand der Technik bekannt. Das rohr förmige Glied 36 weist einen Abschnitt 40 mit verringertem Durchmesser auf. Auf diesem sitzen eine Scheibe 42, eine Kap pe 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 zusammen gebauten Zustand gehalten.

Die einen zylinderförmigen Querschnitt aufweisende Chlorat kerze 12 ist zwischen dem Becher 32 und der Kappe 44 befe stigt. Das Zündende der Kerze 12 liegt dabei am Kissen 46 an. Das andere Ende der Kerze stützt sich an einem zwischen dieser und dem Becher 32 angeordneten Kissen 52 ab.

Erfindungsgemäß weist die Chloratkerze 12 eine tiefe koni sche Mulde 54 auf. Ihre Länge ist vorzugsweise mindestens zweimal größer als ihr maximaler Durchmesser. Ihr Durchmes ser "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 Chlorat kerze nach einer eigenen Zündung schnell zündet. Das schnell brennbare Material 56 liegt bis auf eine Tiefe von etwa 2 mm oder mehr dünn auf der gesamten Fläche der Mulde 54 auf. Zum richtigen Zünden des schnell brennbaren Materials im Mittel punkt des tiefsten Teiles der Mulde 54 ist ein keramisches Rohr 58 vorgesehen. Dieses ist in einem eine versenkte Boh rung aufweisenden Abschnitt 60 des rohrförmigen Gliedes 36 befestigt.

Wenn im Betrieb der Zündstift auf die Zündvorrichtung 38 auf trifft, tritt der von der Zündvorrichtung ausgehende Blitz durch das Rohr 58 durch und zündet den zentrischen Bereich des Zündmaterials 56. Nach dessen Zündung brennt die Zündung schnell, zum Beispiel in zwei Sekunden, über die gesamte Flä che des Zündmaterials. Nach seinem Zünden bewirkt das Mate rial 56 auch ein Zünden der angrenzenden Oberfläche der Chlo ratkerze 12. Wegen der sich durch die tiefe Mulde 54 ergeben den großen Oberfläche und auch wegen des großen Wärmeflus ses, der in der Mulde 54 aufrechterhalten werden kann, tritt aus der Chloratkerze 12, selbst bei verhältnismäßig kleinem Durchmesser, Sauerstoff in hohem Maße aus. Bei ihrem Abbren nen werden unter Berücksichtigung ihres Durchmessers verhält nismäßig große Sauerstoffmengen entwickelt. Der Sauerstoff tritt durch das poröse Kissen 46 und geeignete Öffnungen in der Kappe 44 durch und strömt dann entlang der Außenseite der Chloratkerze 12. Diese ist mit einem Tuch 62 aus kerami schen Fasern umwickelt. Der Sauerstoff tritt dann durch ge eignete Öffnungen im Becher 32, durch das Hopcalit-Filter 28, durch das Filterkissen 26, durch das Sieb 24 und dann durch die Auslaßöffnung 22 durch. Obwohl eine Darstellung fehlt, kann der Behälter 14, 16, 18 geeignete Druckentla stungsventile aufweisen. Diese verhindern für den Fall einer Blockierung des Durchtrittes durch die Öffnung 22 einen über mäßigen Druckaufbau.

Claims

1. Natriumchlorat-Sauerstoffgenerator mit hoher Leistung, ge kennzeichnet durch:
einen Behälter (14, 16, 18) mit verhältnismäßig klei nem Durchmesser;
einen in dem Behälter (14, 16, 18) befestigten ge preßten zylinderförmigen Block (12) aus pyrotechnischen Natriumchlorat, der an seinem Zündende eine tiefe, koni sche, im wesentlichen leere Mulde (54) aufweist;
ein über der gesamten Fläche der konischen Mulde (54) dünn aufgetragenes, schnell brennbares Material (56), das im brennenden Zustand den aus dem Natriumchlo rat gepreßten Block (12) entzündet; und
eine durch den Behälter (14, 16, 18) getragene Zünd einrichtung, die aus einer Zündvorrichtung (38) und einem hohlen, keramischen Rohr (58) besteht und die nach erfolg ter Auslösung das schnell brennbare Material zündet, wo durch sich eine größere Brennfläche in der Mulde (54) und eine Intensivierung der Wärmeströmung in der vertieften Fläche ergibt, die eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und der Menge des abgegebenen Sauerstoffes bewirkt.

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

3. Natriumchlorat-Sauerstoffgenerator nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung im Mittel punkt des dem Mittelpunkt und somit dem tiefsten Punkt der konischen Mulde (54) gegenüberliegenden Ende des Be hälters (14, 16, 18) angeordnet ist, wodurch mittels des von der Zündeinrichtung in Richtung auf den Mittelpunkt des tiefsten Teiles der konischen Mulde (54) verlaufenden hohlen, keramischen Rohres (58) eine zuverlässige Zündung des schnell brennbaren Materials erfolgt.