DE69534424T2

DE69534424T2 - Gasgenerator

Info

Publication number: DE69534424T2
Application number: DE69534424T
Authority: DE
Inventors: Ito Yuji; Sato Eishi; Minoguchi 1-chome Ryo; Taguchi 1-chome Michihisa; Ota 1-chome Kozo; Hino 1-chome Rei
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: DE69533403T2; EP0783997A4; DE69534424D1; EP0783997A1; KR970706145A; EP1359065A1; EP0783997B1; EP1359065B1; WO1996010494A1; JP2862023B2; DE69533403D1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Gasgenerator zur Verwendung beim Aufblasen eines Airbags, bzw. Prallsacks in einem Fahrzeug und spezieller auf einen Gasgenerator, der geeignet ist, einer Verbrennungsrate eines Gasentwicklers das Fallen in einen vorgeschriebenen Bereich zu gestatten, ohne durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur beeinflußt zu werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wie wohlbekannt ist, ist es in der heutigen Zeit üblich, ein Natriumazid als Grundlage für Gasentwickler in einem Gasgenerator zur Verwendung beim Aufblasen eines Prallsacks zu verwenden. Der Gasgenerator nach dem Stand der Technik erzeugt Stickstoff, wenn die Gasentwickler in einer Verbrennungskammer gezündet werden. Der Gasgenerator nach dem Stand der Technik schließt Kühlmittel und Filter zum Entfernen von Schlacke und Beschlag ein. Eine Verbrennungsrate des Gasentwicklers, d.h. die Geschwindigkeit, mit der das Gas erzeugt wird, hängt hauptsächlich von der Gestalt der Gasentwickler ab. Wenn zum Beispiel Gas aus verpreßten Gasentwicklern erzeugt wird, ist eine angemessene Geschwindigkeit abhängig von dem Außendurchmesser und der Dicke jedes Preßlings.
Jedoch wird die Verbrennungsrate des Gasentwicklers naturgemäß durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur beeinflußt, da es erforderlich ist, daß der Gasgenerator in einem breiten Umgebungstemperaturbereich von –40°C bis +85°C arbeitet, da zum Beispiel in einem Fall des an die Arbeit bei der Umgebungstemperatur von +25°C angepaßten Gasgenerators nach dem Stand der Technik die Verbrennungsrate bei der Umgebungstemperatur von –40°C niedrig und die Verbrennungsrate bei der Umgebungstemperatur von +85°C hoch ist.
Es gab frühere Vorschläge zur Lösung des vorgenannten Problems wie ein in dem U.S. Patent Nr. 5.269.561 und in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 88-141851 offengelegter, wobei der Gasgenerator ein Abblasventil besitzt, das bei hoher Umgebungstemperatur geöffnet wird, um die Zuführung einer Überschußmenge an Gas in einen Prallsack und dadurch einen ungewöhnlich angestiegenen Innendruck zu verhindern.
Wie in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 90-74442 offengelegt ist, wird eine weitere vorher vorgeschlagene Anordnung so ausgelegt, daß automatisch eine Öffnungsfläche der Gasauslässe zu vergrößern, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist.
Wenn die verwendeten Gasentwickler Natriumazid als Grundlange enthalten, sind die vorgenannten Arten des Gasgenerators nach dem Stand der Technik zu einem gewissen Grad wirksam. Die vorgenannten Arten des Gasgenerators nach dem Stand der Technik werden unserer Erwartung jedoch nicht gerecht, wenn die Gasentwickler Kombinationen von Oxidationsmittel und Stickstoff enthaltenden Verbindungen außer Aziden sind.
Der Grund für die Gegensätzlichkeit zu unserer Erwartung wurde in dem Druckexponenten gefunden. Die Verbrennungsrate r (1/sec) von Explosivstoffen ist allgemein gegeben durch r = 1/t = kPn worin

t: = zur Verbrennung benötigte Zeit [sec]
k: = konstante Zahl
P: = Druck [bar (1,02 kgf/cm²)]
n: = Druckexponent

Im Fall, daß die Gasentwickler hauptsächlich aus Natriumazid bestehen, hat n einen so kleinen Wert, der in den Bereich von 0,3 bis 0,4 fällt. Demgemäß wird auch bei der hohen Temperatur von +85°C, bei der das Gas einen hohen Druck hat, kein beachtlicher Anstieg der Verbrennungsrate bewirkt. Wenn die Gasentwickler eine Mischung von Oxidationsmittel und Stickstoff enthaltenden Verbindungen außer Aziden sind, hat n einen so großen Wert, der in den Bereich von 0,4 bis 1,0 fällt. Demgemäß wird die Verbrennungsrate des Gasentwicklers außerordentlich durch die Veränderung der Umgebungstemperatur beeinflußt.
Infolgedessen kann im Fall, daß ein Gasgenerator das Abblasventil bei der hohen Umgebungstemperatur besitzt, das Abblasventil keine Größe haben, die groß genug ist, um das Überschußgas gegen die Außenseite abzublasen. Folglich kann der Innendruck des Gasgenerators nicht auf einem angemessenen Druck gehalten werden. Ebenso kann im Fall, daß der Gasgenerator ausgelegt ist, die Öffnungsfläche der Gasauslässe bei hohen Umgebungstemperaturen automatisch zu vergrößern, eine Vergrößerung der Öffnungsfläche der Gasauslässe einem Anstieg des Innendruckes des Gasgenerators nicht folgen und der Innendruck des Gasgenerators nicht auf einen angemessenen Druck fallen. So kann der Prallsack zerrissen werden, und ferner kann das Gehäuse des Gasgenerators bersten. Um diese Probleme bei der hohen Umgebungstemperatur, wenn die Öffnungsfläche der Gasauslässe übermäßig vergrößert wird, zu lösen, kann eine Zeitverzögerung in das Aufblasen des Prallsacks bei der niedrigen Umgebungstemperatur gebracht werden.
Kurz gesagt ist es schwierig, den das Nichtazidgas anwendenden Gasgenerator in einer optimalen Gestalt auszulegen. Um das Einbringen einer Zeitverzögerung in das Aufblasen des Prallsacks zu verhindern, kann der Gasgenerator so ausgelegt sein, daß er an die niedrige Umgebungstemperatur angepaßt ist. Folglich neigen die Verbrennungsrate und der Gasdruck dazu, hoch zu sein.
Infolgedessen muß, selbst wenn der Gasgenerator mit entweder dem Abblasventil oder dem Gasauslaß, dessen Öffnungsfläche sich automatisch bei steigender Umgebungstemperatur vergrößert, ein Aufbau in Bezug auf einen Fall des Gasgenerators stark genug sein, um dem hohen Druck standzuhalten. Folglich wird der Gasgenerator schwer und groß.
Das Dokument US-A-4,886,293, das die Merkmale der Präambel von Anspruch 1 offenlegt, beschreibt einen Gaserzeuger zur Füllung einer Gaspolsterzurückhaltungsvorrichtung für Insassen von Fahrzeugen. Der Gaserzeuger schließt ein Gehäuse und eine durch eine Wand umgebene Verbrennungskammer, die Öffnungen zum Ausstoßen des erzeugten Gases aufweist. Die Öffnungen werden hermetisch durch eine unter entsprechender Druckentwicklung zerstörbare Abdeckung auf der stromaufwärtigen Seite der Öffnung unter Bezug auf den Gasfluß abgedichtet.
Angesichts der vorgenannten Probleme ist es ein Hauptziel, einen Gasgenerator bereitzustellen, der Gasentwickler stabil verbrennt und eine gefahrlose Verbrennungsrate behält, selbst wenn solche Nichtazidgasentwickler angewendet werden, deren Verbrennungsrate außerordentlich durch die Veränderung der Umgebungstemperatur beeinflußt wird. Dieses Ziel wird durch einen Gasgenerator nach Anspruch 1 gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Studie wurde durch die vorliegenden Erfinder mit einem Gasgenerator mit Öffnungen, durch welche ein durch Gasentwickler erzeugtes Gas der Durchgang gewährt wird, und ferner mit Berstscheiben, welche an die inneren Wandflächen des Gasgenerator angelegt sind, um die Öffnungen abzudecken, durchgeführt. Jede Berstscheibe ist an einer Seite in Bezug auf jede Öffnung in einer Richtung eines Flusses des erzeugten Gases stromaufwärts angeordnet. Diese Studie hat deutlich gemacht, daß die Kontrolle über die Verbrennungsrate des Gasentwicklers leicht durch genaues Festsetzen des Berstdrucks (d.h. der Bruchfestigkeit) für die Berstscheiben verwirklicht wird, selbst wenn die Gasentwickler Kombinationen von Oxidationsmittel und Brennstoff, der Stickstoff enthaltende Verbindungen außer anorganischen Aziden (es wird hiernach als Nichtazidgasentwickler beschrieben werden) einschließt, sind.
Spezieller festgelegt sollte die Dicke t [cm] jeder Berstscheibe gegeben sein durch t = (B × D)/A (1)worin

B: = Parameter, der einen Wert von 8 bis 40 in dieser Studie annehmen kann
D: = Kreisäquivalentdurchmesser der Öffnung (d.h. Streukörper) [cm]
A: = Bruchfestigkeit der Berstscheibe [bar] [1,02 kgf/cm²]

Die vorstehende Öffnung hat die Gestalt eines präzisen Kreises oder eines annähernden Kreises. Folglich wird das einzelne Wort Durchmesser hierin nicht verwendet, aber der Ausdruck 'Kreisäquivalentdurchmesser'. Die Öffnung kann zum Beispiel die Form eines Langlochs oder einer Zusammensetzung aus einer Ellipse und einem Kreis annehmen, von der das Verhältnis einer Hauptachse zu einer Nebenachse kleiner als 1,2 ist. Im Fall dieses annähernden Kreises ist der Kreisäquivalentdurchmesser der Durchmesser eines präzisen Kreises mit einer Fläche gleich einer Fläche des annähenden Kreises.
Wenn der Wert von B kleiner ist als 8, werden eine unzureichende Verbrennungsrate oder unverbrannte Rückstände angetroffen. Wenn der Wert von B größer als 40 ist, wird die Verbrennungsrate so hoch, daß das Gehäuse des Gasgenerators zerstört werden kann.
Wenn eine Berstscheibe die Gleichung (1) erfüllt, kann der Berstdruck für die Berstscheibe präzise auf einen benötigten Wert festgesetzt werden, der kleiner ist als z.B. 100 [Bar], ungeachtet des Materials für die Berstscheibe, selbst wenn die Nichtazidgasentwickler verwendet werden, die Kombinationen sind von Oxidationsmittel und Brennstoff, der Stickstoff enthaltende Verbindungen außer anorganischen Aziden einschließt. Folglich können die Nichtazidgasentwickler hochgradig abhängig vom Druck richtig verbrannt werden.
Wenn infolgedessen der für den Gasgenerator gewährbare höchste Innendruck so ausgelegt wird, daß er niedriger als 100 [Bar] nach Gleichung (1) ist, wird eine kompakte, weniger Platz benötigende Anordnung erreicht. Und wenn der Innendruck so wie durch der durch Gleichung (1) erforderte Wert ausgelegt ist, wird die Veränderung der die Verbrennungsrate betreffenden Kennzeichen über einen breiten Bereich von Umgebungstemperaturen zwischen –40°C und +85°C klein sein.
Wenn der Gasgenerator eine Vielzahl von Öffnungen mit Berstscheiben besitzt, hat jede von diesen Gleichung (1) zu erfüllen. Alle Kreisäquivalentdurchmesser D der Öffnungen müssen nicht gleich zueinander sein. Wenn zum Beispiel Öffnungen unterschiedliche Kreisäquivalentdurchmesser D₁, D₂, D₃, deren Längen in der Reihenfolge D₁ > D₂ > D₃ länger sind, besitzen wird die gleiche Wirkung der vorliegenden Erfindung wie vorstehend erreicht werden, wenn nur jede Öffnung Gleichung (1) erfüllt. Eine Vielzahl von Öffnungen mit unterschiedlichen Kreisäquivalentdurchmessern D und jeweils erfüllter Gleichung (1) macht es möglich, eine verbesserte Zuverlässigkeit in der Kontrolle des Gasdrucks in dem Gasgenerator zu erhalten. Selbst wenn infolgedessen die Verbrennungsrate des Gasentwicklers zu einem gewissen Grad schwankt, können die Schwankungen des Gasdrucks in dem Gasgenerator in einer kleinen Toleranz beschränkt werden.
Ferner ist bevorzugt, daß das Verhältnis der Gesamtfläche der Öffnungen zu der Menge des erzeugten Gases nicht größer oder gleich 0,143 [cm²/Liter] in dem Standardzustand (d.h. bei 1 Atmosphäre und bei 273 K) sein sollte, um den Gasdruck daran zu hindern, übermäßig hoch zu werden, wenn der Kreisäquivalentdurchmesser D außerordentlich klein ist. Wenn das vorgenannte Verhältnis kleiner als 0,143 [cm²/Liter] ist, steigt der Gasdruck durch den Widerstand in jeder Öffnung. Dadurch wird die Kontrolle über den Gasdruck mit Hilfe der Berstscheiben weniger wirksam. Dieser Wert von 0,143 [cm²/Liter] wurde auf der Grundlage einer Vielzahl von auf die Nichtazidgasentwickler angewendeten Verbrennungsprüfungen durchgeführt.
Wenn eine Vielzahl von Öffnungen unterschiedliche Kreisäquivalentdurchmesser besitzen und jeweils die Gleichung (1) erfüllen, und wenn das Verhältnis der Gesamtfläche der Öffnungen zu der Menge des erzeugten Gases in dem Standardzustand (d.h. bei 1 Atmosphäre und bei 273 K) größer oder gleich 0,143 [cm²/Liter] ist, wird der Gasruck in dem Gasgenerator nicht über 100 [Bar] aufgebaut und auf einem vorbestimmten Niveau bei jeder Umgebungstemperatur zwischen –40°C und +85°C liegenden Wert gehalten. Infolgedessen kann, selbst wenn die Nichtazidgasentwickler verwendet werden, das Einsetzen einer Zeitverzögerung in das Aufblasen des Prallsacks bei der niedrigen Umgebungstemperatur verhindert sowie der Prallsack und der Gasgenerator am Zerreißen und Bersten bei der hohen Umgebungstemperatur gehindert werden.
Jegliche nichtmetallischen Materialien mit einem Schmelzpunkt höher oder gleich 500°C können als Berstscheiben verwendet werden, wenn nur die Berstscheiben Gleichung (1) erfüllen. Zum Beispiel kann die Berstscheibe aus einem Graphitblatt oder einem wärmebeständigen Polymerblatt aufgebaut sein.
Im Fall einer aus einer Art von einem nichtmetallischen Material hergestellten Berstscheibe wie ein Graphitblatt, kann eine dicke Berstscheibe aufgrund ihrer im Vergleich mit Metallmaterialien niedrigen Bruchfestigkeit verwendet werden, wobei sie dennoch leicht durch eine externe Kraft geborsten werden kann. Um jeden der Vorteile von Metallmaterialien und Nichtmetallmaterialien zu nutzen, kann eine Berstscheibe aus einer Metallscheibe und einer Nichtmetallscheibe bestehen, die aufeinander geschichtet sind. In diesem Fall kann die Dicke der Berstscheibe in der folgenden Art und Weise erhalten werden. Zuerst werden die Dicken der Metallscheibe und der Nichtmetallscheibe jeweils aus Gleichung (1) berechnet. Und die Dicke der Berstscheibe wird mit Hilfe der Zusammenzählung der Dicken der Metallscheibe und der Nichtmetallscheibe erhalten. Dabei ist zu sagen, daß im Fall, daß eine Berstscheibe aus einer Vielzahl von aus verschiedenen Materialien hergestellten Scheiben aufgeschichtet ist, die Zusammenzählungsregeln der Gleichung (1) weiter gelten.
Gemäß der Erfindung, werden die Berstscheiben aus den Nichtmetallmaterialien als Ganzes oder in Teilen hergestellt, wobei die Nichtmetallmaterialien Schmelzpunkte haben, die höher oder gleich 500°C sind. Im Fall der aus Nichtmetallmaterialien mit Schmelzpunkten niedriger als 500°C hergestellten Berstscheiben, werden Festigkeiten der Berstscheiben beeinträchtigt, wenn diese einem Hochtemperaturgas für nur eine kurze Zeit ausgesetzt sind. Infolgedessen, können die gewünschten Festigkeiten gegen das Bersten nicht erreicht werden. Im Gegensatz können in dem Fall, daß die Berstscheiben aus Nichtmetallmaterialien mit einem Schmelzpunkt höher oder gleich 500°C hergestellt sind, die Festigkeiten der Berstscheiben Eingangsfestigkeiten behalten, selbst wenn diese dem Hochtemperaturgas ausgesetzt sind. Demzufolge kann ein Eingangsdruck und eine Eingangstemperatur des Gases im Gasgenerator erhalten werden.
Die Nichtmetallmaterialien, deren Festigkeiten niedriger als die von Metallmaterialien sind, können ausgewählt werden. Demzufolge wird es leicht, den Druck in dem Gasgenerator mit Hilfe der Dicken der Bestscheiben zu kontrollieren. Infolgedessen wird eine ausreichende Verbrennungsrate mit Hilfe einer gesicherten Kontrolle über den Druck im Gasgenerator erhalten. Und der Gasdruck in dem Gasgenerator kann daran gehindert werden, selbst bei der hohen Umgebungstemperatur unverhältnismäßig aufgebaut zu werden. Folglich ist es dem Gehäuse des Gasgenerators gestattet, dünne Wände zu haben, wodurch eine kompakte und leichtgewichtige Anordnung erreicht wird.
Es ist bevorzugt, daß die Berstscheiben aus biegsamen Nichtmetallmaterialien hergestellt werden. Wenn die Berstscheiben aus biegsamen Nichtmetallmaterialien hergestellt werden, fügt sich jede Berstscheibe gut in jede einer Vielzahl von Öffnungen ein, durch welche dem erzeugten Gas der Durchgang gewährt wird, wodurch es leicht ist, diese luftdicht zu halten. In diesem Fall werden die Berstscheiben aufeinanderfolgend geborsten anstatt gleichzeitig. Dies ist der Fall, weil es einen feinen Unterschied in der Biegeschwingung zwischen einer Berstscheibe und einer anderen gibt. Das aufeinanderfolgende Bersten macht es einfach, den Berstdruck auf einen vorbestimmten Wert festzusetzen. Graphit, Keramiken oder wärmebeständige füllerenthaltende Kunststoffe können für die Verwendung als biegsame Nichtmetallmaterialien für die Berstscheiben geeignet sein. Solche Materialien machen es einfach, den Innendruck des Gasgenerators auf einer Intensität unter 100 [Bar] zu halten. Es ist insbesondere leicht, Graphitblätter mit einer feststehenden Dicke, hohem Schmelzpunkt und Biegsamkeit herzustellen.
Die mechanische Festigkeit des Graphits steigt, wenn die Temperatur angehoben wird. Die mechanische Festigkeit von Graphit bei einer Temperatur von 2.500°C ist etwa zwei Mal höher als die bei Raumtemperatur.
Zusätzlich ist der Schmelzpunkt von Graphit höher als 2.500°C. Obgleich Graphit oder andere Formen von Kohlenstoff bei etwa 400°C in einer Sauerstoffatmosphäre zu oxidieren beginnen, dauert die Aussetzung gegenüber einem Hochtemperaturgas nicht lang genug an, um dem Sauerstoff eine nachteilige Wirkung zu gestatten, weil sie in 100 Millisekunden endet. Demzufolge wird ein Graphitblatt oder ein hauptsächlich aus Graphit bestehendes Blatt als Material für die Berstscheibe bevorzugt.
Es ist leicht, eine vorgeschriebene Verbrennungsrate der Gasentwickler gemäß dem mit wie vorstehend beschriebenen Berstscheiben versehenen Gasgenerator zu erhalten. Folglich ist der mit wie vorstehend beschriebenen Berstscheiben versehene Gasgenerator als Gasgenerator zur Anwendung jeder Art von Gasentwickler, speziell zur Anwendung von Nichtazidgasentwicklern geeignet.
Mindestens ein Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus Tetrazolderivaten, Guanidinderivaten, Azodicarbonamidderivaten, Hydrazinderivaten und Triazolderivaten besteht, kann für die Verwendung als Stickstoff enthaltende Verbindung geeignet sein, um die Nichtazidgasentwickler zu bilden.
Spezieller festgelegt können Azodicarmonamid, Guanidin, Triaminoguanidinnitrat, Guanidinnitrat, Guanidincarbonat, Tetrazol, 5-Aminotetrazol, 5,5'-Bi-1H-tetrazol, 5-Oxo-1,2,4-triazol, Hexamethylentetramin, Dicyandiamid, Biuret, Hydrazin, Carbohydrazin, Oxalsäuredihydrazid und Hydrazinchlorid verwendet werden.
Es gibt geeignete Beispiele für Nichtazidgasentwickler, die sich ergebende Verbindungen aus der Reaktion einer Verbindung sind, die mindestens entweder -NH₂ oder -NH- in einer Strukturformel enthält, mit einer organischen Verbindung, die mindestens ein -CHO in einer Strukturformel enthält oder das -CHO in einer Strukturformel bilden kann.
Der durch die Reaktion der organischen Verbindung, die mindestens ein -CHO in der Strukturformel enthält, mit der Verbindung, die mindestens entweder -NH₂ oder -NH- in der Strukturformel enthält, hergestellte Gasentwickler ist für die sichere Handhabung geeignet.
Beispiele für die Verbindung, die mindestens entweder -NH₂ oder -NH- in der Strukturformel enthält, sind Azodicarbonamid, Guanidin, Triaminoguanidinnitrat, Guanidinnitrat, Guanidincarbonat, Tetrazol, 5-Aminotetrazol, 5,5'-Bi-1H-tetrazol, 5-Oxo-1,2,4-triazol, Hexamethylentetramin, Dicyandiamid, Biuret, Hydrazin, Carbohydrazid, Oxalsäuredihydrazid, Hydrazinchlorid, Harnstoff und Melamin. Mindestens eine dieser Verbindungen wird zur Herstellung des Gasentwicklers verwendet.
Beispiele für die organische Verbindung, die mindestens ein -CHO in der Strukturformel enthält, sind Formaldehyd (bekannt als Methanal), Acetaldehyd (bekannt als Ethanal), Propionaldehyd (bekannt als Propanal), n-Butyraldehyd (bekannt als Butanal), n-Valeraldehyd (bekannt als Pentanal), n-Capronaldehyd (bekannt als Hexanal), Acrolein (bekannt als Propenal), Crotonaldehyd und Glyoxal. Mindestens eine dieser organischen Verbindungen wird zur Herstellung des Gasentwicklers verwendet.
Beispiele für die organische Verbindung, die -CHO in der Strukturformel bilden kann, sind Paraformaldehyd HO(CH₂O)_n, Trioxan (CH₂O)₃ und Hexamethylentetramin (CH₂)₆N₄. Mindestens eine dieser organischen Verbindungen wird zur Herstellung des Gasentwicklers verwendet.
Beispiele für das Oxidationsmittel, das mit dem Brennstoff kombiniert wird, der Stickstoff enthaltende Verbindungen außer anorganischen Aziden einschließt, sind Nitrat, Oxohalogenat und Metalloxid.
Beispiele für das Nitrat sind Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Bariumnitrat, Ammoniumnitrat und Strontiumnitrat.
Beispiele für das Oxohalogenat sind Chlorat, Perchlorat, Bromat, Perbromat, Iodat und Periodat.
Beispiele für das Metalloxid sind Mangandioxid, Eisenoxid, Zinkperoxid, Kaliumperoxid, Kaliumpermanganat und Bariumperoxid. Mindestens eines dieser Metalloxide wird zur Herstellung des Gasentwicklers verwendet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vertikaler Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine graphische Darstellung, die zum Verstehen der Entzündungsprüfung nützlich ist.
3 ist ein vertikaler Schnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Ansicht, die eine Biegeschwingung einer Berstscheibe zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung des Gasdrucks, wie in einem Prüfbehälter und einem Gasgenerator gemäß der Erfindung erbracht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Jeder Gasgenerator kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt er enthält Gasentwickler, mindestens eine Öffnung und mindestens eine Berstscheibe, welche jede an einer Seite in Bezug auf jede Öffnung (12; 114) in einer Richtung eines Flusses des erzeugten Gases stromaufwärts angeordnet ist.
Zum Beispiel umfaßt ein in 1 gezeigter Gasgenerator 1 einen Mittelraum, einen Verbrennungsraum 6 um den Mittelraum herum und einen ringförmigen Umgebungsraum um den Verbrennungsraum 6 herum. Ein Anzündinitiator 3 und ein Verstärker 4 sind in dem Mittelraum angeordnet. Der Verbrennungsraum 6 nimmt Gasentwickler 7 und Kühlmittel 8 und der Umgebungsraum Filter 10 auf. Wenn der Anzündinitiator 3 zündet, wird der Verstärker 4 in Brand gesetzt und in ein Hochtemperaturgas umgewandelt, das durch Blenden 5 in den Verbrennungsraum 6 zugeführt wird. Dann werden die Gasentwickler 7 in dem Verbrennungsraum 6 gezündet und erzeugen ein Gas. Und das Gas wird durch die Kühlmittel 8 gekühlt, der Durchgang durch Innenöffnungen 9 und die Filter 10 zur Entfernung von Schlacke gewährt und durch Außenöffnungen 12 des Umgebungsraums abgeführt.
Jede Berstscheibe 11 stößt gegen die inwendige Wandfläche des Gasgenerators 1 am inneren Ende jeder Außenöffnung 12. In anderen Worten ist jede Berstscheibe auf einer Seite in Bezug auf jede Öffnung in einer Richtung eines Flusses des erzeugten Gases stromaufwärts angeordnet. Im Fall, daß die Berstscheiben 11 an die Gasauslässe wie die Außenöffnungen 12 des Umgebungsraums angelegt sind, kann die Anordnung einen Einfluß einer heftigen durch die Verbrennung der Gasentwickler entwickelten Wärme, die auf die Berstscheiben wirkt, vermeiden.
Als eine Alternative, den Kühlmitteln 8 die Belegung des Verbrennungsraums 6 zu gewähren, können die Kühlmittel 8 in dem Umgebungsraum mit dem Filter 10 angeordnet und ein die Gasentwickler 7 begleitender Becher kann in den Verbrennungsraum 6 gebracht werden, um die Innenöffnungen abzudecken, so daß der Becher als eine Art Berstscheibenzusatz zu den zuvor genannten Berstscheiben 11 dienen kann. In diesem Fall sollten, unter Bezug auf den Wert des Parameters B in Gleichung (1) zur Verwendung bei der Bestimmung der Dicke der Berstscheibe, die Werte des Parameters B relativ zu den sich auf einer Seite der Innenöffnungen 9 befindenden Berstscheiben kleiner als einer der Parameter B relativ zu den sich auf einer Seite der Außenöffnungen 12 befindenden Berstscheiben 11 sein. Wodurch die sich auf der Seite der Außenöffnungen 12 befindenden Berstscheiben 11 später bersten als die sich auf der Seite der Innenöffnungen 9 befindenden Berstscheiben. Infolgedessen kann der Gasdruck in dem Verbrennungsraum 6 zuverlässiger auf einem vorbestimmten Niveau aufrechterhalten werden. Der Gasgenerator 1 kann mit den Berstscheiben nur auf der Seite der Innenöffnungen 9 ausgestattet sein.
Die Ausstattung des Gasgenerators 1 mit den Kühlmitteln 8 oder den Filtern 10 kann die Gasentwickler 7 verwenden oder nicht von ihnen abhängig sein. Eine Veränderung unter Bezug auf die Anordnung jedes Platzes in dem Gehäuse 2 des Gasgenerators 1 hängt vom höchsten Gasdruck ab. Wenn zum Beispiel, wie oben beschrieben, der höchste Gasdruck niedriger als 100 [Bar] ist, muß die Festigkeit des Gehäuses 2 gegen Druck nicht so hoch sein wie zur Herstellung des Gehäuses 2. Demgemäß muß der Platz in dem Gehäuse 2 des Gasgenerators 1 nicht geteilt werden.
Die folgenden bestimmten Beispiele werden zur Darstellung der Erfindung dienen.
[BEISPIEL 1]
Der in 1 gezeigte Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 360 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Graphitblätter als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde aus 9,4 g 5-Aminotetrazol (5-ATZ) und 15,7 g Kaliumnitrat (KNO₃) mit einem Formpreßschritt hergestellt und besaß 7 [mm] Durchmesser und 5 [mm] Höhe. Jede Außenöffnung hatte 1,5 [mm] Durchmesser. Das Graphitblatt besaß eine Dicke von 0,38 [mm] und eine Bruchfestigkeit A von 55 [kgf/cm²] (Im folgenden ist der folgende Ausdruck gültig: 1 bar = 1,02 kgf/cm²).
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen und kennzeichnende Kurven wie in 2 gezeigt erhalten, in denen sich t₁ auf die zum Hervorrufen des Zündungseintritts benötigte Zeit, Pmax auf den höchsten in dem Prüftank erreichten Druck und t-Pmax auf die zum Erreichen des höchsten Druckes Pmax benötigte Zeit bezieht.
Gemäß dieses Beispiels 1 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 6,5 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 60,4 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 235,2 [kPa]. Dies waren zufriedenstellende Ergebnisse.
Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 58 [Bar]. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet, und es wurde für den Wert von B festgestellt, daß er in eine Nähe eines Mittelwertes eines Bereichs zwischen 8 und 40 fiel.
Bei hohen und niedrigen Umgebungstemperaturen erhaltene kennzeichnende Werte von +85°C und –40°C werden in Tabelle 1 wiedergegeben. Bei diesen Umgebungstemperaturen wurden die Gasentwickler in einer stabilisierten Bedingung verbrannt. Der Unterschied bezüglich der höchsten Innendrücke des Gasgenerators zwischen den Umgebungstemperaturen +85°C und –40°C betrug 9 [Bar].
Tabelle 1
[BEISPIEL 2]
Der in 1 gezeigte Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 90 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Graphitblätter als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Jede Außenöffnung hatte 3,0 [mm] Durchmesser. Da Graphitblatt besaß eine Dicke von 0,76 [mm] und eine Bruchfestigkeit A von 55 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Beispiels 2 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 4,6 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 76,4 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 260,7 [kPa]. Dies waren zufriedenstellende Ergebnisse.
Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 61 [Bar]. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet, und es wurde für den Wert von B festgestellt, daß er in eine Nähe eines Mittelwertes eines Bereichs zwischen 8 und 40 fiel.
Bei hohen und niedrigen Umgebungstemperaturen erhaltene kennzeichnende Werte von +85°C und –40°C werden in Tabelle 2 wiedergegeben. Bei diesen Umgebungstemperaturen wurden die Gasentwickler in einer stabilisierten Bedingung verbrannt. Der Unterschied bezüglich der höchsten Innendrücke des Gasgenerators zwischen den Umgebungstemperaturen +85°C und –40°C betrug 10 [ Bar].
Tabelle 2
[BEZUGSBEISPIEL 3]
Der in 1 gezeigte Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 20 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Aluminiumfolien als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Jede Außenöffnung hatte 5,0 [mm] Durchmesser. Die Aluminiumfolie besaß eine Dicke von 50 [μm] und eine Bruchfestigkeit A von 900 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Beispiels 3 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 3,6 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 51,2 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 317,5 [kPa]. Dies waren zufriedenstellende Ergebnisse.
Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 90,5 [Bar]. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet, und es wurde für den Wert von B festgestellt, daß er in eine Nähe eines Mittelwertes eines Bereichs zwischen 8 und 40 fiel.
Bei hohen und niedrigen Umgebungstemperaturen erhaltene kennzeichnende Werte von +85°C und –40°C werden in Tabelle 3 wiedergegeben. Bei diesen Umgebungstemperaturen wurden die Gasentwickler in einer stabilisierten Bedingung verbrannt. Der Unterschied bezüglich der höchsten Innendrücke des Gasgenerators zwischen den Umgebungstemperaturen +85°C und –40°C betrug 13,4 [Bar].
Tabelle 3
[BEZUGSBEISPIEL 4]
Der in 1 gezeigte Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 8 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Aluminiumfolien als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Zwei Außenöffnungen hatten 9,0 [mm], drei Außenöffnungen hatten 6,0 [mm] und drei Außenöffnungen hatten 4,5 [mm] Durchmesser. Die Aluminiumfolie besaß eine Dicke von 100 [μm] und eine Bruchfestigkeit A von 900 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Beispiels 4 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 4,3 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 49,8 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 289,5 [kPa]. Dies waren zufriedenstellende Ergebnisse.
Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 63,3 [Bar]. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet, und es wurde für den Wert von B festgestellt, daß er in eine Nähe eines Mittelwertes eines Bereichs zwischen 8 und 40 fiel.
Bei hohen und niedrigen Umgebungstemperaturen erhaltene kennzeichnende Werte von 85°C und –40°C werden in Tabelle 4 wiedergegeben. Bei diesen Umgebungstemperaturen wurden die Gasentwickler in einer stabilisierten Bedingung verbrannt. Der Unterschied bezüglich der höchsten Innendrücke des Gasgenerators zwischen den Umgebungstemperaturen +85°C und –40°C betrug 13,7 [Bar].
Tabelle 3
[BEZUGSBEISPIEL 5]
Der in 1 gezeigte Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 12 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und rostfreie Stahlfolie als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Jede Außenöffnung hatte 7,0 [mm] Durchmesser. Die rostfreie Stahlfolie besaß eine Dicke von 46 [μm] und eine Bruchfestigkeit A von 5500 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Beispiels 5 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 5,5 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 48,3 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 280,3 [kPa]. Dies waren zufriedenstellende Ergebnisse.
Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 63,3 [Bar]. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet, und es wurde für den Wert von B festgestellt, daß er in eine Nähe eines Mittelwertes eines Bereichs zwischen 8 und 40 fiel und nahezu 40 war.
Bei hohen und niedrigen Umgebungstemperaturen erhaltene kennzeichnende Werte von +85°C und –40°C werden in Tabelle 5 wiedergegeben. Bei diesen Umgebungstemperaturen wurden die Gasentwickler in einer stabilisierten Bedingung verbrannt. Der Unterschied bezüglich der höchsten Innendrücke des Gasgenerators zwischen den Umgebungstemperaturen +85°C und –40°C betrug 10,7 [Bar].
Tabelle 5
Vergleichsbeispiele werden von hier an beschrieben, die die Vergleichsbeispiele zum Vergleich mit den vorgenannten Beispielen der vorliegenden Erfindung sind.
[VERGLEICHSBEISPIEL 1]
Ein Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 150 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Graphitblätter als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde aus 9,4 g 5-Aminotetrazol (5-ATZ) und 15,7 g Kaliumnitrat (KNO₃) mit einem Formpreßschritt hergestellt und besaß 7 [mm] Durchmesser und 5 [mm] Höhe, welche in einer Art und Weise ähnlich der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt wurden. Jede Außenöffnung hatte 3 [mm] Durchmesser. Das Graphitblatt besaß eine Dicke von 0,38 [mm] und eine Bruchfestigkeit A von 55 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Vergleichsbeispiels 1 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 5,8 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 3,0 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 72,53 [kPa]. Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 15 [Bar]. Dies zeigte eine niedrige Verbrennungsrate und einen Ausfall des Aufbaus eines Gasdrucks in dem Gasgenerator an. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet und kleiner als 8 festgestellt.
[VERGLEICHSBEISPIEL 2]
Ein Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 150 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Graphitblätter als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Jede Außenöffnung hatte 2,4 [mm] Durchmesser. Das Graphitblatt besaß eine Dicke von 1,76 [mm] und eine Bruchfestigkeit A von 55 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Vergleichsbeispiels 2 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 4,2 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 18,0 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 360,6 [kPa]. Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 269 [Bar]. Dies zeigte, daß die Verbrennungsrate und der Druck in diesem Gasgenerator so hoch waren, daß dieser Gasgenerator eine mögliche Gefahr darstellte. Demgemäß konnte dieser Gasgenerator nicht als sicherer Gasgenerator angewendet werden. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet und als den Wert 40 übersteigend festgestellt.
[VERGLEICHSBEISPIEL 3]
Ein Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 40 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und Aluminiumfolien als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Jede Außenöffnung hatte 3,0 [mm] Durchmesser. Die Aluminiumfolie besaß eine Dicke von 136 [μm] und eine Bruchfestigkeit A von 980 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Vergleichsbeispiels 3 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 6,4 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 19,0 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 420,3 [kPa]. Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 281 [Bar]. Dies zeigte, daß die Verbrennungsrate und der Druck in diesem Gasgenerator so hoch waren, daß dieser Gasgenerator eine mögliche Gefahr darstellte. Demgemäß konnte dieser Gasgenerator nicht als sicherer Gasgenerator angewendet werden. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet und als den Wert 40 übersteigend festgestellt.
[VERGLEICHSBEISPIEL 4]
Ein Gasgenerator enthielt 25,1 g Gasentwicklertabletten, 30 Außenöffnungen (d.h. Streukörper) und rostfreie Stahlfolien als Berstscheiben.
Die Gasentwicklertablette wurde in einer Art und Weise ähnlich zu der in Beispiel 1 verwendeten Tablette hergestellt. Jede Außenöffnung hatte 6,0 [mm] Durchmesser. Die rostfreie Stahlfolie besaß eine Dicke von 46 [μm] und eine Bruchfestigkeit A von 5500 [kgf/cm²].
Der Gasgenerator wurde bei einer Raumtemperatur von 25°C einer 60 Liter Behälterprüfung unterzogen.
Gemäß dieses Vergleichsbeispiels 4 bezüglich der 60 Liter Tankprüfung, war die Zeit t₁ 6,1 Millisekunden, die Zeit t-Pmax 29,2 Millisekunden und der höchste Druck Pmax 370,5 [kPa]. Ferner lag der höchste Druck in dem Gasgenerator bei 195,8 [Bar]. Dies zeigte, daß die Verbrennungsrate und der Druck in diesem Gasgenerator so hoch waren, daß dieser Gasgenerator eine mögliche Gefahr darstellte. Demgemäß konnte dieser Gasgenerator nicht als sicherer Gasgenerator angewendet werden. Der Wert von B [kgf/cm²] wurde aus der abgewandelten Gleichung (1) wie folgt berechnet und als den Wert 40 übersteigend festgestellt.
Nun wird Bezug auf einen in 3 gezeigten Gasgenerator 101 genommen.
Das zylindrische Gehäuse 102 dieses Gasgenerators besteht aus einem ersten Element 103 und einem zweiten Element 104, das mit Hilfe von Schrauben 106 an dem ersten Element 103 befestigt ist, um eine einzelne Abteilung darin abzugrenzen. Das zweite Element 104 besitzt in der Mitte ein Halteteil 116 zur Aufnahme eines Anzündinitiator 108 darin. Der Anzündinitiator 108 wird in dem Halteteil 116 durch ein abdichtendes Teil 107 gehalten. Ein mit Öffnungen 109 versehenes Aluminiumrohr 110 mit größerem Durchmesser wird so angeordnet, daß es das Halteteil 116 mit Zündmitteln 111 darin umgibt. Das Aluminiumrohr 110 und die Zündmittel haben einen Bezug zu dem Grundelement 112a eines Drahtnetzes 112. Das Drahtnetz 112 ist in dem Gasgenerator durch das Grundelement 112a und ein zylindrisches Seitenelement 112b festgelegt. Tabletten 113 werden in den Platz auf der Innenseite des zylindrischen Seitenelements 112b gefüllt. Eine offene Oberseite des ersten Elements 103 ist mit dem zweiten Element 104 bedeckt.
Die zylindrische Seitenwand 103a des ersten Elements 103 besitzt mindestens 40 Öffnungen 114, durch die ein Gas ausgestoßen wird. Ein Graphitblatt 115 als Berstscheiben für die Öffnungen 114 haftet auf der inneren Oberfläche der zylindrischen Seitenwand 103a. Die Öffnungen 114 sind in der in 3 gezeigten Ausführungsform kreisförmig. Sie können jedoch elliptisch oder quadratisch sein.
Nun soll eine Nutzung des Gasgenerators 101 beschrieben werden. Ein in dem Anzündinitiator enthaltener Explosivstoff wird in Brand gesteckt, wenn ein Strom durch Bleianschlußstift 108a und dann einen in dem Anzündinitiator 108 eingegliederten Brückendraht (nicht gezeigt) fließt. Ein Ende des Anzündinitiator 108 wird geborsten und ein Hochtemperatur- und Hochdruckgas wird ausgestoßen. Das Hochtemperatur- und Hochdruckgas zündet die Zündmittel 111 in einem Zündbecher und wandelt sie in ein Hochtemperaturgas um. Das Hochtemperaturgas verbrennt die Tabletten 113 des Gasentwicklers. Der hohe Innendruck des zylindrischen Gehäuses 102 wird durch ein durch die Verbrennung der Tabletten 113 erzeugtes Gas aufgebaut. Das Graphitblatt 115 widersteht durch seine eigene Wärmebeständigkeit und hält den Innendruck des zylindrischen Gehäuses 102 bis zu einem vorgeschriebenen Druck hoch. Ein Problem, bei dem die Verbrennungsrate der Gasentwickler langsam ist und der benötigte Druck nicht erreicht werden kann, wird daher vermieden, selbst wenn die Tabletten 113 aus einem Gasentwickler ohne Natriumazid hergestellt ist. Wenn der Innendruck des zylindrischen Gehäuses 102 bis zu dem vorgeschriebenen Druck aufgebaut ist, fangen einige Teile der die Öffnungen 114 abdeckenden Graphitblätter 115 an einigen Öffnungen an zu bersten. Das Gas wird durch die Öffnungen 114 ausgestoßen. Zu dieser Zeit hängt die Zahl der durch Bersten des Graphitblatts 115 geöffneten Öffnungen 114 von einem Wert des erreichten Gasdrucks ab. Demgemäß wird, wenn der hohe Gasdruck erreicht ist, eine größere Zahl von Öffnungen 114 zur Aufrechterhaltung des Gasdrucks auf der vorbestimmten Höhe geöffnet.
Im Fall des in 3 gezeigten Gasgenerators sind die Berstscheiben auf der inneren Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 102 an dem inneren Ende der Öffnungen 114 angeordnet. In anderen Worten ist es für jede Berstscheibe bevorzugt, auf einer Seite in Bezug auf jede Öffnung in einer Richtung eines Flusses des erzeugten Gases stromaufwärts angeordnet zu sein. Und es ist für die Berstscheiben bevorzugt, auf den Öffnungen des zylindrischen Gehäuses 102 zum Ausstoßen des Gases vom Gasgenerators zur Außenseite angeordnet zu sein. Im Fall jedoch, daß ein zylindrischer Teilbereich mit Öffnungen in dem zylindrischen Gehäuse 102 angelegt ist, um die einzelne Abteilung darin in Innenseiten- und Außenseitenteile zu teilen, können die Berstscheiben auf den Öffnungen des zylindrischen Teilbereichs angeordnet sein. Und ebenso können die Berstscheiben auf Öffnungen sowohl des zylindrischen Gehäuses 102 als auch des zylindrischen Teilbereichs angeordnet sein. Die Durchmesser von all den Öffnungen müssen zueinander nicht gleich sein. Eine Vielzahl von Öffnungen kann unterschiedliche Durchmesser haben. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Öffnungen drei Arten von Durchmessern haben und jeweils mit Berstscheiben aus Graphitblättern versehen sein. In diesem Fall ist es möglich, eine verbesserte Zuverlässigkeit bei der Kontrolle des Gasdrucks in dem Gasgenerator zu erhalten. Ferner können die Berstscheiben aus einer Vielzahl von Schichten bestehen. Zum Beispiel können die Berstscheiben aus einer Innenschicht aus einen Graphitblatt und einer Außenschicht aus Aluminiumfolie ausgebaut sein.
Nun wird Bezug auf die Ergebnisse eines zur Auswertung der Wirkung des in dem in 3 gezeigten Gasgenerators aufgebauten Drucks durchgeführten Versuchs genommen.
An erster Stelle wird sich die Beschreibung auf die Bedingung der aus Graphitblättern wie beobachtet hergestellten Berstscheiben nach dem Bersten konzentrieren. Der Gasgenerator wie in 3 gezeigt wurde einer Prüfung unterzogen. 320 Öffnungen 114 mit einem Durchmesser von jeweils 1,5 [mm] wurden mit einem Staffelungswinkel von 60° und einem Abstand von 3 [mm] angeordnet. Graphitblätter mit einer Dicke von jeweils 0,38 [mm] und einer Bruchfestigkeit von jeweils 55 [kgf/cm²] (vertrieben von Nippon Valqua Industries, Ltd. unter dem Handelsnamen CARBON SHEET VF30) wurden als Berstscheiben 115 verwendet. Eine Mischung von Azocarbonamid (ADCA)/KNO₃/KClO₃/Si-Gummi (als Binder) wurden granuliert und eine Korngröße von 1,5 [mm] zur Verwendung als Gasentwickler gewährt, die eine hohe Rate der Vergasung und eine kleine Menge Rückstand boten. Folglich war es für den Gasgenerator nicht notwendig, ihn mit Filtern zum Entfernen des Rückstands zu versehen. Der Versuch wurde bei normaler Temperatur durchgeführt.
Eine Veränderung des Öffnungsverhältnisses abhängig von der Menge des Gasentwicklers, die von 20 g bis 25 g reicht, wurde in Tabelle 6 gegeben. Das Öffnungsverhältnis war das Verhältnis der Zahl der offenen Öffnungen zur Gesamtzahl der Öffnungen. Dabei bedeuten die offenen Öffnungen die Öffnungen, an denen die Berstscheiben geborsten waren. Erhöhung einer Menge des Gasentwicklers bedeutet Erhöhung einer Menge eines erzeugten Gases, in anderen Worten wird der Gasdruck höher. Die Zahl der offenen Öffnungen stieg an, wenn die Menge des Gasentwicklers erhöht wurde. Daher vergrößerte sich die Öffnungsfläche, wenn der Gasdruck erhöht wurde. Dabei bedeutet die Öffnungsfläche die Gesamtfläche der offenen Öffnungen.
Bei den Berstscheiben, die nicht geborsten waren, wurde an den Öffnungen eine Ausbuchtung nach außen festgestellt.
Das bedeutet, daß die biegsame Berstscheibe 115 nach dem Ausbuchten nach außen an der Öffnung 114 birst, wie durch eine Strichdoppelpunktlinie in 4 angezeigt wird, wenn der Radius D/2 der Öffnung 114 und die Dicke t der Berstscheibe 115 auf der Basis ihrer Bruchfestigkeit genau wie in 4 gezeigt ausgewählt werden.
Tabelle 6
Anmerkungen:

(1) Der hierin verwendete Ausdruck „Öffnungsverhältnis" bedeutete „das Verhältnis der Öffnungen, an denen die Berstscheiben geborsten waren, zur Gesamtzahl der Öffnungen (d.h. 320)".
(2) Der hierin verwendete Ausdruck „Öffnungsfläche" bedeutete „die Fläche der Öffnungen, an denen die Berstscheiben geborsten waren". Im Übrigen ist die Fläche einer Öffnung (0,075)² × 3,14 [cm²].

5 zeigt Kennzeichen einer 60 Liter Behälterprüfung der vorliegenden Erfindung. In 5 stellt die durchgehende Kurve dar, wie sich die Gasdruck [Bar] in dem Gasgenerator mit der Zeit verändert, während die strichgepunktete Kurve darstellt, wie sich der Druck [Pa] in dem in der 60 Liter Behälterprüfung verwendeten Behälter mit der Zeit verändert. Der Gasdruck in dem Gasgenerator erreicht einen Höchstwert an einem Punkt a und erhält etwa 50 [Bar] während des Ablaufs einer vorgeschriebenen Zeitspanne aufrecht und folgt dann einer schrittweisen Druckverringerung. Wenn der Gasdruck in dem Gasgenerator auf einem niedrigen Niveau des Gasdrucks von etwa 50 [Bar] aufrechterhalten wird, muß das Gehäuse des Gasgenerators nicht hochgradig druckbeständig sein. Infolgedessen wird eine Verringerung des Gewichts erreicht und der benötigte Platz verkleinert.
Wenn ferner der Gasdruck in dem Gasgenerator auf einem niedrigen Niveau von etwa 50 [Bar] während des Ablaufs einer vorgeschriebenen Zeitspanne aufrechterhalten wird, und selbst wenn Gasentwickler verwendet werden, die einen hohen Druckexponenten besitzen und von denen die Verbrennungsrate hoch wird, wenn der Druck hoch wird, kann die Verbrennungsrate daran gehindert werden, hoch zu werden und eine gleichmäßige Verbrennung kann erreicht werden. Folglich gestattet der Gasgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung den Gasentwicklern mit einer hohen Rate der Vergasung angewendet zu werden, selbst wenn die Gasentwickler einen hohen Druckexponenten besitzen. Und dann wird eine Verkleinerung des Gewichts erreicht und der Platzbedarf durch die Verwendung der Gasentwickler mit hoher Rate der Vergasung weiter verringert.
BEREICH DER INDUSTRIELLEN NUTZUNG
Selbst wenn Gasentwickler die Gasentwickler wie Nichtazidgasentwickler sind, die eine durch die Änderung in der Umgebungstemperatur außerordentlich beeinflußte Verbrennungsrate besitzen, kann der Gasgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung die Gasentwickler unter stabilisierter Bedingung und bei einer gefahrlosen Verbrennungsrate verbrennen.
Ein Gasgenerator, in dem selbst Gasentwickler, welche kein Azid enthalten und folglich eine durch eine Änderung der Umgebungstemperatur stark beeinflußte Verbrennungsrate ausweisen, in einer stabilisierten Bedingung und bei einer risikolosen Verbrennungsrate verbrannt werden können.
Der Gasgenerator wiest Öffnungen auf, durch welche einem Gas der Durchgang gewährt wird, das von Gasentwicklern erzeugt wurde, die in dem Gasgenerator untergebracht sind. Der Gasgenerator weist ferner Berstscheiben auf, welche an die inneren Wandflächen des Gasgenerator angelegt sind, um die Öffnungen abzudecken. Jede Dicke t [cm] der Berstscheiben und jeder Äquivalentdurchmesser D [cm] der Öffnungen werden durch die folgende Gleichung (1) gegeben: t = (B × D)/A (1)worin

B: = Parameter unter der Annahme eines von 8 bis 40 reichenden Wertes, und
A: = Bruchfestigkeit der Berstscheibe [kgf/cm²] ist.

Die Berstscheiben sind als ganzes oder in einem Teil aus nichtmetallischen Materialien hergestellt. Die nichtmetallischen Materialien weisen Schmelzpunkte auf, welche höher oder gleich 500°C sind.

Claims

Gasgenerator, welcher umfaßt: Öffnungen (12; 114), durch welche ein Gas fließen kann, das von in dem Gasgenerator untergebrachten Gaserzeugern (7; 113) erzeugt wird, und Berstscheiben (11; 115), welche so gegen die inneren Wandflächen des Gasgenerators (1; 101) stoßen, daß sie die Öffnungen (12; 114) abdecken, und jede von diesen in Bezug auf jede Öffnung (12; 114) in einer Richtung eines Flusses des erzeugten Gases stromaufwärts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheiben (11; 115) ganz oder teilweise aus nichtmetallischen Materialien hergestellt sind, und die nichtmetallischen Materialien Schmelzpunkte aufweisen, welche höher als oder gleich 500°C sind; wobei jede Dicke t [cm] der Berstscheiben (11; 115) und der Kreisäquivalentdurchmesser D [cm] der Öffnungen (12; 114) durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist:
wobei B ein Parameter ist, der einen Wert von 8 bis 40 annimmt, und A die Zugfestigkeit der Berstscheibe (11; 115) [bar] (1,02 kgf/cm²) ist.
Der Gasgenerator nach Anspruch 1, wobei der Gasgenerator (1; 101) eine Vielzahl von Öffnungen (12; 114) und eine Vielzahl von Berstscheiben (11; 115) aufweist, und die Vielzahl der Berstscheiben (11; 115) nacheinander gemäß eines inneren Druckes in den Gasgenerator (1; 101) bersten.
Der Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die nichtmetallischen Materialien flexibel sind.
Der Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die nichtmetallischen Materialien Graphitblätter oder hauptsächlich aus Graphit bestehende Blätter sind.
Der Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der maximale innere Druck in dem Gasgenerator (1; 101) niedriger als 100 [bar] ist.