EP0665201B1 - Gaserzeugende Mischung - Google Patents
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Classifications
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- C06D5/06—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
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- C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
- C06B23/007—Ballistic modifiers, burning rate catalysts, burning rate depressing agents, e.g. for gas generating
Definitions
- the invention relates to a gas-generating mixture of a fuel, an oxidizer and a catalyst.
- Gas-generating mixtures of the aforementioned type - also called gas generator sets - are characterized in that they enable a high gas yield (> 14 mol / kg) during combustion. They are used for rocket and barrel weapon drives as well as for inflatable restraint (airbag) and rescue systems. In the civil sector in particular, thermal-mechanical insensitivity and non-toxicity of the starting mixtures, but also a lack of toxicity in the resulting gases are required. Many systems in use do not meet these requirements, or meet them only very inadequately.
- the invention has for its object to lower the combustion temperature and increase the rate of combustion in a mixture of the structure mentioned in the introduction.
- the oxidizer provided according to the invention results in cold and rapid combustion.
- the maximum pressure is reached within milliseconds, with the gas temperature remaining below harmful limits.
- Hitherto necessary slag formers, which in known systems for binding pollutants, e.g. Alkali oxides, required, can be omitted in the mixture according to the invention, so that a higher gas yield can be achieved.
- the catalyst which is also used according to the invention is primarily used to reduce harmful gas (CO and NO), the term "catalyst" in the broader sense here denoting an active reaction component which can be implemented itself and has a reaction-guiding and / or reaction-accelerating effect.
- these oxides act as oxygen donors.
- the catalytic effect in the conversion of harmful gases CO + 1/2 O 2nd ⁇ CO 2nd can be determined by the particle size distribution or the average particle size of the oxides below 25 ⁇ m should affect.
- the metal oxide catalyst but also the oxidizer are thermally and mechanically stable and especially not hygroscopic.
- Oxides or mixed oxides of the transition metals are particularly suitable as catalysts, but preferably V 2 O 5 / MoO 3 mixed oxides are used which contain portions of the thermally unstable phase V 2 O 4 , which can be prepared by partial reduction of V 2 O 5 . Further oxides, for example TiO 2 , can be used as promoters.
- N-rich and C-poor fuels include the well-known fuels TAGN (triaminoguanidine nitrate), NIGU (nitroguanidine), NTO (3-nitro-1,2,3-triazol-5-one) and the particularly high nitrogen content of the GZT (diguanidinium 5,5'- azotetrezolate) (DE 4 108 225).
- TAGN, NIGU, NTO, but in particular GZT are preferably used in the mixture according to the invention when used for rescue and restraint systems.
- a preferred mixture consists of GZT and Cu (NO 3 ) 2 * 3Cu (OH) 2 with a balanced oxygen balance and up to 30% by mass of the catalyst.
- the mixture can contain Fe 2 O 3 as the coolant, the oxidative properties of which can additionally be used in the reaction mixture (DE 41 33 655, EP 0 536 525).
- the combustion temperature can be determined very precisely by thermodynamic calculation. It is 2122 K. With the same GZT fuel and a balanced oxygen balance, other oxidizers deliver higher combustion temperatures. For example, they are - 2501 K for KNO 3 , 2850 K for NH 4 NO 3 and 3248 K for K Cl O 3 .
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Description
- Die Erfindung betrifft eine gaserzeugende Mischung aus einem Brennstoff, einem Oxidator und einem Katalysator.
- Gaserzeugende Mischungen der vorgenannten Art - auch Gasgeneratorsätze genannt - zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei Verbrennung eine hohe Gasausbeute (> 14 mol/kg) ermöglichen. Sie werden für Raketen- und Rohrwaffenantriebe sowie für aufblasbare Rückhalte- (Airbag) und Rettungssysteme verwendet. Besonders im zivilen Bereich werden thermisch-mechanische Unempfindlichkeit und Ungiftigkeit der Ausgangsmischungen, aber auch fehlende Toxizität bei den entstehenden Gasen gefordert. Viele im Einsatz befindlichen Systeme erfüllen diese Forderungen nicht oder nur sehr unzulänglich.
- Die Reaktion dieser Brennstoffe mit den bisher eingesetzten Katalysatoren und Oxidatoren zeigen eine unbefriedigende Gaszusammensetzung und/oder ein ungenügendes Abbrandverhalten. Hinzu kommt, daß viele Reaktionsmischungen eine so hohe Verbrennungstemperatur besitzen, daß - bei Airbag-Anwendungen - die thermisch empfindlichen Sackmaterialien geschädigt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Mischung des eingangs genannten Aufbaus, die Verbrennungstemperatur abzusenken und die Abbrandgeschwindigkeit zu erhöhen.
- Diese an sich konträren Anforderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß der Oxidator Cu(NO3)2 *3Cu(OH)2 und der Katalysator aus einen Metalloxid besteht.
- Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Oxidator ergibt sich eine kalte und schnelle Verbrennung. Der Maximaldruck wird innerhalb Millisekunden erreicht, wobei die Gastemperatur unterhalb schädlicher Grenzen bleibt. Bisher notwendige Schlackenbildner, die bei bekannten Systemen zur Bindung von Schadstoffen, z.B. Alkalioxiden, benötigt werden, können bei der erfindungsgemäßen Mischung entfallen, so daß eine höhere Gasausbeute erzielbar ist.
- Der weiterhin erfindungsgemäß eingesetzte Katalysator dient vornehmlich der Schadgasreduzierung (CO und NO), wobei hier der Begriff "Katalysator" im erweiterten Sinn einen aktiven Reaktionsbestandteil bezeichnet, der selbst umgesetzt werden kann und reaktionslenkend und/oder reaktionsbeschleunigend wirkt. In einer durch die thermische Stabilität der Metalloxide bestimmten Phase der Reaktion wirken diese Oxide als Sauerstoff-Donatoren. Die katalytische Wirkung in der Schadgaskonvertierung
- Besonders geeignet als Katalysator sind Oxide oder Mischoxide der Übergangsmetalle, vorzugsweise aber werden V2O5/MoO3-Mischoxide eingesetzt, die Anteile der thermisch instabilen Phase V2O4 enthalten, die durch Teilreduktion von V2O5 darstellbar ist. Weitere Oxide, z.B. TiO2, können als Promotoren eingesetzt werden.
- Bei insbesondere zivilen Anwendungen werden ungiftige Ausgangsverbindungen und ungiftige Reaktionsprodukte gefordert. Diese Forderungen werden von N-reichen und C-armen Brennstoffen erfüllt. Hierzu zählen die bekannten Brennstoffe TAGN (triaminoguanidinnitrat), NIGU (Nitroguanidin), NTO (3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on) und das sich durch besonders hohen Stickstoffgehalt auszeichnende GZT (Diguanidinium-5,5'-azotetrezolat) (DE 4 108 225). Es werden deshalb im Rahmen der erfindungsgemäßen Mischung bei Verwendung für Rettungs- und Rückhaltsysteme vorzugsweise TAGN, NIGU, NTO, insbesondere aber GZT eingesetzt.
- Eine bevorzugte Mischung besteht aus GZT und Cu(NO3)2*3Cu(OH)2 mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz und bis zu 30 Mass.-% des Katalysators.
- Die Mischung kann als Kühlmittel Fe2O3 enthalten, dessen oxidative Eigenschaften in der Reaktionsmischung zusätzlich genutzt werden können (DE 41 33 655, EP 0 536 525).
- Es wird eine Mischung bestehend aus GZT, einem Mischoxid aus V2O5 und MoO3 mit der Summenformel
V6Mo15O60 als Katalysator und
Cu(NO3)2*3Cu(OH)2 als Oxidator im Verhältnis 24,64 : 15,07 : 60,29 Mass.-% hergestellt. Diese Formulierung wird bezüglich ihres Anzünd- und Verbrennungsverhaltens experimentell in der ballistischen Bombe untersucht. Dabei wird ein Druckverlaufsdiagramm gemäß Anlage erhalten. Das Diagramm zeigt, daß die Mischung gute Anzünd- und Verbrennungseigenschaften besitzt. Bei einer Ladedichte von 0,1 g/cm3 liegt der maximale Druck im Bereich von 310 bar (31MPa), der nach etwa 28 ms erreicht wird (t(pmax) = 28 ms). Die Druckanstiegszeit zwischen 30 bis 80 % des Maximaldrucks beträgt t30-80 = 5,52 ms. - Die Verbrennungstemperatur läßt sich sehr exakt durch thermodynamische Berechnung ermitteln. Sie liegt bei 2122 K. Bei gleichem Brennstoff GZT und ausgeglichener Sauerstoffbilanz liefern andere Oxidatoren höhere Verbrennungs temperaturen. Beispielsweise liegen sie bei KNO3 bei - 2501 K, bei NH4 NO3 bei 2850 K und bei K Cl O3 bei 3248 K.
Claims (12)
- Gaserzeugende Mischung aus einem Brennstoff, einem Oxidator und einem Katalysator,
dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidator Cu(NO3)2*3Cu(OH)2 und der Katalysator ein Metalloxid ist. - Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine Metalloxidmischung ist.
- Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Metallmischoxid ist.
- Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Gemisch aus Übergangsmetalloxiden ist.
- Mischung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Übergangsmetallmischoxid ist.
- Mischung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus V2O5/MoO3-Mischoxiden besteht.
- Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator Anteile der thermodynamisch instabilen V2O4-Phase enthält.
- Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zusätzlich TiO2 enthält.
- Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine mittlere Korngröße < 25 µm aufweist.
- Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff TAGN (Triaminoguanidinnitrat), NIGU (Nitroguanidin), NTO (3-Nitro-1,-2,3-triazol-5-on) oder GZT (Diguanidinium -5,5'-azotetrazolat) dient.
- Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bestehend aus einem Gemisch von GZT, Cu(NO3)2*3Cu(OH)2 mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz und einem Katalysator-Gehalt an der Reaktionsmischung bis zu 30 Mass.-%.
- Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kühlmittel Fe2O3 enthält.
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