FI127822B - Hapetusaine kaasua tuottavaan koostumukseen ajoneuvon turvalaitteessa, koostumus kaasun tuottamiseksi ja kaasugeneraattori ajoneuvon turvalaitetta varten - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee hapetusainetta kaasua tuottavaan koostumukseen erityisesti ajoneuvon turvalaitteessa, johon hapetusaineeseen kuuluu ammoniumnitraattia. Ammoniumnitraatti on sanottuna hapetusaineena pulverimuotoista. Lisäksi ammoniumnitraatti sanottuna hapetusaineena on ammoniumnitraattia ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa rapautumista vastaan. Lisäksi keksintö koskee myös koostumusta kaasun tuottamiseksi ja kaasugeneraattoria ajoneuvon turvalaitetta varten.

Description

HAPETUSAINE KAASUA TUOTTAVAAN KOOSTUMUKSEEN AJONEUVON TURVALAITTEESSA, KOOSTUMUS KAASUN TUOTTAMISEKSI JA KAASUGENERAATTO— Rl AJONEUVON TURVALAITETTA VARTEN

Keksinnön kohteena on hapetusaine kaasua tuottavaan koostumukseen ajoneuvon turvalaitteessa, johon hapetusaineeseen kuuluu ammoniumnitraattia, joka sanottuna hapetusaineena on pulverimuotoista. Lisäksi keksintö koskee myös koostumusta kaasun tuottamiseksi, kaasugeneraattoria ajoneuvon turvalaitetta varten ja hapetusaineen ja koostumuksen käyttöjä.

Ajoneuvoteollisuudessa käytetyissä turvalaitteissa on kohdattu ongelmia turvatyynyjen ammoniumnitraattipohjaisen räjähteen räjähtäessä tarkoitettua voimakkaammin. Tähän liittyen ainakin toistakymmentä henkilöä on kuollut ja yli sata loukkaantunut. Useat turvatyynyt ovat onnettomuustilanteessa lauenneet tarkoitettua voimakkaammin. Tällöin laitteen metalliosat ovat sirpaloituneet ja lentäneet kuljettajaa tai matkustajaa päin. Tämän seurauksena autovalmistajat ovat kutsuneet jo yli 100 miljoonaa autoa korjattavaksi ja trendinä on, että takaisinkutsujen määrä edelleen kasvaa. Kyseessä voi olla teollisuuden historian suurin ja monimutkaisin kuluttajien terveyteen liittyvä ongelma.

Edellä mainittuun ongelmaan syynä näyttäisi olevan ajoneuvojen turvatyynyjen täyttöjärjestelmien inflaattoreissa käytettävän ammoniumnitraatin rapautuminen toistuvien lämpötilavaihtelujen seurauksena. Rapautumisen seurauksena ammoniumnitraatin partikkelikoko, huokoisuus ja ominaispinta-ala kasvavat, jotka aiheuttavat ammoniumnitraattipohjaisen räjähteen detonaationopeuden eli räjähdysvoiman kasvua. Ammoniumnitraatti käy läpi lämmitettäessä ja jäähdytettäessä useita faasitransitioita, joissa sen kiderakenne ja tilavuus muuttuvat. Kuvassa 1 esitetään klassinen kuvaaja ammoniumnitraatin faasitransitioiden aiheuttamasta tilavuuden muutoksesta lämpötilan funktiona.

20185160 prh 02 -01- 2019

Faasitransitioissa ammoniumnitraatti voi rapautua sen fyysisen muodon rikkoontuessa. Yleisimmissä inflaattoreissa ammoniumnitraatt ipohjaiset räjähteet ovat rakeistettuina esimerkiksi tabletti- tai kiekkomuotoon.

Autojen sisälämpötila esimerkiksi Yhdysvalloissa voi helposti olla välillä 0 - +80 °C. Näissä lämpötiloissa ammoniumnitraatti käy läpi transitioita faasien IV, III ja II välillä. Jokainen transitio rikkoo ammoniumnitraattitablettien rakennetta.

Teollisuudessa yleinen lähestymistapa on ollut yrittää stabiloida ammoniumnitraattia siten, että edellä mainittuja transitioita ei tapahtuisi. Tällöin voidaan yleisesti puhua faasistabiloidusta ammoniumnitraatista PSAN (phase stabilized ammo15 nium nitrate) . Sille on ominaista, että se on erilaisia lisäaineita käyttäen pyritty saamaan sellaiseksi, että se jollain halutulla lämpötila-alueella ei käy läpi edellä esitettyjä faasitransitioita. Eräs esimerkki tällaisesta lisäaineesta on kaliumnitraatti. Tällöin ammoniumnitraattia ja kaliumnitraat20 tia käytetään kaksoissuolana. Siinä ammonium-, kalium- ja nitraatti-ionit ovat samassa kidehilassa vuorotellen.

Kaliumnitraatin eräitä ongelmia ovat kuitenkin sillä aikaansaatavan stabilisaatiovaikutuksen vähäisyys ja sen lisäksi 25 myös partikkelimuodostus räjähdyksessä. Yleisemmin lisäaineita joudutaan käyttämään merkittäviäkin määriä, mutta siltikään niillä ei ole saavutettu riittävää ammoniumnitraatin stabiilisuutta lämpötilamuutosten aiheuttamaa rapauttavaa vaikutusta vastaan. Osa lisäaineista on myös myrkyllisiä ja hankalasti 30 kierrätettäviä ja lisäksi myös kalliita.

Useat syyt puoltavat ammoniumnitraatin käyttöä esimerkiksi autojen turvatyynyissä ja -laitteissa. Ammoniumnitraatti olisi esimerkiksi ympäristön kannalta monia muita ratkaisuja helpom35 pi ja turvallisempi kierrättää. Lisäksi ammoniumnitraatin mer

20185160 prh 02 -01- 2019 kittävin etu vaihtoehtoisiin turvatyynyissä käytettäviin räjähdekomponentteihin, kuten esimerkiksi natriumatsidiin, verrattuna on sen alhainen hinta, helppo saatavuus ja pienet terveysvaikutukset (esimerkiksi karsinogeenittomuus ja myrkyttö5 myys) aineen mahdollisesti joutuessa ihmiskehoon. Edellä mainitut rapautumiseen liittyvät ongelmat ovat kuitenkin tehneet ammoniumnitraatin käytön hankalaksi ja kalliiksi juuri niiden lisäaineiden vuoksi ja niillä heikosti aikaansaadun stabilisaation vuoksi.

Tekniikan tasona viitataan seuraaviin patenttijulkaisuihin: US 2010109304 AI, US 2014150935 Al, GB 1215681 A ja US 5516377 A.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan hapetusaine kaa15 sua tuottavaan koostumukseen erityisesti ajoneuvon turvalaitteeseen, joka on ominaisuuksiltaan stabiili siten, että sen detonaatio-ominaisuudet eivät muutu lämpösyklien seurauksena. Lisäksi keksintö koskee myös koostumusta kaasun tuottamiseksi ja kaasugeneraattoria ajoneuvon turvalaitetta varten. Keksin20 nön mukaisen hapetusaineen tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksessa 1, koostumuksen patenttivaatimuksessa 6 ja kaasugeneraattorin patenttivaatimuksessa 10.

Hapetusaineeseen kuuluva ammoniumnitraatti on hapetusaineena 25 pulverimuotoista ja sen lisäksi ammoniumnitraattia ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa ammoniumnitraatin rapautumista vastaan. Pulverimuotoisena irtoaineena eli rakeistamattomana aineena ammoniumnitraatin ja sitä sisältävän 30 koostumuksen rapautuminen on vähäisempää ja siten sen partikkelikoko ja/tai ominaispinta-ala ei muutu lämpötilavaihteluja kohdattaessa. Tällöin ammoniumnitraatin ominaisuudet säilyvät paremmin.

20185160 prh 02 -01- 2019

Keksinnön mukaisen hapetusaineen myötä saadaan aikaan lämpötilamuutoksista aiheutuvaa rapautumista vastaan stabiloidumpi hapetusaine ja siten paremmin vakioitu ja myös ennustettavissa oleva reaktio, kuten esimerkiksi räjähdys tai kaasun tuottami5 nen. Toisin sanoen, hapetusaineena käytettävä ammoniumnitraatti on stabiilia siten, että sen detonaatio-ominaisuudet eivät muutu lämpösyklien seurauksena ammoniumnitraatin käyttösovelluksessa. Hapetusaineena käytettävä ammoniumnitraatti on pulverimaista hienoainetta eli rakeistamatonta. Tällöin sen parit) tikkelikoko ei oleellisesti pienene (tai suurene) ja ominaispinta-ala ei pienenemisen seurauksena kasva lämpösyklien seurauksena. Tämän seurauksena sen detonaationopeus pysyy pääasiallisen muuttumattomana riippumatta siitä, minkälaisia lämpötilan vaihteluja se hapetusaineena koostumuksessa kokee. Kek15 sinnön myötä ammoniumnitraattimateriaali kestää lämpösyklityksiä hapetusaineena rapautumatta tai murenematta ja sen partikkelikoko ja/tai ominaispinta-ala ei oleellisesti lämpösykleissä hapetusaineena muutu.

Hapetusaineena käytettävän ammoniumnitraatin partikkelikoko voi olla 0,5 - 1000 pm. Tällöin se on hyvin hienojakoista eikä se lämpötilavaihteluiden seurauksena hajoa enää pienemmiksi partikkeleiksi. Tällöin se reagoi, kuten esimerkiksi räjähtää tai tuottaa kaasua, samalla voimalla riippumatta esimerkiksi 25 hapetusaineen tai sitä sisältävän koostumuksen varastoinnissa ja/tai käyttölaitteessa kokemasta lämpötilojen vaihtelusta.

Keksinnön mukaisella ammoniumnitraattipohjaisella hapetusaineella saavutetaan samanlaiset turvalaitteissa vaadittavat 30 suhteellisen matalat palamisnopeudet ja vähemmän aggressiivinen luonne kuten tapahtuu myös esimerkiksi tunnetun tekniikan mukaisella faasistabiloidulla ammoniumnitraatilia (PSAN).

Keksinnön mukaisella ammoniumnitraatilla, yleisemmin hapetus35 aineella, on myös homogeeninen rakeistamaton koostumus ja pie

20185160 prh 02 -01- 2019 ni kosteusabsorptio . Sen palamiskaasut eivät ole myrkyllisiä.

Se tai sen palamistuotteet eivät myöskään ole ympäristölle vahingollisia koko sen elinkaaren aikana. Lisäksi myös siihen liittyvä energiankulutus on pientä koko sen elinkaaren ajan.

Hapetusaineen käyttömäärä turvalaitteissa saadaan keksinnön myötä vähäiseksi ja sen hinta on alhaiseksi. Keksinnön mukaisella hapetusaineella voidaan myös täyttää eräs merkittävimmistä turvalaitteiden kaasunkehittimien räjähteiltä vaadituista ominaisuuksista, joka on se, että se muodostaa mahdollisim10 man vähän tai mieluiten ei lainkaan kiinteitä palamistuotteita. Keksinnön myötä palamistuotteita ei tarvitse suodattaa.

Tämä yksinkertaistaa kaasugeneraattoreiden ja turvalaitteiden teknistä toteutusta. Suodattimet ovat aina ongelmallisia niiden tukkeutumisvaaran vuoksi.

Erään sovellusmuodon mukaan ammoniumnitraatille sopiva partikkelikoko voidaan saada aikaan ainakin yhdellä seuraavista prosessoinneista: lämpösyklitys, jauhaminen, uudelleenkiteytys, höyrykiteytys ja/tai sumutus. Esimerkiksi lämpösyklittämällä 20 kiinteää ammoniumnitraattia lämpötila-alueella -30 C - +100 °C voidaan ammoniumnitraatin partikkelikokoa säädellä ja valmistaa pienikiteistä ja huokoista materiaalia, jolla saavutetaan suuri detonaationopeus ja fysikaalinen rakennepysyvyys.

Keksinnön myötä ammoniumnitraatti käyttäytyy räjähteessä tai kaasun tuottamisessa aina samalla ennustettavalla tavalla riippumatta siitä, minkälaisia lämpötilan muutoksia se on kokenut käyttökohteessaan. Tällöin sitä voidaan annostella tuotteeseen vähemmän kuin tunnetussa tekniikassa. Hapetusaineena 30 käytettävää ammoniumnitraattia ei tunnetun tekniikan mukaisesti puristeta tai yleisemmin, rakeisteta, vaan sitä käytetään hapetusaineena pulverimaisena ja siten rakeistamattomana tai riippuen räjähteen muista komponenteista, esimerkiksi tahnamaisena. Yleisemmin voidaan puhua bulkkimaisesta aineesta.

Muut keksinnöllä saavutettavat lisäedut ilmenevät selitysosasta ja ominaiset piirteet oheisista patenttivaatimuksista.

Keksintöä, jota ei ole rajoitettu seuraavassa esitettäviin sovellusmuotoihin, selostetaan tarkemmin seuraavassa.

Kuva 1

Kuva 2 esittää klassista kuvaajaa ammoniumnitraatin faasitransitioiden aiheuttamasta tilavuuden muutoksesta lämpötilan funktiona ja esittää sovellusesimerkkiä järjestelmästä, jossa voidaan hyödyntää keksinnön mukaista ammoniumnitraattia hapetinaineena.

Hapetusaineeseen sesti ajoneuvon kaasua tuottavaa koostumusta varten erityiturvalaitteessa ja vielä erityisemmin, sen kaasugeneraattorissa kuuluu ammoniumnitraattia (NENCg) . Ammoniumnitraatt i on hapetusaineena pulverimuotoista. Lisäksi ammoniumnitraatt i on hapetusaineena ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa rapautumista vastaan. Rapautumista ilmenee erityisesti ammoniumnitraatissa ja siten myös koostumuksessa, jossa sitä käytetään.

20185160 prh 02 -01- 2019

Hakija on pilotvaiheen testeissään havainnut, että ammonium25 nitraattia on mahdollista käyttää fysikaaliselta rakennepysyvyydeltään ja siten myös detonaatio-ominaisuuksiltaan paremmin vakioituna ja siten pääasiallisen muuttumattomana hapetusaineena esimerkiksi kaasua tuottavassa koostumuksessa, kun ammoniumnitraatti on pulverimaisessa muodossa. Tällä paranne30 taan ammoniumnitraatin rakennepysyvyyttä käyttösovelluksessa siinä mahdollisesti ilmenevistä lämpötilamuutoksista huolimatta. Pulverimaisessa muodossaan ammoniumnitraatti on hienoaineena eli rakeistamattomana. Tällöin sitä tai sitä käsittävää koostumusta ei siis ole puristettu pelleteiksi, rakeiksi, jy35 viksi tai tableteiksi, muodostettu prilleiksi tai muuksi vas7 sikkörakenteeksi, joita rakenneyksikköj ä.

sijasta voidaankin taavaksi yk rapautumisherkkiä ammoniumnitraatin ammoniumnitraatista sa materiaalia ei saatettu haluttuun, kiintoainehiukkasten yksikköön. Esimerkiksi rakenneyksikköinä pinta-ala ja siten det voivat muuttua vaihteluiden seurauksena, nitraatista voidaan puhua tai sitä käsittävästä ole teollisella tavalla kiinteässä muodossa olisi koostumuksessa useita Yleisesti pulverimuotoisen puhua rakeistamattomasta koostumuksesta, jostarkoituksellisesti olevaan, useampien partikkelikokoon tai prilleinä tai vastaavina partikkelikoko, ominaisin reagointiominaisuuesimerkiksi lämpötilaSiten keksinnön mukaisesta ammoniumhienoaineen lisäksi myös irtoaineesmuodostamaan pelletteinä, ammoniumnitraatin myös ammoniumnitraat ennustamattomiksi ta eli yleisemmin vielä bulkkimaisesta aineesta tai rakeista15 mattomasta aineesta. Vastaavasti myös koostumuksesta, jossa ammoniumnitraatti on osana, voidaan puhua näin.

20185160 prh 02 -01- 2019

Erään sovellusmuodon mukaan ammoniumnitraatin partikkelikoko pulverimaisena hapetusaineena on 0,5 - 1000 pm. Partikkeli20 koolla tässä tarkoitetaan esimerkiksi partikkelin pienintä dimensiota. Esimerkiksi pitkänomaisen kiteen tapauksessa partikkelikokona voidaan pitää kiteen halkaisijaa, joka on pienempi kuin sen pituus. Partikkelikoko voidaan määritellä esimerkiksi seulomalla tai partikkelikokoanalysaattorilla. Materiaaleja, 25 joilla on eri partikkelikoko, voidaan verrata myös niiden tiheyden avulla mittaamalla näytteiden massaa suhteessa niiden tilavuuteen, joka on puristettu pienellä vakiopaineella.

Partikkelikoon pienetessä materiaalin ominaispinta-ala kasvaa, 30 minkä johdosta myös räjähdyksen nopeus kasvaa. Kun partikkelikoko on riittävän pieni, on havaittu saatavan materiaalia, jonka räjähdysvoimaan lämpötilavaihtelut eivät enää vaikuta. Keksinnön myötä käytettäviä ammoniumnitraattimääriä voidaan pienentää. Sama räjähdysvoima saavutetaan pienemmällä massal35 la, jolloin räjähdysvoima räjähdemassaan suhteutettuna kasvaa.

Muodostuvan kaasun määrä suhteessa räjähteen massaan kuitenkin säilyy samana.

20185160 prh 02 -01- 2019

Pulverimainen ja edullisesti vielä yllämainitun partikkelikoon omaava ammoniumnitraatti toimii todellisia käyttöolosuhteita vastaavissa lämpötilamuutostHanteissa stabiilimmin kuin esimerkiksi nykyisin käytössä olevilla menetelmillä valmistettu ammoniumnitraattihapetin ja on siten turvallinen myös esimerkiksi turvatyynykäytössä. Erityisesti keksinnön myötä ammoni10 umnitraatti on stabiilimpi rapautumista vastaan eli sen fysikaalinen rakenne on pysyvämpi. Ammoniumnitratti voi edelleen kuitenkin kokea lämpötilavaihteluissa sille ominaisia faasimuutoksia, mutta sen rakenne ei kuitenkaan oleellisesti keksinnön myötä niissä muutu ja edellä mainitut ominaisuudet eli 15 rapautumattomuus ja detonaatio-ominaisuuksien säilyminen saavutetaan. Pilot-vaiheen testeissä on myös havaittu, että keksinnön mukaisen ammoniumnitraatin tiheys hapetusaineena voi olla alle tunnetun ammoniumnitraatin tiheyden, jolle kirjallisuudesta tunnetaan arvoja välillä 1.327 - 1.71 g/cm³. Hakijan 20 pilotvaiheen testeissä tekemän havainnon perusteella keksinnön mukaisen puristamattoman ammoniumnitraatin tilavuus räjäytysputkessa arvioitiin eräässä kokeessa olevan noin 2,5 kertaa tunnettuja teknisiä laatuja suurempi eli tiheys olisi silloin vastaavasti pienempi.

Ammoniumnitraatin stabilointi rapautumista vastaan on aikaansaatu prosessoimalla ammoniumnitraattia siten, että prosessoituna ammoniumnitraatti on hapetusaineena pääasiallisen puhdasta ammoniumnitraattia siten, että se on ilman lisäaineita am30 moniumnitraatin stabiloimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa rapautumista vastaan. Toisin sanoen, ammoniumnitraatti on tällöin siinä mielessä puhdasta ainetta, että sen hilarakenteessa ei ole mitään muita ioneja kuin ammonium- ja nitraatti-ioneja. Eli sen hilarakenteessa ei ole muita nimenomaan

20185160 prh 02 -01- 2019 ammoniumnitraatin stabiloimiseksi rapautumista vastaan järjestettyjä lisäaineita.

Kaasua tuottavan koostumuksen hapetusaineeksi valmistettavaksi tarkoitettu ammoniumnitraatti voidaan valmistaa esimerkiksi jollain sinällään tekniikan tasosta tunnetulla tekniikalla.

Ammoniumnitraatti on vesiliukoinen, minkä vuoksi voidaan välttää hankalien liuottimien käyttö ammoniumnitraatin tuotantoprosessissa. Rapautumista paremmin vastustavan, pienen partik10 kelikoon ja sitä kautta myös sopivan ominaispinta-alan saamiseksi ammoniumnitraattiin, ilman lisäaineita, voidaan ammoniumnitraattia prosessoida tai valmistaa yhdellä tai useammalla käsittelymenetelmällä. Erään sovellusmuodon mukaan oleellisesti rapautumatonta, sopivan partikkelikoon ja ominaispinta-alan 15 omaavaa ammoniumnitraattia ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa ammoniumnitraatin rapautumista vastaan voidaan saada aikaan yhdellä tai useammalla seuraavista prosesseista: ammoniumnitraatin lämpösyklitys, ammoniumnitraatin 20 jauhatus, ammoniumnitraatin sumutus, uudelleenkiteytys ja/tai höyrykiteytys.

Valmistusvaiheessa ammoniumnitraatin lämpösyklitys voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että ensin ammoniumnitraattia kuu25 mennetaan asetetulla tavalla ja sen jälkeen sitä jäähdytetään asetetulla tavalla. Kuumennus ja myös jäähdytys voi tapahtua askeleittain. Askeleet voidaan muodostaa esimerkiksi ammoniumnitraatin faasitransitioiden perusteella. Kuumennusta ja jäähdytystä voidaan suorittaa esimerkiksi lämpötilojen -30 - +107 30 °C välillä eli ammoniumnitraatin faasien V - II välillä. Erään sovellusmuodon mukaan kuumennuksen ja jäähdytyksen lämpötilaalue on jaettu osiin ja ainetta pidetään jäähdytystä tai kuumennusta tehtäessä näissä lämpötiloissa asetetun ajan verran ennen kuin lämpötilaa muutetaan seuraava askel. Lämpösyklitys10 tä jatketaan edestakaisia syklejä suorittaen tarpeellinen määrä. Määrä saadaan selville kokeiden perusteella.

20185160 prh 02 -01- 2019

Erityisesti ammoniumnitraatin lämpösyklitys voidaan pyrkiä 5 saamaan tapahtumaan faasin III kautta eli lämpötila-alue +32 +84 °C läpikäyden. Faasin III kautta tapahtuvalla lämpösyklityksellä on se etu, että silloin ammoniumnitraattiin kohdistuu rankempi käsittely. Tällöin käsittely rikkoo ammoniumnitraatin kiderakenteita, joka edistää sopivaan partikkelikokoon ja si10 ten ominaispinta-alaan pääsemistä.

Kun lämpökäsittelyn edestakaisia syklejä on suoritettu riittävästi, saadaan ammoniumnitraatti rapautumista vastaan stabiilimpaan muotoon. Tämän jälkeen ammoniumnitraatin detonaatio15 ominaisuudet eivät oleellisesti enää muutu, vaikka siihen kohdistuisikin uusia lämpötilamuutoksia, kuten esimerkiksi turvalaitteissa ajoneuvoissa saattaa tapahtua, vaan se on esimerkiksi detonaatio-ominaisuuksiltaan riittävällä tasolla vakioitua .

Ammoniumnitraatin jauhaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että ammoniumnitraattia, kuten esimerkiksi mm-kokoluokan rakeina, jauhetaan riittävästi. Jauhamista tällä menetelmällä suoritetaan, kunnes haluttu partikkelikoko on saavutettu. Tätä 25 varten jauhettavasta materiaalista otetaan näytteitä ja muodostetaan niiden perusteella sääntö sopivasta jauhamisajasta ja -tavasta. Jauhamisen jälkeen jauhettu ammoniumnitraatti seulotaan.

Ammoniumnitraatin sumuttaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että sumutettaessa ammoniumnitraatin kuuma ja väkevä vesiliuos jäähtyessään muodostaa pieniä kiteitä sumutettaessa.

Eräs toinen tapa on sumuttaa ammoniumnitraatti sulatetta. Eräs kolmas tapa on höyrykiteytys. Siinä ammoniakkihöyryä johdetaan 35 typpihappohöyryn kanssa samaan tilaan, jolloin kiteytyy ammo niumnitraattia . Tässä ammoniumnitraatti siis valmistuu vasta prosessoinnin yhteydessä.

Ammoniumnitraatin partikkelikokoon voidaan vaikuttaa myös eri 5 tavoin uudelleenkiteyttämällä. Säädeltäviä parametreja ovat tällöin esimerkiksi liuoksen väkevyys, lämpötilat uudelleenkiteytyksen eri vaiheissa, liuoksen jäähdytysnopeus ja/tai suodatuksen käyttö.

20185160 prh 02 -01- 2019

Keksinnön mukaiselle ilman lisäaineita rapautumista vastaan paremmin stabiloidulle ammoniumnitraatille on lisäksi ominaista, että sen fyysiset ominaisuudet, kuten esimerkiksi partikkelikoko ja/tai ominaispinta-ala on hapetusaineena sovitettu säilymään pääasiallisen muuttumattomana ammoniumnitraattia 15 lämpösyklitettäessä esimerkiksi lämpötila-alueella -40 °C +107 °C. Lisäksi sen detonaatio-ominaisuudet on sovitettu hapetusaineena säilymään pääasiallisen muuttumattomana ammoniumnitraattia lämpösyklitettäessä. Ammoniumnitraatille on myös ominaista, että se ei oleellisesti fysikaaliselta rakenteel20 taan hajoa eli pysyy termisesti stabiilina lämpökäsittelyssä, joka tapahtuu noin 107 °C:ssa ja jonka kesto on noin 400 tuntia.

Hapetusaineen lisäksi keksintö koskee myös koostumusta kaasun 25 tuottamiseksi erityisesti ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoria varten. Koostumukseen kuuluu palavaa ainetta ja hapetusainetta, johon kuuluu ammoniumnitraattia. Ainakin osa hapetusaineesta tai hapetusaine kokonaan on keksinnön mukaista hapetusainetta eli ammoniumnitraattia, joka on hapetusaineena 30 pulverimaisessa muodossa eli rakeistamatonta ja lisäksi ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa ammoniumnitraatin rapautumista vastaan.

Palavaan aineeseen voi kuulua esimerkiksi hiiltä, kuten esimerkiksi aktiivihiiltä. Palavaan aineeseen voi kuulua myös yhtä tai useampaa orgaanista yhdistettä, kuten esimerkiksi hiilivetyä. Palavaan aineeseen kuuluva yksi tai useampi orgaani5 nen yhdiste ei oleellisesti liuota ammoniumnitraattia. Ammoniumnitraatin palavaan aineeseen liukenemattomuuden myötä ammoniumnitraat in huokoisuus ja siten myös sen ominaispinta-ala säilyvät pääasiallisen muuttumattomina. Eräänä esimerkkinä hiilivedystä voidaan mainita polttoöljy. Tällöin ammoniumnit10 raatti voi olla osana tahnamaista ainetta, jonka se yhdessä muodostaa palavan aineen kanssa, mutta silti kuitenkin siten, että tässäkään sen fysikaalinen rakenne ei muutu lämpötilamuutoksien seurauksena.

Hapetusaineen ja palavan aineen lisäksi koostumukseen voi kuulua myös palamistapahtuman nopeuteen vaikuttavia lisäaineita. Hapetusaineeseen voi kuulua ammoniumnitraatin lisäksi yhtä tai useampaa hapetusainetta. Niille on kuitenkin ominaista, että ne eivät ammoniumnitraatin kanssa muodosta sekakiteitä ja/tai 20 muussa muodossa kiinteitä liuoksia siten, että ammoniumnitraatille tyypillinen fysikaalinen muoto muuttuu. Koostumus on monikomponenttinen usean aineen seos. Koostumus pakataan siten, että missään sen elinkaaren vaiheessa sen kosteus ei muutu.

20185160 prh 02 -01- 2019

Ammoniumnitraatti tuottaa räjähdyksissä typpeä, happea ja vettä (2 NH4NO3 2 N2 + O2 + 4 H2O) . Räjähteissä se reagoi myös hiilen kanssa ja tuottaa näin myös hiilidioksidia. Räjähdyslopputuotteet ovat kaikki puhtaita ja turvallisia kaasuja. Ammoniumnitraatt ia käytettäessä kaikki tarvittava happi saadaan ammoniumnitraatista käyttämällä sitä oikeassa stökiömetrisessä suhteessa lopullisessa räjähdeseoksessa. Tällöin vältetään myös palamattoman ainesosan aiheuttama kiintoaineen muodostuminen ja siten niiden suodatustarve eikä muodosteta haitallisia kaasuja, mutta tuotetaan kuitenkin riittävä määrä kaasua turvalaitteen täyttämiseksi suurella nopeudella. Fyysisesti

20185160 prh 02 -01- 2019 stabiilimpi ammoniumnitraatti helpottaa myös koostumuksen ainesuhteiden valintaa, mikä vähentää myrkyllisten kaasujen, kuten häkä ja typen nitraatit, syntymisen mahdollisuutta.

Räjähteet voivat olla joko yksikomponenttisiä tai monikomponenttisia. Monikomponenttisten seostettujen kaasunmuodostuskoostumusten palamista, jollaisessa keksinnön mukaista ammoniumnitraattia voidaan käyttää hapetusaineena, voidaan paremmin hallita, jolloin palamiskaasut voivat olla vaarattomia ja voi10 daan estää partikkelien syntyminen, ja valitsemalla materiaalit oikein, ei synny metallihöyryjä. Niiden ongelmana on kuitenkin ollut rakenteellinen lujuus, jossa räjähdetabletit rapautuvat esimerkiksi lämpötilan vaihtelujen vuoksi. Lämpötilan vaihteluista aiheutuvaa rapautumista eli fysikaalista muuttu15 mistä vastaan stabiloidumpaa ammoniumnitraattia käyttämällä voidaan valmistaa kaasunmuodostus- ja räjähdeseoksia, jotka ovat rapautumista vastustavampia lämpötilanvaihteluja kokiessaan. Ammoniumnitraatin ollessa hienojakoista pulveria tai vastaavaa irtoainetta ilman, koostumukset, joissa sitä on ha20 pettimena, eivät ole rapautumiselle alttiita tabletteja tai vastaavia raemaisia rakenneyksikkömuotoja.

Ammoniumnitraattia käsittävät koostumukset syttyvät helposti ja viiveettä, ja lisäksi niillä on hallittu palonopeus räjäh25 dystapahtumassa vallitsevassa paineessa eikä niissä ole vaarallisen herkästi räjähtäviä komponentteja. Ammoniumnitraattia sisältävät räjähteet eivät ole myrkyllisiä eivätkä ne tuota myrkyllisiä hajoamistuotteita, kun muut räjähteen komponentit on valittu oikein. Rapautumista ei esiinny keksinnön mukaisil30 la tuotteilla tai ainakin se on vähäisempää, koska niiden partikkelikoko ei voi enää pienentyä niin paljon, että sillä olisi detonaationopeutta nostava vaikutus. Räjähteen tai sen komponenttien partikkelikoko vaikuttaa detonaationopeuteen niin, että pienemmillä partikkeleilla detonaationopeus on suurempi.

20185160 prh 02 -01- 2019

Materiaalin partikkelikoko ja sen ominaispinta-ala ovat tyypillisesti suhteessa toisiinsa.

Vielä eräs keksinnön kohde on kaasugeneraattori tai kaasunmuo5 dostusjärjestelmä ajoneuvon, kuten esimerkiksi auton, turvalaitetta varten ja ajoneuvon turvajärjestelmä, johon käytetään keksinnön mukaista kaasunmuodostuskoostumusta. Kaasugeneraattorissa ja vastaavissa järjestelmissä käytetään keksinnön mukaista koostumusta kaasun tuottamiseksi. Erityisemmin, kaasu10 generaattorissa käytetään koostumusta kaasun tuottamiseksi, johon kuuluu keksinnön mukaista hapetusainetta eli ammoniumnitraattia, joka on pulverimuotoista ja ilman lisäaineita ammoniumnitraat in stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa ammoniumnitraatin ra15 pautumista vastaan. Polttoaineena kaasugeneraattorissa käytetään esimerkiksi hiiltä tai orgaanista ainetta tai molempia.

Keksinnön kohteena on myös prosessi ammoniumnitraatin prosessoimiseksi hapetusaineeksi kaasua tuottavaan koostumukseen 20 erityisesti ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoria varten.

Prosessissa ammoniumnitraattia prosessoidaan yhdellä tai useammalla menetelmällä ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi ilman lisäaineita lämpötilamuutoksien aiheuttamaa rapautumista vastaan sitä käytettäessä hapetusaineena kaasugeneraattorissa 25 kaasua tuottavassa koostumuksessa. Lisäksi prosessissa ammoniumnitraatti saatetaan pulverimuotoon eli rakeistamattomaksi hapetusaineena kaasugeneraattorin kaasua tuottavassa koostumuksessa käyttöä varten. Prosessin myötä keksinnön kohteena on myös hapetusaine ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoriin 30 kaasua tuottavaa koostumusta ja/tai kaasugeneraattoria varten, joka on saatavissa keksinnön mukaisella prosessilla.

Vielä eräitä keksinnön kohteita ovat myös keksinnön mukaisen hapetusaineen käyttö ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraatto35 riin kaasua tuottavassa koostumuksessa ja/tai kaasugeneraatto

20185160 prh 02 -01- 2019 rissa kuin myös koostumuksen käyttö ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattorissa.

Kuva 2 esittää erästä esimerkillistä inflaattoria tai kaasun5 muodostusjärjestelmää 10, joka kuuluu turvatyynyjärjestelmän 200 rakennekokonaisuuteen. Turvatyynyjärjestelmään 200 kuuluu ainakin yksi turvatyyny 202 ja inflaattori 10 sisältäen keksinnön mukaista kaasunmuodostuskoostumusta kytkettynä turvatyynyyn 202 siten, että sillä on fluidiyhteys turvatyynyn si10 säpuolen kanssa. Turvatyynyjärjestelmään 200 voi myös kuulua (tai olla sen yhteydessä) yhteentörmäystilanteentunnistin 210. Yhteentörmäystilanteentunnistimeen 210 kuuluu tunnettu yhteentörmäysanturialgoritmi, joka ohjaa turvatyynyjärjestelmän 200 toimintaa esimerkiksi inflaattorin 10 aktivoinnin muodossa 15 törmäystilanteessa.

Turvatyynyjärjestelmä 200 voi myös olla laajempaa ja kattavampaa ajoneuvomatkustajan paikoillaanpitojärjestelmää 180, johon kuuluu lisäelementtejä, kuten turvavyökokoonpano 150. Kuvassa 20 2 esitetään kaaviokuvaa yhdestä esimerkillisestä paikoillaanpito järjestelmän sovellusmuodosta. Turvavyökokoonpanoon 150 kuuluu turvavyökotelointi 152 ja kotelosta 152 ulostuleva turvavyö 100. Turvavyön sisäänvedinmekanismi 154 (esimerkiksi, jousikuormitteinen mekanismi) voi olla kytkettynä turvavyön 25 päätyosaan. Lisäksi, turvavyön esikiristin 156 käsittäen kaasunmuodotus- / itsesyttymiskoostumuksen voi olla kytkettynä vyön esikiristinmekanismiin 154 esikiristinmekanismin käyttämiseksi törmäystilanteessa.

Turvavyökokoonpanoon 150 voi myös kuulua (tai yhteydessä voi olla) yhteentörmäystilanteenanturi 158 (esimerkiksi, inertiaanturi tai kiihtyvyysanturi) sisältäen tunnetun yhteentörmäysanturialgoritmin, joka ohjaa turvavyön esikiristimen 156 käyttöä esimerkiksi esikiristimeen sovitetun pyroteknisen sy35 tyttimen käytöllä. Ajoneuvon turvalaite voi olla yhtä lailla

20185160 prh 02 -01- 2019 niin ajoneuvon kuljettajan tai matkustajan turvalaite, kuten esimerkiksi turvatyyny, sivutörmäyssuoja tai jalankulkijaa tai vastaavaa varten järjestetty auton ulkopuolelle laukeava turvatyyny .

Turvatyynyjen täyttölaitteiden lisäksi keksinnön mukaisia ammoniumnitraatt ipanoksia voidaan käyttää kaikissa kaasulla täyttyvissä laitteissa, esimerkiksi ajoneuvojen turvavyölaitteiden esikiristimissä ja turvaverkoissa. Turvatyynyjen, tur10 vaverhojen ja turvavyölaitteiden esikiristimien lisäksi keksintöä on mahdollista hyödyntää myös muissa nopeaa kaasun muodostusta ja/tai kaasulla täyttymistä vaativissa sovelluksissa, joissa tarvitaan erittäin edullisia ratkaisuja, joilla on muihin ratkaisuihin verrattuna pieni ympäristövaikutus ja pienet 15 terveysvaikutukset laitteen valmistusprosessin ja sen muun elinkaaren aikana.

Keksinnön mukaisen hapetusaineen ja sitä sisältävän koostumuksen myötä räjähde tuottaa suuren määrän palamiskaasuja suh20 teessä räjähteen painoon. Tällöin inflaattoreista voidaan tehdä kevyempiä. Palamislämpötila jää myös riittävän alhaiseksi, mikä parantaa matkustajaturvallisuutta.

On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät 25 kuvat on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Keksintöä ei siten ole rajattu pelkästään edellä esitettyihin tai patenttivaatimuksissa määriteltyihin suoritusmuotoihin, vaan alan ammattimiehelle tulevat olemaan ilmeisiä monet erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnokset, 30 jotka ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (14)

1. PATENTTIVAATIMUKSET

   1. Hapetusaine kaasua tuottavaan koostumukseen ajoneuvon turvalaitteessa, johon hapetusaineeseen kuuluu ammoniumnitraattia,

   5 joka sanottuna hapetusaineena on pulverimuotoista, tunnettu siitä, että

   - ammoniumnitraatti sanottuna hapetusaineena on ammoniumnitraattia ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa

   10 lämpötilamuutoksista aiheutuvaa rapautumista vastaan,

   - ammoniumnitraatin detonaatio-ominaisuudet on sovitettu sanottuna pulverimuotoisena hapetusaineena säilymään pääasiallisen muuttumattomana ammoniumnitraattia lämpösyklitettäessä.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hapetusaine, tunnettu siitä, että ammoniumnitraatin partikkelikoko hapetusaineena on 0,5 1000 pm.

   20
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hapetusaine, tunnettu siitä, että sanottu ammoniumnitraatti ilman lisäaineita ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi kaasua tuottavassa koostumuksessa lämpötilamuutoksista aiheutuvaa rapautumista vastaan on saatu aikaan yhdellä tai useammalla seuraavista prosessoin25 neista: lämpösyklitys, jauhatus, sumutus, uudelleenkiteytys ja/tai höyrykiteytys.
4. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen hapetusaine, tunnettu siitä, että ammoniumnitraatin partikkelikoko ja/tai omi-

   30 naispinta-ala on sanottuna hapetusaineena sovitettu säilymään pääasiallisen muuttumattomana ammoniumnitraattia lämpösyklitettäessä .

   20185160 prh 10 -09- 2018
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen hapetusaine, tunnettu siitä, että ammoniumnitraatti on fysikaaliselta rakenteeltaan oleellisesti lämpökäsittelyssä hajoamatonta, joka tapahtuu noin 107 °C:ssa ja jonka kesto on noin 400 tuntia.
6. 6. Koostumus kaasun tuottamiseksi ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoria varten, johon kuuluu palavaa ainetta ja hapetusainetta, johon kuuluu ammoniumnitraattia, tunnettu siitä, että ainakin osa hapetusaineesta tai hapetusaine kokonaan on

   10 jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaista hapetusainetta.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että palavaan aineeseen kuuluu hiiltä.

   15
8. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että palavaan aineeseen kuuluu yhtä tai useampaa orgaanista yhdistettä, jotka eivät oleellisesti liuota ammoniumnitraattia .

   20
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että hapetusaineeseen kuuluu ammoniumnitraatin lisäksi yhtä tai useampaa hapetusainetta, jotka eivät ammoniumnitraatin kanssa muodosta sekakiteitä ja/tai muussa muodossa kiinteitä liuoksia.
10. 10. Kaasugeneraattori erityisesti ajoneuvon turvalaitetta varten, jossa käytetään vaatimuksissa 6-9 määriteltyä koostumusta kaasun tuottamiseksi tai koostumusta kaasun tuottamiseksi, johon kuuluu vaatimuksissa 1-5 määriteltyä hapetusainetta.
11. 11. Prosessi ammoniumnitraatin prosessoimiseksi hapetusaineeksi kaasua tuottavaan koostumukseen ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoria varten, jossa ammoniumnitraatti saatetaan pulverimuotoon hapetusaineena kaasugeneraattorin kaasua tuottavassa koostumuksessa käyttöä varten, tunnettu siitä, että prosessoidaan ammoniumnitraattia yhdellä tai useammalla menetelmällä ammoniumnitraatin stabilisoimiseksi ilman lisäaineita lämpötilamuutoksien aiheuttamaa rapautumista vastaan sitä käytettäessä 5 hapetusaineena kaasugeneraattorissa kaasua tuottavassa koostumuksessa, jonka prosessoinnin seurauksena ammoniumnitraatin detonaatio-ominaisuudet sanottuna pulverimuotoisena hapetusaineena säilyy pääasiallisen muuttumattomana ammoniumnitraattia lämpösykiitettäessä.
12. 12. Hapetusaine ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoriin kaasua tuottavaa koostumusta ja/tai kaasugeneraattoria varten, joka on saatavissa vaatimuksen 11 mukaisella prosessilla.

    15
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen hapetusaineen käyttö ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattoriin kaasua tuottavassa koostumuksessa ja/tai kaasugeneraattorissa.
14. 14. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukaisen koostumuksen 20 käyttö ajoneuvon turvalaitteen kaasugeneraattorissa.