JP6317729B2 - 並列配置化学コアを備えた化学的酸素発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、広くは、民間および軍用飛行機用の、補給酸素を供給する化学的酸素発生装置に関し、より具体的には、化学的酸素発生装置の長さを増やすことなくその運転期間が延長できるように、並列に配置された少なくとも２つの部分を有する複数の部分で構成された化学的酸素発生コア組立体を備えた化学的酸素発生装置に関する。

化学的酸素発生装置は典型的には、例えば、飛行機や潜水艦内などのように補給酸素の生成が必要な状況および、呼吸できる質の酸素ガスの便利で信頼性のある供給が有用な他の同様な状況において使用される。アルカリ金属塩素酸塩または過塩素酸塩の分解に基づく化学的酸素供給組成物は、例えば旅客機における呼吸できる酸素の緊急供給源として長く使用されてきた。

航空機酸素発生装置は通常、所与のタイプの飛行機の降下経路に従って前もってプログラムされており、降下中常に要求される最低酸素流要件を満たさなければならない。酸素発生反応がコアの一端で開始されると、酸素の発生に伴って、反応の先端は、長手方向軸に沿ってコアの他端に向かって伝播する。理想的には、反応帯は、コアの長さ方向の所与の点に組み込まれた燃料と触媒量によって決まる、安定した反復可能な速度で移動する。反応の先端は、一旦動き出すと、発生装置の点火端から出口端まで移動して酸素を生成する。

わずかに先細りの円筒形状をした化学コアを有する酸素発生キャンドルを含む従来の化学的酸素発生装置が１つ知られている。このキャンドルは、一旦分解し始めると、その分解を維持し、完全に反応するまで呼吸できる酸素を放出するであろう。しかしながら、反応の先端は一定の線速度で移動しなければならないので、比較的長い運転期間が必要な場合は、化学コアの長さを長くしなければならない。航空機内で利用できる空間は制限されているため、酸素発生装置用に設けられている典型的な空間エンベロープの長さ以上に発生装置を長くすることは困難であり、その結果、こうした従来の化学的酸素発生装置では、典型的にはより重い化学コアを使って、十分な継続時間を確実に有するようにしている。

ある一つの既知の化学的酸素発生装置は、細長くて固い断熱部と、この固い断熱部の一方の側にあって、放出された酸素を燃焼キャンドルから、キャンドルの燃焼部分の燃焼作用を上昇させまたキャンドルの未燃焼部分を予熱するプレートに沿って導く多数のガス流路を提供する導管部と、を備える。複数のプレートは組み合わされて、キャンドルを囲む連結したセラミックプレートからなるハニカムタイプのセパレータ組立体を形成し、こうした多くのセパレータ組立体が組み合わされて、高い初期流量が必要な酸素供給流れプロファイル用の複数キャンドル酸素発生装置を形成する。このハニカムタイプのセパレーターはかなりの容積を占め、化学キャンドルの重量が増えるため、航空機での使用には適さない。

化学的酸素発生装置内での酸素発生反応が、反応を消滅させないように十分に安定であるためには、反応の先端は、十分に高い線速度で移動しなければならない。反応の先端の移動が遅すぎる場合、反応は制御できなくなり停止し得る。反応の先端の最低線速度を維持し、化学的酸素発生装置の運転期間の要件を満たすためには、典型的には、化学的酸素発生装置の化学コアの重量または長さを増やさなければならず、該装置の重量または長さが増加していた。図３のプロファイルなどのように、一部の航空機では非常に長い持続期間が必要であり得、一方、最初の数分間は高流量が要求される。

特に、航空機については、装置の重量や長さを増やすことなくその装置の運転期間が延長可能な化学的酸素発生装置の提供が望ましいであろう。本発明はこうしたニーズやその他のニーズを満たす。

簡潔かつ概括的には、本発明は、発生装置の重量や長さを増やすことなく化学的酸素発生装置の運転期間を延長する、複数の並列順次接続化学コア部を有し、反応の先端が酸素発生組成物内を伝播すると、呼吸できる補給ガスを生成する酸素発生組成物を含む化学的酸素発生装置を提供する。

従って、本発明の化学的酸素発生装置は、点火端と反対側の酸素出口端とを有する化学的酸素発生装置筐体と、前記化学的酸素発生装置筐体の前記点火端の化学コア点火プレートと、化学的酸素発生装置筐体内で前記化学コア点火プレートにすぐ隣接する化学コア高反応性部と、化学的酸素発生装置筐体内の複数の並列順次接続化学コア部と、を含む。前記複数の並列順次接続化学コア部はそれぞれ、酸素発生組成物を含み、化学的酸素発生装置の点火端もしくは出口端を向いた第１の端と、化学的酸素発生装置の出口端もしくは点火端の他方を向いた第２の端と、前記化学コア高反応性部にすぐ隣接して配置され、前記複数の並列順次接続化学コア部の第１のコア部の第１の端を有する、前記第１の端と第２の端の間で化学的酸素発生装置筐体の長手方向軸に沿ってある長さで延在する本体部と、を有する。

ある現在好適な態様では、化学コア点火プレートは点火雷管を含む。別の現在好適な態様では、点火プレートと高反応性部の直径は同じであるが、しかしながら、点火プレートの直径は高反応性部のそれより小さくてもよい。別の現在好適な態様では、高反応性部は凹部を含み、点火プレートは、高反応性部のその凹部内に配置される。別の現在好適な態様では、化学コア点火プレートは、化学コア点火プレートを点火するように構成された活性化パウダーと、活性化パウダーを点火するように構成された点火雷管と、を含む。別の現在好適な態様では、点火プレートと高反応性部は単一のピースとして形成されてもよい。別の現在好適な態様では、点火プレートと高反応性層は、複数の並列化学コア部のうちの１つだけを被覆する。

別の現在好適な態様では、複数の並列順次接続化学コア部は、全体的に円筒形状にて配置される。別の現在好適な態様では、複数の並列順次接続化学コア部の長さは、その直径より実質的に大きい。別の現在好適な態様では、複数の並列順次接続化学コア部は、点火端で活性がより高く、該化学コア部の反対側の端に向かって活性が漸次低くなる。別の現在好適な態様では、複数の並列化学コア部は、断面積が等しくなるように形成される。

断熱層は、化学的酸素発生装置筐体内の、複数の並列順次接続化学コア部の第２のコア部の第２の端と化学コア点火プレートとの間と、複数の並列順次接続化学コア部の第２のコア部の第２の端とこの化学コア部の第１のコア部の第１の端との間と、複数の並列順次接続化学コア部の第２のコア部の本体とこの化学コア部の第１のコア部の本体との間と、に配置される。ある現在好適な態様では、断熱層は、耐火性繊維材料で形成されたプレートを含む。別の現在好適な態様では、耐火性繊維材料は、例えば、アルミノシリケート耐火性セラミック繊維、セラミック繊維紙、水酸化カルシウム含浸セラミックウール、ケイ酸カルシウムで形成された耐火性ボードあるいはグラスウールであってもよい。

化学コア遷移部は、複数の並列順次接続化学コア部の第１のコア部の第２の端にすぐ隣接して、またこの第２の端とこの化学コア部の第２のコア部の第１の端との間に配置されて、反応の先端が該化学コア部の第１のコア部の第２の端に達した時に、反応の先端がこの第２の端から該化学コア部の第２のコア部の第１の端に確実に伝播するようになされている。ある現在好適な態様では、該遷移部は、高反応性の酸素発生組成物層を含む。別の現在好適な態様では、遷移部は、化学的酸素発生装置筐体の長手方向軸に対して約４５°傾斜している。別の現在好適な態様では、遷移部は、複数の並列化学コア部の第１のコア部の第２の端からこの化学コア部の第２のコア部の第２の端まで、化学的酸素発生装置筐体の長手方向軸に直角に反応の先端を移動させるように構成されている。本発明の化学コア配置では、反応の先端は、並列コア部の第１のコア部に沿って移動し、第１の部が消費された後は、反応の先端は遷移部を通って並列に次のコア部に移動し、また出口端から点火端の方に進んで、反応の先端の速度と化学的酸素発生装置の運転期間は、この装置の長さを増やすことなく増加できる。

本発明の他の特長と利点は、以下の好適な実施例の詳細な説明と添付図とからより明らかになるであろう。添付図は、本発明の作用を例示として示すものである。

図１Ａは、本発明による化学的酸素発生装置コア組立体の第１の実施形態の断面概略図である。 図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面概略図である。 図２Ａは、本発明による化学的酸素発生装置コア組立体の第２の実施形態の斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａの化学的酸素発生装置コア組立体の断面概略図である。 図３は、持続期間が比較的長い化学的酸素発生装置の理想的な酸素流れプロファイルである。 図４は、本発明による並列部を有する化学コア組立体を備えた化学的酸素発生装置の酸素流れプロファイルである。

図面（例示目的のものであって限定するものではない）を参照して、本発明は、複数の順次並列接続化学コア部を含む化学的酸素発生装置を提供する。該化学コア部によって、化学的酸素発生装置の重量や長さを増やすことなく装置の運転期間が延長できる。従って、本発明は、反応の先端が酸素発生組成物内を伝播時に、呼吸できる補給ガスを生成する１つまたは複数の酸素発生組成物を含む化学コア組立体１４と、同組立体１４を含む化学的酸素発生装置筐体１２と、同筐体１２を含む化学的酸素発生装置１０を提供する。化学的酸素発生装置筐体は、典型的にはステンレス鋼で形成され、例えば、ステンレス鋼板、穿孔ステンレス鋼板あるいはステンレス鋼線メッシュ内で化学コア組立体をラップして、同筐体の概して円筒形の本体１８を形成することによって形成できる。他の同様に好適な材料も使用できる。ラップされたコア組立体は典型的には、化学的酸素発生装置筐体の概して円筒形の本体の両端２２ａ、２２ｂに固定して取り付けられた２つのステンレス鋼カップ２０間にしっかりと保持される。

化学コア組立体の酸素発生組成物は典型的には、塩素酸ナトリウム系の酸素発生組成物である。図１Ａ〜図２Ｂに示すように、化学コア組立体は、第１の端すなわち点火端２４（図の頂部に示す）と反対側の第２の端すなわち出口端２６（図の底部に示す）とを含む。化学コア組立体は、好適には固体材料で形成され、一般に、直径に対して長さがはるかに長い円筒形態となるように構築される。また、化学コア組立体は、好適には点火端すなわち燃焼開始端で高い活性を有し、他端に向かって徐々に活性が低くなり、所与の航空機の降下プロファイルでの酸素要件を満たす酸素発生プロファイルあるいは酸素流曲線を有する。

化学コア組立体は好適には、化学的酸素発生装置筐体の第１の端すなわち点火端に配置された化学コア点火プレートすなわちホットプレート２８を有するように形成され、典型的には衝撃点火雷管３０を含む。化学コア点火プレートは、衝撃点火雷管で直接点火でき、あるいは衝撃点火雷管で点火された活性化パウダーの熱で点火できる。化学コア点火プレートは、熱線や水潜在性化学組成物などの他の手段でも点火できる。

高反応性酸素発生組成物を含む化学コア高反応性部３２は好適には、化学的酸素発生装置筐体内で、化学コア点火プレートにすぐ隣接してあるいはこれに接して配置される。点火プレートは、一旦点火されると急速に反応し、この反応の熱によって、高反応性部の反応が開始される。点火プレートの直径は、高反応性部のそれと同じであってもよく、あるいはそれよりはるかに小さくてもよい。凹部３４は、高反応性部の中央部に形成でき、化学コア点火プレートの一部をこの凹部内に設置できる。あるいは、点火プレートと高反応性部も単一のピースとして構築できる。

また、化学コア組立体は、第１および第２の並列化学コア部３８ａ、３８ｂなどの、化学的酸素発生装置筐体内に配置された、複数の並列化学コア部を含んでいることが好都合である。あるいは、複数の並列化学コア部は、３つ以上の並列部を含んでいてもよい。高反応性部は、複数の並列化学コア部の化学反応性より高い化学反応性だけではなく、複数の並列化学コア部それぞれの断面積より比較的大きな断面積を有していることが好ましく、それによって、化学コア高反応性部は、比較的迅速に酸素ガスを生成して、図３に示すように、多くの航空機降下プロファイルで必要な比較的高い初期酸素流量を供給できる。図１Ａに示すように、点火プレートと高反応性層は、複数の並列コア部を実質的に被覆していてもよいが、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、点火プレートと高反応性層は、複数の並列コア部の１つだけを被覆していてもよい。

複数の並列化学コア部は、少なくとも１つの酸素発生組成物から形成されており、化学的酸素発生装置の点火端の方を向いた第１の端４０ａ、第２の端４０ｂと、同装置の出口端の方を向いた第２の端４２ａ、第１の端４２ｂと、第１の端および第２の端間で、化学的酸素発生装置筐体の長尺方向軸４８に沿ってそれぞれある長さ４６ａ、４６ｂで延在する本体部４４ａ、４４ｂと、を含む。第１の並列化学コア部の第１の端は好適には、化学コア高反応性部にすぐ隣接してあるいは接して配置される。並列部は、実質的に等しい断面積を有して製造でき、あるいは、最初に反応するように位置付けられた並列部は、その断面積が他の並列部のそれよりわずかに大きいように製造できる。

断熱層５０も好適には、化学的酸素発生装置筐体内の、第２の並列化学コア部の第２の端と化学コア点火プレートとの間と、第２の並列化学コア部の第２の端と第１の並列化学コア部の第１の端との間と、第２の並列化学コア部の本体と前記第１の並列化学コア部の本体との間に配置される。高反応性部と第２の並列部との間および複数の並列部間の断熱層によって、第１の並列部が消費される前に第２の並列部が反応することが阻止される。該断熱体は、既製の材料であってもよく、あるいは化学コア製造プロセスの一部としてその場所で組み込まれてもよく、典型的には、アルミノシリケート耐火性セラミック繊維、あるいは、例えば水酸化カルシウム含浸セラミックウールなどの高温断熱用セラミック繊維紙などの耐火性材料からなる軽量で固い断熱プレートとして形成される。アルミノシリケート耐火性セラミック繊維とセラミック繊維紙は、ＵＮＩＦＲＡＸ社から商標名ＦＩＢＥＲＦＲＡＸで販売されているが、他の同様な高温断熱材料も使用できる。生成された酸素中の残留塩素の除去を支援するために、水酸化カルシウムを断熱層に含ませることもできる。ケイ酸カルシウムまたは柔軟な断熱材料（耐火性セラミック繊維高温断熱シート材料、グラスウールなど）からなる軽量耐火ボードや、高温用途用の軽量で柔軟および有機不純物フリーのエアロゲル断熱材も使用できる。

化学コア組立体は典型的には、化学的酸素発生装置筐体の、第１の並列化学コア部の第２の端にすぐ隣接してあるいはそれに接して、およびこの第２の端と第２の並列化学コア部の第１の端との間に配置された高反応性酸素発生組成物を好適に含む遷移部５２を含む。図１Ａ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、第２の部の底部にあるこの高活性層によって、反応の先端が左側の部から右側の部に伝播し易くなる。遷移部は好適には、反応の先端が第１の並列化学コア部の第２の端に達した時に、第２の端から第２の並列化学コア部の第１の端に確実に伝播するように構成されている。それによって、並列コア部は、長さを増やすことなく反応時間を有効に延長している。遷移部は好適には、第１の並列化学コア部の第２の端から第２の並列化学コア部の第１の端まで、化学的酸素発生装置筐体の長尺方向軸に直角に反応の先端を移動させるように構成されている。

点火プレートが一旦点火されると、その熱によって高反応性部の反応が開始される。その後、この反応は、左側の並列部内、遷移部、次に右側の並列部を通って進む。この配置では、化学的酸素発生装置の運転期間は、装置の長さを増やすことなくほとんど２倍にできる。その後、高反応性部からの熱によって、第１の並列化学コア部の反応が開始され、反応の先端は、第１のコア並行部の出口端に向かって伝播するであろう。高反応性部と第２の並列化学コア部間および第１および第２の並列化学コア部間の断熱層によって、第１の並列化学コア部が消費される前に第２の並列化学コア部が反応することが阻止される。反応の先端が遷移部に達すれば、反応の先端によって遷移部は反応する。その後、遷移部からの熱によって、第２の並列化学コア部の反応が開始され、反応の先端は、第２の並列化学コア部内を出口端から点火端と伝播する。従って、２つの並列コア部は、長さを増やすことなく反応時間を効果的に延長できる。

図２Ｂに示すように、現在好適な一態様では、遷移部は、化学的酸素発生装置筐体の長尺方向軸に対して約４５°傾斜させられる。この配置では、スプリットコアは、化学コアの半分だけの頂部上に点火プレートを載荷した。高反応性層を組み込んだ第２のコアの半分を延長してこのギャップを閉じることにより遷移させた。この層は、反応の先端をコアの方向に対して直角に移動させるため、底に対して約４５°傾斜している。点火プレートは、開始パウダー３０によって点火される。

反応熱によって、左側の化学コア部が点火される。その後、反応の先端は、出口端（図２Ａおよび図２Ｂのコアの底部）に向かって伝播する。反応の先端が第１の部の端に達すると、高反応性層の反応が開始され。その後、高反応性層によって、右側の部の反応が開始される。反応の先端が遷移部に達すると、反応の先端は遷移部を反応させる。その後、遷移部からの熱によって、第２の並列部の反応が開始され、反応の先端はその後、出口端から点火端に向かって伝播し続ける。遷移部と２つの並列部も、中央にスリットを有する単一の部に製造され、断熱層で満たされてもよい。この化学コア配置を有する化学的酸素発生装置の１つの酸素発生流曲線を図４に示す。この化学的酸素発生装置は６０分以上稼働した。３２分ごろのピークは高活性転移層によるものであった。ピーク高さは、高活性転移層の形状を修正することにより低減できる。並列部が配置されていない同じ長さの化学コアの稼働時間は、典型的には３０分未満である。

本発明の特定の形態を例示し説明した上記の記載から、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることは明らかであろう。従って、添付の請求項によるものを除いて、本発明が限定されるとは意図されない。

Claims (21)

1. 反応の先端が酸素発生組成物内を伝播すると、呼吸できる補給ガスを生成する酸素発生組成物を含む化学的酸素発生装置であって、
   点火端と反対側の酸素出口端とを有する化学的酸素発生装置筐体と；
   前記化学的酸素発生装置筐体の前記点火端に配置された化学コア点火プレートと；
   前記化学的酸素発生装置筐体における前記化学コア点火プレートにすぐ隣接して配置された、酸素発生組成物を含む化学コア高反応性部と；
   前記化学的酸素発生装置筐体内に配置された、複数の並列順次接続化学コア部であって、前記複数の化学コア部はそれぞれ、酸素発生組成物を含み、前記化学的酸素発生装置の前記点火端もしくは前記出口端を向いた第１の端と、前記化学的酸素発生装置の前記出口端もしくは前記点火端の他方を向いた第２の端と、前記化学コア高反応性部にすぐ隣接して配置され、前記複数の並列順次接続化学コア部の第１のコア部の第１の端を有する、前記第１の端と第２の端の間で化学的酸素発生装置筐体の長手方向軸に沿ってある長さで延在する本体部と、を有する化学コア部と；
   前記化学的酸素発生装置筐体の、前記複数の並列順次接続化学コア部の第２のコア部の第２の端と前記化学コア点火プレートとの間と、前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第２のコア部の前記第２の端とこの化学コア部の前記第１のコア部の前記第１の端との間と、前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第２のコア部の前記本体とこの化学コア部の前記第１のコア部の前記本体との間と、に配置された断熱層と；
   前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第１のコア部の前記第２の端と前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第２のコア部の前記第１の端との間および真隣および隣接の前記化学的酸素発生装置筐体内に配置された酸素発生組成物を含む化学コア遷移部であって、前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第１のコア部および前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第２のコア部より高い高反応性を有し、前記反応の先端が前記複数の並列順次接続化学コア部の前記第１のコア部の前記第２の端に達した時に、前記反応の先端が前記複数の並列順次接続化学コア部の第１のコア部の前記第２の端から前記化学コア部の前記第２のコア部の前記第１の端に確実に伝播するように構成された前記化学コア遷移部と、
   を備えることを特徴とする化学的酸素発生装置。
2. 前記化学コア点火プレートは、点火雷管を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
3. 前記点火プレートと前記高反応性部の直径は同じであることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
4. 前記点火プレートの直径は前記高反応性部の直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
5. 前記高反応性部は凹部を含み、前記点火プレートが前記高反応性部の前記凹部内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
6. 前記化学コア点火プレートは、前記化学コア点火プレートを点火するように構成された活性化パウダーと、前記活性化パウダーを点火するように構成された点火雷管と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
7. 前記点火プレートと前記高反応性部は、単一ピースとして形成されることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
8. 前記複数の並列順次接続化学コア部は、全体的に円筒形状にて配置されることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
9. 前記複数の並列順次接続化学コア部の長さは、前記複数の並列順次接続化学コア部の直径より実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
10. 前記複数の並列順次接続化学コア部は、前記点火端において活性がより高く、前記複数の並列順次接続化学コア部の反対側の端に向かって活性が漸次低くなることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
11. 前記複数の並列化学コア部は、断面積が等しくなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
12. 前記点火プレートおよび前記高反応性層は、前記複数の並列化学コア部のうちの１つだけを被覆することを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
13. 前記断熱層は、耐火性繊維材料で形成されたプレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
14. 前記耐火性繊維材料は、アルミノシリケート耐火性セラミック繊維を含むことを特徴とする請求項１３に記載の化学的酸素発生装置。
15. 前記耐火性繊維材料は、セラミック繊維紙を含むことを特徴とする請求項１３に記載の化学的酸素発生装置。
16. 前記耐火性繊維材料は、水酸化カルシウム含浸セラミックウールを含むことを特徴とする請求項１３に記載の化学的酸素発生装置。
17. 前記耐火性繊維材料は、ケイ酸カルシウムで形成された耐火性ボードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の化学的酸素発生装置。
18. 前記耐火性繊維材料は、グラスウールを含むことを特徴とする請求項１３に記載の化学的酸素発生装置。
19. 前記遷移部は、高反応性酸素発生組成物層を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
20. 前記遷移部は、前記酸素発生装置筐体の長手方向軸に対して約４５°傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。
21. 前記遷移部は、前記複数の並列化学コア部の前記第１のコア部の前記第２の端から前記複数の並列化学コア部の前記第２のコア部の前記第２の端まで、前記化学的酸素発生装置筐体の前記長手方向軸に直角に前記反応の先端を移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の化学的酸素発生装置。

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