JPS602243B2 - 酸素発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として塩素酸塩からなり熱分解によって酸素
を発生する化学的酸素発生体（以下クロレートキヤンド
ル又はキャンドルという）を用いた酸素発生装置の改良
に関するものである。

クロレートキャンドルは、普通、主剤である塩素酸のア
ルカリ金属塩に燃料（塩素酸塩熱分解の補助熱源となる
遷移金属粉末）や塩素酸塩分解時に遊離される塩素を捕
捉するための金属酸化物又は過酸化物等を配合したもの
を円柱状に圧縮成形した本体部分と、本体の熱分解開始
を確実なものとするため本体の一端に固着された伝火錐
（ィグニションコーン）とからなる。伝火錐は、本体部
分と同様塩素酸塩を主成分とするが、上記遷移金属粉末
等の熱分解促進剤を、本体よりも高率で合有している。
形は錐状（普通円錐状）をなしており、錐の頂点側を本
体に埋設し、底面側を露出させて点火面とする。この点
火面に点火器の電気ヒーターや火薬等から発生した熱が
伝えられると、伝火錐は高濃度の熱分解促進剤のために
激しく分解して高熱を発するからこれによって本体の分
解開始に必要な熱量が確保されるのである。上述のよう
なクロレートキャンドルを酸素源とする酸素発生装贋を
構成するには、キャンドルをまずセラミックファイバー
等の耐熱性繊維その他の通気性材料で被覆し（この被覆
層は発生する酸素ガスの通路になると同時に猿材ともな
る）、全体を適当な金属性容器に収納し、これに適宜点
火手段、酸素取出手段等を付属させるのが普通であり、
このような酸素発生装置の１例は、米国特許第３斑０２
５び旨明細書に記載されている。

ところで、ク。レートキャンドルからの酸素発生は、前
述のごとく、塩素酸塩の発熱分解反応によるものである
から、酸素発生に際して、キャンドル収納容器の内壁は
高温の酸素と接触し、時には塩素酸塩の分解によって生
ずる高温の溶融塩とも接触する。このような高温かつ酸
化性の雰囲気に耐える性質（以下これを単に耐熱性とい
う）を備えた金属は、ステンレススチールあるいはそれ
以上に特殊で高価な金属に限られ、したがって、従来の
クロレートキャンドル容器としては、普通ステンレスス
チールが用いられていた。普通のブリキ蜜などは耐久性
が不充分であって、主として溶融塩との接触点で穴があ
いてしまう（この分野でバーンスルーｂｍｎ−ｔｈｒｏ
ｕ教と呼ばれる現象）。高耐熱性金属を用い、キャンド
ル容器として必要な強度を持たせた容器は極めて高価で
あり、これを安価な金属を用いたもので置換することが
できれば、酸素発生装置の価格低減に有効なのであるが
、従来普通のキャンドルを用いてこれに成功した例は見
当らない。

本発明者の知る限り、唯一の例外は、触媒を使用するこ
とによって、低温で分解するようにした特殊組成のキャ
ンドルに低融点金属容器を用いた例があるだけである。
この発明の目的は、容器に高価な高耐熱性金属板を使用
する必要のないクロレートキャンドルによる酸素発生装
置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明において採用された手
段の概要は次のとおりである。

（ｉ） 塩素酸塩等を円柱状に成形したクロレートキャ
ンドルの本体部分に、５〜１０％（重量％、以下同じ）
の粒状不活性物質を均一分散状態で含有させ、（ｉｉ）
伝火錐部分をセラミックファイバー層を介してカップ状
の高耐熱性板で包囲し、（ｉｉｉ） 伝火錐近傍のキャ
ンドル容器内壁に沿って円筒状高耐熱性板を装着する。

但し、本発明において高耐熱性板とは、ステンレススチ
ール板、セラミック材料からなる板、またはこれらと同
等以上の耐熱性を有する板を意味する。

キャンドル組成と装置内部構造に上記のような工夫を施
すことにより、本発明の装置においては、高価な高耐熱
性材料の使用量を最少限度ですませることができる。

本発明の装置で用いるクロレートキヤンドル本体中の特
徴的な成分である粒状不活性物質とは、４００〜８００
ｑｏに達するキャンドル分解時に、他のキャンドル構成
成分や発生する酸素と反応せず、しかも熱によって分解
又は融解もしないような、安定な物質をいう。

したがって、従来キャンドル中に粒状又は繊維状のガラ
スを混合することが椿開昭４８−８４７９５号公報で公
知であるが、この場合のガラスはキャンドルの分解熱で
融解するものであって、その融解潜熱をキャンドル分解
速度の抑制に利用するのであるから、本発明の不活性物
質とは区別されるものである。具体的には、粒状不活性
物質として粒状２酸化ケイ素、例えばケィ砂、ケィ石粉
砕物などを例示することができる。

これらは、比較的高純度のものを安価に入手することが
でき、しかもその粒径も所望のものを選ぶことができる
から、本発明で用いる添加物として最も適したものであ
る。不活性物質の粒度は、約２０〜１００メッシュの範
囲で、キャンドルの主原料である塩素酸塩の平均的な粒
度に合わせて選定することが望ましい。これは、塩素酸
塩その他のキャンドル原料と粒状不活性物質とを混合し
、更に円柱状に成形する際、粒状不活性物質の分布が不
均一になるのを防ぐ為に必要である。例えば、塩素酸塩
として農業用の塩素酸ナトリウム（約１０メッシュ）を
用いた場合、混合する不活性物質としては約３０メッシ
ュのものが適当である。不活性物質の混合量は、キャン
ドル組成によっても異なるが、キャンドル全軍量の５〜
１０％を占めるようにすることが望ましい。

特に好ましい混合量は６．２〜９．２％である。更に、
この範囲で、不活性物質に対する燃料の重量比を０．６
〜０．６５とすることによって、体積比が０．４１〜０
．４５となるようにすることが望ましい。ただし、体積
比に関する上記の値は、燃料として最も代表的なもので
ある還元鉄粉末を用いた場合のものであって、熱料が異
なるときは修正が必要である。すなわち、燃料の発熱量
が還元鉄粉末のそれよりも大であるときは上記体積比は
下方に、逆のときは上方に、それぞれ修正される。以上
の条件を満たすことができる限り、キャンドル構成成分
の選択に制限はない。

したがって通常は、不活性物質を加えることによって従
釆のキャンドル構成成分の変更が必要になるようなこと
はない。不活性物質添加が有効なキャンドル組成の代表
的な例としては、過酸化バリウム３％、還元鉄粉体（３
２５メッシュ）４〜６％、及び残部が農業用塩素酸ナト
リウムからなるものが挙げられる。燃料は、これを減ら
すときは燃焼の信頼性限界に、また増すときは制御可能
な反応速度に、それぞれ影響を与える。したがって、燃
料の量は分解開始に際してキャンドルに供帯溝されるエ
ネルギー量やキャンドル容器の断熱性能など、他の設計
要素も考慮して増減することが必要である。粒状不活性
物質を含むすべてのキャンドル原料を均一に混合した後
、周知の圧縮成形法により、円柱状に成形すれば、本発
明で用いるキャンドル本体が得られる。本発明のキャン
ドル本体中に均一に分散している粒状不活性物質は、キ
ャンドル本体が分散して酸素を発生する過程で、次のよ
うな作用を発揮する。

ａ 分解熱の伝導媒体となり、分解熱が反応領域から未
反応部分へ、より均一に伝播するのを助ける。

ｂ 塩素酸塩溶融物の自由かつランダムな流動を抑制す
る格子を形成する。

ｃ 塩素酸塩の分解残澄（クリンカー）が冷えたとき過
度に収縮し変形するのを防止する。

その結果、クリンカーが溶融ゾーンの直後に強固に形成
されるから、クリンカーと未燃焼部分との間に溶融分解
前線が薄い（〜０．２４弧）帯状にサンドイッチされる
。これは熱的安定性にも貢献する。これらの結果として
、キャンドルの分解前線は安定し、酸素発生速度は一定
になる。

同時に溶融塩がキャンドル本体外に流出するようなこと
がなくなるから、キャンドルを包む耐熱性通気性材料の
外側にある容器肇は異常な高温にさらされる恐れがなく
、耐熱性があまりよくない金属も使用することができる
のである。但し、燃料を高率で含有する伝火錐は、急騰
かつ激しい分解を起こすため、キャンドル本体と違って
、拘束されない溶融塩の流れを生ずる。

したがって、伝火錐の周囲だけは、溶融塩を容器肇に接
触させないための対策が必要である。前記（ｉｉ）及び
（ｉｉｉ）の高耐熱性板は、そのために設けられた２重
のシールドである。これを、以下図面を参照しながら具
体例によって説明する。第１図は、本発明による酸素発
生装置の内部構造を示すキャンドル中心軸に沿う断面図
であって、図中、１はケィ砂を含有するクロレートキャ
ンドル本体、２は伝火錐、３〜７はセラミックファイバ
ー（ファイバーフラツクスＦｊＰｒｈａｘ９７帆、登録
商標、カーボランダム社製品）、８はカップ状に成形さ
れたステンレススチール板（但し点火器９の貫通孔があ
る）からなる第１のシールド（ィグニションシールド）
、１０は円筒状に成形されたステンレススチール板から
なる第２のシールド（バーンスルーシールド）、１１は
有孔ステンレススチール板、１２，１３は塩素、一酸化
炭素等創生ガスの除去剤、１４は酸素ガス出口である。

ィグニションシールド８は、点火点９の取付金具１５に
溶接されており、前述のような、伝火錐燃焼時に生成す
る溶融塩が拡散するのを防ぐと共に、次のような役割も
果たす。

ａ キャンドルの位置を固定する“アンカーポイント”
となる。

ｂ 点火器と伝火錐の間に着火薬１６を介在させる場合
、それが崩れないように押さえる。

ｃ 伝火錐から生ずる熱を反射し、更に高熱の酸素をキ
ャンドル軸方向に流すことにより、キャンドル本体がよ
く予熱されるようにする。

これらの役割を果たすために、イグニションシールドの
内径はイグニションコーンの外径よりも適度に大きくす
ることが必要である。

両者の間に介在させる通気性材料は、８００午Ｃに達す
る溶融塩と酸素に耐えるものでなければならない。上述
のようなィグニションシールドを設けても、該シールド
の内側のセラミックファイバー層を通って溶融塩が漏出
することがあるが、これはバーンスル−シールド１０に
より阻止されるから、ブリキ製の容器１７の器堅に達す
ることはない。

バーンスルーシールドは、容器壁に沿って円筒状に設け
、その軸万向先端は、ィグニションシールドよりも５〜
６弧伸ばしてキャンドル本体部分を包囲させる。

点火器側は、既にィグニションシールドで完全にシール
ドされているから、ィグニションコーンと同程度又はそ
れ以上に伸びていれば充分であるが、ィグニションコー
ンと同様のカップ状に成形され、有孔底部で点火器に固
着されていてもよい。２つのシールド用の耐熱性材料の
実用的な例としては、ステンレススチールのほかにセラ
ミック材料などがある。

酸素発生装置の上記２つのシールド以外の部分、例えば
点火器や伝火錐の構造、酸素ガス浄化剤の有無や種類、
及びこれらの配置等が上記例のものに限定されないこと
は言う迄もない。

本発明による酸素発生装置は、以上のようなキャンドル
組成と２重シールド構造を持つことにより、容器が耐熱
性のよくないブリキやアルミニウム製のものであっても
、いわゆるバーンスルーを起こすことがない。

したがって、本発明により通常使い捨てになるこの種の
酸素発生装置の外装容器に高価な高耐熱性金属を使用す
る無駄がなくなり、装置価格の低減が可能となったので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による酸素発生装置の断面図である。 １：キャンドル本体、２：伝火錐、３〜７：セラミック
フアイバー、８：イグニシヨンシールド、９：点火器、
１０：バーンスルーシールド、１１：有孔ステンレスス
チール板、１２，１３：副生ガス除去剤、１４：酸素ガ
ス出口、１５：取付金具、１６：点火薬、１７：容器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塩素酸塩の円柱状成形物の一端に伝火錐を固着して
   なる化学的酸素発生体を金属容器に収納し、これに点火
   手段、酸素取出手段等を付属させてなる酸素発生装置に
   おいて、（i） 塩素酸塩の円柱状成形物に５〜１０重
   量％の粒状不活性物質を均一分散状態で含有させ、（i
   i） 化学的酸素発生体の伝火錐部分をセラミツクフア
   イバー層を介してカツプ状の高耐熱性板で包囲し、（i
   ii） 伝火錐近傍の金属容器内壁に沿って円筒状高耐熱
   性板を装着したことを特徴とする酸素発生装置。