KR101537126B1

KR101537126B1 - 질소 가스를 발생시키기 위한 제형

Info

Publication number: KR101537126B1
Application number: KR1020107013689A
Authority: KR
Inventors: 로렌스 다니엘 밴 블리엣
Original assignee: 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2015-07-16
Also published as: ES2404829T3; BRPI0819922A2; KR20100105620A; CN101939254A; CN101939254B; AU2008339149A1; AU2008339149B2; EP2240403A1; CA2708165C; WO2009078707A1; JP2011509902A; CA2708165A1; US8460575B2; US20100284888A1; EP2070870A1; JP5283709B2; BRPI0819922A8; PL2240403T3; EP2240403B1; BRPI0819922B1

Abstract

본 발명은 질소 가스를 발생시키는 데에 적당한 다공성의 고체 물질에 관한 것이며, 상기 물질은 20 내지 75 부피%의 공극률 및 조성물을 갖고, 상기 조성물은 상기 물질의 중량을 기초로 할 경우에 60 내지 90 중량%의 아지드화 나트륨, 1400 J/K/kg 이상의 열용량을 갖는 하나 이상의 무기 염을 기초로 할 경우에 0.1 내지 20 중량%의 불활성 화학적 냉각수, 금속 산화물 및 금속 카보네이트로부터 선택되는 0.1 내지 20 중량%의 개질제, 및 3 내지 15 중량%의 양으로, 하나 이상의 알칼리 금속 실리케이트, 바람직하게는 물유리, 또는 폴리-테트라졸로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 바인더를 포함한다.

Description

질소 가스를 발생시키기 위한 제형{FORMULATION FOR GENERATING NITROGEN GAS}

본 발명은 질소 가스를 발생시키기 위한 제형에 관한 것이다.

본 발명은 고체 추진제 가스 발생기에 관한 것이며, 상기 고체 추진제 가스 발생기는 조절된 조건 하에서 질소 가스를 발생시키는 고체 물질을 분해함으로써 냉각된 질소 가스 그리고 필요한 경우에는 매우 순수한 질소 가스를 생성할 수 있다.

많은 적용에서, 상대적으로 순수하거나 매우 순수한 가스, 및 필요한 경우에는 냉각된 가스를 많은 양으로 공급하는 소스를 필요로 한다. 이러한 측면에서, 질소는 많은 적용에서 우수한 불활성 가스이다. 가스 공급 용기는 특정의 단점을 갖는다: 가스 공급 용기는 상대적으로 부피가 크고 무거우며, 용기에 충분한 압력이 있는지 정기적으로 점검을 받아야 한다.

따라서, 부피가 더 작고 더 가벼우며, 자주 모니터링 하지 않아도 되는 질소 가스용 대체 소스를 개발하는 것이 필요할 수 있다. 하나의 해결책은 고체 추진제 가스 발생기이다. 이러한 장치에서는, 고체 물질(또한 "추진제"라고도 함)이 질소 및 슬래그 물질(slag material)로 분해된다; 후자는 가스 발생기의 하우징(housing)에 보유된다.

그러한 고체 추진제 가스 발생기에 대해 일반적으로 특히 유용한 적용은 하기와 같다:

- 국소적인 분위기에서 산소의 농도를 감소시키도록 질소를 제공하는 것,

- 발화 억제제와 혼합된 질소를 제공하는 것,

- 소화기용 드라이버 가스(driver gas)를 제공하는 것,

- 폭발 억제를 위한 가스를 제공하는 것,

- 공압 장치(비상 장치)용 질소 가스의 발생.

이러한 모든 경우에서, 질소 가스는 장기간(여러 해) 동안 유지보수 없이 바람직하게 저장될 수 있고, 그리고 개인, 장치 또는 환경에 대해 위험을 야기하지 않으면서 이용될 수 있어야 한다.

초기에, 질소 가스 발생기는 일반적인 유기 바인더를 사용하였으며, 특히 하기와 같은 단점을 갖는 (기계적이고 화학적인) 냉각 장치를 사용하였다:

- 무겁고 복잡한 가스 발생기를 야기함.

- 질소와 관련된 많은 오염물질을 발생시킴.

그러한 가스 발생기는 소화기, 폭발 억제용 장치, 또는 가스 희석 장치로서 사용하기에는 덜 적당하다.

또한, 기계적이고 화학적인 냉각 장치에도 불구하고, 이러한 대표적인 가스 발생기들은 상대적으로 높은 온도의 가스를 여전히 산출한다.

모든 종래의 화학적인 가스 발생기에 대해, 분해 온도는 높고, 가스는 냉각되어야 한다. 독일 특허 제19903237호 및 제19726296호는 가스를 냉각시키는 수단을 구체적으로 개시하며, 반면에 미국 특허 제6183008호 및 유럽 특허 제0876943호, 제1057514호는 가스를 정제하는 데에 사용되는 필터가 상기 가스를 냉각하는 데에 제공되기도 한다고 기재하고 있다. 대부분의 화학적인 가스 발생기에 대해, 필터의 크기 및 질량은 여과된 오염물질의 양에 의존할 뿐만 아니라, 냉각되어야 하는 가스의 온도에도 의존한다. 가스를 냉각시키기 위한, 이러한 추가적인 장치 또는 크기가 증가된 필터는 가스 발생기의 질량, 부피 및 비용을 증가시킨다.

본 발명은 질소 가스를 발생시키기 위한 제형을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 일 실시예는 질소 가스를 발생시키는 데에 적당한 다공성 고체 물질을 제공하며, 상기 물질은 20 내지 75 부피%의 공극률 및 조성물을 가지며, 상기 조성물은, 상기 물질의 중량을 기초로 할 경우에 60 내지 90 중량%의 아지드화 나트륨, 1400 J/K/kg 이상의 열용량을 갖는 하나 이상의 무기 염을 기초로 할 경우에 0.1 내지 20 중량%의 불활성 화학적 냉각수, 금속 산화물 및 금속 카보네이트로부터 선택되는 0.1 내지 20 중량%의 개질제, 및 3 내지 15 중량%의 양으로, 하나 이상의 알칼리 금속 실리케이트, 바람직하게는 물유리, 또는 폴리-테트라졸로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 발생기의 일반적인 레이-아웃(lay-out)을 도시한다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 이러한 단점을 극복하고, 낮은 온도 및 바람직하게는 높은 순도를 갖는 질소 가스를 생성할 수 있는 가스 발생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 요구된 바에 따라 냉각된 질소 가스를 제공하는 고체 추진제 가스 발생기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 기결정된 비율로, 요구된 바에 따라, 질소 가스를 발생시키는 고체 가스 발생기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 대상이 되는 가스 발생기는, 러시아 특허 제2108282호 및 국제 특허 출원 제WO-A 0123327호에서 개시된 바와 같이 동일한 기술을 적용함으로써 특별한 냉각 장치 또는 냉각수 필터를 사용하지 않는다.

본 발명의 가스 발생기는 적당한 하우징에 함유되는 충전물 및 가스 발생 화합물을 포함하며, 이에 의해 충전물의 화학적 조성물은 가스 발생 화합물, 아지드화 나트륨, NaN₃, 하나 이상의 알칼리 금속 실리케이트(alkali metal silicate), 바람직하게는 물유리(waterglass), 또는 폴리-테트라졸(poly-tetrazole)로 이루어진 바인더(binder), 냉각수 및 분해속도 개질제로 기본적으로 구성된다.

가장 넓은 형태에서, 본 발명은 (90℃ 미만, 바람직하게는 40℃ 미만으로) 냉각시킬 수 있고, 조절된 조건하에서 질소 가스를 발생시키는 다공성의 고체 물질을 분해함으로써, 바람직하게는 매우 순수한 질소를 발생시킬 수 있는 고체 추진제 가스 발생기에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 질소를 발생시키는 물질의 특정 조성물에 관한 것이며, 상기 조성물은 성분들의 균형잡힌 조합을 기초로 하고, 특정 양을 기초로 하고, 낮은 온도의 깨끗한 질소를 발생시키며, 상기 물질의 조성물을 변경함으로써 변화될 수 있는 비율을 기초로 한다.

구체적으로, 본 발명은 질소 가스를 발생시키는 데에 적당한 다공성의 고체 물질에 관한 것이며, 상기 물질은 20 내지 75 부피%의 공극률 및 조성물을 갖고, 상기 조성물은 상기 물질의 중량을 기초로 할 경우에 60 내지 90 중량%의 아지드화 나트륨, 1400 J/K/kg 이상의 열용량을 갖는 하나 이상의 무기 염을 기초로 할 경우에 0.1 내지 20 중량%의 불활성 화학적 냉각수, 금속 산화물 및 금속 카보네이트로부터 선택되는 0.1 내지 20 중량%의 개질제, 및 3 내지 15 중량%의 양으로, 하나 이상의 알칼리 금속 실리케이트, 바람직하게는 물유리, 또는 폴리-테트라졸로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 바인더를 포함한다.

본 발명의 중요한 양태는, 질소 가스를 발생시키는 다공성의 고체 물질이다. 상기 물질은 20 내지 75 부피%의 공극률을 갖고, 다공성은 고체 물질(충전물)에서 균일하게 분포되며, 이에 의해 발생된 가스가 상기 고체 물질의 공극 사이로 통과할 수 있다.

그 중 하나가 발열 반응을 다룬다고 할지라도, 가스 발생기는 냉각된 가스를 산출하며; 대부분의 경우에 산출된 가스의 온도는 40℃보다 낮으나, 항상 90℃보다는 낮다.

가스를 발생시키는 충전물의 조성물은, 가스의 요구된 성질(예를 들어, 순도, 속도 및 온도)을 제공하도록 지시된 한계 내에서 변경될 수 있다. 더 특히, 바인더의 양은 요구된 다공성 또는 요구된 기계적 세기에 의존하여 변경될 수 있으며, 차례로 온도 및 질소 생성 속도에 영향을 준다. 다른 한편으로, 냉각수의 양이 많을수록 질소의 생성을 감소시킬 수 있다.

질소를 발생시키는 제제로서 아지드화 나트륨이 사용된다. 아지드화 나트륨은 질소 가스 및 금속성 나트륨으로 분해된다. 이러한 나트륨(또는 그의 반응 생성물, 물과 함께)이 최종 질소 가스에 존재하는 것을 방지하기 위해, 가스용 필터를 사용하는 것이 가능하며, 그리고/또는 하기에서 설명되는 바와 같이 중화 수단(neutralising means)을 포함하는 것이 가능하다.

조성물의 중요한 성분은 특정 바인더이다. 종래 조성물에서 바인더의 사용은 일반적으로 중간 정도의 성질을 기초로 한다. 바인더가 강한 결합 성질을 갖는 것이 중요하며, 적은 양으로 사용될 수도 있으며, 이에 의해 최종 가스에서 너무 많은 오염 화합물을 발생시키지 않는다. 그러나, 대부분의 종래 바인더는 상대적으로 무해하나, 많은 양으로 사용되어야 하며, 이에 의해 허용가능한 수준 미만으로 질소를 희석시키거나, 상대적으로 적은 양으로 사용될 수 있으나, 낮은 수준에서도 가스에서 허용될 수 없는 위험한 오염물질을 발생시킨다.

본 발명에서, 특정 바인더 및 개질제를 아지드화 나트륨과 조합하여, 적당히 기능적인 가스 발생 조성물이 수득되며 상기의 평가기준을 충족시킨다고 발견되었다.

고체이지만, 다공성인 충전물은 또한 냉각수를 함유한다. 이러한 냉각수는 불활성 화학적 냉각수이고, 무기 염의 그룹으로부터 선택된다. 냉각수의 열용량은, 충분한 냉각을 제공하기 위해 600K에서 측정된 1400 J/K/kg이상이어야 한다. 나아가, 상기 냉각수는 슬래그 개질제로서 중요한 기능을 갖는다. 이러한 성질 때문에, 가스 발생기를 작동시킨 후에 슬래그가 제자리에 유지된다. 냉각수는, 가스를 발생시키는 반응 온도에서, 충전물에 있는 다른 성분과 반응하지 않거나 분해되지 않는다는 것을 의미하는 불활성이어야 한다. 바람직한 실시예에서, 열용량은 1900 J/K/kg 이상이다.

요구된 열용량에 더하여, 본원에서 정의된 바와 같이, 냉각수는, 즉 600K과 같은 가스를 발생시키는 온도에서 분해되지 않는 불활성이라는 요구조건을 충족시켜야 한다. 이는 수산화물 및 카보네이트가 적당하지 않기 때문에 본원에서는 사용될 수 없다는 것을 의미한다.

바람직하게, 냉각수는 LiF, Li₂O, Li₂C₂, Li₃N, Li₂SO₄, Li₂B₂O₄, Li₂B₄O₇ 및 Li₂SiO₃로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다. 슬래그 개질제 및 냉각수와 관련하여 최상의 조합된 성질의 측면에서는 리튬 화합물이 바람직하다.

다른 본질적인 성분으로서, 충전물은 개질제, 더 특히 금속 산화물 및 금속 카보네이트로부터 선택되는 연소 개질제(burning modifier)를 함유한다. 일반적으로, 이러한 개질제는 냉각제에 비해 높은 열용량을 갖지는 않는다. 나아가, 개질제는 시스템에서 발열적으로 반응하거나, 촉매 기능을 한다.

바람직하게는, 개질제로 산화 제2철(Fe₂O₃) 또는 탄산 나트륨(Na₂CO₃)이 사용된다.

상기에서 지적한 바와 같이, 모든 성분들의 특정 조합은 가스 발생기가 잘 균형잡힌 성질을 갖도록 야기하며, 초기에 지적한 바와 같이 특정 용도의 요구조건을 충족하도록 잘 조절될 수 있다.

가스를 발생시키는 고체 물질은, 20 내지 75 부피%의 공극률을 갖는 하나 이상의 다공성 충전물의 형태이다. 가스를 발생시키는 하나 이상의 충전물의 경우에, 제1의 충전물은 점화 장치(점화기)의 수단에 의해 개시되며; 다른 충전물은 이전의 충전물 또는 충전물들에 의해 연속적으로 점화된다. 반응(분해) 프런트(reaction(decomposition) front)는 점화기로부터 이격되어 조절된 속도로 이동하는 반면에, 가열된 분해 가스는 다공성 충전물 또는 충전물들을 통과하며, 이에 의해 충전물 또는 충전물들 사이에서 열이 교환되어 충전물 또는 충전물들은 데워지며 가스는 초기의 충전물 온도로 냉각된다.

충전물 또는 충전물들은 개별적으로 제조될 수 있으며, 발생된 가스의 대부분이 가스 발생기의 하우징에, 바람직하게는 90 부피% 초과, 더 특히 95 부피% 초과의 분해 가스가 다공성의 충전물 또는 충전물들의 공극을 통과하는 방식으로 장착된다.

충전물 또는 충전물들은 상기 충전물들의 길이 또는 폭에 걸쳐서 변화하는 조성물을 가질 수 있다.

가스 발생기는, 분해에 의해 생성되는 나트륨(또는 그의 반응 생성물)을 중화시키는 것, 주된 가스를 발생시키는 다공성 충전물 또는 충전물들의 슬래그, 바람직하게는 가스성 황을 중화시키도록 분해 생성물을 발생시키는 부수적인 충전물을 더 함유할 수도 있다.

점화기는 대표적인 불꽃 유형일 수 있으나, 다른(일반적인) 점화기를 사용하는 것도 가능하다.

(제1의) 충전물은 가스 발생기 출구로부터 이격된 충전물의 위치에서 점화된다. 점화는 제1의 다공성 충전물의 상부에서 발생한다. 이러한 방식에서, 하우징은 가열된 불활성 분해 가스가 다공성의 고체 충전물 또는 충전물들을 통과하도록 강요한다. 이에 의해 발생된 가스는 냉각되고, 반면에 충전물 또는 충전물들은 가열된다. 다공성 충전물 또는 충전물들의 온도를 상승시킴으로써, 조절된 분해가 유지된다. 마지막 충전물을 배출하는 데에 있어서, 가스는 마지막의 다공성 충전물의 (초기) 온도에 도달하고, 충전물의 연소되지 않은 영역과 열을 완전히 교환한다.

가스 발생기가 나트륨(또는 그의 반응 생성물)을 방전시키지 않고, 가스가 입자성 물질 또는 원하지 않은 화학적 오염물질을 함유하지 않도록 보장하기 위해, 가스 발생기는 나트륨 및 임의의 다른 원하지 않은 오염물질, 그리고 고체 또는 액체 물질을 여과하는 특별한 필터와 함께 제공될 수 있다. 적당한 필터는 과립형 물질, 예를 들어 활성화된 탄소, 모래, 제올라이트, 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하고, 이들을 서로 또는 연속적으로 혼합한 혼합물을 포함한다.

에어백 제형(airbag formulation)과 비교할 때, 본 발명의 가스 발생기 유형의 중요한 양태는, 에어백 제형의 폭발형 분해 대신에 안정한 연소 거동을 수득하는 데에 필요하다. 나아가, (존재한다면 필터의) 낮은 압력 및 낮은 가스 하중(gas load)을 위해 필요하다.

이러한 양태에서, 냉각수는 아직 분해되지 않은 충전물(그레인(grain))의 부분에서 생성된 가스를 냉각시키는 주된 기능을 갖는다. 나아가, 액체 반응 생성물을 제자리에서 유지하며, 필터 하중을 감소시킨다.

바람직하게, 가스 발생기는 85% 이상, 바람직하게는 95% 이상 함량의 질소와 함께 불활성 가스를 산출한다. 매우 깨끗한 질소의 경우에, 공기 중에서 더 낮은 인화성 한계를 훨씬 밑도는 농도에서 가스가 인화성 또는 가연성 가스를 함유하는 것이 바람직하며, 바람직하게 메탄의 농도는 0.2 부피%보다 작고, 수소의 농도는 1.0 부피%보다 작고, 일산화탄소의 농도는 0.02 부피%보다 작고, 방전된 가스에서 암모니아의 농도는 0.05 부피%보다 작다.

본 발명에 따른 가스 발생기의 일반적인 적용은 하기와 같다:

- 소화기용 드라이버 가스를 제공하는 것,

- 폭발- 또는 발화 억제를 위한 드라이버 가스를 제공하는 것,

- 다른 가스의 희석을 위한 질소의 발생,

- 공압(비상) 장치용 가스의 발생,

- 에어백의 팽창.

다른 가능한 적용은 하기와 같다:

무거운 하중 또는 무거운 장치를 들어올리기 위한 백(bag)의 팽창, 팽창가능한 보트(boat)의 팽창,

- 질소를 파워 액튜에이터(power actuator)로 제공하는 것,

- 높은 속도의 가스의 스트림(stream)을 제공하는 것,

- 분말, 액체 스프레이(예를 들어, 페인트)의 분산용 가스 흐름을 제공하거나, 또는 물질을 운반하는 것.

본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 본 발명의 가스 발생기의 일반적인 레이-아웃(lay-out)이 도시된다.

이러한 도면이 본 발명의 이해를 돕고 본 발명의 바람직한 실시예로서 주로 제시된다고 하더라도, 하기의 설명은 도면의 특정 실시예에 한정되지 않는다.

가스 발생기는 도면을 참고하여 설명한다. 가스 발생기는 점화기(1), 및 가스를 발생시키는 하나 이상의 다공성 충전물(2)을 함유한다. 이 충전물 또는 충전물들은 다공성이어야 하며, 분해 가스는 이 충전물 또는 충전물들을 통과할 수 있다. 나아가, 가스 발생기는 하나 이상의 필터(3)를 함유할 수 있다. 가스 발생기는 하우징(4), 통풍구(5)를 갖고, 부수적인 점화기를 가질 수도 있다; 이 점화기는 선택적이다. 또한, 가스 발생기는 중화된 충전물을 가질 수 있으며; 이 중화된 충전물도 또한 선택적이다.

상기 충전물은 임의의 적당한 모양을 가질 수 있으며, 주된 충전물보다 직경이 더 작을 수 있으며, 바람직하지 않더라도 구멍이 뚫릴 수 있다. 또한, 레이아웃은 중화된 충전물이 주된 점화기에 의해 점화(약간 지연됨)되도록 할 수 있다.

점화기(1)는 주된 가스 발생 충전물(2)을 점화시킨다. 가스 발생기에 의해 산출되는 가스의 순도에 대해 심한 요구조건이 없다면, 점화기는 임의의 적당한 대표적인 불꽃 유형일 수 있다. 점화기는 전기적일 수 있는 개시제, 타출형 활성화된 개시제(percussion activated initiator) 또는 레이저 점화된 개시제를 포함할 수 있다.

주된 가스 발생 충전물은 상이한 모양일 수 있거나, 적당한 모양의 충전물의 스택(stack)으로 이루어질 수 있다.

각각의 스택은 상이한 조성일 수 있어서, 가스의 연소 속도 또는 조성을 개질하며, 그리고/또는 상기 조성은 충전물의 길이 및 폭에 걸쳐서 변경될 수 있다.

도면에서, 충전물은 원통형이며; 이는 생성된 가스의 일정한 질량 흐름 속도를 야기한다. 그러나, 원뿔대 모양, 2개의 원뿔대, 구형 또는 다른 적당한 모양으로 충전물을 제조함으로써, 가스의 질량 흐름 속도는 특정 적용을 위해 미리-프로그램화될 수 있다. 가열된 가스는 다공성 충전물 또는 충전물들을 통과하며, 이에 의해 초기의(원래의) 냉각된 충전물질과 열을 교환하고 가스를 냉각시킨다.

그런 다음, 가스를 정제하기 위해 충전물을 남겨둔 후에, 분해 생성물은 필터를 통과할 수 있다. 필터의 부수적인 기능은 마지막 부분의 마지막 다공성 충전물에 의해 발생된 가스를 냉각시키는 것이다.

충전물은 컨테이너(container)에 보내질 수 있으나, 개별적으로 보내질 수도 있으며, 이후에 선택적으로는 라이너(liner)를 사용하여 하우징에 장착될 수 있다.

가스 발생기의 레이아웃은 분해 가스가 항상 다공성 충전물(2)을 통과할 수 있도록 하며, 이에 의해 주된 충전물과 열을 교환한다. 적당한 봉인에 의하거나, 충전물이 결합 또는 하우징에 케이스-결합되거나(case-bonded), 하우징 내에 끼워 맞춰져 있기 때문에, 충전물의 바이패싱(bypassing)은 일반적으로 피해진다. 이는 2개의 목적을 제공한다:

분해 가스가 주위 온도로 냉각되고, 반면에 충전물은 분해 반응을 지속하도록 가열된다.

충전물의 분해 속도는, 금속 산화물 및 금속 카보네이트(예를 들어, 산화 제2철(Fe₂O₃) 및 탄산 나트륨(Na₂CO₃))로부터 선택되는 연소 속도 개질제를 적은 양으로 첨가함으로써 개질된다. 분해 속도를 조절하는 것은 발생된 질량 유속을 조절하는 것에 대해서는 중요하며, 분해 프런트(decomposition front)의 안정한 진행을 보장하고 안정한 연소를 보장하기 위해서도 중요하다. 예를 들어, 하기의 표는 50%의 공극률을 갖고, 일반적인 NaN₃(79 중량%), LiF(10 내지 13 중량%), K-실리케이트(물유리; 7 중량%) 충전물의 분해 속도에 대한 Fe₂O₃의 효과를 나타낸다:

Fe₂O₃의 양(중량%)	충전물의 분해 속도에 대한 효과
1	기준
2	1.42*기준
3	1.67*기준
4	2.08*기준

바람직하게, 충전물의 공극률은 50% 근처이다. 주된 가스 소스는 아지드화 나트륨(NaN₃)이고, 플루오르화 리튬은 냉각수이고, K-실리케이트(물유리)는 바인더이다. 충전물의 조성이 하기의 바람직한 범위 내에 놓여질 경우에, 우수한 성능이 달성될 수 있다:

질소를 발생시키는 화합물	아지드화 나트륨, NaN₃	60% - 90%
바인더	K-실리케이트(물유리), K₂SiO₃	3% - 15%
불활성 냉각수	플루오르화 리튬, LiF	0.1% - 20%
분해 개질제	산화 제2철, Fe₂O₃	0.1 - 20%
공극률		20% - 75%

냉각수로서 플루오르화 리튬에 더하여 또는 대신하여, 다른 냉각수가 사용될 수 있으며, 특히 Li₂O, Li₂C₂, Li₃N, Li₂SO₄, Li₂B₂O₄, Li₂B₄O₇ 및 Li₂SiO₃가 가능한 냉각수이다. 이들은 총 충전물 질량 중 0.1% 내지 20% 범위의 중량%로 사용된다. 산화 제2철(Fe₂O₃)에 더하여 또는 대신하여, 다른 개질제가 사용될 수 있으며, 금속 산화물 및 금속 카보네이트로부터 선택된다.

다양한 바람직한 냉각수 물질의 냉각수 성질은 하기의 표에서 설명된다:

냉각수	600K에서의 열용량[J/K/kg]
LiF	1994
Li₂O	2518
Li₂C₂	2632
Li₃N	3052
Li₂SO₄	1544
Li₂B₂O₄	1728
Li₂B₄O₇	1418
Li₂SiO₃	1487

아지드화 나트륨의 분해 후에, (순수한) 나트륨이 충전물의 슬래그에 남아있다. 대기 중에 항상 존재하는 물과 함께, 나트륨은 열 발생 반응으로 수산화 나트륨 및 수소를 형성할 수 있다. 이러한 나트륨을 중화시키고, NaOH 및 H₂의 형성을 방지하기 위해, 중화된 충전물은 가스 발생기에 통합될 수 있다. 이러한 중화된 충전물은 유효한 중화제, 예를 들어 황과 함께 가스 발생 조성물로 이루어질 수 있다.

바람직한 조성물에 따른 실험 결과 및 충전물의 화학적 분석으로 발생된 가스의 순도를 확인하였다:

가스 분석의 결과(평균값):

성분	가스 발생기 산출량[부피%]
질소	> 98
수소	0.7 (7000 ppm)
메탄	0.017 (170 ppm)
일산화탄소	0.0001 (1 ppm)
이산화탄소	0.0005 (5 ppm)
암모니아	0.0113 (113 ppm)
물	0.22 (2200 ppm)

모든 경우에, 가스 발생기는 98%를 초과하는 N₂를 함유하는 질소 가스를 발생시킨다.

가스 발생기로부터 나트륨의 방전을 방지할 뿐만 아니라, 가스 발생기에 의해 산출되는 가스의 순도를 증가시키기 위해, 화학적 필터(3)가 다공성 충전물과 배기물 사이에 위치될 수 있다.

또한, 임의의 미세한 물방울 및 입자성 물질을 여과하기 위해, 필터는 모래, 종이, 유리 섬유, 제올라이트 또는 금속성 메쉬 물질(metal mesh material)과 같은 불활성 물질을 함유할 수 있다. 또한, 남아있는 충전물이 너무 작은 열용량을 가져서 발생된 가스의 마지막 부분을 냉각시킬 수 없는 경우에, 필터는 가스 발생기 기능의 말단부를 향해 가스를 냉각시킬 것이다.

Claims

질소 가스를 발생시키는 다공성 고체 물질에 있어서,
상기 물질은 20 내지 75 부피%의 공극률, 및 조성물을 가지며,
상기 조성물은,
상기 물질의 중량을 기초로 할 경우에 60 내지 90 중량%의 아지드화 나트륨,
1400 J/K/kg 이상의 열용량을 갖는 하나 이상의 무기 염을 기초로 할 경우에 0.1 내지 20 중량%의 불활성 화학적 냉각수,
금속 산화물 및 금속 카보네이트로부터 선택되는 0.1 내지 20 중량%의 개질제, 및
3 내지 15 중량%의 양으로, 하나 이상의 알칼리 금속 실리케이트, 또는 폴리-테트라졸로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 화합물은 LiF, Li₂O, Li₂C₂, Li₃N, LiCl, NaCl, CaF₂, Li₂SO₄, Li₂B₂O₄, Li₂B₄O₇ 및 Li₂SiO₃로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 물질.
제2항에 있어서,
상기 냉각수 화합물은 LiF인 것을 특징으로 하는 물질.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 개질제는 산화 제2철(Fe₂O₃) 또는 탄산 나트륨(Na₂CO₃)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 물질.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리테트라졸은, 소듐 폴리-5-비닐테트라졸(sodium poly-5-vinyltetrazole), 또는 포타슘 폴리-5-비닐테트라졸(potassium poly-5-vinyltetrazole)를 포함하는 알칼리 금속의 임의의 테트라졸 염, 또는 암모늄 폴리-5-비닐테트라졸(ammonium poly-5-vinyltetrazole)을 포함하는 유사한 폴리테트라졸인 것을 특징으로 하는 물질.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알칼리 금속 실리케이트는, 나트륨 실리케이트 및 칼륨 실리케이트의 혼합물인 것을 특징으로 하는 물질.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알칼리 금속 실리케이트는 물유리인 것을 특징으로 하는 물질.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각수는 1900 J/K/kg 이상의 열용량을 갖는 무기 염인 것을 특징으로 하는 물질.
가스를 발생시키는 물질 및 점화기용 하우징을 포함하며,
상기 가스를 발생시키는 물질은 제1항에 따른 물질인 것을 특징으로 하는, 질소 가스를 발생시키는 가스 발생기.
제9항에 있어서,
필터는 상기 가스를 발생시키는 물질의 하부 스트림에 추가적으로 존재하는 것을 특징으로 하는 가스 발생기.
제9항에 있어서,
제1항에 따른 가스를 발생시키는 물질은, 90 부피% 이상의 분해 가스가 상기 물질을 통과하는 방식으로 가스 발생기의 하우징 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 가스 발생기.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 가스 발생기에서 가스를 발생시키는 물질을 점화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질소 가스를 발생시키는 공정.