KR19990045039A - 하이브리드 팽창기내의 가스유동을 제어하는 장치 - Google Patents

하이브리드 팽창기내의 가스유동을 제어하는 장치 Download PDF

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KR19990045039A
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로버트 엔. 렌즈
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챨스 비. 카파다
오이에이, 인코퍼레이티드
고지마 아끼로
다이셀 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

팽창가능한 안전시스템용 하이브리드 팽창기는 제공된다. 하이브리드 팽창기는 추진제와 다른 연소가능한 재료의 연소로부터의 고온의 연소가스와 저장된 가스 하우징내의 냉각제 압축매체와의 효과적인 혼합을 제공하기 위한 형상으로 되어있다. 연소가스와 압축매체의 혼합은 실질적으로 균일한 조성물과 온도를 가진 출력가스를 제공한다.

Description

하이브리드 팽창기내의 가스유동을 제어하는 장치
본 발명은 일반적으로 팽창가능한 안전시스템의 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 하이브리드 팽창기에 관한 것이다.
자동차의 팽창가능한 안전시스템용 팽창기의 진보는 압축가스 전용 팽창기, 추진제 전용 팽창기, 및 하이브리드 팽창기의 발전으로 야기되어 왔다. 물론 상술된 타입의 팽창기의 각각에 대하여 많은 설계가 연구되어 왔다. 3개의 시스템 모두에 있어서, 2개의 기본적인 설계의 사상은 에어/안전백이 효과적으로 작동되도록 소정의 시간동안에 소정의 양만큼 팽창되어야 한다는 것이다.
이와 같이 전개노력은 어떻게 유동통로가 팽창기와 에어/안전백사이에 성립되는 것에 또한 어떻게 상술된 목표가 충족될 수 있도록 연속적인 유동이 에어/안전백에 제공되는 것에 집중되어 왔다. 저장되고 압축되는 가스의 해제와 추진제와 같은 발열제의 점화 양자를 활용하는 하이브리드 팽창기에 있어서, 에어/안전백으로의 유동통로를 성립하는 방법과 추진제를 점화하는 방법은 모두 상술된 목표를 충족시키는 방법으로 처리되어야 한다.
도 1은 자동차의 팽창가능한 안전시스템의 개략 대표도,
도 2는 하이브리드 팽창기의 실시예의 단면도, 및
도 3은 하이브리드 팽창기의 다른 실시예의 단면도.
본 발명은 팽창가스용 신규의 통로를 에어/안전백에 제공하는 팽창가능한 안전시스템용 하이브리드 팽창기에 관한 것이다. 하이브리드 팽창기는 적당한 압축매체(예컨대 유체 및/또는 가스)를 저장하는 팽창기 하우징과 팽창가능한 안전시스템의 에어/안전백으로의 유동을 증대시키는 적당한 가스/열 발생재 또는 추진제를 저장하는 가스발생기를 가지고 있다. 폐쇄디스크(또는 출구폐쇄장치)는 처음에 하이브리드 팽창기를 이 에어/안전백으로부터 차단한다. 시스템의 작동이 요구/필요할 때 점화되는 적어도 하나의 연소가능한 재료를 포함하는 작용(또는 기폭약)조립체가 제공한다. 작용조립체로부터 발생되는 연소 생성물은 추진제를 점화시키기 위하여 추진제와 직접 접촉한다. 이러한 작용조립체로부터의 동일한 연소 생성물은 발생기 하우징내의 출구를 통하여 팽창기로부터 에어/안전백으로의 유동을 발생시키기 위하여 이 특정 폐쇄디스크를 통한 사출부를 추진시킨다.
하이브리드 팽창기는 작용조립체내의 연소재로부터의 연소생성물, 추진제를 연소시킴으로써 발생되는 가스, 및/또는 압축매체(집합적으로 팽창가스라 함)를 혼합시키기 위하여 가스발생기와 작동적으로 결합된 혼합장치를 포함하고 있다. 이 장치는 팽창가스가 제1방향으로 이동되게 하고 그 다음에 제1방향에 대향한 제2방향으로 이동되게 한다. 제1 및 제2방향은 팽창기 하우징의 길이방향축선에 대해 위치된다.
하나의 구성에 있어서, 혼합장치는 가스발생기에 인접한 위치로부터 팽창기 하우징의 길이방향의 범위를 따라 뻗어있는 내부보호판을 포함하고 있다. 팽창기하우징의 길이방향의 범위를 따라 더 짧은 길이로 뻗어있는 외부보호판은 또한 혼합을 도모하기 위하여 내부보호판으로부터 방사상외측으로 배치될 수 있다. 내부 및 외부보호판은 환형의 출구를 집합적으로 형성한다. 혼합장치는 실질적으로 균일한 조성물과 온도를 가진 팽창기 하우징으로부터 출구로 나가는 팽창가스를 제공할 수 있다. 명백한 바와 같이 압축매체는 작용조립체의 작용전에 팽창기 하우징외측의 주위온도와 실질적으로 동일한 온도를 가지고 있다. 작용조립체로부터의 연소생성물과 추진제를 연소시킴으로써 발생되는 추진가스(집합적으로 연소가스라 함)는 발생될 때 비교적 고온이다. 혼합장치는 고온연소가스와 냉각제 압축매체의 효과적인 혼합을 일으키고 이에 따라 열이 고온의 연소가스로부터 압축매체로 신속하게 전달되게 한다. 혼합장치에 의해서 충족되는 중요목적은 팽창기의 작동후 팽창기 하우징을 나가는 발생된 팽창가스의 온도와 관련된 충분한 또는 원하는 감소이다. 이것에 관해서, 이러한 혼합은 팽창기 하우징의 출구로부터 방출됨에 따라 또는 이 출구로부터 방출된 후 팽창가스의 유동통로에 위치된 출구의 부식의 가능성 및/또는 팽창가스의 플레이밍(flaming)을 제거한다.
사출부는 에어/안전백으로의 유동을 발생시키기 위하여 제1폐쇄디스크를 파열하는 것에 부가하여 밀봉기능을 제공할 수 있다. 사출부는 가스발생기의 끝에 배치될 수 있고 제1폐쇄디스크와 적어도 부분적으로 정렬될 수 있다. 사출부의 적당한 형상 및/또는 사출부가 제1폐쇄디스크를 파열하도록 통과되는 가스발생기의 끝과의 그 상호관계를 선택함으로써 사출부는 가스발생기의 이 끝을 밀봉할 수 있다. 이것은 추진가스 및/또는 작용조립체로부터 발생된 다른 연소생성물이 파열된 제1폐쇄디스크를 통하여 팽창기를 나가기 전에 저장된 가스발생기로부터 가스 하우징내로 유동되는 것를 필요로 한다. 연소가능한 추진가스를 발생시키는 추진제가 사용되면 이것은 에어/안전백내에서 연소하는 추진가스에 대한 잠재력을 감소시키고 팽창기 하우징내측에서의 연소효과를 더 진전시킨다. 전달튜브는 가스발생기 하우징의 내부에 배치될 수 있으며 이 가스발생기 하우징으로부터 이격될 수 있다. 모든 추진제는 가스발생기 하우징과 전달튜브사이의 공간내에 배치되고 전달튜브는 복수의 포트를 포함하고 있다. 작용조립체로부터의 출력은 전달튜브의 내부로 향하고 추진제를 점화시키기 위하여 그 포트를 통하여 밖으로 나간다. 이것은 추진제의 구조일체성에 역으로 영향을 주는 작용조립체의 기폭(initiation)에 대한 잠재성을 감소시킨다. 전달튜브는 출력을 제1폐쇄디스크를 통하여 추진시키도록 출력을 작용조립체로부터 상술된 사출부로 향하게 하는데 사용될 수 있다.
하이브리드 팽창기는 복수의 챔버를 가질 수 있다. 이 팽창기는 제1하우징과 제2하우징 조립체를 포함하고 있다. 제2하우징 조립체는 제1하우징과 상호 연결되어 있고 그 내부에 배치되어 있다(중심적으로 배치되어 있다). 제2하우징 조립체는 적당한 가스/열발생재 또는 추진제가 배치된 제1챔버를 포함하고 있다. 제2챔버는 제1하우징 조립체와 제2하우징 조립체사이의 공간에 의해서 형성되며 정적상태로 또는 팽창기의 작용전에 적당한 압축매체를 수용하고 있다. 제2챔버는 제1챔버가 또한 압축매체를 수용하도록 제1챔버와 일정한 유체 연통상태로 되어 있다.
제2하우징 조립체는 제3챔버를 더 포함할 수 있다. 제1폐쇄디스크는 제3챔버와 결합되어 있고 에어/안전백과 팽창기사이의 초기차단을 제공한다. 제3챔버는 제2챔버와 유체적으로 상호 연결되어 있으며 그러나 제1챔버와는 차단되어 있다. 이와 같이 제1챔버내의 추진제의 점화에 따라 추진제가스는 제1챔버로부터 제2챔버로 유동하고 그 다음에 제3챔버로 유동한다. 제1폐쇄디스크가 파열된 후 유동은 팽창기로부터 에어/안전백까지 성립된다.
제2하우징 조립체는 측벽과 2개의 개구끝을 가진 중심 하우징을 포함할 수 있다. 팽창기 작용조립체는 중심 하우징내에 배치되어 있고 중시하우징의 개구끝의 하나를 폐쇄하고 거기에 적당하게 고정된다(예컨대, 용접을 통하여). 격벽은 작용조립체와 함께 제2하우징 조립체의 제1챔버를 형성하도록 중심 하우징(예컨대 압입을 통하여)의 내부내에 배치된다. 디퓨저조립체는 중심 하우징의 다른 개구 끝에 배치되어 폐쇄하고 거기에 적당하게 고정된다(예컨대 용접을 통하여). 중심 하우징과의 접촉과 격벽내의 어떤포트의 없음으로 인하여 격벽은 제1챔버로부터 직접 제3챔버내로의 어떤 실질적인 유체유동을 실질적으로 제한한다. 더욱이 격벽을 중심하우징으로 압입시킴으로써 이것은 또한 추진제근처에 위치된 모든 용접부가 형성된 후에 추진제가 중심 하우징내로 장전되게 한다.
본 발명은 본 발명의 다양한 특징의 예시를 도와주는 수반한 도면을 참조하여 설명된다. 이러한 점에 관해서는 본 발명은 자동차의 팽창가능한 안전시스템용 하이브리드 팽창기에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 저장된 압축가스와 가스 및/또는 열발생추진제를 모두 사용하는 팽창기에 관한 것이다. 다양한 타입의 하이브리드 팽창기는 헤밀톤외 다수(Hamilton et al.)에게 허여된 미국특허 제 5,230,531호와 이 출원의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "하이브리드 팽창기"이며 1996년 7월 11일에 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원 일련번호 제 08/680,273호에 개시되어 있으며 이들 공보는 그 전체로 참고문헌으로 여기에 첨부되었다.
자동차의 팽창가능한 안전시스템의 하나의 실시예는 도 1에 도시되어 있다. 팽창가능한 안전시스템(10)의 주요구성요소는 검출기(14), 팽창기(26) 및 에어/안전백(18)을 포함하고 있다. 검출기(14)가 에어/안전백(18)의 팽창을 요구하는 조건(예컨대, 소정의 감속)을 감지하면 신호는 팽창기(26)로 보내져서 가스 또는 다른 적당한 유체를 가스발생기로부터 도관(22)을 경유하여 에어/안전백(18)으로 해제한다.
도 2에 도시된 팽창기(50)는 하이브리드 팽창기이며 팽창기(26)의 제위치내에서 도 1의 팽창가능한 안전시스템(10)에 사용될 수 있다.
하이브리드 팽창기(50)는 적당한 압축매체(58)(예컨대, 압축매체와 하나이상의 유체 및/또는 하나이상의 가스)를 수용하는 원통형 팽창기 또는 저장된 가스 하우징(54), 에어/안전백(18)으로의 유동을 증대하기 위하여 적당한 가스/열발생재 또는 추진제(66)를 수용하는 원통형 가스발생기(62)(도 1)(예컨대, 시스템의 팽창성을 증대시키기는 데 사용되는 적어도 약 85%의 열은 추진제의 연소로부터 발생된다), 압축매체(58)(팽창기(50)와 에어/안전백(18)(도 1)사이의 유동통로를 성립시킴으로써)를 해제하고 추진제(18)를 점화시키기 위한 작용조립체(70), 및 팽창기(50)로부터 에어/안전백(18)(도 1)으로 유동시키는 디퓨저(74)를 포함하고 있다. 바람직하게 팽창기(50)는 복수성분의 압축매체(예컨대, 하나의 성분이 산소이고 다른 성분이 적어도 하나의 불활성유체(예컨대, 가스/액체)임)와 함께 건 타입의 추진제 및/또는 하이브리드 추진제의 잘알려진 조성물을 사용한다. 이와 같이 팽창기(50)는 디퓨저(74)를 통하여 팽창기를 나가기 전에 유동의 충분한 연소를 허용하도록 디퓨저(74)의 "상류"에 배치된 에프터버너 튜브(78)를 포함하고 있다.
팽창기(50)의 부분은 이들 부분이 정적상태로 또는 작용조립체의 기폭전에 압축매체를 수용하는 압력용기를 형성하고 있다. 일반적으로 작용조립체(70)는 저장된 가스 하우징(54)과 작용조립체(70)의 작용조립체 하우징(86)을 상호연결하고 밀봉을 제공하는 제1용접부(82)를 포함하고 있는 저장된 가스 하우징(54)의 하나의 끝을 폐쇄하고 있다. 저장된 가스 하우징(54)의 대향끝은 용접부(90,94) 각각에 의해서 저장된 가스 하우징(54)에 고정되는 에프터버너 튜브(78)와 디퓨저(74)에 의해서 폐쇄된다. 압축매체(58)는 저장된 가스 하우징(54)의 벽상의 완전하게 조립된 팽창기(50)로 도입된다. 압축매체(58)의 바람직한 양이 팽창기(50)에 제공되면, 충전포트(98)는 저장된 가스 하우징(54)(거기에 압입 및/또는 용접될수 있는 충전포트(98)내에 및/또는 이 충전포트에 걸쳐서 배치된 강볼)에 적당하게 고정된다.
압축매체(58)는 정적상태동안에 팽창기(50)내의 복수의 챔버에 수용되고 이들 챔버는 작동중에 팽창기(50)를 나가기위한 유동통로를 형성하는 방식으로 유체적으로 상호연결된다. 가스발생기(62)는 저장된 가스 하우징(54)내에서 중심적으로 배치되고 제1챔버(110)를 형성하는 가스발생기 하우징(106)을 포함하고 있다. 추진제(66)는 가스발생기 하우징(106)내의 이 제1챔버(110)에 수용된다. 가스발생기 하우징(106)의 제1챔버(110)와 유체적으로 상호연결되어 있는 것은 정적상태동안에 또는 작용조립체(70)의 기폭전에 압축매체(58)를 수용하는 제2챔버이다. 제2챔버(114)는 저장된 가스 하우징(54)과 가스발생기(62)사이의 환형의 공간과 저장된 가스 하우징(54)과 에프터버너 튜브(78)사이의 환형의 공간에 의해서 부분적으로 형성된다. 제1챔버(110)와 제2챔버(114)사이의 유체상호연결은 정적상태동안에 또는 작용조립체(70)의 기폭전에 가스발생기 하우징(106)내의 제1챔버(110)가 또한 압축매체(58)를 수용할 수 있도록 항상 존재된다.
가스발생기 하우징(106)은 제1끝(118)과 제2끝(122)을 포함하고 있다. 가스발생기 하우징(62)의 제1끝(118)은 이하에서 상세하게 설명될 바와 같이 정적상태시 팽창기(50)내의 압축매체(58)의 유지를 돕는 작용조립체(70)의 일부분과 접촉하고 이 일부분에 의해서 폐쇄된다. 가스발생기 하우징(106)의 제2끝(122)은 가스발생기 하우징(106)의 제1끝(118)보다 약간 더 큰 직경을 가지고 있으며 개구되어 있고 에프터버너 튜브(78)의 일부분으로부터 방사상외측으로 배치되어 있다. 이 공간은 제2챔버(114)의 일부분으로서 또는 오리피스 슬리브(130)에 의해서 형성되는 제3챔버(126)와 제2챔버(114)사이의 유동통로의 부분으로 간주될 수 있다.
제2챔버(114)와 제3챔버(126)사이의 유체연통은 오리피스 슬리브(130)상에서 방사상으로 이격되고 항상 개구되어 있는 적어도 하나 또한 바람직하게는 복수의 오리피스 슬리브포트(134)에 의해서 제공된다. 오리피스 슬리브(130)는 에프터버너 튜브(78)와 가스발생기(62)을 상호연결한다. 오리피스 슬리브(130)의 하나의 끝은 가스발생기 하우징(106)(예컨대, 클램프된 상호연결에 의해서)내의 제1챔버(110)의 하나의 끝의 폐쇄부 또는 폐쇄부(다른 실시예에서의 약간의 갭이 있음)근처에 제공되는 가스발생기(62)의 제2끝벽,또는 격벽 또는 노즐판(138)에 적당하게 고정된다. 오리피스 슬리브(130)의 대향끝은 용접부(142)에 의해서 에프터버너 튜브(78)의 끝과 상호연결되어 있다. 제3챔버(126)를 밀봉하여 정적상태동안에 또는 작용조립체(70)의 기폭전에 제1챔버(110), 제2챔버(114) 및 제3챔버내의 압축매체(58)를 유지하기 위하여, 제2폐쇄디스크(146)는 에프터버너 튜브(78)의 끝과 오리피스 슬리브(130)사이에 배치되고 용접부(142)에 의해서 이 위치에서 유지된다. 제2폐쇄디스크(146)는 팽창기(50)와 에어/안전백(18)(도 1참조)사이의 주요 차단부를 제공하며 출력디스크로 특징을 이룬다.
제2폐쇄디스크(146)는 팽창기(50)내의 중간위치에 배치되는 것을 특징으로 한다. 예시된 실시예에 있어서, 제2폐쇄디스크(146)는 일반적으로 저장된 가스 하우징(54)의 중간부분에 배치되어 있고 그 내부에 배치되어 있다. 저장된 가스 하우징(54)의 2개의 마주보고 있는 끝사이의 거리를 L1으로 한다. 하나의 실시예에 있어서, 제2폐쇄디스크(146)의 상술된 '중간'위치는 저장된 가스 하우징(54)의 양끝으로부터 L1의 적어도 약 40%에 배치되는 것을 특징으로 한다.
에프터버너 튜브(78)는 제2폐쇄디스크(146)가 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 방식으로 파열 또는 개구된 후 제3챔버(126)와 연통한다. 에프터버너 튜브(78)는 복수의 디퓨저포트(150)와 디프저 스크린(154)을 포함하는 디퓨저(74)와 순차적으로 연통한다. 디퓨저(74)를 나가는 유동은 그 다음에 에어/안전백(18)(도 1)을 향한다. 에프터버너 튜브(78)와 디퓨저(74)는 팽창기(50)용 출구통로의 부분이다. 디퓨저와 접촉하는 에프터버너 튜브(78)의 끝은 제2폐쇄디스크(146)와 접촉하는 에프터버너 튜브(78)의 끝보다 더 큰 직경을 가진 확대끝부위(158)를 가지고 있다. 이 확대끝부위(158)는 팽창기(50)를 나가는 유동의 속도를 감소시킨다.
다시한번, 제1챔버(110)는 가스발생기(62)내에 위치되고 보다 상세하게는 가스발생기 하우징(62)내에 중심적으로 배치된 중공의 전달튜브(162)와 가스발생기 하우징(106)의 내부표면과 전달튜브(162)의 외부표면에 대해서 놓여지는 환형의 리테이너(166)에 의해서 형성된다. 추진제(66)는 리테이너(166)와 작용조립체(70)근처의 가스발생기 하우징(106)의 제1끝(118)사이에서 전달튜브(162)(점화중에 추진제(66)를 잠재성을 감소시키기 위하여)의 방사상외측에 배치된다.
적어도 하나 전형적으로는 복수의 가스발생기 출구포트(170)는 항상 저장된 가스 하우징(54)과 가스발생기 하우징(106) 특히 추진제(66)가 위치되는 가스발생기 하우징(106)의 제1챔버(110)를 유체적으로 상호연결시키기 위하여 가스발생기 하우징(106)상에 배치된다. 출구포트(170)는 리테이너(166)와 가스발생기 하우징(106)의 제1끝(118)사이의 가스발생기 하우징(106)상에 위치된다. 어떤 것이 노즐판(138)을 지나서 디퓨저(74)내의 가스와 혼합되더라도 추진제(66)의 연소 및 작용조립체(70)로부터의 어떤것으로부터 발생하는 대부분의 팽창가스는 에어/안전백(18)(도 1)으로의 유동을 증대시키기 위하여 가스발생기 출구포트(170)를 통하여 가스발생기 하우징(106)의 밖으로 유동한다. 팽창기(50)의 성능에 역으로 영향을 미치는 연소추진제의 잠재성을 감소시키기 위하여 스크린(174)은 적어도 가스발생기 출구포트(170)위의 가스발생기 하우징(106)의 내부에 배치될 수 있다.
추진제(66)는 작용조립체 하우징(86)을 포함하는 작용조립체(70)에 의해서 가스발생기 하우징(106)내에서 점화된다. 작용조립체 하우징(86)은 저장된 가스 하우징(54)과 가스발생기 하우징(106)이 압축매체(58)를 정적상태로 또는 작용조립체(70)의 기폭전에 수용하므로 밀봉시일을 달성하기 위하여 제1용접부(82)에서 저장된 가스 하우징(106)에 부착되고 또한 제2용접부(178)에서 가스발생기 하우징(106)의 제1 끝(118)에 부착된다. 작용조립체 하우징(82)은 추진제의 점화를 발생시키기 위하여 연소생성물을 제공하는 적당한 기폭약(182)(예컨대, 전기적으로 작용가능한 도화폭관 또는 다른 적당한 발연통장치)을 유지한다. 기포약(182)을 팽창기(50)내의 압축매체(58)로부터 차단시키기 위하여 또한 팽창기(50)용 시일을 제공하기 위하여, 제1폐쇄디스크(186)는 가스발생기(70)와 기폭약(182)사이에 배치된다. 예시된 실시예에 있어서, 이것은 가스발생기(62)(전달튜브(162)의 하나의 끝에 클램프된다)의 제1끝(190)과 제3용접부(194)에 의해서 서로 연결되는 작용조립체 하우징(86)의 끝사이의 제1폐쇄디스크(186)를 배치함으로써 달성된다.
원통형 전달튜브 또는 하우징(162)은 가스발생기 하우징(106)내에 또한 이 가스발생기 하우징에 대해 중심적으로 배치되고 작용조립체(70)의 기폭에 의해서 발생되는 부산물 또는 팽창가스의 유동을 수용하도록 기폭약(182)과 정렬된다. 추진제(66)는 다시 가스발생기 하우징(106)내의 제1챔버(110)내에 또는 전달튜브(162)로부터 방사상외측으로 배치된다. 이와 같이, 전달튜브(162)는 기폭약(182)의 작용으로부터 발생되는 압력웨이브 또는 펄스를 가지는 것에 대한 잠재성을 감소시키고 추진제(66)의 알갱이를 쪼갬으로써 근본적으로 추진제(66)에 역으로 영향을 미치는 작용조립체(70)의 기폭에 대한 잠재성을 감소시킨다. 연소생성물을 작용조립체(70)로부터 추진제(66)로 연통시켜 추진제를 연통생성물과 직접 접촉시킴으로써 점화시키기 위하여 적어도 하나 바람직하게는 복수의 전달튜브 포트(198)는 전달튜브(162)의 벽상에 제공된다. 이들 전달튜브(198)는 전달튜브(162)둘레에 방사상으로 배치되어 있고 전달튜브(162)의 길이를 따라 길이방향으로 이격되어 있다.
작용조립체(70)는 작용조립체(70)의 성능을 증대하기 위하여 적당한 점화 /부스터재(200)를 더 포함하고 있다(예컨대,약 0.5wt% 내지 약 5.0wt%의 RDX와 알루미늄을 비율적으로 교체하여 추가된 약 0.5wt% 내지 약 5.0wt%의 수산화 프로필-셀루로스와 함께 약 89wt% RDX, 11wt% 알루미늄분말의 조성물을 가진 RDX/알루미늄 부스터재). 점화/부스터재(200)는 기폭약(182)으로부터의 방출 또는 출력과의 중심을 맞춘 상태로 기폭약(182)과 추진제(66)사이에 위치될 수 있다. 기폭약(182)의 작용은 점화/부스터재(200)를 순차로 점화시키는 그 연소가능한 재료를 점화시킨다. 그 다음에 기폭약(182) 및/또는 점화/부스터재(200)로부터의 연소생성물은 추진제(66)와 직접 접촉하여 점화시키도록 전달튜브(162)와 그 전달튜브 포트(170)를 통과시킴으로써 추진제(66)를 점화시킨다. 점화/부스터재(200)가 분말형태로 있으므로 이것은 얇은 벽형상의 컵(204)내에 수용된다. 이 컵(204)은 그 내측상의 전달튜브(198)의 하나의 끝에 배치된다(예컨대, 거기에 압입된다). 전달튜브(162)는 추진제(66)의 점화를 위한 연소생성물을 운반한다.
작용조립체(70)의 기폭은 추진제(66)를 점화시킬 뿐만 아니라 팽창기(50)와 에어/안전백(18)사이의 주 차단이 되는 제2폐쇄디스크(146)를 파열시킴으로써 팽창기(50)와 에어/안전백(18)사이의 유동통로를 달성한다(도 1). 이러한 관점에 있어서, 작용조립체(70)는 사출/밸브(208)를 더 포함하고 있다. 이 사출/밸브(208)는 점화/부스터재(200)에 대향한 전달튜브(162)의 끝내에 부분적으로 배치되고 기폭약(182)과 점화/부스터재(200) 양자에 정렬되고 셰어링(212)에 의해서 고정위치에 초기에 유지되고 전달튜브(162)의 끝을 넘어서 가스발생기 하우징(106)의 제2끝벽(138)을 통하여 뻗어있으며 제2폐쇄디스크(146)과 축방향으로 정렬되고 제2폐쇄디스크(146)으로부터 이격된다. 일반적으로, 작용조립체(70)(기폭약(182)과 점화/부스터재(200))로부터의 연소생성물은 전달튜브(162)를 통하여 부분적으로 아래로 향하게 되고 셰어링(212)을 '깨트리고' 제2폐쇄디스크(146)를 통하여 사출/밸브(208)를 추진시키도록 사출/밸브(208)상에 힘을 발휘시킨다. 이것은 압축매체(58), 추진제/팽창가스, 및 다른 연소생성물이 제2챔버(114)로부터 오리피스포트(134)를 통하여 제3챔버(126)내로, 파열된 제2폐쇄디스크(146)를 통하여 에프터버너 튜브(78)내로, 또한 에어/안전백(18)(도 1)으로 향하기 위하여 팽창기(50)를 나가도록 디퓨저(74)내로 유동되게 한다.
작용조립체(70)의 사출/밸브(208)는 설명된 방식으로 팽창기(50)로부터의 유동을 개시하는 것에 부가하여 밀봉기능을 제공한다. 특히 사출/밸브(208)는 어떤 것이 디퓨저(74)내의 가스와 혼합되도록 노즐판(138)을 지나 이동되더라도 제1챔버(110)내의 작용조립체(70)로부터의 추진제/팽창가스 및 다른 연소생성물이 가스발생기 출구포트(170)를 통하여 제2챔버(114)내로 유동한다. 이것은 사출/밸브(208)의 형상 및/또는 사출/밸브(208)가 가스발생기(62)와 접촉하는 방식으로 제공된다. 사출/밸브(208)는 사출/밸브(208)가 거기에 대해 미끄럼 이동할 수 있도록 전달튜브(162)의 내경보다 약간 더 적고 실질적으로는 동일한 최대직경을 가지고 있고 기폭약(182)을 향하여 돌출한 제1원추형상의 헤드(216)를 포함하고 있다. 사출/밸브(208)는 제2폐쇄디스크(146)를 향하여 돌출하고 제1헤드(216)의 최대직경보다 더 작은 최대직경을 가진 제2원추형헤드(222)를 더 포함하고 있다. 제1헤드(216)와 제2헤드(222)를 상호연결하는 것은 제1몸체부위(230)와 제2몸체부위(234)를 포함하는 몸체(226)이다. 제1몸체부위(230)는 가스발생기(62)의 제2끝벽(138)과 미끄럼 이동가능하게 접촉하고 있는 반면에 제2몸체부위(234)는 제2헤드(222)와 상호연결하기 위하여 제2끝벽(138)을 넘어서 제1몸체부위(230)로부터 뻗어 있다. 제2몸체부위(234)는 제1몸체부위(230)보다 더 작은 직경을 가지고 있다.
사출/밸브(208)는 정적상태로 또는 셰어링(212)에 의한 작용조립체(70)의 작용전에 고정된 위치에 유지된다. 환형의 셰어링(212)은 제1몸체부위(230)상에 형성된 홈내에 놓여있다. 셰어링(212)은 가스발생기(62)의 제2끝벽(138)과 전달튜브(162)의 끝사이에 더 유지된다. 작용조립체(70)가 작용되면, 기폭약(182)과 점화/부스터재(200)로부터 발생하는 점화연소 생성물은 셰어링(212)을 전단하여 사출/밸브(208)가 제2폐쇄디스크(146)를 통하여 추진되게 하기에 충분한 사출/밸브(208)상의 힘을 발휘한다. 사출/밸브(208)는 추진제(66)의 연소로 인해서가 아니고 이들 점화연소생성물에 의해서만 이동된다. 사출/밸브(208)는 제1헤드(216)가 가스발생기의 제2끝벽(138)과 맞닿을 때까지 작용조립체(70)로부터의 연소생성물에 의해서 계속 축방향으로 전진한다. 제1헤드(216)의 직경이 사출/밸브(208)가 통과하는 제2끝벽(138)내의 구멍의 직경을 초과하므로 제1헤드(216)는 팽창가스의 실질적인 부분이 가스발생기로부터 가스발생기 출구포트(170)를 통하여 제2챔버(114)내로 유동하고 그 다음에 상술된 방식으로 팽창기(50)를 나가도록 제1챔버(110)를 밀봉한다. 추진제(66)의 연소로 인한 제1챔버(110)내의 압력은 이러한 타입의 밀봉맞물림으로 사출/밸브(208)를 유지한다.
도 1의 팽창가능한 안전시스템(10)내에 사용될 수 있는 하이브리드 팽창기의 다른 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 하이브리드 팽창기(300)는 하이브리드 팽창기(300)가 냉각제 압축매체(58)와의 점화/부스터재(200)와 추진제(66)의 연소로부터의 고온의 연소가스의 효과적인 혼합을 제공하기 위한 형상인 점에서 도 2의 하이브리드 팽창기(50)와 다르다. 혼합은 비교적 동질의 조성물과 온도를 가진 팽창가스가 디퓨저(146)로부터 에어/안전백(18)내로 출력될 수 있게 한다. 그 작용후 팽창온도에 대해서, 에어/안전백을 팽창시키는데 사용되는 팽창가스의 온도가 팽창기 하우징내의 가스통로를 포함하는 일정한 금속부분의 잠재적인 부식을 피하기 위하여 충분하게 제어되고 감소된다. 온도의 감소는 비교적 높은 출력이 작용된 팽창기로부터 발견되면 적당하다. 비교적 높은 출력은 60리터 탱크를 사용하여 시험된 대표적인 하이브리드 팽창기의 텍스트에 규정될 수 있다. 이러한 하이브리드 팽창기가 이러한 탱크를 사용하여 작용될 때, 탱크내의 비교적 높은 출력은 하이브리드 팽창기가 작용될 때의 탱크에서 전개되는 약 500KPa보다 더 크게 구성된다. 이러한 비교적 높은 출력이 발생되면, 하이브리드 팽창기의 출구에 인접한 온도는 1000℃보다 더 크다(적어도 약 1100℃). 비교적 높은 출력과 이와 관련된 온도를 발생시키는 하이브리드 팽창기와 관련하여 팽창가스의 온도를 팽창기 하우징의 출구에서 감소시키는 것은 바람직하다.
온도감소를 위한 바람직한 혼합은 (a) 에프터버너 튜브(78)로부터 방사상외측으로 배치되고 가스발생기 하우징(316)(또한 외부 보호판이라 함)의 외부벽의 방사상내측으로 배치되고 저장된 가스 하우징(54)의 길이방향축선(308)에 대해 대칭으로 배치되며 (b) 가스발생기(302)에 인접한 지점으로부터 제2폐쇄디스크(146)를 넘어선 지점으로 바람직하게 뻗어있는 내부보호판(304)을 사용하여 달성된다. 제2챔버의 일부인 환형의 공간(312)은 팽창가스가 에프터버너 튜브(78)를 통하여 저장된 가스 하우징을 나가도록 통과되어야 하는 내부보호판(304)과 동심의 에프터버너 튜브(78)에 의해서 형성된다. 내부보호판(304)의 길이L2는 저장된 가스 하우징(54)의 길이 L1의 길이의 약 0.25로부터 약0.75까지의 범위에 있다.
추진제(66) 및 점화/부스터재(200)에 의해서 발생된 연소가스를 위하여 제1챔버로부터 제2챔버에 이르는 부가적인 유동통로(318)는 가스발생기 출구포트(170)에 의해서 형성된 제1챔버(110)부터 제2챔버에 이르는 유동통로를 보완하기 위하여 제공된다. 유동통로(318)는 환형의 리테이너(320)와 가스발생기 하우징(316)의 내벽사이의 제1갭, 가스발생기 하우징(316)의 개구끝(320)과 제2끝벽(138)사이의 제2갭, 및 가스발생기 하우징(316)의 제2끝(122)과 제2끝벽(138)에 의해서 형성된 환형의 출구(322)에 의해서 형성된다. 가스발생기 하우징(316)의 제2끝(122)은 제2폐쇄디스크(146)전에서 종결된다.
하이브리드 팽창기(300)의 작동은 도 2의 하이브리드 팽창기(50)의 작동과 유사하다. 검출기(14)(도 1)는 신호를 작용조립체(70)에 전달하고 기폭약(182)은 점화/부스터재(200)를 점화한다. 점화/부스터재로부터의 고온연소 생성물은 고온과 고압가스를 발생시키는 추진제(66)를 점화시킨다. 점화/부스터재로부터의 점화연소 생성물로 인한 고온과 고압연소가스는 사출/밸브(208)를 저장된 가스 하우징(54)의 디퓨저끝쪽으로 가압하고 이에 따라 제2폐쇄디스크(146)를 파열시키고 제1챔버(110)를 제3챔버(126)로부터 밀봉시킨다. "O"링(330)은 작용조립체(70)의 에지둘레에서의 연소가스의 역유동을 방지하고 그 가스는 저장된 가스 하우징(54)으로부터 배출된다.
고온연소가스의 제1부분은 가스발생기 출구포트(170)를 통하여 고온연소가스의 제1부분은 가스발생기 출구포트(170)를 통하여 제2챔버내에서 외측으로 향하고 한편 제2 더 작은 부분은 부가적인 유동통로(138)를 따라 제2챔버(114)내에서 외측으로 향한다. 연소가스의 일부분은 제2챔버(114)에 들어감에 따라 유동속도가 떨어지고 한편 제2부분은 유동통로(316)를 따라 유동속도가 증가한다. 그 결과 연소가스내에서의 난류는 더 낮은 속도를 가진 제1부분이 더 높은 속도를 가진 제2부분과 결합되는 가스발생기(302)의 제2끝(122)근처에서 발생된다. 연소가스와 압력매체의 약간의 혼합은 난류유동상태에 반응하여 발생된다.
부분적으로 혼합된 압축매체와 연소가스(집합적으로 팽창가스라고함)는 저장된 가스 하우징(54)의 디퓨저끝을 향하여 제1방향으로 이동하고 그 다음에 저장된 가스 하우징(54)의 작용조립체를 향하여 대향하는 제2방향으로 이동한다. 제1 및 제2방향은 실질적으로 저장된 가스 하우징(54)의 길이방향 축선에 평행하다. 환형의 출구의 제한된 유동면적(즉, 환형의 출구(312)내로의 도입에 따른 유동면적의 감소)은 연소가스와 압축매체의 유동속도의 증가가 혼합을 촉진되게 한다. 도 1의 하이브리드 팽창기(50)와 비교하면, 제1챔버(110)를 통한 가스의 유동통로는 내부보호판(304)의 결과로 하이브리드 팽창기(300)보다 더 길다. 유동방향의 변화와 변화하는 유동방향과 결합된 더 긴 유동통로는 실질적으로 팽창가스가 디퓨저(146)를 나간 후 불꽃의 발생을 실질적으로 방지한다. 완전하게 혼합된 실질적인 동질(조성물과 온도에 있어서)의 압축매체와 연소가스, 또는 팽창가스는 오리피스 슬리브포트(134)를 통하여 제3챔버내로 통과하고 그리고 에프터버너 튜브(78)를 통하여 통과한 후 제3방향으로 유동한다. 제3방향(328)은 제2방향과 대향되어 있지만 제1방향과는 동일하다. 그 다음에 디퓨저(146)을 통하여 에어/안전백(18)내로 통과된다(도 1).
팽창가스는 실질적으로 연소가스보다 더 낮은 온도이다. 이것은 에프터버너 튜브(78)내로의 비교적 고온의 팽창가스의 통과로 인해 오리피스 슬리브포트(134)의 크기(즉 확대)의 변화를 방지한다.
본 발명의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적을 위하여 제공된다. 더욱이 설명은 본 발명을 여기에 개시된 형태로 제한되지 않는다. 결과적으로 상기 교지 및 관련된 기술의 숙련 또는 지식에 상응하는 변화 및 변경은 본 발명의 범위내에 있다. 여기에서 설명된 실시예는 본 발명을 실시하는 최대모드로 설명되었으며 당해분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 특정적용 또는 사용에 의해서 요구되는 다양한 변경과 함께 본 발명이 이러한 또는 다른 실시예에 사용될 수 있게 하였다. 첨부된 클레임은 대안 실시예를 종래의 기술에 의해서 허용되는 범위에 포함되도록 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 팽창가스의 유동을 제어하는 장치에 있어서,
    길이방향의 범위를 가진 팽창기 하우징,
    점화하는 추진제에 사용하기 위하여 상기 팽창기 하우징에 연결된 기폭약조립체,
    추진가스를 발생시키기 위하여 상기 팽창기 하우징에 연결된 가스발생수단,
    적어도 상기 팽창기 하우징내에 수용되는 저장된 가스,
    팽창가스를 혼합시키기 위하여 상기 가스발생기 수단과 작동적으로 연결되고 추진가스와 저장된 가스중의 적어도 하나를 포함하는 혼합수단으로서, 출구수단에 인접한 팽창가스의 온도가 충분하게 감소되도록 팽창가스가 상기 팽창기 하우징의 길이방향의 범위에 대해 제1방향으로 그리고 상기 제1방향에 대향한 제2방향으로 이동되게 하는 수단을 포함하는 혼합수단,
    상기 기폭약 조립체가 작용된 후 까지 팽창가스의 통로를 차단하는 출구폐쇄수단, 및
    팽창기 가스를 상기 혼합수단으로부터 수용하기 위하여 상기 팽창기 하우징과 결합되는 출구수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합수단은 상기 팽창기 하우징의 길이방향의 범위를 따라 상기 가스팽창기 수단에 인접한 위치로부터 뻗어있는 내부보호판을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합수단은 상기 가스발생기 수단에 인접하여 연결되고 또한 상기 내부보호판이 상기 출구 폐쇄수단을 넘어서 뻗어 있도록 일정한 길이를 가지고 있는 내부보호판을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 팽창가스는 상기 기폭약 조립체의 작용에 따라 상기 가스발생기 수단으로부터 떨어진 상기 팽창기 하우징의 끝을 향하여 제1방향으로 유동하고 그 다음에 상기 출구수단을 나가기 전에 상기 가스발생기 수단을 향하여 제2방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 출구수단은 상기 팽창기 하우징을 나가는 팽창가스용 입구를 포함하고 있으며 상기 혼합수단은 상기 입구의 크기에 있어서의 어떤변화를 실질적으로 방지하기 위하여 팽창가스의 유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치
  6. 팽창장치내의 가스유동을 제어하는 방법에 있어서,
    저장된 가스를 출구수단을 가진 하이브리드 팽창기내에 제공하는 단계,
    추진가스가 상기 하이브리드 팽창기내에서 발생되게 하는 단계,
    상기 하이브리드 팽창기의 길이방향의 범위를 따라 상이한 방향으로 이동하여 상기 출구수단에 인접한 팽창기 가스의 온도를 충분히 감소시키도록 추진가스 및 저장된 가스중의 적어도 하나를 포함하는 팽창가스를 제어하는 단계, 및
    팽창가스를 상기 출구수단으로부터 배출시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 하이브리드 팽창기의 길이방향의 범위를 따라 내부보호판을 위치시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 배출시키는 단계는 출구 폐쇄디스크를 파열시키는 단계를 포함하고 있으며, 상기 제어하는 단계는 상기 출구 폐쇄디스크를 넘어서 뻗어있는 내부보호판을 위치시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 배출시키는 단계는 입구내의 팽창가스를 수용하는 단계를 포함하고 있으며 상기 제어하는 단계는 추진가스의 열로 인한 온도를 감소시켜 상기 입구의 크기변화를 실질적으로 방지하도록 팽창가스를 혼합하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 팽창가스가 상기 하이브리드 팽창기를 나간 후에 팽창가스로 인한 불꽃의 발생을 실질적으로 방지하기 위하여 상기 하이브리드 팽창기를 나가기 전에 팽창가스에 의해서 취해진 통로를 증가시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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