KR20160086975A - 고체 추진제/액체 유형 하이브리드 개스 발생기 - Google Patents

고체 추진제/액체 유형 하이브리드 개스 발생기 Download PDF

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KR20160086975A
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제임스 마이클 로즈
로렌스 에드워드 허리포드
스티븐 크레이그 골드
브라이언 오거일 토마스
쥬다 리 윌킨스
롭 캘빈 이즈벨
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에이알씨 오토모티브, 아이엔씨.
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Abstract

개스 발생기는 하우징 안의 꽃불 충전물 및 혼합 챔버를 가진 하우징을 포함한다. 액체를 내부에 가지는 콘테이너는 하우징 안에 배치되고 개방 단부 및 폐쇄 단부를 가지며, 단부 캡이 개방 단부를 폐쇄시키고 그에 제거 가능하게 연결된 피스톤 부분을 가지며, 피스톤 부분은 액체 콘테이너 안에서 움직일 수 있어서 피스톤 부분이 단부 캡으로부터 분리될 때 그 안의 액체를 가압한다. 피스톤 부분은 점화되었을 때 꽃불 충전물로부터의 연소 개스에 노출되도록 위치되고, 연소 개스가 미리 결정된 압력을 초과할 때 단부 캡으로부터 분리된다. 다른 구현예에서, 액체 콘테이너는 접힐 수 있는 튜브일 수 있다. 액체 콘테이너의 폐쇄 단부는 콘테이너 안의 액체 압력이 미리 결정된 압력을 초과할 때 개방되도록 구성된 약화 부분을 가진다. 액체 콘테이너의 약화 부분 및 꽃불 충전물은 혼합 챔버와 유체 소통됨으로써 꽃불 충전물의 점화로부터의 연소 개스는 혼합 챔버에서 액체와 혼합되고 액체를 증발시켜서 무독성의 저온, 저 미립자 팽창 개스를 발생시킨다.

Description

고체 추진제/액체 유형 하이브리드 개스 발생기{Solid propellant/liquid type hybrid gas generator}
본 발명은 전체적으로 개스 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체 추진제 또는 꽃불 충전물의 고온 개스 연소 생성물과 액체를 혼합시키는 개스 발생 장치에 관한 것이다.
다양한 개스 발생 장치들이 에어백과 같은 안전용 제한 장치를 팽창시키기 위한 목적으로 제안되었다. 그러나, 이들 장치들중 많은 것은 미립자 물질을 제거하는 필터링 이외에 개량을 거의 하지 않고 고온 연소 생성물을 팽창 가능 장치로 단순히 배출시킨다.
과염소산 칼륨과 같은 산화제와 혼합된 아지드화 나트륨(sodium azide)과 같은 고체 추진제의 연소에 의해 발생되는 개스 생성물을 개량하기 위하여, 미국 특허 US 3,785,674 호 (1974.1.15. Poole)에는 개스 발생기 안에 냉각제 챔버를 구비하고 그 챔버를 할로카본과 같은 액체로 채워서 할로카본 액체가 질소 농후 환경에서 분무되도록(atomize) 구성됨으로써, 안전용 제한기(에어백)를 팽창시키도록 사용된 개스의 온도를 감소시키는 것이 제안되었다. 그러나, 이러한 구성에서 개스 연소 생성물은 챔버 안으로 직접적으로 배출되는데, 챔버는 할로카본 액체를 포함하고 파열 디스크에 의해 폐쇄된다. 그것은 물론, 액체를 비등점으로 가열하는 것을 필요로 한다. 개스 할로카본 및 고온 연소 생성물의 결과적인 혼합물은 반응성이 있고, 할로카본의 일부는 분해된다. 할로카본의 분해는 낮은 분자 중량의 할로겐 화합물(HC 및 HF 포함)의 형성을 초래하는데, 이것은 독성이 있다. 이러한 이유로, 할로카본은 하이브리드 에어백 팽창기들에서 사용되지 않는다.
미국 특허 US 3,862,866 (1975.1.28. Timmerman)는 상기 미국 특허의 장치와 실질적으로 유사한 장치를 개시하며, 물이 할로카본 액체 대신에 사용된다는 기본적인 예외점을 가진다. 그러나, 이러한 장치는 증발되지 않은 액체의 산란체(slug)가 장치 밖으로 나오는 경향이 있어서 물이 에어백의 내부를 통해 비의 샤워와 같이 분사되는 결과만을 초래한다.
따라서, 이런 장치들이 미국 특허 US 5,449,041 (1995.9.12. Galbriath)에 개시된 특징의 화재 진화기로서 적용될 수 있어서, 화염을 진압하고 진화시키는 방식으로, 고체 추진제 충전물이 점화되어 불에 대하여 화염 진압 성능을 가진 액체의 체적을 구동하도록 사용되지만, 사용된 액체로 가능한 냉각 효과를 가장 효율적으로 사용하는데는 실패하였다.
이러한 장치들이 해결하지 못한 다른 문제점은 저온 기후의 문제인데, 그러한 기후에서는 물과 같은 액체가 동결되는 경향이 있어서 임의 정도로의 냉각을 달성하는데 실패하고, 그리고/또는 고체 물질(얼음)의 블록을 발생시킴으로써 장치의 작동을 저해하며, 상기 고체 물질의 블록은 출구를 막거나 또는 매우 바람직스럽지 않은 방식으로 장치 밖으로 발사되는 미사일로 변화된다.
상기의 문제점은, 동결 문제를 완화시키는 경향이 있는 할로카본 액체의 사용이 이제 다양한 환경상의 고려에 비추어 심각하게 제한되므로, 더욱 악화된다.
본 발명의 목적은 에어백등을 위한 개스 발생 장치를 제공하는 것으로서, 이것은 꽃불 연소 개스 및 액체의 완전한 혼합을 달성하여 냉각된 개스의 효과적인 높은 수율을 이루고, 따라서 효율적인 사용을 달성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 빙점 위의 온도에서 냉각제 액체를 유지하고 따라서 개스 발생기와 결합된 안전 장치가 사용되는 기후와 상관 없이 장치가 적절하게 작동될 수 있게 유지되는 개스 발생 장치를 제공하는 것이다.
요약하면, 상기의 목적들은, 상대적으로 작은 꽃불 충전물의 연소가 적절한 유형의 액체 챔버를 가압하도록 사용되어 액체를 챔버 밖으로 강제하여 혼합 챔버로 들어가게 하여, 혼합 챔버내에서 충전물의 연소로부터 초래된 개스의 고속 흐름내에서 액체가 직접적으로 혼합되고 증발되는 장치에 의해 달성된다. 연소 생성물의 감지 가능한 열은 대량의 액체 증기로 변환되는 액체에 의해 흡수된다. 증발된 액체 및 연소 개스의 혼합물은 무독성의 저온 및 저미립자 환경을 가진 에어백을 팽창시키는데 이용된다.
측면 충격 팽창기와 같은 임의의 적절한 에어백 팽창기 적용예로 사용될 수 있는 본 발명의 일 구현예에서, 신장된, 전체적으로 실린더형인 하우징은 일 단부에 점화기, 점화기의 내측에 배치된 부스터 충전물 및, 부스터 충전물의 내측으로 배치된 임의의 적절한 유형의 고체 추진제 또는 꽃불 충전물을 포함한다. 컵 유형의 격벽은 꽃불 충전물의 내측 부분을 둘러싸고, 컵 유형의 격벽에는 하우징의 내측 주위로부터 이격된 주위에 복수개의 제 1 오리피스들이 있고, 그것의 내측 단부에는 하나 또는 그 이상의 제 2 오리피스들이 있다.
챔버 튜브는 컵 유형 격벽의 내측으로 배치되고, 격벽에 근접한 그것의 단부에 캡을 포함하고, 캡은 챔버 튜브에 제거 가능하게 고정되고 그 안에서 미끄러질 수 있다. 챔버 튜브의 다른 단부는 폐쇄되고 미리 결정된 압력에 노출되었을 때 고장나거나 또는 개방될 얇은 부분 또는 약화된 부분(weakened section)을 포함한다. 챔버 튜브는 염화 칼슘과 같은 빙점 억제제의 수성 용액와 같은 적절한 액체로 채워진다. 챔버 튜브의 주위는 하우징의 내측 주위로부터 내측으로 이격되어 꽃불 충전물이 점화되었을 때 그로부터의 연소 개스를 위한 하우징과 챔버 튜브 사이의 고리형 채널을 제공하며, 연소 개스는 추진제를 위한 컵 유형 격벽의 제 1 주위 오리피스 밖으로 유동한다.
하우징의 다른 단부는 챔버 튜브의 폐쇄 단부에 근접하게 배치된 내측 단부를 가진 내측 하우징 부재에 의해 형성되며, 내측 하우징 부재의 내측 단부는 챔버 튜브의 폐쇄 단부에 있는 약화된 부분과 정렬된 통공을 가진다. 제 2 격벽은 주위에 있는 복수개의 제 3 오리피스들을 포함하며, 그 오리피스들은 하우징의 내측 주위로부터 내측으로 이격되고 하우징과 챔버 튜브 사이의 고리형 개스 유동 채널과 소통되며, 그것은 다시 제 1 주위 오리피스들 및 추진제를 둘러싸는 컵 유형 격벽과 소통된다. 외측 단부에서, 내측 하우징 부재는 유동 매니폴드에 고정되거나 또는 유동 매니폴드와 일체로 형성되고, 이것은 매니폴드 및/또는 에어백 또는 그와 유사한 것에 연결되기 위하여 복수개의 동등하게 이격된 반경 방향 배기 포트들을 가진다.
일 구현예의 작동에서, 점화기의 작동은 부스터 충전물 및 추진제의 점화를 일으켜서 연소 개스를 발생시키며, 연소 개스는 격벽의 제 1 주위 오리피스들 밖으로 유동하여, 챔버 튜브를 둘러싸는 고리형 유동 채널을 통하여 하우징의 단부에 있는 내측 하우징 부재에서 주위의 제 3 오리피스들을 통해 유동한다. 연소 개스는 격벽의 내측 단부에 있는 제 2 오리피스 또는 오리피스들을 통해 축방향으로 유동하여 근접한 챔버 캡에 대하여 충분한 압력을 발생시켜서 챔버 캡을 챔버 튜브로부터 분리되게 하고 내측으로 움직여서 챔버 튜브 안의 액체를 가압한다. 챔버 튜브 안의 증가된 압력은 폐쇄 단부에 있는 약화된 부분이 개방되게 하여 가압된 액체가 내측 하우징 부재의 근접한 내측 단부에 있는 통공을 통하여 혼합 챔버로 유동하는 것을 허용한다.
혼합 챔버 안에서, 연소 개스 및 가압된 액체가 직접 혼합되어 액체를 증발시킨다. 연소 생성물의 감지 가능한 열은 액체에 흡수되어 액체가 대량의 액체 증기로 변환된다. 증발된 액체 및 연소 개스의 혼합물은 유동 매니폴드의 반경 방향 배기 포트들 밖으로 유동하여 실질적으로 무독성의, 저온, 저 미립자(low particulate) 환경으로써 에어백 또는 그와 유사한 것을 팽창시킨다.
에어백 팽창기 또는 그와 유사한 것을 위한 본 발명의 다른 구현예에서, 하우징은 원형이거나, 또는 짧고 콤팩트한 실린더형 구성일 수 있고, 점화기, 부스터 충전물 및 추진제는 챔버 튜브로부터 길이 방향으로 보다는 반경 방향으로 이격될 수 있다. 이러한 구현예의 작용은 실질적으로 여기에 설명된 구현예의 작동과 같다.
본 발명의 다른 구현예에서, 챔버 튜브는 유연성 튜브로서, 유연성 튜브는 연소 개스 압력에 의해 눌려져서 그것의 일 단부에 있는 약화된 부분이 개방되어 그 안의 가압된 액체가 혼합 챔버 안으로 유동하는 것을 허용한다.
본 발명에 의하여, 꽃불 연소 개스 및 액체의 완전한 혼합을 달성하여 냉각된 개스의 효과적인 높은 수율을 이루고, 따라서 효율적인 사용을 달성할 수 있다. 또한 빙점 위의 온도에서 냉각제 액체를 유지하고 따라서 개스 발생기와 결합된 안전 장치가 사용되는 기후와 상관없이 장치가 적절하게 작동될 수 있게 유지된다.
도 1a 는 본 발명의 개스 발생기의 일 구현예에서 일부가 파단된 측면도이다.
도 1b 는 개량된 개스 발생기 구성을 도시하는 도 1a 와 유사한 측면도이다.
도 1c 는 다른 개량된 개스 발생기 구성을 도시하는 도 1a 와 유사한 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 개스 발생기의 다른 구현예에서 일부가 파단된 측면도이다.
도 2a 는 개스 발생기의 다른 구현예에서 일부가 파단된, 도 2 와 유사한 측면도이다.
도 3a 는 개스 발생기의 다른 구현예에서 일부가 파단된 측면도이다.
도 3b 는 도 3a 에 도시된 개스 발생기의 일부가 파단된 평면도이다.
도 1a 는 측면 충격부로서 사용될 수 있는 개스 발생기(10) 또는 에어백 또는 그와 유사한 것을 위한 다른 팽창기 형태의 본 발명의 일 구현예를 도시한다. 개스 발생기(10)는 신장된, 전체적으로 실린더형인 하우징(12)을 포함하고, 하우징은 임의의 적절한 금속 또는 다른 재료로 형성되며, 일 단부에 임의의 적절한 유형의 점화기(14)를 가진다. 임의의 적절한 유형의 부스터 충전물(booster charge, 16)은 점화기의 내부에 배치되고, 임의의 적절한 유형의 꽃불 충전물(pyrotechnic charge) 또는 고체 추진제(18)는 부스터 충전물(16) 내부에 배치된다. 컵과 같은 격벽(20)은 꽃불 충전물 또는 추진제(18)의 내부 부분을 둘러싸고, 감소된 직경의 단부 부분(22)을 가지며, 단부 부분은 그것의 주위에 복수개의 제 1 오리피스(24)들 및, 내측 단부에 제 2 오리피스 또는 오리피스(26)들을 가진다.
챔버 튜브(28)는 격벽(20)의 단부 부분(22)의 내측으로 하우징(12) 안에 배치되고, 하우징(12)의 내부 직경보다 작은 직경을 가져서 고리형 개스 유동 채널(30)을 그 사이에 제공하며, 고리형 개스 유동 채널은 격벽(20)의 단부 부분(22)의 주위에서 제 1 오리피스(24)와 소통된다. 챔버 튜브(28)는 그에 제거 가능하게 연결된 단부 캡(32)을 포함하고 격벽(20)의 단부(22)에 근접하게 배치된다. 챔버 튜브(28) 및 단부 캡(32)은 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있고, 적절한 방식으로 함께 연결될 수 있다. 예시적인 예로서, 챔버 튜브(28) 및 단부 캡(32)은 폴리프로필렌과 같은 적절한 플라스틱으로 형성될 수 있고, 폴리프로필렌은 낮은 습기 투과성(moisture permeability)을 가지고, 고온 및 저온에 대하여 저항성이 있다. 단부 캡(32)은 접착제로 또는 다른 방식으로 챔버 튜브(28)에 연결될 수 있고, 단부 캡(32)에는 내부 피스톤 부분(34)이 제공되며, 내부 피스톤 부분은 미리 결정된 압력에 노출됨으로써 단부 캡(32)으로부터 분리되었을 때 챔버 튜브(28) 안에서 미끄러질 수 있다. 예시적인 예로서, 피스톤 부분(34)은 약화된 부분 또는 무른 부분(36)에 의해 단부 캡(32)에 연결될 수 있다.
챔버 튜브(28)는 염화 칼슘 및 물 혼합물과 같은 적절한 액체로 채워져서 저온에 노출될 때 액체의 동결을 방지하고 고온에 노출되었을 때 액체의 비등을 방지한다. 예시적인 예로서, 염화 칼슘은 중량으로 20 내지 40 % 사이의 농도 레벨로 물과 혼합될 수 있어서, -50℃ 까지의 동결에 대한 보호를 제공하고 최대 115℃ 까지의 비등에 대하여 보호를 제공한다. 본 발명의 범위내에서, 다른 적절한 액체들이 당업자의 지식의 범위내에서 사용될 수 있다.
챔버 튜브(28)의 다른 단부는 폐쇄되고, 챔버 튜브에는 약화된 부분이 제공되며, 약화된 부분은 챔버 튜브 안에서 미리 결정된 액체 압력에 노출되었을 때 개방되도록 구성됨으로써 그 안의 압력하에서 액체에 대한 배출 개구를 형성한다. 내측 하우징 부재(42)는 하우징(12)의 다른 단부로부터 내측으로 연장되고 통공(46)을 가진 내측 단부 부분(44)을 포함하는데, 통공(46)은 챔버 튜브(28)의 약화된 부분(40)에 근접하게 배치되고 약화된 부분과 정렬된다. 내측 하우징 부재(42)는 챔버 튜브(28)와 하우징(12) 사이에서 고리형 유동 채널(30)과 소통되는 복수개의 제 3 오리피스(48)들을 주위에 포함한다. 내측 하우징 부재(42)는 그안에 혼합 챔버(50)를 형성하는데, 혼합 챔버는 연소 개스가 제 3 오리피스(48)를 통하여 내부로 유동하기 위한 것이고 가압된 액체가 단부 부분(44)에 있는 통공(46)을 통하여 챔버 튜브(28)로부터 내부로 유동하기 위한 것이다.
내측 하우징 부재(42)는 그것의 외측 단부에서 임의의 적절한 유형의 유동 매니폴드(52)에 연결될 수 있으며, 그 매니폴드는 추력 중립 작동(thrust neutral operation)을 위한 복수개의 개구(54)들을 가질 수 있고 적절한 방식으로 매니폴드(미도시) 및/또는 에어백(미도시)에 연결될 수 있다.
고리형 유동 채널(30)에서 고온의 연소 개스와 챔버 튜브(28)가 직접 접촉되는 것을 보호하도록, 금속과 같은 임의의 적절한 재료로 형성된 제 2 튜브(56)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제 2 튜브(56)는 임의의 적절한 방식으로 내측 하우징 부재(42)에 고정될 수 있고, 그것과 하우징(12) 사이에서 매끄러운 고리형 유동 채널(30)을 형성하는 역할을 한다. 필요하다면, 고리형 유동 채널(30)의 폭을 변화시킬 목적으로, 제 2 튜브(56)는 하우징(12)의 내측 주위 표면과 평행하지 않도록 또는 내측 주위 표면과 동일 중심을 가지지 않도록 구성될 수 있다. 본 발명의 범위내에서, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 제 2 튜브(56)가 생략될 수 있다.
도 1a 에 도시된 개스 발생기(10)의 작동에서, 점화기(14)의 작동은 부스터 충전물(16) 및 꽃불 충전물(18)을 점화시켜서 연소 개스를 발생시키며, 연소 개스는 격벽(20)의 단부 부분(22)의 주위에 있는 제 1 오리피스(24)의 밖으로 유동하여 챔버 튜브(28)와 하우징(12) 사이의 고리형 유동 채널(30)로 간다. 고온 연소 개스도 격벽(20)의 단부 부분(22)에 있는 오리피스 또는 오리피스들(26)의 밖으로 유동하여 챔버 튜브(28)의 단부 캡(32)의 피스톤 부분(34)과 접촉한다. 피스톤 부분(34)에 대한 연소 개스의 압력은 약화된 부분(36)을 파괴함으로써 피스톤 부분을 캡(32)으로부터 분리시키는 역할을 하여 피스톤 부분(34)이 챔버 튜브 안에 내측으로 미끄러지게 하고 그 안에 있는 액체를 가압한다. 증가된 액체 압력은 챔버 튜브(28)의 단부에 있는 약화된 부분(40)의 파괴를 일으켜서 가압된 액체가 내측 하우징 부재(42)의 근접 단부(44)에 있는 통공(46)을 통하여 챔버 튜브(28) 밖으로 유동하여 혼합 챔버(50)로 갈 수 있게 한다. 고리형 유동 채널(30)을 통해 유동하는 고온 연소 개스는 내측 하우징 부재(42)의 주위에 있는 제 3 오리피스(48)들을 통해 혼합 챔버(50)로 진입하여 혼합 챔버(50)에 진입한 액체와 혼합된다.
고온 연소 개스 및 액체는 혼합 챔버(50) 안에서 밀접하게 혼합되어 그 안에 있는 액체를 증발시킨다. 연소 생성물의 감지 가능한 열은 액체에 의하여 흡수되며, 따라서 액체는 큰 체적의 증기로 변환된다. 증발 액체 및 연소 개스의 혼합물은 이후에 유동 매니폴드(52)의 출구 오리피스(54)들을 통해 유동하여, 무독성, 저온, 저 미립자(low temperature)의 환경으로써 에어백(미도시) 또는 그와 유사한 것을 팽창시킨다.
도 1c 는 도 1a 에 도시된 개스 발생기(10)와 구성 및 작동이 유사한 개스 발생기(210)의 다른 구현예를 도시한다. 개스 발생기(10)와 유사하게, 도 1c 에 도시된 개스 발생기(210)는 전체적으로 하우징(212), 점화기(214), 부스터 충전물(216), 꽃불 충전물(218), 꽃불 충전물의 내측 부분을 둘러싸는 컵과 같은 격벽(220), 격벽(220)의 내부에 배치되고 단부 캡(232)을 포함하는 챔버 튜브(228) 및, 피스톤 부분(234)을 포함한다. 챔버 튜브(228)의 다른 단부에는 약화된 부분(240)이 제공되고, 내측 하우징 부재(242)는 하우징(212)의 다른 단부로부터 내측으로 연장되고 내측 단부 부분(244)을 포함하며, 내측 단부 부분은, 챔버 튜브(228)의 약화된 부분(240)에 근접하게 배치되고 그것과 정렬된 통공(246)을 가진다. 내측 하우징 부재(242)는 그것의 주위에 복수개의 제 3 오리피스(248)들을 포함하는데, 오리피스들은 챔버 튜브(228)와 하우징(212) 사이에서 고리형 유동 채널(230)과 소통된다. 내측 하우징 부재(242)는, 오리피스(248)들을 통하여 내측으로 유동하는 연소 개스 및 통공(246)을 통하여 챔버 튜브(228)로부터 내측으로 유동하는 가압 액체를 위한 내부의 혼합 챔버(250) 및 단부 부분(244)을 형성한다.
도 1c 에 도시된 개스 발생기(210)의 구현예는 도 1a 에 도시된 개스 발생기와 상이한데, 컵과 같은 격벽(220)은 그것의 주위에 제 1 오리피스들을 가지지 않고, 내측 단부에는 챔버 튜브(228)의 단부 캡(232)으로부터 이격된 제 2 오리피스 또는 오리피스(226)들이 제공되지 않는다는 점에서 다르다. 따라서, 격벽(220)의 내측 단부에 있는 제 2 오리피스(226)를 통해 유동하는 연소 개스는, 혼합 챔버(250)를 형성하는 내측 하우징 부재(242)에 이르는 고리형 유동 채널(230) 및 챔버 튜브(228)의 피스톤 부분(234)을 동시에 가압한다.
도 2 는 개스 발생기(110)의 다른 구현예를 도시하며, 이는 도 1a 에 도시된 개스 발생기(10)와 작동이 유사하고, 그 개스 발생기에는 전방 팽창기 또는 그와 유사한 것과 같은 에어백 팽창기로서 사용되기 위한 콤팩트하고 원형이거나 또는 짧은 실린더형의 하우징(112)이 형성되어 있다.
개스 발생기(110) 안에, 점화기(114), 부스터 충전물(116) 및 꽃불 충전물(118)이 챔버 튜브(128) 다음에 나란히 있는 관계로 위치되며, 챔버 튜브(128)는 그 안에 배치된 가동 피스톤 부분(134) 및 단부 캡(132)을 가진다. 챔버 튜브(128)의 내측 또는 상부의 폐쇄 단부에는 격벽(147)에 있는 출구 오리피스(146)와 정렬된 약화된 부분(140)이 형성된다. 출구 오리피스(146)는 내측 하우징 부재(142)의 상부 부분에 있는 혼합 챔버(150) 안으로 개방되며, 내측 하우징 부재는 하우징(112)에 있는 꽃불 충전물(118)에 노출된, 내측 하우징 부재 주위의 복수개의 오리피스(148)들을 가진다. 혼합 챔버(150)는 상부 또는 외측 유동 매니폴드 부분(152)과 소통되고, 매니폴드 부분(152)은 매니폴드(미도시) 및/또는 에어백(미도시)과 소통되기 위한 반경 방향 개구(154)를 가진다.
개스 발생기(110)의 작동은 도 1a 에 도시된 개스 발생기(10)의 작동과 같다. 추진제(118)의 점화는 연소 개스를 발생시켜서 연소 개스가 내측 하우징 부재(142)에 있는 오리피스(148)들을 통하여 혼합 챔버(150)로 진입한다. 연소 개스는 피스톤 부분(134)이 챔버 튜브(128)의 단부 캡(132)으로부터 분리되게 함으로써 피스톤 부분(134)은 챔버 튜브(128) 안에 내측으로 움직여서 그 안의 액체를 가압하고 챔버 튜브(128)의 폐쇄 단부에 있는 약화된 부분(140)을 개방하여 액체가 출구 개구(146)를 통하여 혼합 챔버(150) 안으로 유동하게 하며, 액체는 내측 하우징 부재(142)에 있는 오리피스(148)를 통해 혼합 챔버(150) 안으로 진입한 고온 연소 개스와 혼합된다. 혼합된 연소 개스 및 증발된 액체는 다음에 혼합 챔버(150)에 있는 개구(151)를 통해 유동 매니폴드 부분(152)에 진입하고 그 안의 개구(154)를 빠져나가서 에어백(미도시) 또는 그와 유사한 것을 팽창시킨다.
도 2a 는 개스 발생기(310)의 다른 구현예를 도시하며, 이것은 도 2 에 도시된 개스 발생기(110)와 구성 및 작용이 유사하다. 개스 발생기(310)에서, 점화기(314)는 하우징(312)의 하부 부분의 중간에 위치되고 꽃불 충전물(318)에 의해 둘러싸이며, 꽃불 충전물은 격벽(349)에 있는 오리피스(348)들을 통해 혼합 챔버(350)와 유체 소통된다.
챔버 튜브(328)는 점화기(314) 위의 격벽(349)내에 배치되고, 단부 캡(332) 및 그에 제거 가능하게 연결된 가동 피스톤 부분(334)을 구비한다. 챔버 튜브(328)의 상부 폐쇄 단부에는 격벽(349)에 있는 출구 통공(346)과 정렬된 약화 부분(340)이 형성되어 있으며, 출구 통공은 혼합 챔버(350)로 개방된다. 피스톤 부분(334)은 꽃불 충전물(318)과 유체 소통된다.
혼합 챔버(350)는 유동 매니폴드(미도시) 및/또는 에어백(미도시)과 유체 소통된다.
개스 발생기(310)의 작동은 전체적으로 도 2 에 도시된 개스 발생기(110)의 작동과 같다. 추진제(318)의 점화는 연소 개스를 발생시키고, 연소 개스는 격벽(349)에 있는 오리피스(348)를 통해 혼합 챔버(350)로 진입한다. 연소 개스는 피스톤 부분(334)이 챔버 튜브(328)의 단부 캡(332)으로부터 분리되게 하여, 피스톤 부분이 챔버 튜브(328) 안에서 내측으로 움직여서 그 안의 액체를 가압하고 챔버 튜브(328)의 폐쇄 단부에 있는 약화된 부분(340)을 개방하여 액체가 출구 개구(346)를 통해 혼합 챔버(350) 안으로 유동하게 하며, 액체는 격벽(349)에 있는 오리피스(348)를 통해 혼합 챔버(350)로 진입한 고온 연소 개스들과 혼합된다. 다음에 혼합 연소 개스 및 증발된 액체는 유동 매니폴드(미도시) 또는 그와 유사한 것에 진입하여 에어백(미도시) 또는 그와 유사한 것을 팽창시킨다.
도 3a 및 도 3b 는 개스 발생기(410)의 다른 구현예를 도시하며, 이것은 도 1a, 도 1b 및 도 1c 에 도시된 개스 발생기(10,210)와 구성 및 작용이 유사하다. 개스 발생기(410)는 신장된, 전체적으로 실린더형인 하우징(412)을 포함하며, 그 하우징은 임의의 적절한 금속 또는 다른 재료로 형성되고, 일 단부에 적절한 유형의 점화기(414)를 가진다. 임의의 적절한 유형의 부스터 충전물(416)은 점화기(414)의 내측에 배치되고 임의의 적절한 유형의 꽃불 충전물 또는 고체 추진제(418)는 부스터 충전물(416)의 내측에 배치된다. 컵과 같은 격벽(420)은 부스터 충전물(416) 및 꽃불 충전물 또는 추진제(418)를 둘러싸고 그것의 주위에 있는 복수개의 제 1 오리피스(424) 및 내측 단부 부분(422)에 있는 제 2 오리피스(426)들을 가진다.
챔버 튜브(428)는 격벽(420)의 단부 부분(422)의 내측으로 하우징(412) 안에 배치되고, 하우징(412)의 내측 직경보다 작은 직경을 가져서 그 사이에 고리형 개스 유동 채널(430)을 제공하며, 유동 채널(430)은 격벽(420)에 있는 제 1 오리피스(424) 및 제 2 오리피스(426)들과 소통된다. 챔버 튜브(428)는 유연성 튜브로서, 유연성 튜브는 평탄하고 시일된 외측 단부(432) 및, 약화된 부분(440)을 가진 내측 단부(433)를 가지며, 약화된 부분은 압력하에서 액체를 위한 출구 개구를 만들도록 챔버 튜브 안의 미리 결정된 액체 압력에 노출되었을 때 개방되도록 구성된다. 챔버 튜브(428)는 임의의 적절한 재료, 예를 들어 폴리에틸렌과 같은 적절한 플라스틱으로 형성될 수 있다. 챔버 튜브(428)는 염화 칼슘 및 물 혼합물과 같은 적절한 액체로 채워져서 저온에 노출되었을 때의 액체의 동결 및 고온에 노출되었을 때의 액체의 비등을 방지한다. 염화 칼슘의 농도는 도 1a 및 도 1b 에서 챔버 튜브(28)에 대하여 위에 설명된 것과 동일할 수 있다.
내측 하우징 부재(442)는 하우징(412)의 다른 단부로부터 내측으로 연장되고 내측 단부 부분(444)을 포함하며, 내측 단부 부분은 챔버 튜브(428)의 약화된 부분(440)과 정렬되고 그에 근접하게 배치된 통공(446)을 가진다. 내측 하우징 부재(442)는 복수개의 제 3 오리피스(448)들을 주위에 구비하며, 오리피스들은 하우징(412)과 챔버 튜브(428) 사이에 있는 고리형 유동 채널(430)과 소통된다. 내측 하우징 부재(442)는 그 안에 혼합 챔버(450)를 형성하는데, 그 혼합 챔버는 오리피스(448)를 통해 내측으로 유동하는 연소 개스 및 내측 하우징 부재(442)의 단부 부분(444)에 있는 통공(446)을 통하여 챔버 튜브(428)로부터 내측으로 유동하는 가압된 액체를 위한 것이다. 내측 하우징 부재(442)는 그 외측 단부에서 임의의 적절한 유형의 유동 매니폴드(452)에 연결될 수 있으며, 유동 매니폴드는 추력 중립의 작동(thrust-neutral operation)을 위한 복수개의 개구(454)들을 가질 수 있고, 임의의 적절한 방식으로 매니폴드(미도시) 및/또는 에어백(미도시)에 연결될 수 있다.
고리형 유동 채널(430)에 있는 고온 연소 개스와의 직접 접촉으로부터 챔버 튜브(428)를 보호하도록, 금속과 같은 임의의 적절한 재료로 형성된 제 2 튜브(456)에 의해 챔버 튜브가 둘러싸여질 수 있다. 제 2 튜브(456)는 임의의 적절한 방식으로 내측 하우징 부재(442)에 고정될 수 있고, 그것과 하우징(412) 사이에서 매끄러운 고리형 유동 채널(430)을 형성하는 역할을 한다. 제 2 튜브(456)는, 필요하다면, 고리형 유동 채널(430)의 폭을 변화시키려는 목적을 가지고, 하우징(412)의 내측 주위 표면과 평행하지 않도록 또는 동일 중심을 가지지 않도록 구성될 수 있다. 본 발명의 범위내에서, 제 2 튜브(456)는 도 1b 에 도시된 바와 같이 생략될 수 있다.
도 3a 및 도 3b 에 도시된 개스 발생기(410)의 작동에서, 점화기(414)의 작용은 부스터 충전물(416) 및 꽃불 충전물(418)을 점화시켜서 연소 개스를 발생시키며, 연소 개스는 격벽(420)에 있는 제 1 오리피스(424) 및 제 2 오리피스(426)의 밖으로 유동하여 챔버 튜브(428)의 근접한 평탄 단부와 접촉하고 챔버 튜브(428)와 하우징(412) 사이의 고리형 유동 채널(430)로 들어간다. 유연성 챔버 튜브(428)상의 연소 개스의 압력은 유연성 챔버 튜브를 눌러서 그 안의 액체를 가압한다. 증가된 액체 압력은 챔버 튜브(428)의 내부 단부에 있는 약화된 부분(440)의 파괴를 일으켜서, 내측 하우징 부재(442)의 근접한 단부(444)에 있는 통공(446)을 통하여 챔버 튜브(428) 밖으로 가압된 액체가 유동할 수 있게 하고 혼합 챔버(450) 안으로 유동할 수 있게 한다. 고리형 유동 채널(430)을 통해 유동하는 고온 연소 개스는 내측 하우징 부재(442)의 주위에 있는 오리피스(448)들을 통해 혼합 챔버(450)로 진입하여, 혼합 챔버(450)에 들어간 액체와 혼합된다.
고온 연소 개스 및 액체는 혼합 챔버(450) 안에서 직접 혼합되어 그 안에 있는 액체를 증발시킨다. 연소 생성물의 감지 가능한 열은 액체에 흡수되어 액체를 대량의 증기로 변환시킨다. 증발된 액체 및 연소 개스의 혼합물은 유동 매니폴드(452)의 출구 오리피스(454)를 통해 유동하여 무독성, 저온, 저 미립자(low temperature)의 환경으로써 에어백(미도시) 또는 그와 유사한 것을 팽창시킨다.
본 발명의 범위내에서, 개스 발생기(10,110,210,310 및 410)들의 구성 요소들은 임의의 적절한 재료들로 형성될 수 있고, 불꽃 충전물은 충전물 또는 추진제의 임의의 적절한 유형일 수 있고, 챔버 튜브 안의 액체는 액체의 임의의 적절한 유형일 수 있다.
본 발명은 가장 실질적이고 바람직한 구현예들로 현재 간주되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 구현예들에 제한되지 않는다는 점이 이해될 것이며, 반대로, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위내에 포함된 다양한 수정예 및 등가예를 포괄하도록 의도된다.
10. 개스 발생기 12. 실린더형 하우징
16. 부스터 충전물 20. 격벽

Claims (20)

  1. 혼합 챔버를 가진 하우징;
    상기 하우징 안에 있는 꽃불 충전물;
    상기 하우징 안에 있는 액체 콘테이너로서, 내부의 액체, 개방 단부 및 폐쇄 단부를 가지는 액체 콘테이너;를 구비하는 개스 발생기로서,
    단부 캡은 상기 개방 단부를 폐쇄시키고 제거 가능하게 연결된 피스톤 부분을 가지며, 상기 피스톤 부분이 상기 단부 캡으로부터 분리되었을 때 콘테이너 안의 액체를 가압하도록 피스톤 부분은 상기 액체 콘테이너 안에서 움직일 수 있고, 상기 피스톤 부분은, 꽃불 충전물이 점화되었을 때 상기 꽃불 충전물로부터의 연소 개스에 노출되도록 위치되고 상기 연소 개스가 미리 결정된 압력을 초과했을 때 상기 단부 캡으로부터 분리 가능하고;
    상기 액체 콘테이너의 폐쇄 단부는, 상기 액체 콘테이너 안의 액체의 압력이 미리 결정된 압력을 초과했을 때 개방되도록 구성된 약화 부분(weakened portion)을 가지고;
    상기 액체 콘테이너의 상기 약화 부분 및 상기 꽃불 충전물은 상기 혼합 챔버와 유체 소통되고;
    상기 꽃불 충전물이 점화되었을 때, 그것으로부터의 연소 개스는 상기 혼합 챔버로 진입하고, 연소 개스가 미리 결정된 압력을 초과했을 때 상기 단부 캡으로부터 피스톤 부분을 분리시키도록 상기 피스톤 부분에 접촉하여 상기 피스톤 부분을 상기 액체 콘테이너 안에서 내측으로 움직여서 그 안의 액체를 가압하고, 액체 압력이 미리 결정된 압력을 초과했을 때 상기 약화 부분을 개방함으로써 상기 액체 콘테이너로부터 상기 혼합 챔버로 액체가 유동할 수 있게 하고, 액체 및 연소 개스가 혼합되어 액체를 증발시키고 연소 개스를 냉각시키고,
    상기 혼합 챔버는 상기 하우징 안에 배치된 내측 하우징 부재에 의해 형성되고,
    상기 꽃불 충전물을 격벽이 감싸고, 꽃불 충전물을 상기 단부 캡으로부터 격벽이 분리시키며; 상기 격벽은 상기 하우징의 근접한 내부 표면과 이격된 관계로 주위에 복수개의 제 1 오리피스들이 있는 감소 크기의 단부 부분을 가지고; 상기 격벽은 상기 단부 캡에 근접한 상기 단부 부분에 제 2 오리피스를 가지는, 개스 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 하우징 부재는, 상기 혼합 챔버로의 액체 및 연소 개스의 유동을 제어하는 오리피스(orifice)들을 가지는, 개스 발생기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    유동 매니폴드는, 상기 내측 하우징 부재에 연결되고, 혼합된 연소 개스 및 증발된 액체를 상기 혼합 챔버로부터 팽창되어야 하는 장치로 지향시키기 위한 배출 개구를 내부에 가지는, 개스 발생기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은 신장(伸長)되고, 상기 액체 콘테이너는 상기 꽃불 충전물과 상기 내측 하우징 부재 사이에서 내부에 위치되고, 상기 내측 하우징 부재는 상기 약화 부분과 정렬된 상기 액체 콘테이너의 폐쇄 단부에 근접하게 배치된 오리피스를 가지는, 개스 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단부 캡 및, 단부 캡의 피스톤 부분은 상기 꽃불 충전물에 근접하게 배치되는, 개스 발생기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액체 콘테이너는 신장되고, 상기 하우징보다 작은 폭을 가져서 액체 콘테이너와 하우징 사이에 고리형 유동 채널을 형성하며, 고리형 유동 채널은 상기 격벽에 있는 상기 제 1 오리피스들로부터 상기 혼합 챔버로 개방된 상기 내측 하우징의 제 3 오리피스들까지 연장되는, 개스 발생기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    튜브는 상기 액체 콘테이너를 둘러싸고 상기 격벽으로부터 상기 내측 하우징 부재로 연장되고, 상기 튜브는 상기 하우징의 근접한 내측 표면으로부터 내측으로 이격되어 상기 액체 콘테이너와 상기 하우징 사이에 상기 고리형 유동 채널을 형성하는, 개스 발생기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액체 콘테이너, 상기 단부 캡 및 상기 피스톤 부분은 플라스틱으로 형성되고, 상기 튜브는 금속으로 형성되는, 개스 발생기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 꽃불 충전물을 점화시키기 위하여 상기 하우징 안의 부스터 충전물 및 점화기를 더 포함하는, 개스 발생기.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은 전체적으로 원형인, 신장(伸長)되지 않은 형상이고, 상기 꽃불 충전물은 상기 액체 콘테이너 및 상기 내측 하우징 부재에 근접하게 배치되고 상기 액체 콘테이너 및 상기 내측 하우징 부재와 유체 소통되며, 상기 액체 콘테이너는 상기 내측 하우징 부재 안에 배치되는, 개스 발생기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 내측 하우징 부재는 상기 혼합 챔버 안으로의 연소 개스의 유동을 제어하는, 내측 하우징 부재 주위에 있는 복수개의 제 3 오리피스들을 가지는, 개스 발생기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 내측 하우징 부재는 상기 혼합 챔버로의 액체의 유동을 제어하도록 상기 액체 콘테이너의 상기 약화 부분에 근접한 통공을 가지는, 개스 발생기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내측 하우징 부재의 상기 통공은 상기 액체 콘테이너를 상기 혼합 챔버로부터 분리시키는 상기 내측 하우징 부재의 내측 단부 부분에 배치되는, 개스 발생기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 콘테이너, 상기 단부 캡 및, 상기 피스톤 부분은 플라스틱으로 형성되는, 개스 발생기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리프로필렌인, 개스 발생기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 물 및 염화 칼슘의 혼합물인, 개스 발생기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    염화 칼슘은 중량으로 물의 대략 20 % 내지 40 % 인, 개스 발생기.
  18. 혼합 챔버를 가지는 하우징;
    상기 하우징 안에 있는 꽃불 충전물;
    상기 하우징 안에 있으며 내부에 액체를 가지는 유연성 콘테이너;를 포함하는 개스 발생기로서,
    상기 유연성 콘테이너는 상기 꽃불 충전물에 근접한 외측 폐쇄 단부 및, 액체의 압력이 미리 결정된 압력을 초과할 때 개방되도록 구성된 약화 부분을 가진 내측 단부를 가지고;
    상기 꽃불 충전물 및 상기 유연성 콘테이너의 상기 약화 부분은 상기 혼합 챔버와 유체 소통되고;
    상기 꽃불 충전물이 점화되었을 때, 그것으로부터의 연소 개스는 상기 혼합 챔버로 진입하고 상기 유연성 콘테이너와 접촉하여 유연성 콘테이너를 눌러서 유연성 콘테이너 안에 있는 액체를 가압하고, 액체 압력이 미리 결정된 압력을 초과했을 때 상기 약화 부분을 개방하여 액체가 상기 유연성 콘테이너로부터 상기 혼합 챔버로 유동할 수 있게 하며, 액체 및 연소 개스가 혼합되어 액체를 증발시키고 연소 개스를 냉각시키고,
    상기 꽃불 충전물을 격벽이 감싸고, 상기 격벽은 상기 하우징의 내부 표면과 이격된 관계로 상기 격벽의 주위에 있는 복수개의 제 1 오리피스들을 가지고; 상기 격벽은 상기 격벽의 내측 단부 부분에 있는 제 2 오리피스들을 가지는, 개스 발생기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버는 상기 유연성 콘테이너의 상기 내측 단부에 근접한 상기 하우징 안에 배치된 내측 하우징 부재에 의해 형성되고, 상기 내측 하우징 부재는 상기 유연성 콘테이너의 상기 약화 부분과 정렬되고 그에 근접하게 배치된 통공을 가지는, 개스 발생기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 유연성 콘테이너는 상기 꽃불 충전물에 근접한, 평탄하게 밀봉된 외측 단부를 가지는, 개스 발생기.
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