RU2050966C1 - Method and device for obtaining gases - Google Patents
Method and device for obtaining gases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2050966C1 RU2050966C1 SU5048036A RU2050966C1 RU 2050966 C1 RU2050966 C1 RU 2050966C1 SU 5048036 A SU5048036 A SU 5048036A RU 2050966 C1 RU2050966 C1 RU 2050966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- gases
- block
- area
- channels
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения газов и может быть использовано в системах наддува средств спасания на воде и любых резино-технических изделий (РТИ), в системах вытеснения или аэрации жидкостей или порошков, а также в других областях техники, где требуются автономные источники любых газов при различных давлениях с температурой окружающей среды либо не выше 100оС.The invention relates to the field of gas production and can be used in pressurization systems of rescue equipment on water and any rubber products (RTI), in systems for displacing or aerating liquids or powders, as well as in other fields of technology where autonomous sources of any gases are required for different pressures to the ambient temperature or no higher than 100 ° C.
В настоящее время наибольшее распространение для наддува РТИ получили системы на сжатом баллонном газе при давлениях 150-250 ат (ГОСТ 949-73). Данные системы имеют большие габариты и вес (табл.1) и низкую надежность, так как в ряде случаев имеют место утечки газа при хранении, что требует регулярного контроля, ремонта и заправки в стационарных условиях специальных мастерских. Такие отказы и только на 10-25% обеспеченность средствами спасания пассажиров речного и морского транспорта приводят к массовой гибели людей при авариях. Currently, the most widely used for pressurization of solid rubber goods are compressed gas systems at pressures of 150-250 atm (GOST 949-73). These systems have large dimensions and weight (Table 1) and low reliability, since in some cases there are gas leaks during storage, which requires regular monitoring, repair and refueling in stationary conditions of special workshops. Such failures and only 10-25% provision with means of rescue of passengers of river and sea transport lead to mass deaths in accidents.
Существующие источники газов на твердых топливах газогенераторы даже при наличии специальных устройств для охлаждения газов за счет теплообмена, либо затрат тепла на разложение инертных веществ, не позволяют получать газы с температурой менее 300оС и теряют все свои эксплуатационные преимущества по габаритам и весу, сохраняя преимущества постоянной готовности к работе и автономности [1]
Другие способы и устройства позволяют получать низкотемпературные газы О2; Н2; Cl2; F2, но являются стационарными и не могут быть реализованы в автономных устройствах.Existing sources of gas to solid fuel gas generators even in the presence of special devices for cooling the gases by heat exchange or heat consumption for decomposition of inert substances not allow to obtain gases with temperatures below 300 ° C and lose all of their operational advantages in size and weight, while maintaining the advantages constant readiness for work and autonomy [1]
Other methods and devices allow to obtain low-temperature gases O 2 ; H 2 ; Cl 2 ; F 2 , but they are stationary and cannot be implemented in stand-alone devices.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения газов, основанный на сжигании твердых топлив в режиме вынужденного конвективного горения. Этот режим заключается в том, что твердое топливо поджигают, образующиеся при его сжигании газы пропускают через исходное вещество, передавая всю тепловую энергию этому веществу [2]
Недостатком способа-прототипа является то, что при экзотермическом взаимодействии химических реагентов во время сжигания твердых топлив происходит переход к объемному горению и взрыву, сопровождающийся разрушением источника газа или системы и подачей в систему высокотемпературного газа.Closest to the proposed is a method of producing gases based on the combustion of solid fuels in the forced convection mode. This mode consists in the fact that solid fuel is ignited, the gases formed during its combustion are passed through the initial substance, transferring all the thermal energy to this substance [2]
The disadvantage of the prototype method is that during the exothermic interaction of chemicals during the combustion of solid fuels, there is a transition to volume combustion and explosion, accompanied by the destruction of the gas source or system and the supply of high-temperature gas to the system.
Известны устройства для получения газов на твердых химических реагентах, которые не позволяют получать газы с температурой менее 300оС, даже при наличии специальных устройств их охлаждения за счет теплообмена, либо затрат тепла из разложением инертных веществ.Known apparatus for producing gases of solid chemical reagents, which does not allow to obtain gases with temperatures below 300 ° C, even with special devices for their cooling by heat exchange or heat consumption of the decomposition of inerts.
Наиболее близким к предлагаемому устройству для получения газов является устройство [3] состоящее из корпуса в виде картонной гильзы с капсюлем, воспламенительным и основным газогенерирующим составами, фильтром и сеткой. Это устройство позволяет получать газ с температурой не выше 50оС. Однако данное устройство имеет низкую газопроизводительность с единицы объема (0,4-0,3 л/см3) и обладает таким недостатком, что нельзя увеличивать длину состава более трех его диаметров, что влияет на общую газопроизводительность изделия, так как состав непропрессовывается и происходит его уплотнение во время работы, что связано со значительным ростом давления и разбросом временных характеристик работы изделия, нельзя увеличивать длину даже набором отдельно отпрессованных блоков, так как возрастает газодинамическое сопротивление и также растет давление, что приводит к росту веса корпуса и габаритов.Closest to the proposed device for producing gases is a device [3] consisting of a body in the form of a cardboard sleeve with a capsule, igniter and main gas generating compositions, a filter and a grid. This device allows to obtain a gas with a temperature not above 50 ° C. However, this device has a low gas capacity per unit volume (0.4-0.3 l / cm 3) and has such a drawback that composition can not be increased more than the length of its three diameters, which affects the overall gas production of the product, since the composition is not pressed and its compaction occurs during operation, which is associated with a significant increase in pressure and a spread in the time characteristics of the product, it is impossible to increase the length even with a set of separately pressed x blocks, since the gas-dynamic resistance increases and the pressure also increases, which leads to an increase in the weight of the body and dimensions.
Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают безопасного процесса получения газа и высокой газопроизводительности. A disadvantage of the known method and device is that they do not provide a safe process for producing gas and high gas productivity.
Цель изобретения повышение газопроизводительности и создание условий безопасного процесса получения газа в режиме вынужденной конвекции продуктов сгорания через исходное вещество. The purpose of the invention is to increase gas production and create the conditions for a safe process for producing gas in the forced convection mode of combustion products through the starting material.
Цель достигается тем, что в способе получения газов, основанном на сжигании твердых топлив, используют вещества с калорийностью 100-500 ккал/кг. Это объясняется тем, что в способе получения газов при экзотермическом разложении вещества образующиеся газы пропускают по каналам блока исходного вещества, передавая тепло следующему слою и инициируя в нем химическую реакцию. При этом для ряда составов для получения H2; N2; F2; N2+CO2, было установлено, что имеется верхний и нижний пределы калорийности вещества, а именно: при калорийности ниже 100 ккал/кг в веществе не возникает устойчивого послойного разложения и происходит прекращение процесса разложения, а при калорийности более 500 ккал/кг возникает объемное горение, при котором образуется горячий газ и возможно разрушение корпуса. И только вещество с калорийностью 100-500 ккал/кг для различных составов позволяет получить устойчивое послойное разложение вещества с постоянной массовой скоростью и с температурой газа на выходе из блока, равной температуре окружающей среды.The goal is achieved in that in a method of producing gases based on the combustion of solid fuels, substances with a calorie content of 100-500 kcal / kg are used. This is explained by the fact that in the method of producing gases by exothermic decomposition of a substance, the generated gases are passed through the channels of the block of the initial substance, transferring heat to the next layer and initiating a chemical reaction in it. Moreover, for a number of compositions to obtain H 2 ; N 2 ; F 2 ; N 2 + CO 2 , it was found that there are upper and lower limits for the caloric content of the substance, namely: when the caloric content is below 100 kcal / kg, a stable layer-by-layer decomposition does not occur in the substance and the decomposition process ceases, and when the caloric content exceeds 500 kcal / kg volumetric combustion, during which hot gas is formed and destruction of the housing is possible. And only a substance with a calorific value of 100-500 kcal / kg for various compositions allows one to obtain a stable layer-by-layer decomposition of a substance with a constant mass velocity and with a gas temperature at the outlet of the unit equal to the ambient temperature.
Поставленная цель увеличения газопроизводительности устройства, состоящего из корпуса в виде картонной гильзы с капсюлем, воспламенительным и основным газогенерирующим составами, фильтром и сеткой, основной состав выполнен в виде монолитного многоканального блока, при этом площадь каналов должна составлять 5-30% от площади торца блока. The goal is to increase the gas productivity of a device consisting of a case in the form of a cardboard sleeve with a capsule, igniter and main gas-generating compounds, a filter and a mesh, the main composition is made in the form of a monolithic multichannel block, with the channel area being 5-30% of the block end area.
Заявляемые значения калорийности, суммарной площади отверстий позволяют организовать устойчивый процесс газообразования. The claimed values of calorie content, the total area of the holes allow you to organize a stable process of gas formation.
В качестве исходного сырья используют вещества с калорийностью 500-100 ккал/кг, а для увеличения удельной газопроизводительности используют прессованный блок с каналами определенных размеров и числа, что позволяет организовать описанный процесс газификации. As the feedstock, substances with a calorific value of 500-100 kcal / kg are used, and to increase the specific gas productivity, a pressed block with channels of a certain size and number is used, which makes it possible to organize the described gasification process.
В качестве примеров для осуществления данного способа можно привести результаты испытаний составов для получения:
1. Азота, который образуется по реакции:
3NaN3+2Fe2O3=3NaFeO2+Fe+4,5N+Q
NaN Na+1,5N2 при избытке NaN3 образуется металлический натрий и дополнительное количество азота.As examples for the implementation of this method, you can give the test results of the compositions to obtain:
1. Nitrogen, which is formed by the reaction:
3NaN 3 + 2Fe 2 O 3 = 3NaFeO 2 + Fe + 4,5N + Q
NaN Na + 1.5N 2 with an excess of NaN 3 , metallic sodium and an additional amount of nitrogen are formed.
Результаты испытаний данной смеси в режиме конвективного горения приведены в табл.2. Температура газа измерялась после фильтра толщиной 1 см. The test results of this mixture in convective combustion mode are given in table.2. The gas temperature was measured after a
2. Фтора, который образуется при взаимодействии, например, избытка гексафторникелата калия с алюминием по реакции:
K2NiF6 + 2 3Al 2 3AlF3 + 2KF + NiF2 + Q
K2NiF 2KF+NiF2+F
Результаты испытаний приведены в табл.3.2. Fluorine, which is formed by the interaction of, for example, an excess of potassium hexafluoronickelate with aluminum by reaction:
K 2 NiF 6 + 2 3 Al 2 3 AlF 3 + 2KF + NiF 2 + Q
K 2 NiF 2KF + NiF 2 + F
The test results are shown in table.3.
3. Водорода/ который образуется при взаимодействии избыточных количеств К- и Nа- боргидридов с окислами металлов:
3КВН4+2MoO3 __→ 3КВО2+2Mo+6H2+Q
КВН4 K+B+2H2
Результаты испытаний приведены в табл.4.3. Hydrogen / which is formed by the interaction of excess amounts of K - and Na - borohydrides with metal oxides:
3KVN 4 + 2MoO 3 __ → 3KVO 2 + 2Mo + 6H 2 + Q
KVN 4 K + B + 2H 2
The test results are given in table.4.
4. Смеси газов, которая образуется при взаимодействии NaN3 с нитратами целлюлозы и бикарбонатом натрия.4. A mixture of gases, which is formed by the interaction of NaN 3 with cellulose nitrates and sodium bicarbonate.
Результаты испытаний приведены в табл.5. The test results are shown in table.5.
Приведенные данные показывают, что для различных составов имеются условия, когда в режиме вынужденной конвекции продуктов разложения через блок исходного вещества возможна организация послойного горения без перехода в объемное горение и взрыв. Этот процесс протекает при калорийности исходных составов 100-500 ккал/кг. The data presented show that for various compositions there are conditions when, in the forced convection mode of decomposition products through a block of the starting substance, the organization of layer-by-layer combustion without transition to volumetric combustion and explosion is possible. This process proceeds with a caloric content of the initial compositions of 100-500 kcal / kg.
На фиг.1, 3, 4 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1, 3, 4 presents the proposed device; figure 2 section aa in figure 1.
Химический источник газа (ХИГ) состоит из корпуса 1, герметизирующей мембраны 2, упорной сетки 3, фильтра 4, кружка перкаля или шелковой сетки 5, газогенерирующего блока 6, воспламенительного состава 7, картонного пыжа 8, капсюля или электровоспламенителя 9. При изготовлении ХИГ диаметром более 50 мм рекомендуется использовать крышку со штуцером 10 (фиг.2), упорную решетку 11, а газогенерирующий блок формировать набором пучка шнуров, имеющих в сечении шестигранную форму 12, что обеспечивает их плотную упаковку. Полости блока усеченной шестигранной формы заполняются элементами 13 из того же состава либо инертной массой. Оси каналов расположены по сторонам правильного шестигранника или по концентрическим окружностям с шагом 3-10 мм и в их центре. A chemical gas source (CIG) consists of a
Работа устройства происходит следующим образом. The operation of the device is as follows.
При срабатывании средства инициирования (электровоспламенителя 9) и состава 7 в газогенерирующем блоке 6 инициируется химическая реакция, образующиеся продукты движутся по каналам блока через сетку 5, фильтр 4, упорную сетку 3, решетку 11 и штуцер 10 крышки в наддуваемый объект. Мембрана 2 предохраняет состав от воздействия внешней среды и разрывается в начальный момент работы ХИГ, решетка 11 воспринимает нагрузки и препятствует выбросу фильтра и шлаков в наддуваемое изделие, фильтр 4 очищает газ от твердых и жидких примесей и частично охлаждает, шелковая сетка 5 или перкаль препятствуют попаданию материала фильтра и воспламенительного состава в каналы блока, пыж 8 служит для размещения капсюля-воспламенителя. When triggering the initiation means (electric igniter 9) and
Отработка ХИГ показала, что на их работу существенное влияние оказывают геометрические параметры блока. Испытания проводились на образцах диаметром 20 мм с плотностью 1,4 г/см3. Результаты испытаний приведены в табл.6-7.Testing the HIG showed that their work is significantly affected by the geometric parameters of the block. The tests were carried out on samples with a diameter of 20 mm with a density of 1.4 g / cm 3 . The test results are given in table 6-7.
Испытания показали, что предлагаемая конструкция позволяет увеличить газосъем до 0,6-0,7 л/см3 в то время как у прототипа эта величина составляет 0,3-0,4 л/см3, т.е. газосъем с единицы объема возрастает в 1,5-2,0 раза, что уменьшает габариты и вес ХИГ.Tests showed that the proposed design allows to increase gas removal to 0.6-0.7 l / cm 3 while the prototype, this value is 0.3-0.4 l / cm 3 , i.e. gas removal per unit volume increases 1.5-2.0 times, which reduces the size and weight of the HIG.
Площадь каналов оказывает влияние на секундный расход газа. The area of the channels affects the second gas flow rate.
Таким образом при увеличении площади каналов секундный расход газа можно уменьшать в 2,5 раза. Thus, with an increase in the area of the channels, the second gas flow rate can be reduced by 2.5 times.
Таким образом уменьшая площадь каналов, можно снижать секундный расход в 1,5 раза. Thus, reducing the area of the channels, you can reduce the second flow rate by 1.5 times.
То есть изменяя геометрию газогенерирующего блока, разрабатывать ХИГ с различными расходными характеристиками. That is, by changing the geometry of the gas generating unit, to develop a HIG with different flow characteristics.
При изменении длины блока было установлено, что у прототипа при длине состава, равной пяти его диаметрам, давление в донной части поднималось до 190 кг/см2, в то время как в предлагаемом варианте оно составляет 9-15 кг/см2, т.е. давление меньше, чем в прототипе в 10-20 раз. При длинах, равных десяти диаметрам блока в прототипе, составы либо не горят, либо горение носит прогрессивный характер с большим разбросом по времени работы, достигающим трех раз. В то же время канальный блок позволяет сохранять постоянство расходных и временных характеристик.When changing the length of the block, it was found that the prototype with a length of the composition equal to its five diameters, the pressure in the bottom rose to 190 kg / cm 2 , while in the proposed embodiment it is 9-15 kg / cm 2 , t. e. the pressure is less than in the prototype 10-20 times. With lengths equal to ten block diameters in the prototype, the compositions either do not burn, or the combustion is progressive in nature with a large variation in operating time, reaching three times. At the same time, the channel unit allows you to maintain a constant flow and time characteristics.
Низкие значения давления в корпусе генератора позволяют использовать для изготовления корпусов картон, пластмассы, алюминий, что приводит к снижению габаритов и веса, а постоянство геометрических размеров блока обеспечивает постоянство временных характеристик. Так если выпускаемые в настоящее время ХИГ ЭГ-2 в соответствии с прототипом имеют разброс по времени работы от 0,5 до 20 с, что связано с различными факторами объективного и субъективного характера, то ЭГ-2М на многоканальном блоке обеспечивает время работы 3,0-4,2 с. Low pressure values in the generator housing allow the use of cardboard, plastic, aluminum for the manufacture of cases, which leads to a decrease in dimensions and weight, and the constancy of the geometric dimensions of the block ensures the constancy of time characteristics. So, if currently produced HIG EG-2 in accordance with the prototype have a time spread from 0.5 to 20 s, which is associated with various factors of an objective and subjective nature, then EG-2M on a multi-channel unit provides a working time of 3.0 -4.2 sec
Одновременно было установлено, что снаряжение ХИГ диаметром до 50 мм удобно производить одним газогенерирующим блоком с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса. При больших же габаритах ХИГ возникают сложности при формировании блоков с числом каналов более двадцати, заключающиеся в увеличении блока по смещению каналов к центру. В этом случае изготовление блоков больших диаметров возможно только набором отдельных шнуров, изготовленных из газогенерирующего состава. Для повышения плотности заполнения корпуса газогенерирующим составом предусмотрено изготовление шнуров шестигранного сечения и любой длины методом проходного прессования. At the same time, it was found that CIG equipment with a diameter of up to 50 mm is conveniently produced with one gas generating unit with a diameter equal to the inner diameter of the hull. With large dimensions of the HIG, difficulties arise when forming blocks with the number of channels more than twenty, consisting in increasing the block by shifting the channels to the center. In this case, the manufacture of blocks of large diameters is possible only with a set of individual cords made of a gas-generating composition. To increase the density of filling the housing with a gas-generating composition, it is envisaged to manufacture cords of hexagonal cross section and any length by the method of continuous pressing.
Малогабаритные ХИГ (фиг.1) предназначаются для использования в качестве вкладных элементов в корпуса систем наддува, снабженных ударным механизмом, а ХИГ (фиг.2) работают как самостоятельные источники, заменяя баллон. Small-sized CIG (Fig. 1) are intended for use as plug-in elements in the body of pressurization systems equipped with a shock mechanism, and CIG (Fig. 2) work as independent sources, replacing the balloon.
Таким образом использование многоканальных блоков в ХИГ с целью получения газа с температурой не более 100оС позволяет получить следующие преимущества: увеличить газосъем с единицы объема генератора в 1,5-2,0 раза; уменьшить габариты и вес генератора за счет использования пластмассы и картона; многократно понизить давление в корпусе; обеспечить постоянство временных характеристик работы ХИГ; использовать блоки большей длины, что обеспечивает увеличение времени работы ХИГ.Thus the use of multi-channel blocks in the HIG to obtain a gas with a temperature not exceeding 100 ° C allows to obtain the following advantages: increase gazosem a generator unit volume of 1.5-2.0 times; reduce the size and weight of the generator through the use of plastic and cardboard; repeatedly reduce the pressure in the housing; ensure the constancy of the temporal characteristics of the HIG; use longer blocks, which ensures longer HIG operation time.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048036 RU2050966C1 (en) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Method and device for obtaining gases |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048036 RU2050966C1 (en) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Method and device for obtaining gases |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2050966C1 true RU2050966C1 (en) | 1995-12-27 |
Family
ID=21607165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5048036 RU2050966C1 (en) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Method and device for obtaining gases |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2050966C1 (en) |
-
1992
- 1992-04-22 RU SU5048036 patent/RU2050966C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Патент США N 4578247, кл. B 01J 7/00, 1986. * |
2. Беляев А.Ф., Боболев В.К. и др. Переход горения конденсированных систем во взрыв. М.: Наука, 1973. * |
3. Авторское свидетельство СССР N 1376689, кл. B 01J 7/00, 1986. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3733180A (en) | Solid state cool gas generator | |
US2558756A (en) | Oxygen generator | |
US7261748B2 (en) | Portable hydrogen source | |
US6089326A (en) | Method and apparatus for extinguishing fires | |
US4197213A (en) | Method and apparatus for the pyrotechnic generation of multi-component gases | |
CA2825769C (en) | Chemical carbon dioxide gas generator | |
US5783105A (en) | Oxygen generating compositions | |
SU560526A3 (en) | Method of generating gases | |
US6849247B1 (en) | Gas generating process for propulsion and hydrogen production | |
US2555333A (en) | Solid fuel | |
US5703322A (en) | Cartridge having high pressure light gas | |
US3641935A (en) | Pressure cartridge containing solid fuel propellant charge | |
US3773947A (en) | Process of generating nitrogen using metal azide | |
RU2050966C1 (en) | Method and device for obtaining gases | |
JPS6197101A (en) | Device and method of thermochemically generating hydrogen | |
Li et al. | Study on the contamination of chlorides in ammonium nitrate | |
Cordova et al. | Infiltration-controlled combustion of magnesium for power generation in space | |
US2928529A (en) | Storage of explosive gases | |
Boyer | Combustion characteristics and flame structure of nitromethane liquid monopropellant | |
Benhidjeb-Carayon et al. | Hypergolicity of Mixed Oxides of Nitrogen with Solid Fuels for Hybrid Rocket Application | |
US4794682A (en) | Making a power source utilizing encapsulated lithium pellets | |
US5376352A (en) | Oxygen storage and retrieval system | |
Ward et al. | Liquid-Hydrogen Explosions in Closed Vessels | |
RU2174437C1 (en) | Generation of low-temperature gas from solid fuel | |
US3213610A (en) | Subzero temperature fuel and rocket ignition process |