RU2149136C1

RU2149136C1 - Thermochemical oxygen generator, solid oxygen-release element composition, and oxygen-supply apparatus

Info

Publication number: RU2149136C1
Application number: RU98116786/12A
Authority: RU
Inventors: И.А.(RU) Смирнов; И.А. Смирнов; А.Т.(RU) Логунов; А.Т. Логунов; Валерий Васильевич Шаповалов (UA); Валерий Васильевич Шаповалов; Владимир Иванович Ванин (UA); Владимир Иванович Ванин
Original assignee: Логунов Алексей Тимофеевич
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-05-20

Abstract

FIELD: oxygen generation technics. SUBSTANCE: invention is designed for production of oxygen from chemicals and can be used both in respirators and for medical and technical purposes. Generator contains housing with gas-outlet nipple and oxygen cartridge incorporating solid oxygen-release element in the form of perforated briquette provided with protective shell and inserted into sealed heating shell placed in briquette perforation. Outside part of protective shell is made transparent in the form of screw armor of thin metal foil tape with overlapping vicinal turns and inside part represents continuous nontransparent surface. Oxygen-release element composition contains, %: sodium perchlorate, 70-80; silicon, 1.0-2.5; sand sodium superoxide and/or peroxide, the balance. Using above-described generator as prototype, oxygen-supply apparatus is constructed supplemented by cooler included after generator and also adsorbent-bed receiver. EFFECT: expanded functional possibilities of oxygen generator and oxygen-supply apparatus; increased and stabilized oxygen-release composition degradation rate. 7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам для получения кислорода из химических веществ и может быть использовано как в респираторных или дыхательных устройствах, так и для медицинских или технических целей. The invention relates to means for producing oxygen from chemicals and can be used both in respiratory or respiratory devices, and for medical or technical purposes.

Из уровня техники известен термохимический генератор кислорода, содержащий корпус с газоотводящим штуцером и размещенный в корпусе кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде брикета с отверстием, который снабжен защитной оболочкой, и помещенный в герметичный кожух нагреватель, который установлен в отверстии брикета (см. патент США N 5733508, Мкл. A 62 B 7/08, 1998 г.). При подводе тепла к брикету от нагревателя происходит поджигание и термическое разложение кислородосодержащего состава, из которого выполнен брикет, с выделением кислорода. A thermochemical oxygen generator is known from the prior art, comprising a housing with a gas outlet fitting and an oxygen cartridge located in the housing, including a solid oxygen-generating element in the form of a briquette with an opening, which is provided with a protective shell, and a heater that is installed in the sealed casing, which is installed in the opening of the briquette (see U.S. Patent No. 5,733,508, Ml A 62 B 7/08, 1998). When heat is supplied to the briquette from the heater, ignition and thermal decomposition of the oxygen-containing composition from which the briquette is made, with the evolution of oxygen, occurs.

Основным недостатком данной конструкции является сложность регулирования скорости генерирования кислорода, поскольку реакция разложения кислородосодержащего состава протекает с выделением тепла, что даже при размещении в корпусе нескольких заменяемых кислородных патронов делает процесс практически неуправляемым и зависящим только от геометрических параметров кислородовыделяющего элемента - брикета и состава компонентов, т.е. качественного и количественного содержания химических веществ. The main disadvantage of this design is the difficulty in controlling the rate of generation of oxygen, since the decomposition of the oxygen-containing composition proceeds with the release of heat, which even when several replaceable oxygen cartridges are placed in the housing makes the process practically uncontrollable and depends only on the geometric parameters of the oxygen-generating element - briquette and composition of the components, t .e. qualitative and quantitative content of chemicals.

Наиболее близким к изобретению из известных является состав твердого кислородовыделяющего элемента, включающий перхлорат магния, надпероксид и/или пероксид натрия и диоксид кремния (см. вышеуказанный патент США N 5733508), но скорость его термического разложения недостаточно высока. Closest to the invention known is the composition of the solid oxygen-releasing element, including magnesium perchlorate, peroxide and / or sodium peroxide and silicon dioxide (see US Pat. No. 5,733,508 above), but its thermal decomposition rate is not high enough.

Также известно устройство для снабжения кислородом, выполненное на базе термохимического генератора кислорода с твердым кислородовыделяющим элементом (см. вышеуказанный патент США N 5733508), которое благодаря наличию аккумулятора кислорода (ресивера) и системы трубопроводов с запорно-регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой позволяет снабжать кислородом различных потребителей. Однако функциональные возможности этого устройства ограничены. A device for supplying oxygen based on a thermochemical oxygen generator with a solid oxygen-releasing element (see US Pat. No. 5,733,508 above) is also known, which, thanks to the presence of an oxygen accumulator (receiver) and a piping system with shut-off, control and measuring equipment, allows supplying oxygen various consumers. However, the functionality of this device is limited.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей как термохимического генератора кислорода, так и устройства для снабжения кислородом, выполненного на его основе. The invention is aimed at expanding the functionality of both a thermochemical oxygen generator and a device for supplying oxygen based on it.

Кроме того, целью изобретения является создание состава твердого кислородовыделяющего элемента, обладающего достаточно высокой и стабильной скоростью разложения из дешевого сырья. In addition, the aim of the invention is to provide a composition of a solid oxygen-releasing element having a sufficiently high and stable decomposition rate from cheap raw materials.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в термохимическом генераторе кислорода, содержащем корпус с газоотводящим штуцером и размещенный в корпусе кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде брикета с отверстием, который снабжен защитной оболочкой, и помещенный в герметичный кожух нагреватель, который установлен в отверстии брикета, согласно изобретению наружная часть защитной оболочки выполнена проницаемой в виде винтовой оплетки из тонкой металлической ленты - фольги, соседние витки которой перекрывают друг друга, а внутренняя часть защитной оболочки представляет собой сплошную непроницаемую поверхность. The solution to this problem is provided by the fact that in a thermochemical oxygen generator containing a housing with a gas outlet fitting and an oxygen cartridge located in the housing, comprising a solid oxygen-generating element in the form of a briquette with a hole, which is equipped with a protective shell, and a heater, which is installed in the hole, placed in a sealed casing briquette, according to the invention, the outer part of the protective shell is made permeable in the form of a screw braid from a thin metal tape - foil, adjacent turns of which oh overlap, and the inner part of the protective shell is a continuous impenetrable surface.

При этом винтовая оплетка защитной оболочки может быть многослойной, что позволяет регулировать (подбирать) термическое сопротивление и скорость разложения брикета, а соответственно и выделения кислорода при изготовлении или перед использованием кислородного патрона. In this case, the screw braid of the protective shell can be multilayer, which allows you to adjust (select) the thermal resistance and decomposition rate of the briquette, and, accordingly, the oxygen evolution during the manufacture or before use of the oxygen cartridge.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что состав твердого кислородовыделяющего элемента, включающий перхлорат натрия и надпероксид и/или пероксид натрия, дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перхлорат натрия - 70-80
Кремний - 1,0-2,5
Надпепоксид и/или пероксид натрия - Остальное
При этом заявленный состав твердого кислородовыделяющего элемента может дополнительно содержать диоксид кремния в количестве до 5 мас.%
Кроме того, решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для снабжения кислородом, содержащем по меньшей мере один термохимический генератор кислорода с твердым кислородовыделяющим элементом, ресивер, систему трубопроводов с контрольно-измерительной и запорно-регулирующей аппаратурой и средством подключения к потребителю, согласно изобретению в ресивере размещен слой адсорбента (например, цеолит), а на трубопроводе, соединяющем выход термохимического генератора кислорода с ресивером и средством подключения к потребителю, установлен холодильник.The solution to this problem is also ensured by the fact that the composition of the solid oxygen-releasing element, including sodium perchlorate and sodium peroxide and / or sodium peroxide, additionally contains silicon in the following ratio of components, wt.%:
Sodium Perchlorate - 70-80
Silicon - 1.0-2.5
Nadpepoxide and / or Sodium Peroxide - Rest
Moreover, the claimed composition of the solid oxygen-generating element may additionally contain silicon dioxide in an amount of up to 5 wt.%
In addition, the solution of this problem is achieved by the fact that in the device for supplying oxygen, containing at least one thermochemical oxygen generator with a solid oxygen-releasing element, a receiver, a piping system with control and measuring and locking-regulating equipment and means for connecting to a consumer, according to the invention an adsorbent layer (for example, zeolite) is placed in the receiver, and on the pipeline connecting the output of the thermochemical oxygen generator to the receiver and means for connecting to the consumer Itel has a refrigerator.

Наличие слоя адсорбента в ресивере в сочетании с холодильником, включенным на выходе термохимического генератора или расположенным на газоотводящем штуцере в устройстве для снабжения кислородом, расширяет функциональные возможности, обеспечивая получение требуемых параметров кислорода для различных потребителей при высокой степени накопления (аккумулирования) выделившегося кислорода. The presence of an adsorbent layer in the receiver in combination with a refrigerator, turned on at the outlet of the thermochemical generator or located on the gas outlet in the device for supplying oxygen, expands the functionality by providing the required oxygen parameters for various consumers with a high degree of accumulation (accumulation) of released oxygen.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид термохимического генератора кислорода; на фиг. 2 схематично изображено размещение нескольких кислородных патронов в термохимическом генераторе кислорода; на фиг. 3 представлена схема устройства для снабжения кислородом. In FIG. 1 schematically shows a General view of a thermochemical oxygen generator; in FIG. 2 schematically shows the placement of several oxygen cartridges in a thermochemical oxygen generator; in FIG. 3 shows a diagram of a device for supplying oxygen.

Термохимический генератор кислорода содержит корпус 1, в котором размещен кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде снабженного защитной оболочкой брикета 2 с отверстием 3 (сквозным или глухим), нагреватель 4, помещенный в герметичный кожух 5 из материала с высокой теплопроводностью, который установлен в отверстии 3 брикета 2. Наружная часть 6 защитной оболочки выполнена проницаемой в виде винтовой оплетки из тонкой металлической ленты-фольги, соседние витки которой перекрывают друг друга, а внутренняя часть 7 имеет сплошную непроницаемую поверхность. На выходе из корпуса 1 термохимического генератора установлен газоотводящий штуцер 8, снабженный фильтром 9, обратным клапаном 10 и холодильником 11. Кожух нагревателя 4 в нижней части имеет радиатор 12 (возможно с наружным оребрением), что снижает относительный перегрев деталей конструкции, а сам нагреватель 4 может быть электрическим, химическим, электропиротехническим и др. The thermochemical oxygen generator contains a housing 1, in which an oxygen cartridge is placed, including a solid oxygen-releasing element in the form of a briquette 2 provided with a protective shell with an opening 3 (through or blind), a heater 4, placed in a sealed casing 5 of material with high thermal conductivity, which is installed in holes 3 briquette 2. The outer part 6 of the protective shell is made permeable in the form of a screw braid from a thin metal tape-foil, the adjacent turns of which overlap each other, and the inner part 7 has a continuous impervious surface. At the outlet of the thermochemical generator case 1, a gas outlet 8 is installed, equipped with a filter 9, a check valve 10 and a refrigerator 11. The casing of the heater 4 in the lower part has a radiator 12 (possibly with external fins), which reduces the relative overheating of the structural parts, and the heater 4 itself may be electrical, chemical, electrical pyrotechnic, etc.

При выполнении термохимического генератора с несколькими кислородными патронами 13 (см. фиг. 2) последние размещаются на одном уровне в секциях, образованных в корпусе 1 теплоизолирующими перегородками 14, что обеспечивает дискретное регулирование скорости выделения кислорода (включая перерывы в выделении кислорода) путем последовательно-параллельного включения кислородовыделящих элементов в работу. When performing a thermochemical generator with several oxygen cartridges 13 (see Fig. 2), the latter are placed at the same level in the sections formed in the housing 1 by heat-insulating partitions 14, which provides discrete control of the rate of oxygen evolution (including interruptions in oxygen evolution) by parallel-parallel inclusion of oxygen-releasing elements in the work.

Для изменения скорости термического разложения твердого кислородовыделяющего элемента, а соответственно и скорости выделения кислорода во времени по заданной программе наружная часть 6 защитной оболочки брикета 2 может быть выполнена многослойной с неравномерным распределением витков-слоев по длине брикета 2. To change the rate of thermal decomposition of a solid oxygen-releasing element, and, accordingly, the rate of oxygen evolution in time according to a given program, the outer part 6 of the protective shell of the briquette 2 can be multilayer with an uneven distribution of turns-layers along the length of the briquette 2.

Термохимический генератор кислорода работает следующим образом. Thermochemical oxygen generator operates as follows.

При включении нагревателя 4 выделяющееся в нем тепло через стенки кожуха 5 и внутренней части защитной оболочки подводится к брикету 2 твердого кислородовыделяющего элемента, в котором при достижении определенной температуры начинается реакция термического разложения состава, содержащего: 70 - 80 мас.% перхлората натрия; 1,0-2,5 мас.% кремния, (возможно наличие до 5 мас.% диоксида кремния, величина фракций которого больше, чем у кремния); надпероксид и/или пероксид натрия - остальное, с выделением кислорода. Образовавшийся кислород заполняет полость корпуса 1 и через штуцер 8, пройдя холодильник 11, подается к потребителю. When the heater 4 is turned on, the heat released in it through the walls of the casing 5 and the inner part of the protective shell is supplied to the briquette 2 of a solid oxygen-releasing element, in which, when a certain temperature is reached, the thermal decomposition reaction begins, containing: 70 - 80 wt.% Sodium perchlorate; 1.0-2.5 wt.% Silicon, (up to 5 wt.% Silicon dioxide is possible, the fraction of which is larger than that of silicon); peroxide and / or sodium peroxide - the rest, with the release of oxygen. The resulting oxygen fills the cavity of the housing 1 and through the nozzle 8, passing the refrigerator 11, is supplied to the consumer.

Скорость разложения состава твердого кислородовыделяющего элемента, которая определяется по времени перемещения зоны химической реакции от внутренней поверхности брикета 2, контактирующей с нагревателем 4, к его наружной поверхности, и количество выделившегося кислорода зависит от конкретного количественного содержания компонентов и размера брикета. Так, например, для брикета в виде кольцевого цилиндра диаметром 30 мм, высотой 200 мм и массой 250 г, содержащего: 70 мас.% перхлората натрия; 2,0 мас.% кремния и 28 мас. % пероксида натрия, скорость разложения состава (скорость выделения кислорода) составляет 9,5 мм/мин (3,9 л/мин), а количество выделившегося кислорода равно 82,1 л. The rate of decomposition of the composition of the solid oxygen-generating element, which is determined by the time the chemical reaction zone moves from the inner surface of the briquette 2 in contact with the heater 4, to its outer surface, and the amount of oxygen released depends on the specific quantitative content of the components and the size of the briquette. So, for example, for a briquette in the form of an annular cylinder with a diameter of 30 mm, a height of 200 mm and a mass of 250 g, containing: 70 wt.% Sodium perchlorate; 2.0 wt.% Silicon and 28 wt. % sodium peroxide, the decomposition rate of the composition (oxygen evolution rate) is 9.5 mm / min (3.9 l / min), and the amount of oxygen released is 82.1 l.

В соответствии с изобретением на основе вышеописанного термохимического генератора кислорода выполнено устройство для снабжения кислородом (см. фиг. 3), которое содержит один или несколько термохимических генераторов 15 кислорода, подключенных к общей магистрали 16, холодильник 17, ресивер 18, частично или полностью заполненный адсорбентом (например, цеолитом), средства 19, 20 подключения к потребителям соответственно высокого и низкого давления, которые соединены системой трубопроводов с контрольно-измерительной аппаратурой. In accordance with the invention, based on the above-described thermochemical oxygen generator, a device for supplying oxygen (see Fig. 3) is made, which comprises one or more thermochemical oxygen generators 15 connected to a common highway 16, a refrigerator 17, a receiver 18 partially or completely filled with adsorbent (for example, zeolite), means 19, 20 for connecting to consumers, respectively, high and low pressure, which are connected by a piping system to instrumentation.

Устройство для снабжения кислородом работает следующим образом. A device for supplying oxygen works as follows.

Выделившийся в термохимических генераторах 15 кислород охлаждается в холодильнике 17 и поступает в ресивер 18, где аккумулируется-адсорбируется слоем цеолита с высокой степенью накопления, и через средства 19 или 20 выдается потребителю высокого или низкого давления. При этом благодаря наличию ресивера 18 обеспечивается как возможность плавного регулирования скорости подачи кислорода различным потребителям независимо от режима работы термохимических генераторов 15, так и возможности накопления кислорода с последующим снабжением потребителей после окончания процесса разложения кислородовыделяющего состава. The oxygen evolved in the thermochemical generators 15 is cooled in the refrigerator 17 and enters the receiver 18, where it is accumulated-adsorbed by a zeolite layer with a high degree of accumulation, and through means 19 or 20 it is supplied to the consumer with high or low pressure. Moreover, due to the presence of the receiver 18, it is possible to smoothly control the oxygen supply rate to various consumers regardless of the operating mode of thermochemical generators 15, as well as the possibility of oxygen accumulation with subsequent supply of consumers after the end of the decomposition of the oxygen-releasing composition.

Claims

1. Thermochemical oxygen generator, comprising a housing with a gas outlet fitting and an oxygen cartridge located in the housing, comprising a solid oxygen-generating element in the form of a briquette with an opening, which is provided with a protective shell, and a heater placed in a sealed casing, which is installed in the opening of the briquette, characterized in that the outer part of the protective shell is made permeable in the form of a screw braid from a thin metal tape-foil, the adjacent turns of which overlap each other, and the inner part of the protective the shell is a continuous impenetrable surface.

2. The thermochemical oxygen generator according to claim 1, characterized in that the helical sheath of the protective sheath is multilayer.

3. The thermochemical oxygen generator according to claim 1 or 2, characterized in that the gas outlet is equipped with a refrigerator, and the sealed casing of the heater is made of a material with high thermal conductivity and is equipped with a radiator.

4. Thermochemical oxygen generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the casing is divided by vertical heat-insulating partitions into sections, each of which contains an oxygen cartridge.

5. The composition of the solid oxygen-releasing element, including sodium perchlorate and peroxide and / or sodium peroxide, characterized in that it additionally contains silicon in the following ratio of components, wt.%:
Sodium Perchlorate - 70 - 80
Silicon - 1.0 - 2.5
Peroxide and / or Sodium Peroxide - Rest
6. The composition of the solid oxygen-generating element according to claim 5, characterized in that it further comprises silicon dioxide in an amount of up to 5 wt.%.

7. A device for supplying oxygen, containing at least one thermochemical generator of oxygen, a receiver, a piping system with instrumentation and shut-off and control equipment and means for connecting to the consumer, characterized in that the receiver has a layer of adsorbent, and on the pipe connecting the output of the thermochemical oxygen generator with a receiver and means of connecting to the consumer, a refrigerator is installed.