DE3502157A1 - Geraet zur chemischen erzeugung von sauerstoff - Google Patents

Geraet zur chemischen erzeugung von sauerstoff

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    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0296—Generators releasing in a self-sustaining way pure oxygen from a solid charge, without interaction of it with a fluid nor external heating, e.g. chlorate candles or canisters containing them

Description

Ets. RUGGIERI - PH/IIP 2221-DE
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Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sauerstofferzeugungsgerät und richtet sich im besonderen auf ein Sauerstofferzeugungsgerät zur Verwendung in Flugzeugen in Verbindung mit den für Druckabfälle vorgesehenen individuellen Atemmasken.
Herkömmliche Sauerstofferzeugungsgeräte dieser Art weisen im allgemeinen eine Sauerstofferzeugungsmasse auf der Grundlage eines Alkalimetallchlorats auf, die durch einen elektrischen oder Schlagzünder in Gang gesetzt wird, der sich im gleichen Raum befindet wie die Sauerstofferzeugungsmasse.
Dies hat zur Folge, daß der von der Sauerstofferzeugungsmasse freigesetzte Sauerstoff nicht vernachlässigbare Mengen an Verunreinigungen enthält, die für das Atemsystem fatal sind und die deshalb entfernt werden müssen.
Es ist jedoch schwierig, den Gehalt des Sauerstoffs an Verunreinigungen auf zulässigen Werten zu halten, was insbesondere für die Zeitdauer des Arbeitens des Zünders gilt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile bekannter Sauerstofferzeugungsgeräte zu vermeiden und ein Sauerstofferzeugungsgerät zu schaffen, welches ein Gas abgibt, dessen Gehalt an Verunreinigungen auf ein Minimum reduziert ist.
Hierzu schlägt die Erfindung ein Sauerstofferzeugungsgerät mit einem Mantel, welcher eine Sauerstofferzeugungsmasse enthält, deren Auslösung durch einen Initiator bewirkt wird, der seinerseits durch von Hand steuerbare Mittel in Tätigkeit gesetzt wird, vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Initiator ein thermischer Initiator ist, welcher durch eine gasdichte Abschirmung von der Sauerstofferzeugungsmasse getrennt ist.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist
Fig. 1 ein Seitenschnitt eines Sauerstofferzeugungsgeräts gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche den Gehalt an CO des von drei Beispielen eines Sauerstofferzeugungsgeräts gemäß der Erfindung abgegebenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt,
Fig. 3 eine derjenigen der Fig. 2 entsprechende graphisehe Darstellung,welche den Gehalt an CO~ in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt.
Das in Fig. 1 dargestellte Sauerstofferzeugungsgerät weist einen Körper auf, der durch einen äußeren Mantel 1 gebildet ist, an dessen einem Ende durch Schweißen ein Ring 2 befestigt ist, welcher auf einem Teil seiner Seitenfläche ein Gewinde 3 trägt, auf welches ein beispielsweise aus Messing bestehender Deckel 4 geschraubt ist. Der Ring 2 weist eine nach innen springenden Flansch 5 auf, welcher eine Lagerung für das Ende des Außenmantels 1 bildet.
An seinem dem Ring 2 abgekehrten Ende ist der Außenmantel 1 mit einem Boden 6 mit einer axialen öffnung 7 versehen, in welcher ein thermischer Initiator 8 für; ο im» Sauerstofferzeugungsmasse 9 angebracht ist, welche in einem im wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenmantel 10-enthalten ist, welcher innerhalb des Außenmantels 1 anqeord-
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net ist. Dieser Innenmantel ist durch ein Gewebe aus von Spuren von Kohlenwasserstoffen freien wärmebeständigen Pasern gebildet.
Die Sauerstofferzeugungsmasse ist vorteilhafterweise auf der Basis eines Alkalimetallchlorats gebildet. In seiner dem thermischen Initiator 8 ,zugekehrten Fläche 11 weist der Innenmantel 10 eine axiale Öffnung 12 auf, in welcher ein für Gas des Initiators 8 dichter Wärmeschild 13 eingesetzt ist. Der Wärmeschild ist vorteilhafterweise aus rostfreiem Stahl hergestellt. Das Ende des Schilds 13, welches in die Sauerstofferzeugungsmasse 9 eindringt, ist von einer axialen Kammer 14 umgeben, welche in die Masse 9 eingetieft ist und zur Aufnahme einer Übertragungszusammensetzung 15 bestimmt ist. Die Übertragungszusammensetzung ist beispielsweise folgende: Natriumchlorat (NaClO.,) 60 %, Eisen (Fe) 30 %, Kaliumpermanganat (KMnO.) 10 %.
Außerhalb der Innenumschließung 10 ist der Wärmeschild 13 des Initiators 8 von einer Dichtungsschale 16, beispielsweise aus Messing, umgeben. Die Endwand 11 des Innenmantels 10 weist einen kegelstumpfförmigen Rand 18 auf, gegen welehe sich ein Einsatz 19 aus rostfreiem Stahl legt, welcher von Löchern 20 durchsetzt ist, über die alle Teile des Zwischenraums zwischen dem Außenmantel 1 und dem Innenmantel 10 miteinander in Verbindung stehen. Der Einsatz 19 ist in ein ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehendes zylindrisches Gehäuse 21 eingeschweißt, welches eine seitliche Schürze 22 bildet, die sich über ungefähr 1/3 der Länge des Außenmantels 1 in den durch die Mantel 1 und 10 bestimmten Zwischenraum erstreckt. Der Boden 2 3 des Gehäuses 21 ist mit einer axialen öffnung 24 versehen, in welehe der Wärmeschild 13 eingesetzt ist. Der Boden 23 des Gehäuses 21 ist gegen einen mit dem Wärmeschild einstückigen Kragen 25 gedrückt, welcher am Boden 6 des Außenmantels 1
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anliegt. Das Ende des Einsatzes 19 ist durch eine angesetzte Scheibe 26 gebildet, welche gegen den Boden 2 3 des Gehäuses 21 durch eine Mutter 27 gedrückt wird, welche mit einem Gewindeabschnitt 28 des Wärmeschilds 13 zusammenwirkt.
Dieser Wärmeschild begrenzt eine Kammer 29, in welcher eine gasfreie Zusammensetzung 30 angeordnet ist, welche Wärme unter der Wirkung eines Zünders 31 erzeugt, der in einem Zünderträger 32 angeordnet ist, welcher an dem über den Boden 6 des Außenmantels 1 hervorstehenden Ende des Wärmeschilds 13 befestigt ist. Die Zusammensetzung hat beispielsweise die folgende Formulierung: Fe: 50 %, KMnO4: 50 %. Der Zünderträger 32 ist seinerseits außen mit einem Gewinde versehen, und eine ein Zwischenrohr bildonde und auf den Zünderträger 32 geschraubte Muffe 33 mit Innengewinde ist mit ihrem Ende gegen die Außenfläche des Bodens 6 des Außenmantels 1 gedrückt. Die Muffe 33 ist mit einem Bundring 34 versehen, welcher mit einem auf dem Boden 6 vorgesehenen nach außen weisenden Rand 35 zusaramenwirkt, der die Öffnung 7 dieses Bodens umgibt. Auf diese Weise legt die Muffe 33 über den Zünderträger 34 den Wärmeschild 30 bezüglich des Bodens 6 des Außenmantels 1 fest. Die durch den Wärmeschild 13 begrenzte und den Zünder 31 verschlossene Kammer 29 bildet eine bis zu Höhen der Größenordnung von 1500 0 m dichte Kammer. Hierzu ist eine Dichtung 3 2a auf dem Innengewinde des Zünderträgers angeordnet. Im Zünderträger 32 sitzt ein Schlagbolzenträger 37, welcher ein mit einem Schlagbolzen 38 versehenen Kopf und einen Schaft 39 umfaßt, der durch eine Schraubenfeder 40 belastet wird, welche den Schaft 39 umgibt und zwischen dem Kopf und dem Boden einer vom Schaft 3 9 durchsetzten Abdeckhaube 41 aufgenommen ist, welche an einer
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Wand 42 befestigt ist, die Teil einer Wärmeschutzumfassung des Sauerstofferzeugers bildet.
Der Schaft 3 9 des Schlagbolzenträgers wird durch einen Stift 43 in gespannter Stellung gehalten.
Im Boden 6 des Außenmantels 1 ist ferner ein als Kugelventil ausgebildetes Unterdruckventil 44 angebracht, wobei die Kugel 45 durch eine Feder 46 gegen einen torisehen Sitz 47, beispielsweise aus einem Elastomer, gedrückt wird.
An seinem dem Initiator abgekehrten Ende ist der Innenmantel 10 der Sauerstofferzeugungsmasse 9 mit einer Schale 48 aus rostfreiem Stahl versehen, welche sich der Form des Endes der Masse 9 anschmiegt und eine eine Umlenkung für die von der Masse abgegebenen Gase bildende Schürze 49 darstellt.
In gewissen Fällen kann die aus rostfreiem Stahl bestehende Schale 48 mit einem (nicht dargestellten)Wärmeschutzschild aus hitzebeständigen Fasern ausgekleidet sein. In Berührung mit dem mit der Schale 48 versehenen Ende des Innenmantels 10 ist ein zweites Gehäuse 50 vorgesehen, wobei in einer Vertiefung 51 desselben das entsprechende Ende der Sauerstofferzeugungsmasse 9 angeordnet ist. Das Gehäuse 50 weist Öffnungen 52 auf, über welche der Raum zwischen Außenmantel 1 und Innenmantel 10 mit einer Kammer 53 in Verbindung steht, in welcher ein Molekularsieb 54 als Auffänger für CO.-, und teilweise CO vorgesehen ist. Der vom Außenmantel 1 und vom Innenmantel 10 einerseits und den Gehäusen 21 und 50 andererseits begrenzte Raum ist mit Glaswolle oder wärmebeständigen Fasern ausgefüllt. Der durch das im Gehäuse 50 angeordnete Molekularsieb gebildete Aufbau ist in einem Filterträger 56 angeordnet, welcher einen abgewinkelten Rand 57 aufweist, über den er "gegen den einwärtsspringenden Flansch 5 des Rings 2 anliegt.
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Der Filterträger 56 weist in seinem Mittelteil einen Sitz 58 auf, in welchem ein Filter 59 sitzt, der durch ein Metallmaschengitter mit Maschen von maximal 40 μπι gebildet ist. Der Filter 59 ist im Sitz 58 mittels einer Haltemutter 60 befestigt. Der Filterträger 56 weist ferner eine Randringschulter 61 auf, auf welcher eine Ringdichtung 6 2 angebracht ist, welche durch den Deckel 4 unter Zwischenlage eines Auflagerings 63 gegen den Filterträger gedrückt wird. Der Sitz 58 des Filterträgers weist eine Mittelöffnung 64 auf, über welche er mit dem Molekularsieb 54 in Verbindung steht.
Im Deckel 4 ist ein mit einem Innengewinde versehener Stopfen 65 angebracht, in welchen ein als Kugelventil vorgesehenes Ausgangsventil 66 eingeschraubt ist, welches 5 durch eine Feder 68 geeicht ist und wobei die Kugel 67 gegen einen törtchen Sitz 69, beispielsweise aus Elastomer, gedrückt wird.
Die Funktionsweise des beschriebenen Sauerstofferzeugungsgeräts ergibt sich direkt aus seinem Aufbau. Sobald der Stift 43 zurückgezogen wird, schlägt der Schlagbolzen 38 auf den Zünder 31, welcher ein Entzünden der Zusammensetzung 30 bewirkt, womit Wärme freigesetzt wird, die für ein Ingangsetzen des Vorgangs der Sauerstoffproduktion durch die Erzeugermasse 9 ausreicht. Das Vorhandensein des Wärmeschilds 13, welcher die Wärme auf die die Übertragungszusammensetzung 15 enthaltcinde Kammer 14 unter gleichzeitiger Verhinderung eines Eindringens von dem Zünder 31 und der Zusammensetzung 30 entstammendem Gas in das Innere des Erzeugers überträgt, bewirkt, daß Verunreinigungen, die in dem durch die Erzeugermasse 9 erzeugten Gas enthalten sind, nur auf die Reaktion der Erzeugermasse selbst zurückgehen. Man sieht also, daß anders als bei herkömmlichen Sauerstofferzeugungsgeräten, der Er-
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zeuger gemäß der Erfindung eine erhebliche Verminderung der Spitze des Gehalts an Verunreinigungen, wie CO., und CO, zu Beginn der Gaserzeugung gestattet.
Die durch die Masse 9 erzeugten Gase durchlaufen die Wolle und durchsetzen die öffnungen 20 und 52 des Einsatzes 19 bzw. des Gehäuses 50. An dem dem Gehäuse 50 nahen Ende der Masse 9 finden die Gase ihren Weg zum Ausgang, welcher durch die eine Umlenkung bildende Schale 4 9 verlängert ist, wodurch die Gase sich abkühlen und außerdem einer besseren Filtrierung unterworfen werden können.
Danach werden die Verunreinigungen und die ggf. in dem vom Gerät erzeugten Sauerstoff enthaltenen faserartigen Teilchen nach und nach durch das Molekularsieb 54 und in der Achse des Erzeugers durch das Metallfilter 59 aufgehalten.
Die Leistungsdaten des Sauerstofferzeugungsgeräts mit gasdichtem thermischen Schild gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Figuren 2 und 3, die jeweils graphische Darstellungen der CO- und CO^-Konzentration als Funktion der Zeit für drei Beispiele des Sauerstofferzeugungsgeräts gemäß der Erfindung sind.
Diese Erzeugungsgeräte werden mit A, B und C bezeichnet,
Die Sauerstofferzeugungsmassen 9 sind für alle Erzeugungsgeräte identisch und durch Pressung und Verschmel-5 zung gewonnen. Der Sauerstoff wurde in Kolben von 5 dm entnommen, welche vorher mit Argon gespült wurden.
Die Füllzeit eines Kolbens hängt von der Ausströmmenge für das Gerät ab, mit dem experimentiert wird.
Die Analyse des Gehalts an CO-, C02~, Cl?" und H2°~ Verunreinigungen geschah mittels "Dräger"-Röhren.
Das Gaserzeugungsgerät A wurde ohne Verwendung eines Molekularsiebs am Ausgang hergestellt.
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Am Ende des Experiments wurde ein Schmelzen des Schilds 13 des thermischen Initiators festgestellt.
Für das Erzeugungsgerät B, das auch keinen chemischen Filter aufwies, wurde keine Beschädigung des Schilds 13 des thermischen Initiators festgestellt.
Für das Gerät C, in welchem ein chemischer Filter in Form des Molekularsiebs 54 angeordnet war, wurde ebenfalls festgestellt, daß der Schild des thermischen Initiators nicht beschädigt wurde.
Die Entwicklung des Gehalts an CO und an CO- des durch die drei Erzeugungsgeräte A, B und C erzeugten Sauerstoffs ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt, und zwar für das Gerät A in ausgezogener Linie, für das Gerät B in strichpunktierter Linie und für das Gerät C in gestrichelter Linie.
Die zulässigen Referenzwerte für die Gehalte an verschiedenen Verunreinigungen des vom Gerät abgegebenen Sauerstoffs sind die folgenden.
Gehalt an CO: Während der ersten 5 Sekunden unter 30 ppm, dann unter 15 ppm.
Gehalt an CO2: Während der ersten 30 Sekunden unter 5000 ppm, dann unter 1000 ppm.
Gehalt an Cl2: Während der ersten 5 Sekunden unter 5 ppm, dann unter 0,2 ppm.
Gehalt an H2O: Unter 10 mg/1.
Betrachtet man die Kurven der Figuren 2 und 3, so stellt man fest, daß die vom Gerät gemäß der Erfindung gelieferten Ergebnisse deutlich besser als die zulässigen Referenzwerte sind.
Man sieht gemäß Kurve B, daß der Gehalt an CO von Anfang an korrekt ist, wenn die Wand des Initiators einen vollkommen Schild für das Gas des Zünders bildet, und
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gemäß Kurve C, das die Leistungswerte durch Hinzufügen des Molekularsiebs noch verbessert werden.
Ebenso ist aus den gleichen Gründen wie oben der Gehalt an CO2 durch das Vorhandensein des Molekularsiebs deutlich verbessert, wie ein Vergleich der Kurven B und C zeigt. Der zeitliche Verlauf für den Gehalt an Cl2 ist zwar nicht dargestellt, es hat sich aber gezeigt, daß dieser stets unter 0,2 ppm lag.
Was den Gehalt an H2O anbelangt, so war er unter 10 mg/1 für die Geräte A und C und im Bereich von 10 mg/1 für das Gerät B.
Ein exaktes Funktionieren der Ausgangsventile gestattet zum Teil einer Steuerung des Arbeitsdruckes des Geräts.
Das Hinzufügen des für Gas des thermischen Initiators dichten Schildes zusammen mit dem Molekularsieb am Ausgang des Geräts gewährleistet eine erhebliche Verbesserung der Reinheit des gewonnenen Sauerstoffs.
KI/vm
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Claims (8)

W i L H E L .M 3 Κ:ί L: IAN& PA R1 N L ι < . ,,^ΛΝννΛ, 35G2157 PH/HP 2221 -IU-J Etablissements RUGGIERI Paris / Frankreich Gerät zur chemischen Erzeugung von Sauerstoff Priorität: 23. Januar 1984 - FRANKREICH - Nr. B4-Ü1OO4 Patentansprüche
1. Sauerstofferzeugunggerät mit einem Mantel (1, 10), welcher eine Sauerstofferzeugungsmasse (9) enthält, deren Auslösung durch einen Initiator (8) bewirkt wird, we\.eher seinerseits durch von Hand zu steuernde Mittel (37, Ί3) in Tätigkeit gesetzt wird, wobei der Mantel mit einem Ausqutiq:;
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ventil (66) für den Sauerstoff versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Initiator (8) ein thermischer Initiator ist, welcher durch einen gasdichten Schild (13) von der Sauerstofferzeugungsmasse (9) getrennt ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeschild (13) des Initiators (8) an einem seiner Enden in eine in die Sauerstofferzeugungsmasse eingetiefte Kammer (14) eingefügt
ist, wobei diese Kammer eine Übertragungszusammensetzung (15)' enthält.
3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welehern der Mantel durch einen Außenmantel (1) und einen Innenmantel (10) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Wärmeschilds (13) des Initiators, welches in die Sauerstofferzeugungsmasse (9) eingefügt ist, eine Endwand (11) des Innenmantels (10) durchsetzt und von einer Dichtungsschale (16) umgeben ist, welche außen an der Endwand (11) des Innenmantels (10) befestigt ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeschild (13) des Initiators eine dichte Kammer (29) aufweist, welche eine gasfreie Zusammensetzung (30) zur Erzeugung von Wärme enthält und mit einem Zünder (31) in Verbindung steht, welcher in einem Zünderträger (32) angebracht ist, der an dem der Sauerstofferzeugungsmasse (9) abgekehrten Ende des Wärmeschilds (13) befestigt ist.
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5. Gerät nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeschild einen Kragen (25) aufweist, über welchen er zwischen dem Boden (6) des Außenmantels (1) und einem in dem Außenmantel (1) angebrachten ersten Gehäuse (21) befestigt ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß an dem dem Initiator (8) abgekehrten Ende der Sauerstofferzeugungsmasse
(9) ein zweites Gehäuse (50) angeordnet ist, welches Löcher (52) aufweist, über welche der Raum zwischen dem Außenmantel (1) und dem Innenmantel (10) mit einer ein Molekularsieb (54) enthaltenden Kammer (53) in Verbindung steht.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem dem Initiator (8) abgo kehrten Ende der Sauerstofferzeugungsmasse (9) und dem ihm zugeordneten zweiten Gehäuse (50) eine eine Umleitung für das Gas bildende Schale (48) angeordnet ist.
8. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeschild (13) des Initiators (8) aus rostfreiem Stahl besteht.
DE19853502157 1984-01-23 1985-01-23 Geraet zur chemischen erzeugung von sauerstoff Granted DE3502157A1 (de)

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