DE3502157C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sauerstofferzeugungsgerät, bei dem in der Sauerstofferzeugungsmasse eine Übertragungszu­ sammensetzung eingefügt ist, wobei zur Zündung der Übertra­ gungszusammensetzung eine thermische Zündanordnung, die durch von Hand zu steuernde Mittel in Tätigkeit gesetzt wird, vorgesehen ist.

Bei Sauerstofferzeugungsgeräten der genannten Art ist es bekannt, die Übertragungszusammensetzung, die in der Sauerstofferzeugungsmasse eingesetzt ist, durch einen Glühdraht oder gemäß US-PS 37 25 156 sowie DE-OS 26 20 300, durch eine exotherme chemische Reaktion zu zünden.

Weil sich bei diesen Sauerstofferzeugungsgeräten die thermischen Zündanordnungen im gleichen Raum wie die Sauerstofferzeugungsmasse befinden, enthält der von der Sauerstofferzeugungsmasse freigesetzte Sauerstoff nicht vernachlässigbare Mengen an Verunreinigungen, 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, welches insbesondere für die Zeitdauer der Zündung 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 wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sauerstofferzeu­ gungsgerätes ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung beschrie­ ben. Auf dieser ist

Fig. 1 ein Seitenschnitt eines Sauerstofferzeugungsge­ räts gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche den Gehalt an CO des von drei Beispielen eines Sauerstoff­ erzeugungsgeräts gemäß der Erfindung abgegebenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Zeit wieder­ gibt,

Fig. 2 eine derjenigen der Fig. 2 entsprechende graphi­ sche Darstellung, welche den Gehalt an CO₂ in Ab­ hängigkeit 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 Sei­ tenfläche ein Gewinde 3 trägt, auf welches ein beispiels­ weise 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 bil­ det.

An seinem dem Ring 2 abgekehrten Ende ist der Außen­ mantel 1 mit einem Boden 6 mit einer axialen Öffnung 7 versehen, in welcher ein thermischer Initiator 8 für eine Sauerstofferzeugungsmasse 9 angebracht ist, welche in ei­ nem im wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenmantel 10 ent­ halten ist, welcher innerhalb des Außenmantels 1 angeord­ net ist. Dieser Innenmantel ist durch ein Gewebe aus von Spuren von Kohlenwasserstoffen freien wärmebeständigen Fasern 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 das Gas des Initiators 8 dichter Wärmeschild 13 einge­ setzt ist. Der Wärmeisolator ist vorteilhafterweise aus rost­ freiem Stahl hergestellt. Das Ende des Schilds 13, welches in die Sauerstofferzeugungsmasse 9 eindringt, ist von ei­ ner axialen Kammer 14 umgeben, welche in die Masse 9 einge­ tieft ist und zur Aufnahme einer Übertragungszusammenset­ zung 15 bestimmt ist. Die Übertragungszusammensetzung ist beispielsweise folgende: Natriumchlorat (NaClO₃) 60%, Eisen (Fe) 30%, Kaliumpermanganat (KMnO₄) 10%. Außerhalb der Innenumschließung 10 ist der Wärmeschild 13 des Initiators 8 von einer Dichtungsschale 16, beispiels­ weise aus Messing, umgeben. Die Endwand 11 des Innenmantels 10 weist einen kegelstumpfförmigen Rand 18 auf, gegen wel­ che 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 Innenman­ tel 10 miteinander in Verbindung stehen. Der Einsatz 19 ist in ein ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehendes zy­ lindrisches Gehäuse 21 eingeschweißt, welches eine seit­ liche Schürze 22 bildet, die sich über ungefähr ¹/₃ der Länge des Außenmantels 1 in den durch die Mäntel 1 und 10 bestimmten Zwischenraum erstreckt. Der Boden 23 des Gehäu­ ses 21 ist mit einer axialen Öffnung 24 versehen, in wel­ che 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 anliegt. Das Ende des Einsatzes 19 ist durch eine ange­ setzte Scheibe 26 gebildet, welche gegen den Boden 23 des Gehäuses 21 durch eine Mutter 27 gedrückt wird, welche mit einem Gewindeabschnitt 28 des Wärmeschilds 13 zusam­ menwirkt.

Dieser Wärmeschild begrenzt die Kammer 29, in wel­ cher eine gasfreie Zusammensetzung 30 angeordnet ist, wel­ che 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 30 hat beispielsweise die folgende Formulierung: Fe: 50%, KMnO₄: 50%. Der Zünderträger 32 ist seinerseits außen mit einem Gewine versehen, und eine ein Zwischenrohr bilden­ de 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 zusam­ menwirkt, der die Öffnung 7 dieses Bodens umgibt. Auf die­ se Weise legt die Muffe 33 über den Zünderträger 34 den Wärmeschild 13 bezüglich des Bodens 6 des Außenmantels 1 fest. Die durch den Wärmeschild 13 begrenzte und den Zün­ der 31 verschlossene Kammer 29 bildet eine bis zu Höhen der Größenordnung von 15 000 m dichte Kammer. Hierzu ist eine Dichtung 32 a auf dem Innegewinde des Zünderträgers angeordnet. Im Zünderträger 32 sitzt ein Schlagbolzenträ­ ger 37, welcher ein mit einem Schlagbolzen 38 versehenen Kopf und einen Schaft 39 umfaßt, der durch eine Schrau­ benfeder 40 belastet wird, welche den Schaft 39 umgibt und zwischen dem Kopf und dem Boden einer vom Schaft 39 durchsetzten Abdeckhaube 41 aufgenommen ist, welche an einer Wand 42 befestigt ist, die Teil einer Wärmeschutzumfassung des Sauerstofferzeugers bildet.

Der Schaft 39 des Schlagbolzenträgers wird durch einen Stift 43 in gespannter Stellung gehalten.

Im Boden 6 des Außenmantels 1 ist ferner ein als Kugel­ ventil ausgebildetes Unterdruckventil 44 angebracht,wobei die Ku­ gel 45 durch eine Feder 46 gegen einen torischen Sitz 47, bei­ spielsweise aus einem Elastomer, gedrückt wird.

An seinem dem Initiator abgekehrten Ende ist der Innenmantel 10 der Sauerstofferzeugungsmasse 9 mit einer Schale 48 aus rostefreiem Stahl versehen, welche sich der Form des Endes der Masse 9 anschmiegt und eine eine Umlen­ kung für die von der Masse abgegebene Gase bildende Schürze 49 darstellt.

In gewissen Fällen kann die aus rostfreiem Stahl be­ stehende Schale 48 mit einem (nicht dargestellten) Wärme­ schutzschild aus hitzebeständigen Fasern ausgekleidet sein. In Berührung mit dem mit der Schale 48 versehenen Ende des Innenmantels 10 ist ein zweites Gehäuse 50 vorgesehen, wo­ bei 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 CO₂ 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 gebilde­ te Aufbau ist in einem Filterträger 56 angeordnet, wel­ cher einen abgewinkelten Rand 57 aufweist, über den er ge­ gen den einwärtsspringenden Flansch 5 des Rings 2 anliegt.

Der Filterträger 56 weist in seinem Mittelteil einen Sitz 58 auf, in welchem ein Filter 59 sitzt, der durch ein Me­ tallmaschengitter mit Maschen von maximal 40 µm gebil­ det ist. Der Filter 59 ist im Sitz 58 mittels einer Haltemut­ ter 60 befestigt. Der Filterträger 56 weist ferner eine Randringschulter 61 auf, auf welcher eine Ringdichtung 62 angebracht ist, welche durch den Deckel 4 unter Zwischen­ lage eines Auflagerings 63 gegen den Filterträger gedrückt wird. Der Sitz 58 des Filterträgers weist eine Mittelöff­ nung 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 durch eine Feder 68 geeicht ist und wobei die Kugel 67 einen torischen Sitz 69, beispielsweise aus Elastomer, gedrückt wird.

Die Funktionsweise des beschriebenen Sauerstoffer­ zeugungsgeräts ergibt sich direkt aus seinem Aufbau. So­ bald der Stift 43 zurückgezogen wird, schlägt der Schlag­ bolzen 38 auf den Zünder 31, welcher ein Entzünden der Zusammensetzung 30 bewirkt, womit Wärme freigesetzt wird, die für ein Ingangsetzen des Vorgangs der Sauerstoffpro­ duktion durch die Erzeugermasse 9 ausreicht. Das Vorhan­ densein des Wärmeschilds 13, welcher die Wärme auf die die Übertragungszusammensetzung 15 enthaltende 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 Er­ zeugermasse selbst zurückgeht. Man sieht also, daß anders als bei herkömmlichen Sauerstofferzeugungsgeräten, der Er­ zeuger gemäß der Erfindung eine erhebliche Verminderung der Spitze des Gehalts an Verunreinigungen, wie CO₂ 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 Einsat­ zes 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 Schürze 49 ver­ längert 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 faserar­ tigen 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 thermischem Schild gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Fig. 2 und 3, die jeweils graphische Dar­ stellungen der CO- und CO₂-Konzentration als Funktion der Zeit für drei Beispiele des Sauerstofferzeugungsgeräts ge­ mäß der Erfindung sind.

Diese Erzeugungsgeräte werden mit A., B und C bezeichnet.

Die Sauerstofferzeugungsmassen 9 sind für alle Erzeu­ gungsgeräte identisch und durch Pressung und Verschmel­ zung gewonnen. Der Sauerstoff wurde in Kolben von 5 dm³ entommen, 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-, CO₂-, Cl₂- und H₂O- Verunreinigungen geschah mittels "Dräger"-Röhren.

Das Gaserzeugungsgerät A wurde ohne Verwendung eines Molekularsiebs am Ausgang hergestellt.

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 CO₂ des durch die drei Erzeugungsgeräte A, B und C erzeugten Sauerstoffs ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, und zwar für das Gerät A in ausgezogener Linie, für das Gerät B in strich­ punktierter Linie und für das Gerät C in gestrichelter Linie.

Die zulässigen Referenzwerte für die Gehalte an ver­ schiedenen 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/l.

Betrachtet man die Kurven der Fig. 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 ei­ nen vollkommenen Schild für das Gas des Zünders bildet, und gemäß Kurve C, daß die Leistungswerte durch Hinzufügen des Molekularsiebs noch verbessert werden.

Ebenso ist aus den gleichen Gründen wie oben der Ge­ halt 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 die­ ser stets unter 0,2 ppm lag.

Was den Gehalt an H₂O anbelangt, so war er unter 10 mg/l für die Geräte A und C und im Bereich von 10 mg/l für das Gerät B.

Ein exaktes Funktionieren der Ausgangsventile ge­ stattet zum Teil eine Steuerung des Arbeitsdruckes des Geräts.

Das Hinzufügen des für das Gas des thermischen Initiators dich­ ten Schildes zusammen mit dem Molekularsieb am Ausgang des Geräts gewährleistet eine erhebliche Verbes­ serung der Reinheit des gewonnenen Sauerstoffs.

Claims (8)

1. Sauerstofferzeugungsgerät, bei dem in der Sauerstoff­ erzeugungsmasse (9) eine Übertragungszusammensetzung (15) eingefügt ist, wobei zur Zündung der Übertragungszusammen­ setzung (15) eine thermische Zündanordnung, die durch von Hand zu steuernde Mittel in Tätigkeit gesetzt wird, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Zündanordnung aus einer gasfreien Zusammensetzung (30) und einem Zünder (31) besteht, und daß thermische Zündanordnung und Übertragungszusammensetzung durch einen gasdichten Schild (13) voneinander getrennt sind, wobei der Schild (13) in die Übertragungszusammensetzung (15) in der Sauerstoff­ erzeugungsmasse (9) eindringt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die in Sauerstofferzeugungsmasse (9) eine Kammer (14) eingetieft ist, die die Übertragungszusammensetzung (15) enthält, und in die der Wärmeschild (13) eindringt.

3. Gerät nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Geräts durch einen Außenmantel (1) und einen Innenmantel (10) gebildet ist, wobei das Ende des Wärmeschilds (13), das in die Übertragungszusammensetzung (15) der Sauer­ stofferzeugungsmasse (9) eindringt, eine Endwand (11) des Innenmantels (10) durchsetzt und von einer Dichtungsschale (16) umgeben ist, welche außen an der Innenwand (11) des Innenmantels (10) befestigt ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeschild (13) eine dichte Kammer (29) aufweist, wel­ che eine gasfreie Zusammensetzung (30) zur Erzeugung von Wärme enthält und mit einem Zünder (31) in Verbindung steht, welcher in einem Zündträger (32) angebracht ist, der an dem der Sauerstofferzeugungsmasse (9) abgekehrten Ende des Wärmeschilds (13) befestigt ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeschild einen Kragen (25) aufweist, über welchen er zwischen den 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 Initia­ tor (8) abgekehrten Ende der Sauerstofferzeugungsmasse (9) ein zweites Gehäuse (50) angeordnet ist, welches Lö­ cher (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 gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem dem Initiator (8) abge­ 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 vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wärme­ schild (13) des Initiators (8) aus rostfreiem Stahl be­ steht.