具有雙金屬反應控制的化學氧氣發生器的製造方法

2023-06-11 01:53:36 1

具有雙金屬反應控制的化學氧氣發生器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於可呼吸氣體源的調節裝置，該裝置包括適於執行放熱反應來產生可呼吸氣體的反應介質（9），該反應介質（9）圍繞具有可呼吸氣體出口（13）的內部反應體積（10）。本發明還涉及用於在飛機中提供可呼吸氣體的化學氧氣發生器系統以及用於調節可呼吸氣體源的方法，該方法包括啟動反應介質（9）的放熱反應來產生可呼吸氣體的步驟，所述反應介質（9）圍繞具有可呼吸氣體出口（13）的內部反應體積（10），其中可呼吸氣體流過可呼吸氣體出口（13）。
【專利說明】具有雙金屬反應控制的化學氧氣發生器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於可呼吸氣體源的調節裝置，該裝置包括適於執行放熱反應來產生可呼吸氣體的反應介質，該反應介質圍繞具有可呼吸氣體出口的內部反應體積。本發明還涉及一種調節可呼吸氣體源的方法，該方法包括啟動反應介質的放熱反應來產生可呼吸氣體的步驟，該反應介質圍繞具有可呼吸氣體出口的內部反應體積，其中可呼吸氣體流過可呼吸氣體出口。
【背景技術】
[0002]用於產生和提供可呼吸的氧氣的氧氣源通常是現有技術中已知的。氧氣可以以多種不同的方式產生。在飛機的緊急情況下，需要向飛機乘客提供應急氧氣從而保護飛機乘客免受機艙壓力的壓力下降的影響。應急氧氣可以通過化學氧氣發生器(COG)提供，其中氧氣是通過高溫分解氯酸鈉產生的。
[0003]與上述化學氧氣發生器相關的問題是化學反應並不是以可再生的形式在氧氣發生器內進行的。發明人已經認識到例如機艙壓力、機艙溫度的外界影響可能會顯著地影響化學反應的速度，由此導致在化學氧氣發生器內產生過多或過少的氧氣。尤其是在緊急情況下，機艙溫度和機艙壓力可能顯著地變化。另外，化學反應的速度以及由此每單位時間內產生的氧氣量可能取決於氯酸鈉的壽命並且還取決於配製氯酸鈉組分的製造效果。該效果可以還影響在化學反應中每單位時間產生的氧氣量。所有這些內部和外部效果可能不利地影響氧氣的產生，並且導致氧氣輸送不充足或氧氣輸送時間不充足。

【發明內容】

[0004]本發明的一個目的`是改善現有的可呼吸氣體源，並且提供克服了上述問題的緊急
氧氣供給。
[0005]該目的通過根據獨立權利要求1的如上所述的調節裝置實現。該調節裝置包括流量調節器，其布置在內部反應體積的可呼吸氣體出口，並且適於根據調節裝置的溫度調節經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。
[0006]本發明已經發現，應急供氧使用的氧氣源，尤其是化學氧氣發生器，在產生的氧氣量和提供給乘客的氧氣量方面是不夠的。在化學反應的某個階段，產生了比乘客實際所需的氧氣更多的氧氣。本發明通過限制產生過量氧氣解決了該問題。該限制通過布置在內部反應體積的可呼吸氣體出口的流量調節器實現。根據調節裝置的溫度，來自由反應介質圍繞的內部反應體積的氧氣流量被調節。
[0007]術語「具有可呼吸氣體出口 」優選地是理解為內部反應體積的可呼吸氣體出口。然而，它還可以被理解為調節裝置的另一部分的可呼吸氣體出口，只要能通過流量調節器的調節影響放熱反應的條件，例如壓力。
[0008]當在本發明的上下文中描述一個動作取決於一個對象的溫度時，其可以以這樣一種方式理解，即該動作僅取決於所述對象的溫度，但是它也可以以這樣的方式理解，即該動作取決於其它對象或介質的溫度。因為在不平衡狀態，一個對象在其不同的位置可能具有不同的溫度，術語「調節裝置的溫度」可以理解為表示調節裝置的整體溫度或平均溫度，也可以理解為在調節裝置的預定位置的溫度。優選地，術語「調節裝置的溫度」可以這樣理解，即流量調節器適於根據流量調節器自身的溫度、尤其是流量調節器的某個部分的溫度調節經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。還優選地是，術語「調節裝置的溫度」可以這樣理解，即流量調節器適於根據反應介質的溫度調節經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。術語「調節裝置的溫度」甚至可以進一步優選地理解為，其中設置有反應介質的殼體內部的溫度，尤其是反應介質的溫度或布置在靠近反應介質的流量調節器的溫度。
[0009]調節經由反應介質的可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量可以被理解為調節給乘客的可呼吸氣體的流量。可以優選地理解地是，以這樣的方式調節可呼吸氣體的流量，即從可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量是節流控制的，因而，在圍繞反應介質的體積中的壓力、尤其是在內部反應體積中的壓力升高。該升高的壓力導致反應速率的負變換，尤其是用於氧氣產生的放熱反應的減速。該用於氧氣產生的反應的減速限制了產生過量的氧氣並延長了為乘客供氧的持續時間。[0010]術語「氧氣源」可以優選地被理解為化學氧氣發生器(C0G)，其中反應介質優選地是大體上包括氯酸鈉(NaClO3)以及鐵(Fe)。當啟動產生氧氣的反應時，氯酸鈉與鐵反應以產生氯化鈉、氧化亞鐵(II) (FeO)和氧氣。這樣的反應可以不高於260攝氏度的溫度和高壓下發生。優選地是，使用過氧化鋇(BaO2)來吸收反應產生的氯。該反應通常由通過乘客從乘客服務單元拉出供氧面罩觸發的點火系統來啟動。
[0011]根據本發明的第一優選實施方式，流量調節器包括閥體或者由閥體組成，閥體通過雙金屬元件致動，優選地是雙金屬臂。優選地是，閥體由例如杆的伸長構件和優選地具有圓錐形狀的頭部組成。伸長構件以這樣一種方式機械地連接到雙金屬臂，即雙金屬臂的變形導致伸長構件的致動。根據致動的方向，頭部靠近閥座移動或遠離閥座移動，從而使得經由流量調節器的可呼吸氣體的流量減少或增加。這可以優選的理解如下:當溫度升高時，雙金屬臂以這樣的方式變形，即頭部靠近閥座移動，因而對經由流量調節器的可呼吸氣體的流量進行節流。另一方面，當溫度降低時，雙金屬臂以這樣的方式變形，即頭部遠離閥座移動，因而增加經由流量調節器的可呼吸氣體的流量。如上所述，經由流量調節器的可呼吸氣體的流量的減少導致在內部反應體積中的壓力增大，從而減慢反應速率。
[0012]根據本發明的第二優選實施方式，流量調節器包括閥體或由閥體組成，閥體通過形狀-記憶合金元件致動。閥體，如上所述，優選地是由伸長構件和頭部組成。通過使用形狀-記憶合金元件，流量調節器可以達到對應於形狀-記憶合金的兩種狀態的兩種流量狀態。換句話說，當形狀-記憶合金的溫度比預定溫度值低時，達到第一狀態。在該第一狀態下，流量調節器提供可呼吸氣體的流量的第一量值。當形狀-記憶合金的溫度比預定溫度值高時，達到第二狀態。在該第二狀態下，流量調節器提供流量的第二量值，其小於流量的第一量值。通過該第二優選實施方式，實現了在兩個流量狀態之間的數字轉換。這進一步地簡化了流量調節器的設計。另外優選地是，形狀-記憶合金可以以這樣的方式設計，即可以防止頭部直接鄰接閥座，從而防止流量調節器完全關閉和截斷到供氧面罩的可呼吸氣體流。
[0013]根據本發明的第三優選實施方式，調節閥包括具有可呼吸氣體出口的殼體，其中反應介質布置在殼體內部並且大體上具有圍繞內部反應體積的環形形狀，殼體包括布置在反應介質和殼體壁之間的外部體積，其中調節裝置適於將反應氣體流在其路線經由外部體積引導到內部反應體積的反應氣體入口。優選地，殼體和反應介質的設計可以以這樣的方式理解，即反應氣體流必須在其路線上經由外部體積流到反應氣體入口。這樣，環境溫度的影響可以減小。
[0014]另外優選地是，殼體包括兩個單獨的腔，即其中設置有反應介質的第一腔，和其中設置有流量調節器的第二腔。可呼吸氣體流經由流量調節器從內部反應體積被引導到第二腔中。用於將可呼吸氣體引導到乘客供給面罩的可呼吸氣體出口形成在第二腔。
[0015]另外，導管可以布置在第二腔和外部體積之間，其提供從第二腔到外部的預定氣體流，由此，提供經由外部體積的反應氣體流，如有關本發明的第三實施方式所提及的。
[0016]關於兩個單獨的腔，術語「調節裝置的溫度」還可以這樣理解，即流量調節器適於根據在第一和/或第二腔中的溫度調節經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。
[0017]在本發明第三優選實施方式的改進方式中，調節裝置包括減壓閥，該減壓閥適於當超過預定壓力值時從殼體釋放可呼吸氣體，優選地是減壓閥被連接到適於將所述減壓閥所釋放的可呼吸氣體引導到飛機機艙的導管。這提供了防止可能導致安全風險的高壓值的安全裝置。所述導管可以由 軟管或管提供。
[0018]在本發明第四優選實施方式中，流量調節器適於根據飛機的環境溫度調節經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。除了根據調節裝置的溫度進行流量調節之外，如在獨立權利要求1中限定的，對象或介質的環境溫度也可以是流量調節依據的因素。優選地，流量調節取決於飛機的環境溫度，即圍繞飛機的空氣的溫度。這使得能夠根據飛機的環境進行流量調節。其具有這樣的優點，即氧氣的供給適於飛機的環境條件，例如高度、溫度和天
Vi寸O
[0019]根據本發明第四優選實施方式的改進方式，流量調節器適於當調節裝置的溫度和/或環境溫度升高時，對經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體流量進行節流。根據該改進方式的設計允許在預定「方向」的調節裝置的目的性操作，即當調節裝置的溫度和/或環境溫度升高時，節流(減少)經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。
[0020]本發明的目的還通過在飛機中提供可呼吸氣體的包括上述類型的調節裝置的化學氧氣發生器系統來實現。
[0021]本發明的目的還通過根據獨立權利要求8的方法實現。
[0022]根據本發明的方法的特徵在於通過調節裝置，至少根據調節裝置的溫度來調節流過可呼吸氣體出口的可呼吸氣體流量的步驟。
[0023]根據本發明的方法的第一優選實施方式，調節通過流量調節器實現，該流量調節器包括閥體或者由閥體組成，閥體通過雙金屬、優選地是雙金屬臂致動。
[0024]在第二優選實施方式中，根據本發明的方法包括這樣的步驟，引導反應氣體流，經由外部體積，流到內部反應體積的反應氣體入口，該外部體積設置在反應介質和具有可呼吸氣體出口的殼體的壁之間。
[0025]在第三優選實施方式中，根據本發明的方法包括這樣的步驟，即根據環境溫度，優選地是飛機的環境溫度調節經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量。
[0026]根據第三優選實施方式的改進形式，該方法包括這樣的步驟，即當調節裝置的溫度和/或環境溫度升高時，對經由可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量進行節流。
[0027]關於根據本發明的方法的實施方式的優點、實施方式和細節，它們涉及之前描述的調節裝置及其實施方式的相應的特徵。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]結合附圖，描述本發明的優選實施方式，附圖例示了根據本發明的調節裝置的一個實施方式。
【具體實施方式】
[0029]附圖以截面側視圖的形式示出了根據本發明的調節裝置I的一個實施方式。調節裝置I通過根據本發明的方法的實施方式操作。調節裝置I設置在具有第一腔5和第二腔7的殼體3內。反應介質9設置在第一腔5內。反應介質9具有圍繞內部反應體積10的環形形狀，內部反應體積10具有反應氣體入口 11和可呼吸氣體出口 13。壁15將第一腔5和第二腔7分開，壁15具有孔17，用於可呼吸氣體流18從反應氣體出口 13流到流量調節器19。反應介質9在可呼吸氣體出口 13鄰接壁15，並且部分設置在支承21內。
[0030]反應介質9由具有鐵填充的氯酸鈉(NaClO3)組成。當啟動用於產生氧氣的反應時，氯酸鈉與鐵反應生成氯化鈉、氧化亞鐵(II) (FeO)和氧氣。
[0031]外部體積23形成在反應介質9和殼體3的環形壁25之間。支承21具有孔27，允許反應氣體流29在它的路線經由外部體積23流到內部反應體積10時通過。
[0032]流量調節器19布置在殼體3的第二腔7內並且包括閥座31、閥體33和雙金屬臂35。閥座31從壁15伸出，具有大體上的圓錐形的形狀。閥體33包括杆37和具有大體上對應於閥座31的圓錐形的表`面43的圓錐形的表面41的頭部39。
[0033]調節裝置I具有點火器45用於觸發反應介質9的放熱反應，以在方法步驟a)中產生可呼吸氧氣。當乘客從乘客服務單元拉動供氧面罩時點火啟動。放熱反應產生到可呼吸氣體出口 13的可呼吸氣體流18。殼體3具有可呼吸氣體出口 47，用於將可呼吸氣體引導給飛機內的乘客(未在圖中示出)。
[0034]在方法步驟b)中，當在第一腔5和第二腔7中的溫度升高時，雙金屬臂35改變其形狀，即雙金屬臂彎向左側(如圖所示的觀察方向)。這樣，閥體33水平地向左側移動(如圖示的觀察方向)，並且頭部39靠近閥座31移動。這樣，經由流量調節器19的可呼吸氣體流量被節流，並且同時，在第一腔5內的壓力，尤其是在內部反應體積10內的壓力增加。在第一腔5中的壓力增加導致放熱反應的負變換，即放熱反應放緩。
[0035]第一腔5還具有布置在殼體3的減壓閥49。該減壓閥49當超過預定壓力值時從殼體3釋放可呼吸氣體。減壓閥49連接到用於將減壓閥49所釋放的可呼吸氣體引導到坐有乘客的飛機機艙中的供氧面罩的導管51。此外，環形的隔離層53形成在環形壁25，用於防止在殼體3內的高溫傳遞到殼體3的周圍環境。
[0036]附圖標記:
[0037]I調節裝置
[0038]3 殼體
[0039]5 第一腔[0040]7第二腔
[0041]9反應介質
[0042]10內部反應體積
[0043]11反應氣體入口
[0044]13可呼吸氣體出口
[0045]15壁
[0046]17孔
[0047]18流
[0048]19流量調節器
[0049]21支承
[0050]23外部體積
[0051]25環形壁
[0052]27孔
[0053]29流量
[0054]31閥座
[0055]33閥體
[0056]35雙金屬臂
[0057]37桿
[0058]39頭部
[0059]41圓錐形表面
[0060]43圓錐形表面
[0061]45點火器
[0062]47可呼吸氣 體出口
[0063]49減壓閥
[0064]51導管
[0065]53隔離層
【權利要求】
1.一種用於可呼吸氣體源的調節裝置，該裝置包括: -反應介質(9)，其適於執行用於產生可呼吸氣體的放熱反應，所述反應介質(9)圍繞具有可呼吸氣體出口(13)的內部反應體積(10)， 其特徵在於: -流量調節器(19)，其布置在可呼吸氣體出口(13)處，並且適於至少根據調節裝置(I)的溫度來調節經由可呼吸氣體出口(13)的可呼吸氣體的流量。
2.根據權利要求1的調節裝置， 其中，所述流量調節器(19)包括閥體(33)或者由閥體(33)組成，所述閥體(33)由雙金屬元件、優選由雙金屬臂(35)致動。
3.根據權利要求1的調節裝置， 其中，所述流量調節器(19)包括閥體(33)或者由閥體(33)組成，所述閥體(33)由形狀-記憶合金元件致動。
4.根據前述權利要求1-3中任一項的調節裝置，該裝置包括: 殼體(3)，其具有可呼吸氣體出口(47)，其中所述反應介質(9)布置在殼體(3)內並且具有圍繞所述內部反應體積(10)的大體上環形的形狀，和 外部體積(23)，其布置在所述反應介質(9)和所述殼體(3)的壁(25)之間，其中所述調節裝置(I)適於將反應氣體流(29)在其路線經由所述外部體積(23)引導到內部反應體積`(10)的反應氣體入口(11)。
5.根據權利要求4的調節裝置，該裝置包括: 減壓閥(49)，其適於在超過預定壓力值時從所述殼體(3)釋放可呼吸氣體，優選地是所述減壓閥(49)連接到適於將所述減壓閥(49)所釋放的可呼吸氣體引導到飛機機艙的導管(51)。
6.根據前述權利要求1-4中任一項的調節裝置， 其中所述流量調節器(19)適於根據環境溫度，優選地是飛機的環境溫度，來調節經由可呼吸氣體出口(13)的可呼吸氣體的流量。
7.根據權利要求6的調節裝置， 其中所述流量調節器(19)適於當調節裝置(I)的溫度和/或環境溫度升高時，對經由所述可呼吸氣體出口(13)的可呼吸氣體的流量進行節流。
8.一種用於在飛機中提供可呼吸氣體的化學氧氣發生器系統，該系統包括根據前述權利要求1-7中任一項所述的調節裝置(I)。
9.一種用於調節可呼吸氣體源的方法，該方法包括以下步驟: a)啟動反應介質(9)的放熱反應來產生可呼吸氣體，所述反應介質(9)圍繞具有可呼吸氣體出口( 13)的內部反應體積(10)，其中可呼吸氣體流過所述可呼吸氣體出口( 13)，和 b)至少根據調節裝置(I)的溫度通過調節裝置(I)來調節流過所述可呼吸氣體出口(13)的可呼吸氣體的流量。
10.根據權利要求9的方法， 其中所述調節由流量調節器(19)來實現，所述流量調節器(19)包括閥體(33)或者由閥體(33 )組成，所述閥體(33 )通過雙金屬、優選由雙金屬臂(35 )致動。
11.根據權利要求9或10的方法，該方法包括以下步驟:引導反應氣體流,經由外部體積(23 )流到所述內部體積(IO )的反應氣體入口( 11)，所述外部體積(23)設置在所述反應介質(9)和具有可呼吸氣體出口(47)的殼體(3)的壁(25)之間。
12.根據前述權利要求9-11中任一項的方法，該方法包括以下步驟: 根據環境溫度、優選地是飛機的環境溫度調節經由所述可呼吸氣體出口(13)的可呼吸氣體的流量。
13.根據權利要求12所述的方法，該方法包括以下步驟: 當所述調節裝置(I)的溫度和/或環境溫度升高時，對經由所述可呼吸氣體出口的可呼吸氣體的流量進行節流`。
【文檔編號】C01B13/02GK103523755SQ201310269137
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2012年6月28日
【發明者】沃爾夫岡·裡特納, 乎迪格·麥克斯, 君特爾·波姆咖爾登, 馬克·何姆 申請人:聯合技術公司