JP4596722B2 - Gas generator and cold gas generation method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、応用化学に関し、より詳細には、低温ガス発生のための構成及び低温ガスを得るための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学推進剤及び他の組成物の分解又は燃焼に基くガス発生法はしばしば、例えば、自動車、救命いかだ、救命ボート及び救命胴衣からのエアーバッグの膨張、(火事の際に通風孔を孤立させるための良好なドリフトに使用されるところの)迅速に設置される隔壁、異なるタイプの空気系の駆動装置及び発生器、並びに機械装置の操作等のような数多くの目的のために使用されている。
【0003】
比較的冷たいガス、とりわけ窒素を得るためのいくつかの技術的方法が知られている。これらの方法は、特別のユニットにおいて固定物質を分解又は燃焼することに基く。これらの物質は通常、モノリシックな又は多孔性の生成物の形態に形作られており、かつ全てのタイプの形状及び寸法にある。
【0004】
これらの物質の分解から発生される高温ガスは通常、特別の化学冷却剤又は熱交換器のような特別に設計されたものにより冷却される。
【0005】
高温燃焼ガスは、冷却剤の層又は熱交換器を通過され、そしてガス温度は、冷却剤の吸熱分解プロセス、又は冷却剤による熱吸収の結果として低減される。そのようなプロセスは、例えば、米国特許第1362349号明細書、英国特許第1371506号公報、フランス国特許第136897号公報及びロシア国発明者証第801540号公報に開示されている。熱交換器の使用は、英国特許第1500137号公報及び英国特許第1487944号公報に開示されている。
【0006】
発生されたガスの冷却度合は、冷却剤の性質、ガス発生組成物の質量をときどき上回ることができる冷却剤の質量、及び熱交換器の場合に、交換器の設計特徴に依存する。
【0007】
上記で引用した先行技術の欠点の一つは、それらのユニットの比較的複雑な構造である。他の欠点は、公知のガス発生器は、ガスが150℃未満に冷却されることを可能にせず又はそれを提供しないことである。それ故、これらのガス発生器の適用は、そのような高温に耐え得る系に限定される。これらは、コスト経済及び適用の観点から不利である。
【0008】
加えて、上記の方法の使用により得られるガスは、建設において負の効果を有し得るばかりでなく、また自動車用エアーバッグの場合に、エアーバッグにより保護されることを想定されるところの人間(ドライバー)のために多量かつ所望されない量の成分を含む。
【0009】
生成物の増大する質量、寸法及び複雑性をもたらす複雑にされた設計及び複雑な生成物は、それらのガス発生法の負の特徴である。これは、完全な系の信頼性及び効率を減少する。特に救命エアーバッグ工業において、冷たいガスの発生用の信頼性のある、安全かつ経済的な方法の絶え間ない必要性がある。
【0010】
フランス国特許第2108282号公報は、ガス浸透性固体物質から作られた生成物の吸熱分解を使用することにより、冷たいガス、とりわけ窒素、また水素及び酸素を発生する方法を開示している。ガス浸透性固体物質は、ガス源及び熱吸収混合物を含み、それにより、ガス反応生成物は、反応の前方地点(フロント)の移動方向に生成物の多孔性本体を通って高温ガスを通過させることにより冷却される。高温ガスは、吸熱化学反応が生じることを持続するために必要な温度に多孔性本体を加熱する。多孔性ボディーの加熱は、主要な反応を可能にするために必要である。冷却剤の分解はまた、吸熱化学反応である。該特許は、97%より良好な純度及び150℃未満の温度を持つ固体推進系から窒素ガスを得ることを請求している。
【0011】
この方法を使用するガス発生器において(並びに殆どの他のガス発生器において)、アジド、ハイドライド及び塩素酸塩が、ガス源として使用され、該化合物は通常、アルカリ及びアルカリ土類化合物の形態において使用される。これらの化合物の分解において、通常高い反応性の金属スラグがガス発生器内に残存する。
【0012】
例として、窒素を提供するガス発生器組成物のために、NaN3が使用され得る。NaN3の分解反応は、Na及びN2をもたらす。同様に、ナトリウム化合物の他の分解反応において、ナトリウムがまた形成される。形成されたガスは噴出され、そしてスラグが残存する。このスラグは、接合剤の残り並びに、冷却剤及び金属ナトリウムを含む。ガス発生のこれらの条件下に、非常に化学反応性に富んだナトリウムがこのようにして発生される。この非常に反応性に富んだ物質は、凝縮された燃焼分解生成物中に蓄積され、そして従って、関係する人間のために潜在的な危険性を与える。湿分が存在するとき、これは、非常に可燃性かつ爆発性の水素の発生と結び付いて生じる激しくかつ危険な反応をもたらし得る。該分解は、爆発により、他の所望されない効果、又はもし人間が巻き込まれるなら、人的損害さえ生ずるかもしれない。
【0013】
ナトリウムの中和の方法は自体公知であり、かつ例えば、「Sodium production, its properties and use」State Publishing House、モスクワ、1961年、第142頁に開示されている。金属ナトリウム除去のために述べられた方法の一つは、水による分解である。使用されたガス発生器を中和するためにこの方法を適用することができるために、使用後の発生器が密閉され、そして発生器の反応性残存物を適切に中和するために適した設置に移されなければならない。これは危険であり、コスト的効果がなく、複雑であり、そして従って所望されない。
【0014】
ガス源としてのナトリウム化合物の場合に、元素ナトリウム(Na)は、アジ化ナトリウムが分解すると形成される。ナトリウムは非常に反応性に富み、かつ活動的な化学物質である。この反応性の結果として、ナトリウムは、数多くの十分に安定な化合物に至るまで幅広い種類の物質と反応し得る。これらの化合物の一つは硫黄である。ナトリウムは硫黄と反応して、ナトリウムスルフィド(Na2S)を形成する。
【0015】
ガス発生組成物中の硫黄又は硫黄化合物との反応によるナトリウムの中和は、例えば、米国特許第3775199号明細書、米国特許第5536340号明細書、欧州特許第394103号公報及び米国特許第3741585号明細書から公知である。硫黄は、ガス発生組成物の分解の間に蒸発され、そして中性のナトリウムスルフィドまで形成されたナトリウムスラグと反応する。
【0016】
上記した従来技術のガス発生器では、ガスの発生と共に硫黄が気化する。ナトリウムスラグが形成される速度およびナトリウムスラグと反応する速度と同じ速度で硫黄を気化させることは困難である。その結果、気化した硫黄がガス発生器から流出し、および/または金属ナトリムの全てが中和されるわけではない。これが、従来技術に記載された、硫黄とガス発生組成物との混合物を使用することの欠点である。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記した悪影響を及ぼすことなく、かつガス発生器の出力および性能パラメーターに対する大きな譲歩を伴うことなく低温の窒素ガスの有効な発生を生じるところの製品を開発することである。
【0018】
本発明の別の目的は、低温の窒素ガスの発生方法を提供すること、および低温の窒素ガスを発生させるガス発生器を提供することである。
【0019】
本発明者らは、従来技術の上記欠点を克服することができ、かつ反応性スラグの有効かつ十分な中和を伴って低温ガスの発生を生じるところの、ガス発生のための配置を今見出した。
【0020】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、ガス及び1以上の反応生成物を発生させるための手段を含む少なくとも1つの第一本体、および中和剤を発生させるための手段を含む少なくとも1つの空間的に離れた第二本体を含むガス発生器において、該中和剤をして該第一本体を通過させて該第一本体におけるガスの発生からのスラグのような1以上の反応生成物を中和するための手段が存在し、かつ第一本体におけるガスの発生から空間的間隔および任意的に時間的間隔をおいて第二本体での中和剤の発生を操作するための手段が存在するところのガス発生器を含む。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の原理は、ガス発生物質および中和物質の分離を包含し、それによって、ガス発生および中和の有効性および信頼性を改善することができる。本発明の一実施態様によれば、1つのハウジングに2つのガス発生物質が存在し、互いに空間的に分離されている。ガス、好ましくは低温のガスを発生させることを第一のタスクとする第一ガス発生器および第一ガス発生器から得られたスラグのための中和化合物を発生させることを第一のタスクとする第二ガス発生器である。
【0022】
第一ガス発生器は、ガス透過性固体物質の形態のガス発生組成物の分解によって、好ましくは低温の、窒素、水素および/または酸素ガスが得られ得るところの組成物を含む。ここで、発生したガス状生成物は、移動する分解の前方地点(フロント)の方向に多孔性物体に通される。
【0023】
第二ガス発生器(中和剤)は、中和ガスを発生する別の組成物であり、好ましくは、有効な中和剤化合物、例えば硫黄、酸化鉄、金属硫化物、金属酸化物(Fe、Cu、Mg、Ti、Sn、Bなどに由来)、SiO2などと共にガス発生組成物を含む。中和剤組成物によって、第一発生器で生じたガスとは別個に中和ガスが生じる。中和ガスは、第一ガス発生器から時間的および/または空間的間隔をおいて生じる。中和剤が、分解する固体多孔性物質と、その分解中または分解前に接触しないことが本発明の重要な局面である。本発明は、その物質が分解された後のみに、中和剤が、分解された多孔性固体物質を通過し、それによって、(通常は有害な)分解生成物(スラグ)を中和するという原理に基づく。中和ガスは、スラグの有効な中和が行なわれ、かつ気状中和剤が放出されない速度および方法で生じる。中和剤、例えば気状硫黄は、第一ガス発生器からの反応生成物(スラグ)と、これらの生成物が有効に中和されるように反応する。
【0024】
従って、一実施態様では、本発明は、窒素源、好ましくはアジド、より好ましくはアジ化ナトリウムを含むガス透過性固体物質、接合剤および任意的な熱吸収性混合物を含む第一ガス発生器、ここで、固体物質は35〜60%の多孔性を有する、ならびに硫黄および追加の窒素源を含む中和剤組成物を含む第二ガス発生器に関する。
【0025】
発生されるべきガスは、窒素、酸素および水素、またはそれらの組み合わせの群から選択され得る。一般には、そのために、アジド、水化物および塩素酸塩が使用され、好ましくはアルカリ金属形態である。
【0026】
本発明の更なる実施態様では、製造されるべきガスが窒素であり、第一および第二の両方のガス発生器における窒素源が、アルカリ金属アジドまたはアルカリ土類金属アジドの群から選択され、好ましくはアジ化カリウムまたはアジ化ナトリウム、より好ましくはアジ化ナトリウムである。
【0027】
第一および第二ガス発生器は、互いに物理的に分離されている必要はない。本発明の実施態様では、第二発生器の気化した中和剤が第一発生器からのスラグと接触することができる限り、互いに対して任意の位置に置かれ得る。
【0028】
本発明では、第一ガス発生器の分解反応の反応前方地点の後ろで中和が生じる。第一ガス発生器の上記反応前方地点と第二ガス発生器における中和剤の製造との間の空間的間隔は、第一ガス発生器からの高温の反応生成物が後に残り、一方、窒素ガスは放出されるような間隔である。中和の前方地点は分解の前方地点より遅れ、後に残っている上記反応生成物を中和する。
【0029】
本発明の別の実施態様では、ガス発生組成物が分解する速度が、中和剤装填量の分解速度と異なる。すなわち、ガス発生組成物および中和剤の分解が同時に開始される。金属スラグが形成され、次いで、第二発生器で気状中和剤の発生が生じ、スラグを中和する。
【0030】
本発明の別の実施態様では、中和剤が活性化される時点が、ガス発生器の活性化時点より遅い。
【0031】
2つの本体の活性化または発火は、従来公知の任意の適する手段によって行なわれ得る。
【0032】
本発明の典型的な実施態様は以下の通りである。
【0033】
本体は本質的に2つの部分から成る。すなわち、ガス発生器および中和剤である。ガス発生器は、ガス発生成分、例えばアジ化ナトリウムを接合剤(例えばフェノール樹脂)および任意的な冷却剤または他の熱吸収性混合物と共に含む多孔性固体物質を含む。本体の他の部分は、中和剤部である。中和剤は、中和剤(硫黄、鉄、金属硫化物、金属酸化物)およびガス発生成分を含む。ガス発生成分は、第一部分におけるガス発生成分、例えばアジ化ナトリウムと同じであり得る。ガス発生器が活性化されると、ガスが発生し、放出され、後に反応性の高い金属ナトリウムスラグが残る。中和剤が活性化されると中和試薬が気化する。固体中和剤の場合は、エーロゾルの形状にされ得る。中和剤はスラグと反応し、その結果、有害でないまたはあまり有害でない物質が生じ、ナトリムを硫黄で中和する場合は、中性の硫化ナトリウムが生じる。
【0034】
中和剤の量は、中和剤およびガス発生器の両方で形成されたスラグを有効に中和するのに十分であり、かつ気状の中和剤が最小量しかまたはほとんど放出されないような量である。
【0035】
本発明では、ナトリウムと中和剤化合物(例えば硫黄)との相互作用を促進するために、中和物質が、ナトリウムスラグとの反応が高められる形態であるのが好ましい。この程度まで、中和剤を粉末、顆粒などの形状のガス発生化合物と混合させることができる。
【0036】
本発明の好ましい実施態様に従うガス発生器では、該ガス発生器がアジ化ナトリウムおよび硫黄の使用に基づき、第一および第二本体における窒素源の合計量がガス発生器の総重量に対して50〜80重量%を成し、第二本体における中和剤の量が第二本体の重量に対して47〜90重量%を成す。ガス発生器の各重量は、ハウジング、外部の冷却補助器具などの不存在下で測定される。
【0037】
第二本体(ガス発生器)は、ガス発生器の総重量に対して、17〜35重量%の本発明に従うガス発生器を含む。第二本体(ガス発生器)は、10〜53重量%の窒素源および47〜90重量%の中和剤を含む。好ましい実施態様では、第二本体(ガス発生器)が15〜25重量%、より好ましくは17〜23重量%の窒素源および75〜85重量%、より好ましくは77〜83重量%の硫黄を含む。
【0038】
好ましい実施態様では、硫黄が粒子形状、好ましくは小さい粒子形状、より好ましくは硫黄粉末の形状である。
【0039】
アジ化ナトリウムおよび硫黄の相対量は、形成される元素ナトリウムの中和に必要な硫黄の量である硫黄の下限の間に含まれる。硫黄の上限は、気化した硫黄がほとんど放出されない量、または出力ガス純度に関して許容され得ると考えられる量によって決定される。
【0040】
ガスが発生される速度は、任意の熱吸収性生成物及び中和剤生成物と共に最適の処方を提供するために測定された。種々の成分(窒素源、熱吸収性物質及び硫黄)の比は、蒸発された硫黄の所望の最大排出及び物質の安定な燃焼が得られるように選ばれた。もし、物質中の硫黄濃度が、90重量%より多い、追加の窒素源及び硫黄の合計重量(中和剤質量)であるなら、物質の安定な点火及び燃焼は可能ではないことが分った。もし、硫黄の濃度が、47重量%未満の該合計量であったなら、蒸発された硫黄の排出が所望の水準未満に減じられ、かつ合計(中和剤質量)/(窒素源)比は、十分に高い水準における元素ナトリウムの結合を得るために増加されなければならなかった。窒素源と中和剤との好ましい質量比は、スラグ中のナトリウムスルフィドへのナトリウムの合計の中和により決定される。
【0041】
本発明の好ましい実施態様において、窒素源及び中和剤、好ましくは硫黄は、第二本体の一部として均一に混合される。
【0042】
本発明の他の好ましい実施態様において、中和剤生成物は、追加の窒素源及び硫黄の合計重量に基いて、10〜53重量%の追加の窒素源及び47〜90重量%の硫黄の量で硫黄及び追加窒素源を含む。
【0043】
本発明のこの実施態様において、生成物の合計重量に基いて、窒素源及び硫黄の合計量は17〜35重量%である。
【0044】
追加の窒素源及び硫黄の合計量が17重量%より小さい場合に、ナトリウムの全体の中和は、硫黄の不足のために不十分である。該量が35重量%を超える場合に、蒸発された硫黄は発生されたガスと共に噴き出され、そして従って、発生された窒素ガスの純度が減少する。
【0045】
いくつかの場合において、発生されたガスはいくらかの同伴された汚染物を含み得ることが注意されなければならない。もし、これらが、発生器の目的の使用において所望されないなら、下流に追加の濾過手段を含むことが有利であり得る。これは、任意の種類のフィルター、例えば、砂、化学フィルター、金属ワイヤフィルター等であり得る。いくつかの例において、フィルター中にいくらかの追加の中和剤を含め、それにより、汚染物がガスと一緒に吹き出されることに対する追加の防御手段を提供することがまた有利であり得る。
【0046】
上記のように、多孔性の固体物質を通して、発生されたガスを通過することにより冷たいガスを発生する場合に、該状態は、物質が殆ど完全に分解されるとき、残余の多孔性物質の冷却能力が余りに小さいので、一定の水準にガスの温度を維持できないことを生じ得る。もし、特定の適用において、これが許容されないなら、ガス発生器における下流に冷却手段を含めることが有利であり得る。特に、冷却手段及び濾過手段の両方が、同一の物質(砂、鋼ワイヤ、鋼ウール、金属メッシュ等)から容易に建設され得る故に、これらの冷却手段を上記の濾過手段と結合することが可能である。
【0047】
本発明はまた、
ガス透過性多孔性固体物質を第一本体において分解し、それによって、ガスおよび他の反応生成物を分解の前方地点(フロント)で発生させる工程;
該ガスをして該多孔性固体物質を通過させる工程;
第二本体において中和剤を発生させる工程、ここで該第二本体は第一本体と空間的に離れている;
該中和剤をして上記多孔性固体物質を通過させる工程;
第一本体における該他の反応生成物を中和剤との反応によって中和する工程;
第一本体の分解の前方地点と、第二本体からの中和剤を第一本体に通すことにより得られる中和の前方地点との間で時間的および/または空間的間隔を維持する工程
を含む、ガス、好ましくは窒素の発生法に関する。
【0048】
ガス発生物質を含む窒素源及び中和物質を点火すると、物質が分解を開始する。窒素源のガス状分解生成物が、反応の前方地点の移動方向に分岐した多孔性本体を通過し、そして該多孔性本体に熱を移行することにより冷却される。中和剤の燃焼において、蒸発された硫黄が発生され、そして窒素源のスラグを通過される。本発明の実施態様において、窒素源の反応の前方地点と中和剤の反応の前方地点との間で空間的及び時間的間隔が提供される。蒸発された硫黄と金属ナトリウムとの間の反応は発熱的である。しかし、ガス発生と中和との間で空間的及び時間的間隔がある故に、これは、発生されたガスの温度に影響を与えないであろう。この間隔は、窒素源の反応速度と比較するとき中和剤のより低い反応速度により、又は適切な時間の後れにより達成され得る。この間隔により、蒸発されたイオウは主として、ナトリウムが形成される後に発生され、従って、ガスの発生及びナトリウムの中和の両方のためにより最適な反応条件を可能にする。
【0049】
該間隔はまた、設計に関係する特徴、例えば、燃焼表面の異なった形態による又は窒素源及び中和剤の非同時的な点火による流速の調節により制御され得る。従って、本発明は、低温ガス用発生器を含む。
【0050】
好ましい実施態様において、発生されたガスは、反応の前方地点の移動方向に多孔性本体を通ってガスを通過させることにより冷却される。
【0051】
好ましい実施態様において、多孔性本体に含まれる熱吸収物質による発熱反応において形成されるところの熱が吸収される。
【0052】
本発明の好ましい実施態様において、吸収された熱量に関する発生された熱量は、発生ガスが150℃未満、好ましくは100℃未満の温度に冷却されるようである。
【0053】
本発明は今、添付図面に基いて説明される。図中、ハウジング1を有し、発生ガスのための開口部2を備えられたガス発生器が示されている。ハウジング1内に二つのガス発生本体3、4が存在する。第一の固体状多孔性本体3がガスの過半量を提供し、かつ本体4は中和ガスを提供する。更に、冷却及び/又はフィルター物質、例えば、分散された追加の中和剤を任意的に含む砂フィルターの本体5が存在する。
【0054】
本体3が点火手段(図示せず)により点火されたなら、分解が開始してガス生成が生じ、該ガスは、主として矢印Bの方向、即ち、本体3を通って流れ、それにより、多孔性物質を加熱し、同時に、比較的低い温度に冷却される。最後に、冷却されたガスは、矢印Cの方向に開口部2を通ってハウジング1から出る。
【0055】
多孔性固体物質の分解は時間と共に進行し、かつ分解の前方地点は矢印Aの方向に移動する。
【0056】
本体4から、(点火手段による、図示せず)本体の点火後に中和ガスが提供される。該ガスは矢印Dの方向に流れ、そして本体3において中和の前方地点(図示せず)を形成する。該前方地点は、分解の前方地点の後方に存在するが、同一の方向(矢印A)に移動する。
【0057】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のガス発生器の一実施態様を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to applied chemistry, and more particularly to a configuration for generating cold gas and a method for obtaining cold gas.
[0002]
[Prior art]
Gas generation methods based on the decomposition or combustion of chemical propellants and other compositions are often inflated, for example, from automobiles, liferafts, lifeboats and lifejackets (to isolate vents in the event of a fire) It is used for a number of purposes, such as quickly installed bulkheads (used for good drifting), drives and generators of different types of pneumatic systems, and operation of mechanical devices.
[0003]
Several technical methods are known for obtaining relatively cool gases, especially nitrogen. These methods are based on decomposing or burning stationary substances in special units. These materials are typically shaped in the form of monolithic or porous products and are in all types of shapes and dimensions.
[0004]
Hot gases generated from the decomposition of these materials are usually cooled by specially designed ones such as special chemical coolants or heat exchangers.
[0005]
The hot combustion gases are passed through a layer of coolant or a heat exchanger, and the gas temperature is reduced as a result of the endothermic decomposition process of the coolant or heat absorption by the coolant. Such a process is disclosed, for example, in U.S. Pat. No. 1,362,349, British Patent No. 1371506, French Patent No. 136897 and Russian Inventor Certificate No. 801540. The use of heat exchangers is disclosed in British Patent No. 1,500,137 and British Patent No. 1,487,944.
[0006]
The degree of cooling of the generated gas depends on the nature of the coolant, the mass of coolant that can sometimes exceed the mass of the gas generating composition, and in the case of heat exchangers, the design characteristics of the exchanger.
[0007]
One of the disadvantages of the prior art cited above is the relatively complex structure of these units. Another drawback is that known gas generators do not allow or provide the gas to be cooled below 150 ° C. Therefore, the application of these gas generators is limited to systems that can withstand such high temperatures. These are disadvantageous from the viewpoint of cost economy and application.
[0008]
In addition, the gas obtained through the use of the above method can not only have a negative effect in construction, but in the case of an automobile airbag, it is assumed that the person is supposed to be protected by an airbag. Contains a large and undesired amount of ingredients for (driver).
[0009]
Complex designs and complex products that result in increased mass, size and complexity of the products are a negative feature of these gas generation methods. This reduces the reliability and efficiency of the complete system. There is a continuing need for reliable, safe and economical methods for the generation of cold gas, especially in the life-saving airbag industry.
[0010]
French Patent No. 2108282 discloses a method for generating cold gases, in particular nitrogen, as well as hydrogen and oxygen, by using endothermic decomposition of products made from gas permeable solid materials. The gas permeable solid material includes a gas source and a heat absorbing mixture, whereby the gas reaction product passes hot gas through the porous body of the product in the direction of movement of the front point of the reaction. It is cooled by. The hot gas heats the porous body to the temperature necessary to sustain the endothermic chemical reaction. Heating of the porous body is necessary to allow the main reaction. The decomposition of the coolant is also an endothermic chemical reaction. The patent claims to obtain nitrogen gas from a solid propulsion system with a purity better than 97% and a temperature below 150 ° C.
[0011]
In gas generators using this method (as well as in most other gas generators) azide, hydride and chlorate are used as gas sources, which are usually in the form of alkali and alkaline earth compounds. used. In the decomposition of these compounds, usually highly reactive metal slag remains in the gas generator.
[0012]
As an example, NaN 3 can be used for a gas generator composition that provides nitrogen. The decomposition reaction of NaN 3 yields Na and N 2 . Similarly, in other decomposition reactions of sodium compounds, sodium is also formed. The formed gas is blown out and slag remains. This slag contains the remainder of the bonding agent as well as coolant and metallic sodium. Under these conditions of gas evolution, highly chemically reactive sodium is thus generated. This highly reactive material accumulates in the condensed combustion cracking products and thus poses a potential hazard for the person involved. When moisture is present, this can lead to violent and dangerous reactions that occur in conjunction with the generation of highly flammable and explosive hydrogen. The decomposition may cause other undesired effects or even personal damage if humans are involved by explosion.
[0013]
Methods for neutralizing sodium are known per se and are disclosed, for example, in “Sodium production, its properties and use” State Publishing House, Moscow, 1961, page 142. One of the methods mentioned for removing metallic sodium is decomposition with water. Since this method can be applied to neutralize the gas generator used, the generator after use is sealed and suitable for properly neutralizing the reactive residue of the generator Must be moved to installation. This is dangerous, not cost effective, complicated and therefore undesirable.
[0014]
In the case of a sodium compound as a gas source, elemental sodium (Na) is formed when sodium azide decomposes. Sodium is a very reactive and active chemical. As a result of this reactivity, sodium can react with a wide variety of substances, leading to a number of sufficiently stable compounds. One of these compounds is sulfur. Sodium reacts with sulfur to form sodium sulfide (Na 2 S).
[0015]
Sodium neutralization by reaction with sulfur or sulfur compounds in the gas generating composition is described, for example, in US Pat. No. 3,775,199, US Pat. No. 5,536,340, EP 394103 and US Pat. No. 3,741,585. It is known from the description. Sulfur is evaporated during the decomposition of the gas generant composition and reacts with sodium slag formed to neutral sodium sulfide.
[0016]
In the conventional gas generator described above, sulfur is vaporized as the gas is generated. It is difficult to vaporize sulfur at the same rate at which sodium slag is formed and reacted with sodium slag. As a result, vaporized sulfur exits the gas generator and / or not all of the metal sodium is neutralized. This is a disadvantage of using a mixture of sulfur and a gas generating composition as described in the prior art.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the object of the present invention is to develop a product that produces an effective generation of low temperature nitrogen gas without the above-mentioned adverse effects and without significant concessions to the output and performance parameters of the gas generator. is there.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a method for generating low-temperature nitrogen gas, and to provide a gas generator that generates low-temperature nitrogen gas.
[0019]
The present inventors have now found an arrangement for gas generation that can overcome the above disadvantages of the prior art and that results in the generation of cold gas with effective and sufficient neutralization of the reactive slag. It was.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention provides at least one first body including means for generating a gas and one or more reaction products , and at least one spatially separated first including means for generating a neutralizing agent. in a gas generator including two body, to neutralize with the neutralizing agent is passed through said first body of one or more reaction products, such as slag from the generation of gas in said first body means are present, and at which means for operating the generation of neutralizing agent in the second body at a generation or et empty during intervals and, optionally, the time interval of the gas in the first body are present Includes gas generator.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The principles of the present invention include the separation of gas generating and neutralizing materials, thereby improving the effectiveness and reliability of gas generation and neutralization. According to one embodiment of the present invention, two gas generants are present in one housing and are spatially separated from each other. The first task is to generate a gas, preferably a low temperature gas, and a first gas generator and a neutralizing compound for the slag obtained from the first gas generator; A second gas generator.
[0022]
The first gas generator comprises a composition from which nitrogen, hydrogen and / or oxygen gas, preferably low temperature, can be obtained by decomposition of the gas generating composition in the form of a gas permeable solid material. Here, the generated gaseous product is passed through the porous body in the direction of the front point (front) of the moving decomposition.
[0023]
The second gas generator (neutralizer) is another composition that generates a neutralizing gas, preferably an effective neutralizer compound, such as sulfur, iron oxide, metal sulfide, metal oxide (Fe , Cu, Mg, Ti, Sn, B, etc.), SiO 2 and the like, and a gas generating composition. The neutralizing agent composition produces a neutralizing gas separate from the gas generated in the first generator. Neutralizing gas is generated at a time and / or spatial interval from the first gas generator. It is an important aspect of the present invention that the neutralizing agent does not come into contact with the solid porous material to be decomposed during or prior to decomposition. The present invention states that only after the material has been decomposed, the neutralizing agent passes through the decomposed porous solid material, thereby neutralizing (usually harmful) decomposition products (slag). Based on the principle. The neutralizing gas is generated at a rate and in a way that provides effective neutralization of the slag and no gaseous neutralizer is released. A neutralizing agent, such as gaseous sulfur, reacts with the reaction products (slag) from the first gas generator so that these products are effectively neutralized.
[0024]
Accordingly, in one embodiment, the present invention provides a first gas generator comprising a gas permeable solid material comprising a nitrogen source, preferably azide, more preferably sodium azide, a bonding agent and an optional heat absorbing mixture. Here, the solid material relates to a second gas generator having a porosity of 35-60% and comprising a neutralizer composition comprising sulfur and an additional nitrogen source.
[0025]
The gas to be generated can be selected from the group of nitrogen, oxygen and hydrogen, or combinations thereof. In general, azides, hydrates and chlorates are used for this purpose, preferably in the alkali metal form.
[0026]
In a further embodiment of the invention, the gas to be produced is nitrogen and the nitrogen source in both the first and second gas generators is selected from the group of alkali metal azide or alkaline earth metal azide, Preferably potassium azide or sodium azide, more preferably sodium azide.
[0027]
The first and second gas generators need not be physically separated from each other. In embodiments of the invention, the vaporizer neutralizing agent of the second generator can be placed in any position relative to each other as long as it can contact the slag from the first generator.
[0028]
In the present invention, neutralization occurs behind the reaction front point of the decomposition reaction of the first gas generator. The spatial spacing between the reaction front point of the first gas generator and the production of the neutralizing agent in the second gas generator is such that the hot reaction product from the first gas generator remains behind, while the nitrogen The intervals are such that the gas is released. The front point of neutralization is delayed from the front point of decomposition and neutralizes the reaction product remaining behind.
[0029]
In another embodiment of the present invention, the rate at which the gas generant composition decomposes is different from the rate of decomposition of the neutralizer charge. That is, the decomposition of the gas generating composition and the neutralizing agent is started simultaneously. Metal slag is formed, and then generation of gaseous neutralizing agent occurs in the second generator to neutralize the slag.
[0030]
In another embodiment of the invention, the time when the neutralizing agent is activated is later than the time of activation of the gas generator.
[0031]
Activation or ignition of the two bodies can be performed by any suitable means known in the art.
[0032]
Exemplary embodiments of the present invention are as follows.
[0033]
The body consists essentially of two parts. That is, a gas generator and a neutralizing agent. The gas generator includes a porous solid material that includes a gas generating component, such as sodium azide, together with a binder (eg, a phenolic resin) and an optional coolant or other heat absorbing mixture. The other part of the main body is a neutralizer part. The neutralizing agent includes a neutralizing agent (sulfur, iron, metal sulfide, metal oxide) and a gas generating component. The gas generant component may be the same as the gas generant component in the first part, for example sodium azide. When the gas generator is activated, gas is generated and released, leaving behind a highly reactive metallic sodium slag. When the neutralizing agent is activated, the neutralizing reagent is vaporized. In the case of a solid neutralizer, it can be in the form of an aerosol. The neutralizing agent reacts with the slag, resulting in a non-hazardous or less harmful material and neutral sodium sulfide when neutralizing the sodium with sulfur.
[0034]
The amount of neutralizing agent is sufficient to effectively neutralize the slag formed by both the neutralizing agent and the gas generator and such that minimal or little gaseous neutralizing agent is released. Amount.
[0035]
In the present invention, in order to promote the interaction between sodium and a neutralizer compound (for example, sulfur), the neutralizing material is preferably in a form in which the reaction with sodium slag is enhanced. To this extent, the neutralizing agent can be mixed with gas generating compounds in the form of powders, granules and the like.
[0036]
In a gas generator according to a preferred embodiment of the present invention, the gas generator is based on the use of sodium azide and sulfur and the total amount of nitrogen source in the first and second bodies is 50 relative to the total weight of the gas generator. -80% by weight and the amount of neutralizing agent in the second body is 47-90% by weight with respect to the weight of the second body. Each weight of the gas generator is measured in the absence of a housing, external cooling aids, and the like.
[0037]
The second body (gas generator) comprises from 17 to 35% by weight of the gas generator according to the invention, based on the total weight of the gas generator. The second body (gas generator) contains 10 to 53 wt% nitrogen source and 47 to 90 wt% neutralizer. In a preferred embodiment, the second body (gas generator) comprises 15-25% by weight, more preferably 17-23% by weight nitrogen source and 75-85% by weight, more preferably 77-83% by weight sulfur. .
[0038]
In a preferred embodiment, the sulfur is in the form of particles, preferably in the form of small particles, more preferably in the form of sulfur powder.
[0039]
The relative amount of sodium azide and sulfur is included between the lower sulfur limits, which is the amount of sulfur required to neutralize the elemental sodium formed. The upper limit of sulfur is determined by the amount at which little vaporized sulfur is released, or the amount that is considered acceptable for output gas purity.
[0040]
The rate at which gas was generated was measured to provide an optimal formulation with any heat absorbing product and neutralizer product. The ratio of the various components (nitrogen source, heat-absorbing material and sulfur) was chosen to obtain the desired maximum emission of evaporated sulfur and stable combustion of the material. It has been found that stable ignition and combustion of a substance is not possible if the sulfur concentration in the substance is greater than 90% by weight of additional nitrogen source and sulfur combined weight (neutralizer mass). . If the concentration of sulfur was less than 47% by weight of the total amount, the evaporated sulfur emissions were reduced below the desired level and the total (neutralizer mass) / (nitrogen source) ratio was In order to obtain elemental sodium binding at a sufficiently high level, it had to be increased. The preferred mass ratio of nitrogen source and neutralizing agent is determined by the total neutralization of sodium to sodium sulfide in the slag.
[0041]
In a preferred embodiment of the invention, the nitrogen source and neutralizing agent, preferably sulfur, are mixed uniformly as part of the second body.
[0042]
In another preferred embodiment of the present invention, the neutralizer product is an amount of 10 to 53 wt% additional nitrogen source and 47 to 90 wt% sulfur based on the total weight of the additional nitrogen source and sulfur. Including sulfur and additional nitrogen sources.
[0043]
In this embodiment of the invention, the total amount of nitrogen source and sulfur is 17-35% by weight, based on the total weight of the product.
[0044]
When the total amount of additional nitrogen source and sulfur is less than 17% by weight, the total neutralization of sodium is insufficient due to the lack of sulfur. If the amount exceeds 35% by weight, the evaporated sulfur is blown out with the generated gas and therefore the purity of the generated nitrogen gas is reduced.
[0045]
It should be noted that in some cases the generated gas may contain some entrained contaminants. If these are not desired in the intended use of the generator, it may be advantageous to include additional filtering means downstream. This can be any type of filter, such as sand, chemical filters, metal wire filters, and the like. In some instances, it may also be advantageous to include some additional neutralizing agent in the filter, thereby providing additional protection against contaminants being blown out with the gas.
[0046]
As described above, when generating a cold gas by passing the generated gas through a porous solid material, the condition is that when the material is almost completely decomposed, the remaining porous material is cooled. Because the capacity is too small, it can result in failure to maintain the gas temperature at a constant level. If in certain applications this is unacceptable, it may be advantageous to include cooling means downstream in the gas generator. In particular, since both the cooling means and the filtering means can be easily constructed from the same material (sand, steel wire, steel wool, metal mesh, etc.), it is possible to combine these cooling means with the filtering means described above. It is.
[0047]
The present invention also provides
Decomposing the gas permeable porous solid material in the first body, thereby generating gas and other reaction products at the front of the decomposition;
Allowing the gas to pass through the porous solid material;
Generating a neutralizing agent in the second body, wherein the second body is spatially separated from the first body ;
Passing the porous solid material through the neutralizing agent;
Neutralizing the other reaction product in the first body by reaction with a neutralizing agent;
Maintaining a temporal and / or spatial spacing between a forward point of disassembly of the first body and a forward point of neutralization obtained by passing a neutralizing agent from the second body through the first body. And relates to a method for generating a gas, preferably nitrogen.
[0048]
When the nitrogen source containing the gas generating substance and the neutralizing substance are ignited, the substance starts to decompose. The gaseous decomposition products of the nitrogen source are cooled by passing through the porous body branched in the direction of movement of the forward point of the reaction and transferring heat to the porous body. In the combustion of the neutralizer, evaporated sulfur is generated and passed through the slag of the nitrogen source. In an embodiment of the present invention, a spatial and temporal interval is provided between a point ahead of the nitrogen source reaction and a point forward of the neutralizer reaction. The reaction between evaporated sulfur and metallic sodium is exothermic. However, this will not affect the temperature of the generated gas because there is a spatial and temporal interval between gas generation and neutralization. This interval can be achieved by a lower reaction rate of the neutralizing agent when compared to the reaction rate of the nitrogen source, or by an appropriate time delay. With this interval, the evaporated sulfur is mainly generated after sodium is formed, thus allowing more optimal reaction conditions for both gas evolution and sodium neutralization.
[0049]
The spacing may also be controlled by design related features such as flow rate adjustment by different forms of the combustion surface or by non-simultaneous ignition of the nitrogen source and neutralizer. Accordingly, the present invention includes a generator for cold gas.
[0050]
In a preferred embodiment, the generated gas is cooled by passing the gas through the porous body in the direction of movement of the forward point of the reaction.
[0051]
In a preferred embodiment, the heat formed in the exothermic reaction by the heat absorbing material contained in the porous body is absorbed.
[0052]
In a preferred embodiment of the invention, the amount of heat generated with respect to the amount of heat absorbed is such that the generated gas is cooled to a temperature below 150 ° C, preferably below 100 ° C.
[0053]
The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. In the figure, a gas generator having a housing 1 and provided with an
[0054]
If the main body 3 is ignited by ignition means (not shown), decomposition starts and gas generation occurs, the gas mainly flowing in the direction of arrow B, i.e. through the main body 3, and thereby being porous. The material is heated and at the same time cooled to a relatively low temperature. Finally, the cooled gas exits the housing 1 through the
[0055]
The decomposition of the porous solid material proceeds with time, and the front point of the decomposition moves in the direction of arrow A.
[0056]
From the main body 4, neutralizing gas is provided after ignition of the main body (not shown) by the ignition means. The gas flows in the direction of arrow D and forms a forward neutralization point (not shown) in the body 3. The front point exists behind the front point of disassembly, but moves in the same direction (arrow A).
[0057]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a gas generator of the present invention.
Claims (21)
該ガスをして該多孔性固体物質を通過させる工程;
第二本体において中和剤を発生させる工程、ここで該第二本体は第一本体と空間的に離れている;
該中和剤をして上記多孔性固体物質を通過させる工程;
第一本体における該他の反応生成物を中和剤との反応によって中和する工程;
第一本体の分解の前方地点と、第二本体からの中和剤を第一本体に通すことにより得られる中和の前方地点との間で時間的および/または空間的間隔を維持する工程
を含む、ガスの発生法。Decomposing the gas permeable porous solid material in the first body, thereby generating gas and other reaction products at the front of the decomposition;
Allowing the gas to pass through the porous solid material;
Generating a neutralizing agent in the second body, wherein the second body is spatially separated from the first body;
Passing the porous solid material through the neutralizing agent;
Neutralizing the other reaction product in the first body by reaction with a neutralizing agent;
Maintaining a temporal and / or spatial spacing between a forward point of disassembly of the first body and a forward point of neutralization obtained by passing a neutralizing agent from the second body through the first body. including, method of generating gas.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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