CN105752933B - 产生氧气的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过化学反应、特别是通过放热化学反应来产生氧气的装置(1)，其中，装置(1)具有化学核芯(2)，在该核芯中存在通过化学反应产生氧气的物质，其中，化学核芯(2)具有第一反应体(3)和第二反应体(4)，它们被设计为能够被同时激活，从而使得第一反应面(13)在第一反应体(3)中蔓延的同时，第二反应面(14)在第二反应体(4)中蔓延。

Description

产生氧气的装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过化学反应产生氧气的装置，所述装置具有化学核芯，在所述核芯中存在通过化学反应产生氧气的物质，并且所述化学核芯具有第一反应体和第二反应体，所述第一反应体和第二反应体被设计为能够被同时激活，从而使得第一反应面在所述第一反应体中蔓延的同时，第二反应面在所述第二反应体中蔓延，其中，所述第一反应体被设置在所述第二反应体的旁边，并且在所述第一反应体和所述第二反应体之间设有点火板。

背景技术

无论是在民用航空还是在军事领域，飞机通常都配备有用于在机舱中压力下降期间供应氧气的应急***。

在巡航阶段，即起飞和着陆之间的阶段，在该阶段中飞机达到约10000米的巡航高度，此时飞机机舱中的压力与地面的压力相比降低了约四分之一，即，机舱压力被人为地保持在海平面大气压力的四分之三，即约750hPa。但是在在10000米的高度上，飞机外面的压力大约只有机舱内部压力的四分之一。当机舱内的压力例如由于飞机外壳的损坏而突然下降时，会导致飞机机舱中的压力下降。为了在这样的情况下为乘客提供足够的氧气，氧气面罩将从位于座位上方的壳体中落下。一般情况下是利用化学产生的氧气来供给氧气面罩。为此在座位的上方配置有化学氧气发生器，在该氧气发生器中，通过热点火(例如通过猛拉氧气面罩来触发)进行连续的化学反应，通过该反应产生所设定的氧气并输送到面罩上。

例如，由专利文献DE4437895C1可知一种通过对存在于容器壳体中的化学试剂进行热分解来产生氧气的装置。在此，从活化点(Aktivierungsstelle)开始，沿着在容器壳体的内部空间中朝向未消耗的化学试剂的方向前进的反应面(Reaktionsfront)，或多或少均匀地产生氧气，直至存在于容器中的化学试剂被耗尽。

如果发生前述的紧急情况，飞行员会立即使飞机下降，以到达压力比例能够再次使得呼吸正常而无需额外氧气供应的飞行高度上。因此，特别是在下降阶段期间，氧气需求会在第一时间增加，而在下降飞行之后的后续飞行中，在已降低的高度(等待高度)上仅需要减少的氧气供应。

为了设置氧气供给的调节，在现有技术中一方面是附加地设置一流动调节器，这是相对昂贵的。另一方面还在现有技术中公知：通过调整发生反应的化学核芯(chemischeKern)的横截面来实现氧气产生速率的改变，并由此实现供应速率的改变。这例如可以通过下述方式来实现：将核芯的厚度设计为沿其长度增加或减少，反应面沿着该长度蔓延。但是这些由现有技术已知的技术方案的缺点在于，核芯必须具有不均匀的几何形状，这会对这种产生氧气的装置的机械稳定性造成不利影响。

在被视为现有技术的专利文献US2004/0151639A1和US7494624B2中，在化学氧气发生器中，活化点不是被设置在化学核芯的端部上，而是被设置在核芯的侧面或中间，使得反应面沿不同的、特别是相反的方向前进，由此能够在比单侧点火的反应核芯的情况更短的时间内产生氧气。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于提出一种通过化学反应产生氧气的装置，该装置至少部分克服了上述现有技术的问题。特别是应提出一种装置，其一方面成本低廉，另一方面还能够适应性地确保所必需的供应。

本发明的目的通过一种如下的装置来实现：一种通过化学反应、特别是通过放热化学反应来产生氧气的装置，所述装置具有化学核芯，在所述核芯中存在通过化学反应产生氧气的物质，并且所述化学核芯具有第一反应体和第二反应体，所述第一反应体和第二反应体被设计为能够被同时激活，从而使得第一反应面在所述第一反应体中蔓延的同时，第二反应面在所述第二反应体中蔓延，其中，所述第一反应体被设置在所述第二反应体的旁边，并且在所述第一反应体和所述第二反应体之间设有点火板，其特征在于，所述第一反应体和所述第二反应体具有彼此不同的长度，并通过它们的不同长度提供不同的反应时间来产生氧气，并且在所述第一反应体中或所述第二反应体中设有连续的开口，在所述开口中设有起动介质。在此，在说明书中所给出的特征可以各自单独地应用，但是也可以通过适当的组合进一步配置于根据本发明的装置的技术方案中。

因此，根据本发明提供了一种通过化学反应、特别是放热化学反应来产生氧气的装置，该装置具有化学核芯，在该核芯中存在通过化学反应产生氧气的物质，并且该化学核芯具有第一反应体和第二反应体，将该第一反应体和第二反应体设计为可以被同时激活，从而使得第一反应面在第一反应体中蔓延的同时，第二反应面在第二反应体中蔓延。由于由此使得两个产生氧气的反应同时开始，因此通过根据本发明的配置，可以在下降飞行期间满足特别是初始所需要的对更多氧气的需求。这是一种简单的结构，因为核芯可以被均匀地构造，而不是如同现有技术中那样必需使组成部分包括高反应性和低反应性。其不再需要附加的调节机构，因此该结构是成本非常低且耐用的。通过根据本发明的配置还可以确保该结构所必需的稳定性，因为可以避免横截面会例如随着核芯在触发并开始反应的端部上的更大的厚度而变化，这种反应会沿着核芯的长度减小。

根据本发明将第一反应体设置在第二反应体的旁边，优选在安装位置上设置在第二反应体的上方，在此，在第一反应体和第二反应体之间设有点火板(Zündplatte)。这种配置一方面能够节省空间。另一方面，这也使得能够从两个反应体之间的点火板开始，仅借助于唯一的点火机构在两个反应体中同时开始并行的反应。此外，特别是在两个反应体具有相同的横截面的情况下，两个反应体的这种并排或重叠的设置能够基于由此得到的统一的几何形状而提供较高的稳定性。

根据本发明，第一反应体和第二反应体具有彼此不同的长度。特别是，第一反应体的长度可以短于第二反应体。优选可以调整第一反应体的长度，从而与下降飞行的持续时间相符。即，只要保持下降飞行，则在第一反应体中和第二反应体中发生反应。如果第一反应体的化学物质被耗尽，则仅通过第二反应体来产生氧气，第二反应体可以随后在等待阶段单独地满足较低的氧气需求。

因此，第一反应体和第二反应体可以通过其不同的长度来提供不同的产生氧气的反应时间。因此如上所述的，在下降飞行的持续时间内所提供的氧气量例如是此后在仍然可以正常呼吸而无需附加的氧气供应的飞行高度上的等待阶段内所提供的氧气量的两倍以上。

根据本发明，在第一反应体中或第二反应体中设有一连续的开口，特别是一中心通孔，在该开口中设有起动介质(Startmittel)，特别是起动粉末或点火粉末。相对于其他常规的在反应体上侧的起动，通过这种配置，可以仅借助唯一的起动机构就实现两个反应体并行的起动，从而特别是在下降飞行的时间段上提供更高的氧气量。

有利地，将第一反应体、第二反应体和点火板设置在由拉伸金属或金属箔片构成的载体中。

第一反应体可以配设有连续的开口，在此，与第一反应体的内部的、邻接点火板的端面相对置的第一反应体的上部外端面被绝缘介质、特别是陶瓷绝缘物所覆盖。这保护了相邻的周围环境不会受到用于产生氧气的化学反应的损坏。特别是考虑到这是一种放热反应的事实，其中会释放大量的热量，利用陶瓷绝缘物进行覆盖是十分有利的。

优选将该装置设计为，使得第一反应体中的第一反应面从点火板开始朝向第一反应体的上部外端面前进，并且第二反应体中的第二反应面从点火板开始沿相对于第一反应面的相反方向朝向第二反应体的外端面前进。由此进行并行的制氧，这种并行的制氧可以满足在紧急情况下的初始下降阶段期间的附加的氧气需求。

根据另一优选的实施方式，第一反应体和第二反应体由相同的材料构成，特别是由氯酸钠构成。特别地，考虑到点火或起动性能，在这两种反应体中使用相同的反应材料是有利的。

此外有利地，还可以利用板材为所述连续的开口加衬，由此防止在开始点火时，第一反应体(其中设有具有起动机构的开口)中的反应面摆脱所定义的路径，并且无法沿着开口的内壁蔓延。为了缩短化学氧气发生器的长度，也可以将起动机构设置在连续的开口中。

附图说明

下面将参照在附图中示出的实施例对本发明做详细的说明。其中：

图1示出了根据本发明一种实施方式的产生氧气的装置在安装位置上的截面图；

图2示出了根据本发明另一种实施方式的产生氧气的装置在安装位置上的截面图，在此，该装置具有设置于其中的起动机构；

图3示出了如图2所示的产生氧气的装置的另一截面图，其中包括两个通过箭头示出的反应方向；

图4示出了如图1的截面图，但其中包括通过板材加衬的孔；以及

图5示出了描述该装置根据时间所产生的氧气量的图表。

其中，附图标记说明如下：

1 产生氧气的装置

2 核芯

3 长度为L₁的第一反应体

4 长度为L₂的第二反应体

5 点火板

6 开口

7 起动填充物

8 第一反应体的(上部)外端面

9 陶瓷绝缘物

10 火花帽

11 载体

12 撞击起动器

13 第一反应面

14 第二反应面

15 第一反应体的(下部)内端面

16 第二反应体的(下部)外端面

17 板材衬垫

具体实施方式

图1示出了根据本发明一种实施方式的用于产生氧气的装置1的截面图，该装置例如可以作为所谓的化学性乘客氧气发生器(Chemical Passenger Oxygen Generator)在飞机中使用。该装置具有包括制氧物质的核芯2，在这里所示出的实施方式中，该制氧物质基本上由氯酸钠(NaClO₃)组成。借助于装置1，可以通过下述的放热进行的化学反应来产生氧气：

2NaClO₃→2NaCl+3O₂

替代地，也可以使用等效的氯酸盐或高氯酸盐作为制氧物质，例如高氯酸锂(LiClO₄)。

化学核芯2基本上由第一反应体3和第二反应体4构成，它们被彼此相叠地设置，并在它们之间设有点火板5。如图中所示，上面的第一反应体3被构造为明显地比第二反应体4小，或者说，第一反应体3的长度L₁显然小于第二反应体4的长度L₂。但是，两个反应体3、4的横截面是相同的，从而使得它们与设置于它们之间的点火板5共同形成圆柱体形式的统一的几何形状。这种设计考虑到其机械稳定性为装置1提供了非常良好的特性。

在上部的第一反应体3中设有中心的、连续的开口6，其沿第一反应体3的纵轴线穿过该第一反应体并引导至点火板5。该开口6用于填充粉状的起动填充物或用于点火机构的点火粉末7(见图2)，该点火粉末可以借助呈火花帽10的形式的起动装置被点燃。

此外，在第一反应体3的上侧8上设有陶瓷绝缘物9，其完全地覆盖第一反应体3的上部外端面8，该上部外端面与第一反应体3的邻接点火板5的内端面15相对置，并且该陶瓷绝缘物同样被开口6穿过。

图2示出了根据本发明另一种实施方式的产生氧气的装置1的截面图，该产生氧气的装置具有设置于其中的点火机构。如同在图1中示出的实施方式一样，在这里，第一反应体3、第二反应体4和设置在它们之间的点火板5被由拉伸金属制成的载体11或壳体11所包围。替代地，载体11可以由金属箔片制成。这有助于使装置1在机械上和热学上稳定。开口6由点火粉末7填充。为了化学核芯2的点火，点火机构通过撞击起动器12沿通过箭头示方向的撞击来触发火花帽10和点火粉末7，并通过点火板5传递到第一反应体3和第二反应体4上，对此还将参照图3做详细说明。在如图2的实施方式中，撞击起动器12与点火板10几乎完全集成在圆柱形开口6的内部，点火粉末7在这里也被设置在火花帽10与点火板5之间，但是相较于如图1所示的实施方式变型，图2所示实施方式具有明显更短的路径，即，与根据图1的实施方式相比，其中设有点火粉末7的圆柱形空间的高度在根据图2的实施方式中明显更小。这样做的优点在于，反应面的蔓延更定向，如在图3中通过箭头13和14所示出的那样。

图3示出了在图2中所示出的装置1的另一截面图。在利用上述起动机构触发点火的过程中，第一反应体3中的第一反应面13和第二反应体4中的第二反应面14同时蔓延，如通过黑色箭头所示的那样。在此，第一反应面13从点火板5开始朝向第一反应体3的上部外端面8蔓延。同时，第二反应面14从点火板5沿相反的方向朝向第二反应体4的下部外端面16蔓延。由于第一反应体3和第二反应体4具有不同的长度L₁和L₂，因此在利用起动机构触发放热化学反应之后，氧气产生分成两个阶段。根据设计，在第一反应体3和第二反应体4中均产生氧气的第一阶段t₁所产生的氧气量V₂是第二阶段中所产生氧气量的两倍以上，在该第二阶段中，第一反应面13已到达第一反应体3的上部外端面8，这导致了在第一反应体3中的制氧终止，并且氧气仅在第二反应体4中产生。由于第二反应体的长度L₂明显大于第一反应体3的长度，因此在这里可以在较长的时间段内继续产生氧气，但总体为更低的量V₁，如图5所示。因此，在第一阶段中可以满足例如在紧急情况下所执行的下降飞行中飞机上所需的高氧气需求，并且在第二阶段中，例如在通过少量附加的氧气就可以进行呼吸的飞行高度上的等待阶段中，将只产生相应较少量的氧气。

由此可以实现对氧气供应的调节，而无需昂贵的调节装置，并且同时，根据本发明的装置由于其统一的几何形状提供了良好的稳定性。

在如图4所示的实施方式变型中，由开口6构成的圆柱形空间具有管状的板材衬垫17，该板材衬垫将起动填充物与周围的第一反应体3分开。该衬垫17确保了，在通过点火粉末7触发起动装置之后，点火板5进入点火反应，之后反应面13和14如图3所示的那样近乎同时地、并沿相反的方向蔓延。板材衬垫17的优点还在于，防止了在填充点火粉末7时，第一反应体3的材料会随之落入开口6中，这可能导致点火粉末7到点火板5的通道损坏。应理解，在根据图2所示的实施方式中，也可以有利地使用这样的板材衬垫17。

Claims (14)

1.一种通过化学反应来产生氧气的装置(1)，其中，所述装置(1)具有化学核芯(2)，在所述核芯中存在通过化学反应产生氧气的物质，并且所述化学核芯(2)具有第一反应体(3)和第二反应体(4)，所述第一反应体和第二反应体被设计为能够被同时激活，从而使得第一反应面(13)在所述第一反应体(3)中蔓延的同时，第二反应面(14)在所述第二反应体(4)中蔓延，其中，所述第一反应体(3)被设置在所述第二反应体(4)的旁边，并且在所述第一反应体(3)和所述第二反应体(4)之间设有点火板(5)，其特征在于，所述第一反应体(3)和所述第二反应体(4)具有彼此不同的长度L₁、L₂，并通过它们的不同长度提供不同的反应时间来产生氧气，并且在所述第一反应体(3)中或所述第二反应体(4)中设有连续的开口(6)，在所述开口中设有起动介质。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述化学反应是放热化学反应。

3.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述第一反应体(3)在安装位置上被设置在所述第二反应体(4)之上。

4.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述连续的开口在所述第一反应体(3)中或所述第二反应体(4)中是中心通孔。

5.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述起动介质是点火粉末(7)。

6.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述第一反应体(3)、所述第二反应体(4)和所述点火板(5)被设置在由拉伸金属或金属箔片构成的载体(11)中。

7.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述第一反应体(3)配置有所述连续的开口(6)，其中，所述第一反应体(3)的上部外端面(8)被绝缘介质覆盖，其中，所述上部外端面被设置为与所述第一反应体(3)的内部的、邻接于所述点火板(5)的端面(15)相对。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述绝缘介质是陶瓷绝缘物(9)。

9.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述第一反应面(13)在所述第一反应体(3)中从所述点火板(5)开始朝向所述第一反应体(3)的上部外端面(8)前进，并且所述第二反应面(14)在所述第二反应体(4)中从所述点火板(5)开始沿相对于第一反应面(13)的相反方向朝向所述第二反应体(4)的外端面(16)前进。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一反应体(3)和所述第二反应体(4)由相同的材料构成。

11.根据权利要求10所述的装置(1)，其特征在于，所述第一反应体(3)和所述第二反应体(4)由氯酸钠构成。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的装置(1)，其特征在于，利用板材为所述连续的开口(6)加衬。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的装置(1)，其特征在于，在所述开口(6)中下沉式地设有起动机构。

14.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于，所述起动机构是撞击起动器(12)。

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