KR20010102149A

KR20010102149A - 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템에 사용되는 액체모노추진제

Info

Publication number: KR20010102149A
Application number: KR1020017010338A
Authority: KR
Inventors: 셰피로버트에스.; 마틴제임스디.
Original assignee: 바치 폴 에프; 아틀랜틱 리서치 코퍼레이션
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2001-11-15
Also published as: WO2001046090A2; US20010025677A1; JP2003517992A; EP1177158A2; CA2362800A1; US6361631B2; WO2001046090A3

Abstract

수용성 산화제 및 상기 산화제와 혼화성이 있는 수용성 유기 연료로 된 수용액을 포함하는, 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템 (예를 들면, 에어 백)용 액체 모노추진제. 상기 산화제는 바람직하게는 질산 암모늄, 과산화수소 또는 질산이고, 상기 연료는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 글리세롤 같은 저급 알콜이다. 액체 모노추진제는 약 0.90 이상의 산화율 (O_r)을 갖는 것이 바람직하다.

Description

차량 승객을 위한 자동 방호 시스템에 사용되는 액체 모노추진제{Liquid monopropellants for passive vehicle occupant restraint systems}

차량 승객을 위한 자동 방호 시스템 (본 발명의 기술분야에서 통상 "에어 백"이라고 알려져 있음)을 팽창시키는데 사용되는 각종 팽창제가 알려져 있다. 여러가지 종류의 팽창제 중에서 다량의 저장 압축 기체를 이용하는 것이 있는데, 이 기체가 선택적으로 방출되어 에어 백을 팽창시킨다. 점화시에 연소될 수 있는 고체상의 기체 발생 물질로부터 기체 소스를 발생시키는 형태의 팽창제는 에어 백을 팽창시키기에 충분한 다량의 기체를 제공한다. (하이브리드 팽창제로서 알려져 있는) 또 다른 형태로서, 저장 압축 기체와 기체 발생 물질의 연소 물질가 배합된 에어 백 팽창 기체가 제공된다.

연소가능한 고체상 물질을 연소시킴으로써 기체를 발생시키는 기작에 전적으로 또는 부분적으로 의존하는 팽창제는 여러가지 문제점이 있다. 예를 들어, 이러한 팽창제에서 추진제와 점화 물질이 연소되면 원하지 않는 입자상 물질이 생성된다. 따라서, 입자상 물질을 포함하거나 연소시 입자상 물질을 발생시키는 팽창제를 차량의 자동 방호 시스템의 일부로서 이용하면 차량의 승객이 위치하는 자리에 원치 않는 입자상 물질이 방출되어 승객이 그 입자상 물질을 흡입하게 되는 바람직하지 못한 결과가 초래된다.

종래의 일 팽창제가 일반에게 공개된 미국 특허 제5,589,141호 (Sides et al.,) 에 개시되어 있는데, 본 명세서는 그 전체의 내용을 통합한다. 상기 사이즈 등의 '141 특허에서 팽창제 조성물은 질산 암모늄 산화제의 존재하에서 점화되며 헥사히드로-1,3,5-트리니트로-s-트라아진 (RDX) 및/또는 옥타히드로-1,3,5,7-테트라니트로-1,3,5,7-테트라진 (HMX)과 같은 아미노구아니딘 니트라민 또는 질산 아미노구아니딘과 같은 적당한 추진제를 아르곤과 분자 산소-함유 기체의 존재하에서 이용한다. 배기가스에 무독성 반응 생성물만 제공되도록 상기 산소-함유 기체 대 아르곤의 비율을 적당히 조절한다.

입자상 물질을 포함하지 않는 에어 백용 추진제 개발에 대한 요구는 여전히 존재한다. 이러한 요구를 만족시키고자 하는 것이 본 발명이 지향하는 바이다.

광의적으로, 본 발명은 수용성 산화제 및 상기 산화제와 혼화성이 있는 알콜 연료의 수용액을 포함하는, 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템 (예를 들면, 에어 백)용의 액체 모노추진제를 구현하는 것이다. 보다 바람직하게는, 상기 산화제는 질산 암모늄 또는 과산화수소이고 상기 알콜 연료는 메탄올, 에탄올 또는 프로판올 같은 저급 알콜이다.

본 발명의 액체 모노추진제는 약 0.95 이상, 보다 바람직하게는 약 1.00 이상의 산화율 (O_R)을 가지고 있어서 저감된 양의 일산화탄소 및 수소 연소 기체를 발생시키는 것이 바람직하다. 결과적으로, 본 발명의 액체 모노추진제의 연소 생성물은 반드시 무독성 및 불연성이어야 한다. 또한, 본 발명에 따른 모노추진제의 연소 생성물은 입자상 물질을 포함하지 않을 것이다.

하기에 바람직한 예시적인 구현예들을 들어 보다 상세하게 설명함으로써 전술한 태양 및 잇점들과 기타의 태양 및 잇점들은 보다 명백해질 것이다.

본 발명은 포괄적으로는 가스 발생제 조성물에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템의 팽창에 사용되는 액체 가스 발생제 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 기체 발생 용액은 액체 모노추진제이다. 첨부된 청구범위를 포함하는 본 명세서에서 사용된 것처럼, 용어 "모노추진제" 및 이와 유사한 용어들은 산화제와 연료가 서로 용해되어 혼화가능한 액체 용액으로 된 액체 혼합물을 의미한다. 또한, 본 발명의 액체 모노추진제는 수성 - 즉, 충분량의 물을 포함한다. 보다 바람직하게는, 액체 모노추진제는 약 20중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 20중량% 내지 35중량%의 물을 포함한다. 본 명세서에 중량%는 액체 모노추진제의 총 중량을 기준으로 한다.

액체 모노추진제는 수용성 산화제를 필수적으로 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 산화제가 질산 암모늄 (AN), 과산화수소 (H₂O₂) 또는 질산 (HNO₃)이다. 상기 산화제는 약 50중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 60중량% 내지 약 75중량%의 양만큼 존재할 것이다.

본 발명의 액체 모노추진제에서 사용되는 연료는 상기 산화제와 혼화가능한수용성 유기 화합물이다. 가장 바람직하게는, 상기 연료가 메탄올, 에탄올, 프로판올 (예: 이소프로판올), 부탄올, 펜탄 디올, 알릴 알콜, 글리세롤 등과 같은 저급 알콜이다. 알콜 연료는 약 5중량% 내지 약 15중량%의 양만큼 존재할 것이다.

본 발명의 실시에 사용될 수 있는, 물 및/또는 알콜에 가용성인 다른 유기 연료로는 구아니딘, 질산 구아니딘, 탄산 구아니딘, 아세트산 구아니딘, 시아노구아니딘, 질산 아미노구아니딘 (및 구아니딘 화합물의 다른 아미노구아니딘 계열 화합물), 글리시딘 및 그의 물/알콜 용해성 유도체, 수용성 유기산, 아민, 아미드, 에테르, 에스테르, 니트릴 등이 사용될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는, 표면활성제 (알킬페닐 히드록시 말단 폴리에테르)와 같은 수분산성 화합물, 구아르 검(guar gum), 크사난 검(xanan gum) 같은 검, 셀룰로직(cellulosics), 스타치 등을 사용할 수 있다. 연료는 단일 종류의 연료이거나 2종 이상을 배합한 연료일 수 있다.

3개의 필수 성분 - 즉, 산화제, 연료 및 물 -은 약 0.90 이상의 산화율(O_r)을 제공하기에 충분한 양만큼 존재할 것이다. 예를 들어, 질소-함유 추진제에서, 산화율은 약 0.90 내지 약 1.0이어야 한다. 질소를 포함하지 않는 추진제에서는 산화율이 약 1.0 이상이어야 한다.

하기의 실시예를 통해 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이나, 이들 실시예가 본 발명을 한정하지는 않는다.

실시예 1

액체 모노추진제는 66.662중량%의 질산 암모늄 (AN), 10.7중량%의 메탄올 (MeOH) 및 26.638중량%의 물로 된 용액을 형성함으로써 만들어진다. 연소시, 액체 모노추진제는 1315°K의 불꽃 온도에서 100g당 4.8283몰의 기체를 발생시킨다.

실시예 2

액체 모노추진제는 61.769중량%의 질산 암모늄 (AN), 7.614중량%의 메탄올 (MeOH) 및 30.617중량%의 물로 된 용액을 형성함으로써 만들어진다. 연소시, 액체 모노추진제는 1216°K의 불꽃 온도에서 100g당 4.8398몰의 기체를 발생시킨다.

실시예 3

과산화수소를 포함하는 액체 모노추진제는 하기 표 A에 개시된 성분들로 된 용액을 형성함으로써 만들어진다. 액체 모노추진제는 하기 표 A에 열거한 바와 같은 연소시 불꽃 온도, 기체 발생량 및 산화율을 나타낸다.

표 A

번호	물중량%	H₂O₂중량%	알콜 연료	불꽃 온도°K	기체 발생량m/100g	산화율(O_R)
번호	물중량%	H₂O₂중량%	중량%	불꽃 온도°K	기체 발생량m/100g	산화율(O_R)	종류
1	20	73	7	EtOH	1649	4.6334	1.29
2	30	60	10	＂	1765	4.7456	1.09
3	32	56	12	＂	1904	4.7675	1.02
4	20	74	6	2-PrOH	1637	4.6232	1.30
5	30	60	10	＂	1897	4.7279	1.05
6	32	57	11	＂	1965	4.7487	1.005

본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현예일 것으로 간주되는 것에 관하여 개시한 것이지만, 본 발명이 이들 구현예로서만 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위의 정신 및 범주내에 포함되는 여러가지 변형예 및 등가 대체물을 망라하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

질산 암모늄, 과산화수소 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 산화제, 상기 산화제와 혼화가능한 유기 연료, 및 물로 된 수용액을 포함하는, 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템용 액체 모노추진제.
제1항에 있어서, 상기 연료가 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 판탄 디올, 알릴 알콜 및 글리세롤로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 알콜인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항에 있어서, 상기 연료가 구아니딘, 질산 구아니딘, 탄산 구아니딘, 아세트산 구아니딘, 시아노구아니딘, 질산 아미노구아니딘, 글리신 및 그의 물 및/또는 알콜 용해성 유도체들, 수용성 유기산, 아민, 아미드, 에테르, 에스테르, 니트릴, 수분산성 표면활성제, 검, 셀룰로직 및 스타치로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 화합물인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항에 있어서, 상기 모노추진제의 총 중량을 기준으로 하여 약 20중량% 이상의 물을 포함하는 액체 모노추진제.
제4항에 있어서, 상기 물의 함량이 약 20중량% 내지 약 35중량%인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 산화제, 상기 연료 및 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항 내지 4항중 어느 한항에 있어서, 상기 모노추진제의 총 중량을 기준으로 하여 약 50중량% 이상의 산화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제7항에 있어서, 상기 산화제의 함량이 약 60중량% 내지 약 75중량%인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제8항에 있어서, 상기 알콜 연료의 함량이 상기 모노추진제의 총 중량을 기준으로 하여 약 5중량% 내지 약 15중량%인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항에 있어서, 산화율이 약 0.90 이상인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항에 있어서, 상기 산화제가 과산화수소이고, 상기 모노추진제의 산화율이 약 1.00 이상인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
총량을 기준으로 하여,

(a) 약 60중량% 내지 약 75중량%의 질산 암모늄, 과산화수소 및/또는 질산 산화제;

(b) 약 5중량% 내지 약 75중량%의 알콜 연료; 및

(c) 나머지량의 물

을 필수 성분으로서 포함하는, 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템용 액체 모노추진제.
제12항에 있어서, 상기 산화제 (a)가 질산 암모늄이고, 상기 연료 (b)가 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 글리세롤인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제12항에 있어서,상기 산화제 (a)가 과산화수소이고, 상기 연료 (b)가 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 글리세롤인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제12항에 있어서, 상기 산화제 (a)가 질산이고, 상기 연료 (b)가 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 글리세롤인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제13항에 있어서, 상기 연료가 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제12항에 있어서, 산화율이 약 0.90 이상인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제12항에 있어서, 상기 산화제 (a)가 과산화수소이고, 상기 모노추진제의 산화율이 약 1.00 이상인 것을 특징으로 하는 액체 모노추진제.
제1항 및 제12항 내지 18항중 어느 한항 기재의 액체 모노추진제를 포함하는, 차량 승객을 위한 자동 방호 시스템.