具有并行布置的化学芯部的化学氧气发生器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种化学氧气发生器，其包括延长化学氧气发生器的操作持续时间的多个并行顺次连接的化学芯部。第一芯部的一端与化学芯高反应性部分邻接，并且热绝缘层被设置在第二芯部的端部与化学芯点火板之间，以及在第一芯部和第二芯部的主体之间。化学芯过渡部分被设置在第一芯部的另一端和第二芯部之间，以确保反应前锋正确地传播。
【专利说明】具有并行布置的化学芯部的化学氧气发生器
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及为民用飞机和军用飞机提供补充氧气的化学氧气发生器，并且更具体地涉及一种具有由多个部分组成的化学氧气发生芯组件的化学氧气发生器，其中至少两个部分并行布置，使得化学氧气发生器的操作持续时间可以被延长而不增加发生器的长度。
【背景技术】
[0002]化学氧气发生器通常用于需要生成补充氧气的情况，诸如在航空和潜艇中以及在对提供具有可呼吸质量的氧气的方便可靠的供应源有用的其他类似设施中。基于碱金属氯酸盐或高氯酸盐的分解的化学氧气生成组合物已长期被用作例如客机上的可呼吸氧气的紧急源。
[0003]飞机的氧气发生器一般根据给定类型飞机的下降曲线预编程，而且在下降期间必须一直满足最低氧气流量要求。当在芯部的一端启动氧气生成反应时，反应前锋随着氧气生成而沿纵轴向芯部的另一端部传播。理想情况下，反应区以稳定的、可重复的速率移动，该速率由沿着芯部的长度在给定点处并入的燃料和催化剂的量支配。一旦启动，反应前锋从点火端移动到发生器的出口端，从而产生氧气。
[0004]一种常规的化学氧气发生器是已知的，其包括具有带有略微呈锥形圆柱形状的化学芯的氧气生成蜡烛。一旦启动，该蜡烛将维持分解以释放可呼吸氧气，直到蜡烛完全反应。然而，由于反应前锋需要以某一线性速度移动，当需要相对较长持续时间的操作时化学芯的长度不得不增加。由于在飞机中可用的空间有限，所以难以将发生器长度增加到超出氧气发生器规定的典型空间包络的长度，使得较重的芯部通常用在这种常规的化学氧气发生器中以确保化学芯具有足够的持续时间。
[0005]一种已知的化学氧气发生器包括细长的刚性热绝缘部分以及在该刚性部分一侧上的导管部分，该导管部分提供多个气流路径以便沿着板传导从燃烧的蜡烛释放的氧气，从而增加蜡烛的燃烧部分的燃烧活动并且预热蜡烛的未燃烧部分。多个板被组合在一起以形成用于围绕蜡烛的由互锁的陶瓷板制成的蜂窝式分离器组件，并且多个此类分离器组件被组合在一起以形成用于需要高初始流量的氧气供给流曲线的多蜡烛氧气发生器。该蜂窝式分离器占据相当大的体积并增加化学蜡烛的重量，并且不适合航空应用。
[0006]为了使化学氧气发生器中的氧气发生反应保持足够稳定而使反应不被熄灭，反应前锋必须以足够高的线性速度移动。如果反应前锋移动太慢，则反应变得不太可控并且可能停止。为了保持最小反应前锋线性速度并满足对化学氧气发生器的操作持续时间的要求，通常需要增加化学氧气发生器的化学芯的重量或长度，导致化学氧气发生器的重量或长度增加。一些飞机可能需要很长的持续时间，而在最初几分钟需要高流量，诸如图3所示的曲线。
[0007]特别是对于飞机，可能期望提供允许延长化学氧气发生器的操作持续时间而不增加发生器的重量或长度的化学氧气发生器。本发明满足了这些和其他需求。
【发明内容】
[0008]简要地和概括地说，本发明提供了一种化学氧气发生器，该化学氧气发生器包括用于在反应前锋传播经过氧气生成组合物时产生补充可呼吸气体的氧气生成组合物，其中该化学氧气发生器具有延长化学氧气发生器的操作持续时间而不增加发生器的长度的多个并行顺次连接的化学芯部。
[0009]因此，本发明的化学氧气发生器包括具有点火端和相对的氧气出口端的化学氧气发生器外壳、在化学氧气发生器外壳的点火端中的化学芯点火板、在化学氧气发生器中紧邻化学芯点火板并与之邻接的化学芯高反应性部分以及多个并行顺次连接的化学芯部。多个并行顺次连接的化学芯部各自包括氧气生成组合物并且具有朝向化学氧气发生器的点火端取向的第一端部、朝向化学氧气发生器的出口端取向的第二端部以及在第一端部与第二端部之间沿化学氧气发生器外壳的纵轴延伸一定长度的主体部分，其中多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的第一端部被设置成紧邻化学芯高反应性部分并且与之邻接。
[0010]在一个当前优选的方面，化学芯点火板包括底火帽。在另一个当前优选的方面，点火板和高反应性部分具有相同的直径，虽然作为替代，点火板的直径也可以小于高反应性部分的直径。在另一个当前优选的方面，高反应性部分包括凹部，并且点火板被设置在高反应性部分的该凹部内。在另一个当前优选的方面，化学芯点火板包括被配置为点燃化学芯点火板的活化粉末以及被配置为点燃活化粉末的底火帽。在另一个当前优选的方面，点火板和高反应性部分可以被形成为单一工件。在另一个当前优选的方面，点火板和高反应性层仅覆盖多个并行化学芯部中的一个化学芯部。
[0011]在另一个当前优选的方面，多个并行顺次连接的化学芯部通常以圆柱形的形状布置。在另一个当前优选的方面，多个并行顺次连接的化学芯部具有基本上长于多个并行顺次连接的化学芯部的直径的长度。在另一个当前优选的方面，多个并行顺次连接的化学芯部在点火端具有较高的活性，并朝向多个并行顺次连接的化学芯部的相对端具有逐渐减少的活性。在另一个当前优选的方面，多个并行化学芯部被形成为具有相等的横截面面积。
[0012]一种热绝缘层被设置在化学氧气发生器外壳中并处于多个并行顺次连接的化学芯部中的第二个化学芯部的第二端部与化学芯点火板之间，处于多个并行顺次连接的化学芯部中的第二个化学芯部的第二端部与多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的第一端部之间，并且处于多个并行顺次连接的化学芯部中的第二个化学芯部的主体与多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的主体之间。在当前优选的方面，该热绝缘层包括由耐火纤维材料形成的板。在另一个当前优选的方面，其中该耐火纤维材料可以是例如铝硅酸盐耐火陶瓷纤维、陶瓷纤维纸、浸溃有氢氧化钙的陶瓷棉、由硅酸钙形成的耐火材料板或者玻璃棉。
[0013]一种化学芯过渡部分被设置在多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的第二端部与多个并行顺次连接的化学芯部中的第二个化学芯部的第一端部之间并且与之紧邻并邻接，以确保当反应前锋到达多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的第二端部时该反应前锋从多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的第二端部传播到多个并行顺次连接的化学芯部中的第二个化学芯部的第二端部。在当前优选的方面，该过渡部分包括高反应性氧气生成组合物层。在另一个当前优选的方面，该过渡部分被定向为与化学氧气发生器外壳的纵轴呈约45度。在另一个当前优选的方面，该过渡部分被配置为迫使反应前锋从多个并行化学芯部中的第一个化学芯部的第二端部行进到与化学氧气发生器外壳的纵轴正交的多个并行化学芯部中的第二个化学芯部的第二端部。在本发明的化学芯结构中，反应前锋沿并行芯部中的第一个芯部移动，并且在第一部分已被消耗后，反应前锋经过该过渡部分并行移动到下一个芯部，并且从出口端朝向点火端继续前进，使得可以在不增加化学氧气发生器的长度的情况下增加反应前锋速度和化学氧气发生器的操作持续时间。
[0014]本发明的其他特征和优点将从结合附图的优选实施例的以下具体描述中变得更加显而易见，其中附图通过示例的方式示出本发明的操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1A是根据本发明的化学氧气发生器芯组件的第一实施例的横截面示意图。
[0016]图1B是沿图1A中的线1B-1B截取的横截面示意图。
[0017]图2A是根据本发明的化学氧气发生器芯组件的第二实施例的透视图。
[0018]图2B是图2A的化学氧气发生器芯组件的横截面示意图。
[0019]图3是具有相对长持续时间的化学氧气发生器的理想化氧气流曲线。
[0020]图4是根据本发明具有并行部分的化学芯组件的化学氧气发生器的氧气流曲线。
【具体实施方式】
[0021]参考以示例方式而非限制方式提供的附图，本发明提供了一种包括多个并行顺次连接的化学芯部的化学氧气发生器，其延长化学氧气发生器的操作持续时间而不增加发生器的重量或长度。因此，本发明提供了一种化学氧气发生器10，其包括化学氧气发生器外壳12，其中容纳包括一种或多种氧气生成组合物的化学芯组件14，所述氧气生成组合物用于在反应前锋传播经过氧气生成组合物时产生补充可呼吸气体。化学氧气发生器外壳通常由不锈钢形成，并且可以通过将化学芯组件包装在不锈钢片材、穿孔不锈钢片材或不锈钢丝网中来形成，例如，用以形成化学氧气发生器外壳的大体圆柱形主体18，尽管也可以使用其他合适的类似材料。被包装的芯组件通常被紧紧地保持在两个不锈钢杯20之间，这些不锈钢杯被固定地附接到化学氧气发生器外壳的大体圆柱形主体的两端22a、22b上。
[0022]化学芯组件的氧气生成组合物通常是基于氯酸钠的氧气生成组合物。如图1A至图2B所示，化学芯组件包括在图中的顶部示出的第一端部或点火端24以及在图中的底部示出的相对的第二端部或出口端26。化学芯组件优选地由固体材料形成，并且通常被构造为具有圆柱体的形状，其中该圆柱体的长度比其直径长得多。化学芯组件还优选地在点火端或燃烧开始端具有更高的活性，并且朝向另一端逐渐变得较不活跃，以便具有满足给定飞机下降曲线的氧气要求的氧气生成曲线/轮廓(profile)或氧气流量曲线。
[0023]化学芯组件优选地被形成为具有设置在化学氧气发生器外壳的第一端部或点火端的化学芯点火板或热板28,并且通常包括冲击底火帽(percuss1n primer cap) 30。化学芯点火板可以通过冲击底火帽直接点火或者通过由冲击底火帽点燃的活化粉末的热量来点火。化学芯点火板也可以通过其他手段诸如热导线或水引发的化学组合物而被点燃。
[0024]包括高反应性氧气生成组合物的化学芯高反应性部分32优选设置在化学氧气发生器外壳中紧邻化学芯点火板并且与之邻接或接触。一旦被点燃，点火板迅速反应，并且来自该反应的热量将启动高反应性部分的反应。点火板可以具有与高反应部分相同的直径，或者可以具有比高反应部分更小的直径。凹部34可以被形成在高反应性部分的中间区域，并且化学芯点火板的一部分可以位于该凹部内。可替代地，该点火板和该高反应性部分也可以构造成单一工件。
[0025]化学芯组件也有利地包括设置在化学氧气发生器外壳中的多个并行化学芯部，诸如第一和第二并行化学芯部38a、38b，但是多个并行化学芯部可以替代地包括三个或更多个并行部分。高反应性部分优选地不仅具有相对于多个并行化学芯部的化学反应性的高化学反应性，而且优选地具有比多个并行化学芯部的每一个的横截面面积相对更大的横截面面积，从而使得化学芯高反应性部分能够相当迅速地产生氧气以提供许多飞机下降曲线所需的相对高的初始氧气流量，如图3所示。如图1A所示，点火板和高反应性层可以基本上覆盖多个并行芯部，尽管如图2A和图2B所示，点火板和高反应性层可以仅覆盖多个并行芯部中的一个芯部。
[0026]多个并行化学芯部由至少一种氧气生成组合物形成，并且包括朝向化学氧气发生器的点火端取向的第一端部40a、40b，朝向化学氧气发生器的出口端取向的第二端部42a、42b，以及在第一和第二端部之间分别沿化学氧气发生器外壳的纵轴48延伸一定长度46a、46b的主体部分44a、44b。第一并行化学芯部的第一端部优选被设置成紧邻化学芯高反应性部分并与之邻接或接触。并行部分可以被制作成具有基本相等的横截面面积，或者可替代地，被定位成首先反应的并行部分可以被制作成具有比其他一个或多个并行部分稍大的横截面面积。
[0027]热绝缘层50也优选地设置在化学氧气发生器外壳中且处于第二并行化学芯部的第二端部与化学芯点火板之间，处于第二并行化学芯部的第二端部与第一并行化学芯部的第一端部之间，并且处于第二并行化学芯部的主体与第一并行化学芯部的主体之间。在高反应性部分与第二并行部分之间以及在多个并行部分之间的热绝缘层防止第二并行部分在第一并行部分被消耗之前进行反应。该绝缘体可以是预制的材料，或者可以在现场结合作为化学芯制造工艺的一部分，并且通常由耐火纤维形成为轻质刚性的热绝缘板板，诸如硅酸铝耐火陶瓷纤维，或用于高温热绝缘的陶瓷纤维纸诸如浸溃有氢氧化钙的陶瓷棉，其都可以从例如UNIFRAX公司以及FIBERFRAX旗下品牌购得，或其他类似的高温热绝缘材料也可以是合适的。氢氧化钙也可以被包含在热绝缘层中，以帮助除去所产生的氧气中的残留氯。也可以使用一种轻质耐火材料板,诸如由硅酸钙制成的耐火材料板,柔性绝缘材料诸如耐火陶瓷纤维高温绝缘片材、玻璃棉，或者用于高温应用的轻质柔性无有机杂质的气凝胶绝缘体。
[0028]化学芯组件通常还包括过渡部分52，该过渡部分优选包括高反应性氧气生成组合物，并且设置在化学氧气发生器外壳中处于第一并行化学芯部的第二端部与第二并行化学芯部的第一端部之间并与之紧邻且邻接或接触。参考图1A、图2A和图2B，在第二部分的底部处的高活性层使得反应前锋更易于从左手侧的部分传播到右手侧的部分。该过渡部分优选被配置为确保当反应前锋到达第一并行化学芯部的第二端部时反应前锋从第一并行化学芯部的第二端部传播到第二并行化学芯部的第二端部。因此并行芯部有效地延长了反应时间而不增加长度。该过渡部分优选被配置为迫使反应前锋从第一并行化学芯部的第二端部向正交于化学氧气发生器外壳的纵轴的第二并行化学芯部的第二端部行进。
[0029]—旦点火板被点燃,则热量将启动高反应性部分的反应。然后该反应通过左手侧的并行部分、过渡部分并且之后通过右手侧的并行部分继续前进。在该结构中，化学氧气发生器的操作持续时间可以几乎加倍而不增加发生器长度。然后来自高反应性部分的热量将启动第一并行化学芯部的反应，并且反应前锋将朝向第一并行芯部的出口端传播。在高反应性部分与第二并行化学芯部之间以及第一并行化学芯部与第二并行化学芯部之间的绝缘层防止第二并行化学芯部在第一并行化学芯部被消耗之前进行反应。一旦反应前锋到达过渡部分，反应前锋导致过渡部分反应。然后来自过渡部分的热量将启动第二并行化学芯部的反应，并且反应前锋在第二并行化学芯部中从出口端朝向点火端传播。因此这两个并行芯部可以有效地延长反应时间而不增加长度。
[0030]如图2B所示，在一个当前优选的方面，过渡部分可以被定向为相对于化学氧气发生器外壳的纵轴呈大约45度的角度。在这种结构中，向分裂芯部加载点火板以使其处于仅一半的化学芯的顶部上。该过渡通过结合高反应层用第二半芯的延伸部关闭该间隙来完成。该层被定向成与底部大约呈45度，以迫使反应前锋正交于芯取向行进。点火板由启动粉末30点燃。
[0031]反应热点燃在左手侧的化学芯部。然后反应前锋朝向出口端(图2A和图2B的芯部的底部)传播。当反应前锋到达第一部分的端部时，其启动高反应性层的反应。然后高反应性层启动在右手侧的部分的反应。一旦反应前锋到达过渡部分，反应前锋导致过渡部分做出反应。然后来自过渡部分的热量启动第二并行部分的反应，并且随后反应前锋继续从出口端朝向点火端传播。过渡部分和两个并行部分也可以被制作成在中间具有狭缝并且填充有绝缘层的单一部分。具有这种化学芯结构的化学氧气发生器之一的氧气生成流动曲线在图4中示出。这种化学氧气发生器运行超过60分钟。在大约32分钟处的峰值归因于高活性过渡层。可以通过修改高活性过渡层的形状来减小峰值高度。具有相同长度而没有并行部分布置的化学芯通常运行少于30分钟。
[0032]从上文中显而易见的是，虽然已经图示说明并描述了本发明的特定形式，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种修改。因此，除了由所附权利要求限定夕卜，并不希望本发明受到限制。
【权利要求】
1.一种化学氧气发生器，其包括氧气生成组合物，用于当反应前锋通过所述氧气生成组合物传播时产生补充呼吸气体，所述化学氧气发生器包括: 具有点火端和相对的氧气出口端的化学氧气发生器外壳； 化学芯点火板，其被设置在所述化学氧气发生器外壳的所述点火端中； 化学芯高反应性部分，其包括设置在所述化学氧气发生器中紧邻所述化学芯点火板并与之邻接的氧气生成组合物； 多个并行顺次连接的化学芯部，其设置在所述化学氧气发生器外壳中，所述多个并行顺次连接的化学芯部各自包括氧气生成组合物并且具有朝向所述化学氧气发生器的所述点火端取向的第一端部、朝向所述化学氧气发生器取向的第二端部以及在所述第一端部和所述第二端部之间沿所述化学氧气发生器外壳的纵轴延伸一长度的主体部分，所述多个并行顺次连接的化学芯部中的第一个化学芯部的第一端部被设置成紧邻所述化学芯高反应性部分并且与之邻接； 热绝缘层，其设置在所述化学氧气发生器外壳中并处于所述多个并行顺次连接的化学芯部中的第二个化学芯部的所述第二端部和所述化学芯点火板之间、处于所述多个并行顺次连接的化学芯部的所述第二个化学芯部的所述第二端部和所述多个并行顺次连接的化学芯部的所述第一个化学芯部的所述第一端部之间，并且处于所述多个并行顺次连接的化学芯部的所述第二个化学芯部的所述主体和所述多个并行顺次连接的化学芯部的所述第一个化学芯部的所述主体之间；以及 化学芯过渡部分，其包括设置在所述化学氧气发生器外壳中并处于所述多个并行顺次连接的化学芯部中的所述第一个化学芯部的所述第二端部和所述多个并行顺次连接的化学芯部中的所述第二个化学芯部的所述第一端部之间且与之紧邻并邻接的氧气生成组合物，所述化学芯过渡部分被配置为确保当反应前锋到达所述多个并行顺次连接的化学芯部中的所述第一个化学芯部的所述第二端部时该反应前锋从所述多个并行顺次连接的化学芯部中的所述第一个化学芯部的所述第二端部传播到所述多个并行顺次连接的化学芯部中的所述第二个化学芯部的所述第二端部。
2.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述化学芯点火板包括底火帽。
3.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述点火板和所述高反应性部分具有相同的直径。
4.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述点火板的直径小于所述高反应性部分的直径。
5.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述高反应性部分包括凹部，并且所述点火板被设置在所述高反应性部分的所述凹部内。
6.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述化学芯点火板包括被配置为点燃所述化学芯点火板的活化粉末以及被配置为点燃所述活化粉末的底火帽。
7.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述点火板和所述高反应性部分形成为单一工件。
8.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述多个并行顺次连接的化学芯部通常以圆柱形的形式布置。
9.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述多个并行顺次连接的化学芯部具有基本上长于所述多个并行顺次连接的化学芯部的直径的长度。
10.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述多个并行顺次连接的化学芯部在所述点火端具有较高的活性，并朝向所述多个并行顺次连接的化学芯部的相对端逐渐具有较低的活性。
11.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述多个并行化学芯部被形成为具有相等的横截面面积。
12.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述点火板和所述高反应性层仅覆盖所述多个并行化学芯部中的一个化学芯部。
13.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述热绝缘层包括由耐火纤维材料形成的板。
14.根据权利要求13所述的化学氧气发生器，其中所述耐火纤维材料包括铝硅酸盐耐火陶瓷纤维。
15.根据权利要求13所述的化学氧气发生器，其中所述耐火纤维材料包括陶瓷纤维纸。
16.根据权利要求13所述的化学氧气发生器，其中所述耐火纤维材料包括浸溃有氢氧化钙的陶瓷棉。
17.根据权利要求13所述的化学氧气发生器，其中所述耐火纤维材料包括由硅酸钙形成的耐火板。
18.根据权利要求13所述的化学氧气发生器，其中所述耐火纤维材料包括玻璃棉。
19.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述过渡部分包括高反应性氧生成组合物层。
20.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述过渡部分被定向成与所述化学氧气发生器外壳的纵轴呈约45度。
21.根据权利要求1所述的化学氧气发生器，其中所述过渡部分被配置为迫使所述反应前锋从所述多个并行化学芯部中的所述第一个化学芯部的所述第二端部行进到与所述化学氧气发生器外壳的所述纵轴正交的所述多个并行化学芯部中的所述第二个化学芯部的所述第二端部。
【文档编号】C01B13/02GK104519964SQ201380018775
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年4月3日
【发明者】G·马罗斯克, R·恩斯特, Y·张, G·S·萨格 申请人:Be 航天公司