термохимический генератор кислорода, состав твердого кислородовыделяющего элемента и устройство для снабжения кислородом

Формула изобретения

1. Термохимический генератор кислорода, содержащий корпус с газоотводящим штуцером и размещенный в корпусе кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде брикета с отверстием, который снабжен защитной оболочкой, и помещенный в герметичный кожух нагреватель, который установлен в отверстии брикета, отличающийся тем, что наружная часть защитной оболочки выполнена проницаемой в виде винтовой оплетки из тонкой металлической ленты-фольги, соседние витки которой перекрывают друг друга, а внутренняя часть защитной оболочки представляет собой сплошную непроницаемую поверхность.

2. Термохимический генератор кислорода по п.1, отличающийся тем, что винтовая оплетка защитной оболочки выполнена многослойной.

3. Термохимический генератор кислорода по п.1 или 2, отличающийся тем, что газоотводящий штуцер снабжен холодильником, а герметичный кожух нагревателя выполнен из материала с высокой теплопроводностью и снабжен радиатором.

4. Термохимический генератор кислорода по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что корпус разделен вертикальными теплоизолирующими перегородками на секции, в каждой из которых размещен кислородный патрон.

5. Состав твердого кислородовыделяющего элемента, включающий перхлорат натрия и надпероксид и/или пероксид натрия, отличающийся тем, что дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перхлорат натрия - 70 - 80

Кремний - 1,0 - 2,5

Надпероксид и/или пероксид натрия - Остальное

6. Состав твердого кислородовыделяющего элемента по п.5, отличающийся тем, что дополнительно содержит диоксид кремния в количестве до 5 мас.%.

7. Устройство для снабжения кислородом, содержащее по меньшей мере один термохимический генератор кислорода, ресивер, систему трубопроводов с контрольно-измерительной и запорно-регулирующей аппаратурой и средством подключения к потребителю, отличающееся тем, что в ресивере размещен слой адсорбента, а на трубопроводе, соединяющем выход термохимического генератора кислорода с ресивером и средством подключения к потребителю, установлен холодильник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам для получения кислорода из химических веществ и может быть использовано как в респираторных или дыхательных устройствах, так и для медицинских или технических целей.

Из уровня техники известен термохимический генератор кислорода, содержащий корпус с газоотводящим штуцером и размещенный в корпусе кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде брикета с отверстием, который снабжен защитной оболочкой, и помещенный в герметичный кожух нагреватель, который установлен в отверстии брикета (см. патент США N 5733508, Мкл. A 62 B 7/08, 1998 г.). При подводе тепла к брикету от нагревателя происходит поджигание и термическое разложение кислородосодержащего состава, из которого выполнен брикет, с выделением кислорода.

Основным недостатком данной конструкции является сложность регулирования скорости генерирования кислорода, поскольку реакция разложения кислородосодержащего состава протекает с выделением тепла, что даже при размещении в корпусе нескольких заменяемых кислородных патронов делает процесс практически неуправляемым и зависящим только от геометрических параметров кислородовыделяющего элемента - брикета и состава компонентов, т.е. качественного и количественного содержания химических веществ.

Наиболее близким к изобретению из известных является состав твердого кислородовыделяющего элемента, включающий перхлорат магния, надпероксид и/или пероксид натрия и диоксид кремния (см. вышеуказанный патент США N 5733508), но скорость его термического разложения недостаточно высока.

Также известно устройство для снабжения кислородом, выполненное на базе термохимического генератора кислорода с твердым кислородовыделяющим элементом (см. вышеуказанный патент США N 5733508), которое благодаря наличию аккумулятора кислорода (ресивера) и системы трубопроводов с запорно-регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой позволяет снабжать кислородом различных потребителей. Однако функциональные возможности этого устройства ограничены.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей как термохимического генератора кислорода, так и устройства для снабжения кислородом, выполненного на его основе.

Кроме того, целью изобретения является создание состава твердого кислородовыделяющего элемента, обладающего достаточно высокой и стабильной скоростью разложения из дешевого сырья.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в термохимическом генераторе кислорода, содержащем корпус с газоотводящим штуцером и размещенный в корпусе кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде брикета с отверстием, который снабжен защитной оболочкой, и помещенный в герметичный кожух нагреватель, который установлен в отверстии брикета, согласно изобретению наружная часть защитной оболочки выполнена проницаемой в виде винтовой оплетки из тонкой металлической ленты - фольги, соседние витки которой перекрывают друг друга, а внутренняя часть защитной оболочки представляет собой сплошную непроницаемую поверхность.

При этом винтовая оплетка защитной оболочки может быть многослойной, что позволяет регулировать (подбирать) термическое сопротивление и скорость разложения брикета, а соответственно и выделения кислорода при изготовлении или перед использованием кислородного патрона.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что состав твердого кислородовыделяющего элемента, включающий перхлорат натрия и надпероксид и/или пероксид натрия, дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перхлорат натрия - 70-80

Кремний - 1,0-2,5

Надпепоксид и/или пероксид натрия - Остальное

При этом заявленный состав твердого кислородовыделяющего элемента может дополнительно содержать диоксид кремния в количестве до 5 мас.%

Кроме того, решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для снабжения кислородом, содержащем по меньшей мере один термохимический генератор кислорода с твердым кислородовыделяющим элементом, ресивер, систему трубопроводов с контрольно-измерительной и запорно-регулирующей аппаратурой и средством подключения к потребителю, согласно изобретению в ресивере размещен слой адсорбента (например, цеолит), а на трубопроводе, соединяющем выход термохимического генератора кислорода с ресивером и средством подключения к потребителю, установлен холодильник.

Наличие слоя адсорбента в ресивере в сочетании с холодильником, включенным на выходе термохимического генератора или расположенным на газоотводящем штуцере в устройстве для снабжения кислородом, расширяет функциональные возможности, обеспечивая получение требуемых параметров кислорода для различных потребителей при высокой степени накопления (аккумулирования) выделившегося кислорода.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид термохимического генератора кислорода; на фиг. 2 схематично изображено размещение нескольких кислородных патронов в термохимическом генераторе кислорода; на фиг. 3 представлена схема устройства для снабжения кислородом.

Термохимический генератор кислорода содержит корпус 1, в котором размещен кислородный патрон, включающий твердый кислородовыделяющий элемент в виде снабженного защитной оболочкой брикета 2 с отверстием 3 (сквозным или глухим), нагреватель 4, помещенный в герметичный кожух 5 из материала с высокой теплопроводностью, который установлен в отверстии 3 брикета 2. Наружная часть 6 защитной оболочки выполнена проницаемой в виде винтовой оплетки из тонкой металлической ленты-фольги, соседние витки которой перекрывают друг друга, а внутренняя часть 7 имеет сплошную непроницаемую поверхность. На выходе из корпуса 1 термохимического генератора установлен газоотводящий штуцер 8, снабженный фильтром 9, обратным клапаном 10 и холодильником 11. Кожух нагревателя 4 в нижней части имеет радиатор 12 (возможно с наружным оребрением), что снижает относительный перегрев деталей конструкции, а сам нагреватель 4 может быть электрическим, химическим, электропиротехническим и др.

При выполнении термохимического генератора с несколькими кислородными патронами 13 (см. фиг. 2) последние размещаются на одном уровне в секциях, образованных в корпусе 1 теплоизолирующими перегородками 14, что обеспечивает дискретное регулирование скорости выделения кислорода (включая перерывы в выделении кислорода) путем последовательно-параллельного включения кислородовыделящих элементов в работу.

Для изменения скорости термического разложения твердого кислородовыделяющего элемента, а соответственно и скорости выделения кислорода во времени по заданной программе наружная часть 6 защитной оболочки брикета 2 может быть выполнена многослойной с неравномерным распределением витков-слоев по длине брикета 2.

Термохимический генератор кислорода работает следующим образом.

При включении нагревателя 4 выделяющееся в нем тепло через стенки кожуха 5 и внутренней части защитной оболочки подводится к брикету 2 твердого кислородовыделяющего элемента, в котором при достижении определенной температуры начинается реакция термического разложения состава, содержащего: 70 - 80 мас.% перхлората натрия; 1,0-2,5 мас.% кремния, (возможно наличие до 5 мас.% диоксида кремния, величина фракций которого больше, чем у кремния); надпероксид и/или пероксид натрия - остальное, с выделением кислорода. Образовавшийся кислород заполняет полость корпуса 1 и через штуцер 8, пройдя холодильник 11, подается к потребителю.

Скорость разложения состава твердого кислородовыделяющего элемента, которая определяется по времени перемещения зоны химической реакции от внутренней поверхности брикета 2, контактирующей с нагревателем 4, к его наружной поверхности, и количество выделившегося кислорода зависит от конкретного количественного содержания компонентов и размера брикета. Так, например, для брикета в виде кольцевого цилиндра диаметром 30 мм, высотой 200 мм и массой 250 г, содержащего: 70 мас.% перхлората натрия; 2,0 мас.% кремния и 28 мас. % пероксида натрия, скорость разложения состава (скорость выделения кислорода) составляет 9,5 мм/мин (3,9 л/мин), а количество выделившегося кислорода равно 82,1 л.

В соответствии с изобретением на основе вышеописанного термохимического генератора кислорода выполнено устройство для снабжения кислородом (см. фиг. 3), которое содержит один или несколько термохимических генераторов 15 кислорода, подключенных к общей магистрали 16, холодильник 17, ресивер 18, частично или полностью заполненный адсорбентом (например, цеолитом), средства 19, 20 подключения к потребителям соответственно высокого и низкого давления, которые соединены системой трубопроводов с контрольно-измерительной аппаратурой.

Устройство для снабжения кислородом работает следующим образом.

Выделившийся в термохимических генераторах 15 кислород охлаждается в холодильнике 17 и поступает в ресивер 18, где аккумулируется-адсорбируется слоем цеолита с высокой степенью накопления, и через средства 19 или 20 выдается потребителю высокого или низкого давления. При этом благодаря наличию ресивера 18 обеспечивается как возможность плавного регулирования скорости подачи кислорода различным потребителям независимо от режима работы термохимических генераторов 15, так и возможности накопления кислорода с последующим снабжением потребителей после окончания процесса разложения кислородовыделяющего состава.