СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА КИСЛОРОДА Российский патент 2000 года по МПК C01B13/02 

Изобретение относится к технике получения кислорода из твердых источников путем их термического разложения и может быть использовано при изготовлении генераторов кислорода для средств защиты органов дыхания.

В настоящее время для обеспечения кислородом в дыхательных целях широкое распространение получили генераторы кислорода, используемые как самостоятельно, так и в составе дыхательных аппаратов.

Известны генераторы кислорода, содержащие корпус (оболочку) с размещенным в нем брикетом твердого источника кислорода (ТИК), пусковое приспособление и фильтрующий элемент (США N 3756785 A, 04.09.1973, N 3986638 A, 19.10.1976, N 3955931 A, 11.05.1976, N 3861888 A, 21.01.1975). Основным элементом генератора, определяющим его технические характеристики, является твердый источник кислорода, представляющий собой осесимметричный прессованный брикет, состав которого обычно включает кислородоноситель (хлораты, перхлораты щелочных металлов), горючее, связующее и катализатор (США N 4164218 A, 14.08.1979, N 4154234 A, 15.05.1979, ФРГ N 2633344 B1, 29.12.1977, N 2446410 A1, 15.04.1976).

Брикеты ТИК могут быть изготовлены методом статического или гидростатического прессования, литьем или экструзией, однако ни один из этих приемов не позволяет получить брикеты с отношением высоты к диаметру более 5:1, что обуславливает возможность использования таких брикетов только для кратковременной работы, например, в индивидуальных средствах защиты органов дыхания.

Для коллективных средств защиты необходимы генераторы кислорода с длительным сроком действия. С этой целью в генераторах кислорода используют составной брикет, состоящий из нескольких элементов.

Однако такой прием снижает надежность работы генератора, поскольку контакт между элементами может быть нарушен из-за некачественной сборки или наличия на поверхности элемента продуктов реакции с окружающей атмосферой, образование которых возможно в процессе сборки генератора.

Для повышения надежности работы генератора фирмой Dragerwek AG (ФРГ) разработан способ изготовления генератора кислорода, согласно которому в цилиндрическую оболочку помещают несколько сформированных брикетов ТИК (кислородных свечей), отделяя их друг от друга теплоизолирующей и амортизирующей прокладкой и соединяя их между собой через воспламенительный элемент. Число брикетов ТИК в этом случае может быть увеличено, в связи с чем может быть увеличена и продолжительность работы генератора (ФРГ N 3422021 A1, 19.12.1985, N 3446550 A1, 03.07.1986).

Использование такого генератора целесообразно в том случае, если заранее точно определены требования по скорости и количеству выделения кислорода для конкретных условий объекта, когда на объекте может быть установлен изготовленный в заводских условиях генератор. С учетом изменения условий, когда меняется число лиц, находящихся в объекте, время их пребывания, имеется необходимость использования кислорода для технологических нужд и т.п., на объекте должно быть установлено несколько генераторов с различным числом брикетов с тем, чтобы в зависимости от требований включить тот или иной генератор.

Однако, такое решение не обеспечивает удобство эксплуатации генератора по следующим обстоятельствам. Во-первых, на практике невозможно предусмотреть все вероятные условия жизнедеятельности в объекте и, соответственно, определить требуемый запас генераторов.

Во-вторых, из-за недостаточной надежности работы генераторов, обусловленной наличием нескольких брикетов, контакты между которыми могут быть легко нарушены, запас генераторов на объекте должен быть с избытком.

Известен способ изготовления генератора кислорода, разработанный этой же фирмой, предусматривающий применение закрытой емкости, полученной путем сваривания стенок из листового металла. В одной из этих стенок имеются образующие связанную линию углубления. В емкость закладывают химикалиевую массу, выделяющую под действием термической реакции кислород. После заполнения емкости обе стенки сжимают в изостатическом прессующем устройстве, что сопровождается деформацией углублений, и затем герметично соединяют по наложенным одна на другую кромкам, при этом обе стенки снабжены углублениями и заполнение происходит в осевом направлении по каналам (ФРГ N 2756543 B2, 24.07.1980).

Изготовленный таким способом генератор имеет значительное время выделения кислорода, однако, во-первых, технология его изготовления весьма трудоемка, во-вторых, эксплуатационные возможности ограничены, поскольку для каждого конкретного режима работы необходимо изготавливать новую оболочку.

Наиболее близким аналогом является способ изготовления генератора кислорода, разработанный той же фирмой, позволяющий получить монолитный брикет ТИК, высота которого намного превышает его диаметр. Шихту твердого источника кислорода помещают в образующее взаимосвязанную линию углубление в пластине (оболочке), затем прикрепляют к этой пластине вторую пластину, сваривают их по участкам и затем всю оболочку подвергают гидростатическому (ФРГ N 2650349 B2, 10.01.1980).

Однако, в данном способе не устранены отмеченные выше недостатки.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления генератора кислорода и повышение удобства его эксплуатации.

Эта цель в способе изготовления генератора кислорода, включающем помещение шихты кислородвыделяющего состава в оболочку и ее уплотнение, достигается тем, что шихту уплотняют до помещения в оболочку, затем ее дробят и помещают в оболочку в виде полидисперсной массы.

Такой прием позволяет изготовить генератор кислорода практически любой формы и неограниченной длины, выбрав только соответствующую оболочку (обычную цилиндрическую или квадратную емкость), при этом существенно упрощается снаряжение оболочки, заключающееся в элементарной засыпке дробленного продукта в емкость. Поскольку запас дробленного продукта и необходимые емкости можно хранить на объекте, то и снаряжение может быть произведено непосредственно на объекте с учетом требуемых режимов работы.

Способ осуществляется следующим образом. Готовят шихту твердого источника кислорода, для чего исходные компоненты - хлорат или перхлорат щелочного металла, предварительно высушенный до остаточной влажности 0,5 мас.%, надперекись или перекись щелочного металла и горючее смешивают в соотношении, определяемом особенностями химических взаимодействий взятой системы компонентов, например системы хлорат натрия (NaClO₃) - надперекись натрия (NaO₂) - бор(B). С целью избежания взрывоопасных мольных концентраций горючее-надперекись смешение осуществляют в две стадии. На первой смешивают хлорат и горючее, на второй к полученной смеси добавляют перекисное соединение. Полученную шихту формуют в брикеты в матрице обычным глухим способом или прессованием на гидравлическом прессе. Пресс-инструмент может иметь любую форму и размеры, которые определяются в основном техническими характеристиками пресса и экономической целесообразностью. Прессование брикета проводят до плотности 1,90 - 1,95 г/см³.

Готовые брикеты ТИК дробят на обычной щековой дробилке, в результате чего получают шихту, имеющую полидисперсный состав: от гранул размером 3 - 5 мм до кристаллов исходного сырья. Максимальный размер гранул обеспечивается техническими характеристиками дробилки.

Полидиспесную шихту ТИК помещают в емкость, откуда по мере необходимости отбирают требуемое количество для снаряжения генератора.

Снаряжение генератора кислорода осуществляется следующим образом. В оболочку определенного размера, который выбирается в зависимости от условий работы коллективного средства защиты и, соответственно, требуемой скорости выделения кислорода, засыпают полидисперсную шихту ТИК. Затем оболочку помещают на виброустановку и уплотняют под действием вибрации с частотой 60 Гц, амплитудой 200 - 300 мм. Плотность упаковки обычно составляет 1,70 - 1,80 г/см³. После уплотнения в верхней части оболочки укладывают пусковую таблетку и устанавливают пусковое приспособление обычного типа (капсюль-воспламенитель, электрозапал и т.п.). Генератор кислорода готов к работе.

В зависимости от требований таким образом может быть изготовлен генератор с массой кислородовыделяющего элемента от 0,3 до 40 кг, при этом полидисперсная шихта ТИК может быть помещена в оболочку не только различного размера, но и различной конфигурации, в частности, авторами использовались оболочки цилиндрической, квадратной и овальной формы.

Выбор параметров генератора определяется требуемой скоростью выделения кислорода. Например, при необходимости генерации кислорода со скоростью 3 - 5 л/мин полидисперсную шихту ТИК засыпают в оболочку диаметром 35 - 37 мм, а для обеспечения заданного времени работы генератора устанавливают соответствующую высоту кислородвыделяющего элемента, в частности, для работы в течение 30 - 40 мин высота слоя ТИК должна составить 260 - 300 мм. Для генерации кислорода со скоростью 200 - 400 л/мин в течение 25 - 30 мин полидисперсную шихту засыпают в оболочку диаметром 240 - 250 мм, при этом высота слоя ТИК должна составить 250 - 260 мм.

В таблице приведена характеристика работы генератора кислорода, изготовленного предлагаемым способом.

Габаритные размеры оболочки: диаметр 250 мм, высота 260 мм.

Масса кислородвыделяющего элемента 18,5 кг.

Инициирование осуществлялось нагревом электрической спиралью через промежуточный пиротехнический состав.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления генератора кислорода позволяет получить генератор с регулируемыми в широком диапазоне параметрами по скорости выделения кислорода и времени работы. В отличие от прототипа технология изготовления генератора существенно упрощается, поскольку в предлагаемой технологии не требуется изготовления оболочек специальной и довольно сложной конфигурации, исключаются операции весового дозирования и сварки. При наличии соответствующей оболочки и запаса полидисперсной шихты ТИК изготовление генератора легко может быть осуществлено непосредственно на объекте.

Изобретение предназначено для получения кислорода из твердых источников путем их термического разложения и может быть использовано при изготовлении генераторов кислорода для средств защиты органов дыхания. Для изготовления генератора шихту кислородвыделяющего состава уплотняют, дробят и помещают в оболочку в виде полидисперсной массы, что позволяет упростить способ изготовления и повысить удобства эксплуатации генератора кислорода. 1 табл.

Способ изготовления генератора кислорода, включающий помещение шихты кислородвыделяющего состава в оболочку и ее уплотнение, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа изготовления и повышения удобства эксплуатации генератора, шихту уплотняют до помещения в оболочку, затем ее дробят и помещают в оболочку в виде полидисперсной массы.