ТВЕРДЫЙ ИСТОЧНИК АЗОТА ДЛЯ ДЫХАТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2005 года по МПК A62D9/00 

Изобретение относится к твердым источникам азота и может быть использовано для индивидуальных дыхательных аппаратов. Оснащение индивидуальных дыхательных аппаратов таким источником азота позволит повысить эффективность защиты дыхания за счет разбавления азотом кислородной среды, т.е. предотвратить таким образом токсическое воздействие чистого кислорода при повышенном давлении и длительной эксплуатации.

Известны твердые источники азота, выделяющие азот для быстрого наполнения газовых подушек при автомобильных столкновениях, например, состав, содержащий азид щелочного металла 65-74%, оксид железа (III) 10-28%, нитрат натрия 5-16% и гидрофобный коллоидный кремнезем 0,1-2% по патенту США №4836255, МПК С 06 В 35/00, 1989 г. Однако при сгорании этих составов характерна высокая (почти взрывная) скорость выделения азота и, как правило, наличие в газе значительного количества вредных примесей. Таким образом, использование азота таких составов для дыхательных смесей исключается.

Необходимо отметить, что почти все составы твердых источников азота для дыхательных смесей включают азид натрия, так как состав должен иметь высокий выход азота на единицу массы.

Кроме азида натрия как азотсодержащего вещества и как горючего компонента состав твердого источника азота включает вещества, выполняющие фактически роль окислителя. Чтобы иметь высокий выход азота содержание азида (за счет окислителя) должно быть предельно высоким. Однако увеличение в составе содержания азида сопровождается одновременным ростом линейной скорости горения, температуры горения и выбросом в газовую фазу металлического натрия. Таким образом, состав становится пожароопасным, а выделяемый азот, непригодным для дыхания. Для нормальной работы состав твердого источника азота должен иметь минимальную линейную скорость горения и твердый остаток, связывающий металлический натрий. Противоречие между удельным выходом азота, пожаробезопасностью и отсутствием вредных примесей в дыхательной смеси в твердом источнике азота разрешается подбором оптимального окислителя, который обеспечивает минимальную скорость горения состава.

В качестве прототипа заявителем выбран патент США 3996079, МПК С 06 В 35/00, 1976 г., предлагающий газогенерирующий состав на основе азида щелочного или щелочноземельного металла и оксида железа или оксида никеля. Это наиболее пожаробезопасный состав из известных, поскольку при его сгорании образуется прочный остаток горения, сохраняющий исходную форму брикета.

Однако температура горения этого состава все же еще достаточно высокая, что недопустимо при использовании азотообразующих составов в индивидуальных дыхательных аппаратах.

Содержание оксидов никеля и железа в этих составах соответствует стехиометрическим реакциям азотообразования, т.е. оксида никеля - 28,3% и оксида железа - 29%. Увеличением содержания оксида никеля до 74,2% и оксида железа до 70,3% можно обеспечить пожаробезопасность составов (температура горения состава ниже 550°С). Однако при этом резко снижается удельный выход азота.

Задачей изобретения является повышение пожаробезопасности работы состава при сохранении высокого выхода азота на единицу массы.

Задача решается тем, что состав твердого источника азота на основе азида натрия дополнительно содержит асбест хризотиловый при следующем соотношении компонентов (мас.%):

азид натрия50-70асбест хризотиловый30-50

Данный состав более пожаробезопасен за счет более низкой скорости горения (примерно в 2 раза) и более низкой температуры горения (примерно на 90-100°). Одновременно данный состав позволяет сохранить форму остатка и сохранить высокий удельный выход азота.

Способ изготовления твердого источника азота заявляемого состава заключается в измельчении, смешении и увлажнении исходных компонентов с последующим традиционным формованием смеси в брикеты различной конфигурации (блоки, таблетки) в зависимости от потребности.

Примеры заявляемого состава твердого источника азота приведены в таблице 1.

Таблица 1Номер примераСодержание компонентов, %ПримечаниеАзид натрияАсбест хризотиловыйПример 17030Состав с наибольшим выходом азотаПример 26040 Пример 35050 

Испытания формованных составов (диаметр 45 мм) твердых источников азота осуществляли в герметичной камере, снабженной электроинициирующим устройством, аэрозольным фильтром (фильтр - материал марки ФМТ-Г) и выводом азота. Температура горения составов фиксировалась с помощью термопары, а объем и скорость выделения азота определялись с помощью ротаметра и газосчетчика ГСБ-400.

Камера предварительно заполнялась азотом.

Плотность таблеток диаметром 45 мм составляла 1,74-1,90 г/см³.

Для сравнения в аналогичных условиях были проведены испытания твердого источника азота по патенту США №3996079.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2Твердый источник азотаТемпература горения, °ССкорость горения,
мм/сОценка пожаробезопасностиВыход азота, л/кгПримечаниеЗаявляемый состав по примеру 15300,3Безопасен360 Заявляемый состав по примеру 24900,29Безопасен310 Заявляемый состав по примеру 34600,25Безопасен258 Известный состав с содержанием оксида железа 29,9%660-7350,5Пожароопасен300Использование в дыхательных аппаратах недопустимоИзвестный состав с содержанием оксида железа 31,1%660-7350,5Пожароопасен300-″-

Как видно из представленных данных, заявляемый состав относительно пожаробезопасен, так как имеет более низкую температуру горения и более низкую скорость горения, обеспечивающую спокойный характер выделения азота. При этом удельный выход азота предлагаемого состава сохраняется достаточно высоким.

В результате открывается возможность использования твердых источников азота для индивидуальных средств защиты органов дыхания.

Изобретение может быть использовано для индивидуальных дыхательных аппаратов. Состав включает азид натрия в количестве 50-70 мас.% и асбест хризотиловый в количестве 30-50 мас.%. Предложенный состав позволяет повысить пожаробезопасность работы состава при сохранении высокого выхода азота. 2 табл.

Твердый источник азота для дыхательных смесей на основе азида натрия, отличающийся тем, что дополнительно содержит асбест хризотиловый при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Азид натрия50-70Асбест хризотиловый30-50