JP2003510228A - ガス発生器および低温ガスの発生法 - Google Patents
ガス発生器および低温ガスの発生法Info
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Abstract
Description
温ガスを得るための方法に関する。
ば、自動車、救命いかだ、救命ボート及び救命胴衣からのエアーバッグの膨張、
(火事の際に通風孔を孤立させるための良好なドリフトに使用されるところの)
迅速に設置される隔壁、異なるタイプの空気系の駆動装置及び発生器、並びに機
械装置の操作等のような数多くの目的のために使用されている。
ている。これらの方法は、特別のユニットにおいて固定物質を分解又は燃焼する
ことに基く。これらの物質は通常、モノリシックな又は多孔性の生成物の形態に
形作られており、かつ全てのタイプの形状及び寸法にある。
交換器のような特別に設計されたものにより冷却される。
却剤の吸熱分解プロセス、又は冷却剤による熱吸収の結果として低減される。そ
のようなプロセスは、例えば、米国特許第1362349号明細書、英国特許第
1371506号公報、フランス国特許第136897号公報及びロシア国発明
者証第801540号公報に開示されている。熱交換器の使用は、英国特許第1
500137号公報及び英国特許第1487944号公報に開示されている。
き上回ることができる冷却剤の質量、及び熱交換器の場合に、交換器の設計特徴
に依存する。
造である。他の欠点は、公知のガス発生器は、ガスが150℃未満に冷却される
ことを可能にせず又はそれを提供しないことである。それ故、これらのガス発生
器の適用は、そのような高温に耐え得る系に限定される。これらは、コスト経済
及び適用の観点から不利である。
し得るばかりでなく、また自動車用エアーバッグの場合に、エアーバッグにより
保護されることを想定されるところの人間(ドライバー)のために多量かつ所望
されない量の成分を含む。
な生成物は、それらのガス発生法の負の特徴である。これは、完全な系の信頼性
及び効率を減少する。特に救命エアーバッグ工業において、冷たいガスの発生用
の信頼性のある、安全かつ経済的な方法の絶え間ない必要性がある。
生成物の吸熱分解を使用することにより、冷たいガス、とりわけ窒素、また水素
及び酸素を発生する方法を開示している。ガス浸透性固体物質は、ガス源及び熱
吸収混合物を含み、それにより、ガス反応生成物は、反応の前方地点(フロント
)の移動方向に生成物の多孔性本体を通って高温ガスを通過させることにより冷
却される。高温ガスは、吸熱化学反応が生じることを持続するために必要な温度
に多孔性本体を加熱する。多孔性ボディーの加熱は、主要な反応を可能にするた
めに必要である。冷却剤の分解はまた、吸熱化学反応である。該特許は、97%
より良好な純度及び150℃未満の温度を持つ固体推進系から窒素ガスを得るこ
とを請求している。
て)、アジド、ハイドライド及び塩素酸塩が、ガス源として使用され、該化合物
は通常、アルカリ及びアルカリ土類化合物の形態において使用される。これらの
化合物の分解において、通常高い反応性の金属スラグがガス発生器内に残存する
。
。NaN3の分解反応は、Na及びN2をもたらす。同様に、ナトリウム化合物の
他の分解反応において、ナトリウムがまた形成される。形成されたガスは噴出さ
れ、そしてスラグが残存する。このスラグは、接合剤の残り並びに、冷却剤及び
金属ナトリウムを含む。ガス発生のこれらの条件下に、非常に化学反応性に富ん
だナトリウムがこのようにして発生される。この非常に反応性に富んだ物質は、
凝縮された燃焼分解生成物中に蓄積され、そして従って、関係する人間のために
潜在的な危険性を与える。湿分が存在するとき、これは、非常に可燃性かつ爆発
性の水素の発生と結び付いて生じる激しくかつ危険な反応をもたらし得る。該分
解は、爆発により、他の所望されない効果、又はもし人間が巻き込まれるなら、
人的損害さえ生ずるかもしれない。
, its properties and use」State Publishing House、モスクワ、1961年、第14
2頁に開示されている。金属ナトリウム除去のために述べられた方法の一つは、
水による分解である。使用されたガス発生器を中和するためにこの方法を適用す
ることができるために、使用後の発生器が密閉され、そして発生器の反応性残存
物を適切に中和するために適した設置に移されなければならない。これは危険で
あり、コスト的効果がなく、複雑であり、そして従って所望されない。
化ナトリウムが分解すると形成される。ナトリウムは非常に反応性に富み、かつ
活動的な化学物質である。この反応性の結果として、ナトリウムは、数多くの十
分に安定な化合物に至るまで幅広い種類の物質と反応し得る。これらの化合物の
一つは硫黄である。ナトリウムは硫黄と反応して、ナトリウムスルフィド(Na 2 S)を形成する。
例えば、米国特許第3775199号明細書、米国特許第5536340号明細
書、欧州特許第394103号公報及び米国特許第3741585号明細書から
公知である。硫黄は、ガス発生組成物の分解の間に蒸発され、そして中性のナト
リウムスルフィドまで形成されたナトリウムスラグと反応する。
リウムスラグが形成される速度およびナトリウムスラグと反応する速度と同じ速
度で硫黄を気化させることは困難である。その結果、気化した硫黄がガス発生器
から流出し、および/または金属ナトリムの全てが中和されるわけではない。こ
れが、従来技術に記載された、硫黄とガス発生組成物との混合物を使用すること
の欠点である。
の出力および性能パラメーターに対する大きな譲歩を伴うことなく低温の窒素ガ
スの有効な発生を生じるところの製品を開発することである。
の窒素ガスを発生させるガス発生器を提供することである。
の有効かつ十分な中和を伴って低温ガスの発生を生じるところの、ガス発生のた
めの配置を今見出した。
本体、および中和剤を発生させるための手段を含む少なくとも1つの第二本体を
含むガス発生器において、該中和剤を該第一本体と接触させて該第一本体におけ
るガスの発生からの反応生成物を中和するための手段が存在し、かつ第一本体に
おけるガスの発生から時間的および/または空間的間隔をおいて第二本体での中
和剤の発生を操作するための手段が存在するところのガス発生器を含む。
、ガス発生および中和の有効性および信頼性を改善することができる。本発明の
一実施態様によれば、1つのハウジングに2つのガス発生物質が存在し、互いに
空間的に分離されている。ガス、好ましくは低温のガスを発生させることを第一
のタスクとする第一ガス発生器および第一ガス発生器から得られたスラグのため
の中和化合物を発生させることを第一のタスクとする第二ガス発生器である。
、好ましくは低温の、窒素、水素および/または酸素ガスが得られ得るところの
組成物を含む。ここで、発生したガス状生成物は、移動する分解の前方地点(フ
ロント)の方向に多孔性物体に通される。
は、有効な中和剤化合物、例えば硫黄、酸化鉄、金属硫化物、金属酸化物(Fe
、Cu、Mg、Ti、Sn、Bなどに由来)、SiO2などと共にガス発生組成
物を含む。中和剤組成物によって、第一発生器で生じたガスとは別個に中和ガス
が生じる。中和ガスは、第一ガス発生器から時間的および/または空間的間隔を
おいて生じる。中和剤が、分解する固体多孔性物質と、その分解中または分解前
に接触しないことが本発明の重要な局面である。本発明は、その物質が分解され
た後のみに、中和剤が、分解された多孔性固体物質を通過し、それによって、(
通常は有害な)分解生成物(スラグ)を中和するという原理に基づく。中和ガス
は、スラグの有効な中和が行なわれ、かつ気状中和剤が放出されない速度および
方法で生じる。中和剤、例えば気状硫黄は、第一ガス発生器からの反応生成物(
スラグ)と、これらの生成物が有効に中和されるように反応する。
はアジ化ナトリウムを含むガス透過性固体物質、接合剤および任意的な熱吸収性
混合物を含む第一ガス発生器、ここで、固体物質は35〜60%の多孔性を有す
る、ならびに硫黄および追加の窒素源を含む中和剤組成物を含む第二ガス発生器
に関する。
から選択され得る。一般には、そのために、アジド、水化物および塩素酸塩が使
用され、好ましくはアルカリ金属形態である。
二の両方のガス発生器における窒素源が、アルカリ金属アジドまたはアルカリ土
類金属アジドの群から選択され、好ましくはアジ化カリウムまたはアジ化ナトリ
ウム、より好ましくはアジ化ナトリウムである。
明の実施態様では、第二発生器の気化した中和剤が第一発生器からのスラグと接
触することができる限り、互いに対して任意の位置に置かれ得る。
第一ガス発生器の上記反応前方地点と第二ガス発生器における中和剤の製造との
間の空間的間隔は、第一ガス発生器からの高温の反応生成物が後に残り、一方、
窒素ガスは放出されるような間隔である。中和の前方地点は分解の前方地点より
遅れ、後に残っている上記反応生成物を中和する。
分解速度と異なる。すなわち、ガス発生組成物および中和剤の分解が同時に開始
される。金属スラグが形成され、次いで、第二発生器で気状中和剤の発生が生じ
、スラグを中和する。
時点より遅い。
れ得る。
。ガス発生器は、ガス発生成分、例えばアジ化ナトリウムを接合剤(例えばフェ
ノール樹脂)および任意的な冷却剤または他の熱吸収性混合物と共に含む多孔性
固体物質を含む。本体の他の部分は、中和剤部である。中和剤は、中和剤(硫黄
、鉄、金属硫化物、金属酸化物)およびガス発生成分を含む。ガス発生成分は、
第一部分におけるガス発生成分、例えばアジ化ナトリウムと同じであり得る。ガ
ス発生器が活性化されると、ガスが発生し、放出され、後に反応性の高い金属ナ
トリウムスラグが残る。中和剤が活性化されると中和試薬が気化する。固体中和
剤の場合は、エーロゾルの形状にされ得る。中和剤はスラグと反応し、その結果
、有害でないまたはあまり有害でない物質が生じ、ナトリムを硫黄で中和する場
合は、中性の硫化ナトリウムが生じる。
するのに十分であり、かつ気状の中和剤が最小量しかまたはほとんど放出されな
いような量である。
ために、中和物質が、ナトリウムスラグとの反応が高められる形態であるのが好
ましい。この程度まで、中和剤を粉末、顆粒などの形状のガス発生化合物と混合
させることができる。
ウムおよび硫黄の使用に基づき、第一および第二本体における窒素源の合計量が
ガス発生器の総重量に対して50〜80重量%を成し、第二本体における中和剤
の量が第二本体の重量に対して47〜90重量%を成す。ガス発生器の各重量は
、ハウジング、外部の冷却補助器具などの不存在下で測定される。
本発明に従うガス発生器を含む。第二本体(ガス発生器)は、10〜53重量%
の窒素源および47〜90重量%の中和剤を含む。好ましい実施態様では、第二
本体(ガス発生器)が15〜25重量%、より好ましくは17〜23重量%の窒
素源および75〜85重量%、より好ましくは77〜83重量%の硫黄を含む。
しくは硫黄粉末の形状である。
要な硫黄の量である硫黄の下限の間に含まれる。硫黄の上限は、気化した硫黄が
ほとんど放出されない量、または出力ガス純度に関して許容され得ると考えられ
る量によって決定される。
の処方を提供するために測定された。種々の成分(窒素源、熱吸収性物質及び硫
黄)の比は、蒸発された硫黄の所望の最大排出及び物質の安定な燃焼が得られる
ように選ばれた。もし、物質中の硫黄濃度が、90重量%より多い、追加の窒素
源及び硫黄の合計重量(中和剤質量)であるなら、物質の安定な点火及び燃焼は
可能ではないことが分った。もし、硫黄の濃度が、47重量%未満の該合計量で
あったなら、蒸発された硫黄の排出が所望の水準未満に減じられ、かつ合計(中
和剤質量)/(窒素源)比は、十分に高い水準における元素ナトリウムの結合を
得るために増加されなければならなかった。窒素源と中和剤との好ましい質量比
は、スラグ中のナトリウムスルフィドへのナトリウムの合計の中和により決定さ
れる。
第二本体の一部として均一に混合される。
硫黄の合計重量に基いて、10〜53重量%の追加の窒素源及び47〜90重量
%の硫黄の量で硫黄及び追加窒素源を含む。
の合計量は17〜35重量%である。
全体の中和は、硫黄の不足のために不十分である。該量が35重量%を超える場
合に、蒸発された硫黄は発生されたガスと共に噴き出され、そして従って、発生
された窒素ガスの純度が減少する。
み得ることが注意されなければならない。もし、これらが、発生器の目的の使用
において所望されないなら、下流に追加の濾過手段を含むことが有利であり得る
。これは、任意の種類のフィルター、例えば、砂、化学フィルター、金属ワイヤ
フィルター等であり得る。いくつかの例において、フィルター中にいくらかの追
加の中和剤を含め、それにより、汚染物がガスと一緒に吹き出されることに対す
る追加の防御手段を提供することがまた有利であり得る。
より冷たいガスを発生する場合に、該状態は、物質が殆ど完全に分解されるとき
、残余の多孔性物質の冷却能力が余りに小さいので、一定の水準にガスの温度を
維持できないことを生じ得る。もし、特定の適用において、これが許容されない
なら、ガス発生器における下流に冷却手段を含めることが有利であり得る。特に
、冷却手段及び濾過手段の両方が、同一の物質(砂、鋼ワイヤ、鋼ウール、金属
メッシュ等)から容易に建設され得る故に、これらの冷却手段を上記の濾過手段
と結合することが可能である。
び他の反応生成物が分解の前方地点で発生されること; −第二本体において中和剤を発生させること; −第一本体における該他の反応生成物を中和剤との反応によって中和すること; −第一本体の分解の前方地点と、第二本体からの中和剤を第一本体に通すことに
より得られる中和の前方地点との間で時間的及び/又は空間的間隔を維持するこ
と の工程を含む、ガス、好ましくは窒素の発生法に関する。
。窒素源のガス状分解生成物が、反応の前方地点の移動方向に分岐した多孔性本
体を通過し、そして該多孔性本体に熱を移行することにより冷却される。中和剤
の燃焼において、蒸発された硫黄が発生され、そして窒素源のスラグを通過され
る。本発明の実施態様において、窒素源の反応の前方地点と中和剤の反応の前方
地点との間で空間的及び時間的間隔が提供される。蒸発された硫黄と金属ナトリ
ウムとの間の反応は発熱的である。しかし、ガス発生と中和との間で空間的及び
時間的間隔がある故に、これは、発生されたガスの温度に影響を与えないであろ
う。この間隔は、窒素源の反応速度と比較するとき中和剤のより低い反応速度に
より、又は適切な時間の後れにより達成され得る。この間隔により、蒸発された
イオウは主として、ナトリウムが形成される後に発生され、従って、ガスの発生
及びナトリウムの中和の両方のためにより最適な反応条件を可能にする。
又は窒素源及び中和剤の非同時的な点火による流速の調節により制御され得る。
従って、本発明は、低温ガス用発生器を含む。
多孔性本体を通ってガスを通過させることにより冷却される。
において形成されるところの熱が吸収される。
は、発生ガスが150℃未満、好ましくは100℃未満の温度に冷却されるよう
である。
ガスのための開口部2を備えられたガス発生器が示されている。ハウジング1内
に二つのガス発生本体3、4が存在する。第一の固体状多孔性本体3がガスの過
半量を提供し、かつ本体4は中和ガスを提供する。更に、冷却及び/又はフィル
ター物質、例えば、分散された追加の中和剤を任意的に含む砂フィルターの本体
5が存在する。
成が生じ、該ガスは、主として矢印Bの方向、即ち、本体3を通って流れ、それ
により、多孔性物質を加熱し、同時に、比較的低い温度に冷却される。最後に、
冷却されたガスは、矢印Cの方向に開口部2を通ってハウジング1から出る。
向に移動する。
れる。該ガスは矢印Dの方向に流れ、そして本体3において中和の前方地点(図
示せず)を形成する。該前方地点は、分解の前方地点の後方に存在するが、同一
の方向(矢印A)に移動する。
Claims (21)
- 【請求項1】 ガスを発生させるための手段を含む少なくとも1つの第一本体、
および中和剤を発生させるための手段を含む少なくとも1つの第二本体を含むガ
ス発生器において、該中和剤を該第一本体と接触させて該第一本体におけるガス
の発生からの反応生成物(スラグ)を中和するための手段が存在し、かつ第一本
体におけるガスの発生から時間的および/または空間的間隔をおいて第二本体で
の中和剤の発生を操作するための手段が存在するところのガス発生器。 - 【請求項2】 ガスを発生させるための該手段が、窒素、酸素、水素またはそれ
らの組み合わせを生じる成分を含む、請求項1記載のガス発生器。 - 【請求項3】 第一本体における該手段が、ガス源、接合剤および任意的な熱吸
収性混合物を含むガス透過性固体物質を含み、該固体物質が35〜60重量%の
多孔性を有する、請求項2記載のガス発生器。 - 【請求項4】 該第一本体が、窒素、好ましくはアジド、より好ましくはアジ化
ナトリウムを発生させるための手段を含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の
ガス発生器。 - 【請求項5】 反応生成物が、ナトリウムを含有するスラグを含む、請求項1〜
4のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項6】 第二本体が、ガス源および中和剤を含む、請求項1〜5のいずれ
か1項記載のガス発生器。 - 【請求項7】 中和剤が硫黄である、請求項1〜6のいずれか1項記載のガス発
生器。 - 【請求項8】 第一および第二本体におけるガス源、好ましくは窒素源の合計量
が、ガス発生器の総重量に対して50〜80重量%を成し、第二本体における中
和剤の量が第二本体の重量に対して47〜90重量%を成す、請求項1〜7のい
ずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項9】 第二本体が、ガス発生器の総重量に対して17〜35重量%であ
る、請求項1〜8のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項10】 第二本体が、10〜53重量%の窒素源および47〜90重量
%の中和剤を含む、請求項1〜9のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項11】 発生したガスが熱吸収性物質によって冷却される、請求項1〜
10のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項12】 熱吸収性物質が第一本体に入れられている、請求項1〜11の
いずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項13】 第一本体の下流に、ガスを冷却しおよび/またはろ過するため
の手段が存在する、請求項1〜12のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項14】 該手段が、ガスに同伴された汚染物のための中和剤をも含む、
請求項1〜13のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項15】 該第一および第二本体が1つの容器内に入れられており、該容
器が、発生したガスのための少なくとも1つの出口を有する、請求項1〜14の
いずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項16】 ガス透過性多孔性固体物質を第一本体において分解し、それに
よって、ガスおよび他の反応生成物を分解の前方地点(フロント)で発生させる
工程; 第二本体において中和剤を発生させる工程; 第一本体における該他の反応生成物を中和剤との反応によって中和する工程; 第一本体の分解の前方地点と、第二本体からの中和剤を第一本体に通すことによ
り得られる中和の前方地点との間で時間的および/または空間的間隔を維持する
工程 を含む、ガス、好ましくは窒素の発生法。 - 【請求項17】 発生したガスが、反応の前方地点の移動と同じ方向にガスを多
孔性固体物質に通すことにより冷却される、請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 熱が多孔性物体に吸収され、その熱はガス透過性多孔性固体物
質の分解において生成される、請求項16または17記載の方法。 - 【請求項19】 生成および吸収される熱の量が、発生したガスが150℃、好
ましくは100℃より下の温度に冷却されるような量である、請求項11〜13
のいずれか1項記載のガス発生器。 - 【請求項20】 多孔性固体物質に吸収された熱が、ガス透過性多孔性固体物質
の分解に必要な温度を維持する、請求項17〜19のいずれか1項記載のガス発
生器。 - 【請求項21】 発生したガスが、ガスの発生の下流においてフィルターおよび
/または冷却手段に通され、該フィルターおよび/または冷却手段は所望により
中和手段をさらに含む、請求項16〜20のいずれか1項記載のガス発生器。
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