固体推进剂/液体型混合气体发生器

摘要

一种气体发生器包括具有混合腔的外壳；该外壳中的烟火填料；在所述外壳中的容器；该容器中盛有液体，具有开放端和封闭端，端帽封闭所述开放端并且有活塞部可移动的连接其上，当所述活塞部与所述端帽脱离后，活塞部在所述液体容器中可通过移动来压缩其中的液体，当烟火填料被点燃产生燃气并且所述燃气超过预定压力时，所述活塞部与所述端帽脱离使所述活塞部位于暴露于所述燃气的位置；所述液体容器的所述封闭端具有弱部，该弱部被构建为当所述容器中的液体压力超过预定压力时就被打开；所述烟火填料和所述液体容器的所述弱部通过所述混合腔做流体交流。这样点燃烟火填料所产生的燃气与液体混合并使液体汽化，从而产生无毒、低温、低颗粒度的充胀气体。

说明书

技术领域

本发明总地涉及一种气体发生装置，更具体地涉及一种将固体推进剂或烟 火填料的热燃气产物与液体混合在一起的气体发生装置。

背景技术

各种气体发生的设置都是为了达到使安全设备装置膨胀起来的目的，例如 气囊。但是其中很多种设置都是简单地、几乎未作处理地将热燃烧产物释放到 膨胀装置中，而不是通过过滤将微小颗粒物除去。

为了改善由燃烧像混有氧化剂的叠氮化钠的固体推进剂所产生的气态产物 (其中的氧化剂如高氯酸钾)，于1974年1月15日授权给鲍尔等人(Poole et  al.)的美国专利(专利号为3,785,674)建议在气体发生器中包括冷却液腔室并 向该腔室中充入液体卤烃，例如将卤烃液体在含有丰富氮的环境中雾化以降低用 来充胀安全设备(气囊)的气体的温度。然而，在这种设置中所述气态燃烧产 物被直接释放到含有卤烃液体并被爆破隔膜封住的腔室中。这当然需要将所述 液体加热到沸点。则气态卤烃和热的燃烧产物混合在一起发生反应，使部分卤 烃腐烂。卤烃腐烂的结果是形成更低分子量的、有毒的卤素化合物(包括HCl 和HF)。为此，卤烃不用于气囊的混合充气中。

专利号为3,862,866的美国专利(在1975年1月28日授权给蒂姆耳曼等 人(Timmerman et al.))描述了与鲍尔等人的装置实质相似的一种设置，其基 本不同点是用水代替了卤烃液体。但是，此种设置易使所述气囊内部所有未蒸 发的液体被像淋浴花洒头喷水一样射出所述装置。

因此，虽然这些设置可作为天然灭火器来应用(为1995年9月12日授权 给甘儿伯瑞斯(Galbriath)的专利号为5,449,041的美国专利所披露)，其中 固体推进剂填充料被点燃并被用于驱动一定容量的具有抑制火焰能力的液体， 来以某种方式抑制和熄灭火焰，这样就达不到用所使用的液体来冷却的可能效 果。

这些设置所不能解决的另一个问题是在低温气候条件下的液体，例如水， 易于被冻结从而不能获得任何程度的冷却，和/或甚至通过产生固体材料的块 (冰)来阻碍装置的运作，这种阻碍或是作为障碍阻塞出口，或是将固体块变 为能以一种及不可取的方式从装置中被发射出去的弹药。

因卤烃更不易冻结，上述问题在使用卤烃液体时会更加恶化，所以其根据不 同环境因素的考虑被严格的限制使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于气囊和类似物的气体发生装置，其能彻底混 合烟火燃气和液体，从而产生较多气体并使之有效冷却，进而达到有效利用的 目的。

本发明的另一个目的是提供一种气体发生装置，其能将冷却液保持在它的 冻结点之上的温度，由此其在任何气候条件下能维持装置的正常运行，其中使 用了与气体发生器有关的安全装置。

简而言之，通过对相对较小的烟火填料的燃烧来达到上述目的，该燃烧用 来压缩储存有液体的合适形式的腔室，从而迫使液体从腔室进入混合腔，在混 合腔中液体进行充分的混合并在由燃烧填料产生气体的高速气流中汽化。所述 燃烧物料的热焓(sensible heat)被液体吸收后，该液体随之转化为大容积的液 体蒸汽。汽化液体和燃气的混合物以无毒、低温、低颗粒度的品质用于使气囊 膨胀的用途。

在一个实施例中，本发明可用作任何合适的气囊充气泵，例如细长形、大 体为筒状外壳的侧面冲击气泵，包括置于一端的打火器、设置在打火器内侧的 传爆药柱和设置在传爆药柱内侧的任何合适类型的烟火填料或固体推进剂。杯 状隔板围绕烟火填料的内侧部分并在其外围上设有多个第一小孔，该第一小孔 与外壳的内围相隔离，并且在杯状隔板的内端部上设有一个或多个第二小孔。

管腔设置在杯状隔板的内侧，包括紧邻隔板设在管腔端部的端帽，所述端 帽可移动地设于管腔并能在其中滑动。所述管腔的另一端封闭并包括薄部或弱 部，该部分当暴露于预定压力时失效或被打开。管腔中充有合适的液体，如像 氯化钙这样的抗冻结的水溶液。所述管腔的外围与外壳的内围隔开，从而在管 腔和外壳之间形成环形通道，该通道用于产生自烟火填料作为推进剂被点燃时 的燃气由位于杯状隔板上的第一外围小孔流出后的流通。

所述外壳的另一端包括由内壳部件限定的混合腔，该混合腔具有紧邻所述 管腔的封闭端设置的内端，所述内壳部件的内端具有与所述管腔封闭端上的弱 部相对齐的孔。第二隔板包括多个外围第三小孔，该第三小孔与所述外壳的内 围向内相隔离并能与形成于管腔和外壳之间的环形气体流通道相沟通，所述环 形气体流通道与位于围绕推进剂的杯状隔板上的第一外围小孔相沟通。在内壳 部件的外端，其被设于流体复合管上或与流体复合管做成一体，该内壳部件具 有多个放射状排列的等间距的排气口，所述排气口用于连接到复合管和/或气囊 或类似物上。

在一个实施例的操作中，用打火器点燃传爆药柱和推进剂来产生燃气，该 燃气从所述第一外围孔流出，流经围绕管腔的环形流体通道后通过位于外壳端 部的内壳部件上的外围第三小孔进入混合腔。所述燃气也沿轴向通过第二小孔 或位于隔板内端部的孔，从而对紧邻腔的端帽产生足够的压力使该端帽脱离管 腔并在管腔内向内移动，进而在管腔内压缩液体。管腔内的加压致使位于管腔 封闭端的弱部被打开，从而使加压液体通过内壳部件内端上的孔流入混合腔。

在混合腔内，燃气和加压液体充分混合来汽化所述液体。所述液体吸收燃 烧物料的一些热量后随之转化为大容积的液体蒸汽。汽化液体和燃气的混合物 流出流体复合管的放射状排列的排气口以用基本无毒、低温、低颗粒度品质的 物质充胀气囊或类似物。

在用于气囊充气泵或类似物的本发明的另一个实施例中，所述外壳可为圆 形的或短的冲击筒状的结构，并且打火器、传爆药柱和推进剂可呈放射状的间 隔设置，而不必沿管腔的长度方向设置。本实施例的运行方式基本与上述实施 例的运行方式相同。

在另一个本发明的实施例中，管腔是弹性的管道，该管道在燃气的压力挤 压下使管腔一端的弱部被打开，从而使其中的加压液体流入混合腔。

附图说明

图1A为本发明的气体发生器的一个实施例的侧视剖面视图；

图1B为根据图1A做出更改的气体发生器结构的侧视刨面视图；

图1C为根据图1A做出进一步更改的气体发生器结构的侧视刨面视图；

图2为本发明的气体发生器的另一个实施例的侧视剖面视图；

图2A为本发明的另一个气体发生器实施例像图2那样的侧视剖面视图；

图3A为气体发生器再另一个实施例的侧视剖面视图；

图3B为图3A中所示的气体发生器的俯视剖面视图。

具体实施方式

图1A以气体发生器10的形式示出本发明的一个实施例，该气体发生器可 用作侧面冲击(side impact)充气泵或其他气囊充气泵或类似物。所述气体发 生器10包括细长的、大体为圆柱形的外壳12，该外壳12由任何合适的金属或 其他材料制成，并在其一端具有任何合适类型的打火器14。任何合适类型的传 爆药柱(booster charge)16设置在所述打火器14的内侧并且任何合适类型的 烟火填料(pyrotechnic charge)或固体推进剂18被设置在所述传爆药柱16 的内侧。杯状隔板20围绕所述烟火填料或推进剂18的内部部分，且具有相对 较小直径的端部22并在其外围设有多个第一小孔24和在其内部底端设有第二 小孔26。

管腔28被设置在所述外壳12内部的隔板20的端部22的内侧，且其直径 小于外壳12的内径以此提供在外壳和管腔之间形成的环形气流通道30，该气流 通道与第一隔板20端部22外围上的第一小孔24相连通。所述管腔28包括可 移动地连接其上的端帽32，该端帽被设置于紧邻所述隔板20的端部22。所述 管腔28和端帽32可由任何合适的材料制成并可以合适的方式连接在一起。作 为示例，所述管腔28和端帽32可由合适的塑料制成，例如聚丙烯，其具有低 吸湿透气性且能抗高温和低温。所述端帽32可以粘接或其他方式连接到所述管 腔28，且在管腔28内部设有内活塞部34，在预定压力下当与所述端帽32分离 后，所述内活塞部34可在管腔内部滑动。作为示例，所述活塞部34可通过微 弱的或易碎的部分36连接到所述端帽32。

所述管腔28充有合适的液体，例如氯化钙与水的混合物，以防止该液体在 低温下的冻结和高温下的沸腾。作为示例，所述氯化钙混入水的重量浓度水平 在20-40％之间，其能在零下50℃不冻结和在零上115℃不沸腾。对于本领域的 技术人员来说，其他可用于此的合适液体也应在本发明的保护范围之内。

所述管腔28的另一端是封闭的，且其具有弱部40，该弱部40被构建为在 管腔内预定液体压力下打开从而在内部压力下为所述液体产生出口。内壳部件 42自所述外壳12的另一端向内延伸，其包括设有孔46的内端部分44，所述孔 46设置于紧邻所述管腔28的弱部40并与弱部40相对齐。所述内壳部件42包 括位于其外围的多个第三小孔48，该第三小孔48与外壳12和管腔28间形成的 环形气流通道30相连通。所述内壳部件42在其内部限定了混合腔50，该混合 腔50用于燃气通过第三小孔48的流入和受压液体通过位于内端部分44上的所 述孔46从管腔28的流入。

所述内壳部件42可在其外端连接到任何合适类型的流体复合管52，该流体 复合管52可具有用于插入充气操作的多个开口54，并被以任何方式连接到复合 管(未示出)和\或气囊(未示出)。

为了防止所述管腔28直接接触所述环形气流通道30中的热燃气，可用由 任何合适材料(例如金属)制成的第二管56包围住所述管腔28。所述第二管 56可以任何合适的方式设在所述内壳部件42上，从而在其与所述外壳12之间 限定顺滑的环形气流通道30。为了形成不同宽度的环形气流通道30的目的，所 述第二管56根据需要可构建成不与所述外壳12的内围表面平行或同心。在本 发明的范围之内，如图1B所示，所述第二管56可被省略掉。

如图1A所示，在所述气体发生器10的运行中，所述打火器14点燃传爆药 柱16和烟火填料18产生燃气，所述燃气流出位于所述隔板20的端部22外围 上的第一小孔24，进入在所述外壳12和所述管腔28之间形成的环形气流通道 30中。所述热燃气也流出位于所述隔板20的端部22上的第二小孔26，同所述 管腔28的端帽32的活塞部34相接触。作用在所述活塞部34上的燃气压力通 过使弱部36断裂来将活塞部34从所述端帽32上分离开，致使所述活塞部34 向管腔内滑行，进而压缩管腔内的液体。液体的增压致使管腔端部的所述弱部 40失效，使加压液体通过位于内壳部件42上、紧邻内端部分44的孔46流出所 述管腔28，进入其混合腔50。所述热燃气流经环形流体通道30，也通过位于内 壳部件42外围上的第三小孔48进入混合腔50，与进入所述混合腔50的液体相 混合。

所述热燃气和液体在混合腔50内充分混合以使其中的液体气化。燃烧产物 的热焓被所述液体吸收，从而使所述液体转化为大容积的蒸汽。汽化液体和燃 气的混合物流经流体复合管52的开口54的出口以无毒、低温、低颗粒度品质 的物质充胀气囊(未示出)或类似物。

图1C示出气体发生器210的另一个实施例，所述气体发生器210与图1A 中所示的气体发生器10在结构和运行方式上相似。类似气体发生器10，图1C 所示的气体发生器210主要包括外壳212、打火器214、传爆药柱216、烟火填 料218、围绕所述烟火填料内侧部分的杯状隔板220、设置在所述隔板220内侧 的管腔228和端帽232及活塞部234。管腔228的另一端具有弱部240和自所述 外壳212的另一端向内延伸的内壳部件242，还包括具有孔246的内端部分244， 其中所述孔246紧邻管腔228的弱部240并对齐弱部240。所述内壳部件242包 括多个位于其外围的第三小孔248，该第三小孔与在外壳212和管腔228之间形 成的圆环形流体通道230相连通。所述内壳部件242限定了在其之内的混合腔 250，该混合腔用于燃气通过第三小孔248的流入和来自管腔228的加压液体通 过位于端部244上的所述孔246的流入。

如图1C所示的气体发生器210的实施例不同于如图1A所示的气体发生器 之处在于，所述杯状隔板220在其外围没有第一小孔和所述其内端部具有的第 二小孔226与所述管腔228的端帽232隔开。因此，燃气流经第二小孔226，所 述第二小孔226位于隔板220的内端部上，同时对管腔228的活塞部234和环 形流体通道230的压力导向限制了混合腔250的所述内壳部件242。

图2示出另一个气体发生器110的实施例，其与图1A所示的气体发生器10 在运行方式上相似，并由紧凑的圆形或短圆柱形外壳112构成，可作为气囊充 气泵，例如正面充气泵或类似物。

在气体发生器110中，打火器114、传爆药柱116和烟火填料118在管腔 128一侧的相互间的位置关系为侧边相对，所述管腔具有端帽132和设置于其中 的可移动的活塞部134。所述管腔128的内部或上部封闭端由弱部140构成，该 弱部140与位于隔板147上的出口孔146相对齐。所述出口孔146可打开向位 于内壳部件142上部的混合腔150的入口，所述内壳部件在其外围上具有多个 孔148，该多个孔面向外壳112中的烟火填料118。所述混合腔150与上部或外 部的流体复合管部分152相连通，所述流体复合管部分152具有设于其上的放 射状排列的开口154，所述开口与复合管(未示出)和/或气囊(未示出)相连 通。

气体发生器110的运行方式与如图1A所示的气体发生器10相同。点燃推 进剂118产生燃气，燃气通过位于内壳部件142上的孔148进入混合腔150。所 述燃气还致使活塞部134从管腔128的端帽132上脱离，从而所述活塞部134 在管腔128内向内移动来压缩其中的液体，进而使位于所述管腔128的封闭端 的弱部140打开，导致液体流经出口146而流入所述混合腔150，在其中与热燃 气混合后通过位于内壳部件142上的孔148进入混合腔150。混合燃气和汽化液 体通过所述混合腔150上的开口151进入流体复合管部分152，并由其上的开口 154流出以向气囊(未示出)或类似物充气。

图2A示出气体发生器310的另一个实施例，该气体发生器在结构和运行方 式上与图2所示的气体发生器110相似。在气体发生器310中，打火器314位 于外壳312下部的中部并被烟火填料318围绕，其在通过位于隔板349上的孔 348与混合腔350做流体交流。

管腔328被设置在隔板349内部、所述打火器314之上，其包括端帽332 和可移动的活塞部334，所述活塞部可移动的连接到端帽上。所述管腔328的上 部封闭端由弱部340构成，所述弱部与位于隔板349上的、开向所述混合腔350 的出口孔346相对齐。所述活塞部334与所述烟火填料318做流体交流。

所述混合腔350与流体复合管(未示出)和/或气囊(未示出)能进行流体 交流。

所述气体发生器310的运行方式大体上与图2所示的气体发生器110相同。 点燃推进剂318产生燃气，燃气通过位于隔板349上的孔348进入混合腔350。 所述燃气也致使活塞部334从所述管腔328的端帽332上脱离，从而使所述活 塞部在管腔内向里运动来压缩其中的液体，所述加压液体冲开所述管腔328的 封闭端上的弱部340，导致液体流经所述出口346而进入混合腔350，在混合腔 中所述液体与经过位于所述隔板349上的孔348进入混合腔350的热燃气相混 合。然后所述混合的燃气和汽化液体进入流体复合管(未示出)或类似物从而 来对气囊(未示出)或类似物进行充气。

图3A和3B示出再另一个气体发生器410的实施例，该气体发生器在结构 和运行方式上与图1A、1B、1C所示的气体发生器10和210相似。所述气体发 生器410包括可由任何合适的金属或其他材料制成的细长的、大体为圆柱形的 外壳412，在其一端具有任何合适类型的打火器414。任何合适类型的传爆药柱 416被设置在所述打火器414的内侧，并且任何合适类型的烟火填料或固体推进 剂418被设置在所述传爆药柱416的内侧。杯状隔板420围绕所述传爆药柱416 和烟火填料或固体推进剂418，并且在杯状隔板的外围上具有多个第一小孔424 和在杯状隔板的内端部422上具有第二小孔426。

管腔428被设置在所述外壳412内部、所述隔板420的端部422的内侧， 并且其直径小于所述外壳412的内径以在外壳和隔板之间形成环形流体通道 430，用以与所述隔板420上的第一小孔424和第二小孔426相连通。所述管腔 428是具有扁平的、密封的外端部432和内端433的弹性管，其具有弱部440， 该弱部被构建成当所述管腔内达到预定液体压力时能被打开以产生在其中压力 下液体的出口。所述管腔428可由任何合适的材料制成，例如合适的塑料材料 如聚丙烯(polypropylene)。所述管腔428所充有的合适液体例如可为氯化钙 与水的混合物，以防止所述液体在低温下的冻结和在高温下的沸腾。所述氯化 钙的浓度可与如图1A和1B中描述的管腔28中的液体浓度相同。

内壳部件442自所述外壳412的另一端向内延伸，其包括内端部444，该内 端部上设有的孔446被设置在紧邻所述管腔428的弱部440并与所述弱部440 相对齐。所述内壳部件442包括设置在其外围上的多个第三小孔448，该第三小 孔与在所述管腔428与外壳412之间形成的环形流体通道430相连通。所述内 壳部件442限定了位于其中的混合腔450，该混合腔用于燃气通过所述孔448向 里流入和从所述管腔428通过所述内壳部件442的端部444上孔446的加压液 体的流入。所述内壳部件442可在其外端被连接到任何合适类型的流体复合管 452，该流体复合管可具有多个开口454用于插充操作，并且内壳部件可以任何 合适的方式被连接到复合管(未示出)和/或气囊(未示出)。

为了防止所述管腔428与所述环形流体通道430中的热燃气直接接触，管 腔可被由任何合适材料(例如金属)制成的第二管456所围绕。所述第二管456 可被以任何合适的方式设在所述内壳部件442上，进而用于限定在第二管和外 壳412之间的滑顺的环形流体通道430。所述第二管456可根据需要为了形成不 同厚度的环形流体通道430而构建为不与所述外壳412的内围表面平行或同轴。 如图1B所示一样，在本发明的范围内可省略第二管456。

在图3A和3B所示的气体发生器410的运行中，打火器414点燃所述传爆 药柱416和烟火填料418以产生燃气，所述燃气流出位于隔板420上的第一小 孔424和第二小孔426，接触到管腔428的临近扁平端，并进入在所述管腔428 和外壳412之间的环形流体通道430。作用在所述弹性管腔428上的燃气压力致 使所述管腔被挤压进而压缩其内的液体。增加的液体压力致使所述管腔428内 端的弱部440失效从而使加压液体通过内壳部件442的临近端444上的孔446 流出所述管腔428，进而流入其混合腔450。所述热燃气流经环形流体通道430 并通过内壳部件442的外围上的孔448进入混合腔450，来同进入所述混合腔 450的液体混合。

所述热燃气和所述液体在混合腔450充分混合以使其中的液体汽化。所述 燃烧产物的热焓被液体吸收从而使液体转化为大容量的蒸汽。然后汽化液体和 燃气的混合物流经流体复合管452的出口孔454并用无毒、低温、低颗粒度的 物质来使气囊(未示出)或类似物膨胀起来。

在本发明的范围之内，所述气体发生器10，110，210，310和410的各部件可 由任何合适的材料制成，所述烟火填料可为任何合适类型的填料或推进剂，且 管腔中的液体可为任何合适类型的液体。

虽然这里对本发明的描述当前被认为是最实际及最优的实施例，但是应该理 解为本发明不限于所披露的实施例，恰恰相反，各种更改变形及等同替换均应 认为包括在所附权利要求所涵盖的精神之内。