氧气发生器以及控制氧气发生器的氧气产生速率的方法技术

氧气发生器以及控制氧气发生器的氧气产生速率的方法。本发明专利技术涉及一种氧气发生器，其包含用于产生氧气的组合物和酸性化合物和/或碱性化合物，其中用于产生氧气的组合物包含氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐，和任选的碱性化合物，并且其中该氧源包含过氧化物化合物，该离子液体至少在‑10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2‑14族的金属，并且该金属盐包含一种单一金属或两种或更多种不同金属，以及有机阴离子和/或无机阴离子。本发明专利技术还涉及一种用于控制氧气发生器的氧气产生速率的方法，以及一种用于以受控方式产生氧气的装置。

Oxygen generator and method of controlling oxygen production rate of oxygen generator

【技术实现步骤摘要】
氧气发生器以及控制氧气发生器的氧气产生速率的方法
本专利技术涉及氧气发生器、以受控方式产生氧气的方法和装置。
技术介绍
没有氧气，人类就不能存在。然而，在许多环境中，氧气供应不足或者存在涉及缺氧的紧急情况的风险，例如在SAR(搜索和救援)应用中，在潜艇中，在矿井中，在太空舱中，以及在飞机中。空气压力随着飞行高度的增加而降低，并且在许多航空器特别是远程航空器的巡航高度上，不再能够为人类提供足够的氧气。因此，航空器机舱被加压以确保足够的氧气供应。在航空器机舱突然减压的情况下，必须能够获得氧气面罩，该氧气面罩向机组人员和乘客供给氧气，直到航空器到达可获得足够氧气的飞行高度。由这些应急系统提供的氧气典型由所谓的“氯酸盐蜡烛”(chloratecandles)或“氧烛”(oxygencandles)产生。这些化学氧气发生器含有氯酸盐或高氯酸盐作为氧源，以及各种添加剂如燃料、催化剂、粘合剂和缓和剂。氯酸盐蜡烛通常呈圆柱形棒的形式，即它们具有类似于蜡烛的形状。例如，在WO97/43210中公开了氯酸盐蜡烛。已知的氯酸盐蜡烛需要高温，在所述高温下发生氧气产生。即，在氯酸盐蜡烛中，分解反应需要约350℃的温度来引发，并且在450-700℃的温度下释放氧气。因此，需要氯酸盐蜡烛的有效隔热，从而导致重量和尺寸代价。此外，氯酸盐和高氯酸盐的分解往往会产生有毒的副产品，特别是氯气，必须将其从氧气流中除去，因此额外增加了尺寸和重量。此外，还存在系统故障的风险。在氯酸盐蜡烛中，反应区通常为液体，即在燃点处开始时，存在穿过该蜡烛的液体区。在另外的固体蜡烛内的液体区使蜡烛显著失稳，使得机械冲击或甚至轻微的振动可能导致蜡烛部分的分离，从而中断热传递以及中止氯酸盐或高氯酸盐的分解。在这种情况下，氧气的产生可能中断，尽管仍然非常需要氧气。不同类型的化学氧气发生器使用过氧化物作为氧源，例如过碳酸钠、过硼酸钠、或过氧化氢的脲加成物。过氧化物的分解产生氧气，并且可通过使过氧化物化合物与适当的酶或过渡金属催化剂接触来开始分解反应。此类型的化学氧气发生器公开于US2035896、WO86/02063、JPS61227903、和DE19602149中。许多已知的过氧化物基氧气发生器使用水来提供过氧化物和催化剂之间的接触。遗憾的是，水在0℃时冻结，因此在0℃以下不能产生氧气，而一些应急系统必须在0℃以下运行。而且，过氧化物在水溶液中的分解可导致反应混合物的剧烈冒泡。因此，含有过氧化物基氧气产生组合物的氧气发生装置必须具有复杂的结构。EP3323782A1中公开了一种新概念。该文献公开了从离子液体中的过氧化物产生氧气的组合物和方法。该组合物包含至少一种氧源、至少一种离子液体、和至少一种金属氧化物化合物，其中该氧源包含过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态,并且该金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属。离子液体的使用提供明显的优点。离子液体是环保的化合物。它们在宽广的温度范围内为液体，并且表现出低至不存在的蒸气压。而且，此类液体是不易燃的，并且甚至可用作阻燃剂，这使得它们对于在飞机上的使用极具吸引力。它们的许多其它性能可通过改变其分子结构来改变。它们的高热容量使得它们能够将来自过氧化物分解为氧气的反应热消散。EP3323782A1中公开的组合物在宽广的温度范围内(也包括低于冰点的温度)可靠且连续地产生可呼吸的氧气。产生的氧气处于低温，例如低于150℃或甚至更低。其典型不含有毒成分或其它有害成分，如氯气或一氧化碳。这些组合物能够在延长时段内并且以大的流速产生氧气，并且能够在需要时立即产生氧气。然而，上述所有氧气产生组合物的共同之处在于它们以特定系统固有的流速产生氧气，并且一旦氧源的分解反应开始，就不能使其停止，直至所有氧源已分解。因此，可能存在这样的情况，虽然不需要氧气但仍产生氧气，然而随后，当可能再次需要氧气时，不再有任何氧气可用。此类情况在SAR应用、采矿、潜艇和太空飞行应用中经常发生。如果在传统的氧气发生器中，有意或无意地中断氧气产生(如在氯酸盐氧气蜡烛中可能发生的)，则不可能重新开始氧气产生。此外，在使用者特别严重的身体紧张的阶段，临时地需要更多的氧气，但现有技术的氧气发生器不能在期望的时间段内提供增加的氧气供应。为上述现有技术的至少一些问题提供解决方案并且提供可改变氧气产生速率(即增加或减少氧气流速)的氧气发生器将是有益的。提供一种可在不需要氧气时停止氧气产生并且在需要氧气时重新开始氧气产生的氧气发生器也是有益的。特别有益的是当氧气产生的停止和重启能够多次进行时。此外，如果该氧气发生器能够在宽广的温度范围内(并且优选包括低于冰点的温度)可靠且连续地产生可呼吸的氧气，将是有益的。产生的氧气应处于低温，例如低于150℃或甚至更低。理想地，氧气应不含毒性成分或其它有害成分，例如氯气或一氧化碳。如果该氧气发生器能够在延长的时间段内并且以大的流速并且优选在需要时立即产生氧气也是有益的。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施方案包括一种氧气发生器，其包含产生氧气的组合物，该组合物包含氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐，和酸性化合物和/或碱性化合物，或者，如果离子液体是酸性化合物或含有酸性化合物，则产生氧气的组合物包含氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐，和碱性化合物，以及任选的另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物，其中该氧源包括过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且所述金属盐包含一种单一金属或两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。本专利技术的另外示例性实施方案包括一种控制氧气产生组合物的氧气生成速率的方法，该方法包括提供氧源，提供离子液体，提供金属氧化物和/或金属盐，通过使氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐接触产生氧气，和通过向氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐中加入酸性化合物和/或碱性化合物来改变氧气产生速率，或者，如果离子液体是酸性化合物或者含有酸性化合物，则提供氧源，提供离子液体，提供金属氧化物化合物和/或金属盐，提供碱性化合物，通过使氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物接触来产生氧气，并任选地通过向氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物中添加另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物来改变氧气产生速率，其中该氧源包含过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且所述金属盐包含一种单一金属或者两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。本专利技术的另外示例性实施方案包括一种以受控方式产生氧气的装置，该装置包括容纳产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧气发生器，其包含/n-产生氧气的组合物，该组合物包含氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐，和/n-酸性化合物和/或碱性化合物，或者，/n如果离子液体是酸性化合物或含有酸性化合物，则/n-产生氧气的组合物,该组合物包含氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐，和碱性化合物，以及/n任选的，另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物，/n其中/n-该氧源包括过氧化物化合物，/n-该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，/n-该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且/n-所述金属盐包含一种单一金属或两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。/n

【技术特征摘要】
20180730 EP 18186432.31.一种氧气发生器，其包含
-产生氧气的组合物，该组合物包含氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐，和
-酸性化合物和/或碱性化合物，或者，
如果离子液体是酸性化合物或含有酸性化合物，则
-产生氧气的组合物,该组合物包含氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐，和碱性化合物，以及
任选的，另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物，
其中
-该氧源包括过氧化物化合物，
-该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，
-该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且
-所述金属盐包含一种单一金属或两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。


2.根据权利要求1所述的氧气发生器，其中所述氧源选自碱金属的过碳酸盐、碱金属的过硼酸盐、脲过氧化氢、和它们的混合物。


3.根据权利要求1或2所述的氧气发生器，其中所述离子液体是具有阳离子和阴离子的至少一种盐，其中所述阳离子选自咪唑鎓、吡咯烷鎓、铵、吡啶鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、鏻和锍阳离子，和/或其中所述阴离子选自二甲基磷酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、三氟甲基磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、氯离子、溴离子、碘离子、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根和丁-3-烯酸根。


4.根据权利要求1-3任一项所述的氧气发生器，其中所述金属氧化物化合物选自MnO2、Co3O4、CrO3、Ag2O、CuO、Fe3O4和PbO2，或选自混合钴铁氧化物、混合铜铁氧化物、混合镍铁氧化物、混合锰铁氧化物、混合铜锰氧化物、混合钴锰氧化物、混合镍锰氧化物、混合镍钴氧化物、混合镧铁镍氧化物、混合镧锶锰氧化物及其混合物。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的氧气发生器，其中所述金属盐包含至少一种选自钒、铬、锰、铁、钴、铜、钼、钌、铱和铅的阳离子。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧气发生器，其中所述酸性化合物或所述另外的酸性化合物选自无机酸、有机酸、酸性盐和具有酸性功能的离子液体。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的氧气发生器，其中所述酸性化合物或所述另外的酸性化合物选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸、琥珀酸、柠檬酸、苯甲酸、硫酸氢钠、磷酸二氢钾、1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐、三甲基铵丙磺酸硫酸氢盐、1-(4-磺基丁基)-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐和二乙基甲基铵甲磺酸盐。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的氧气发生器，其中所述碱性化合物或所述另外的碱性化合物选自氢氧化物、碱性氧化物、碱性盐和具有碱性的离子液体。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的氧气发生器，其中所述碱性化合物或所述另外的碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸钾、乙酸钠、过碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钙、氧化钙、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙酸盐，精氨酸四丁基铵和丁-3-烯酸四乙基铵。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的氧气发生器，其中所述酸性化合物或所述另外的酸性化合物以固体形式或以溶液或分散体的形式或以纯液体物质的形式提供，和/或其中所述碱性化合物或所述另外的碱性化合物以固体形式或以溶液或分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫·卡尔法斯，安德烈亚斯·辛特伯格，菲尔茨·库恩，
申请(专利权)人：代傲航空吉尔兴有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE