一种民航用化学产氧器

王冰 贺旺 方玲 夏艳 王慧丹

摘   要：本文介绍了一种民航用化学产氧器的工作原理，典型结构及性能指标，开展的主要方案研究和研制工作，并对研制出的样件进行了试验验证，试验结果表明产品满足民航飞机旅客高空应急用氧需求。目前国内外民用航空一般均采用化学产氧器为旅客提供应急用氧。化学产氧器经打火引燃氯酸钠芯体，使其发生热分解反应，产生出人体呼吸所需的氧气，保证在飞机失密的应急情况下，为旅客提供符合高空人体生理卫生学要求的呼吸用氧氧源。

关键词：化学产氧器  氯酸钠  氧芯

1  概述

目前国内外民用航空一般均采用化学产氧器为旅客提供应急用氧。化学产氧器经打火引燃氯酸钠芯体，使其发生热分解反应，产生出人体呼吸所需的氧气，保证在飞机失密的应急情况下，为旅客提供符合高空人体生理卫生学要求的呼吸用氧源。

化学产氧器是通过加热氯酸钠使其分解而产生氧气的化学过程。当把氯酸钠加热到478℃时分解并放出相当其重量45%左右的氧气。分解氯酸钠所必需的热量开始时由引燃药供给，继续热分解所需的热量由与氯酸钠混和的铁粉供给。铁粉一旦点燃，就在富氧环境中燃烧放热，生成氧化铁。氯酸钠热分解中产生的游离氯气，通过掺和在氯酸钠中的氧化钡的反应加以清除。整个化学反应过程方程式：

2  典型结构组成

典型化学产氧器的结构组成如图2所示，主要包括氯酸钠氧芯、壳体组件、绝热件、过滤器、拉索组件、启动机构（包含火帽）、安全活门、输出口等。

化学产氧器通过对氯酸钠氧芯的型体设计、配方研究和采取净化措施等，使化学产氧器产生出符合人体生理卫生学要求的氧气。在氧芯材料配方中添加转化剂以消除游离氯气，采用催化剂和过滤、吸附等净化方法以消除一氧化碳等有害气体及固体杂质。合理设计氯酸钠氧芯的型体（大小、形状和密度），控制其燃烧速率以实现产氧流量特性要求。

3  主要性能指标

（1）操作拉力。

在120°圆锥角内的任何角度上拉动启动机构向上，其操作拉力应保持在4.4～17.6N范围内。

（2）供氧量和时间。

供氧量随时间变化的曲线为下限值。

（3）氧气纯度。

氧气纯度应达到99.5%以上，氧气中有害气体及固体杂质的极限含量

（4）氧气温度。

当环境温度为24℃+3℃时，化学产氧器出口氧气温度应不高出环境温度3℃。

（5）出口表面温度。

当环境温度为24℃+3℃时，化学产氧器出口处的表面温度应不超过82℃。

（6）外壳温度。

当环境温度为24℃+3℃时，化学产氧器外壳温度应不超过286℃。

（7）安全活门打开压力。

化学产氧器安全活门的打开压力应在343 kPa ～510 kPa范围内。

（8）环境适应性。

化学产氧器低温性能应满足DO160的相关环境试验要求。

4  主要研究方案

（1） 引燃。

选用武器中的火帽直接引燃。设计相应的打火机构，以击发火帽。

（2）氧芯。

氧芯包括压制在一起的引燃药片和产氧柱两部分。在结构参数一定的情况下通过调整产氧芯的材料配方、形体设计、各层药量比例和压制工艺参数，使化学产氧器输出流量特性及总产氧量符合预定要求。氧芯的外形决定着化学产氧器的流量-时间特性，产氧量随时间而变化，应保证在接通高度及下降过程中有符合人体生理卫生学要求的用氧量及氧浓度。因此，其外形曲线的设计应进行仿真计算，建立产氧量与环境高度/燃烧时间的函数关系。

压制工艺参数大致包括：配方材料的粒度，搅拌的均匀度和压制力大小。合理选置这些参数，保证预定的药量密度及其均匀性。氧芯的密度大、均匀性好，才能保证燃烧的稳定性。一般说，氧芯的密度越接近理论值越好。

一般来说，对于一个规定的氧芯，它相对额定值由+15%的流量偏差。在暴露于低温环境下使用时，则减小燃烧速度;而暴露在高温环境则加快燃烧速度，并减少持续使用时间，因此研制过程中应考虑增加可适用的余量。

（3）净化。

为获得高纯度的氧气，必须采取综合净化机制。除在芯体材料配方中添加转化剂BaO2以消除游离氯气外，还采用多层保温过滤（蛭石、硅酸铝）和吸附材料MnO2加以净化，以消除有害气体及固体杂质。

（4）检测。

为确认化学产氧器输出的氧气品质及流量特性是否符合预定的要求，必须有相应的检测手段。为此，研制了可测录瞬时流量和累积流量的专用流量试验器，筹备了可检测微量有害气体及固体杂质的检测设备。

5  结语

本文设计的化学产氧器实现了引燃产氧、氧气纯度达到99.5%、产氧持续时间15min、总产氧量70L以上等各项要求，并且输出流量特性、氧气纯度均达到国际先进水平，满足民航旅客高空应急用氧需求。

随着民航飞机都需飞高原机场等需求，旅客应急供氧时间也相应要求延长，可相应增加氧芯的尺寸和重量，并进一步提高压制工艺水平，已满足最新民航飞机需求。

参考文献

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[2] 郑晓惠，崔成龙.便携式急救化学产氧器的研制[J].中国医疗器械杂志，1992（1）：34-35.

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