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化学氧自救器是利用化学药品（超氧化钾）生氧反应原理制成的个人呼吸保护装置。它主要用于煤矿井下发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸、火灾和瓦斯突出等灾害，造成环境中缺氧或出现有害、有毒气体时，迅速撤离灾区时佩戴，赖以实现个人逃生的目的。它的工作原理是人正常呼气时，呼出气体含有的水汽和二氧化碳与生氧剂超氧化钾发生化学反应，生成含氧较高的气体，反应式如下：
2KO2+H2O→2KOH+1.5O2+热量
2KOH+CO2→K2CO3+H2O+热量
KOH+CO2→KHCO3+热量
从化学氧自救器的工作原理上可以看出，它所有反应均为放热反应。在生氧的同时，生氧罐内产生大量的热量，温度可以上升到300。C左右，反应生成的氢氧化钾水合物易于潮解，遇高温熔融，透气性极低，致使呼吸阻力升高。原化学氧自救器采用超前排气结构，使呼气中过剩水汽及CO2排走，以调节生氧速度，同时也可以降低药罐温度和呼吸阻力及气囊中的CO2含量。可是我们在试验中发现超前排气结构如果短路，呼出水汽与CO2将从排气阀排走而造成生氧剂不再同水汽和CO2接触，就不能够产生氧气，这样就会出现“生氧又断氧”的情况，对使用者造成一定危害。
在我的产品结构设计中，为了避免“生氧又断氧”的情况发生，决定采取国内一贯采用的滞后排气结构，即呼出气体全部进入药罐与生氧剂反应，为避免进入水汽过多而引起反应温度高，呼吸阻力大等缺点。将采取以下措施：
1、加大生氧罐体的截面积以降低通气流速，使水汽和CO2充分与生氧剂接触，吸收则会充分些。同时由于流速降低，反应进行会更加稳定，温度也会变得相对降低，反应的时间也会延长，融解程度减轻，吸收CO2性能得到提高，呼吸阻力得以降低。
2、选用活力性好、体密度较小、孔隙度较大的生氧剂，一般要求体密度在0.72左右，这样的生氧剂吸收CO2性能好，水汽也容易透入内部。体密度大的生氧剂吸收CO2性能差，水汽在药粒表面反应渗入不到内部，是表面生成苛性钾含水物，大量熔结而引起呼吸阻力升高和CO2早期超限。
3、混装药品，这是解决这个问题的关键。选择活力性好的生氧药剂，在反应中期，因温度升高，加快了它的反应速度，生成大量的氧气，又被气囊上的排气阀排走，造成额定防护时间30分钟达不到标准。如果增加药量，既提高了产品成本，又加大了产品外形尺寸，达不到本次设计的目的。所以我们改变生氧剂药片的配方，降低生氧剂的反应速度，在产品装配工艺中，先装二分之一的生氧剂，再装入改变配方后的生氧剂，这样既能保证产品的性能，又能减少装药量，降低了产品成本。
4、加强散热措施。因产品设计结构变小，增加散热片，会减少装药量，防护时间达不到。改变药片配方后进行混装，生氧剂装药量减少，可增加散热片，使药罐内部反应温度降低，分隔熔结，使呼吸阻力降低。
在本次产品结构设计中，在呼吸气路方式上，ZH30B自救器设计成循环气路。这种气路方式有害空间小，对短促呼吸的影响比往复式小，有利于水汽和CO2同生氧剂充分反应生氧，从而减少装药量。
ZH30B型自救器，气囊采用0.2-0.3毫米丁基胶布粘接而成，双面涂胶的丁基胶布经试验表明与生氧剂磨擦不易着火，而且可以做得比较薄，折叠后体积较小，适合做气囊。气囊形状呈长方形，容积约为五升，比原30型自救器气囊容积多出一升。一般认为在使用方便基础上，气囊容积大些为好，这样可以多储存些氧气，使防护时间延长。那么气囊容积多少为合适呢？我们认为气囊应能把超前启动装置生成的氧气储存起来，同时还要把开始佩戴时的呼吸气体一起储存起来而不至于排气为最佳容积。我们知道超前启动装置生氧量为3.5升左右，人正常呼吸每次为1-1.2升。所以气囊容积最少为4.5-4.7升。实际设计容积为4.7升，当内压达到30毫米水柱时，可达到5.3升，所以本次产品设计采用5升的气囊容积。
ZH30B型自救器设计过程中，我们采用内置式氯酸盐超前启动装置，关于初期生氧量，根据人实际佩戴情况，从静到动耗氧不会太高。一般最多达到中等劳动强度水平，每分钟约为1.1升左右 。如果启动生氧装置，在一分钟内，使气囊中含有3-3.5升氧气，就可以供人呼吸三分钟。在这段时间内，人的呼吸足可以使生氧剂正常生氧，而一般用超氧化钾药片直接启动反应生氧时，50秒内，3.5升氧气很困难达到，而只有使用超前启动装置，药筒内药品在引发剂和催化剂的作用分解生氧，而且药筒外部超氧化钾药片同时参加反应生氧才能稳定达到4升氧以上，故必须采用超前启动装置。采用内置式超前启动装置，造成自救器药品反应时，外壳表面温度过高，原底盖与外壳采用南大生产的“南大704硅橡胶”胶封，试验中发现出现自燃现象，造成很大的危害。我们经过多次试验，才发现问题的根本原因是704胶不耐高温，在高温下分解出有机可燃物。因为超氧化钾本身不燃，只能放出氧气助燃。超氧化钾分解时，是吸热反应，因此分解反应不能自动进行下去，只要不混入可燃物，就不存在爆炸和着火危险。超氧化钾和有机可燃物混在一起在一定条件下，可发生燃烧和爆炸的实质就是在于它含氧，它和纯氧与可燃物在一起会发生爆炸和燃烧的本质是一样的。针对研制30型化学氧自救器存在的安全性，我们采取了以下几个措施，解决胶封问题：
1、采用耐高温的硅橡胶，如： 上海生产的HS-1840 耐高温硅橡胶 ，但耐高温胶价格较贵，工艺性较差。因为胶的流动性不好，造成胶封不够均匀，同时浪费较大。
2、采用双组份环氧树脂胶封，该胶对操作者无害，属于非易燃材料，但工艺性差，故没有采用。
3、采用无机胶胶封，如武汉双键耐高温无机胶，型号DB5013双组份无机硅酸盐材料，耐热温度达1400度，耐碱，工艺性可行。它并且不助燃，也不分解出有机可燃物，不会引起着火和爆炸，彻底解决了底盖与外壳胶封的问题。
ZH30B型自救器的外壳，在设计中因为没有內罐，药品与外壳直接接触，故采用耐腐蚀的不锈钢的材质作为首选外壳材料，但不锈钢材质比拉伸钢板难加工，不易拉伸，拉伸零件变形大，而且最主要是成本加大，违背了最初的设计理念。故我们从装配工艺上进行改进，外壳采用拉伸钢板，外表面采用电镀彩锌，装配时将外壳表面用塑料薄膜包裹起来，防止装配时药品对外壳镀层的腐蚀。在封罐前，将塑料薄膜去掉，保证了外壳表面的质量。
在ZH30B型化学氧自救器设计过程中，出现了很多难题。我们通过大量实验和研究，解决了根本上问题。定型产品达到了体积小、重量轻、成本低、安全性高的设计要求，深受佩戴该产品矿工的喜爱，顺利完成对旧产品的升级和换代。
参考文献：
[1]AQ1057-2008《化学氧自救器初期生氧器》
[2]MT427-1995《超氧化钾片状生氧剂技术条件》
[3]MT425-1995《隔绝式化学氧自救器标注校验》
2KO2+H2O→2KOH+1.5O2+热量
2KOH+CO2→K2CO3+H2O+热量
KOH+CO2→KHCO3+热量
从化学氧自救器的工作原理上可以看出，它所有反应均为放热反应。在生氧的同时，生氧罐内产生大量的热量，温度可以上升到300。C左右，反应生成的氢氧化钾水合物易于潮解，遇高温熔融，透气性极低，致使呼吸阻力升高。原化学氧自救器采用超前排气结构，使呼气中过剩水汽及CO2排走，以调节生氧速度，同时也可以降低药罐温度和呼吸阻力及气囊中的CO2含量。可是我们在试验中发现超前排气结构如果短路，呼出水汽与CO2将从排气阀排走而造成生氧剂不再同水汽和CO2接触，就不能够产生氧气，这样就会出现“生氧又断氧”的情况，对使用者造成一定危害。
在我的产品结构设计中，为了避免“生氧又断氧”的情况发生，决定采取国内一贯采用的滞后排气结构，即呼出气体全部进入药罐与生氧剂反应，为避免进入水汽过多而引起反应温度高，呼吸阻力大等缺点。将采取以下措施：
1、加大生氧罐体的截面积以降低通气流速，使水汽和CO2充分与生氧剂接触，吸收则会充分些。同时由于流速降低，反应进行会更加稳定，温度也会变得相对降低，反应的时间也会延长，融解程度减轻，吸收CO2性能得到提高，呼吸阻力得以降低。
2、选用活力性好、体密度较小、孔隙度较大的生氧剂，一般要求体密度在0.72左右，这样的生氧剂吸收CO2性能好，水汽也容易透入内部。体密度大的生氧剂吸收CO2性能差，水汽在药粒表面反应渗入不到内部，是表面生成苛性钾含水物，大量熔结而引起呼吸阻力升高和CO2早期超限。
3、混装药品，这是解决这个问题的关键。选择活力性好的生氧药剂，在反应中期，因温度升高，加快了它的反应速度，生成大量的氧气，又被气囊上的排气阀排走，造成额定防护时间30分钟达不到标准。如果增加药量，既提高了产品成本，又加大了产品外形尺寸，达不到本次设计的目的。所以我们改变生氧剂药片的配方，降低生氧剂的反应速度，在产品装配工艺中，先装二分之一的生氧剂，再装入改变配方后的生氧剂，这样既能保证产品的性能，又能减少装药量，降低了产品成本。
4、加强散热措施。因产品设计结构变小，增加散热片，会减少装药量，防护时间达不到。改变药片配方后进行混装，生氧剂装药量减少，可增加散热片，使药罐内部反应温度降低，分隔熔结，使呼吸阻力降低。
在本次产品结构设计中，在呼吸气路方式上，ZH30B自救器设计成循环气路。这种气路方式有害空间小，对短促呼吸的影响比往复式小，有利于水汽和CO2同生氧剂充分反应生氧，从而减少装药量。
ZH30B型自救器，气囊采用0.2-0.3毫米丁基胶布粘接而成，双面涂胶的丁基胶布经试验表明与生氧剂磨擦不易着火，而且可以做得比较薄，折叠后体积较小，适合做气囊。气囊形状呈长方形，容积约为五升，比原30型自救器气囊容积多出一升。一般认为在使用方便基础上，气囊容积大些为好，这样可以多储存些氧气，使防护时间延长。那么气囊容积多少为合适呢？我们认为气囊应能把超前启动装置生成的氧气储存起来，同时还要把开始佩戴时的呼吸气体一起储存起来而不至于排气为最佳容积。我们知道超前启动装置生氧量为3.5升左右，人正常呼吸每次为1-1.2升。所以气囊容积最少为4.5-4.7升。实际设计容积为4.7升，当内压达到30毫米水柱时，可达到5.3升，所以本次产品设计采用5升的气囊容积。
ZH30B型自救器设计过程中，我们采用内置式氯酸盐超前启动装置，关于初期生氧量，根据人实际佩戴情况，从静到动耗氧不会太高。一般最多达到中等劳动强度水平，每分钟约为1.1升左右 。如果启动生氧装置，在一分钟内，使气囊中含有3-3.5升氧气，就可以供人呼吸三分钟。在这段时间内，人的呼吸足可以使生氧剂正常生氧，而一般用超氧化钾药片直接启动反应生氧时，50秒内，3.5升氧气很困难达到，而只有使用超前启动装置，药筒内药品在引发剂和催化剂的作用分解生氧，而且药筒外部超氧化钾药片同时参加反应生氧才能稳定达到4升氧以上，故必须采用超前启动装置。采用内置式超前启动装置，造成自救器药品反应时，外壳表面温度过高，原底盖与外壳采用南大生产的“南大704硅橡胶”胶封，试验中发现出现自燃现象，造成很大的危害。我们经过多次试验，才发现问题的根本原因是704胶不耐高温，在高温下分解出有机可燃物。因为超氧化钾本身不燃，只能放出氧气助燃。超氧化钾分解时，是吸热反应，因此分解反应不能自动进行下去，只要不混入可燃物，就不存在爆炸和着火危险。超氧化钾和有机可燃物混在一起在一定条件下，可发生燃烧和爆炸的实质就是在于它含氧，它和纯氧与可燃物在一起会发生爆炸和燃烧的本质是一样的。针对研制30型化学氧自救器存在的安全性，我们采取了以下几个措施，解决胶封问题：
1、采用耐高温的硅橡胶，如： 上海生产的HS-1840 耐高温硅橡胶 ，但耐高温胶价格较贵，工艺性较差。因为胶的流动性不好，造成胶封不够均匀，同时浪费较大。
2、采用双组份环氧树脂胶封，该胶对操作者无害，属于非易燃材料，但工艺性差，故没有采用。
3、采用无机胶胶封，如武汉双键耐高温无机胶，型号DB5013双组份无机硅酸盐材料，耐热温度达1400度，耐碱，工艺性可行。它并且不助燃，也不分解出有机可燃物，不会引起着火和爆炸，彻底解决了底盖与外壳胶封的问题。
ZH30B型自救器的外壳，在设计中因为没有內罐，药品与外壳直接接触，故采用耐腐蚀的不锈钢的材质作为首选外壳材料，但不锈钢材质比拉伸钢板难加工，不易拉伸，拉伸零件变形大，而且最主要是成本加大，违背了最初的设计理念。故我们从装配工艺上进行改进，外壳采用拉伸钢板，外表面采用电镀彩锌，装配时将外壳表面用塑料薄膜包裹起来，防止装配时药品对外壳镀层的腐蚀。在封罐前，将塑料薄膜去掉，保证了外壳表面的质量。
在ZH30B型化学氧自救器设计过程中，出现了很多难题。我们通过大量实验和研究，解决了根本上问题。定型产品达到了体积小、重量轻、成本低、安全性高的设计要求，深受佩戴该产品矿工的喜爱，顺利完成对旧产品的升级和换代。
参考文献：
[1]AQ1057-2008《化学氧自救器初期生氧器》
[2]MT427-1995《超氧化钾片状生氧剂技术条件》
[3]MT425-1995《隔绝式化学氧自救器标注校验》