BR102013016629A2

BR102013016629A2 - Gerador de oxigênio químico com controle de reação de bimetal

Info

Publication number: BR102013016629A2
Application number: BRBR102013016629-4A
Authority: BR
Inventors: Wolfgang Rittner; RüDIGER MECKES; Günter Boomgaarden; Marco Hollm
Original assignee: Intertechnique Sa
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-08-25
Also published as: CA2819945A1; EP2679283A2; US20140000594A1; EP2679279A2; EP2679279B1; EP2679503A3; US20140000593A1; EP2679495A2; EP2679281A2; CN103523228A; EP2679284B1; EP2679494A3; US9486653B2; CA2819724A1; CN103754370A; EP2679284A3; EP2679496A3; CN103795903A; EP2679283A3; EP2679279A3

Abstract

Gerador de oxigênio químico com controle de reação de bimetal. A presente invenção refere-se a um dispositivo de regulagem para uma fonte de gás respirável, que compreende um meio de reação (9), adaptado para executar uma reação exotérmica para a produção de gás respirável, o meio de reação (9) em torno de um volume de reação interior (10) tendo uma saída de gás respirável (13). A presente invenção diz ainda respeito a um sistema gerador de oxigênio químico para o fornecimento de gás respirável em uma aeronave, bem como a um método para regular uma fonte de gás respirável, compreendendo a etapa de se iniciar uma reação exotérmica de um meio de reação (9) para a produção de gás respirável, o meio de reação (9) em torno de um volume de reação interior (10) tendo uma saida de gás respirável (13), em que o gás respirável flui através da saída de gás respirável (13).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GERADOR DE OXIGÊNIO QUÍMICO COM CONTROLE DE REAÇÃO DE BIMETAL". A presente invenção refere-se a um dispositivo de regulagem para uma fonte de gás respirável, que compreende um meio de reação a-daptado para executar uma reação exotérmica para a produção de gás respirável, o meio de reação em torno de um volume de reação interior tendo uma saída de gás respirável. A presente invenção diz ainda respeito a um método para regular uma fonte de gás respirável, compreendendo a etapa de se iniciar uma reação exotérmica de um meio de reação para a produção de gás respirável, o meio de reação em torno de um volume de reação interior tendo uma saída de gás respirável, em que o gás respirável flui através da saída de gás respirável.

Fontes de oxigênio para a produção e fornecimento de oxigênio respiráveis são geralmente conhecidas da técnica. O oxigênio pode ser produzido de muitas maneiras diferentes. Em casos de emergências em aeronaves, os passageiros da aeronave precisam receber oxigênio de emergência, a fim de serem protegidos contra quedas de pressão da pressão da cabine da aeronave. O oxigênio de emergência pode ser fornecido por geradores de oxigênio químico (COGs), em que o oxigênio é gerado por decomposição de alta temperatura de clorato de sódio.

Um problema associado a tais geradores químicos de oxigênio é a reação química não ser executada de forma reprodutível dentro do gerador de oxigênio. O inventor reconheceu que as influências externas, como pressão na cabine, temperatura da cabine podem influenciar significativamente a velocidade da reação química e, portanto, resultar em muito ou pouco oxigênio ou sendo produzido no gerador de oxigênio químico. Especialmente em uma situação de emergência a temperatura da cabine e a pressão da cabine podem variar significativamente. Além disso, a velocidade da reação química e, assim, a quantidade de oxigênio produzido por unidade de tempo pode depender da idade do clorato de sódio e ainda depender da produção de efeitos dos componentes de clorato de sódio. Tais efeitos podem influenciar ainda mais a quantidade de oxigênio produzido por unidade de tempo na reação química. Todos estes efeitos internos e externos podem afetar negativamente a produção de oxigênio, resultando na entrega insuficiente de oxigênio ou tempo de entrega insuficiente de oxigênio. É objetivo da presente invenção melhorar as fontes existentes de gás respirável e fornecer uma fonte de oxigênio de emergência, que ultrapassa estes problemas.

Este objetivo é conseguido através de um dispositivo de regula-gem conforme mencionado acima de acordo com a reivindicação independente 1. O dispositivo de regulagem compreende um regulador de fluxo disposto na saída de gás respirável do volume de reação interior e adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, dependendo de uma temperatura do dispositivo de regulagem.

Foi descoberto pela presente invenção que as fontes de oxigênio para a utilização de fornecimento de oxigênio de emergência, em particular geradores de oxigênio, químicos, são ineficientes no que diz respeito à quantidade de oxigênio produzido e fornecido para o passageiro. Em certas fases da reação química, mais oxigênio é produzido do que é realmente necessário para o passageiro. A presente invenção resolve este problema limitando o excesso da produção de oxigênio. Esta limitação é conseguida através do regulador de fluxo disposto na saída de gás respirável do volume de reação interior. Dependendo da temperatura do dispositivo de regulagem, o fluxo de oxigênio a partir do volume de reação interior cercado pela reação média é regulado. A expressão "ter uma saída de gás respirável·' é de preferência para ser entendida como uma saída de gás respirável do volume de reação de interior. No entanto, também pode ser entendido como uma saída de gás respirável de uma outra parte do dispositivo de regulagem, enquanto a regulagem por meio de um regulador de fluxo afeta as condições, por exemplo, a pressão, a reação exotérmica.

Quando é indicado no âmbito da presente invenção que uma ação depende da temperatura de um objeto, isto pode ser entendido como uma forma em que a ação depende apenas da temperatura do objeto, mas também pode ser entendido de uma forma em que a ação depende da temperatura de outros meios ou objetos. Uma vez que em um estado de não equilíbrio, um objeto pode ter diferentes temperaturas em diferentes locais do objeto, o termo "temperatura do dispositivo de regulagem" pode ser entendido como sendo a temperatura global ou média do dispositivo de regulagem, mas também a temperatura em uma predeterminada localização do dispositivo de regulagem. De preferência, o termo "temperatura do dispositivo de regulagem" pode ser entendido de modo que o regulador de fluxo esteja adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, dependendo da temperatura do regulador de fluxo de si, em particular, de uma determinada parte do regulador de fluxo. De preferência, o termo "temperatura do dispositivo de regulagem" pode ser entendido de modo que o regulador de fluxo esteja adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, dependendo da temperatura do regulador de fluxo de si, em particular, uma determinada parte do regulador de fluxo. O termo "temperatura do dispositivo de regulagem" pode ainda mais preferenciaimente, ser entendido como a temperatura dentro de um alojamento no qual o meio de reação está alojado, em particular, a uma temperatura do meio de reação ou a uma temperatura do regulador de fluxo sendo disposta próxima a uma reação média. A regulagem do fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável do meio de reação pode ser entendida como uma regulagem do fluxo de gás respirável para o passageiro. Pode preferencialmente ser entendida como uma regulagem do fluxo de gás respirável de uma forma que o fluxo de gás respirável a partir da saída de gás respirável seja estrangulada e, desse modo, a pressão do volume em torno do meio de reação, em particular a pressão no volume de reação interior seja aumentada. Tal aumento de pressão leva a uma mudança negativa da taxa de reação, em particular, a uma desaceleração da reação exotérmica para a produção de oxigênio. Esta desaceleração da reação para a produção de oxigênio limita o excesso de produção de oxigênio e aumenta a duração do abastecimento de oxigênio para os passageiros. O termo "fonte de oxigênio", de preferência pode ser entendido como um gerador de oxigênio químico (COG), em que o meio de reação compreende preferencial e substancialmente o clorato de sódio (NaCI03) bem como o ferro (Fe). Quando a reação para a produção de oxigênio é iniciada o clorato de sódio reage com o ferro para o cloreto de sódio, ferro (II), óxido de ferro (FeO) e oxigênio. Tal reação pode ocorrer em temperaturas de até 260°C, bem como altas pressões. Preferivelmente, o peróxido de bá-rio (Ba02) é utilizado para absorver o cloro sendo um produto da reação. A reação é geralmente iniciada por um sistema de ignição que é desencadeado por um passageiro que puxa uma máscara de fornecimento de oxigênio a partir de uma unidade de serviço de passageiros.

De acordo com uma primeira modalidade preferida da presente invenção, o regulador de fluxo compreende ou é constituído por um corpo de válvula atuado por um elemento bimetálico, de preferência um braço bimetá-lico. De preferência, o corpo de válvula é constituído por um elemento alongado, tal como uma haste, e uma porção de cabeça, a porção de cabeça, de preferência em forma cônica. O membro alongado é mecanicamente ligado a um braço bimetálico de uma forma que uma alteração da forma dos braços bimetálico leva a uma atuação do membro alongado. Dependendo da direção de atuação, a parte de cabeça é movida para mais perto ou mais longe de uma localização de válvula e, desse modo, o fluxo de gás respirável através do regulador de fluxo é diminuído ou aumentado. Isto pode preferivelmente ser entendido da seguinte forma: quando a temperatura aumenta, o braço bimetálico muda a sua forma de maneira a que a porção da cabeça se mova mais perto da localização da válvula e, desse modo, regula o fluxo de gás respirável através do regulador de fluxo. Por outro lado, quando a temperatura diminui, o braço bimetálico muda a sua forma de maneira a que a porção da cabeça se mova mais para longe da localização da válvula e desse modo, aumenta o fluxo de gás respirável através do regulador de fluxo. Como mencionado acima, um fluxo de gás respirável diminuindo através do regulador de fluxo conduz a um aumento de pressão no interior do volume de reação e, consequentemente, a uma diminuição da taxa de reação.

De acordo com uma segunda modalidade preferida da presente invenção, o regulador de fluxo compreende ou é constituído por um corpo de válvula atuado por um elemento de liga com memória de forma. O corpo da válvula, como mencionado acima, de preferência é constituído por um membro alongado e uma parte de cabeça. Através da utilização de um elemento de liga com memória de forma, o regulador de fluxo pode atingir dois estados de fluxo correspondentes a dois estados da liga com memória de forma. Em outras palavras, um primeiro estado é alcançado quando a temperatura da liga metálica com memória de forma for menor do que um valor de temperatura pré-determinado. Neste primeiro estado, o regulador de fluxo proporciona uma primeira quantidade de fluxo de gás respirável. Um segundo estado é atingido quando a temperatura da liga metálica com memória de forma é mais elevada do que o valor de temperatura pré-determinado. Neste segundo estado, o regulador de fluxo proporciona uma segunda quantidade de fluxo, que é menor do que a primeira quantidade de fluxo. Por esta segunda modalidade preferida, é alcançado um comutador digital entre dois estados de fluxo. Isto simplifica ainda mais a concepção do regulador de fluxo. Ainda de preferência, a liga com memória de forma pode ser concebida de uma maneira que a porção de cabeça possa ser impedida de se encostar diretamente na localização da válvula e, desse modo, impedir o regulador de fluxo fechar completamente e interromper o fluxo de gás respirável para uma máscara de fornecimento de oxigênio.

De acordo com uma terceira modalidade preferida da presente invenção, a válvula de regulagem compreende um invólucro que tem uma saída de gás respirável, em que o meio de reação está disposto dentro do invólucro e tem uma forma substancialmente anelar em torno do interior do volume de reação, e que compreende um volume exterior sendo providenciado entre o meio de reação e uma parede do invólucro, em que o dispositivo de regulagem é adaptado para dirigir um fluxo de gás de reação através do volume exterior no seu caminho para uma entrada de gás de reação do volume de reação interior. Preferencialmente, o desenho do invólucro e meio de reação pode ser entendido de uma forma que o fluxo de gás da reação é forçado a fluir através do volume exterior no seu caminho para a entrada de gás de reação. Desse modo, os efeitos da temperatura ambiente podem ser reduzidos.

Ainda de preferência, o invólucro compreende duas câmaras separadas, nomeadamente uma primeira câmara na qual o meio de reação está localizado e uma segunda câmara em que o regulador de fluxo está localizado. O fluxo de gás respirável é dirigido a partir do volume de reação interior através do regulador de escoamento para dentro da segunda câmara. Uma saída de gás respirável para dirigir o gás respirável para a máscara de fornecimento de passageiros é formada na segunda câmara.

Além disso, uma conduta pode ser feita entre a segunda câmara e o volume exterior que fornece um fluxo de gás pré-determinado a partir da segunda câmara para o exterior e, desse modo, proporciona um fluxo de gás de reação através do volume exterior, como mencionado em relação à terceira modalidade preferida da presente invenção.

No que diz respeito as duas câmaras separadas, o termo "temperatura do dispositivo de regulagem" pode também ser entendido de modo que o regulador de fluxo está adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, dependendo da temperatura na primeira e/ou segunda câmara.

Em um aperfeiçoamento da terceira modalidade preferida da presente invenção, o dispositivo de regulagem compreende uma válvula de alívio de pressão adaptada para libertar o gás respirável do invólucro, se um valor de pressão pré-determinado é excedido, de preferência, a válvula de alívio de pressão sendo ligada a uma forma adaptada para dirigir o gás respirável libertado por meio da válvula de alívio de pressão para uma cabina do avião. Isto fornece um meio de segurança para evitar os altos valores de pressão que podem levar a um risco de segurança. A conduta pode ser proporcionada por uma mangueira ou um tubo.

Em uma quarta modalidade preferida da presente invenção, o regulador de fluxo está adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, dependendo da temperatura ambiente da aeronave. Além de uma dependência da regulagem de fluxo na temperatura do dispositivo de regulagem, tal como definido na reivindicação independente 1, também uma temperatura ambiente de um objeto ou meio pode ser o fator do qual o fluxo de regulagem depende. De preferência, a regulagem do fluxo depende da temperatura ambiente da aeronave, isto é, a temperatura do ar em torno da aeronave. Isto proporciona uma dependência de regulagem do fluxo no ambiente da aeronave. Isto tem a vantagem, que o fornecimento de oxigênio seja adaptado às condições ambientais do avião, tais como a altura, a temperatura, o tempo, etc.

De acordo com um aperfeiçoamento da quarta modalidade preferida da presente invenção, o regulador de fluxo está adaptado para diminuir o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, se a temperatura do dispositivo de regulagem e/ou a temperatura ambiente aumenta. Um desenho de acordo com este aperfeiçoamento permite uma operação intencional do dispositivo de regulagem em uma predeterminada "direção", ou seja, um estrangulamento (diminuição) do fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável quando a temperatura do dispositivo de regulagem e/ou a temperatura ambiente aumenta. O objetivo da presente invenção é também alcançado por um sistema gerador de oxigênio químico para o fornecimento de gás respirável em uma aeronave, que compreende um dispositivo de regulagem, do tipo descrito acima. O objetivo da presente invenção também pode ser conseguida por um método de acordo com a reivindicação independente 8. O método de acordo com a presente invenção é caracterizado pela etapa de regulagem do fluxo de gás respirável, que flui através de uma saída de gás respirável, por meio de um dispositivo de regulagem, pelo menos, dependendo da temperatura do dispositivo de regulagem.

De acordo com uma primeira modalidade preferida do método de acordo com a presente invenção, a regulagem é conseguida por meio de um regulador de fluxo compreendendo ou consistindo de um corpo de válvula atuada por um bimetal, de preferência um braço bimetálico.

Em uma segunda modalidade preferida, o método de acordo com a presente invenção compreende a etapa de dirigir um fluxo de gás de reação, que flui a uma entrada de gás de reação do volume de reação interior, através de um volume exterior, o volume exterior sendo disposto entre o meio de reação e uma parede de um invólucro que tem uma saída de gás respirável.

Em uma terceira modalidade preferida, o método de acordo com a presente invenção compreende a etapa de regulagem do fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, dependendo da temperatura ambiente, de preferência a uma temperatura ambiente da aeronave.

De acordo com um aperfeiçoamento da terceira modalidade preferida, o método compreende a etapa de estrangulamento do fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, se a temperatura do dispositivo de regulagem e/ou da temperatura ambiente aumenta.

No que diz respeito às vantagens, modalidades e detalhes de modalidades do método de acordo com a presente invenção, refere-se à descrição precedente das respectivas características do dispositivo de regulagem e as suas modalidades.

Uma modalidade preferida da invenção está descrita em ligação com a figura que ilustra uma modalidade do dispositivo de regulagem de a-cordo com a presente invenção. A Figura mostra uma modalidade de um dispositivo de regulagem 1 acordo com a presente invenção em uma vista lateral em corte transversal. O dispositivo de regulagem funciona de acordo com uma modalidade do método de acordo com a presente invenção. O dispositivo de regulagem está encaixado dentro de um invólucro 3 tendo uma primeira câmara 5 e uma segunda câmara 7. Um meio de reação 9 está localizado no interior da primeira câmara 5. O meio de reação 9 tem forma anelar em torno de um volume de reação interior 10 tendo uma entrada de gás de reação 11 e uma saída de gás respirável 13. A parede 15 separa a primeira câmara 5 e a segunda câmara 7, a parede 13 tem uma abertura 17 para o fluxo 18 de gás respirável a partir do gás de reação da saída 13 para um regulador de fluxo 19. O meio de reação 9 se encosta à parede 15 na saída de gás respirável 13 e está localizado parcialmente dentro de um suporte 21. O meio de reação 9 consiste de clorato de sódio (NaCI03) tendo enchimentos de ferro. Quando a reação para a produção de oxigênio é iniciada, o clorato de sódio reage com o ferro para cloreto de sódio, óxido de ferro (II), e oxigênio (FeO).

Um volume exterior 23 é formado entre o meio de reação 9, e uma parede anular 25 do invólucro 3. O apoio 21 tem uma abertura 27 para permitir que um fluxo de gás de reação 29 passe quando fluir através do volume exterior 23, no seu caminho para o volume de reação interior 10. O regulador de fluxo 19 está disposto dentro da segunda câmara 7 do invólucro 3 e é constituído por uma localização de válvula 31, um corpo de válvula 33 e um braço bimetálico 35. A localização de válvula 31 estende-se desde a parede 15 tendo uma forma substancialmente cônica. O corpo da válvula 33 é constituído por uma haste 37 e uma porção de cabeça 39 tendo uma superfície substancialmente cônica 41 que corresponde a uma superfície cônica 43 da localização de válvula 31. O dispositivo de regulagem 1 tem uma ignição 45 para desencadear uma reação exotérmica do meio de reação de 9 para a produção de oxigênio respirável, em uma etapa de processo a. A ignição é iniciada quando um passageiro puxa uma máscara de fornecimento de oxigênio a de uma unidade de serviço de passageiros. A reação exotérmica produz o fluxo 18 de gás respirável para a saída de gás respirável 13. O invólucro 3 tem uma saída de gás respirável 47 para direcionar o gás respirável para um passageiro de um avião (não mostrado na Figura).

Claims

1. Dispositivo de regulagem para uma fonte de gás respirável, compreendendo. - um meio de reação (9), adaptado para executar uma reação exotérmica para a produção de gás respirável, o meio de reação (9) em torno de um volume de reação interior (10) tendo uma saída de gás respirável (13), caracterizado pelo fato de que - um regulador de fluxo (19) disposto à saída de gás respirável (13) e adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável (13), dependendo, pelo menos, de uma temperatura do dispositivo de regulagem (1).

2. Dispositivo de regulagem, de acordo com a reivindicação 1, em que o regulador de fluxo (19) compreende ou é constituído por um corpo de válvula (33) acionado por um elemento bimetálico, de preferência um braço bimetálico (35).

3. Dispositivo de regulagem, de acordo com a reivindicação 1, em que o regulador de fluxo (19) compreende ou é constituído por um corpo de válvula (33) acionado por um elemento de liga com memória de forma.

4. Dispositivo de regulagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1-3, que compreende: um invólucro (3) tendo uma saída de gás respirável (47), em que o meio de reação (9) é disposto no interior do invólucro (3) e tem uma forma substancialmente anelar em torno do interior do volume de reação (10), e um volume exterior (23) disposto entre o meio de reação (9) e uma parede (25) do invólucro (3), em que o dispositivo de regulagem (1) é adaptado para dirigir um fluxo (29) do gás de reação por meio do volume exterior (23) no seu caminho para uma entrada de gás de reação (11) do volume de reação interior (10).

5. Dispositivo de regulagem, de acordo com a reivindicação 4, que compreende: uma válvula de alívio de pressão (49) adaptada para liberar o gás respirável a partir do invólucro (3), se um valor de pressão predeterminado for excedido, de preferência, a válvula de alívio de pressão (49) sendo conectada a um conduto (51) adaptado para dirigir o gás respirável liberado através da válvula de alívio de pressão (49) para a cabina da aeronave.

6. Dispositivo de regulagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1-4, em que o regulador de fluxo (19) está adaptado para regular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável (13), dependendo de uma temperatura ambiente, de preferência a uma temperatura ambiente de uma aeronave.

7. Dispositivo de regulagem, de acordo com a reivindicação 6, em que o regulador de fluxo (19) está adaptado para diminuir o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável (13) se a temperatura do dispositivo de regulagem (1) e/ou a temperatura ambiente aumenta.

8. Sistema gerador de oxigênio químico para o fornecimento de gás respirável em uma aeronave, que compreende um dispositivo de regulagem (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1-7.

9. Método para regular uma fonte de gás respirável, compreendendo as etapas de: a) iniciar uma reação exotérmica de um meio de reação (9), para a produção de gás respirável, o meio de reação (9) em torno de um volume de reação interior (10) tendo uma saída de gás respirável (13), em que o gás respirável está fluindo através da saída de gás respirável (13), e b) regular o fluxo de gás respirável, que flui através da saída de gás respirável (13), por meio de um dispositivo de regulagem (1), dependendo, pelo menos, da temperatura do dispositivo de regulagem (1).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que a regulagem é conseguida por meio de um regulador de fluxo (19) compreendendo ou consistindo de um corpo de válvula (33) acionado por um bimetal, de preferência um braço bimetálico (35).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, que com- preende a etapa de: direcionar o fluxo de gás de reação, que flui para uma entrada de gás de reação (11), do volume interior (10), através de um volume exterior (23), o volume exterior (23) disposto entre o meio de reação (9) e uma parede (25) de um invólucro (3) tendo uma saída de gás respirável (47).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9-11, que compreende a etapa de: regular do fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável (13), dependendo da temperatura ambiente, de preferência a uma temperatura ambiente da aeronave.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, que compreende a etapa de estrangular o fluxo de gás respirável através da saída de gás respirável, se a temperatura do dispositivo de regulagem (1) e/ou a temperatura ambiente aumentar.