BRPI0621941B1 - Respirable gas supply circuit to suppress oxygen to crew members and passengers of an aircraft - Google Patents

Abstract

circuito de fornecimento de gás respiravel para suprir oxigênio aos membros da tripulaçao e passageiros de uma aeronave a invenção se refere a um circuito para fornecimento de gás respirável (1) a uma aeronave transportando passageiros e membros da tripulação (30), compreendendo uma fonte de gás respirável (r1, r2), pelo menos uma linha de fornecimento (2) conectada à fonte pressurizada, um dispositivo de regulagem (12) provido na linha de fornecimento para controlar o fornecimento do gás respirável, um dispositivo de mistura (9) provido na linha de fornecimento, o dispositivo de mistura compreendendo, adicionalmente, uma entrada de ar ambiente (10) para mistura do ar ambiente com o gás respirável, de modo a prover pelo menos um passageiro ou membro da tripulação com um gás respirável, correspondendo a uma mistura de gás respirável e ar ambiente, em que o dispositivo de regulagem é acionado por uma função do sinal de controle (f~ i~o~ 2~ ^ r^) pelo menos do teor de gás respirável (f~ i~o~ 2~) no gás para respiratório.

Description

"CIRCUITO DE FORNECIMENTO DE GÁS RESPIRÁVEL PARA SUPRIR OXIGÊNIO AOS MEMBROS DA TRIPULAÇÃO E PASSAGEIROS DE UMA AERONAVE" [001] A presente invenção se refere a um circuito de fornecimento de gás respirável para proteção dos passageiros e dos membros da tripulação de uma aeronave contra os riscos associados à despressurização em grandes altitudes e/ou ocorrência de incêndio na cabine do piloto.

[002] De modo a garantir a segurança dos passageiros e dos membros da tripulação no caso de um acidente de despressurização ou de ocorrência de incêndio na aeronave, as normas da aviação requerem que todas as companhias de aviação tenham a bordo um circuito de segurança para fornecimento de oxigênio, capaz de fornecer a cada passageiro e membro da tripulação (doravante também denominados usuários finais) uma função de taxa de circulação de oxigênio de altitude da cabine. Após um acidente de despressurização, a altitude da cabine alcança um valor próximo ao da altitude da aeronave. 0 termo altitude da cabine pode ser entendido como a altitude correspondendo à atmosfera pressurizada mantida dentro da cabine. Em uma cabine pressurizada, esse valor é diferente da altitude da aeronave que é a altitude física real.

[003] A taxa de circulação de oxigênio mínima necessária em uma dada altitude de cabine geralmente depende na natureza da aeronave, isto é, civil ou militar, da duração e do nível de proteção, isto é, descida de emergência, ejeção, prosseguimento do voo, etc.

[004] Um circuito de fornecimento conhecido para uma aeronave transportando passageiros e/ou membros de tripulação geralmente compreende: uma fonte de gás respirável, por exemplo, oxigênio, - pelo menos uma linha de fornecimento conectada a uma fonte de gás respirável, - um dispositivo de regulagem conectado à linha de fornecimento para controlar o fornecimento do gás respirável, - um dispositivo de mistura provido na linha de fornecimento compreendendo uma entrada de ar ambiente para mistura do ar ambiente com o gás respirável, de modo a prover os passageiros e/ou membros da tripulação com um gás respirável, correspondendo a uma mistura de gás respirável e ar ambiente.

[005] A fonte de gás respirável pode ser constituída de cilindros de oxigênio pressurizado, geradores químicos ou Sistema Gerador de Oxigênio A Bordo (OBOGS) ou mais genericamente quaisquer fontes de oxigênio. O gás respirável é geralmente distribuído ao passageiro ou membro da tripulação através de um dispositivo para respiração que pode ser uma máscara respiratória, uma cânula ou outros.

[006] A necessidade de poupar oxigênio a bordo na aeronave levou ao desenvolvimento de máscaras respiratórias compreendendo um regulador de demanda, bem como diluição do oxigênio com o ar ambiente (através do dispositivo de mistura). Tais reguladores de demanda são conhecidos dos documentos FR 2.781.381 ou FR 2.827.179 que revelam um regulador pneumático de demanda ou do WO 2006/005372 que revela um regulador eletropneumático de demanda. Se a taxa de circulação inalada por um usuário final for controlada de modo geral em tais reguladores através de um laço de retroalimentação, a necessidade de oxigênio será controlada com um laço aberto, conduzindo a um volume conservador e, portanto excessivo de oxigênio alimentado ao aparelho para respiração. Na realidade, em tal regulador eletropneumático, o nível de oxigênio alimentado à máscara é definido pela altitude da cabine. Vários sensores caros são empregados para medir a taxa de circulação total e a quantidade de oxigênio injetado.

[007] Atualmente ainda existe a necessidade de se economizar mais oxigênio, uma vez que, se o oxigênio vier de um gerador ou uma fonte pressurizada, a massa de oxigênio a bordo está diretamente ligada às necessidades estimadas dos passageiros e membros da tripulação, também denominados doravante usuários finais. Qualquer otimização do fornecimento de oxigênio com suas necessidades reais resultará em fontes de oxigênio mais leves e contenções reduzidas nas estruturas das aeronaves e consumo de combustível.

[008] Portanto, seria altamente desejável o desenvolvimento de um circuito de fornecimento de gás respirável que permita a redução do volume de gás respirável transportado a bordo ou a extensão do período antes da recarga dos cilindros (para transporte de O2 a bordo). Portanto, seria adicionalmente benéfico o desenvolvimento de tal circuito que forneça uma taxa de circulação de gás respirável ajustada às necessidades reais do passageiro ou do membro da tripulação.

[009] Para esse fim, é provido um circuito de fornecimento de gás respirável para uma aeronave de transporte de passageiros e membros da tripulação de acordo com a reivindicação 1 e um método para distribuição de gás respirável aos passageiros e/ou elementos da tripulação de uma aeronave de acordo com a reivindicação 8.

[0010] Quando da regulagem do teor de gás respirável real do gás respirável, o consumo de gás respirável pode combinar as necessidades reais de um usuário final. Nenhum volume excessivo de oxigênio é alimentado, o que reduz a necessidade de fontes de oxigênio a bordo. Essa regulagem aperfeiçoada permite um controle do fornecimento do gás respirável com base teor de gás respirável real fornecido ao usuário final.

[0011] Os aspectos acima e outros serão melhor entendidos com a leitura da descrição a seguir das concretizações especificas fornecidas como exemplos não limitativos. A descrição se refere aos desenhos anexos.

[0012] A figura 1 é uma vista simplificada de um circuito de fornecimento de gás respirável para uma aeronave transportando passageiros e membros da tribulação em uma primeira concretização da invenção;

[0013] A figura 2 ilustra uma concretização exemplar de um sistema de oxigênio de emergência de uma aeronave adaptado para distribuição a um gás respirável em uma primeira concretização da invenção.

[0014] Conforme visto na figura 1, o circuito de fornecimento, de acordo com a invenção, compreende os elementos a seguir. Uma fonte de gás respirável ilustrada nesse documento como um par de tanques de oxigênio RI e R2, cada um compreendendo uma válvula de redução em sua respectiva saida, é provida para distribuição, através de uma linha de fornecimento 2, do gás respirável aos passageiros e membros da tripulação da aeronave. Outras fontes de gás respirável podem ser empregadas no circuito de fornecimento de acordo com a invenção. A linha de fornecimento se estende a um dispositivo para respiração, nesse documento ilustrado como uma máscara respiratória 9. Uma entrada de ar ambiente 10 é provida na máscara respiratória 9, de modo que o ar ambiente é misturado com o gás respirável dentro da máscara 9, em um dispositivo de mistura (não mostrado na figura 1) . Tal dispositivo de mistura provê um gás respirável a ser inalado pelo usuário final e correspondendo à mistura de gás respirável e ar ambiente, Na ilustração exemplificativa da figura 1, o gás respirável a ser inalado ou era uma forma abreviada, o gás inalado, é alimentado ao membro da tripulação ou passageiro 30 através da máscara 9, [0015] Um dispositivo de regulagem 24 é adicionalmente provido para controlar o fornecimento de gás respirável para a máscara 9. No circuito de fornecimento de acordo com a primeira implementação da invenção, o dispositivo de regulagem 24 é acionado por uma função de sinal de controle FjO;/ pelo menos do teor do gás respirável {geralmente denominado F-O?) no gás respirável alimentado à máscara. O dispositivo de regulagem pode ser, por exemplo, uma válvula elétrica.

[0016] De modo a obter aquele efeito, é fornecida uma unidade eletrônica 62, ou CPU, que elabora o sinal de controle enviado ao dispositivo de regulagem 24, conforme visto nas linhas pontilhadas da figura 1.

[0017] Em uma concretização preferida do circuito de acordo com a invenção, a unidade eletrônica 62 define um ponto de ajuste Fi02br' para o teor de gás respirável FíG2, pelo menos com base na pressão da cabine {ou altitude da cabine, como a pressão da cabine é equivalente à altitude da cabine) para controlar o dispositivo de regulagem 24. Um primeiro sensor 140, isto ê, um sensor de pressão, é provido na cabine da aeronave para fornecimento de um primeiro sinal de pressão à CPU 62 de modo a elaborar o ponto de ajuste FiÜ2St’ para controlar o dispositivo de regulagem 24. Outro tipo de sensor, medindo a altitude da cabine também pode ser usado.

[0018] O sensor de pressão 140 mede a pressão da cabine {medida em hPa, por exemplo), dado que é equivalente à altitude da cabine (geralmente medida em pés), conforme definido acima. 0 ponto de ajuste Fi02SP é elaborado pela unidade eletrônica 62, com base nas curvas de regulação definidas pela Federal Aviation Regulation (FAR). Tais curvas definem o teor de oxigênio necessário do gás respirável alimentado aos passageiros e membros da tripulação como uma função da altitude da cabine.

[0019] O sensor de pressão 140 pode ser um dos sensores de pressão disponíveis na aeronave, seu valor sendo disponível mediante conexão ao barramento da aeronave. A fim de garantir uma leitura confiável da pressão independente do sistema de barramento da aeronave, o circuito de acordo com a invenção pode ser provido com seu próprio sensor de pressão, isto é, um sensor dedicado 140 sendo provido para a unidade eletrônica 62.

[0020] Um segundo sensor 150 é provido na linha de fornecimento a jusante do dispositivo de mistura, isto é, no exemplo da figura 1, dentro da máscara 9, para fornecer ao circuito eletrônico um sinal F];02M representativo do teor de gás respirável F^ no gás inalado. O segundo sensor 150 permite um laço de retroalimentação para garantir que o fornecimento correto no oxigênio siga a necessidade real dos usuários finais do circuito de fornecimento quando utilizam as máscaras.

[0021] A fim de gerar o sinal de controle, a unidade eletrônica 62 compara o ponto de ajuste Fi02SP ao sinal FiC>2M representativo do teor de gás respirável de modo a elaborar um sinal de controle.

[0022] Um módulo PID (derivado proporcional, integral) pode ser compreendido dentro da unidade eletrônica 62 para elaborar o sinal de controle FiÜ2R a partir da comparação do ponto de ajuste e do Fi02M medido.

[0023] O segundo sensor 150 é uma sonda sensora de oxigênio adaptada para medir o teor de gás respirável no gás para respiratório provido a jusante no dispositivo de mistura. 0 sensor 150 pode ser, por exemplo, um sensor de oxigênio galvanizado ou uma célula de oxigênio. Com uma fase de inspiração média dura cerca de 1 segundo, é preferido gue o sinal de resposta do sensor não seja significativamente retardado. Portanto, em uma concretização preferida, um sensor rápido é empregado, com tempo de resposta de 5hz, ou mais e preferivelmente 10Hz ou mais. Assim, o sinal de resposta é retardado em não mais de 100 ms.

[0024] Na presente ilustração, o dispositivo de regulagem 24 dirige o fornecimento de gás respirável a uma máscara 9. Uma pessoa versada na técnica poderá transpor facilmente os ensinamentos da presente invenção para um dispositivo de regulagem que controla o fornecimento do gás respirável para um grupo de máscaras 9 graças a um sinal de controle correspondendo a média de SaC>2 medida através de cada sensor 150 provido na máscara 9.

[0025] A figura 2 ilustra uma concretização exemplificativa do sistema de acordo com a invenção e, mais especificamente, um regulador de demanda compreendendo o dispositivo de regulação, conforme conhecido no WO 2006/005372.

[0026] O regulador compreende duas porções, uma porção 10 incorporada a um alojamento em uma máscara (não mostrada) e a outra porção 12 em uma caixa de armazenamento para armazenamento da máscara. A caixa pode ter estrutura geral do tipo convencional, sendo fechada por portas e possuindo a máscara que se projeta da mesma. A abertura das portas quando da extração da máscara abre uma válvula de fornecimento de oxigênio.

[0027] A porção 10 contida na máscara é constituída por um alojamento compreendendo várias peças montadas em conjunto possuindo recessos e passagens formadas no mesmo para definição de várias passagens de circulação.

[0028] Uma primeira passagem de circulação conecta uma entrada 14 para oxigênio a uma saída 16 conduzindo à máscara. Uma segunda passagem, ou passagem de circulação de ar, conecta uma entrada 20 para diluição do ar a uma saída 22 conduzindo à máscara. A taxa de circulação de oxigênio ao longo da primeira passagem é controlada por um dispositivo de regulagem 24, aqui uma válvula controlada eletricamente. No exemplo da figura 2, essa válvula é uma válvula proporcional 24 sob controle de tensão conectando a entrada 14 à saída 16 e energizada por um condutor 26. Também seria possível empregar uma válvula solenóide do tipo liga/desliga, controlada por emprego de modulação da largura do pulso em uma taxa de atividade variável.

[0029] No exemplo mostrado, a seção à direita da passagem de circulação de ar diluído é definida por uma superfície interna 33 do alojamento e a borda de extremidade de um êmbolo 32 montada de modo deslizante no alojamento. O êmbolo é submetido à diferença de pressão entre a pressão atmosférica e a pressão que existe dentro da câmara 34. Uma válvula adicional controlada eletricamente 36 (especialmente uma válvula solenóide) serve para conectar a câmara 34 tanto à atmosfera quanto também à fonte de oxigênio em um nível de pressão mais alto que a atmosférica. A válvula controlada eletricamente 36 assim serve para comutar do modo normal com diluição para o modo no qual o oxigênio puro é fornecido (assim denominado modo "100%"). Quando a câmara 34 é conectada à atmosfera, uma mola 38 prende o êmbolo 32 na sede 39, porém permite que o êmbolo 32 se separe da sede 39, quando o usuário da máscara inala ura gás respirável, de modo que o ar passa através da passagem de circulação de ar para o dispositivo de mistura, aqui câmara de mistura 35, em que o ar é misturado com o oxigênio que chega da primeira passagem de circulação. Quando a câmara 34 é conectada ao fornecimento de oxigênio, o êmbolo 32 pressiona contra a sede 39, pelo que impedindo· o ar de passar, Q êmbolo 32 pode também ser usado como um elemento· de movimento de uma válvula reguladora servo-controlada. Em geral, os reguladores são projetados para tornar possível não apenas a realização da operação normal com diluição, porém também posições de emergência graças ao seletor 58.

[0030] O sensor de pressão 49 é provido na máscara para detectar os ciclos de respiração/expiração. Na ilustração exemplar da figura 2, o sensor 49 é provido a jusante na câmara de mistura 35. O sensor de pressão 49 é conectado ao cartão de circuito eletrônico 62.

[0031] O alojamento da porção 10 também define uma passagem de expiração incluindo uma válvula de exalação ou expiração 40. O elemento de veneziana da válvula 40 mostrado é de um tipo que tem seu uso difundido no presente para realização de duas funções de ação ambas como uma válvula para controle de admissão· e como· uma válvula de exaustão. Na concretização mostrada, ele atua unicamente como uma válvula de expiração enquanto torna possível que o lado de dentro da máscara seja mantido a uma pressão que é maior que a pressão da atmosfera circundante por aumento da pressão que existe em uma câmara 42 definida pela válvula 40 para uma pressão maior que a pressão· ambiente.

[0032] No primeiro estado, uma válvula controlada eletricamente 48 (especialmente, uma válvula solenóide) conecta a câmara 42 à atmosfera, quando então a respiração ocorre à medida que a pressão na máscara excede a pressão ambiente. Em um segundo estado, a válvula 48 conecta a câmara 42 à alimentação de oxigênio através de uma constrição de limite de taxa de circulação 50. Sob tais circunstâncias, a pressão dentro da câmara 42 se eleva a um valor que é determinado pela válvula de descarga 46 possuindo uma mola de fechamento de taxa.

[0033] O alojamento da porção 10 pode portar, adicionalmente, dispositivos que permitem um arnês pneumático da máscara seja inflado e desinflado. Esses dispositivos são de estrutura convencional e consequentemente eles não são mostrados nem descritos.

[0034] Conforme ilustrado na figura 2, um seletor 58 pode ser provido para fechar um comutador de modo normal 60. O seletor 58 permite a seleção de diferentes modos operacionais: modo normal com diluição, modo de 100% O2 ou modo emergencial (O2 com pressão em excesso).

[0035] A unidade eletrônica 62 opera como uma função do modo de operação selecionado levando em consideração o sinal Fi02m representativo do teor de gás respirável no gás respiratório e provido pelo sensor 150 localizado a jusante da câmara de mistura 35. A unidade eletrônica 62 adicionalmente leva em consideração a altitude da cabine (conforme indicado pelo sensor 140, no exemplo da figura 2, provido dentro da caixa de armazenamento 12) e o ciclo de respiração (conforme indicado pelo sensor 49) , uma vez que nenhum oxigênio é necessário quando o usuário final expira.

[0036] O cartão de circuito eletrônico 62 provê sinais elétricos apropriados, isto é, o sinal de controle à primeira válvula controlada eletricamente 24, como se segue. No modo normal, o sensor de pressão 49 indica quando o usuário final está respirando (vide linha continua na figura 2). 0 circuito eletrônico 62 recebe esse sinal em conjunto com as informações de altitude da cabine a partir do sensor 140.

[0037] O circuito eletrônico 62 então determina o ponto de ajuste Fi02SP de F1O2 com base, por exemplo, na FAR. Conforme mencionado anteriormente, o circuito eletrônico 62 então compara o ponto de ajuste a SaC>2 atual medida pelo sensor de oxigênio 150 a jusante da câmara de mistura 35 e gera um sinal de controle FjiC^ para acionar a válvula 24 acionada eletricamente. Se não for necessário mais oxigênio, a válvula 24 é disposta para deixar que mais oxigênio circule para dentro da câmara de mistura 35. O circuito eletrônico 62 assim permite o acionamento, por exemplo, abrindo e fechando a válvula 24 controlada eletricamente bem como sua velocidade de abertura/fechamento.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Circuito de fornecimento de gás respiratório (1) para uma aeronave transportando passageiros e/ou membros de tripulação (30), compreendendo: - uma fonte de gás respirável (Rl, R2), pelo menos uma linha de fornecimento (2) conectada à fonte, - um dispositivo de regulagem (12) provido na linha de fornecimento para controlar o fornecimento do gás respirável, - um dispositivo de mistura (9) conectado à linha de fornecimento, o dispositivo de mistura compreendendo adicionalmente uma entrada de ar ambiente (10) para misturar o ar ambiente com o gás respirável, de modo a prover pelo menos um passageiro ou membro da tripulação com um gás respiratório a ser inalado, correspondendo a uma mistura de gás respirável e de ar ambiente, em que o dispositivo de regulagem é acionado por uma função de sinal de controle (Fi02r) , pelo menos do teor de gás respirável (Fi02) no gás respiratório, caracterizado pelo fato de o dispositivo de regulagem e o dispositivo de mistura serem compreendidos em um regulador de demanda de uma máscara respiratória.

2. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de controle é provido por um circuito eletrônico (62).

3. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a aeronave compreende uma cabine, e em que uma unidade eletrônica define um ponto de ajuste (F];02sp) para o teor de gás respirável, pelo menos com base na pressão da cabine para controlar o dispositivo de regulagem.

4. Circuito, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um sensor (150) é provido à jusante do dispositivo de mistura para fornecer ao circuito eletrônico um sinal (F];02M) representativo do teor de gás respirável no gás respirável.

5. Circuito, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o circuito eletrônico compara o ponto de ajuste ao sinal representativo do teor de gás respirável para elaborar o sinal de controle.

6. Circuito, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sensor é um sensor rápido com um tempo de resposta de 50Hz ou maior.

7. Método para fornecimento de gás respirável em uma aeronave transportando passageiros e/ou membros de tripulação (30), a aeronave compreendendo: - uma fonte de gás respirável (Rl, R2), pelo menos uma linha de fornecimento (2) conectada à fonte, - um dispositivo de regulagem (12) provido na linha de fornecimento para controlar o fornecimento do gás respirável, - um dispositivo de mistura (9) conectado à linha de fornecimento, o dispositivo de mistura compreendendo adicionalmente uma entrada de ar ambiente (10) para misturar o ar ambiente com o gás respirável, de modo a prover pelo menos um passageiro ou membro da tripulação com um gás respiratório a ser inalado, correspondendo a uma mistura de gás respirável e ar ambiente, o dispositivo de regulagem e o dispositivo de mistura sendo compreendidos em um regulador de demanda de uma máscara respiratória, o método sendo caracterizado por compreender as etapas de: - medir o teor de gás respirável (F;^) no gás respiratório, prover um sinal de controle para acionar dispositivo de regulagem, o sinal de controle tendo pelo menos como base o teor de gás respirável, o dispositivo de regulagem e o dispositivo de mistura sendo compreendidos em um regulador de demanda de uma máscara respiratória.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sinal de controle é provido por um circuito eletrônico (62).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a aeronave compreende uma cabine, o método compreendendo adicionalmente as etapas de: - medir a pressão da cabine, - definir um ponto de ajuste (FiC>2SP) para o teor de gás respirável pelo menos com base na pressão da cabine medida, - acionar o dispositivo de regulagem com o ponto de ajuste para o teor de gás respirável.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um sensor de oxigênio (150) é provido à jusante do dispositivo de mistura, o método compreendendo adicionalmente a etapa de: - medir com o sensor de oxigênio um sinal (Fn;02M) representativo do teor de gás respirável no gás respiratório.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de comparar o ponto de ajuste ao sinal representativo do teor de gás respirável para elaborar o sinal de controle.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sensor de oxigênio é um sensor rápido com um tempo de resposta de 50Hz ou superior.