CN101304785B - 用于机组人员的供氧循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机组人员的呼吸装置，所述装置包含至少一个呼吸面罩(620)，所述呼吸面罩设置有肺式调节器(810)，所述肺式调节器通过供给线路连接至富氧气空气中央气源(600)，从而使得富氧气空气被提供到所述呼吸面罩，压力调节装置(601，602，603，604)被设置到位于所述富氧气空气中央气源和所述肺式调节器之间的所述供给线路上并被调节，以平缓提供给所述呼吸面罩的所述富氧气空气的压力波动。

Description

用于机组人员的供氧循环装置

技术领域

本发明涉及一种给机组人员供氧的呼吸装置，特别是涉及一种包括具有肺式调节器的面罩的呼吸装置。

背景技术

当紧急状况发生，如在高空中压力下降和/或驾驶员座舱内有烟雾时，肺式调节器是通过面罩输送氧气或富氧空气给乘务员的必要结构。这种装置也可作为预防措施使用。一个主要的但非限定性的应用在于能够到达高空的大型客机，也被称作大载客量的“大型喷气式飞机”或“超大型喷气式飞机”。

目前，每个客机飞行员都配备有包括面罩的呼吸装置，该面罩安装有连接到呼吸气体源的肺式调节器。航空条例要求面罩能够在5秒内被放置到位并向其佩带者提供氧气。通常，通过使用设置有肺式调节器的面罩和能够膨胀和收缩的气囊(pneumatic harness)来达到这个效果，如在文件FR-A-1 506 342、FR-A-2 784 900、EP-A-0 628 325，和美国专利Nos.5,503,147与5,623,923中记载了其中一种情况。加压气体源必须能够在一压力下立即输送氧气或富氧空气，该压力足以使气囊膨胀并供给面罩的调节器。通常，气源为一瓶或多瓶加压氧气。氧气供应可以用机载氧气发生器来代替，如，供给有空气的机载氧气发生器系统(OBOGS)组，所述空气源于一个或多个发动机的压缩机。机载氧气发生器系统还可包括分子筛产氧气发生系统(MSOGS)，MSOGS被设置为用于输送具有理想氧浓度的富氧空气，该富氧空气通过吸收被供给到该系统中的空气中的氮气得到。

如图1所示，氧气源610通常连接到中央系统600，多条供应线路(或供给线路)从该中央系统600开始。在这些线路中，有一条是供给机组人员面罩610和/或供给乘客应急面罩的供应线路(未在图1中示出)。

无论是哪种氧气源，肺式调节器会经受氧气供给压力的明显波动，即，其操作压力、上游机组人员面罩产生的波动，特别是沿着介于中央系统和面罩之间的供给管路。这些压力波动的特征可以通过其平均值和振幅说明如下：

-供给线路的平均值，其与氧气源有关且可能随着不同的氧气供应器而不同。实际上，市场上用于飞机的不同的氧气供应器发展出了具有根据其特性和/或飞机制造商而定的平均值的氧气源。该平均值的范围通常为50至70Psi，

-波动的振幅或范围，其可以由气源出口的压力波动或沿供给线路的摩擦损失而产生。压力调节器可以被设置在具有如减压阀的减压设备的加压氧气源入口处。然而，这些设备只能抑止大的压力偏移：在肺式调节器的入口处，通常出现45Psi范围内的波动。最大振幅已经在由压力瓶供应的氧气中检测到。

对于给定的氧气供应器和结合有其的飞机，该平均值和该振幅是公知的。

已知的肺式调节器是完全充气的装置，其确保对氧气含量和提供给面罩佩带者的空气的瞬时流量的控制。该控制依赖于座舱压力高度和佩带者的吸气。供给线路压力稳定性与肺式调节器的可靠性直接相关。

至今，只有精密且复杂地调整和面罩相结合的肺式调节器才能向机组人员面罩输送可调节但却稳定的氧气或富氧气空气流量，而不受氧气源的压力波动影响。

由于所制造的肺式调节器必须被调整到氧气源平均值和供给线路的压力波动，调整有着双重困难。由于开发一种专门针对供给线路平均值的肺式调节器会非常昂贵，同样的肺式调节器必须根据其所关联的氧气源被调节到不同的供给线平均值。当第一调整完成之后，肺式调节器需要额外的调节以确保其在所要承受的压力波动的整个范围内的可靠性。

肺式调节器的艰苦然而必要的调整程序的简要说明将描述如下。

已知的肺式调节器如图2所示。该肺式调节器包括由多个可组合到一起的部分构成的外壳810，该外壳810具有用于连接到加压呼吸气体源的进气口812，例如，该加压呼吸气体源可由加压氧气瓶或液氧转换器构成。外壳还具有导管814，用于连接到携带有调节器的呼吸面罩(未示出)的内侧。

外壳810包含由与固定座配合的横隔膜组成的气动阀816。由主横隔膜的背面和外壳所限定的控制室818经由阻塞件820和进气口相连。当受到进气压力时，横隔膜816被压向固定座，关闭所述固定座的通道，并将进气口812和导管814分隔开。

室818中的压力由飞行员阀822控制。飞行员阀包括对压力敏感的隔膜824。隔膜824承载有快门或关闭件826，该关闭件826与一固定座配合以使得控制室818与由隔膜824所限定的室828相通，或者将它们分隔开。弹簧850设定隔膜824的压力限度。

室828经由阻塞件829也和进气口相通。

室828中的压力被向大气卸载的阀830所限定，这防止了控制室828中的高压超过预定值。

为了能操作稀释物，喷射器832被设置在主阀816和导管814之间。当打开时，通道834允许稀释空气从喷射器到达下游。

飞行员阀822被设置成也作为排气阀使用。为此，隔膜824具有压到座上的环形缘836，用于排气到大气中。

上面描述的设置是已知的，并被用于众多肺式调节器中，因此其操作无需在此详细描述。

肺式调节器通常被制作成没有隔膜824和气动阀816，因为他们通常是由弹性材料制成，容易损坏。这两部分在调整调节器之前才被组装。

由于要将调节器调整到与飞机及其氧气源相应的给定的平均值，复杂的跟踪系统被引进用来提早联合飞机和其肺式调节器。在知道氧气源平均值的情况下，必须进行成套测试来调整肺式调节器。下面将给出所进行的测试的例子。

当隔膜和阀门被组装到肺式调节器主体内后，在对所有肺式调节器来讲通用的调整压力(50Psi)下执行初步调整。调节器的响应时间(相当于舒适度测试，即，确保面罩佩带者能够呼吸自如)被测试并被调整到理想值。该响应时间相当于呼吸气体从阀门至佩带者的流动时间。隔膜824的操作时间也通过特定弹簧850来调整。

这两种调整相对于其它的来说依赖于操作压力。其它的测试，诸如包括受到肺式调节器控制的呼吸循环的耐力测试，也被进行以能评估阀和隔膜的老化、调整和适当功能。

更精密的调整在肺式调节器的实际操作压力下作出，考虑到波动的整个范围。肺式调节器需要适应的大压力波动使这些精密调整全部更加困难，尤其是对于呼吸舒适性来说，因为振动在一些操作压力下可以被观察到。

在肺式调节器的一些操作模式中，空气被混合到由氧气源提供的氧气中。空气可以通过达到标准的喷射器(图2中的832)被提供给调节器。喷射器特性基于已知调节器的优化(使用计算流体力学(CDF)软件)，考虑诸如海拔高度、温度和喷射器上游的理论压力的变量。因此，调节器的操作压力也会影响喷射器特性。

这种精密调整的直接结果是制造后的肺式调节器的大量和高昂的废品率。如果肺式调节器没通过这些测验中的一个，且操作者不能调节阀或隔膜弹簧，该调节器将会被丢弃。高的废品率主要是由于对每个肺式调节器的高约束性，因为一个调节器要在50Psi测试值、在氧气供应平均值、且沿着波动范围的正常参数下执行。

发明内容

因此，非常希望开发出一种肺式调节器，其不需要如此复杂的调整，并且其具有减少的废品率。还希望开发出一种肺式调节器，其对压力平均值和波动的多样性不太敏感，并且减小了其对调节器性能的影响。

因此，本发明提供了一种用于机组人员的呼吸装置，所述装置包括：设置有肺式调节器的至少一个呼吸面罩、以及压力调节装置。所述肺式调节器包括外壳，该外壳由多个可组合到一起的部分构成并具有：进气口，通过供给线路连接至富氧气空气中央气源，所述富氧气空气呈现出具有一平均值和围绕所述平均值的波动振幅的压力波动；导管，用于连接到携带有肺式调节器的呼吸面罩的内侧；气动阀，由与固定座配合的主横隔膜组成；控制室，由该主横隔膜的背面和外壳所限定，并经由阻塞件与进气口相连。当受到进气压力时，主横隔膜被压向该固定座，关闭所述固定座中的通道，并将进气口和导管分隔开。压力调节装置被设置在位于所述富氧气空气中央气源和所述肺式调节器之间的所述供给线路上，并适于将所述平均值降低到一确定值，并将所述波动振幅平缓到一受控的压力波动的范围内。

申请人利用观察可知，无论在肺式调节器入口处的压力波动的平均值和振幅是多少，在适当调整后调节器的性能是同样的。换句话说，只要适当调整了肺式调节器，相同的氧气流量被输送给面罩佩带者，而与氧气源无关。实际上整个调整程序的目标就是呈现出独立于所供应的氧气的特征的调节器操作。

因此，申请人想到沿着供给管路在中央系统和肺式调节器之间插入压力调节装置，以使氧气压力波动的平均值降低到一确定值，同时减小波动振幅到一受控范围内。该压力调节装置降低了多重氧气源的影响。不管氧气源和面罩上游的供给线路，根据本发明的肺式调节器都会经受变化量已知且受控的操作压力。

因此，只需在给定压力值下对所有肺式调节器进行测试，并考虑波动的受控范围。无论肺式调节器要结合到什么样的氧气供应器上，测试的数量显著减少了。因为限制了对肺式调节器的约束，废品率显著降低。此外，在围绕确定的平均值的已知的波动范围内，调节器的性能不会改变。

附图说明

结合附图，本发明的其它特点和优点将在下面的描述中更加明显，其中：

图1是飞机上氧气供应源和分配系统的原理图；

图2是已知的肺式调节器的剖面图；

图3.1是具有柔性隔膜的减压装置的剖面图；

图3.2是具有包括偏置装置的中空体的减压装置的剖面图；

图4是根据本发明第一实施例的压力调节装置的剖面图；以及

图5是根据本发明第二实施例的压力调节装置的剖面图。

具体实施方式

减压装置，其作为用于传送调整后的低压的压力调节器，以及作为压力波动限制器，可以采用减压设备的形式。其可沿着飞机的供应线路(或供给线路)定位于中央系统和机组人员面罩之间不同的位置。可以定出四个主要位置。

如图1所示的第一位置601对应于直接设置在面罩610的肺式调节器入口处的减压装置。这种减压设备尺寸小、重量轻，其非常适合置于第一位置601。该设备可以是适合安装到肺式调节器入口的圆柱形形状。

当连接至氧气供给线路的存储箱615对于面罩610可用时，方便的第二位置602是沿着供给线路位于存储箱和肺式调节器之间的。圆柱形形状的减压设备可被局部地设置在供给线路上。存储箱较佳地位于接近机组人员的位置。相同的位置可应用于没有存储箱的情况，即沿着中央系统600和面罩610之间的供给线路。

位置的第三个例子是在氧气供给线路进入存储箱615的入口603处。减压设备的便利的形状是平行六面体形状，以易于将该装置设置到存储箱。

当不能使用存储箱时，位置的第四个例子是沿着供给线路、紧接在中央系统上的供给线路适配器(连接装置)604之后或置于其内部。

美国专利3,437,109和4,226,257公开了压力调节设备。该设备大体包括：

入口或入口端部，

出口或出口端部，

调节室或压力室，插在入口和出口之间，以使得入口通过调节室与出口流体连通，调节室向出口提供基本恒定的压力，

活塞装置，适于至少部分地在调节室内在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置，活塞装置密封入口和出口之间的流体连通，在第二位置，富氧气空气能够从入口流向出口，

偏置装置，适于使活塞装置朝向第二位置偏置，以及

推压装置，适于由于调节室压力作用，使得所述活塞装置的偏置反向。

如图3.1所示，推压装置包括柔性隔膜710，该柔性隔膜的第一面朝向调节室705。偏置装置715实际上在隔膜的第二面上偏置隔膜。在调节室705中，活塞装置720被保持为通过弹簧725和隔膜710的第一面相接触，该弹簧725朝向隔膜710推动所述活塞装置720。通过施加到隔膜上的力的总和实现了调节。

从活塞装置720的第二位置开始，随着调节室705内压力增加，施加到隔膜上的压力也增加，所述隔膜710偏转并压缩偏置装置715。由于弹簧725，活塞装置720跟随隔膜710一起偏移。当活塞装置720到达图3.1所示的第一位置时，该活塞装置密封入口701和出口702之间的流体连通。出口压力随后降低，这降低了施加到隔膜710的压力。由于偏置装置715在其第二面上的偏置力变得高于施加到其第一面上的压力，偏置装置715偏置710，活塞装置720通过柔性隔膜720回到第二位置。流体连通被重新打开。

另一实施例的调压装置在于用偏置体714取代柔性隔膜710，偏置体714较佳地为中空的。偏置体714面向调节室705，并被偏置装置715偏置，以推动活塞装置720至其第二位置。如图3.1所示，活塞装置720通过弹簧725还保持和偏置体714的接触。偏置体714还通过实心的较佳是平的表面714a面向调节室705，以使当所述调节室内的压力增大时在压缩偏置装置715的同时偏置体714被移开。调节机构和在具有柔性隔膜的实施例中描述过的类似。

在这两个实施例中，第一位置对应于与图3.1和图3.2中阀座730接触的活塞装置，其确保调压装置中从入口到出口的流体连通的密封。

下面详细描述其它实施例。图4示出了根据本发明第一实施例的调节设备。调压设备10或压力调节器包括阀执行器外壳12和主体11，两者通过螺纹部122彼此螺旋连接，该螺纹部122位于所述主体11的向外突出的大体环形的延伸部112上。还可通过利用密封垫(未在图1中示出)将阀执行器外壳12相对于调节器的主体11密封。阀执行器外壳12和主体11形成调节器体。

调节器10进一步包括设置在主体11上的入口或入口端部115和设置在于阀执行器外壳12上的出口或出口端部125。入口端部115适于连接到来自氧气中央源的供给线路。入口端部115包括入口通道，该入口通道通向被限定在调节器主体11内的压力室或调节室18。随其和压力室18相通的是设置在阀执行器外壳12的出口端部125内的出口通道。

以中空罩的形式存在的阀执行器外壳12，被设置成和压力室18相邻。浮式活塞20可滑动地安装在外壳12内，用于依靠密封圈21以密封的方式在其内部移动，该密封圈21被设置在活塞20的外圆周表面，以使其和外壳12的内壁相作用。活塞20具有与其相关联的阀杆201和阀件202。与活塞20一体形成的阀件202和阀杆201与其一起移动。阀件202适于与作为入口端部115的一部分的阀座116相嵌合。在这点上，阀件202承载着密封件203。阀杆201承载密封件204，该密封件204与主体11的向内突出的大体环形的延伸部111密封地嵌合，阀杆201安装在该延伸部111内。浮式活塞20和阀杆201适于滑动配合(snugly fit)到内延伸部111中，用于向前移动和远离阀座116。

阀件202包括连接通道205和206，而阀杆201包括连接通道207，由此室18内的压力与由外壳12的内部和活塞20的端面20a所限定的出口室19敞开地连通。出口腔19直接和出口端部125相连通。

圆弹簧15形式的偏置装置被设置在阀执行器外壳12内，且部分地位于内延伸部111和外延伸部112之间，以接合活塞20的相对端面20b，从而推动后者、以及阀杆201和阀件202、远离阀座116。圆弹簧15的相对侧嵌合到突出有延伸部111和112的主体11的内表面。

在调节器10的一般使用中，通过入口端部115会提供波动的供应压力。因此，调节器10的主要目的是提供或更确切地说是维持一恒定的输出压力，该恒定的输出压力经由其余的供给线路与肺式调节器连通。

因此，可以在压力室18获得调整后的压力，该压力室接下来将该调整后的压力连通到出口腔19并随后连通到设置在出口端部125中的出口通道。而且，室18中的调整后的压力通过通道205、206和207分别与活塞20的端面20a和输出腔19相通。作用到活塞20的面20a上的调整后的压力给活塞20特定的力，该力倾向于促使活塞20远离出口端部125，以使得相对于阀座116关闭阀件202。面20a相当于此前描述过的推压装置。为了抵消这种倾向，如弹簧15的偏置装置接合活塞的面20b，以使得可以在活塞20的全部行程范围内给其提供一个相对于室18内的调整后压力来说基本恒定的力。弹簧15的力通过端面20b传递给活塞。

如果阀件202倾向于相对阀座116关闭以使得室18中的压力低于理想调压值，施加到活塞端面20a的力相应地减小，而偏置装置15将倾向于打开阀件202以增大室18中的压力以及施加到活塞面20a的相应的压力。相反地，如果阀件202倾向于离开阀座116，室18中的压力会超过理想调压值，而相对应的施加到活塞端面20a的更大的力会倾向于使得后者抵抗偏置装置力而移动，从而关闭阀件202，直到达到理想调整压。由于平衡力的作用，在出口端部125保持了被充分调整后的压力。

图5所示根据本发明第二实施例的调压设备。除非另外提及，相同元件使用相同的附图标记。而且，在此只突出两个实施例的不同之处。

压力调节设备10或调压器包括通过密封环30的螺纹部122彼此螺旋连接的阀执行器外壳12和主体11，该密封环30位于阀执行器外壳12和主体11内。螺纹部被设置在所述密封环30的在外突出的大体为环形的延伸部312上。

调节器10进一步包括设置在主体11上的入口端部115和设置在阀执行器外壳12上的出口端部125。入口端部115包含与被限定在主体11和密封环30之间的压力室18直接相通的入口通道。密封环30是中空的零件，其进一步包括在内突出的大体为环形的延伸部311，阀杆201安装在该延伸部中。在环形延伸部311和312的相对侧，密封环30延伸具有另一环形延伸部313，其和主体11的内部一起限定所述压力室18。大体平坦的密封盘41被挤压在环形延伸部313和主体11内壁之间。密封盘41将压力室18分成两个子室，一个和入口端部115内的入口通道直接相通，而另一个和活塞20的连接通道207直接相通。

密封件40被设置在密封盘41上。密封件较佳具有大体为圆柱的形状，并位于密封盘41与活塞20的阀件202相对。密封盘41上设有开口410以使得两个子室能够相通。通过开口410和连接通道207，从入口端部115到出口室19和出口端部125之间压力相通。浮式活塞20和阀杆201在内延伸部311中滑动配合，用于向前移动和离开密封件40。此外，阀杆202被延长为环形零件，适于当被活塞20的端面20a上的压力朝向密封件40推动时与密封件40接合，从而关闭入口端部115和出口端部125之间的连通。偏置装置15被设置在密封环30(在内延伸部311和外延伸部312之间)和活塞的相反端面20b之间。

密封件204’可被设置到位于环形延伸部313和主体11之间的密封盘41。另一密封件204可被设置在密封环30和阀杆201之间。

本实施例的功能和图4中第一实施例的功能相似，如密封件40作为阀座。由于平衡力的作用，在出口端部125处维持了充分的调整压。

Claims (9)

1.一种用于机组人员的呼吸装置，所述装置包括：

至少一个呼吸面罩(610)，设置有肺式调节器(810)，所述肺式调节器通过供给线路连接至富氧气空气中央气源(600)，所述富氧气空气呈现出具有一平均值和围绕所述平均值的波动振幅的压力波动，

压力调节装置(601，602，603，604)，被设置在位于所述富氧气空气中央气源和所述肺式调节器之间的所述供给线路上，并适于将所述平均值降低到一确定值，并将所述波动振幅平缓到一受控的压力波动的范围内，所述压力调节装置包括：

入口(701，115)；

出口(702，125)；

调节室(705，18)，位于所述入口和所述出口之间，从而使得所述入口通过所述调节室与所述出口流体连通，所述调节室向所述出口提供恒定的压力；

活塞装置(720，20)，适于至少部分地在所述调节室内在一第一位置和一第二位置之间移动，其中，在所述第一位置，所述活塞装置密封所述入口和所述出口之间的流体连通，在所述第二位置，富氧气空气能够从所述入口流向所述出口；

偏置装置(715，15)，适于朝向所述第二位置偏置所述活塞装置；以及

推压装置(710，714，714a，20a)，适于由于调节室压力的力作用，使所述活塞装置的偏置反向。

2.根据权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述肺式调节器包括外壳，该外壳由多个可组合到一起的部分构成并具有：

进气口(812)，通过该供给线路连接至该富氧气空气中央气源(600)；

导管(814)，用于连接到携带有肺式调节器的呼吸面罩的内侧；

气动阀(816)，由与固定座配合的主横隔膜组成；

控制室(818)，由该外壳和该主横隔膜的背面所限定，该控制室经由阻塞件(820)连接到进气口(812)，当受到进气压力时，该主横隔膜(816)被压向该固定座，关闭所述固定座中的通道，并将该进气口(812)和该导管(814)分隔开。

3.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，所述推压装置包括受到调节室压力作用的隔膜(710)。

4.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，所述推压装置包括具有固体表面(714a)的推压体(714)，所述固体表面(714a)受到调节室压力作用。

5.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，所述压力调节装置包括邻近所述调节室设置的阀执行器外壳(12)，所述活塞装置(20)以密封的形式被安装在所述阀执行器外壳内，所述活塞装置包括阀杆(201)和随其移动的阀件(202)，所述阀杆被可滑动地设置在所述调节室内，而所述入口具有与所述调节室相邻的阀座(116)，所述阀座适于与所述阀杆合作以关闭所述入口和所述出口之间的连通，设置在所述活塞装置内的连接通道(207)用于将所述调节室中的压力连通至所述活塞装置的端面(20a)，使得所述端面(20a)倾向于推动所述阀件压向所述阀座，偏置装置(15)位于所述阀执行器外壳内，用于偏置所述活塞装置，使得所述阀件倾向于离开所述阀座。

6.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，所述肺式调节器包括入口(601)而压力调节装置设置在所述入口。

7.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，所述供给线路通过连接装置(604)连接至所述富氧气空气中央气源，所述压力调节装置被设置在所述连接装置旁边或被置于所述连接装置内。

8.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，进一步包括用于存储所述面罩的存储箱(615)，所述存储箱通过入口(603)连接至所述供给线路，而所述压力调节装置被置于所述入口处。

9.根据权利要求1或2所述的呼吸装置，其特征在于，进一步包含用于存储所述面罩的存储箱(615)，所述存储箱被连接至所述供给线路，而所述压力调节装置被设置在所述存储箱和所述肺式调节器之间。

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