CN101505835B - 向飞机乘务人员和乘客供应氧气的呼吸气体供应线路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种呼吸气体供应线路，用于载乘客和乘务人员的飞机，该线路包括可呼吸气体源(R1，R2)，连接至所述加压的气体源的至少一个供应线(2)，调节装置(12)设置于所述供应线上用于控制可呼吸气体供应，混合装置(9)设置于所述供应线上，该混合装置还包括环境空气入口(10)，用于将所述环境空气和所述可呼吸气体混合来向至少一个乘客或者乘务人员供应一种与所述可呼吸气体和环境空气的混合气相应的呼吸气体，其中，所述调节装置由控制信号(F1O2 R)驱动，该信号至少是所述呼吸气体中可呼吸气体含量(F1O2)的函数。
Description
技术领域
本发明涉及一种呼吸气体供应线路，用来保护飞机上的乘客和乘务人员免受在高海拔下的气压降低和/或座舱中产生烟雾有关的危险。
背景技术
在飞机上发生气压降低事故或者产生烟雾的情形下，为了确保乘客和乘务人员的安全，航空规章要求所有的客机舱内配备安全氧气供应线路，该线路能够以作为机舱海拔高度的函数的流速向每一个乘客和乘务人员(下面也叫做终端用户)供应氧气。在气压下降的事故发生后，机舱海拔达到了接近飞机海拔的数值。人们了解机舱海拔相应于保留在机舱内的密封的大气。在密封的机舱内，这个数值不同于飞机海拔，飞机海拔是实际的物理海拔。
在一种给定的机舱海拔下所需要的最小氧气流速通常取决于飞机的种类，即民用飞机还是军用飞机，起保护作用的持续时间和程度，即紧急降落、弹出、持续飞行等。
已知的用于载有乘客和/或乘务人员的飞机的供应线路一般包括：
-可呼吸气体源，例如氧气；
-至少一个供应线，连接至可呼吸气体源；
-调节装置，连接至供应线，用于控制可呼吸气体的供应；
-混合装置设置于供应线上，该混合装置包括环境空气入口，用于将环境空气和可呼吸气体混合来向乘客和/或乘务人员供应与可呼吸气体和环境空气的混合气相应的呼吸气体。
可呼吸气体源可以是加压的氧气汽缸、化学的氧气产生器或者机上氧气产生器系统(On-Board Oxygen Generator System，OBOGS)或者更普通地为任何氧气源。呼吸气体通常通过呼吸装置输送给乘客或者乘务人员，所述呼吸装置可以是呼吸面具、呼吸套管或者其他装置。
为节约飞机舱内氧气的需要引导了呼吸面具的开发，该面具包括需求式调节器以及用环境空气稀释的氧气(通过混合装置)。这种需求式调节器可以从公开了一种气动的需求式调节器的专利文献FR 2,781,381或者FR 2,827,179，或者从公开了一种电-气动的需求式调节器的WO2006/005372了解。如果在这样的调节器中通过反馈回路控制终端用户的吸入流速，那么氧气需求是以开环控制，导致保守的(conservative)并因此过量的氧气供应到呼吸器(breathing apparatus)。事实上，在这样一种电气动调节器中，供应给面具中的氧气量取决于机舱海拔。使用一些昂贵的传感器来测量注入的氧气总流速和氧气量。
目前仍然需要进一步节省氧气，因为无论氧气来自氧气产生器还是加压的氧气源，舱内氧气量直接关系着乘客和乘务人员(下面也叫做终端用户)的估计的需求。任何根据终端用户实际需求的氧气供应的优化都将使氧气源更轻，以及减少飞机结构上的限制和燃油消耗。
因此，非常需要开发一种呼吸气体供应线路，可以减少舱内所载的可呼吸气体量，或者延长再填充汽缸(用于在舱内装载O2)的周期。更有利的是开发一种提供的可呼吸气体流速根据乘客或者乘务人员的实际需求来调节的线路。
发明内容
为此，本发明提供一种呼吸气体供应线路，用于载乘客和乘务人员的飞机，该呼吸性气体供应线路包括：
可呼吸气体源(R1，R2)；
附图说明
至少一个供应线(2)，连接至所述气体源；
调节装置(12)，设置于所述供应线上，用于控制可呼吸气体的供应；
混合装置(9)，连接至所述供应线，所述混合装置进一步包括环境空气入口(10)，用于将所述环境空气与所述可呼吸气体混合，来提供与所述可呼吸气体和环境空气的混合气相应的呼吸气体给至少一个乘客或者乘务人员吸入；
具体实施方式
其特征在于，所述调节装置由控制信号(F1O2 R)所驱动，该控制信号至少是在所述呼吸性气体中所述可呼吸气体含量(F1O2)的函数，
以及，所述调节装置和混合装置包含在呼吸面具的需求式调节器中。
以及提供一种向飞机乘客和/或乘务人员输送呼吸气体的方法，所述飞机包括：
可呼吸气体源(R1，R2)；
至少一个供应线(2)，连接至所述气体源；
调节装置(12)，设置于所述供应线上，用于控制所述可呼吸气体的供应；
混合装置(9)，连接至所述供应线，所述混合装置进一步包括环境空气入口(10)，用于将所述环境空气与所述可呼吸气体混合，来提供与所述可呼吸气体和环境空气的混合气相应的呼吸气体给至少一个乘客或者乘务人员吸入；
所述方法包括如下步骤：
测量在所述呼吸气体中的所述可呼吸气体含量(F1O2)；
提供控制信号来驱动所述调节装置，所述控制信号至少基于所述可呼吸气体含量，
以及，所述调节装置和所述混合装置包含在呼吸面具的所述需求式调节器中。
由于呼吸气体中的实际可呼吸气体含量的调节，可呼吸气体的消耗能够符合终端用户的实际需求。不过量供给氧气，使舱内氧气源的需求降低。这种改进的调节作用可以基于供给终端用户的实际可呼吸气体含量来控制可呼吸气体的供给。
通过以下以非限定性的实施例给出的具体实施方式的描述可以更好地了解本发明的前述的以及其他特征。通过参考附图进行说明。
图1为本发明第一实施方式中用于载乘客和乘务人员的飞机的呼吸气体供应线路的简易图；
图2示出了在本发明的第一实施方式中，用于输送呼吸气体的飞机的氧气紧急系统的一个具体实施方式。
如图1所示，本发明的供应线路包括如下元件。在此，可呼吸气体源例如是一对氧气罐R1和R2，每个氧气罐在其各自的出口包括减压阀，该可呼吸气体源通过供应线2将可呼吸气体输送给飞机上的乘客和乘务人员。本发明的所述供应线路中也可使用其他可呼吸气体源。供应线延伸至呼吸装置，在此呼吸装置例如是呼吸面具9。在该呼吸面具9上设置有环境空气入口10，因此环境空气与可呼吸气体在混合装置(图1中未示)中的所述面具9内混合。这种混合装置提供可供终端用户吸入以及相应于可呼吸气体和环境空气的混合气的呼吸气体。在图1所示的实例中，要吸入的呼吸气体，或者简称被吸入气体，通过面具9供给乘务人员或者乘客30。
进一步提供调节装置24用于控制可呼吸气体向面具9的供给。在本发明的第一实施方式的供应线路中，该调节装置24由控制信号F1O2 R所驱动，该控制信号至少是供给到面具9的呼吸气体中可呼吸气体含量(F1O2)的函数。该调节装置例如可以是电子阀。
为了达到上述效果，如图1中点划线所示，提供电子单元62或者CPU，以加工发送到调节装置24的控制信号。
在本发明线路的一个优选实施方式中，电子单元62至少基于机舱气压(或者机舱海拔，因为机舱气压等于机舱海拔)定义可呼吸气体含量F1O2的一个设定点F1O2 SP来控制调节装置24。在飞机的机舱内设置第一传感器140，即气压传感器，以向用于制作设定点F1O2 SP的CPU 62提供第一气压信号来控制调节装置24。还可以使用测量机舱海拔的另一种类型的传感器。
气压传感器140测量机舱气压(例如以hPa为单位测量)数据，所述数据等于如上所定义的机舱海拔(通常以英尺来测量)。设定点F1O2 SP基于联邦航空规章(Federal Aviation Regulation，FAR)所定义的调节曲线由电子部件62精心设计。这样的曲线定义了需要向乘客和乘务人员供应的作为机舱海拔的函数的呼吸气体的氧气量。
气压传感器140可以是飞机上现有的传感器中的一种，其数据可通过连接到空客(aircraft bus)上而获得。为了确保与飞机系统无关的可靠的 压力读数，本发明的线路可设置有其自己的压力传感器，即提供电子单元62专用的传感器140。
第二传感器150设置于供应线上混合装置的下游，即如图1中所示在面具9中，来向电路提供表示吸入气体中的可呼吸气体含量F1O2的信号F1O2 M。第二传感器150可以使用反馈回路以确保按照终端用户戴上面具时供应线路的实际需求适宜供给氧气。
为了产生控制信号，电子单元62对设定点F1O2 SP和代表可呼吸气体量含的信号F1O2 M进行比较，来精心设计控制信号。
电子单元62中可以包含PID模块(比例的，积分的，微分的)，来精心设计来自设定点与所测定的F1O2 M的比较结果的控制信号F1O2 R。
第二传感器150为氧气传感器探针，用来测定在混合装置下游提供的呼吸气体中的可呼吸气体含量。传感器150例如可以是电流氧气传感器(galvanic oxygen sensor)或者氧气单元。当平均呼吸阶段持续约1秒钟时，较好的是来自于传感器的响应信号不明显地延迟。因此，在一个优选的实施方式中，使用快速传感器，其响应时间是5Hz或者更快，以及优选为10Hz或者更快。这样，响应信号延迟不大于100毫秒。
在本实施方式中，调节装置24驱动可呼吸气体供应到一个面具9。根据本发明的教导，本领域的技术人员可以容易地将其变换为一种调节装置，该调节装置根据与设置在每一个面具9中的每个传感器所测量的平均F1O2相应的控制信号对一群面具9供给可呼吸气体进行调节。
图2示出了本发明的系统的一个例示的实施方式，更具体地示出了包括如由专利文献WO2006/005372所知的调节装置的需求式调节器。
所述调节器包括两部分，合并在壳体中的一个部分10由面具(未图示)携带，其他部分12由用来存放面具的存放箱携带。所述存放箱可以是常规的结构，由箱门所关闭以及使面具从该门凸出。通过拔出面具打开箱门即可以使氧气供应阀开启。
由所述面具携带的部分10由壳体构成，该壳体包括多个组装在一起的部件，这些部件具有形成于壳体的多个凹陷和多个通道用于限定多个流动通道。
第一流动通道将氧气入口14和通向面具的出口16相连接。第二流动 通道，或者空气流动通道，将稀释空气的入口20和通向面具的出口22相连接。沿着第一流动通道的氧气的流速由调节装置24控制，在此该控制装置为电控阀。在图2所示的实施方式中，该阀为电压控制下的比例阀24，连接入口14和出口16，并且通过导体26供电。也可以使用开/关类型的电磁阀，其在不同的负荷比下使用脉冲宽度调制来进行控制。
在所示的实施方式中，稀释空气流动通道的右侧部分由壳体的内表面33限定，活塞32的末端边缘滑动地安装在壳体内。所述活塞受大气压和腔室34内压力之间的压差支配。另外的电控阀36(特别是电磁阀)用来将腔室34与大气连接或者将腔室34与压力高于大气压的氧气源连接。电控阀36由此用来从稀释的普通模式转换到供应纯氧的模式(即所谓的“100％”模式)。当腔室34连接至大气时，弹簧38将活塞32顶到底座39上，但是活塞32与底座39分离，以便当配戴面具者吸入一定量的呼吸气体时，使空气穿过空气流动通道到达混合装置，在这里混合装置为混合腔室35，在混合腔室35中空气与从第一流动通道引入的氧气混合。当腔室34连接到氧气供应时，活塞32压向底座39，并由此防止空气通过。活塞32也能够被用作为伺服控制的调节器阀的移动部件。通常，调节器被设计为不仅可以执行正常的稀释操作而且还可借助选择器58进行紧急位置操作。
气压传感器49设置在面具内，用来检测吸入/呼出循环。在如图2所示的示例中，传感器49设置于混合腔室35的上游。气压传感器49与电路卡62相连接。
部分10的壳体也定义了包括呼出阀40的呼出路径，所示的阀40的关闭元件是一种目前普遍使用的类型，其执行两种功能既作为允许进气的阀和作为排气阀。在所示的该实施方式中，其单独作为呼出阀，通过增加由阀40所限定的腔室42内的气压至高于环境气压，使面具内保持在高于周围大气压的气压下。
在第一状态下，电控阀48(特别是电磁阀)将腔室42连接至大气，在这种情况下，面具内的气压一超过环境气压，就会发生呼吸。在第二状态下，阀48通过限制流量的阻塞物50将腔室42连接至氧气源。在这种情况下，腔室42内的气压达到由具有比率关闭弹簧(rate closure spring) 的安全阀46所确定的数值。
部分10的壳体可以进一步地携带能够使面具的气动工具(harness)膨胀或者缩小的装置。这些装置具有常规的结构，因此在此就不示出也不详细描述了。
如图2所示，选择器58可以设置为靠近正常模式转换开关60处。选择器58可以选择不同的操作模式：正常的稀释模式、100％O2模式或者紧急模式(具有过压力的O2)。
电子单元62作为所选择的操作模式考虑的信号F1O2 M的函数进行操作，该信号代表呼吸气体中可呼吸气体含量并由设置在混合腔室35下游的传感器150提供。电子单元62进一步考虑机舱海拔(如传感器140所指示的，图2所示的实施方式中设置在存放箱12中)以及呼吸循环(如传感器49所指示的)，因为当终端用户呼气(breath out)的时候不需要氧气。
电路卡62向第一电控阀24提供合适的电学信号，即控制信号如下。在正常模式中，气压传感器49显示何时终端用户正在吸气(见图2中的连续线)。电路62从传感器140处接收这个信号和机舱海拔信息。
电路62然后基于例如FAR确定F1O2的设定点F1O2 SP。如前面所提到的，电路62然后将设定点与通过混合腔室35下游的氧气传感器150测量到的实际F1O2 M进行比较并产生控制信号F1O2 R来驱动电控阀24。如果需要更多的氧气，则阀24被用来使更多的氧气流入混合腔室35中。电路62因此可以驱动例如电控阀24的开和关以及其开/关的速度。
Claims (12)
1.一种呼吸性气体供应线路(1)，用于载乘客和/或乘务人员的飞机(30)，该呼吸性气体供应线路包括：
可呼吸气体源(R1，R2)；
至少一个供应线(2)，连接至所述气体源；
调节装置(12)，设置于所述供应线上，用于控制可呼吸气体的供应；
混合装置(9)，连接至所述供应线，所述混合装置进一步包括环境空气入口(10)，用于将所述环境空气与所述可呼吸气体混合，来提供与所述可呼吸气体和环境空气的混合气相应的呼吸气体给至少一个乘客或者乘务人员吸入；
其特征在于，所述调节装置由控制信号(F1O2 R)所驱动，该控制信号至少是在所述呼吸性气体中所述可呼吸气体含量(F1O2)的函数，
以及，所述调节装置和混合装置包含在呼吸面具的需求式调节器中。
2.如前述权利要求所述的线路，其特征在于，所述控制信号由电路(62)所提供。
3.如权利要求2所述的线路，所述飞机包括机舱，其特征在于，至少基于所述机舱气压，所述电路定义所述可呼吸气体含量的设定点(F1O2 SP)来控制所述调节装置。
4.如权利要求2和3之一所述的线路，其特征在于，传感器(150)设置于所述混合装置下游，来向所述电路提供代表在所述呼吸气体中所述可呼吸气体含量的信号(F1O2 M)。
5.如权利要求3所述的线路，其特征在于，所述电路对比所述设定点和代表所述可呼吸气体含量的信号，来制作所述控制信号。
6.如权利要求4所述的线路，其特征在于，所述传感器为具有50Hz或者更高响应频率的快速传感器。
7.一种在飞机上向乘客和/或乘务人员(30)供应呼吸气体的方法，所述飞机包括：
可呼吸气体源(R1，R2)；
至少一个供应线(2)，连接至所述气体源；
调节装置(12)，设置于所述供应线上，用于控制所述可呼吸气体的供应；
混合装置(9)，连接至所述供应线，所述混合装置进一步包括环境空气入口(10)，用于将所述环境空气与所述可呼吸气体混合，来提供与所述可呼吸气体和环境空气的混合气相应的呼吸气体给至少一个乘客或者乘务人员吸入；
所述方法包括如下步骤：
测量在所述呼吸气体中的所述可呼吸气体含量(F1O2)；
提供控制信号来驱动所述调节装置，所述控制信号至少基于所述可呼吸气体含量，
以及，所述调节装置和所述混合装置包含在呼吸面具的所述需求式调节器中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制信号由电路(62)提供。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述飞机包括机舱，所述方法进一步包括如下步骤：
测量所述机舱气压；
至少基于所测量的机舱气压，定义所述可呼吸气体含量的设定点(F1O2 SP)；
以所述可呼吸气体含量的设定点驱动所述调节装置。
10.如前述权利要求8和9之一所述的方法，其特征在于，氧气传感器(150)设置于所述混合装置下游，所述方法进一步包括如下步骤：
用所述氧气传感器测量代表在所述呼吸气体中所述可呼吸气体含量的信号(F1O2 M)。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包括步骤：
比较所述设定点与代表所述可呼吸气体含量的信号，来制作所述控制信号。
12.如前述权利要求10所述的方法，其特征在于，所述氧气传感器为具有50Hz或者更高响应频率的快速传感器。
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