CN102015032A - 使用机载氧气生成系统的飞机呼吸系统 - Google Patents
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Abstract
用于将呼吸气体传送到按需提供的呼吸面罩(23)的装置包括：机载氧气发生器(1)，其包括富氧气体输出端；压缩机装置(7)，其包括进气装置(6)和排气装置(12)，所述进气装置被连接到所述机载氧气发生器(1)的富氧气体输出端，用来接收所述气体，操作所述压缩机装置以增加从所述排气装置向按需提供的呼吸面罩进行传送的所述气体的压力，该装置进一步包括连接装置(17)，以将所述压缩机排气装置(12)连接到所述压缩机进气装置(6)，这样在排气装置处的过多富氧气体被重新导回进气装置。
Description
技术领域
本发明涉及富氧气体呼吸系统领域，且更特别地涉及一提供富氧气体的设备，以供商用飞机上的机组人员和乘客呼吸所用。
背景技术
载客飞机需要为飞行人员、机舱成员以及乘客提供呼吸用的氧气，尤其是在例如机舱减压的紧急状况下。当一位驾驶飞机的机组人员在高于12000米的高空飞行时，还需要为他提供连续呼吸用的氧气，以防止在瞬间机舱减压的情况下的高度效应。应当可获得用于后一种需求的理想氧气，而不耗尽用于急救系统的存储的氧气源。
乘客系统被设计成为防止在高海拔处的机舱减压而提供保护，且在飞机下降到3000米的安全高度的同时，需要提供长达10分钟持续时间的氧气。为此，使用氯酸盐烛或气态氧作为呼吸气体源。
世界上一些地区的新航线的开发显现出一个问题，因为这些航线的一部分在山岭地带上方，在机舱减压时，山岭地带不允许飞机下降到3000米处。这将导致在高达6000米海拔时，需要提供使用的氧气将持续较长时间，可能是40分钟或更久的时间。对于超过10分钟的偏差，氯酸盐氧烛就不可靠了，且用于存储气态氧气的额外储气罐增加了重量和空间损失。
使用存储在储气罐中的气态氧气的系统需要经常维护和补给以保持压力，这种维护和补给可以在飞机上通过地面补给源或者通过更换储气罐来实现。
基于所有这些原因，有必要用另一个装置来更换氧气存储罐。
在军用飞机中，机组人员的呼吸面罩被连接到机载氧气发生系统或机载氧气生成系统(OBOGS)上。机载氧气生成系统(OBOGS)具有分子筛吸附床或氧气收集器，其被控制以便在从地平面至18300米(60000英尺)的飞机操作最高海拔的正常飞行操作中，在加压驾驶舱内，传输富含氧气的呼吸用气体，所述呼吸用气体达到适于满足机组人员的呼吸需求的百分浓度。在这个浓度范围内的呼吸用气体，在被传输到存储罐之前，通过增压器或压缩机进行增压，由存储罐提供的呼吸用气体通过呼吸调节器和面罩提供给机组成员。调节装置使得机载氧气生成系统(OBOGS)的使用在飞行中适应不同需要。美国专利4960119，4428372，4651728和5199423公开了采用机载氧气生成系统(OBOGS)作为氧气来源的不同类型的呼吸系统。
然而，在不同的使用阶段过程中，由压缩机输出的气体压力可以升至最大级别。当存储罐已满并且机组人员使用了仅一部分由机载氧气生成系统(OBOGS)生成的氧气时，这种情况就会发生。因此，需要一安全阀来限制压力达到预设的最大级别。然而，当安全阀打开时，氧气逸出并在大气中被稀释。由于生产氧气是一个消耗大量能量的过程，这是种浪费。
发明内容
因此，需要在不浪费氧气的情况下调节压缩机的输出压力。
为了更好地提出一个或多个关注点，根据本发明的第一方面，一种用于将呼吸用气体传输至按需提供的呼吸面罩的装置，其包括：
-机载氧气发生器，其包括富氧气体输出端；
-压缩机装置，其包括进气装置和排气装置，所述进气装置被连接到所述机载氧气发生器的富氧气体输出端用以接收所述气体，操作所述压缩机装置以增加从所述排气装置向按需提供的呼吸面罩传送的所述气体的压力。
该装置进一步包括连接装置，以将所述压缩机的排气装置连接到所述压缩机进气装置，这样在排气装置内的过多的富氧气体被重新导向到进气装置。
在特别实施例中：
-连接装置包括压力限制阀；
-压力调节器，其被安装在机载氧气发生器的气体输出端和压缩机进气装置之间。
根据装置的类型，特殊实施例由于更易于应用而作为优选实施例。然而，这些特殊实施例的各方面可适当地或者按需要进行组合或修正。
附图说明
参考下述实施例、并结合附图来理解并阐述本发明的这些方面和其它方面，其中：
-图1为根据本发明实施例的机载氧气发生系统的示意图。
具体实施方式
参考图1，用于生产供飞机上乘客或机组人员呼吸用的富氧(即70-95％氧)气体的系统，包括机载氧气发生器1，或机载氧气生成系统(OBOG)。从一个或多个飞机发动机的压缩机级3向机载氧气生成系统(OBOG)注入空气。
机载氧气生成系统(OBOG)1的富氧气体输出端被连接到压力调节器5。压力调节器5的输出端通过缓冲器9被连接到压缩机7的进气装置。所述压缩机7由电动机11驱动运转。
所述压缩机7的排气装置12通过输送管道15被连接到稳压室13。
反馈管道17通过压力限制阀19将排气装置12连接到压缩机的进气装置6。
开关阀21通过校准端口22将输送管道15连接到处于环境压力下的外部。
稳压室13的输出端通过优先阀25连接到面罩23，该优先阀适于将来自机载氧气生成系统(OBOG)1的氧气转换至存储在瓶子27内的氧气，反之亦然。
计算机29，或者任何电子和/或工业可编程逻辑控制器，通过传感器和执行器(未示出)来控制所述系统。
该系统按照如下方式进行工作。
压缩机级3从飞机周围的大气中生成压缩空气。压缩空气通常处于最大相对压强为7bar和400℃的最高温度。因此，压缩空气通过热交换器(未示出)被冷却，且在进入到机载氧气生成系统(OBOG)1之前被过滤。
在机载氧气生成系统(OBOG)的输出端，所产生的混合气体通常包含多于70％的氧气。这种混合气体被本领域技术人员称为“富氧空气”或OEA。
这个级别的OEA压力变化很大。由于机载氧气生成系统(OBOG)1是种无源设备，OEA压力随着机载氧气生成系统OBOG入口处的压力和OEA的需要而变化。
提供压力调节器5，用来将OEA的压力稳定在200到300mbar的压力范围。
缓冲器9，其包含的OEA的压力与压力调节器输出端处的压力相同，所述缓冲器用来减缓气压变化和压缩机7产生的气流。
压缩机7通常为小型电动压缩机，用于在其排气口处将氧气压力增加到至少4.5bar以便恰当地供给呼吸面罩。
开关阀21用于通过减少压缩机排气口压力来开启压缩机7直到压缩机以正常速度运转。因此，阀21在压缩机开启时的几秒钟内是打开的。然后，当压缩机在正常速度下运转时，计算机16关闭阀21。阀21也可以处于待机模式，在该模式中机载氧气生成系统(OBOG)1和压缩机7在没有呼吸面罩被使用的情况下运转。因此，需要在输出线路上设置孔以清洁OEA。
当压缩机运转时，通过压力限制阀19将压力保持在低于预设的安全压力之下。
流经压力限制阀19的过多氧气通过反馈管道17被导回到压缩机7的进气装置6。该实施例有减少氧气损失的优点，否则氧气将回到大气环境中以减少压力。
稳压室13用作缓冲器以减缓来自呼吸面罩23的气体需求变化。
优先阀25用于从瓶子27或稳压室13向面罩23供给氧气。
通常，在飞行事故中，必须考虑三个阶段的呼吸需求。
在加压事故之前，机组人员通过呼吸面罩有规律地呼吸。其它机组人员和乘客在加压过的飞机环境中正常呼吸。因此，氧气需求相对低，通常约1升/分。机载氧气生成系统1和压缩机7有规律地工作。
当发生失压事故时，如果飞机高于20000英尺(大约6000m)，则呼吸系统转换到用作呼吸气体来源的瓶子27，直到飞机的海拔降至20000英尺以下。飞机上每个人戴上氧气面罩且，因此，氧气需求达到最大量。
当飞机飞行至安全海拔20000英尺以下时，机组人员将飞机稳定飞行，直到飞机降落到机场之前，可以飞低到约3000m海拔处，或约10000英尺。
在这个可以维持一段时间的时间段内，呼吸源转换到用作氧气源的机载氧气生成系统(OBOGS)以供给至少所有的机组成员。因此，输出量约为8升/分钟。
因此，机载氧气生成系统(OBOGS)需要在第一和第三阶段提供氧气。
在第一阶段，由于氧气需求量较低，经常达到最大压力，且反馈管道17被用于保存氧气直到进气装置6的压力超过另一个预设等级。这种情况下，阀21打开以排除过多的氧气，或者计算机16使得机载氧气生成系统(OBOG)1和压缩机7停止。
在第三阶段，氧气消耗达到传送管道15内的压力仅按期超过预定等级。因此，回馈管道17全面运转以避免氧气浪费。
尽管本发明在附图和前述的说明中已经详细阐述和说明，但这样的阐述和说明可被认为是举例说明或示例性的且非限制性的：本发明并不限于所公开的实施例。
比如，对于大型飞机，连接呼吸面罩的电路空间可用作稳压室13。
Claims (3)
1.用于将呼吸气体传送至按需提供的呼吸面罩(23)的装置包括：
-机载氧气发生器(1)，其包括富氧气体输出端；
-压缩机装置(7)，其包括进气装置(6)和排气装置(12)，所述进气装置被连接到所述机载氧气发生器(1)的富氧气体输出端，用来接收所述气体，操作所述压缩机装置以增加从所述排气装置向按需提供的呼吸面罩传送的所述气体的压力，
-其中连接装置(17)将所述压缩机排气装置(12)连接到所述压缩机进气装置(6)，从而在排气装置处的过多富氧气体被重新导回进气装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接装置包括压力限制阀(19)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，压力调节器(5)被安装在所述机载氧气发生器(1)的气体输出端和所述压缩机进气装置(6)之间。
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