CN102895747B - 用于生命维持系统的调节阀 - Google Patents

Abstract

一种用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀，包括：-用于可吸入气体的气体进口，-空气面罩供气出口，其与所述气体进口连接并适于将所述可吸入气体引导至空气面罩，-压力背心支路，其在所述气体进口和用于连接至压力背心的开口之间相互连接，并适于引导所述可吸入气体进出压力背心，-减压阀，其适于在飞机座舱内的压力减小到预定值以下时抑制气体从所述压力背心支路流至所述空气面罩供气出口，-单向阀，其适于抑制气体在所述压力背心支路和所述气体进口之间的预定压差下从所述压力背心支路流至所述空气面罩供气出口，和-单向排放阀，其适于在所述压力背心支路和所述气体进口之间的预定压差下将气体从所述压力背心支路引导至环境中。

Description

用于生命维持系统的调节阀

技术领域

本发明涉及一种用于在飞机座舱内使用的、具体为用于维持飞机座舱内的飞行员、机组成员或乘客的生命的生命维持系统的调节阀。

背景技术

已知有若干种用于维持飞机座舱内飞行员的生命的维持系统。在一类这样的系统中，一种被称为OBOGS(机载制氧系统)的单元为飞行员提供氧气，所述氧气是从飞机引擎排出的气体中提取的。

目前用于飞机飞行员的、具有OBOGS单元的生命维持系统包括T形管，所述T形管将可吸入气体的管道与压力背心连接。在飞机座舱内快速减压即压力快速下降的情况下，为飞行员提供具有高氧浓度的空气，从而避免飞行员失去意识，这对于飞行员的生命维持是很重要的。具有高氧浓度的空气由单独的氧气备用单元提供。将这种氧气以加压的形式提供给飞行员，以优化飞行员肺内的氧气摄入。在这种情况下，飞行员优选地穿着紧身、增压的背心，以助于呼吸动作并避免高压换气所造成的胸部伤害。

而且，已知的生命维持系统包括止回压力背心阀，其中当穿着所述压力背心的飞行员在预定的环境压力下吸气时，压力背心内部的空气通过所述阀被排放至环境中。当飞行员呼气时，压力背心被来自气源的可吸入空气填充。随着每个呼吸循环，压力背心中的空气被部分排放至环境中，即：在呼吸期间，压力背心中的可吸入空气被少量地替换。

但是，已观察到，对于现有的生命维持系统，在发生减压事件和比如过荷的重冲击的临界情况下，飞行员不能保持清醒。

发明内容

本发明的目的是改善现有的生命维持系统，并避免飞行员在这种临界情况下意识不清。

根据本发明，一种用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀包括：用于可吸入气体的气体进口；与气体进口连接并适于将可吸入气体引导至空气面罩的空气面罩供气出口；在所述气体进口和用于连接到压力背心的开口之间相互连接的压力背心支路，所述压力背心支路适于引导可吸入气体进出压力背心；适于在飞机座舱内的压力减小到预定值以下时抑制气体从所述压力背心支路流至所述空气面罩供气出口的减压阀；适于抑制气体在所述压力背心支路和所述气体进口之间的预定压差下从所述压力背心支路流至所述空气面罩供气出口的单向阀；以及适于在所述压力背心支路和所述气体进口之间的预定压差下将气体从所述压力背心支路引导至环境中的单向排放阀。

通过本发明已发现，在快速减压情况下，对于现有技术的生命维持系统，压力背心通过T形管与可吸入气体管道直接连接导致压力背心中具有低氧浓度的空气的死区容积。这一空气的死区容积必须首先被飞行员消耗掉，即吸气和呼气。这一结构妨碍了具有高氧浓度的空气的快速供应。这一点已被确定是延迟了为飞行员提供具有高氧浓度的空气的重要因素，且由此成为飞行员可能意识不清的原因。

本发明的调节阀为飞行员提供富含氧气的空气的直接供应。而且，其容许压力背心内具有低氧浓度的空气在短的时间周期内被替换为高氧浓度的空气。

根据第一优选实施例，调节阀包括压力输送导管，其适于将增压空气从气体进口引导至排放阀，使得排放阀在压力背心支路和气体进口之间的预定压差下开启。该压力输送导管可被设置为在阀外罩内的内部通道或与该阀外罩的进口和/或出口连接的管子或管道。由此提供了自控地和有目的地调节排放阀的方法。

根据另一个实施例，减压阀被连接至膜片，该膜片与飞机座舱内的压力耦合，使得在飞机座舱内的压力快速下降时减压阀关闭。由此实现了依赖于飞机内压力(例如座舱压力)的直接和智能控制减压阀的方式。

另一个实施例的特征在于：膜片一侧上的空间与通向飞机座舱的开口连接，使得在经过用于开启减压阀的预定的时间后膜片两侧间的压差被补偿。

具体地，膜片优选地被嵌入膜片外罩内。膜片的每一侧上的空间通过膜片外罩内的开口连接至飞机座舱。该开口可具有不同的截面尺寸。配置膜片使得在快速减压的情况下，由于外罩第二侧上的开口小于外罩第一侧上的开口，膜片第一侧上的压力快速下降而膜片第二侧上的压力缓慢下降。当膜片第二侧上的压力充分下降后，减压阀开启。

另一个优选实施例的特征在于减压阀、单向阀和/或单向排放阀集成在阀外罩内，优选地集成在压力背心支路中。

优选地，气体进口可选择地接收来自机载制氧系统和/或来自氧气备用单元(其提供具有高氧气浓度的可吸入空气)的可吸入气体。在正常运行期间，即在飞机座舱内的正常压力情况下，气体进口接收来自机载生成系统的具有合理氧气浓度和压力(例如依赖于目前飞机的高度)的可吸入气体。可向机载制氧系统提供来自排出空气源的空气。可从飞机引擎获得排出空气。由此，用于在正常运行期间提供可吸入空气的单独的空气容器罐不是必需的。

在飞机座舱内快速减压的情况下，从机载制氧系统流至气体进口的可吸入空气流被抑制。而且，氧气备用单元被接合从而为气体进口提供具有高氧气浓度的可吸入气体。氧气备用单元可获得来自氧气罐的可吸入气体，所述氧气罐具有适于在临界减压状况下提供足够氧气的尺寸。

本发明的另一个方面为在飞机座舱内使用的生命维持系统，其包括：压力背心，空气面罩，呼吸调节器，所述呼吸调节器包括用于可吸入气体的气体调节进口和连接至调节阀的气体调节出口，并适于将可吸入气体引导至调节阀，其中呼吸调节器适于对调节出口(55)内的压力进行控制，且所述调节阀包括：用于可吸入气体的气体进口；与气体进口连接并适于将可吸入气体引导至空气面罩的空气面罩供气出口；在所述气体进口和用于连接到压力背心的开口之间相互连接的压力背心支路，适于引导可吸入气体进出压力背心；适于在飞机座舱内的压力减小到预定值以下时抑制气体从所述压力背心支路流至所述空气面罩供气出口的减压阀；适于抑制气体在所述压力背心支路和所述气体进口之间的预定压差下从所述压力背心支路流至所述空气面罩供气出口的单向阀；以及适于在所述压力背心支路和所述气体进口之间的预定压差下将气体从所述压力背心支路引导至环境中的单向排放阀。

由此，提供了用于在快速减压情况下为飞行员供应可吸入空气的简单和安全的系统。

通过压力控制，呼吸调节器为飞行员提供了安全和舒适的可吸入空气的供应。优选地，呼吸调节器适于根据飞机高度对调节出口内的压力进行控制。因此，呼吸调节器可以利用来自配置在飞机外面的压力传感器的压力信号。更优选地，呼吸调节器适于根据飞机座舱内的压力对调节出口内的压力进行控制。由此，被引导至空气面罩的可吸入气体的压力能够与飞机座舱内的压力相适应。

优选实施例包括抗荷调节器单元，其适于将增压气体引导至抗荷服，所述抗荷服被供给有来自呼吸调节器的气体，且其中抗荷调节器单元与呼吸调节器耦合，使得抗荷服在可吸入气体的压力增加时加压。这提供了在临界情况、尤其是同时有很高程度的加速力作用于飞行员的情况下维持飞行员的生命。

根据另一个优选实施例，所述呼吸调节器包括适于监控生命维持系统的压力传感器和/或氧气传感器，其中电子控制单元接收来自压力传感器的压力信号和/或来自氧气传感器的氧气信号，以用于监控和/或控制呼吸调节器。由此，例如可以监控呼吸调节器的系统性能。这提供了对供应至调节阀进口、由其至飞行员的可吸入空气的压力和氧气浓度进行监控的简单和安全的方法。可通过飞机电源向电子控制单元供电。

优选地，显示单元适于为飞行员提供与生命维持系统有关的信息。这可为飞行员提供信息和监控方式。在系统性能存在问题和故障的情况下，飞行员能够启动解决问题的特定方案。优选地，显示单元电连接至电子控制单元，使得显示单元能够由电子控制单元控制。

另一个实施例的特征在于，生命维持系统包括机载制氧系统和排出空气源，所述机载制氧系统适于为呼吸调节器提供可吸入气体，所述排出空气源适于为机载制氧系统提供可吸入气体。这提供了用于为生命维持系统提供氧气的简单和优选的装置，而且提供了用于在机上制氧的简单、有效和轻便的方式。

在另一个优选实施例中，生命维持系统包括氧气备用单元，其适于在飞机座舱内的压力下降时为呼吸调节器提供氧气富集的可吸入空气，其中在飞机座舱内的压力下降时，呼吸调节器抑制来自制氧系统的气流。这提供了用于为飞行员供氧的可替换方式。尤其在飞机座舱内快速降压的情况下，氧气备用单元可适于为飞行员提供高氧浓度的可吸入空气。而且，只有来自氧气备用单元的氧气富集的空气被引导至调节阀的气体进口。

根据另一个实施例，生命维持系统包括适于在飞机座舱内的压力快速下降时关闭减压阀的促动器。由此，提供了用于在快速减压情况下隔离压力背心的自动关闭机构。优选地，压力传感器被连接至电子控制单元。如果压力传感器探测到飞机座舱内的快速减压，则将对应的信号发送到电子控制单元。然后电子控制单元激活促动器以使其关闭减压阀。在预定时间之后，电子控制单元激活促动器以使其开启减压阀。

本发明的另一个方面是对用于在飞机座舱中使用的生命维持系统的调节阀进行操作的方法，其包括的步骤为：

-将可吸入气体从气体进口引导至空气面罩供气出口并引导至压力背心支路，所述压力背心支路适于引导可吸入气体进出压力背心，

-在飞机座舱内的压力下降时以预定时间隔离压力背心，使得

-从压力背心支路至空气面罩供气出口的气流被抑制，

-来自压力背心支路的气流在压力背心支路和气体进口之间的预定压差下被引导至环境中，和

-气流在气体进口和压力背心支路之间的预定压差下被引导至压力背心支路。

在一个优选实施例中，所述方法包括在隔离压力背心后以预定时间将气流从压力背心支路引导至空气面罩供气出口的步骤。

本发明的另一个方面是用于操作在飞机座舱内使用的生命维持系统的方法，其包括的步骤为：

-将可吸入气体从气源引导至空气面罩以及压力背心，和

-在飞机座舱内的压力下降时：将氧气富集的气体引导至空气面罩并隔离压力背心，使得从压力背心至空气面罩的气流被抑制，将气流从压力背心引导至生命维持系统的环境中，并在气源和压力背心之间的预定压差下将气流引导至压力背心。

根据一个优选实施例，所述方法包括在隔离压力背心后以预定时间将气流从压力背心引导至空气面罩的步骤。

优选地，所述方法包括将气体引导至抗荷服的步骤。

附图说明

结合附图对本发明的优选实施例进行描述，其中

图1为根据本发明的调节阀的示意性实施例，以及

图2为根据本发明的生命维持系统的示意性实施例。

具体实施例

图1示出了根据本发明的优选实施例的调节阀1，其包括用于可吸入气体3的气体进口2，所述可吸入气体3产生于图1中未示出的呼吸调节器。调节阀1还包括空气面罩供气出口4，所述空气面罩供气出口4用于将可吸入气体5引导至图1中未示出的空气面罩。气体进口2和空气面罩供气出口4形成可吸入气体支路10。压力背心支路6适于引导可吸入气体7进出压力背心，其在图1中未示出。

压力背心支路6包括减压阀8，其适于在飞机座舱20内的压力迅速下降时抑制气流9从压力背心支路6流至空气面罩供气出口4。通过关闭减压阀8实现这种抑制。

压力背心支路6还包括单向阀21，其适于在可吸入气体支路10和压力背心支路6之间的预定压差下开启。当关闭单向阀21时，抑制了从压力背心支路6流至空气面罩供气出口4的气流22。

单向排放阀23适于在压力背心支路6和环境24(例如飞机座舱20)之间的预定压差下将气体从压力背心支路6引导至环境24。压力输送导管25适于将气体从气体进口2引导至排放阀23，使得在气体进口2和压力背心支路6之间的压差达到预定值时，排放阀关闭。

减压阀8通过杆31连接至膜片30。膜片30与飞机座舱20内的压力耦合，使得在飞机座舱20内的压力快速下降时减压阀8关闭。这通过外罩32实现，所述外罩32围绕膜片30，其中外罩32在膜片30的每一侧33和34上分别包括开口35和36。开口35具有比开口36小的横截面积，且因此起到节流的作用。在正常操作期间，膜片30的侧面34上的弹簧朝着侧面33推动阀，从而开启减压阀8。如果飞机座舱20内的压力快速下降，膜片侧面35上的压力根据座舱压力35通过开口快速下降，并且减压阀8关闭。当低压通过开口36到达膜片的另一侧后，减压阀在预定时间之后重新开启，且由此膜片30两侧33和34之间的压差在预定时间周期后被补偿。

在正常操作期间，气体进口2接收来自机载制氧系统的可吸入气体3。在临界情况下，例如当飞机座舱内发生快速减压时，气体进口2接收来自氧气备用单元的氧气富集的可吸入空气。两个系统在图1中都未示出。机载制氧系统被供给有来自排出空气源(例如飞机引擎)的排出空气。

图2示出了具有压力背心51的生命维持系统50，所述压力背心51可由飞机飞行员穿着。空气面罩52用于为飞行员提供空气。呼吸调节器53包括用于可吸入气体的气体调节进口54和适于将可吸入气体引导至调节阀60的气体调节出口55。呼吸调节器53适于根据飞机的高度调节可吸入气体的压力。

调节阀60可包括用于可吸入气体的气体进口61和适于将可吸入气体引导至空气面罩52的空气面罩供气出口62。气体进口61和空气面罩出口62形成可吸入气体支路80。而且，调节阀60包括压力背心支路63，所述压力背心支路63适于引导可吸入气体进出压力背心51。在正常操作期间，调节阀60起到T形管的作用并用于将气体进口61与气体出口62、压力背心支路63直接连接。因此，在正常操作下，压力背心用作缓冲器以缓和系统的振动，并且还用于维持飞行员的呼吸。飞行员呼气期间流进背心的可吸入气体在飞行员吸气时被推回到系统中。

呼吸调节器53包括适于监控呼吸调节器53的系统性能的压力传感器和适于监控呼吸调节器53的系统性能的氧气传感器。

抗荷调节单元65适于将增压空气引导至抗荷服66，所述抗荷服66在例如进行对抗高加速力的曲线机动期间保护飞行员。因此，抗荷服被提供有来自抗荷调节单元65的增压空气。可通过呼吸调节器53，例如通过直接气动连接来向抗荷调节单元65提供气体。这里，抗荷调节单元65可适于在呼吸调节器53增加了(被引导至调节阀60的)可吸入气体的压力的情况下，将增压空气引导至抗荷服66。另外，可向抗荷调节单元65提供来自排出空气源67的气体。排出空气源67可以是飞机引擎。而且，抗荷调节单元65可包括用于系统监控功能的压力传感器。

向机载制氧系统70提供来自排出空气源67的排出空气。排出空气在机载制氧系统70中被清洗掉游离水、灰尘和污染物。而且，排出空气的压力被限制在适当的水平。压力和温度传感器可被安装在机载制氧系统70中以用于系统监控。将机载制氧系统70电连接至电子控制单元71，所述电子控制单元71通过飞机电源供电。电子控制单元71控制机载制氧系统70。

在机载制氧系统70中，优选地，排出空气内所含的氮气通过压力摆动吸收和/或压力真空摆动吸收或其它氧气富集方式而与空气分离。由此，可产生氧气富集的空气并输送至呼吸调节器53。

配置在呼吸调节器53中的压力传感器和氧气传感器的传感器信号被传输至电子控制单元71，用于系统监控。测得的系统值或状态信号可被发送到显示单元75，所述显示单元75适于为飞行员提供有关系统性能的信息。

在系统故障，例如快速减压的情况下，飞行员或电子控制单元71选择用于直接为呼吸调节器53提供氧气的氧气备用单元76，其中呼吸调节器53可额外增加被引导至调节阀60的可吸入空气的压力。而且，在快速减压的情况下，调节阀60在一个方向上将压力背心支路63与可吸入气体支路80隔离，即：在一个几秒钟的时间周期内，气体不能从压力背心51流至可吸入气体支路80。在该时间周期中，由减压或由飞行员的呼气而在压力背心51内产生的超压被引导至环境24中。在经过上述时间周期后，调节阀53恢复正常操作。

Claims (15)

1.一种用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀，包括：

-用于第一可吸入气体(3)的气体进口(2、61)，

-空气面罩供气出口(4、62)，其与所述气体进口(2、61)连接并适于将第二可吸入气体(5)引导至空气面罩(52)，

-压力背心支路(6、63)，其在所述气体进口和用于连接至压力背心(51)的开口之间相互连接，并适于引导第三可吸入气体(7)进出所述压力背心(51)，

-减压阀(8)，其适于在飞机座舱内的压力减小到预定值以下时抑制气体从所述压力背心支路(6、63)流至所述空气面罩供气出口(4、62)，

-单向阀(21)，其适于在所述压力背心支路(6、63)和所述气体进口(2、61)之间的预定压差下抑制气体从所述压力背心支路(6、63)流至所述空气面罩供气出口(4、62)，和

-单向排放阀(23)，其适于在所述压力背心支路(6、63)和所述气体进口(2、61)之间的预定压差下将气体从所述压力背心支路(6、63)引导至环境(24)中。

2.如权利要求1所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀，包括压力输送管(25)，其适于将增压空气从所述气体进口(2、61)引导至排放阀(23)，使得所述排放阀(23)在所述压力背心支路(6、63)和所述气体进口(2、61)之间的预定压差下开启。

3.如权利要求1或2所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀，其中，所述减压阀(8)被连接至膜片(30)，所述膜片(30)与飞机座舱内的压力相关联，使得在飞机座舱内的压力快速下降时所述减压阀(8)关闭。

4.如权利要求3所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀，其中，所述膜片(30)一侧的空间与通向飞机座舱的开口连接，使得在预定的时间之后所述膜片(30)两侧(33、34)间的压差被补偿以开启所述减压阀(8)。

5.如权利要求1或2所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀，其中所述减压阀(8)、所述单向阀(21)和/或所述单向排放阀(23)集成在所述压力背心支路(6、63)中。

6.一种用于在飞机座舱内使用的生命维持系统，包括：

-压力背心(51)，

-空气面罩(52)，

-呼吸调节器(53)，其包括

○用于可吸入气体的气体调节进口(54)，和

○气体调节出口(55)，其连接至调节阀(1、60)并适于将可吸入气体引导至调节阀(1、60)，其中所述呼吸调节器(53)适于控制所述调节出口(55)中的压力，和

-调节阀(60)，其包括：

-用于第一可吸入气体(3)的气体进口(2、61)，

-空气面罩供气出口(4、62)，其与所述气体进口(2、61)连接并适于将第二可吸入气体(5)引导至空气面罩(52)，

-压力背心支路(6、63)，其在所述气体进口和用于连接至压力背心(51)的开口之间相互连接，并适于引导第三可吸入气体(7)进出所述压力背心(51)，

-减压阀(8)，其适于在飞机座舱内的压力减小到预定值以下时抑制气体从所述压力背心支路(6、63)流至所述空气面罩供气出口(4、62)，

-单向阀(21)，其适于在所述压力背心支路(6、63)和所述气体进口(2、61)之间的预定压差下抑制气体从所述压力背心支路(6、63)流至所述空气面罩供气出口(4、62)，和

-单向排放阀(23)，其适于在所述压力背心支路(6、63)和所述气体进口(2、61)之间的预定压差下将气体从所述压力背心支路(6、63)引导至环境(24)中。

7.如权利要求6所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统，其中，适于将增压气体引导至抗荷服(66)的抗荷调节单元(65)被提供有来自所述呼吸调节器(53)的气体，并且其中，所述抗荷调节单元(65)耦合至所述呼吸调节器(53)，使得如果可吸入气体的压力增加，则使所述抗荷服增压。

8.如权利要求6-7中任一项所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统，其包括适于监控生命维持系统(50)的压力传感器和/或氧气传感器，其中电子控制单元(71)接收来自所述压力传感器的压力信号和/或来自所述氧气传感器的氧气信号，用于监控和/或控制所述呼吸调节器(53)。

9.如权利要求6-7中任一项所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统，其包括：

适于向所述呼吸调节器(53)提供可吸入气体的机载制氧系统(70)，以及

适于为所述机载制氧系统(70)提供可吸入气体的引气源(67)。

10.如权利要求9所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统，其包括：

氧气备用单元(76)，其适于在飞机座舱内的压力下降时向所述呼吸调节器(53)提供氧气富集的可吸入空气，其中所述呼吸调节器(53)在飞机座舱内的压力下降时抑制来自所述制氧系统(70)的气体流。

11.如权利要求6-7中任一项所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统，其包括促动器，所述促动器适于在飞机座舱内的压力快速下降时关闭所述减压阀。

12.一种操作如权利要求1-5中任一项所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的调节阀的方法，包括以下步骤：

-将可吸入气体从气体进口(2、61)引导至空气面罩供气出口(4、62)以及压力背心支路(6、63)，所述压力背心支路(6、63)适于引导第三可吸入气体(7)进出压力背心(51)，

-在飞机座舱内的压力下降时以预定时间隔离所述压力背心(51)，使得

○从所述压力背心支路(6、63)至所述空气面罩供气出口(4、62)的气流被抑制，

○来自所述压力背心支路(6、63)的气流在所述压力背心支路(6、63)和所述气体进口(2、61)之间的预定压差下被引导至环境(24)中，以及

○在所述气体进口(2、61)和所述压力背心支路(6、63)之间的预定压差下将气流引导至所述压力背心支路(6、63)。

13.如权利要求12所述的方法，具有以下步骤：

在隔离所述压力背心(51)后，以预定时间将气流从所述压力背心支路(6、63)引导至所述空气面罩供气出口(4、62)。

14.一种操作如权利要求6-11中任一项所述的用于在飞机座舱内使用的生命维持系统的方法，包括以下步骤：

-将可吸入气体从气源引导至空气面罩(52)以及压力背心(51)，和

-在飞机座舱内的压力下降时：

○将氧气富集的气体引导至所述空气面罩(52)和

○隔离所述压力背心(51)，使得

■从所述压力背心(51)至所述空气面罩(52)的气流被抑制，

■将气流从所述压力背心(51)引导至所述生命维持系统(50)的环境(24)，和

■在所述气源和所述压力背心(51)之间的预定压差下将气流引导至所述压力背心(51)。

15.如权利要求14所述的方法，具有以下步骤：

在隔离所述压力背心(51)后，以预定时间将气流从所述压力背心(51)引导至所述空气面罩(52)。