CN104540734B - 飞行员用氧气的在机发生 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种供应和管理氧气的系统和方法，该系统和方法适合在飞行器上使用，为飞行员和座舱乘务人员提供可呼吸的氧气。系统部件协同工作以优化氧气利用，同时减少传统加压气瓶的维护费用和增加的重量。部件包括紧急情况下立即使用的快速氧气供应(108)、机载氧气发生器(OBOG)(110)、控制器(102)、检测吸气/呼气阶段并且适应生理需求的脉冲式氧气传输子系统(116)以及每个飞行员和座舱乘务人员的呼吸面罩(130)。
Description
背景技术
本发明一般地涉及提供调控的氧气流的系统和方法，包括用于飞行器上的飞行员或座舱乘务人员。本发明更具体地涉及一种确保飞行器上的飞行员或座舱乘务人员可迅速地和间歇性地获得适于呼吸的氧气的系统和方法，包括在飞行器下降期间。该系统的部件包括氧气发生器。
传统的为飞行员或座舱乘务人员提供氧气的系统和方法依赖于储存于气瓶中的气态氧，该气瓶存储于飞行器上并且供给到压力和/或流量调节装置。
完全依赖于富氧气体加压瓶或化学氧气发生器存在不利因素。富氧气体加压瓶给氧气供应系统增加了相当大的重量并且通过提供始终存在的燃烧风险增加了它的潜在危害性。增加的重量增加了燃料费。来自加压气瓶的氧气可能从飞行器分布网中的一个或更多来源分配，或者可能为每个飞行员或座舱乘务人员提供单个的气瓶。不论哪种情况，考虑到飞行器有限的空间，来自气瓶的氧气一般不远离飞行器照明系统的组件，这增加了潜在危害性。例如，在座位上方的单独气瓶或分布网的出气口离灯很近。化学氧气发生器降低了这种潜在危险并且降低了长期存放的加压气瓶的重量，但是其应用是有限的。例如，化学氧气发生器仅设计用于短程单次飞行(例如，在大约22分钟以内)并且它的适用性可能还依赖于飞行线路的地形。重新装满加压气瓶和替换单次使用的化学氧气发生器的需求增加了飞行器氧气供应系统的维护费用。
利用分子筛床和/或渗透膜技术的系统是已知的，该系统用于产生第一，全体乘务人员呼吸用的氧气，和第二，用作飞行器燃料罐中惰性环境的氮气。然而这样的系统仍然需要为氧气和氮气提供压缩机，以便氧气能在适当的压力下供给呼吸。能够产生的氧气的浓度也受限于所使用的传统机载氧气发生器(OBOG)设备技术的性质。
变压吸附(PSA)技术基于气体在压力下通常被吸引到吸附气体的固体表面的原理。较高的压力导致较大的气体吸附。当压力减小或从高向低改变时，气体被释放或解吸附出来。气态混合物可以通过变压吸附(PSA)分离，因为不同气体趋向于被不同的固体材料不同程度地吸附或吸引。因此，当压力减小时，与固体材料吸附较不强的气体首先解吸附，形成出口流。在吸附了气体的固体材料床达到它的吸附容量后，将压力进一步降低以释放吸附更强的气体。当应用于机载氧气发生器(OBOG)时，发动机引气通常被输送到变压吸附(PSA)装置，空气中的氮气比空气中的氧气被更强地吸附到固体材料床上，并且产生富氧出口流。这与肺气肿患者以及其它需要呼吸富氧空气的人在手提式制氧机(oxygenconcentrator)中使用的过程类似。
基于变压吸附(PSA)技术的机载氧气发生器依赖于压缩空气。在飞行器上这种压缩空气通常可以作为压力范围为30到40psig以及温度范围为320至380°F的发动机引气获得。然而，如果发动机引气或者替代来源的压缩空气不易获得，可使用压缩机将空气充分地压缩以使其适于被变压吸附(PSA)型机载氧气发生器(OBOG)吸收。
变压吸附(PSA)系统的吸附剂必须具有在两种或更多种气体之间进行区分的能力，表现为选择性吸附。变压吸附(PSA)系统的适合吸附剂材料通常是因其大的表面积而选用的非常多孔的材料，例如活性炭、硅胶、氧化铝和沸石。被吸附到这些表面的气体可能由只有一分子或至多几个分子厚的层组成。每克有数百平方米表面积的吸附材料使吸附剂重量的很大部分能够吸附气体。除了不同的气体有不同的吸收选择性之外，沸石和某些被称为碳分子筛的活性碳类型的分子筛特性用于基于大小排除一些气体分子。
由于需要通过膜循环，机载氧气发生器(OBOG)设备产生的呼吸用氧气通常不能快速获得。虽然基于其能够在压力下提供更纯或更高浓度的富氧气体，陶瓷氧气发生器(COG)设备通常优于分子筛氧气发生器(MSOG)设备，但由于对于这种设备产生氧气所需的高温需求，来自于陶瓷氧气发生器(COG)设备的氧气也不能快速获得。期望的是提供一种系统，其平衡了机载氧气发生器(OBOG)的优点，包括结合现有的固体电解质氧气分离(SEOS)技术的陶瓷氧气发生器(COG)设备以及结合变压吸附(PSA)技术的分子筛氧气发生器(MSOG)设备，其通过结合在短期内提供高纯度氧气的其他组件而不会在下降期间或紧急情况出现时牺牲短期内可呼吸氧气的获得。
还期望的是提供一种系统，其结合利用变压吸附(PSA)技术的分子筛氧气发生器(MSOG)设备，以在海拔高度持续低于30,000英尺时提供充足的富氧空气。在30,000英尺以下依赖分子筛氧气发生器(MSOG)设备提供氧气的能力也可以减少可生产海拔高度30000英尺及以上所需的更高富氧气体(大约99％的纯度)的陶瓷氧气发生器(COG)设备对于电力和加热的花费。
进一步期望的是提供一种系统，其包含控制器，所述控制器用来管理来自系统内不同来源的氧气供应，以保证可获得及时、充足的氧气供应，使氧气利用效率最大化，并且循环或储存短期内不需要的将来用途气体产品。
沉重的加压氧气瓶和一次使用化学氧气发生器增加了依赖这些氧气源的飞行器的维护费用。通过在从机载氧气发生器(OBOG)设备获得富氧气体之前保留它们在紧急和降落情况下使用，减少对加压氧气瓶和化学氧气发生器的依赖是极为有利的。
最后，提供经过带有反馈机制的脉冲式供应器将氧气供应到乘客或乘务人员的面罩中，以便只在需要时供应氧气流，而储存可用的或生成的氧气是有利的。本发明满足了这些和其它需要。
发明内容
本发明提供了一种迅速和间歇地供给适于呼吸的富氧气体的系统。根据本发明的一个方面，本系统设计用于满足飞行器的飞行员和座舱乘务人员的需要，包括在下降并保持海拔高度模式期间以及紧急情况出现时。
根据若干方面的第一方面，本发明提供了一种为飞行器上飞行员或座舱乘务人员提供调控的氧气流的系统。本系统包括配置为在初始阶段期间快速供应氧气的第一机载氧气供应器、配置为在随后阶段期间供应氧气的第二机载氧气供应器和配置为控制第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器的控制器。在从第一机载氧气供应器供应氧气的初始阶段的飞行器海拔高度通常大于30000英尺。在这个系统中第二机载氧气供应器可包括分子筛氧气发生器和/或固体电解质氧气分离器。另一方面，第二机载氧气供应器可包括陶瓷氧气发生器和/或变压吸附氧气发生器。又一方面，第二机载氧气供应器可包括渗透膜。再一方面，第一机载氧气供应器可包括加压氧气瓶和/或化学氧气发生器。第一机载氧气供应器通常配置为提供氧气浓度为95％或更高的第一气流。
除了机载氧气供应器之外，系统还可以包括连接到第一机载氧气供应器和第二机载供应器二者之上的脉冲式氧气传输子系统。脉冲式氧气传输子系统配置为基于感测的呼吸模式和生理需求调节通至飞行员或座舱乘务人员的氧气。系统通常也包括一个或更多个连接到脉冲式氧气传输子系统的呼吸面罩，并且该一个或多个呼吸面罩通常配置为通过呼吸面罩由脉冲式氧气传输系统向飞行员或者座舱乘务人员供给氧气。该系统仍进一步可包括至少一个与脉冲式氧气传输子系统处于连通关系的传感器，并且该传感器配置为感测压力下降以指示飞行员或座舱乘务人员呼吸循环的吸入阶段。
本系统的控制器配置为通过调节至少一个或多个以下参数来优化性能：供应到第一机载氧气供应器或第二机载氧气供应器的气流速率，第一机载氧气供应器的温度，第二机载氧气供应器的温度，第一机载氧气供应器的压力，以及第二机载氧气供应器的压力。
根据第二方面，本发明提供一种包括为飞行员或座舱乘务人员提供调节的氧气流的系统，该系统包括配置为在初始阶段期间供应氧气的第一机载氧气供应器、包括至少一个机载氧气发生器的第二机载氧气供应器、以及与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者电相连的控制器。该控制器优选地配置为控制第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器。脉冲式氧气传输子系统优选地被连接到控制器、在第一机载氧气供应器下游连接到第一机载氧气供应器、以及在第二机载氧气供应器下游连接到第二机载氧气供应器。一个或多个用于飞行员和/或座舱乘务人员的呼吸面罩优选地在脉冲式氧气传输子系统下游被连接到脉冲式氧气传输子系统，并且脉冲式氧气传输子系统优选地配置为基于感测的飞行员和/或座舱乘务人员的呼吸模式和生理需求调控至一个或多个呼吸面罩的氧气流。
根据第三方面，本发明提供一种为飞行员或座舱乘务人员供应调控的氧气流的方法。在该方法中，第一系统被激活以启动在高于30,000英尺的高海拔时从第一机载氧气供应器的初始氧气流，该第一机载氧气供应器选自加压氧气瓶、化学氧气发生器以及加压氧气瓶与化学氧气发生器的结合。然后，第二系统被激活以启动从第二机载氧气供应器的随后的氧气流，该第二机载氧气供应器选自第一机载氧气发生器、第二机载氧气发生器、和第一机载氧气发生器与第二机载氧气发生器的结合。第一机载氧气发生器优选地配置为提供氧气浓度为90％或更高的第一气流，并且第二机载氧气发生器配置为提供氧气浓度为99％或更高的第二气流。第二系统提供的氧气与第一系统提供的氧气结合。当第二系统能够满足供氧需求时，一般使第一系统不再起作用。飞行员和/或座舱乘务人员的呼吸模式和/或生理需求被感测，并且通过配置为基于感测的呼吸模式和生理需求改变氧气流速的脉冲式氧气传输子系统，将氧气从第一系统或第二系统传输到一个或多个呼吸面罩来调节至飞行员和/或座舱乘务人员的一个或多个呼吸面罩中的氧气流。
本系统设计用于使氧气发生器的重量、容积和潜在燃烧风险最小化。本系统也设计用于通过选择性地控制各种来源的氧气供应以及系统各组件的相互作用保持氧气可用。
富氧气体的加压瓶和/或化学氧气发生器可以用于在紧急情况出现或在初始飞行器降落模式期间快速供应适于呼吸的加压氧气。
本发明的系统有利地包括重量较轻的机载氧气发生器(OBOG)设备，其作为本系统的一部分与传统的加压瓶和/或化学氧气发生器一起供氧。必须存储在气瓶或由化学氧气发生器产生的氧气量可被减少至适用自紧急情况出现或降落开始的时间期间所需的氧气量，直到来自机载氧气发生器(OBOG)设备的第二氧气供应可用，这对于分子筛氧气发生器(MSOG)、渗透膜氧气发生器和陶瓷氧气发生器(COG))基于循环，并且对于陶瓷氧气发生器(COG)基于温度的到达。
本发明系统被设计用于通过减少或免除在地面上给加压气瓶再次装满气态氧的需求以及减少或免除替换一次使用化学氧气发生器的需要而减少了维护费用。本发明的系统可以通过储存过量的机载氧气发生(OBOG)设备产生的高纯度氧气以供将来使用而实现这些目标。超出满足飞行员或座舱乘务人员当前呼吸需求所需的过量的高纯度富氧气体可以装入加压瓶或其他紧急供应储库。
本发明的系统检测飞行员或座舱乘务人员何时通过他们的呼吸面罩吸气，并且在检测到吸气后，启动或恢复至他们面罩的氧气流。
结合附图，根据以下详细描述，本发明的其他特征和优点将会变得明显，附图通过举例阐明本发明的原理。
附图说明
图1是阐明按照本发明的一个方面通过常用控制器将传统的以及现代的氧气发生系统结合的示意图
具体实施方式
本发明提供一种产生、供应和维持充足氧气储备的系统和方法。本发明一个优选的应用是为在飞行器上的飞行员和/或座舱乘务人员提供氧气，包括在海拔高度大于30000英尺时，在下降期间，在海拔高度保持低于30000英尺时，飞行路线在多样地形之上时，以及在任何持续飞行中。对于提高氧气至商务喷气机和商用飞行器这二者的飞行员和座舱乘务人员，本发明有几个优点。
可以通过再次装满应急储备装置存储过量的产生的氧气以备将来使用而保持充足的氧气储量。通过将从本系统供应的氧气与飞行员和座舱乘务员的需氧量更密切地匹配而保存可利用的氧气也有助于维持充足的储量。
如图1所示，在目前优选的实施方式中，为飞行器上的飞行员和/或座舱机组人员提供调节的氧气流的系统100的组件包括：连接到并且配置为控制快速氧气供应108的控制器102、机载氧气发生器110和脉冲式氧气传输子系统116。
通常地，提供线104，其将控制器与快速氧气供应器电相连，提供线106，其将控制器与机载氧气发生器电相连，并且提供线105，其将控制器与脉冲式氧气传输子系统电连接，尽管可选地这些部件可能是无线电相连。
控制器与各氧源和减压继电器(decompression relay)电相连。更具体地，控制器与在每个氧源和每个呼吸面罩或为面罩供氧的脉冲式氧气传输子系统之间的电动开/关入口电磁阀电相连。控制器也与机舱空气压力传感器电相连，该机舱空气压力传感器用于产生代表机舱压力和相应海拔高度的机舱空气压力输入信号。
控制器优选地配置为通过调节至少一个以下参数来优化性能：供应给第一机载氧气供应器或第二机载氧气供应器的气流速率，第一机载氧气供应器的温度，第二机载氧气供应器的温度，第一机载氧气供应设备的压力，以及第二机载氧气供应器的压力。
供应线112也将快速氧气供应连接到脉冲式氧气传输子系统，并且另一供应线114将机载氧气发生器连接到脉冲式氧气传输子系统，并且与每个飞行员和/或座舱乘务人员的多个呼吸面罩128、130、132、134、136以流体连通相连(通常将储存袋连接到每个呼吸面罩)，并且低压管118、120、122、124、126将每个面罩连接到氧气源上。
快速氧气供应108优选地包括富氧气体加压瓶或者化学氧气发生器的至少一种。
机载氧气发生器(OBOG)110优选地包括合并了固体电解质氧气分离(SEOS)技术的陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)、合并变压吸附(PSA)技术的分子筛氧气发生器(MSOG)型机载氧气发生器(OBOG)、或者依赖于膜的选择性渗透来分离气体混合物成分的渗透膜型氧气发生器中的至少一种。
脉冲式氧气传输子系统116可以包括一个或多个脉冲式氧气供应器，比如歧管或者存储器，其具有接收供应氧气的进口以及一个或多个电磁阀控制的出口，将供应线与一个或多个呼吸面罩相连以便例如间歇性地为各个呼吸面罩供应氧气流。
陶瓷氧气发生器(COG)型设备一般有利地产生压力下的适于呼吸的高纯度富氧气体(基本上100％O2)，因此减少或消除了对于占空间又增加重量的空气压缩机的需求。
从空气供应流中分离出氧气的陶瓷膜应用了特殊陶瓷材料内表面的催化性质电离并且然后分离氧气。作为在飞行器上的应用，陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)设备的空气供应流通常是发动机引气。然而，陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)设备的气体供应可来自其他来源。例如，供应气可来源于其他机载氧气发生器(OBOG)设备的产物流，比如陶瓷氧气发生器(COG)或分子筛氧气发生器(MSOG)。
考虑到陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)设备具有用更高浓度氧气的输入流更有效运行的能力，在陶瓷氧气发生器(COG)设备的上游具有另一个机载氧气发生器(OBOG)设备来增加通入陶瓷氧气发生器(COG)设备的供应气的氧气浓度超出可选供应流发动机引气的氧气浓度可以是非常有利的。在另一个目前优选的方面，在陶瓷氧气发生器(COG)设备的上游设置气体分离设备，以便与含有大约21％氧气的单独空气相比，提供更高度富氧气体到陶瓷氧气发生器(COG)设备。这个附加的气体分离器可以是，例如，将其产物流通入陶瓷氧气发生器(COG)的另一个陶瓷氧气发生器(COG)或分子筛氧气发生器(MSOG)。
可选地，这个附加的气体分离器可以是将其剩余气流通入陶瓷氧气发生器(COG)的机载惰性气体发生器(OBIGG)。当使用机载惰性气体发生器(OBIGG)设备时，已知用空气作为供应气流，剩余富氧气流是不适合呼吸的。然而，将该剩余气体流通入到陶瓷氧气发生器(COG)设备将产生适宜呼吸的空气，并且比起如果使用未处理的空气作为供应气，会使得陶瓷氧气发生器(COG)设备更高效工作。
高表面温度下的氧气电离过程部分负责用于从陶瓷膜型机载发生器产生不可能存在生物的或毒性的化学成分的几乎100％纯的产物气。陶瓷运行温度为大约700℃并且膜电位差大约伏特量级。陶瓷膜氧气发生器是离子转换膜技术的一个优选子集。
陶瓷膜氧气发生器设备有至少三个优良的性能：无移动部件，供应空气污染物的免疫性，以及可检测到的退化和失效。缺乏移动部件增加了可靠性并且是航空航天应用特别期望的。供应空气污染物的安全性增加了安全性并且增长了产品寿命，因为所有其他已知的气体分离技术都会对供应空气污染物或潮气敏感。陶瓷膜设备的运行完整性优于受空气微小成分——污染物和潮气——影响的其他分离设备的操作变化性。能够及时地检测陶瓷膜分离设备的性能是否和何时下降或者设备接近产品寿命终点对于影响人们生活的应用是非常期望的。出口氧气压力的下降是需要更换陶瓷膜设备的一个指示。在正常运行时，通常这些设备的出口氧气压力大约2000psia。
由陶瓷氧气发生器(COG)设备产生的高度富氧气体适合用于在30000英尺以上较高的海拔高度呼吸，而由包括分子筛氧气发生器(MSOG)设备在内的其他类型的机载氧气发生器(OBOG)设备产生的较中度富氧气体不适用于在较高海拔呼吸但仅适用于保持低于30000英尺的海拔高度。进一步，来自分子筛氧气发生器(MSOG)设备的富氧气体在适合于呼吸之前需要通过压缩机加压。来自于陶瓷氧气发生器(COG)设备的高度富氧气体在等待达到产生这种气体所需的高温要求之后可以在任何海拔直接用于呼吸。
如果在紧急情况出现之前，例如在地面上或刚在起飞之后，通过给陶瓷分离器提供电压而给陶瓷氧气发生器(COG)设备加热，如果紧急情况出现，则可以迅速从陶瓷氧气发生器(COG)设备获得高度富氧气体。紧急情况的一个例子是座舱失压。当不需要满足当前需求时，来自于陶瓷氧气发生器(COG)设备的高度富氧气体也可以用来重新装满紧急情况备用设备。反过来，储存于紧急情况备用设备中的来自于陶瓷氧气发生器(COG)设备的高度富氧气体可以在包括初始阶段的任何海拔高度出现紧急情况中快速使用，直到在循环周期和需要加热的情况下由陶瓷氧气发生器(COG)设备新产生的高度富氧气体可以获得为止。这将是在紧急情况出现前陶瓷氧气发生器(COG)设备才开启的情况下的预备方案。
每次飞行中在紧急情况出现前，在地面上或刚起飞后就开启陶瓷氧气发生器(COG)设备也许是昂贵的并且是没有必要的。不管怎样，飞行器上的陶瓷氧气发生器(COG)设备的备用仍然提供了减少对于加压气瓶和化学氧气发生器的依赖的优势。如果陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)设备可用，可以提供更小的加压气瓶。此外，由陶瓷氧气发生器(COG)设备产生的氧气可以用来重新装满较小的加压气瓶，从而减少了维护费用。相比于分子筛氧气发生器(MSOG)型机载氧气发生器(OBOG)设备，来自于陶瓷氧气发生器(COG)设备的富氧空气提供了在压力下产生以减少对空气压缩机的依赖的优势。
陶瓷氧气发生器(COG)设备利用固体电解质氧气分离(SEOS)技术，其中利用电压，在大约650℃至750℃的高温下，在特殊陶瓷材料里面从空气中催化分离氧气。虽然此过程产生了基本上纯的压力下的氧气产品并且适合在任何海拔下呼吸，包括大于30000英尺的较高海拔，但缺点在于由于首先必须达到所需温度，开启设备之后不能迅速获得氧气。
通过将这种陶瓷氧气发生器(COG)设备与现有的固体电解质氧气发生器(SEOS)技术作为一个部件结合在具有其他部件的系统中，所述其他部件能够迅速提供氧气并且在各部件之间管理氧气供应，本发明克服了这个缺点。例如，在紧急情况出现时，高度富氧气体的加压气瓶(大约99％氧气及以上)或者化学氧气发生器可以提供前5-10min的氧气供应。在前5-10分钟之后，飞行器可能已经降低到30000英尺以下，此时，可依赖于分子筛氧气发生器(MSOG)型机载氧气发生器(OBOG)提供适于在较低海拔下呼吸的较中度富氧气体(90％-95％)。可选地，前5-10分钟之后，如果飞行器没有充分降低以转换氧气供应源到分子筛氧气发生器(MSOG)，在那时陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)设备可能将准备使用，已经达到了必要的温度要求和充分循环。
部分依赖于结合了变压吸附(PSA)而非固体电解质氧气分离(SEOS)技术的分子筛氧气发生器(MSOG)型机载氧气发生器(OBOG)设备克服了陶瓷氧气发生器(COG)型设备的加热需要。对于本发明提供的氧气产生和供应的不同选择，可以提供来自任意来源的组合的合适的氧气比率以优化安全性、有效性和可靠性，同时最小化加热和电需要、机载氧气发生器(OBOG)设备的分离材料(沸石、陶瓷、聚合膜以及其他类似材料)、重量、存储空间和其他因素影响的成本。
利用当前基于沸石的技术，产生含有90-95％氧气的气流相对容易。在95％氧气流适于呼吸的低于30000英尺的海拔高度，将陶瓷氧气发生器(COG)供氧转换为分子筛氧气发生器(MSOG)供氧也许是有意义的，即使分子筛氧气发生器(MSOG)放出的产物气流在适合呼吸之前需要加压。这可以让陶瓷氧气发生器(COG)设备处于备用或关闭以保存能量。如果随后飞行器升至需要99％或更高的氧气流的大于30000英尺的海拔高度，至呼吸面罩的氧气供应可以转换回陶瓷氧气发生器(COG)源。
控制器优选地将来自于快速氧气供应和机载氧气供应源的供氧与一个或多个脉冲式氧气供应器相结合，所述脉冲式氧气器为一个或多个单独的呼吸面罩供氧。基于海拔高度和可以获得何种氧气源，控制器能够确定需要何种质量的氧气。控制器根据需要管理氧气供应以满足飞行员和机组人员的需要，同时维持适当的储量。例如，在海拔高度大于30000英尺出现紧急情况时，如果由于直到紧急情况出现陶瓷氧气发生器(COG)设备才开启而不能使用陶瓷氧气发生器(COG)设备，控制器能够指示加压气瓶或化学氧气发生器迅速供给氧气。当陶瓷氧气发生器(COG)设备达到650℃至750℃的运行温度并且循环时，控制器能够感测从陶瓷氧气发生器(COG)设备可获得的高度富氧的存在，将其添加到来自加压瓶或化学氧气发生器的供应气流中，并且一旦陶瓷氧气发生器(COG)型机载氧气发生器(OBOG)设备能够充分满足需要则逐步停止来自加压气瓶或化学氧气发生器的供应。
作为控制系统的一部分，除了控制器之外，连接到每个氧气源的多个传感器138和检测器可分别提供用来测定可获得的体积和氧气浓度。另一个与控制器为连通关系的传感器或检测器(未显示)通常读取海拔高度。另外的传感器140和检测器可提供在单个的呼吸面罩中或者沿着任何一条进出呼吸面罩的供给线，或者在脉冲式氧气传输子系统中，或者沿着任何一条进出脉冲式氧气传输子系统的供给线，例如用于监测其他变量，包括氧气利用率。
根据一个实施方式，系统包括至少一个与脉冲式氧气传输子系统为连通关系的传感器，所述传感器配置为测定压降来指示飞行员或座舱乘务人员的呼吸循环的吸气阶段，例如，将脉冲式氧气传输子系统连接到呼吸面罩的供给线中的压降。
在不同的实施方式中可结合其他组件，但不是必需的。例如，其他组件可包括：减压继电器，一个或多个另外的继电器，在每个氧气源与从氧供应器到每个呼吸面罩的每条供给线之间的电子控制开/关进气阀，一个或多个压力转换器，以及在呼吸面罩、脉冲式氧气传输子系统、氧气源的任一个中或者沿着通过其供给氧气的供给线或低压管的一个或多个传感器或检测器。
系统的其他部件可包括冷却或加热设备，例如，沿着供给线，以保证来自于氧气发生器(尤其是高温陶瓷氧气发生器(COG)设备)的富氧气体在与生理偏好或需求相容的合适温度下供给到飞行员和机组人员的呼吸面罩中。
除了以上讨论的部件，本发明也可以以任意的序列、结合或方向合并另外的机载氧气发生器(OBOG)或机载惰性气体发生器(OBIGG)设备，以产生期望的效果，包括维持充足富氧气体供应用于短期内呼吸，重新装满应急氧气供应器，提供充足的惰性气体流来填充燃料箱的空间并且与燃料燃烧速率保持一致，等等。
根据一个实施方式，本发明提供一种为飞行器上的飞行员或座舱乘务人员提供调控的氧气流的方法。依照本方法，第一系统被激活以在大于30000英尺的海拔高度启动来自于第一机载氧气供应器的初始氧流。第一机载氧气供应器可以是加压氧气瓶、化学氧气发生器、或者加压氧气瓶与化学氧气发生器的结合。第二系统也被激活以启动来自于第二机载氧气供应器的随后的氧气流。第二机载氧气供应器可以是第一机载氧气发生器、第二机载氧气发生器、或者第一机载氧气发生器与第二机载氧气发生器的结合。第一机载氧气发生器配置为提供氧气浓度为90％或更高的第一气流并且第二机载氧气发生器配置为提供氧气浓度为99％或更高的第二氧气流。本方法进一步包括将第二系统供应的氧气与第一系统供应的氧气结合以及当第二系统能够满足氧气供应需求时停止第一系统。本方法也包括感测飞行员或座舱乘务人员的呼吸模式以及调节至飞行员或座舱乘务人员的呼吸面罩的氧气流。可以通过脉冲式氧气传输子系统将氧气从第一系统或第二系统传输到面罩来调节氧气流，所述脉冲式氧气传输子系统配置为基于感测的呼吸模式和生理需求来改变氧气流速。
本发明不限于以上描述的实施方式。当然，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对本发明做出各种改变和更改。本领域技术人员容易想到另外的优势和修改。因此，在不脱离由权利要求和其等同物限定的总发明构思的精神或范围的情况下，可以做出各种更改。
Claims (11)
1.一种为飞行器上的飞行员或座舱乘务人员提供调节的氧气流的系统，包括：
配置为在初始阶段快速供应氧气的第一机载氧气供应器，所述第一机载氧气供应器包括加压氧气瓶与化学氧气发生器的结合；
配置为在所述初始阶段之后的阶段供应氧气的第二机载氧气供应器，其中所述第二机载氧气供应器包括分子筛氧气发生器；
连接至所述第一和第二机载氧气供应器的氧气源传感器，其配置为分别用来测定由所述第一和第二机载氧气供应器供应的氧气浓度；
通过第一供应线连接至所述第一机载氧气供应器和通过第二供应线连接至所述第二机载氧气供应器的脉冲式氧气传输子系统，并且配置为通过所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器接收氧气；
布置在分别连接所述第一和第二机载氧气供应器和所述脉冲式氧气传输子系统之间的所述第一和第二供应线上的氧气利用传感器，所述氧气利用传感器配置为监测来自所述第一和第二机载氧气供应器的氧气利用率；和
配置为基于监测的氧气利用率、可获得的氧气体积和氧气浓度，控制所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器的控制器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二机载氧气供应器还包括固体电解质氧气分离器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二机载氧气供应器进一步包括陶瓷氧气发生器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一机载氧气供应器配置为供应氧气浓度为95％或更高的第一气流。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二机载氧气供应器包括变压吸附氧气发生器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二机载氧气供应器包括渗透膜。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述脉冲式氧气传输子系统配置为基于感测的呼吸模式和生理要求调节至飞行员或座舱乘务人员的氧气流。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括连接到所述脉冲式氧气传输子系统的呼吸面罩，所述呼吸面罩配置为通过所述呼吸面罩将氧气从所述脉冲式氧气传输子系统供应给飞行员或座舱乘务人员。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括至少一个与所述脉冲式氧气传输子系统处于连通关系的传感器，所述传感器配置为感测压降以指示飞行员或座舱乘务人员的呼吸循环的吸气阶段。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为通过调节至少一个以下参数使性能优化：供应至所述第一机载氧气供应器或所述第二机载氧气供应器的气流速率、所述第一机载氧气供应器的温度、所述第二机载氧气供应器的温度、所述第一机载氧气供应器的压力以及所述第二机载氧气供应器的压力。
11.一种为飞行器上的飞行员或座舱乘务人员提供调节的氧气流的方法，包括：
激活第一系统以在大于30000英尺的海拔高度启动来自于第一机载氧气供应器的初始氧气流，所述第一机载氧气供应器包括加压氧气瓶与化学氧气发生器的结合，其中所述第一机载氧气发生器配置为供应氧气浓度为90％或更高的第一气流；
测定所述第一机载氧气供应器中可获得的氧气体积和氧气浓度；
测量来自所述第一机载氧气供应器的氧气利用率；
在激活所述第一系统之后，激活第二系统以启动来自于第二机载氧气供应器的随后氧气流，所述第二机载氧气供应器包括分子筛氧气发生器，其中所述第二机载氧气发生器配置为供应氧气浓度为99％或更高的第二气流；
将来自所述第二系统的氧气与来自所述第一系统的氧气合并；
测量来自第二机载氧气供应器的氧气利用率；
当第二系统能够满足氧气要求时停止所述第一系统；
提供呼吸面罩；
测量所述呼吸面罩内的氧气利用率；
感测飞行员或座舱乘务人员的呼吸模式；并且
通过配置为基于感测的呼吸模式和生理需求改变氧气流速的脉冲式氧气传输子系统，将氧气从所述第一系统或所述第二系统传输到飞行员或座舱机组人员的所述呼吸面罩来调节至所述面罩的氧气流。
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