CN104540738A - 在飞机上为飞机乘客混合地产生氧气 - Google Patents

Abstract

本文提供的是一种产生用于飞机上乘客和/或机组人员呼吸的氧气的混合系统(100)。所述系统包括第一化学氧气发生器组件(112)，其配置为在出现紧急情况时和在初始下降模式期间立即供给适于呼吸的氧气。获得由数种类型的化学氧气发生器中的放热分解反应产生的热并供应至第二氧气发生器(114)。第二氧气发生器是固体电解质氧分离系统，其在约650℃至750℃的高温下，利用电压在专门的陶瓷材料内部，从空气催化分离氧气。将热从第一氧气发生器供应至第二氧气发生器的能力实质上减少了直到第二陶瓷氧气发生器可作为氧气供给接管的滞后时间。

Description

在飞机上为飞机乘客混合地产生氧气

背景

本发明一般地涉及一种为包括飞机上的机组人员和乘客提供可调节的氧气流的系统和方法。本发明更具体地涉及一种在包括飞机下降期间，确保适于呼吸的氧气可以立即和间歇地用于飞机上的机组人员和乘客的系统和方法。该系统的组件包括氧气发生器和将来自第一氧气发生器中放热分解反应的热传递至依赖热的第二氧气发生器的热交换器界面。

用于向飞机乘客供给氧气的传统系统和方法通常依赖于气态氧，所述气态氧既可以是由位于乘客座椅上方的乘客服务单元(PSU)以化学方法产生的，或者也可以是由加压气缸分配的，通常通过飞机上的集中的分配网络分配或由多个分开的单个气缸分配。

当应急氧气被供给至面具时，附在面具上的储气袋通常接收恒定的氧气流。氧气一般地以计算的速率——适应甚至具有大得多的平均潮气量，其呼吸比平均呼吸率快的乘客的需要——连续供应。进入储气袋和进入面具的连续的氧气流通常被客舱空气稀释。

以化学方法产生氧气的系统作为一次性设备提供，其一旦被激活就只能使用一次并且必须被替换用于将来使用。以化学方法产生氧气的系统通常适合于持续时间22分钟以下的较短的飞行。然而，在以化学方法产生氧气的系统满足氧气需求的适合性方面，飞行路线的地形也是决定因素。对于较长持续时间的飞行和遭遇多变或有挑战性的地形的飞行，气态氧可被储存在气缸中。来自气体的加压气缸的氧气可分配自飞机分配网络中的一个或多个来源，或者可为每个乘客或乘务员提供单个气缸。不论哪种情况，考虑到飞机的有限空间，来自气缸的氧气通常不远离飞机的照明系统的组件，增加了危害潜力。例如，座椅上方的单个气缸或分配网络的出口靠近灯。遍布飞机的大量的管道需要并入这些加压氧气缸作为向乘客分配氧气的机载氧气供给系统的一部分，必须定期检查泄漏，这增加了维护成本。加压氧气缸还必须足够坚固以便防止爆炸危险，这导致重量增加，并因此增大了油耗和燃料成本。

提高这种飞机应急氧气供应系统在氧气的产生、存储、分配或消耗方面的效率可因此产生重量节省。相反，提高飞机应急氧气供应系统的效率而没有同量的缩小尺寸将给予系统操作中较大的安全系数。因此以任何可能的方式提高应急或补充氧气供应系统的效率是高度期望的。

对机舱乘员进行适当充氧需要输送的补充氧气流速取决于在给定高度的一般压力。输送到使用者的氧气的量可根据高度有利地变化，以产生适当的充氧作用，而避免比需要量大的氧气效率低的和浪费的输送。

也已知分子筛氧气发生(MSOG)系统从供应气体产生氧气或富氧气体和残余气体的供应。这种机载氧气发生器(OBOG)设备的分子筛氧气发生器(MSOG)类型依赖变压吸附(PSA)技术以产生包含高达95％的氧气的富氧气体，其含有大于大约9％的氧气的残余气体流。然而，在操作的初始阶段，此系统对于满足飞机乘客对氧气的需要具有有限的适用性，在高海拔对其是立即需要的。此外，此系统没有使氧气消耗最小化或存储氧气。

并入分子筛氧气发生系统的变压吸附技术基于原理：在压力下的气体一般地被吸引到固体表面，然后气体被吸附到固体表面。更高的压力产生较大的气体吸附。当压力减小或从高到低摇摆时，气体被释放或脱附。气体混合物可通过变压吸附被分离，因为不同气体趋于不同程度地吸引或吸附至不同的固体材料。

因此，当压力减小时，不太强力地吸引至固体材料的气体将首先脱附以形成出口流。在吸附气体的固体材料床达到它的吸附容量后，进一步降低压力以释放更强力吸引的气体。随着施加到机载氧气发生器(OBOG)，发动机排放气体通常被供应到变压吸附设备，空气的氮气成分比空气的氧气成分更强力地被吸附到固体材料床，并且产生富氧气体出口流。

用于变压吸附系统的吸附剂必须具有区分表明选择性吸附的两种或多种气体的能力。用于变压吸附系统的合适的吸附材料通常是由于它们的大表面积选出的非常多孔材料，例如活性炭、硅胶、氧化铝和沸石。吸附在这些表面上的气体可以由只有一个或至多数个分子厚度的层组成。具有几百平方米每克的表面积的吸附材料使能够吸附气体中的吸附剂重量的很大部分。除了对于不同气体的差别吸附选择性，沸石和称作碳分子筛的一些类型的活性炭的分子筛特征有助于基于尺寸排除一些气体分子。

已知另一种系统利用分子筛床和/或渗透膜技术，以产生，第一，用于机组人员呼吸的氧气，和第二，用作飞机的油箱中的惰性环境的氮气。然而这种系统仍需为氧气和氮气供应压缩机，以便氧气可以以适合呼吸的压力递送。此外，可产生的氧气的浓度由于使用的传统机载氧气发生器设备技术的性质被限制。由于高温需求，在全部氧气容量被利用之前有时间滞后。

另一种类型的机载氧气发生器是陶瓷氧气发生器(COG)，其利用固体电解质氧气分离(SEOS)技术，其中使用电压以供应需要的热，在大约650℃到750℃的高温下氧气从专门的陶瓷材料内的空气中被催化分离。虽然此过程在压力下可产生适合用于在任何高度，包括超过30,000英尺的更高的高度下呼吸的基本上纯的氧气产品，但是当为设备通电时氧气不是立即可用的，因为设备需要首先达到需要的操作温度。

虽然基于在压力下提供适于呼吸的更纯的或更高度浓缩的富氧气体的能力，陶瓷氧气发生器设备通常优于分子筛氧气发生器设备，但是由于从这种设备氧气产生必要的高温需求，来自陶瓷氧气发生器设备的氧气也不是立即可用的。

当在飞机上出现紧急情况时，需要以适于呼吸的浓度、温度和压力的迅速可用的氧气。在大于30,000英尺的高的高度下，需要99％或更高纯度的氧气。在等于或小于30,000英尺的较低高度下，含90-95％氧气的氧气可以是合适的。紧急情况可以包括意外客舱减压、意外下降等等。

通过使陶瓷氧气发生器设备和在短期内提供氧气的其他来源结合，期望提供利用并入固体电解质氧气分离技术的陶瓷氧气发生器设备的优点，而不牺牲在下降或出现紧急情况期间的短期内可呼吸的氧气的可用性的系统。理想地，这种系统也将存储氧气并最大化氧气利用效率。

进一步期望存储可用的或通过间歇地提供氧气到乘客或机组人员的面具产生的氧气，利用反馈机制使得根据为了安全具有允许的限度的需要提供氧气。

最后，高度期望通过更快加热这些系统依赖的陶瓷膜，减少供给来自并入固体电解质氧气分离技术的陶瓷氧气发生器系统的氧气需要的等待时间。本发明满足这些和其它要求。

发明概述

简要并概括来说，本发明提供了在飞机上产生用于飞机乘客的氧气的混合系统，和并入此混合系统的方法。更具体地，混合系统通过从在化学氧气发生器发生的放热分解反应收集热，来加热陶瓷氧气发生器的陶瓷膜。氧气发生系统是混合的，因为其并入了两种不同类型的氧气发生器——化学氧气发生器和陶瓷氧气发生器，利用一个系统的内在的热力学利于另一个系统。化学氧气发生器中的反应放出的过量的热可通过两个发生器之间的热交换界面输送至陶瓷氧气发生器。来自化学氧气发生器的热使得使用陶瓷氧气发生器更实用，因为其加热更快，使其在较短的时间内准备好使用，并且加热花费更少。

化学氧气发生器供给的氧气可在出现紧急情况时的第一阶段和飞机的初始下降模式期间输送给乘客。一旦陶瓷氧气发生器比其它氧气发生器——由于经由化学氧气发生器中的放热化学分解反应产生的热的辅助——更快达到操作温度，陶瓷氧气发生器供给的氧气可在第二阶段输送给乘客。在足够的安全限度内，必要时提供多个每个类型的发生器——化学氧气发生器和陶瓷氧气发生器——以满足乘客的需求。通过部分地基于乘客的呼吸方式和氧气需要，调节子系统间的相互作用和最大化氧气使用效率的至少一个调节器，由任何类型的发生器产生的的适于呼吸的富氧气体可立即和间歇地输送给乘客。

根据本发明的一个方面，系统被设计为在包括紧急和初始下降或等待高度模式期间，满足飞机的机组人员和乘客的需要。根据本文公开的本发明的多个方面，通过在陶瓷氧气发生器或固体电解质氧气分离器被加热时尽可能迅速地从另一个发生器，化学氧气发生器提供氧气，克服了固体电解质氧气分离器的高操作温度的限制。例如，在出现紧急情况或客舱减压时，3.3升/分钟(L/min)的量的足够的氧气必须在十(10)秒内供给至飞机乘客以避免缺氧。

本发明的机载混合氧气发生系统加速达到了陶瓷氧气发生器或固体电解质氧气分离器(SEOS)所需的操作温度，从而减少了直到系统的固体电解质氧气分离器组件能够接管供给氧气的时间，而同时在过渡时期提供以化学方法产生的氧气。更具体地，化学氧气发生器的放热化学分解反应产生的热可从热氧利用，因为其从化学氧气发生器的氧气发生容器和热化学核心漏出。利用的热随后被供给到陶瓷氧气发生器或固体电解质氧气分离器以加速加热用于分离氧气的膜。为达到这些目标，化学氧气发生器内的放热化学分解反应产生的热被收集并用于加热陶瓷氧气发生器系统的陶瓷膜。

化学氧气发生器通常通过撞针机械点火。发生器的雷管中的爆炸物可包括斯蒂芬酸铅和四氮烯混合物。化学氧气发生器通常依赖无机过氧化物、碱金属氯酸盐、碱金属高氯酸盐和/或其混合物作为氧源。对于化学氧气发生器，臭氧化物是另一组有前景的氧源。举例来说，分解反应可涉及固体氯酸钠(NaClO₃)的氧化剂核心，其与小于5％的氢氧化钙(Ca(OH)₂)和小于1％的高氯酸钾(KClO₄)混合，分解为固体氯化钠(NaCl)和氧气(O₂)。在典型的商用飞机中，正是分解反应负责化学氧气发生，并且在环境条件下，对于每10克氯化钠其产生约3.5升(L)的氧气和4220卡路里的热。罐的外部温度将通常达到260℃并且其将产生氧气15至20分钟。

通过向氯酸钠(或其它)分解反应并入金属粉末作为燃料或催化剂，用于收集的实际热量可进一步增加。氧化时，这种金属粉末产生引发氯酸钠(或其它)分解需要的热。本发明的氧气生产组合物通常包括按重量计约0.5-15％的金属粉末以提供维持氧源——例如锡粉或铁粉，或两种粉末的组合，虽然其它金属粉末，例如钛、铜、铝、镁和其组合也是适合的——的分解的热。

依照本发明的多个方面，几乎任何包括放热反应的化学氧气发生器都可被用于热收集，以制备基于固体电解质氧气分离的系统。通常，碱金属氯酸盐、碱金属高氯酸盐和/或其混合物被用作氧源。例如，高氯酸钠(NaClO₄)或高氯酸锂(LiClO₄)可替代氯酸钠使用。

收集或利用来自依赖放热化学分解反应的化学氧气发生器的热，用于更快的加热固体电解质氧气分离系统的典型的陶瓷膜的能力，以较低的成本和减少的等待时间更可靠和实用地利用固体电解质氧气分离系统。因此，相对于传统的笨重的加压氧气缸，固体电解质氧气分离系统及其陶瓷氧气发生器成为更可行的选择。

立即可用的固体电解质氧气分离器的进一步的优势是减少了对较长持续时间的飞行，通常超过二十二(22)分钟的飞行通常需要的笨重的加压氧气缸(通常在1850至3000psig)的依赖。

因此本发明提供了用于提供用于飞机的机组人员和乘客呼吸的补充氧的混合系统。该混合系统包括机载氧气发生器，其需要加热到操作温度，和化学氧气发生器，其配置为产生氧气和热。化学氧气发生器与机载氧气发生器热连通，以便于将化学氧气发生器产生的热供给至机载氧气发生器以加快达到机载氧气发生器的操作温度。在目前优选的方面，机载氧气发生器包括固体电解质氧气分离器，其具有至少一个配置为接收来自化学氧气发生器的热的膜。例如，固体电解质氧气分离器可以是陶瓷氧气发生器，并且至少一个膜可以是陶瓷膜。在另一个目前优选的方面，热交换界面被布置在机载氧气发生器和化学氧气发生器间以在化学氧气发生器和机载氧气发生器之间提供热连通。在另一个目前优选的方面，化学氧气发生器包括化学氧气生产组合物，其至少部分覆盖热交换界面并直接与热交换界面热接触。在另一个目前优选的方面，混合系统包括一个或多个呼吸面具，其与化学氧气发生器和机载氧气发生器以连通关系连接，并配置为接收来自化学氧气发生器和机载氧气发生器中至少一个的氧气，和脉冲氧气输送子系统，其连接到化学氧气发生器和机载氧气发生器二者，并基于检测的呼吸方式，配置为调节输送至一个或多个呼吸面具的氧气流。在另一个目前优选的方面，混合系统包括控制器，其配置为控制机载氧气发生器和化学氧气发生器。

在另一方面，用于提供用于飞机的机组人员和乘客呼吸的补充氧的混合系统包括第一机载氧气发生器，其配置为在初始阶段提供氧气，和第二机载氧气发生器，其配置为在随后阶段在飞机上产生氧气。第一机载氧气发生器包括化学氧气发生器，其配置为通过放热化学分解反应产生热，并且第二机载氧气发生器包括固体电解质氧气分离器，其配置为在650℃至750℃的温度下，使用通过电加热可持续在延长的时间期间供给的热，从供给空气流中催化分离氧气。第二机载氧气发生器与第一机载氧气发生器有利地热连接，以便在化学氧气发生器的放热化学分解反应中产生的热可被供给至第二机载氧气发生器，以增加供给空气流最初达到650℃至750℃的操作温度的速率。控制器配置为控制第一机载氧气发生器和第二机载氧气发生器。

在目前优选的方面，第一机载氧气发生器配置为以适于在大于30,000英尺的高海拔处呼吸的压力供应氧气。在另一个目前优选的方面，固体电解质氧气分离器包括配置为从供给空气流中催化分离氧气的陶瓷材料。在另一个目前优选的方面，混合系统包括一个或多个呼吸面具，其与第一机载氧气发生器和第二机载氧气发生器是连通关系，借此一个或多个呼吸面具配置为从第一机载氧气发生器和第二机载氧气发生器中的至少一个接收氧气。优选地，脉冲氧气输送子系统连接到第一机载氧气发生器和第二机载氧气发生器二者，并且配置为基于检测的呼吸方式，调节呼吸面具的氧气流。

本发明还提供了用于为包括飞机上的机组人员和乘客，提供调节的氧气流的方法。该方法最初涉及在大于30,000英尺的高海拔，激活第一系统以引发来自第一机载氧气发生器的快速氧气流。第一系统包括化学氧气发生器，其配置为通过至少一种成分的放热分解反应产生氧气，并且来自第一系统的放热分解反应的热被供给至第二系统，所述第二系统包括第二机载氧气发生器，其具有固体电解质氧气分离器，所述固体电解质氧气分离器包含至少一个陶瓷膜，并配置为通过施加电压，在650℃至750℃的温度下，从供给的空气流催化地分解氧气。在第二系统达到650℃至750℃的操作温度后，第二系统被激活以引发来自第二机载氧气发生器的氧气流。结合第二系统供给的氧气与第一系统供给的氧气，并且当第二系统能够满足氧气需求时，关闭第一系统。检测一个或多个乘客或机组人员的一种或多种呼吸方式，并且基于一种或多种检测的呼吸方式，通过配置为改变氧气流的脉冲氧气供应器，从第一系统或第二系统向面具输送氧气，来调节到一个或多个乘客或机组人员的一个或多个呼吸面具的氧气流。在另一个目前优选的方面，第二系统的第二机载氧气发生器配置为供应在小于或等于30,000英尺的海拔适于呼吸的压力下的高度富集的氧气。

从以下结合附图，以实例的方式图解了本发明的原理的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

附图简述

图1是用于向包括飞机上的机组人员和乘客提供调节的氧气流的系统的第一种实施方式的示意图。

图2是用于加热具有化学氧气发生器的机载氧气发生器的图1中系统的放大部分的示意图。

图3是图解了根据发明的实施方式用于向包括飞机上的机组人员和乘客提供调节的氧气流的方法的流程图。

优选实施方式详述

陶瓷氧气发生器(COG)系统利用固体电解质氧气分离(SEOS)技术，其中在约650℃至750℃的高温下，使用电压，在专门的陶瓷材料内，将氧气从空气中催化地分离出来。虽然此过程产生压力下的并且在包括30,000英尺以上更高海拔的任何高度处适于呼吸的基本上纯的氧气产物，但是缺点是当对设备通电时氧气不立即可用，因为该设备必须首先达到所需的高操作温度。由于高操作温度需要，在来自陶瓷氧气发生器或固体电解质氧气分离器的全部氧气容量被完全利用之前，通常存在时间滞后。

本文提供的是用于产生、供应和维持充足氧气储备的混合系统和方法。本发明的一个优选的应用是为飞机上的乘客和航班机组人员供应氧气，包括在高于30,000英尺的高海拔，在下降期间，和在等待高度或在30,000英尺以下，飞行路线越过多变地形和在任何持续时间的航班上。本发明提供了用于为在商务喷射机和商用飞机二者上的乘客和机组人员提供氧气的数个优点。

维持充足的氧气储备可以通过存储产生的过量氧气通过再填充紧急储备用于将来使用实现。通过更密切地匹配由系统供应的氧气和乘客和机组人员需要的氧气，可用氧气的保存也帮助维持充足的储备。

因此，如图1所示，其以实例的方式图解提供，并且不以限制的方式，本发明提供了用于根据需要在飞机上迅速地和间歇地提供调节的氧气流的系统。参见图1，在目前第一优选的实施方式中，系统100用于根据需要在飞机上迅速地和间歇地提供调节的氧气流，包括控制器或控制系统102，其通过线路106与化学氧气发生器112电子通信。控制器通过线路105也与脉冲氧气输送子系统122电子通信。此外，控制器通过线路108与陶瓷氧气发生器(COG)或固体电解质氧气分离器(SEOS)类型的机载氧气发生器114电子通信。化学氧气发生器112与机载氧气发生器114热连通。可通过本领域已知的任何可行方式实现热连通。热连通的区域可包括热交换界面115，以便通过化学氧源成分150(例如氯酸钠152、高氯酸钠154、高氯酸锂156，等等)的放热化学分解反应产生的热，从而可被利用并且输送至机载氧气发生器114，以加热陶瓷膜并加速获得650℃至750℃的操作温度。通常，碱金属氯酸盐、碱金属高氯酸盐和/或其混合物可用作氧源。本发明的氧气生成组合物也可包括按重量计约0.5-15％的金属粉末，例如锡粉或铁粉，或两种粉末的组合，例如，提供热以维持氧源的分解，尽管其它金属粉末，例如钛、铜、铝、镁和其组合也是适合的。

在环境条件下，对于每10克氯化钠在化学氧气发生器中的分解反应通常产生至少约3.5升(L)氧气和4220卡路里的热，尽管由于氧化时促进化学氧气发生器的分解反应的额外成分例如金属粉末的作用，产生的热通常较大。

继续参考图1，化学氧气发生器112通过供应线路118与脉冲氧气输送子系统122流体连通。机载氧气发生器114通过供应线路120也与脉冲氧气输送子系统122流体连通。脉冲氧气输送子系统122依次与一个或多个呼吸面具132、134、136和138流体连通，这些呼吸面具可通过低压管道124、126、128和130提供给乘客和乘务员。任选地，与控制器和/或脉冲氧气输送子系统电子通信的一个或多个传感器140或探测器可被提供在任何呼吸面具、脉冲氧气输送子系统、氧气来源，或沿着通过其供应氧气的供给线路或低压管道中，用于检测空气压力和/或流动和传输指示空气压力和/或流动的相应的传感器信号到控制器，下面将进一步解释。

关于图1，不同类型的传感器或探测器可被提供到每一个氧气来源、供给线路、脉冲氧气输送子系统和呼吸面具中。如本文使用，参考数字140一般地和广义地指在任意这些位置的任意类型的传感器和探测器，并且在多个位置中不需要相同。例如，参考数字140代表的传感器或探测器可以用于测量压力、流速、温度、体积、气体混合物中构成气体的浓度、氧气使用率等等。

关于图2，热连通区域113在化学氧气发生器112和机载氧气发生器114间，以便来自化学氧气发生器的热可用来加热机载氧气发生器，除了此区域外，也可提供能完成此热传递的其它元件。例如，可在热连通区域内提供热交换界面115作为化学氧气发生器的一部分或作为化学氧气发生器和依赖热的机载氧气发生器间的系统的分离元件。负责放热分解反应的化学氧气发生器的化学成分可结合至分散的氧气生成配方，以覆盖界面115并从而更有效地传递热。例如，分解放出热的化学成分(例如氯酸钠)，和催化或提高该工艺的金属粉末(例如氧化铁)可以阵列涂覆或以随机方式分散穿过热交换界面。热交换界面可包括过滤器，分解时放出的热通过过滤器可被用于输送至依赖热的固体电解质氧气分离器类型的机载氧气发生器(OBOG)。化学氧气发生器112通常还包括一个或多个附带的点火器或定序器或化学氧气发生器引发设备(未示出)。

机载氧气发生器(OBOG)114优选地包括固体电解质氧气分离器(SEOS)。此固体电解质氧气分离器的一个实例是陶瓷氧气发生器设备。陶瓷氧气发生器类型的设备提供了产生适于呼吸的压力下的富氧气体(基本上100％的O₂)的优势，从而减少或消除了对占据空间并增加重量的压缩机的需求。

参阅图3，图解了依照本发明实施方式的方法200的步骤。为包括飞机上的机组人员和乘客提供调节的氧气流的方法，其包括步骤202：通常在大于30,000英尺的高海拔，激活第一系统以引发来自第一机载氧气供应器，化学氧气发生器的快速氧气流。然后，在步骤204，来自第一系统的放热分解反应的热被供给至第二系统，其包括具有固体电解质氧气分离器的机载氧气发生器。在步骤206，在第二系统达到650℃至750℃的操作温度后，第二系统被激活以引发来自机载氧气发生器的氧气流。在步骤208，来自第二系统的高度富集的氧气与由第一系统供给的氧气混合以供给适于通常在30,000英尺或更低海拔呼吸的氧气。随后，在步骤210，当第二系统能够满足氧气需求时，可关闭第一系统。在步骤212，检测乘客或机组人员的呼吸方式，和在步骤214，基于检测的呼吸方式和/或生理需要，通过穿过配置为改变氧气流速的脉冲氧气供应器，从第一系统或第二系统向面具输送氧气，来调节到乘客或机组人员的呼吸面具的氧气流。

在初始阶段期间，例如紧接着紧急情况出现后，由第一机载氧气供应器提供高度富集的氧气流。当飞机处于大于30,000英尺的高度时，初始阶段通常存在。在来自依赖热的机载发生器的氧气可用之前，在持续约三到七分钟的第一阶段期间，紧急信号可用来引发流动。在随后阶段，由第二机载氧气供应器供应氧气。第二机载氧气供应器包括产生飞机上的富氧气体的机载氧气发生器。在飞机已经完成初始下降阶段并达到等待高度后，随后阶段通常存在。然而，当机载发生器属于陶瓷氧气发生器类型时，考虑到从而产生高纯度的氧气，其也适于在30000英尺的高度呼吸。在最初三到七分钟的加热期，化学氧气发生器是唯一的氧气供应器，在此期间后，机载发生器通常准备好接管。

机载氧气发生器可以是陶瓷氧气发生器。用于从供应空气流分离氧气的陶瓷膜依赖专门的陶瓷材料的内表面的催化性能以离子化并且然后分离氧气。如在飞机上应用的，用于陶瓷氧气发生器类型的机载氧气发生器设备的供应空气流通常是发动机排放气体。然而，用于陶瓷氧气发生器类型的机载氧气发生器设备的供应气体可以来自其他来源。例如，供应气体可以来自放置在上游的另一个机载氧气发生器设备，包括陶瓷氧气发生器或分子筛氧气发生器(MSOG)的产物流。

在高表面温度的氧气离子化过程对由陶瓷膜系统产生产物气体部分负责，所述产物气体实质上是100％的纯氧气而没有存在生物或有毒化学成分的可能性。陶瓷操作温度是大约700℃，并且穿过膜的电势差是伏特量级。陶瓷膜氧气发生器是离子转运膜(ITM)技术的一个优选的子设备。

由陶瓷氧气发生器设备产生的高度富集的氧气适于在大于30,000英尺的更高的高度呼吸，然而由其他类型的机载氧气发生器设备——包括分子筛氧气发生器设备——产生的更中等的富氧气，在其适于在较低高度呼吸之前，不适于在更高的高度呼吸，并且需要压缩机对其加压。来自陶瓷氧气发生器设备的高度富集的氧气在等到达到产生这种气体所需的高温需求之后，可在任意高度直接用于呼吸。

飞机上的陶瓷氧气发生器(COG)设备的备用的可用性减少了对压缩气体气缸和化学氧气发生器的依赖。如果陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)设备是可用的，可以提供较小的压缩气体气缸，或不提供。此外，由陶瓷氧气发生器(COG)设备产生的过量的氧气可以用于在空中再填充较小的加压气缸，从而降低来自在地面上再填充或更换加压气缸的维护费用。

通过合并此陶瓷氧气发生器(COG)设备和现有的固体电解质氧气分离(SEOS)技术作为系统中的组件与能较快供应氧气并管理组件间氧气的供应的其他组件，本发明克服了陶瓷氧气发生器(COG)和固体电解质氧气分离(SEOS)设备遇到的延迟缺点。通过加快加热过程以减少陶瓷氧气发生器设备达到操作温度所需的时间，本发明的实施方式还克服了延迟缺点。

例如，产生高度富集的氧气(约99％或更高的氧气)的化学氧气发生器可在出现紧急情况时的最初约三到七分钟提供氧气。最初的三到七分钟后，机载氧气发生器将很有可能已经达到操作温度(650-750℃)，并充分运转使能够作为氧气供给接管。

控制器可以用于协调从多个来源到一个或多个脉冲氧气输送子系统的脉冲氧气供应器(未示出)的氧气供应，所述脉冲氧气输送子系统供给一个或多个单独的呼吸面具。控制器能够基于高度和何种氧气来源可用确定需要何种质量的氧气。必要时控制器管理氧气供应以满足乘客和机组人员的需要，同时维持充足的储量。

例如，当在大于30,000英尺的高海拔处出现紧急情况时，如果来自陶瓷氧气发生器设备的氧气不迅速可用，因为陶瓷氧气发生器设备直到紧急情况出现才打开，控制器可指挥化学氧气发生器迅速供应氧气。当陶瓷氧气发生器设备达到650℃到750℃的操作温度并且循环时，控制器可检测到来自陶瓷氧气发生器设备的可用的高度富集的氧气的存在，渗入此高度富集的氧气到来自化学氧气发生器的供应流，并且一旦陶瓷氧气发生器类型机载氧气发生器设备能够充分满足需要，逐步停止来自化学氧气发生器的供应。

系统可以根据飞机中的需要迅速地和间歇地提供调节的氧气流的一种方法是通过脉冲氧气输送子系统，其可存储氧气，例如通过在呼吸循环的呼气阶段期间调节到乘客或机组人员的呼吸面具的氧气流，并且在吸气阶段期间恢复到呼吸面具的氧气流。

例如，可以提供与每一个呼吸面具流体连通的一个或多个传感器140用于探测乘客或机组人员的呼吸循环的吸气阶段或呼气阶段，并且然后将此信息传输至控制器。控制器依次相应地指挥脉冲氧气输送子系统和氧气来源以根据需要存储、减小、停止、增加或恢复氧气流，以更好地管理氧气供应，同时满足乘客和机组人员的需要。

可以将其他组件并入不同的实施方式中，但是不需要。例如，这些组件可以是主机舱减压继电器、一个或多个额外的继电器、每一种氧气来源和从氧气来源到每一个呼吸面具的每一个供给线路之间的电动操作的开/关进口阀、一个或多个压力转换器，等等。

系统的其他组件也可以包括例如沿着供给线路的冷却或加热设备，以确保来自氧气发生器(特别是超高温陶瓷氧气发生器(COG)设备)的处于与生理参数或需求相配的温度的富氧气被供应到乘客或客舱机组人员的呼吸面具。用于冷却来自化学氧气发生器的富氧气体的冷却设备可配置为执行双重功能，也利用从产物氧气流移除的热，用于重新指导加热固体电解质氧气分离器，以便比不利用时更快达到操作温度，并处于较低加热成本。也可以提供例如沿着供给线路的冷却或加热设备以确保处于在包括该特征的实施方式中的合适温度的惰性气体被传送到油箱。

此外，脉冲氧气输送子系统122可以包括用于间歇地提供氧气流到单个呼吸面具的一个或多个脉冲氧气供应器(未示出)。呼吸面具可以各自包括储气袋。可利用脉冲氧气供应器来进一步向整个飞机的乘客分配和调节氧气供应。

在可选的实施方式中，作为控制系统的一部分，除了控制器，可以在每一个氧气来源提供一个或多个传感器140或探测器以测定可用体积和氧气浓度。另一个与控制器处于流通关系的传感器或探测器(未示出)可以读取高度。可以在单个呼吸面具内、脉冲氧气输送子系统内或沿着到达或离开呼吸面具或脉冲氧气输送子系统的任意线路提供额外的传感器140和探测器以监测包括氧气使用率的其他变量。

在仍其他实施方式中，控制器可以与每一个氧气来源和主机舱减压继电器(未示出)电子通信。更具体地，控制器可以与电动开/关进口电磁阀(未示出)通信，所述电动开/关进口电磁阀(未示出)位于每一个氧气来源和每一个呼吸面具之间，或每一个氧气来源和供应氧气到面具的脉冲氧气输送子系统之间，或脉冲氧气输送子系统和每一个面具之间。

在进一步的实施方式中，考虑到陶瓷氧气发生器类型的机载氧气发生器设备在具有更高度富集的氧气的输入流时更好地执行的能力，具有陶瓷氧气发生器设备上游的另一个机载氧气发生器设备是特别有利的。此上游的机载氧气发生器将用来增加供给到陶瓷氧气发生器设备的供应流中的氧气浓度，超过可选的空气供应流的氧气浓度，例如发动机排放气体。

作为进一步的选择，化学氧气发生器产生的氧气在其适于呼吸前，通常需要冷却，并且冷却过程中移除的热可被用于为混合系统的第二发生器提供热。第二发生器是固体电解质氧气分离器，通常是陶瓷氧气发生器，这实质上取决于加热达到超过600℃的操作温度。

本发明不限于上述的实施方式。当然，可以做出多种变化和改变，而不背离本发明的范围和精神。本领域技术人员容易想到额外的优点和改变。因此，可以做出多种改变，而不背离所附权利要求书和它们的当量限定的一般发明概念的精神或范围。

Claims (13)

1.用于为飞机的机组人员或乘客提供用于呼吸的补充氧气的混合系统，包括：

机载氧气发生器，其需要加热以达到操作温度；和

化学氧气发生器，其配置为产生氧气和热，所述化学氧气发生器与所述机载氧气发生器热连通，其中由所述化学氧气发生器产生的热被供给至所述机载氧气发生器，从而加速达到所述机载氧气发生器的操作温度。

2.根据权利要求1所述的混合系统，其中所述机载氧气发生器包括具有至少一个膜的固体电解质氧气分离器，其配置为接收来自所述化学氧气发生器的热。

3.根据权利要求2所述的混合系统，其中所述固体电解质氧气分离器包括陶瓷氧气发生器，并且所述至少一个膜是陶瓷膜。

4.根据权利要求1所述的混合系统，进一步包括布置在所述机载氧气发生器和所述化学氧气发生器之间的热交换界面，以提供所述化学氧气发生器与所述机载氧气发生器之间的所述热连通。

5.根据权利要求4所述的混合系统，其中所述化学氧气发生器包括氧气发生组合物，其至少部分覆盖所述热交换界面并与所述热交换界面直接热接触。

6.根据权利要求1所述的混合系统，进一步包括至少一个呼吸面具，其与所述化学氧气发生器和所述机载氧气发生器是连通关系，并配置为从所述化学氧气发生器和所述机载氧气发生器中的至少一个接收氧气；和

脉冲氧气输送子系统，其与所述化学氧气发生器和所述机载氧气发生器二者相连，并配置为基于检测的呼吸方式，调节到所述至少一个呼吸面具的氧气流。

7.根据权利要求1所述的混合系统，进一步包括控制器，其配置为控制所述机载氧气发生器和所述化学氧气发生器。

8.用于为飞机的机组人员或乘客提供用于呼吸的补充氧气的混合系统，包括：

第一机载氧气发生器，其配置为在初始阶段供给氧气，所述第一机载氧气发生器包括配置为通过放热化学分解反应产生热的化学氧气发生器；

第二机载氧气发生器，其配置为在随后阶段在飞机上产生氧气，所述第二机载氧气发生器包括固体电解质氧气分离器，其配置为在650℃至750℃的温度下，通过施加电压，从供给空气流催化分离氧气，所述第二机载氧气发生器与所述第一机载氧气发生器热连接，其中所述化学氧气发生器的所述放热化学分解反应中产生的热可被供给至所述第二机载氧气发生器，以增大所述供给空气流达到650℃至750℃的操作温度的速率；和

控制器，其配置为控制所述第一机载氧气发生器和所述第二机载氧气发生器。

9.根据权利要求8所述的混合系统，其中所述第一机载氧气发生器配置为以适于在大于30,000英尺的高海拔处呼吸的压力供应氧气。

10.根据权利要求8所述的混合系统，其中所述固体电解质氧气分离器包括配置为从所述供给空气流中催化分离氧气的陶瓷材料。

11.根据权利要求8所述的混合系统，进一步包括至少一个呼吸面具，其与所述第一机载氧气发生器和所述第二机载氧气发生器是连通关系，借此所述至少一个的呼吸面具配置为接收从所述第一机载氧气发生器和所述第二机载氧气发生器中的至少一个接收氧气；和

脉冲氧气输送子系统，其与所述第一机载氧气发生器和所述第二机载氧气发生器二者连接，并且配置为基于检测的呼吸方式，调节到所述至少一个呼吸面具的氧气流。

12.用于为包括飞机上的机组人员和乘客提供调节的氧气流的方法，包括：

在大于30,000英尺的高海拔，激活第一系统以引发来自第一机载氧气发生器的快速氧气流，所述第一系统包括化学氧气发生器，其配置为通过至少一种成分的放热分解反应产生氧气；

将来自所述第一系统的所述放热分解反应的热供应至第二系统，所述第二系统包括第二机载氧气发生器，所述第二机载氧气发生器具有包含至少一种陶瓷膜的固体电解质氧气分离器，并配置为在650℃至750℃的温度下，通过施加电压从供给空气流中催化分离氧气；

在所述第二系统达到650℃至750℃的操作温度后，激活所述第二系统以引发来自所述第二机载氧气发生器的氧气流；

结合由所述第二系统供给的氧气和由所述第一系统供给的氧气；

当所述第二系统能够满足氧气需求时，关闭所述第一系统；

检测至少一个乘客或机组人员的呼吸方式；和

基于检测的呼吸方式，通过配置为改变氧气流速的脉冲氧气供应器，从所述第一系统或所述第二系统向所述至少一个的面具输送氧气，来调节到所述至少一个乘客或机组人员的至少一个呼吸面具的氧气流。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二系统的所述第二机载氧气发生器配置为以适于在小于或等于30,000英尺的海拔处呼吸的压力供应高度富集的氧气。