DE10323138A1

DE10323138A1 - Not-Sauerstoffversorgungssystem für ein Flugzeug

Info

Publication number: DE10323138A1
Application number: DE10323138A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Meckes; Herbert Meier; Wolfgang Rittner
Original assignee: Draeger Aerospace GmbH
Current assignee: BE Aerospace Systems GmbH
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-23
Also published as: FR2855061A1; US20040245390A1; JP2004345637A; GB0411174D0; GB2402073A

Abstract

Ein Not-Sauerstoffversorgungssystem für ein Flugzeug soll derart verbessert werden, dass über den mitgeführten Atemgasvorrat hinaus Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden kann. Das erfindungsgemäß angegebene Not-Sauerstoffversorgungssystem weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A ein Gasverteilungssystem (2) zur Versorgung von Atemmasken (7, 8) mit Sauerstoff, DOLLAR A eine erste Sauerstoffquelle (10) in Form einer Druckgasquelle, DOLLAR A eine zweite Sauerstoffquelle (15) in Form einer Molekularsiebbettanordnung (16), ein Umschaltmittel (9, 11) zum wahlweise Verbinden des Gasverteilungssystems (2) mit der ersten Sauerstoffquelle (10) oder der zweiten Sauerstoffquelle (15), DOLLAR A ein Messfühler zur Abgabe eines einer vorbestimmten Flughöhe entsprechenden Statussignals und DOLLAR A eine Steuereinheit (17), welche zur Abgabe eines Umschaltsignals von der ersten Sauerstoffquelle (10) auf die zweite Sauerstoffquelle (15) an das Umschaltmittel (9, 11) beim Vorliegen des Statussignals ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Not-Sauerstoffversorgungssystem für ein Flugzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Not-Sauerstoffversorgungsystem.

Ein Not-Sauerstoffversorgungssystem der genannten Art ist aus der US 2,934,293 bekannt geworden. Ein erster Versorgungsstrang und ein zweiter Versorgungsstrang leiten Sauerstoff zu Atemmasken, die längs der Passagiersitzreihen angeordnet sind. Die Atemmasken befinden sich hier in Behältern neben den Sitzen. Bei einem Druckabfall innerhalb der Passagierkabine werden die Behälter von einer zentralen Stelle aus geöffnet und die Atemmasken, die Sauerstoff aus einer Batterie von Druckgasflaschen erhalten, können entnommen werden.

Nachteilig bei dem bekannten Not-Sauerstoffversorgungssystem ist, dass ein großes Reservoir an Sauerstoff mitgeführt werden muss, um auch in Extremsituationen einen genügenden Atemgasvorrat zur Verfügung zu haben. Das erfordert eine entsprechende Anzahl von Druckgasflaschen mit dem daraus resultierenden Transportgewicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Not-Sauerstoffversorgungssystem der genannten Art derart zu verbessern, dass über den mitgeführten Atemgasvorrat hinaus Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden kann. Außerdem soll ein Verfahren zum Betreiben eines Not-Sauerstoffversorgungssystems angegeben werden.

Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.

Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass zusätzlich zum mitgeführten Sauerstoffvorrat eine Molekularsiebbettanordnung vorhanden ist, die unterhalb einer vorbestimmten Flughöhe aktiviert wird und Atemgas durch Aufkonzentration von Sauerstoff aus der Triebwerkluft erzeugt. Auf diese Weise kann, sofern das Flugzeug eine vorbestimmte Flughöhe von ca. 20.000 Fuß nicht überschreitet, für praktisch unbegrenzte Zeit Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden. Der mitgeführte Sauerstoffvorrat aus den Druckgasflaschen wird demgegenüber nur während einer zeitlich begrenzten Anlaufphase benötigt, bis die vorbestimmte Flughöhe erreicht ist.

Moderne Langstrecken-Verkehrsflugzeuge nehmen heute Flugrouten, die häufig über unbewohntem oder dünn besiedeltem Gebiet liegen, so dass eine Landung bei einem Störfall nicht möglich ist, beziehungsweise ein geeigneter Ausweichflughafen mehrere Flugstunden entfernt liegt. Jetzt im Gebrauch befindliche Flugzeuge müssen im Störfall auf eine Flughöhe von ca. 10.000 Fuß sinken, damit für eine ausreichende Sauerstoffversorgung Atemluft aus der Umgebungsatmosphäre entnommen werden kann. Ein derartiger Sinkflug mit dem anschließenden Steigflug bedingt einen hohen Treibstoffverbrauch. Mit der erfindungsgemäß angebenen Vorrichtung muss die Flughöhe nur auf ca. 20.000 Fuß reduziert werden. Außerdem kann mit der Molekularsiebbettanordnung der in den Druckgasflaschen vorhandene Sauerstoffvorrat wieder aufgefüllt werden, so dass nur eine geringe Anzahl von Druckgasflaschen mitgeführt werden muss.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Not-Sauerstoffversorgungssystem in einem Flugzeug,
2 eine Molekularsiebbettanordnung zur Aufkonzentration von Sauerstoff.
1 zeigt schematisch ein Not-Sauerstoffversorgungssystem 1 für ein nicht näher dargestelltes Flugzeug. Ein Gasverteilungssystem 2 für Sauerstoff besteht aus einem ersten Versorgungsstrang 3 und einem zweiten Versorgungsstrang 4 an die über Drosselelemente 5, 6 Atemmasken 7, 8 angeschlossen sind. Die Versorgungsstränge 3, 4 verlaufen längst von in der 1 nicht dargestellten Passagiersitzreihen, wobei oberhalb jeder Sitzreihe ein in einem nach unten öffenbaren Behälter 12, 13 eine den Sitzen entsprechende Anzahl von Atemmasken 7, 8 vorhanden ist. Das Gasverteilungssystem 2 ist über ein erstes Absperrventil 9 mit einer ersten Sauerstoffquelle 10 und über ein zweites Absperrventil 11 mit einer zweiten Sauerstoffquelle 15 verbunden. Die erste Sauerstoffquelle 10 besteht aus einer Batterie von Druckgasflaschen 14, in denen Sauerstoff bevorratet ist und die zweite Druckgasquelle 15 enthält eine Molekularsiebbettanordnung 16, mit der aus der Triebwerkluft durch Aufkonzentration von Sauerstoff Atemgas gewonnen wird. Eine Steuereinheit 17 ist mit den Absperrventilen 9, 11 der Molekularsiebbettanordnung 16, einem Kabinendrucksensor 18 und einem Höhensensor 19 verbunden. Eine Bedieneinheit 20 dient zu Eingabe von Steuerbefehlen und zur Anzeige von Statusmeldungen.
Das erfindungsgemäß angegebene Not-Sauerstoffversorgungssystem 1 arbeitet folgendermaßen:
Im normalen Flugbetrieb sind die Absperrventile 9, 11 geschlossen, und der Kabinendrucksensor 18 liefert Druck-Messwerte an die Steuereinheit 17. Der Höhensensor 19 liefert Messwerte über die aktuelle Flughöhe an die Steuereinheit 17. In der 1 nicht näher dargestellte Drucksensoren, die innerhalb der ersten Sauerstoffquelle 10 angeordnet sind, liefern über eine Signalleitung 23 Messwerte über den Flaschendruck, so dass in der Steuereinheit 17 der aktuelle Sauerstoffvorrat ermittelt werden kann. Der Kabinendruck, die Flughöhe sowie der Sauerstoffvorrat werden dem Piloten über die Bedieneinheit 20 angezeigt.
Registriert der Kabinendrucksensor 18 einen Druckabfall innerhalb des Passagierrraums, wird das erste Absperrventil 9 geöffnet und mit einem kurzen Druckstoss die Behälter 12, 13 geöffnet, so dass die Atemmasken 7, 8 nach unten fallen. Gleichzeitig werden die Versorgungsstränge 3, 4 mit Sauerstoff gespült, wobei das Spülgas durch die Überdruckventile 21, 22 abströmen kann. Über die Drosselventile 5, 6 gelangt Sauerstoff in die Atemmasken 7, 8. Über die Signalleitung 24 wird die Molekularsiebbettanordnung 16 in Betriebsbereitschaft gebracht und aufgewärmt, was ungefähr 5 Minuten dauert. Der Pilot reduziert gleichzeitig die Flughöhe auf einen Wert von unter 25.000 Fuß, da der Molekularsiebbettanordnung 16 erst bei einer Flughöhe von ca. 20.000 Fuß genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, der durch Aufkonzentration als Atemgas verwendet werden kann. Wenn der Höhensensor 19 eine Kabinenhöhe unterhalb von 20.000 Fuß registriert, wird von der Steuereinheit 17 aus das erste Absperrventil 9 geschlossen und das zweite Absperrventil 11 geöffnet. Die Gasversorgung für die Atemmasken 7, 8 kommt jetzt ausschließlich aus der zweiten Sauerstoffquelle 15.
2 zeigt die Molekularsiebbettanordnung 16, bei welcher in serieller Abfolge ein Triebwerk 110 als Überdruckquelle zur Abgabe von heißer Triebwerkluft, ein Wärmetauscher 120, ein Temperatursensor 130, eine Schnellverschlusskupplung 140, ein Wasserabscheider 150 zur Entfernung des freien Wassers aus der Triebwerkluft, ein Absperrventil 160 für die Zuluft, ein Druckminderer 170, ein Umschaltventil 180 zum wechselseitigen Befüllen und Entleeren von Molekularsiebbetten 200, ein Abschaltventil 190 für einen Auslasskanal 320, parallel angeordnete Molekularsiebbetten 200, eine Überströmeinrichtung 210, Rückschlagventile 220, ein Produktgas-Sammelbehälter 230, ein Produktgasfilter 240, ein Durchflusssensor 250, ein Sauerstoffsensor 260, ein Umschaltventil 270 für Produktgas, eine Drosselstelle 280, eine Schnellverschlusskupplung 290, eine Verbraucherleitung 310 und eine Mess- und Steuereinheit 300 angeordnet sind. Die Verbraucherleitung 310 ist mit dem Absperrventil 11, 1, verbunden.
Die Molekularsiebbettanordnung 16 arbeitet folgendermaßen:
Die aus dem Triebwerk 110 austretende heiße, mit Wasserdampf beladene Triebwerkluft wird in dem Wärmetauscher 120 auf circa 30 Grad Celsius abgekühlt. Der Temperatursensor 130 misst die Temperatur der Triebwerkluft hinter dem Wärmetauscher 120 und gibt diesen Wert zur Weiterverarbeitung an die Mess- und Steuereinheit 200 weiter. Hinter der Schnellverschlusskupplung 140 ist der Wasserabscheider 150 angeordnet, in dem das Kondensat entfernt und über den Auslasskanal 320 abgeführt wird. Die Abschaltventile 160 und 190 werden nur im Betrieb der Vorrichtung geöffnet, in der übrigen Zeit sind sie geschlossen, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Molekularsiebbetten 200 zu verhindern. Mit Hilfe der Schnellverschlusskupplungen 140, 290 kann die Molekularsiebbettanordnung 16 auch vollständig von dem Triebwerk 110 und der Verbraucherleitung 310 abgetrennt werden.
Der Druckminderer 170 reduziert den Druck auf einen Arbeitsdruck von circa 2 bis 3 bar. Über das Umschaltventil 180 wird die Luft den linken Molekularsiebbetten 200 zugeführt, wo Stickstoff adsorbiert wird. Die rechten Molekularsiebbetten 200 befinden sich in der Desorptionsphase und geben den vorab gebundenen Stickstoff an die Umgebung ab. Sobald sobald die Adsorption abgeschlossen ist, wird das Umschaltventil 180 umgeschaltet und die rechten Molekularsiebbetten 200 werden für den Adsorptionsbetrieb benutzt.
Das mit Sauerstoff angereicherte Produktgas gelangt über die Rückschlagventile 220 in den Produktgas-Sammelbehälter 230. Um die Regeneration der Molekularsiebbetten 200 zu verbessern, wird ein Teil des erzeugten Produktgases über die Überströmeinrichtung 210 zu den auf der rechten Seite angeordneten Molekularsiebbetten 200 geleitet, die sich bei der in der Figur dargestellten Schaltstellung des Umschaltventils 180 in der Desorptionsphase befinden. Das Produktgas wird hinter den Molekularsiebbetten 200 im Produktgasfilter 240 gereinigt. Anschließend werden der Durchfluss mit dem Durchflusssensor 250 und die Sauerstoffkonzentration mit dem Sauerstoffmessgerät 260 gemessen und an die Mess- und Steuereinheit 300 übermittelt.
Das Umschaltventil 270 wird von der Mess- und Steuereinheit 300 derart angesteuert, dass während der „Bereitschaftsphase" das Produktgas über die Drosselstelle 280 in den Auslasskanal 320 gelangt und in die Umgebung abströmt. Die Bereitschaftsphase liegt solange vor, wie die gemessene Sauerstoffkonzentration unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes für die Sauerstoffkonzentration liegt. Hierzu wird in der Mess- und Steuereinheit 300 ständig die gemessene Sauerstoffkonzentration mit dem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Sobald der Schwellwert erreicht oder überschritten ist und die entsprechende Flughöhe erreicht ist, erhält das Umschaltventil 270 von der Mess- und Steuereinheit 300 einen Umschaltimpuls, und das Produktgas gelangt in die Verbraucherleitung 310, sofern das Absperrventil 11, 1, geöffnet ist. Zum Austausch von Mess- und Steuerdaten sind, die Steuereinheit 17 des Not-Sauerstoffsystems 1, 1, und die Mess- und Steuereinheit 300, 2, durch eine nicht näher dargestellte Datenleitung miteinander verbunden.

Claims

Not-Sauerstoffversorgungssystem in einem Flugzeug, mit einem Gasverteilungssystem (2) zur Versorgung von Atemmasken (7, 8) mit Sauerstoff, einer ersten Sauerstoffquelle (10) in Form einer Druckgasquelle oder eines chemischen Sauerstoffgenerators, einer zweiten Sauerstoffquelle (15) in Form einer Molekularsiebbettanordnung (16), einem Umschaltmittel (9, 11) zum wahlweise Verbinden des Gasverteilungssystems (2) mit der ersten Sauerstoffquelle (10) oder der zweiten Sauerstoffquelle (15), einem Messfühler (19) zur Abgabe eines einer vorbestimmten Flughöhe entsprechenden Statussignals und mit einer Steuereinheit (17), welche zur Abgabe eines Umschaltsignals von der ersten Sauerstoffquelle (10) auf die zweite Sauerstoffquelle (15) an das Umschaltmittel (9, 11) beim Vorliegen des Statussignals ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kabinendrucksensor (18) zur Abgabe eines Kabinen-Druckabfallsignals vorgesehen ist, durch welches das Umschaltmittel (9, 11) in einer eine Strömungsverbindung zwischen der ersten Sauerstoffquelle (10) und dem Gasverteilungssystem (2) herstellenden Weise betätigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der das Statussignal abgebende Messfühler ein Höhensensor (19) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Molekularsiebbettanordnung (16) zur Aufkonzentration von Sauerstoff aus einem Luftverdichter (110) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Not-Sauerstoffsystems in einem Flugzeug, gekennzeichnet durch die Schritte, ein Gasverteilungssystem (2) zur Versorgung von Atemmasken (7, 8) im Passagierraum mit Sauerstoff, eine erste Sauerstoffquelle (10) in Form einer Druckgasquelle oder eines chemischen Sauerstoffgenerators und eine zweite Sauerstoffquelle (15) in Form einer Molekularsiebbettanordnung (16) vorzusehen, beim Vorliegen eines Druckabfalls im Passagierraum die erste Sauerstoffquelle (10) mit dem Gasverteilungssystem (2) strömungsmäßig zu verbinden, und beim Erreichen oder Unterschreiten einer vorbestimmten Flughöhe auf die zweite Sauerstoffquelle (15) umzuschalten.