DE3505421A1

DE3505421A1 - MOLECULAR SCREEN GAS DETECTION DEVICES

Info

Publication number: DE3505421A1
Application number: DE19853505421
Authority: DE
Inventors: James Cornish Yeovil Somerset Taylor; John Keith Tremain
Original assignee: Normalair Garrett Holdings Ltd; Normalair Garrett Ltd
Current assignee: Honeywell Normalair Garrett Holdings Ltd; Honeywell Normalair Garrett Ltd
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1985-02-16
Publication date: 1985-08-22
Also published as: GB2154464A; GB2154464B; GB8404447D0; FR2559926A1

Description

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Dipl.-lng. A.Wasmeier : Dipl.-lng. H. GrafDipl.-Ing. A. Wasmeier: Dipl.-lng. H. Graf

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N/p 11. 816 13. Februar 1985N / p 11,816 February 13, 1985

W/HeW / He

Anmelder: NORMALAIR-GARRETT (HOLDINGS) LIMITED,Applicant: NORMALAIR-GARRETT (HOLDINGS) LIMITED,

Westland Works, Yeovil, Somerset, EnglandWestland Works, Yeovil, Somerset, England

Titel: "Molekularsieb-Gasabscheidungseinrichtungen" Priorität: Großbritannien - Nr. 8404447 vom 20.2.1984Title: "Molecular Sieve Gas Separation Equipment" Priority: Great Britain - No. 8404447 dated 02/20/1984

Erfinder: 1. John Keith Tremain - Ingenieur 2. James Cornish Taylor - IngenieurInventor: 1. John Keith Tremain - engineer. 2. James Cornish Taylor - engineer

Molekularsieb-GasabscheidungseinrichtungenMolecular sieve gas separators

Die Erfindung bezieht sich auf Molekularsieb-Gasabscheidungseinrichtungen und insbes. auf eine Einrichtung zur Verbesserung der Steuerung des Konzentrationswertes eines Gasbestandteiles in einem Produktgas, das davon geliefert wird.The invention relates to molecular sieve gas separation devices and in particular to a device for improving the control of the concentration value of a gas component in a product gas delivered therefrom.

Molekularsieb-Gasabscheidungseinrichtungen werden in Atemgas-Speisesysteme eingeführt, z.B. zur Stützung von unter medizinischer Behandlung stehenden Patienten und für Flugzeugbesatzungen, wo sie Sauerstoffkonzentratoren für die Anreicherung von an einen Benutzer abgegebener Luft darstellen. Bei derartigen Abscheidungseinrichtungen wird Umgebungsluft aus einer Druckquelle in zwei oder mehr Adsorberbetten eingespeist, wo Stickstoff durch Verwendung eines Verfahrens entfernt wird, das im allgemeinen als Druckschwenkadsorptionsverfahren (pressure swing adsorption process) bekannt ist. Derartige Systeme v/erden häufig als Molekularsieb-Sauerstoffgeneratorsysteme MSOGS oder bei Plugzeugsystemen als Bord-Sauerstoffgeneratorsysteme OBOGS bezeichnet.Molecular sieve gas separation devices are used in breathing gas delivery systems introduced, e.g. to support patients under medical treatment and for aircraft crews, where they represent oxygen concentrators for the enrichment of air given off to a user. In such separation devices, ambient air from a pressure source is in two or more adsorber beds where nitrogen is removed using a process commonly referred to as a pressure swing adsorption process (pressure swing adsorption process) is known. Such systems are often referred to as molecular sieve oxygen generator systems MSOGS or, in the case of plug-in systems, referred to as on-board oxygen generator systems OBOGS.

Eine Ausführungsform eines modernen MSOGS weist einen Konzentrator mit zwei Adsorberbetten auf, die in der Lage sind, abwechselnd und nacheinander Stickstoff zu adsorbieren bzw. desorbieren, und die so ausgelegt sind, daß sie mit Sauerstoff angereicherte Luft als Produktgas an einen Abgaberegler über eine volumetrische Kapazität liefern, die einen Puffer zwischen den Abgabeeigenschaften des MSOGS und dem Atembedarf des Benutzers darstellen.One embodiment of a modern MSOGS has a concentrator with two adsorber beds that are capable of are to adsorb or desorb nitrogen alternately and one after the other, and which are designed so that they are with Deliver oxygen-enriched air as a product gas to a delivery regulator via a volumetric capacity that provide a buffer between the delivery characteristics of the MSOGS and the breath demand of the user.

Der Konzentrations·rert des angereicherten Gases, das an den Benutzer geliefert wird, wird festgestellt, um einen vorbestimmten Pegel aufrechtzuerhalten, z.B. bei der medizinischen Anwendung, oder aber den Pegel entsprechend einer sich ändernden Umgebungsbedingung zu variieren, z.B. während auftretender Änderungen im Kabinendruck (Flughöhe) eines Flugzeuges.The concentration value of the enriched gas delivered to the User supplied is determined to maintain a predetermined level, e.g. Application, or to vary the level according to a changing environmental condition, e.g. during Occurring changes in the cabin pressure (flight altitude) of an aircraft.

Bei einer bekannten Ausführungsform von OBOGS (Fig. 1), bei der der Konzentrationspegel oder der Teildruck von Sauerstoff PPO2 des Produktgases, das an eine Flugzeugbesatzung abgegeben wird, dem Kabinendruck (Flughöhe) angepaßt sein muß, wird diese Forderung praktisch dadurch erfüllt, daß in Verbindung mit einem Kabinendrucksensor A eine polarographische Sauerstoff sensorvorrichtung B und ein betriebsmäßig zugeordnetes Überströmventil C, das in der Abgabeleitung D aus dem Konzentrator Ii bei oder zwischen einer volumetrischen Kapazität F und einem Abgaberegler G positioniert ist, an den das Mitglied der Flugzeugbesatzung leitungsmäßig seine Maske anschließt.In a known embodiment of OBOGS (Fig. 1), in which the concentration level or the partial pressure of oxygen PPO2 of the product gas released to an aircraft crew is, the cabin pressure (flight altitude) must be adapted, this requirement is practically met in that in connection with a cabin pressure sensor A, a polarographic oxygen sensor device B and an operationally associated one Overflow valve C, which is in the discharge line D from the concentrator Ii at or between a volumetric Capacitance F and a delivery regulator G is positioned to which the member of the aircraft crew conducts his mask connects.

Eine derartige Anordnung ergibt die Steuerung des PPO2 der mit Sauerstoff angereicherten Luft, die an die Maske abgegeben wird, indem eine Regelung der Durchflußgeschwindigkeit durch die Adsorberbetten des Konzentrators ermöglicht wird, in v/elchem ein größerer oder ein geringerer Fluß entsprechend die Menge an aus einem Einheitsvolumen der zugeführten Luft adsorbierten Stickstoff reduziert oder erhöht. Wenn der polarographische Sensor einen PP02~Wert oberhalb des Einstellwertes abfühlt, wird ein Signal durchgelassen, das das zugeordnete Überströmventil öffnet, das angereicherte Luft aus dem Zuführleitungssystem überführt, so daß eine höhere Durchflußgeschwindigkeit der Speiseluft durch die Betten des Konzentrators geführt wird und eine geringere Adsorption von Stickstoff auftritt, wodurch der PP02~Wert des Produktgases abnimmt. Wenn der gewünschte niedrigere PP02~Wert von dem polarographischen Sensor abgefühlt wird, wird das Signal gelöscht, und das Überströmventil geschlossen, so daß die Durchflußgeschwindigkeit der durch die Betten des Konzentrators strömenden eingespeisten Luft entsprechend dem Bedarfsfluß am Abgaberegler reduziert wird. Such an arrangement results in the control of the PPO2 oxygen-enriched air that is delivered to the mask by regulating the flow rate is made possible by the adsorber beds of the concentrator, in v / which a larger or a smaller flow accordingly reduces or increases the amount of nitrogen adsorbed from a unit volume of the supplied air. If the polarographic sensor a PP02 ~ value above the setting value senses, a signal is let through, which opens the assigned overflow valve, the enriched air transferred from the supply line system, so that a higher flow rate of the feed air through the beds of the Concentrator and less nitrogen adsorption occurs, reducing the PP02 value of the product gas decreases. If the desired lower PP02 ~ value of the polarographic sensor is sensed, the signal is canceled and the overflow valve is closed so that the The flow rate of the fed air flowing through the beds of the concentrator is reduced in accordance with the demand flow on the delivery regulator.

Eine derartige Steuerung des bekannten OBOGS ergibt jedoch kein ideales Ansprechen auf einen sich ändernden Kabinendruck, und zwar wegen der langen Zeitkonstanten, die sich aus der langsamen Reaktion von polarographischen Sensoren ergeben, und wegen des Volumens des Produktgases in demHowever, such a control of the known OBOGS does not give an ideal response to a changing cabin pressure, because of the long time constants resulting from the slow response of polarographic sensors result, and because of the volume of product gas in the

Abgabeleitungssystem zwischen den Betten des Konzentrators und dem Sensor, die einen erheblichen destabilisierenden Einfluß auf die Steuerung de PPO2~Wertes des abgegebenen Produktgases zur Folge haben, so daß dieser Wert häufig zur Erzielung des Kabinendruckes weniger geeignet ist als erwünscht. Damit die erhebliche Zeitverzögerung nicht vergrößert wird, wird in der Regel ein schnell wirkendes Solenoid-Entnahmeventil verwendet; dies ergibt jedoch Hochdruckschwingungen im Produktgas bei jeder Betätigung des Solenoids.Delivery line system between the beds of the concentrator and the sensor, which has a significant destabilizing influence on the control of the PPO2 value of the dispensed Have product gas result, so that this value is often less suitable for achieving the cabin pressure than he wishes. So that the considerable time delay is not increased, a fast-acting one is usually used Solenoid extraction valve used; however, this results High pressure oscillations in the product gas each time the solenoid is actuated.

Es ist möglich, den destabilisierenden Einfluß der Zeitkon^ stanten des Systems elektronisch dadurch zu kompensieren, daß die Betriebsschaltung der polarographischen Sauerstoffsensorvorrichtung und das betriebsmäßig zugeordnete Überströmventil in entsprechender Weise modifiziert werden. Es läßt sich jedoch kein ausreichend billiges und kompaktes elektronisches Gerät erzielen, wenn die langen Zeitkonstanten, Verzögerungen und die Abstimmung aller Änderungen in der Leistung des Konzentrators und des polarographischen Sensors alle aufgenommen bzw. berücksichtigt werden sollen.It is possible to reduce the destabilizing influence of time con ^ to compensate for the system's stanten electronically in that the operating circuit of the polarographic oxygen sensor device and the operationally assigned overflow valve can be modified accordingly. It can be cannot achieve a sufficiently cheap and compact electronic device if the long time constants, delays and reconciliation of any changes in the performance of the concentrator and polarographic sensor are all included or should be taken into account.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Einrichtung zur Steuerung der Konzentration eines Gasbestandteiles in einem Produktgas, das von einer Molekularsieb-Gasabscheidungseinrichtung abgegeben wird, welche einen Konzentrator und mindestens zwei Adsorptionsbetten aufweist, die so angeordnet sind, daß sie Druc3:speisegas aufnehmen und das Produktgas über eine Abgabeleitung an einen Auslaß abgeben, mit einem Teildrucksensor, der eine die Bezugsanzapfung des Speisegases mit einer Prüfanzapfung des Produktgases vergleichenden und Signale aus den Signalausgängen abgebenden Vorrichtung vorgeschlagen, daß die Signalausgänge mit der Steuervorrichtung eines Überströmventiles verbunden sind, das so ausgelegt ist, daß es mit der Produktgasabgabeleitung verbunden ist, derart, daß die Geschwindigkeit des Gasflusses durch die Adsorptionsbetten durch überströmendes Produktgas aus der Abgabeleitung steuerbar ist, wodurch die Konzentration des Gasbestandteiles im Produktgas gesteuert wird.According to the invention, in a device for controlling the concentration of a gas component in a product gas, discharged from a molecular sieve gas separator which includes a concentrator and at least two Has adsorption beds which are arranged so that they take up Druc3: feed gas and the product gas via a Deliver discharge line to an outlet, with a partial pressure sensor, which is the reference tapping of the feed gas with a test tap of the product gas and comparing Signals from the device emitting signal outputs suggested that the signal outputs with the control device an overflow valve are connected, which is designed so that it is connected to the product gas discharge line, such that the rate of gas flow through the adsorption beds by overflowing product gas from the Discharge line is controllable, whereby the concentration of the gas component in the product gas is controlled.

Die Überströmventil-Steuervorrichtung weist vorzugsweise ein Servoventil auf, das von einem Solenoid, vorzugsweise von einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung gesteuert wird.The spill valve control device preferably has a servo valve that is controlled by a solenoid, preferably by a pneumatic actuator is controlled.

Wenn das Servoventil von einem Solenoid gesteuert wird, wird die Umwandlung des Ausgangssignales des fluidischen (flueric) Teildrucksensors von einer pneumatischen in eine elektrische Form dadurch erhalten, daß ein elektrischer Druckwandler, z.B. ein Näherungsschalter, vorgesehen wird.If the servo valve is controlled by a solenoid, the conversion of the output signal of the fluidic (flueric) Partial pressure sensor obtained from a pneumatic to an electrical form in that an electrical pressure transducer, e.g. a proximity switch is provided.

Der fluidische Teildrucksensor ist vorzugsweise so aufgebaut, daß er selbsttätig einen konstanten Einstellwert bei sich änderndem Umgebungsdruck aufrechterhält, wie dies in der EP-A 0 036 285 erläutert und dargestellt ist, so daß ein getrennter Höhensensor und ein Signalintegrator nicht erforderlich sind.The fluidic partial pressure sensor is preferably constructed in such a way that it automatically has a constant setting value maintaining changing ambient pressure, as explained and shown in EP-A 0 036 285, so that a separate height sensor and a signal integrator are not required.

Die Überströmventil-Steuervorrichtung weist ferner eine Ventilvorrichtung auf, die auf den Druck der umgebenden Atmosphäre oder einen darauf bezogenen Druck anspricht und die so ausgelegt ist, daß sie die Betätigung des Servoventiles negiert.The spill valve control device further comprises a Valve device responsive to the pressure of the surrounding atmosphere or a pressure related thereto and which is designed so that it negates the actuation of the servo valve.

Diese auf Druck ansprechende Ventilvorrichtung kann ein Aneroid aufweisen, das vorzugsweise so ausgelegt ist, daß es bei einer Längenänderung eine Bewegung eines magnetischen Ventilbauteiles zwischen dem Öffnen und Schließen eines durch das Servoventil steuerbaren Entlüftungspfades ergibt.This pressure responsive valve device may comprise an aneroid, which is preferably designed so that it in the event of a change in length, a movement of a magnetic valve component between the opening and closing of a through the servo valve results in controllable venting path.

Die Überströmventil-Steuervorrichtung kann ferner eine Ventilvorrichtung enthalten, die auf den Druck des Produktgases anspricht, das über das Überströmventil abgegeben wird und das so ausgelegt ist, daß es die Arbeitsweise des Servoventils negiert.The spill valve control device may further include a Valve device included, acting on the pressure of the product gas responds, which is discharged via the overflow valve and which is designed so that it does the operation of the Servo valve negated.

Die auf den Produktgasdruck ansprechende Ventilvorrichtung ist vorzugsweise ein kolbenbetätigter Ventilkopf, der zwischen dem Öffnen und Schließen des EntlüftungspfadesThe valve device responsive to the product gas pressure is preferably a piston-operated valve head, the between opening and closing the vent path

beweglich ist, welcher von dem Servoventil gesteuert wird. Vorzugsweise sind der Kolben und der Ventilkopf ein integrales Element.is movable, which is controlled by the servo valve. Preferably the piston and valve head are integral Element.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:The invention is explained below in conjunction with the drawing on the basis of exemplary embodiments. It shows:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine bekannte Molekularsieb-Gasabscheidungseinrichtung der eingangs erwähnten Art,1 shows a schematic representation of a known molecular sieve gas separation device of the type mentioned at the beginning,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Molekularsieb-Gasabscheidungseinrichtung mit einer Einrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines fluidischen (flueric) Teildrucksensors, der bei der Einrichtung nach Fig. 2 verwendbar ist,2 shows a schematic representation of a molecular sieve gas separation device with a device according to an embodiment of the invention, FIG. 3 is a schematic representation of a fluidic (flueric) Partial pressure sensor, which can be used in the device according to Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Überströmventils, das bei der Einrichtung nach Fig. 2 verwendbar ist,4 shows a schematic representation of an overflow valve, which can be used in the device according to Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Überströmventiles, das bei der Einrichtung nach Fig. 2 einsetzbar ist, undFig. 5 is a schematic representation of an alternative embodiment of an overflow valve, which in the Device according to FIG. 2 can be used, and

Fig. 6 eine zusätzliche Ventilanordnung, die für das Überströmventil nach den Figuren 4 und 5 anwendbar ist.6 shows an additional valve arrangement for the overflow valve according to Figures 4 and 5 is applicable.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 weist ein mit Molekularsieb arbeitendes, mit Sauerstoff angereichertes Luftgeneratorsystem 10 (MSOGS oder OBOGS) für die Anwendung bei Flugzeugen einen Konzentrator 11 mit zwei oder mehr Stickstoffabsorptionsbetten (nicht dargestellt) auf, die so ausgelegt sind, daß sie aus einem Motor des (nicht dargestellten) Flugzeuges eingespeiste Druckluft über ein Druckregelventil 12 aufnimmt. Eine Produktgas-Abgabeleitung 13 verbindet den Konzentrator mit einem Auslaß, der aus einem Gasabgaberegler 14 besteht, mit welchem ein Mitglied der Flugzeugbesatzung seine Atemmaske (nicht dargestellt) koppelt. Die Einrichtung zur Steuerung der Konzentration von Sauerstoff in dem abgegebenen Produktgas weist einen fluidischen (flueric) Teildrucksensor 15 auf, der so ausgelegt ist,In the embodiment of the invention according to FIG. 2, a working with molecular sieve, enriched with oxygen Air generator system 10 (MSOGS or OBOGS) for use in aircraft, a concentrator 11 with two or more Nitrogen absorption beds (not shown) which are designed to be removed from an engine of the (not shown) Aircraft fed compressed air receives via a pressure control valve 12. A product gas delivery line 13 connects the concentrator to an outlet consisting of a gas delivery regulator 14 with which a member of the Aircraft crew couples their breathing mask (not shown). The device for controlling the concentration of Oxygen in the released product gas has a fluidic (flueric) partial pressure sensor 15, which is designed so

daß er eine Betätigung eines Überströmventiles 16 ergibt, das leitungsmäßig mit der Abgabeleitung 13 zwischen dem Konzentrator 11 und dem Gasabgaberegler 14 verbunden ist.that it results in an actuation of an overflow valve 16 that is wired to the delivery line 13 between the concentrator 11 and the gas delivery regulator 14 is connected.

Der Teildrucksensor 15 ist so geschaltet, daß er Speiseluft aus einer stromabwärts in bezug auf das Druckregelventil 12 gelegenen Stelle über eine Leitung 17 aufnimmt, die eine Druckreduziervorrichtung 18 an sich bekannter Form enthält, und ferner Produktgas durch die Leitung 19 aufnimmt, die mit einer Übertragungsleitung in dem Überströmventil 16 verbunden ist.The partial pressure sensor 15 is connected in such a way that it receives feed air from a downstream with respect to the pressure regulating valve 12 takes up located point via a line 17 which contains a pressure reducing device 18 of a known form, and further receives product gas through line 19 connected to a transfer line in spill valve 16 is.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Speiseluftleitung 17 mit einer Saugvorrichtung 20 des Teildrucksensors 15 und ferner mit einem Schenkel 21 einer darin angeordneten Brücke zum Hindurchleiten von Luft als Bezugsgas verbunden. Der zweite Schenkel 22 der Brücke ist mit der Leitung 19 zur Aufnahme eines Produktgases, z.B. eines Prüfgases verbunden. Die beiden Brückenschenkel 21 und 22 weisen jeweils einen linearen Widerstand 23, 24 und einen Mündungswiderstand 25, 26 auf, die in Serie geschaltet sind.As shown in Fig. 3, the feed air line 17 is with a suction device 20 of the partial pressure sensor 15 and also with a leg 21 of a bridge arranged therein for the passage of air as a reference gas. The second Leg 22 of the bridge is connected to line 19 for receiving a product gas, for example a test gas. the both bridge legs 21 and 22 each have a linear resistor 23, 24 and a muzzle resistor 25, 26, which are connected in series.

Ein Brückensignal wird zwischen jedem Paar von linearen und Mündungswiderständen 23, 25; 24, 26 erzeugt und mit zwei Steueröffnungen 27, 28 der ersten Stufe eines zweistufigen Fluidikverstärkers 29 verbunden, der einen integralen Bestandteil des Teildrucksensors 15 darstellt. Betätigungssignale aus der zweiten Stufe des Verstärkers 29 werden dem Überströmventil 16 über zwei Leitungen 30, 31 zugeführt (ein Teildrucksensor dieser Ausführungsform ist Gegenstand der EP-A 0 036 285).A bridge signal is applied between each pair of linear and muzzle resistors 23, 25; 24, 26 generated and with two Control ports 27, 28 of the first stage of a two-stage fluidic amplifier 29 connected, which has an integral Is part of the partial pressure sensor 15. Operating signals from the second stage of the amplifier 29 are the Overflow valve 16 is supplied via two lines 30, 31 (a partial pressure sensor of this embodiment is the subject of EP-A 0 036 285).

Eine bevorzugte Ausführungsform des Überströmventils 16 nach Fig. 4 weist einen Ventilkörper 35 mit einer Hauptleitung 36 für den Durchfluß des Produktgases auf, das von dem Konzentrator 11 zum Gasabgaberegler 14 strömt. Eine Überström-Durchflußleitung 37 verbindet die Hauptleitung 36 mit einem Bereich außerhalb des Ventilkörpers 35, vorzugsweise im Inneren der Flugzeugkabine, mit Hilfe eines membranbetätigtenA preferred embodiment of the overflow valve 16 according to FIG. 4 has a valve body 35 with a main line 36 for the flow of the product gas which flows from the concentrator 11 to the gas delivery regulator 14. An overflow flow line 37 connects the main line 36 with an area outside the valve body 35, preferably in the Inside the aircraft cabin, with the help of a diaphragm-operated

Auslaßventiles 38. Die Membran 39 des Auslaßventils 38 bildet eine Wand einer Steuerdruckkairimer 40, die mit der Hauptleitung 36 über eine verengte Leitung 41 verbunden ist. Die
Steuerdruckkammer 40 entlüftet in den Bereich außerhalb des Ventilkörpers 35 mit Hilfe einer Leitung 42 , die von einem membranbetätigten Servoventil 43 und einem aneroidbetätigten Ventil 44, das stromabwärts in bezug auf das Ventil 43
angeordnet ist, gesteuert wird.Outlet valve 38. The membrane 39 of the outlet valve 38 forms a wall of a control pressure chamber 40 which is connected to the main line 36 via a narrowed line 41. the
Control pressure chamber 40 vents into the area outside the valve body 35 by means of a line 42, which is carried by a diaphragm-operated servo valve 43 and an aneroid-operated valve 44, which is downstream with respect to the valve 43
is arranged, is controlled.

Die Membran 45 des Servoventils 43 teilt die Servodruckkammer in zwei Teilkammern 46, 47, die mit der Außenseite des
Körpers 35 über Leitungen 48, 49 verbunden sind, welche eine Verbindung zu den Verstärkerleitungen 30, 31 des Teildrucksensors 15 bilden. Die Übertragungsleitung, die Prüfproduktgas in den Teildrucksensor 15 führt, ist durch eine verengte Leitung 50 dargestellt, die die Hauptleitung 36 mit der
Außenseite des Körpers 35 verbindet. Das aneroidbetätigte
Ventil 44 weist eine Aneroidkapsel 51 auf, die innerhalb
einer Kammer 52 der Entlüftungsleitung 42 angeordnet ist und die dem Druck außerhalb des Ventilkörpers 35 ausgesetzt ist, z.B. dem Druck der umgebenden Atmosphäre oder einem darauf
bezogenen Druck, derart, daß beim Expandieren eine Kompressionsfeder belastet wird, um die magnetische Anziehung zwischen einem Ventilbauteil 53 und der Magnetanordnung 54, die einen Teil der Kapselkammer 52 bildet, zu überwinden.The membrane 45 of the servo valve 43 divides the servo pressure chamber into two sub-chambers 46, 47, which with the outside of the
Body 35 are connected via lines 48, 49, which form a connection to the amplifier lines 30, 31 of the partial pressure sensor 15. The transmission line that leads test product gas into the partial pressure sensor 15 is represented by a narrowed line 50 which connects the main line 36 with the
Outside of the body 35 connects. The aneroid-operated
Valve 44 has an aneroid capsule 51, the inside
a chamber 52 of the vent line 42 is arranged and which is exposed to the pressure outside the valve body 35, for example the pressure of the surrounding atmosphere or a pressure thereon
related pressure, such that when expanding a compression spring is loaded in order to overcome the magnetic attraction between a valve member 53 and the magnet arrangement 54, which forms part of the capsule chamber 52.

Eine alternative Ausführungsform eines Überströmventils 61
nach Fig. 5 weist einen Ventilkörper 62 mit einer Hauptleitung 63 und einer Überström-Durchflußleitung 64 auf, die
einen Bereich außerhalb des Ventilkörpers mit der Hauptleitung 63 über ein Auslaßventil 65 vom Membrantyp verbindet.
Die Membran 66 dieses Ventils 65 bildet eine Wand einer
Steuerkammer 67 und ist auf der abgelegenen Seite mit einem Ventilsitz 68 in der Überström-Durchflußleitung 64 in
Eingriff bringbar. Die Steuerkammer 67 ist mit der Hauptleitung 63 über einen verengten Kanal 6 9 und ferner mit dem
Äußeren des Ventilkörpers 62 über eine Entlüftungsleitung 70 verbunden, die durch ein Solenoidventil 71 verschlossen ist. Die Entlüftungsleitung 70 besitzt eine Ventilkammer 72,An alternative embodiment of an overflow valve 61
5 has a valve body 62 with a main line 63 and an overflow flow line 64 which
connects an area outside the valve body to the main line 63 via an exhaust valve 65 of the diaphragm type.
The membrane 66 of this valve 65 forms a wall of a
Control chamber 67 and is on the remote side with a valve seat 68 in the overflow flow line 64 in
Can be brought into engagement. The control chamber 67 is with the main line 63 via a narrowed channel 6 9 and further with the
The outside of the valve body 62 is connected via a vent line 70 which is closed by a solenoid valve 71. The vent line 70 has a valve chamber 72,

welche ein aneroidbetätigtes Ventil 7 3 aufnimmt, das so ausgebildet ist, daß es auf einen Ventilsitz 74 in der Leitung 70 schließt. Das Aneroid 75 des Ventiles 73 ist dem Druck der umgebenden Atmosphäre oder einem darauf bezogenen Druck ausgesetzt, so daß beim Expandieren eine Kompressionsfeder belastet wird, um die magnetische Anziehung zwischen einem Ventilbauteil 76 und der Magnetanordnung 77, welche einen Teil der Ventilkammer 72 bildet, überwindet. Ein Relais 78 ist in den Ventilkörper 62 zur Steuerung des Solenoidventils 71 eingesetzt und ist so ausgelegt, daß es elektrische Energie aus einer Energieanzapfung aufnimmt, die durch Zwischenverbindung mit einem membranartigen Näherungsschalter (nicht dargestellt) unterbrochen werden kann, welcher durch Verbindung mit den Verstärkerausgangsleitungen 30, 31 des fluidischen Teildrucksensors 15 betätigbar ist. Eine Übertragungsleitung zum Hindurchführen von Prüfgas in den Teildrucksensor 15 ist durch eine verengte Leitung 7 9 dargestellt, die die Hauptleitung 63 mit der Außenseite des Körpers 62 verbindet.which receives an aneroid-operated valve 7 3 which is adapted to be seated on a valve seat 74 in the Line 70 closes. The aneroid 75 of the valve 73 is the pressure of the surrounding atmosphere or a related thereto Exposed to pressure, so that when expanding a compression spring is loaded to the magnetic attraction between a valve component 76 and the magnet arrangement 77, which forms part of the valve chamber 72, overcomes. A relay 78 is inserted into the valve body 62 for controlling the solenoid valve 71 and is designed so that it is electrical Absorbs energy from an energy tap through interconnection with a membrane-like proximity switch (not shown) can be interrupted, which by connection to the amplifier output lines 30, 31 of the fluidic partial pressure sensor 15 can be actuated. A transmission line for the passage of test gas into the partial pressure sensor 15 is represented by a narrowed conduit 7-9 connecting the main conduit 63 to the outside of the body 62 connects.

Im Betrieb wird bei dieser Ausführungsform druckaufgeladene Luft aus einer Kompressorstufe einer Flugzeuggasturbine in die Einrichtung über ein Druckregelventil 12 eingespeist, von wo sie mit einem konstanten Druck von z.B. 172,35 kPa an den Konzentrator 11 und über die Leitung 70 an die Druckreduziervorrichtung 18 abgegeben wird, in der sie auf 31,02 kPa relativ zum Kabinendruck reduziert wird. Dieser niedrigere Druck wird in den Teildrucksensor 15 eingeführt, um ein Bezugsprüfgas (Luft) und ferner eine Energieeinspeisung in die beiden Stufen des Verstärkers 29 und in die Saugvorrichtung 20 zu erhalten, damit ein Durchfluß durch die Bezugsund Prüfleitungen des Sensors induziert wird. Auf diese Weise wird Luft an dem Bezugsbrückenschenkel 21 verfügbar, während Produktgas, das aus der Abgabeleitung 13 über die Übertragungsleitung 5 0 im Überströmventil 16 und der Leitung 19 entnommen wird, an dem Prüfbrückenschenkel 22 verfügbar ist; in diesen Schenkeln strömen die entsprechenden Gase durch die in Serie geschalteten linearen und Mündungswiderstände 23, 25 und 24, 26. Ein kleiner Differentialdruck (Brückenausgang)In operation, in this embodiment, pressurized air from a compressor stage of an aircraft gas turbine is in the device is fed via a pressure control valve 12, from where it is supplied to the at a constant pressure of e.g. 172.35 kPa Concentrator 11 and is delivered via line 70 to the pressure reducing device 18, in which it is reduced to 31.02 kPa is reduced relative to the cabin pressure. This lower pressure is introduced into the partial pressure sensor 15 to a Reference test gas (air) and also an energy supply in the two stages of the amplifier 29 and into the suction device 20 to obtain a flow through the reference and Test leads of the sensor is induced. In this way, air is available at the reference bridge leg 21 while Product gas that emerges from the discharge line 13 via the transmission line 5 0 in the overflow valve 16 and the line 19 is taken from the test bridge leg 22 is available; in these legs the corresponding gases flow through the series connected linear and muzzle resistances 23, 25 and 24, 26. A small differential pressure (bridge output)

wird an den Steueröffnungen 27, 28 des Verstärkers 29 erhalten und gibt einen größeren Druck entweder an die Leitung 3 0 oder die Leitung 31 entsprechend dem Konzentrationspegel von Sauerstoff im Produktgas relativ zu einem vorbestimmten Normal-Sauerstoffteildruckpegel von z.B. 250 mm Hg. Die Leitungen 30, 31, die mit den Leitungen 48, 49 und damit mit den Teilkammern 46, 47 der Membransteuerkammer des Servoventils 43 verbunden sind, bewirken, daß die Ausgangsdrücke aus dem Verstärker 29 in diesen beiden Teilkammern erhalten werden. Eine Verbindung dieser Leitung ist so ausgelegt, daß dann, wenn der Sauerstoffkonzentrationsnormalpegel überschritten wird, der größere Druck in der Teilkammer 26 auftritt, wobei das Servoventil 43 so beaufschlagt wird, daß es öffnet und daß Produktgas aus der Hauptleitung 36 entströmen und die Durchflußleitung 37 des Überströmventils 16 überfluten kann; dadurch wird der Luftdurchfluß durch den Konzentrator erhöht und die Menge an pro Volumeneinheit Luft adsorbiertem Stickstoff reduziert. Auf diese Weise wird der Sauerstoffanreicherungsprozeß beruhigt. Sobald der Sauerstof fkonzentrationspegel im Prüfgas unter den Normalpegel fällt, wird der Brückenausgangsdruckunterschied reversiert, und die Teilkammer 47 erhält den größeren Druck, so daß das Servoventil 43 in die Geschlossen-Stellung gebracht sowie ein Überfluten des Produktgases aus der Hauptleitung 3 6 verhindert wird. Das aneroidbetätigte Magnetventil 44 arbeitet selbsttätig bei etwa 6.400 m, indem es auf einen Punkt expandiert, an dem die Federbelastung auf das Ventilbauteil 53 so erhöht wird, daß die magnetische Anziehung zwischen diesem Bauteil und der Magnetanordnung 54 überwunden wird und das Bauteil dann auf den zugeordneten Ventilsitz unter dem Einfluß der Feder schnappt. Durch diese Wirkung wird die Ventilleitung 42 geschlossen, so daß der Druck in der Steuerkammer 40 nicht entlastet werden kann (und das Auslaßventil geöffnet wird, um das Produktgas zu überfluten), wobei oberhalb der gewählten Höhe, bei der das Ventil 44 arbeitet, der Konzentrationspegel von Sauerstoff im Produktgas, das dem Abgaberegler 14 zugeführt wird, auf einem maximalen Wert bleibt.is at the control openings 27, 28 of the amplifier 29 obtained and gives a greater pressure either to line 3 0 or line 31 according to the concentration level of oxygen in the product gas relative to a predetermined normal partial oxygen pressure level of e.g. 250 mm Hg. Lines 30, 31 connected to lines 48, 49 and thus connected to the sub-chambers 46, 47 of the diaphragm control chamber of the servo valve 43, cause the output pressures can be obtained from the amplifier 29 in these two sub-chambers. A connection of this line is like this designed that when the oxygen concentration normal level is exceeded, the greater pressure occurs in the sub-chamber 26, the servo valve 43 being acted upon so that that it opens and that product gas flows out of the main line 36 and the flow line 37 of the overflow valve 16 can flood; this increases the air flow through the concentrator and the amount of air per unit volume adsorbed nitrogen reduced. In this way the oxygenation process is calmed down. As soon as the oxygen If the concentration level in the test gas falls below the normal level, the bridge outlet pressure difference is reversed, and the sub-chamber 47 receives the greater pressure, so that the servo valve 43 is brought into the closed position and a Flooding of the product gas from the main line 3 6 is prevented. The aneroid operated solenoid valve 44 operates automatically at about 6,400 m by expanding to a point where the spring load acts on the valve component 53 is increased so that the magnetic attraction between this component and the magnet assembly 54 is overcome and the component then snaps onto the associated valve seat under the influence of the spring. This effect makes the Valve line 42 closed so that the pressure in the control chamber 40 cannot be relieved (and the outlet valve is opened to flood the product gas), wherein above the selected level at which the valve 44 operates, the concentration level of oxygen in the product gas which is the Delivery regulator 14 is supplied, remains at a maximum value.

Beim Betrieb dieses alternativen ÜberstromventiTs'6"I steht*" z.B. ein Gleichstrom von 28 V für das Relais 78 über den membranartigen Näherungsschalter (nicht dargestellt) zur Verfügung, der mit den Verstärkerausgangsleitungen 30, 31 des Teildrucksensors 15 verbunden ist, und zwar zur Ablenkung der Membran des Schalters, um die Betätigung des Solenoidventils 71 zu steuern. Produktgas strömt durch die Hauptleitung 63 und gelangt in den Teildrucksensor 15 über die Leitung 7 9 und in die Steuerdruckkammer 67 über die verengte Leitung 69. Während das Solenoidventil 71 aufsitzt, bringt der Druck in der Steuerdruckkammer 67 die Membran 66 in die Sitzstellung und verhindert damit ein Überströmen des Produktgases durch die Überströmdurchflußleitung 64. Wenn der Teildrucksensor auf einen höheren als den Normalbezugswert anspricht, bewirkt der Signalausgang aus dem Verstärker 29 eine Auslenkung der Membran des Näherungsschalters (nicht dargestellt), so daß die elektrische Schaltung durch das Relais 78 geschlossen wird und das Solenoidventil 71 auf Abheben geschaltet und damit die Freigabe des Druckes aus der Steuerdruckkammer 67 bewirkt wird, wodurch die Membran 66 vom Sitz abhebt und die Überström-Durchflußleitung 64 geöffnet wird; dies bewirkt, daß ein größerer Speiseluftstrom durch den Kondensator 11 fließt. Damil; wird die Anreicherung der Luft reduziert, die als Produktgas bereitgestellt wird, bis der Pegel der Sauerstoffkonzentration darin auf den Normalbezugspegel fällt, bei dem der Sensor 15 sein Ausgangssignal so ändert, daß eine entgegengesetzte Auslenkung der Membran des Näherungsschalters mit entgegengesetztem Resultat bewirkt wird. Das aneroidbetätigte Ventil 73 arbeitet in gleicher Weise wie das vorbeschriebene aneroidbetätigte Ventil 44 in bezug auf das bevorzugte Überströmventil 16, wenn das Schließen oberhalb 6.400 m zur Blockierung der Entlüftungsleitung 70 dient, so daß der Druck in der Steuerkammer 67 nicht freigegeben werden kann (und das Auslaßventil geöffnet wird, um das Produktgas aus der Hauptleitung 63 überströmen zu lassen), wodurch das abgegebene Produktgas auf einem maximalen Anreicherungspegel gehalten wird.When operating this alternative overcurrent valve'6 "I stands *" E.g. a direct current of 28 V for the relay 78 via the membrane-like proximity switch (not shown) Available, which is connected to the amplifier output lines 30, 31 of the partial pressure sensor 15, specifically for deflecting the Diaphragm of the switch to control the actuation of the solenoid valve 71. Product gas flows through main line 63 and reaches the partial pressure sensor 15 via the line 79 and into the control pressure chamber 67 via the narrowed line 69. While the solenoid valve 71 is seated, the pressure in the control pressure chamber 67 brings the diaphragm 66 into the seated position and thus prevents an overflow of the product gas through the overflow flow line 64. When the partial pressure sensor responds to a higher than the normal reference value, the signal output from the amplifier 29 causes a deflection of the Membrane of the proximity switch (not shown), so that the electrical circuit through the relay 78 is closed and the solenoid valve 71 is switched to lift and thus the release of the pressure from the control pressure chamber 67 is effected, whereby the diaphragm 66 lifts from the seat and the overflow flow line 64 is opened; this causes, that a larger feed air flow flows through the condenser 11. Damil; the enrichment of the air is reduced is provided as a product gas until the level of the oxygen concentration therein to the normal reference level falls, in which the sensor 15 changes its output signal so that an opposite deflection of the membrane of the proximity switch is effected with the opposite result. The aneroid operated valve 73 operates in the same way as the aneroid operated valve 44 described above in relation to the preferred spill valve 16 when closing serves above 6,400 m to block the vent line 70 so that the pressure in the control chamber 67 is not released can be (and the outlet valve is opened to allow the product gas to flow over from the main line 63), thereby maintaining the discharged product gas at a maximum enrichment level.

Bei manchen Ausführungsformen eines Konseritratoi-s £ö-r Flugzeuge mit einer bestimmten Flugkurve, bei der der Speisedruck in die Einrichtung ungewöhnlich niedrig sein kann, kann eine Kombination von Zuständen auftreten, die einen niedrigen Produktgasdruck am Regulator ergibt, der die Atemmaske des Flugzeugführers speist, sowie hohe Druckschwingungen innerhalb der Atemmaske während der Atemzyklen. Dieses Ergebnis kann weiter verstärkt werden, wenn das Überströmventil Produktgas überströmen läßt, falls solche Zustände auftreten. Die Überströmventile der dargestellten Ausführungsform der Erfindung verhindern ein Überströmen von Produktgas bei Drücken unterhalb des vorbestimmten Betriebsdruckes des Aneroidventils 44 oder 73, z.B. oberhalb einer bestimmten Kabinenflughöhe; um ein Überströmen jedoch zu verhindern, wenn der Speisedruck bei Kabinenhöhen niedrig wird, die unterhalb der liegen, bei der das Aneroidventil schließt, ist es zweckmäßig, ein weiteres Ventil einzuschalten, das bei einem vorbestimmten niedrigen Produktgasabgabedruck arbeitet.In some embodiments of a Konseritratoi-s £ ö-r Aircraft with a particular trajectory where the feed pressure into the facility may be abnormally low a combination of conditions can occur which result in low product gas pressure on the regulator which can reduce the The pilot's breathing mask feeds, as well as high pressure oscillations within the breathing mask during the breathing cycles. This The result can be further enhanced if the overflow valve allows product gas to flow over if such conditions occur appear. The overflow valves of the illustrated embodiment of the invention prevent an overflow of Product gas at pressures below the predetermined operating pressure of the aneroid valve 44 or 73, e.g. certain cabin altitude; to overflow, however prevent if the feed pressure becomes low at cabin heights below that at which the aneroid valve closes, it is expedient to switch on a further valve, which at a predetermined low product gas discharge pressure is working.

Ein solches Ventil ist durch eine Ventilanordnung 80 dargestellt, die in Fig. 6 gezeigt ist, und die so ausgelegt ist, daß sie die Steuerdruckentlüftungsleitung 70 verschließt. Die Ventilanordnung 80 weist einen Ventilkopf 81 auf, der durch eine Kompressionsfeder 82 gegen ein Schließen auf einen Ventilsitz beaufschlagt wird, der in der Leitung 70 ausgebildet ist und der einteilig mit einem Kolben 83 ausgebildet ist, jedoch von diesem Kolben durch einen Schaft versetzt ist. Der Kolben 8 3 spricht auf den Produktgasdruck in der Hauptleitung 63 des Überlaufventiles an, so daß dieser Druck und die Federbelastung auf den Ventilkopf 81 einander entgegengesetzt wirken. Der Druck außerhalb des Überströmventils (Kabinendruck) wirkt auch auf den Ventilkopf 81, wenn das Aneroidventil 73 die Entlüftungsleitung 70 nicht schließt.Such a valve is represented by a valve assembly 80, shown in Fig. 6, which is designed to that it closes the control pressure vent line 70. The valve assembly 80 has a valve head 81, which by a compression spring 82 is urged against closing on a valve seat which is formed in the line 70 and which is formed in one piece with a piston 83, but offset from this piston by a shaft is. The piston 8 3 responds to the product gas pressure in the main line 63 of the overflow valve, so that this pressure and the spring load on the valve head 81 act in opposition to each other. The pressure outside the relief valve (Cabin pressure) also acts on the valve head 81 when the aneroid valve 73 is not the vent line 70 closes.

Im Betrieb der Ventilanordnung 80 sind, wenn man annimmt, daß der Druck des Produktgases in der Hauptleitung 63 über einem vorbestimmten minimalen Wert von z.B. 34,5 kPa ist und dasIn operation of the valve assembly 80, assuming that the pressure of the product gas in the main line 63 is above a predetermined minimum value of, for example, 34.5 kPa and that

Aneroidventil 7 3 seine Offen-Stellung einnimmt, der Produktgasdruck auf den Kolben 8 3 und die Federbelastung kombiniert mit dem Kabinengasdruck auf den Ventilkopf 81 abgeglichen und halten den Ventilkopf in der Offen-Stellung. Dies ermöglicht, daß der Steuerdruck von dem Überströmventil über die Leitung 70 entlüftet wird, wenn das Solenoidventil in die Offen-Stellung geschaltet wird, und ermöglicht, daß das Auslaßventil 65 für das Produktgas öffnet, damit es aus der Hauptleitung 13 überströmt. Wenn jedoch der Produktgasdruck in der Hauptleitung 63 unter den vorbestimmten minimalen Wert fällt, dominiert die Feder 82 und bewegt den Ventilkopf 81 so, daß die Entlüftungsleitung 70 geschlossen wird, wodurch das Auslaßventil nicht mehr öffnen kann und damit den Druck des Produktgases auf dem maximal verfügbaren Wert gehalten wird.Aneroid valve 7 3 assumes its open position, the product gas pressure on the piston 8 3 and the spring load combined with the cabin gas pressure on the valve head 81 and balanced hold the valve head in the open position. This makes possible, that the control pressure is vented from the spill valve via line 70 when the solenoid valve is in the open position is switched, and enables the outlet valve 65 to open for the product gas to allow it to leave the main line 13 overflows. However, if the product gas pressure in the main line 63 falls below the predetermined minimum value, dominates the spring 82 and moves the valve head 81 so that the vent line 70 is closed, whereby the The outlet valve can no longer open and thus the pressure of the product gas is kept at the maximum available value.

Während das alternative Überströmventil 63, das ein Solenoidventil 71 verwendet, eine sehr zufriedenstellende Steueranordnung für die Regelung des Pegels der Sauerstofffanreichung von aus einem Molekularsieb-Sauerstoffgenerator oder -Konzentrator 11 gelieferter Luft ergibt, werden mit dem bevorzugten Überströmventil 16, das vollständig pneumatisch arbeitet, niedrigere Amplituden der Druckschwankungen in der Abgabe des Produktgases an den Regler 14 während des Betriebes erreicht.While the alternative spill valve 63, which is a solenoid valve 71 uses a very satisfactory control arrangement for regulating the level of oxygenation from a molecular sieve oxygen generator or concentrator 11 supplied air, with the preferred overflow valve 16, which works completely pneumatically, reached lower amplitudes of the pressure fluctuations in the delivery of the product gas to the regulator 14 during operation.

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Claims

Patent claims:

1. Device for controlling the concentration of a gas component in a product gas supplied from a molecular sieve gas separator, which comprises a concentrator with at least two adsorption beds which are adapted to contain pressurized feed gas take up and deliver the product gas via a supply line to an outlet, with a fluidic (flueric) Partial pressure sensor which has a device that connects a reference tap of the feed gas with a test tap compares the product gas and emits signals from the signal outputs,

characterized in that the signal outputs (30, 31) are connected to a control device (43) of an associated overflow valve (16) which is coupled to the product gas supply line (13) in such a way that the speed of the gas flow through the adsorption beds is caused by product gas flowing over from the Feed line / f

is controllable, whereby the concentration of the gas stock *

part is controlled in the product gas.

2. Device according to claim 1, characterized in that the overflow valve control device is a servo valve (43) having.

3. Device according to claim 2, characterized in that the servo valve by a pneumatic actuator (45, 46, 47) is controlled.

4. Device according to claim 2, characterized in that the servo valve is controlled by a solenoid (71).

5. A device according to claim 2, characterized in that the overflow valve control device further comprises a valve device (44, 73), which is based on the pressure of the

ORIGINAL INSPECTED

surrounding atmosphere or a related pressure responds and is designed so that they an actuation of the servo valve is negated.

6. Device according to claim 5, characterized in that the valve device comprises an aneroid (51, 75).

7. Device according to claim 6, characterized in that the aneroid is designed so that when changing its Length of movement of a magnetic valve member (53, 54; 76, 77) between opening or closing a Ventilation path is possible, which is controllable by the servo valve.

8. Device according to claim 1, characterized in that the spill valve control device comprises a valve device (80) which responds to the pressure of the product gas responds, which is supplied via the overflow valve and which is designed so that it enables the operation of the servo valve negated.

9. Device according to claim 8, characterized in that a valve device responsive to the product gas pressure a piston-operated valve head (83, 81) which between opening or closing of the venting path is displaceable, which can be controlled by the servo valve.