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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Zufuhr eines Atemgases
zum Zuführen
von mit Sauerstoff angereichertem Gas zum Atmen in einem Flugzeug.
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Herkömmlicherweise
steht in einem Flugzeug von der Art, die eine Flugzeugbesatzungs-
oder Fluggastkabine aufweist, die mit Druck beaufschlagt ist, um
zu ermöglichen,
daß das
Flugzeug in großen Höhen fliegt,
ohne eine lokale Sauerstoffzufuhr für jeden Fluggast und jedes
Flugzeugbesatzungsmitglied z.B. über
eine Atemmaske bereitzustellen, eine Notsauerstoffzufuhr zur Verwendung
in dem Fall zur Verfügung,
daß die
Kabine einen Druckabfall erleidet. Genannte Notsauerstoffzufuhr
kann aus Druckgaslagerbehältern
und/oder durch Kombinieren von zwei oder mehr Chemikalien, die eine
Reaktion eingehen, die Sauerstoffgas erzeugt (z.B. Chloratkerzen),
bereitgestellt werden und würde
durch jeweilige Atemmasken Fluggästen
und der Flugzeugbesatzung zugeführt
werden.
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Durch
Vorsehen einer derartigen Notzufuhr eines Sauerstoffgases steht
einem Piloten Zeit zur Verfügung,
um die Flughöhe
auf eine Höhe
zu verringern, auf der die Flugzeugbesatzung und die Fluggäste wieder
Atmosphärengase
atmen können.
Eine derartige Notzufuhr steht jedoch nur für eine kurze Zeitdauer zur
Verfügung.
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Es
entspricht üblicher
Praxis insbesondere im Falle von zivilen Flugzeugen, daß Flugrouten,
die von einem Flugzeug genommen werden, so gestaltet werden, daß im Falle
eines Notfalls, wie zum Beispiel Kabinendekompression, sich das
Flugzeug in einer Flugzeit von 30 Minuten oder so vom Land befindet. Somit
kann die von einem Flugzeug genommene Route der Sicherheit halber
nicht die kürzeste
oder wirtschaftlichste Route sein.
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Obwohl
sich ein Flugzeug in einer Flugzeit von 30 Minuten vom Land entfernt
befinden kann, steht außerdem
häufig
kein geeignetes Landegelände
zum Landen des Flugzeugs in dieser Flugweite zur Verfügung, z.B.
kann das nächste
Land feindliches Gebiet sein, und wenn ein Flugzeug auf einer relativ
geringen Höhe,
typischerweise weniger als 10.000 Fuß, fliegen muß, kann
das Flugzeug während
eines Flugs in geringer Höhe über gewisse Landmassen
auf Terrain auf einer Höhe
von 10.000 oder mehr oder ungünstige
Wetterbedingungen treffen.
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Es
ist insbesondere für
militärische
Flugzeuge bekannt, daß ein
System zur Zufuhr eines Atemgases bereitgestellt wird, daß Sauerstoff
oder mit Sauerstoff angereichertes Gas zum Atmen unbegrenzt zuführen kann.
Genanntes System zur Zufuhr eines Atemgases kann eine Sauerstoffanreicherungsvorrichtung
von der Bauart mit Molekularsiebbett sein, die im Betrieb Nichtsauerstoffgas
von einer Gaszufuhr adsorbiert, um dadurch ein Gas bereitzustellen,
das zum Atmen in großen
Höhen ausreichend
mit Sauerstoff angereichert ist.
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In
einem Militärflugzeugeinsatz
kann sich für unterschiedliche
Missionen eine unterschiedliche Anzahl von Personal an Bord des
Flugzeugs befinden und ist dementsprechend eine Atemgaszufuhreinrichtung
mit variabler Kapazität
erforderlich.
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Genannte
Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen von der Bauart mit Molekularsiebbett
neigen dazu, insbesondere hinsichtlich der Anlaufzeit am effektivsten
zu arbeiten, wobei sie eine relativ geringe Kapazität aufweisen.
Die Verwendung genannter Technologie in einem zivilen Flugzeug mit
einer großen
Anzahl von Fluggästen
oder in einem militärischen
Flugzeug mit viel Personal würde
somit eine Vielzahl von genannten Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
erfordern. Man wird erkennen, daß für nunmehr vorgeschlagene Passagierflugzeuge,
die 700 Passagiere oder mehr transportieren können werden, eine wesentliche
Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen erforderlich wäre, um eine adäquate Sauerstoffzufuhr
für alle
Passagiere im Falle eines Notfalls sicherzustellen. Da genannte
Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen nicht leicht Sauerstoff sofort
erzeugen können,
wäre es herkömmlicherweise
weiterhin notwendig, z.B. komprimierten Sauerstoff zu befördern, der
im Falle einer Notfalldekompression verwendet werden könnte, bis
genannte Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen in Betrieb geht. Dies
alles trägt
zum Gewicht des Flugzeuges bei, was aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht ist.
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Das
nun vorgeschlagene große
zivile Flugzeug soll in größeren Höhen als
herkömmlich,
z.B. Höhen über 40.000
Fuß, fliegen
und somit wird der Notgasbedarf nicht nur durch die große Zahl
von Fluggästen
erhöht,
sondern auch durch den Zeitbedarf für das Flugzeug, aus diesen
größeren Höhen auf
eine sichere niedrigere Flughöhe
herunterzugehen, auf der die Fluggäste Atmosphärengase atmen können.
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Außerdem ist
es für
genannte Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen, die ein oder mehrere
Molekularsiebbetten enthalten, wünschenswert,
die Molekularsiebbetten trocken und frei von Verschmutzungen, wie
zum Beispiel Nichtsauerstoffgas zu halten, damit in dem unwahrscheinlichen
Fall eines Notfalls in einem zivilen Flugzeug oder wenn es notwendig ist,
die Kapazität
des Atemgassystems in einem militärischen Flugzeug zu erhöhen, eine
schnelle Erzeugung von Sauerstoff mit hoher Konzentration möglich ist.
Um dies zu erzielen, ist ein periodischer Betrieb der Molekularsiebbetten
notwendig.
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In
unserer früheren
Patentanmeldung WO-A-02/04076 ist ein Verfahren zum Betreiben eines
Lebenserhaltungssystems für
ein Flugzeug offenbart, wobei das System eine Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
enthält,
von denen jede im Gebrauch betreibbar ist, um wenigstens mit Sauerstoff
angereichertes Gas einer Atemgaszufuhr zuzuführen, wobei wenigstens eine
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen eine Hauptanreicherungsvorrichtung
ist und der Rest Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen ist,
wobei die Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung unabhängig von
den Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen betreibbar ist, wobei
das Verfahren Betreiben der Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung
in einer Nichtnotfallsituation und Zuführen von wenigstens mit Sauerstoff
angereichertem Gas zu jeder der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen
umfaßt,
um sie in einem Zustand zu halten, in dem sie für einen sofortigen Betrieb
im Falle eines Notfalls bereit sind.
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Die
Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen, wobei jede wenigstens zwei
aktive Molekularsiebbetten enthält,
werden im Betrieb z.B. in einem Notfall in einem zivilen Flugzeugeinsatz
hintereinander, symmetrisch oder nichtsymmetrisch, betrieben, so
daß, während ein
Siebbett Nichtsauerstoffgas von einer Druckgaszufuhr adsorbiert,
das andere Bett von Nichtsauerstoffgas gereinigt wird, indem das
Bett einem niedrigerem Druck ausgesetzt wird.
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In
unserem früheren
Vorschlag wird, wenn eine oder mehrere Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtung(en)
betrieben wird/werden, um mit Sauerstoff angereichertes Gas zu erzeugen,
wobei wenigstens eines der Betten gereinigt wird, und wenn erwünscht ist,
die Molekularsiebbetten in einem betriebsbereiten Zustand zu versetzen,
wenigstens mit Sauerstoff angereichertes Gas dem Bett bzw. den Betten,
das bzw. die gereinigt wird/werden, zugeführt, um beim Desorbieren von
Nichtsauerstoffgas aus den Molekularsiebbetten zu helfen. Genanntes mit
Sauerstoff angereichertes Gas wird hauptsächlich in der Atemgaszufuhr
erhalten, wobei der Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas in der Atemgaszufuhr zu dem Bett
bzw. den Betten, das/die gereinigt wird/werden, z.B. durch eine
einfache Blende begrenzt wird.
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Es
hat sich jedoch herausgestellt, daß in einer Notfallsituation,
wenn zum Beispiel die Hauptund Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen
betrieben werden, um mit Sauerstoff angereichertes Gas zum Atmen
zu erzeugen, zu viel Atemgas von der Atemgaszufuhr für Reinigungszwecke
verwendet werden kann, was somit die Systemleistung ungünstig beeinflußt.
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Dementsprechend
stellen wir gemäß einem ersten
Aspekt der Erfindung bereit ein System zur Zufuhr eines Atemgases
für ein
Flugzeug, wobei das System eine Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
enthält,
von denen jede im Gebrauch betreibbar ist, um mit Sauerstoff angereichertes
Gas an eine Atemgaszufuhr zu liefern, wobei jede Sauerstoffanreicherungsvorrichtung
wenigstens zwei Molekularsiebbetten enthält, die so betreibbar sind,
daß, während ein
Siebbett Nichtsauerstoffgas von einer Druckgaszufuhr adsorbiert,
das oder ein anderes Bett von Nichtsauerstoffgas gereinigt wird,
indem das Bett einem niedrigeren Druck ausgesetzt wird, wobei jede
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung eine Durchflußsteuereinrichtung für mit Sauerstoff
angereichertes Gas enthält,
die den Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas, das durch die Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
erzeugt wird, zur Atemgaszufuhr ermöglicht und einen begrenzten
Durchfluß von mit
Sauerstoff angereichertem Gas von der Atemgaszufuhr zu den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen ermöglicht,
gekennzeichnet durch einen Fließweg
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas, das durch das Adsorptionssiebbett
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtung erzeugt wird, direkt zum
Bett, das gereinigt wird.
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Somit
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung die Durchflußsteuereinrichtung
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas derart gestaltet sein, daß sie nur
einen geringen Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas von der Atemgaszufuhr zur jeweiligen
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung zum Unterstützen der Reinigung ermöglicht,
so daß die Verfügbarkeit
von mit Sauerstoff angereichertem Gas in der Atemgaszufuhr zum Atmen
z.B. in einer Notfallsituation nicht beeinträchtigt wird. Vorzugsweise ermöglicht somit
der Fließweg
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas, das durch das Adsorptionssiebbett der
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung erzeugt wird, direkt zum Bett,
das gereinigt wird, mit Sauerstoff angereichertem Gas beim Reinigen
zu helfen, wobei es vorzugsweise von dem Adsorptionsmolekularsiebbett
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtung statt der Atemgaszufuhr bereitgestellt
wird.
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Die
Durchflußsteuereinrichtung
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas für
jede Sauerstoffanreicherungsvorrichtung kann einen ersten Fließweg, der
ein Rückschlagventil
enthält,
das einen im wesentlichen freien Durchfluß von mit Sauerstoff angereichertem
Gas, das von den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen erzeugt wird,
zur Atemgaszufuhr ermöglicht,
und einen zweiten Fließweg
enthalten, der einen Durchflußbegrenzer
enthält,
der den Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas von der Atemgaszufuhr zu den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
begrenzt. Der Begrenzer kann eine einfache Blende enthalten, wobei
das mit Sauerstoff angereicherte Gas gezwungen wird, dort hindurch
zu fließen,
oder eine variable Blende enthalten, deren Querschnitt gemäß den Betriebsbedingungen durch
eine Systemsteuereinrichtung variiert werden kann.
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Der
Fließweg
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas, das durch das Adsorptionssiebbett
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen erzeugt wird, direkt zum
Bett, das gereinigt wird, kann eine einfache Blende enthalten, um
den Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas zum Unterstützung der Reinigung entlang
des Fließweges
zu begrenzen.
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Um
sicherzustellen, daß mit
Sauerstoff angereichertes Gas zum Reinigen vorzugsweise von dem Adsorptionsmolekularsiebbett
der Sauerstoffaufbereitungsvorrichtung statt der Atemgaszufuhr erhalten wird,
kann die Blende in dem Fließweg
für das
mit Sauerstoff angereicherte Gas zum Unterstützen des Reinigens größer als
die Blende in dem zweiten Fließweg
der Durchflußsteuereinrichtung
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas sein.
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Die
Molekularsiebbetten können
zum Erzeugen von mit Sauerstoff angereichertem Gas hintereinander
betrieben werden, wenn die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung zwei
Molekularsiebbetten, symmetrisch oder nichtsymmetrisch, enthält, oder, wenn
die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung drei Molekularsiebbetten
enthält,
können
die drei Betten symmetrisch oder nichtsymmetrisch betrieben werden,
so daß wenigstens
eines der Betten Nichtsauerstoffgas von einer Druckgaszufuhr adsorbiert,
während
ein anderes der Betten von Nichtsauerstoffgas gereinigt wird.
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In
einer Ausführungsform
ist wenigstens eine der Sauerstoffanreichungsvorrichtungen eine Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung
und ist der Rest der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen eine oder
Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtung(en), wobei die Haupt sauerstoffanreicherungsvorrichtung unabhängig von
den Nebensauerstoffanreichungsvorrichtung(en) betreibbar ist, so
daß die
Hauptsauerstoffanreichungsvorrichtung in einer Nichtnotfallsituation
alleine betreibbar ist, um mit Sauerstoff angereichertes Gas zu
der oder jeder der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtung(en),
z.B. über
die Durchflußsteuereinrichtung
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas und die Atemgaszufuhr zu liefern.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung stellen wir bereit ein Verfahren zum
Betreiben eines Systems zur Zufuhr eines Atemgases für ein Flugzeug,
in dem das System eine Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
enthält,
von denen jede im Gebrauch betreibbar ist, um mit Sauerstoff angereichertes
Gas einer Atemgaszufuhr zuzuführen,
wobei jede Sauerstoffanreicherungsvorrichtung wenigstens zwei Molekularsiebbetten
enthält,
die so betreibbar sind, daß,
während
ein Siebbett Nichtsauerstoffgas von einer Druckgaszufuhr adsorbiert,
das oder ein anderes Bett von Nichtsauerstoffgas gereinigt wird,
indem das Bett einem niedrigeren Druck ausgesetzt wird, wobei jede
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung eine Durchflußsteuereinrichtung für mit Sauerstoff
angereichertes Gas enthält
und es einen Fließweg
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas, das durch das Adsorptionssiebbett
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtung erzeugt wird, direkt zu dem Bett,
das gereinigt wird, gibt, wobei das Verfahren Betreiben der Durchflußsteuereinrichtung
für mit Sauerstoff
angereichertes Gas, um den Fluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas, das durch die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung
erzeugt wird, zur Atemgaszufuhr und einen begrenzten Fluß von mit Sauerstoff
angereichertem Gas von der Atemgaszufuhr zu den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen zu
ermöglichen,
umfaßt,
gekennzeichnet durch Ermöglichen
des Flusses von mit Sauerstoff angereichertem Gas, das durch das
Adsorptionssiebbett der Sauerstoffanreicherungsvorrichtung erzeugt
wird, direkt zu dem Bett, das gereinigt wird.
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Das
System zur Zufuhr eines Atemgases kann eines der Merkmale des Systems
zur Zufuhr eines Atemgases gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung aufweisen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden, in denen:
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1 eine
erläuternde
Graphik ist, die ein Flugprofil eines Flugzeugs im Falle einer Notfallkabinendekompression
sowohl herkömmlicher
Art als auch unter Verwendung eines Lebenserhaltungssystems gemäß der unten
beschriebenen Art zeigt;
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2 eine
erläuternde
Ansicht eines Systems zur Zufuhr eines Atemgases gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 eine
erläuternde
Ansicht eines modifizierten Teils eines Systems zur Zufuhr eines
Atemgases gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 eine
erläuternde
Ansicht eines alternativ modifizierten Teils eines Systems zur Zufuhr
eines Atemsgases gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Als
erstes auf 1 bezugnehmend, ist dort ein
typisches Flugprofil eines Flugzeugs im Falle einer Notfalldekompression
gezeigt.
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In
diesem Beispiel würde
ein ziviles Flugzeug, das auf 40.000 Fuß (Linie A) fliegt, wenn es eine
Notfalldekompression bei B erleidet, auf eine geringe Höhe C von
10.000 Fuß oder
weniger schnell heruntergehen. Während
dieses Absinkens würde eine
Notzufuhr von Sauerstoff für
Besatzung und Fluggäste
des Flugzeugs von Drucksauerstofflagerbehältern oder als Ergebnis einer
chemischen Reaktion zwischen zwei oder mehr Reagenzien bereitgestellt.
Bei 10.000 Fuß C
können
die Fluggäste
zumindest sicher Atmosphärenluft
atmen. Das Flugzeug setzt damit fort, auf dieser geringen Höhe zu fliegen, bis
es sicher ist, auf das Land D herunterzugehen, oder bis der Pilot
entscheidet, daß es
sicherer ist, das Flugzeug auf dem Meer notzulanden.
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Man
wird erkennen, daß sich
Terrain T in vielen Landmassen über
10.000 Fuß erstreckt
und somit herkömmlicherweise
ein Risiko besteht, daß während eines
Flugs auf geringer Höhe
auf derartiges Terrain gestoßen
wird. Da das Flugzeug auf einer geringen Höhe fliegen muß, ist außerdem seine
Flugweite innerhalb einer Zeitdauer von 30 Minuten, während derer
das Flugzeug vorzugsweise gelandet werden sollte, oder durch die
zur Verfügung
stehende Treibstoffinenge begrenzt.
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Durch
Verwendung eines unten dargestellten und beschriebenen Systems zur
Zufuhr eines Atemgases ist ein alternatives, dennoch sicheres Flugprofil
möglich,
in dem bei Dekompression B das Flugzeug auf eine sichere Haltehöhe F heruntergeht, die über 10.000
Fuß und
vorzugsweise wenigstens 15.000 Fuß und noch bevorzugter ungefähr 20.000 bis
25.000 Fuß betragen
würde,
während
die Fluggäste
und Besatzung mit mit Sauerstoff angereichertem Gas zum Atmen durch
das System zur Zufuhr eines Atemgases versorgt werden. Durch Fliegen
auf dieser erhöhten
Höhe wird
die Flugweite des Flugzeugs in den angestrebten 30 Minuten erhöht, was dem
Piloten mehr Gelegenheit gibt, einen geeigneten Flugplatz oder einen
anderen Landeort zu finden und weniger Treibstoff zu verwenden.
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Während des
Flugzeitziels von 30 Minuten kann somit das Flugzeug weiterfliegen,
bevor es zur Landung heruntergeht, G.
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Unter
Verwendung des unten dargestellten und beschriebenen Systems zur
Zufuhr eines Atemgases als ein Lebenserhaltungssystem ist es möglich, daß ein Flugzeug
geleitet wird, um entlang kürzerer,
wirtschaftlicherer Routen zu einem Ziel zu fliegen, ohne die Sicherheit
zu beeinträchtigen
und ohne die angestrebten 30 Minuten zum Landen im Falle eines Notfalls
zu beeinträchtigen.
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Nunmehr
auf die 2 bezugnehmend, wird ein System
zur Zufuhr eines Atemgases gemäß der Erfindung,
das ein Flugzeuglebenserhaltungssystem 10 ist, dargestellt.
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Dieses
System 10 enthält
eine Atemgaszufuhr, die eine Leitung 11 ist, die einer
Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 ... N
gemeinsam ist. Die Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases
gibt mit Sauerstoff angereichertes Gas zum Atmen an jeweilige Atemmasken 16 ab,
die von Fluggästen
in dem Flugzeug im Falle einer Notfallkabinenkompression getragen
werden müssen.
In einem anderen Beispiel kann jedoch die Atemgaszufuhr für therapeutische
Zwecke, zum Beispiel wenn das Flugzeug zum Befördern von Verletzten verwendet
wird, die Sauerstoff benötigen
können,
verwendet werden, wobei die bei 16 in dem Beispiel gekennzeichneten
Gegenstände
Auslässe
für das
mit Sauerstoff angereicherte Gas sind, das, wie therapeutisch erforderlich,
den Verletzten zugeführt
werden muß.
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Jede
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung enthält in diesem Beispiel ein Paar
Molekularsiebbetten 12a, 12b; 13a, 13b;
etc., wobei die Betten 12a, 12b; 13a, 13b etc.
jedes Paares hintereinander so betreibbar sind, daß im Betrieb
eines der Betten 12a, 13a etc. des Paares Nichtsauerstoffgas
von einer Druckgaszufuhr aktiv adsorbiert, während das andere Bett 12b, 13b etc.
jedes Paares von Nichtsauerstoffgas unter geringem Druck gereinigt
wird. Die Betten 12a, 12b etc. jedes Paares können symmetrisch,
wobei jedes Bett 12a, 12b etc. zum Adsorbieren
und Desorbieren von Nichtsauerstoffgas für im allgemeinen gleiche Zeitdauern
betrieben wird, oder, falls gewünscht,
nichtsymmetrisch betrieben werden.
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Die
Konstruktion und der Betrieb der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
oder -generatoren von der Bauart mit Molekularsiebbett, die als
MSOGS bekannt sind, sind allgemein bekannt und eine ausführliche
Beschreibung des Betriebs von genannten MSOGS wird für das Verständnis der
Erfindung als nicht notwendig angesehen. Dennoch würden typischerweise
die Molekularsiebbetten ein Bettmaterial, wie zum Beispiel Zeolith,
enthalten, das Nichtsauerstoffgas adsorbiert, wenn eine Druckgaszufuhr 17, zum
Beispiel von einem Motorkompressor abgezapft, dem Bett zugeführt wird
und das von Nichtsauerstoffgas gereinigt wird, wenn ein Einlaßventil 12c, 12', 13c, 13c;
etc. geschlossen wird und ein Belüftungsablaßventil 12d, 12d', 13d, 13d' etc. zur Atmosphäre mit niedrigem
Druck geöffnet
wird. Zur Unterstützung der
Reinigung wird ein geringes Volumen aus mit Sauerstoff angereichertem
Gas über
das Bett während
des Reinigens geleitet, um beim Spülen von Nichtsauerstoffgas
aus dem Siebbett zu helfen.
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Jedes
Molekularsiebbett 12a, 12b, 13a, 13b; etc.
jedes Paares weist ein Rückschlagauslaßventil 12a', 12b', 13a', 13b' etc. für Sauerstoffzufuhr
auf, das in den Betten 12a, 12b; 13a; 13b etc.
erzeugtem Sauerstoff über
eine jeweilige Durchflußsteuereinrichtung
F1; F2 etc. für
mit Sauerstoff angereichtes Gas, die nachfolgend beschrieben wird,
zur Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases treten läßt.
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Es
gibt auch einen Weg für
Sauerstoff von der Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases über die Durchflußsteuereinrichtungen
F1; F2; etc. für
mit Sauerstoff angereichertes Gas, wie nachfolgend beschrieben,
an den Rückschlagauslaßventilen 12a', 12b ; 13a', 13b' etc. vorbei
zu jedem der Betten 12a, 12b; 13a, 13b;
etc. über
eine kleine Blende O1, O2; O3, O4 etc., die einen geringen Durchfluß von Sauerstoff
zu jedem der Betten während
des Reinigens ermöglicht.
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In 2 ist
ein Paar Drucksauerstoffbehälter 19, 20 bzw.
-flaschen jeder/jede mit seinem/ihrem eigenem Rückschlagauslaßventilmittel 19', 20', gezeigt. Man
wird anhand der Beschreibung unten erkennen, daß das Volumen von genanntem
komprimiertem gespeichertem Gas gering sein kann oder die Flaschen 19, 20 überhaupt
nicht erforderlich sein können,
indem das System 10 verwendet wird.
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Die
Einlaß-
und Auslaßventile 12c, 12d etc. der
Molekularsiebbetten 1a, 12b; 13a, 13b;
etc. sind alle durch eine elektronische Steuereinheit 22 gesteuert,
an die Eingaben von einer Druckmeßeinrichtung 23 geliefert
werden können,
die betreibbar ist, um plötzliches
Druckablassen in der Kabine des Flugzeugs zu messen.
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Herkömmlicherweise
würde im
Falle von genannter Notfalldekompression eine Notzufuhr eines Sauerstoffgases
an die jeweiligen Atemmasken 16 zur Verwendung durch Fluggäste von
der Einrichtung 19, 20 zur Zufuhr von gespeichertem
komprimiertem Sauerstoff geliefert. Es müßte ausreichend Sauerstoff
gespeichert werden, um den Fluggästen
zu ermöglichen,
das Notfallgas zu atmen, während
das Flugzeug auf eine geringe Höhe
gemäß dem herkömmlichen
Flugprofil A, C, das in 1 angegeben ist, heruntergeht.
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Wenn
eine wesentliche Anzahl von Fluggästen vorhanden ist und das
Flugzeug auf einer sehr großen
Höhe fliegt,
wäre herkömmlicherweise
eine wesentliche Zufuhr von Sauerstoff erforderlich, was mehrere
große
und schwere Lagerbehälter 19, 20 erfordert.
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In
dem gezeigten System 10 werden jedoch im Falle einer Notfalldekompression
die Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
sofort betrieben, um Sauerstoff aus der Gaszufuhr 17 zu
erzeugen und den Sauerstoff zur Leitung 11 zur Zufuhr eines
Atemgases zu liefern. Wenn die MSOGS 12, 13, 14 etc.
ausgestaltet worden sind, um für
einen vollständigen
Schutz der Fluggäste
auf größeren Höhen zu sorgen,
und eine Sauerstoffzufuhr sofort bei Dekompression verlangt wird,
kann entweder eine kleine Zufuhr von Sauerstoff z.B. in kleinen
Lagerbehältern 19, 20 vorgesehen
sein, die ausreicht, um Atemgas zuzuführen, bis die Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
in Betrieb bzw. on line gebracht sind, und/oder eine Zufuhr von
Sauerstoffgas, das in den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
und in der Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases, wie dies
nachfolgend erläutert
wird, gelagert ist, den Fluggästen
zugänglich
gemacht werden.
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Es
ist wünschenswert,
das Molekularsiebbettmaterial trocken und frei von Nichtsauerstoffverschmutzungen
zu halten. Da die Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
nur zur Verwendung in einer Notfallsituation und somit, falls überhaupt, selten
zur Beibehaltung der MSOGS in einem Arbeitszustand vorgesehen sind,
wird das folgende Verfahren vorzugsweise, wenn sich das Flugzeug
auf dem Boden vor einem Flug befindet, oder andernfalls, wenn es
unwahrscheinlich ist, daß das
Flugzeug einer Notfallkabinendekompression unterliegt, durchgeführt.
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Eine
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.,
in diesem Beispiel die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12,
oder wenigstens eines der Molekularsiebbetten 12a, 13a der
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 ist als eine Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung
ausgestaltet, während jede
der anderen als eine Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtung ausgestaltet
ist. Die Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 wird
betrieben, um trockenes mit Sauerstoff angereichertes Gas zu erzeugen,
das an den Rückschlagventilen 12a', 12b' vorbei über die
zugehörige
Durchflußsteuereinrichtung
F1 für
mit Sauerstoff angereichertes Gas in die Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases zugeführt wird.
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Das
mit Sauerstoff angereicherte Gas kann von der Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases zu jedem der Molekularsiebbetten 13a, 13b; 14a, 14b; etc.
der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc. über eine
jeweilige Durchflußsteuereinrichtung
F2, F3 etc. und die Blenden O2, O3 etc. gehen, während die Belüftungsauslaßventile 13d, 13d', 14d, 14d', etc. offen
sind, so daß der
Zeolith oder anderes Molekularsiebmaterial der MSOGS der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.
von Nichtsauerstoffgas gereinigt wird. In 2 ist der
Fließweg
von der Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases zur Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtung 13, 14 etc.
fett gezeigt.
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Falls
der Bedarf entstehen sollte, wird dies auch die Betten der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.
betriebsfertig vorherig mit Sauerstoff anreichern und konditionieren.
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In 2 und
in der obigen Beschreibung arbeiten die Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 und
jede der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.,
wenn sie in Betrieb sind, hintereinander, so daß eines der Molekularsiebbetten, z.B.
Bett 12a der Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 Nichtsauerstoffgas
adsorbiert, während das
andere Molekularsiebbett 12b Sauerstoff desorbiert und
so weiter für
jede der Anreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
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Die
Durchflußsteuereinrichtungen
F1, F2, F3 etc. für
angereichertes Gas enthalten jeweils einen ersten Fließweg F1a,
F2a, F3a etc., der ein Rückschlagventil
enthält,
das mit Sauerstoff angereichertes Gas, das durch die Anreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
erzeugt wird, zur Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases
im wesentlichen ungehindert fließen läßt, aber den Durchfluß von Atemgas
von der Leitung 11 für
Atemgas durch den ersten Fließweg F1a,
F2a, F3a, etc. zu den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
verhindert.
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In 2,
wo zum Beispiel die Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung in Betrieb
ist, wobei das Molekularsiebbett 12a Nichtsauerstoffgas
adsorbiert und das Molekularsiebbett 12b Nichtsauerstoffgas
desorbiert, ist der Fließweg
für mit
Sauerstoff angereichertes Gas vom Adsorptionssiebbett 12a, über das
Rückschlagventil 12a', und der erste
Fließweg F1a
zur Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases fett gezeigt.
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Die
Durchflußsteuereinrichtungen
F1, F2, F3 etc. für
mit Sauerstoff angereichertes Gas enthalten ferner jeweils einen
zweiten Gasfließweg
F1b, F2b, F3b etc., der einen jeweiligen Durchflußbegrenzer
in Form einer kleinen Blende enthält, durch die mit Sauerstoff
angereichertes Gas von der Leitung 11 zur Zufuhr eines
Atemgases durch die jeweilige Durchflußsteuereinrichtung F1, F2,
F3 etc. für
mit Sauerstoff angereichertes Gas zu den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
fließen
kann. Die Querschnittsflächen
der Blenden der zweiten Fließwege F1b,
F2b, F3b etc. sind jedoch kleiner als die Querschnittsflächen der
Blenden O1, O2, O3, O4 etc., die sich näher an den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
befinden, und demzufolge wird, wenn ein Molekularsiebbett, wie zum
Beispiel das Molekularsiebbett 12a der Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12,
so betrieben wird, daß das Bett 12a mit
Sauerstoff angereichertes Gas erzeugt, mit Sauerstoff angereichertes
Gas zum Unterstützen des
Reinigens des Desorptionsbettes 12b vorzugsweise direkt
von dem Adsorptionsbett 12a statt von der Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases bereitgestellt.
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Somit
besteht zum Beispiel in einer Notfallsituation, wenn der Bedarf
an Atemgas maximal ist und alle Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
mit Sauerstoff angereichertes Gas erzeugen und auch ein maximaler
Bedarf an mit Sauerstoff angereichertem Gas zum Unterstützen des
Reinigens von Desorptionsbetten 12b etc. besteht, ein geringeres Risiko,
daß die
Leistung des Systems 10 ungünstig beeinflußt wird,
indem große
Volumen von Atemgas von der Leitung 11 zur Zufuhr eines
Atemgases zum Unterstützen
des Reinigens von Desorptionsbetten verwendet werden, statt daß sie zum
Atmen zur Verfügung
stehen.
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Die
Querschnittsflächen
der kleinen Blenden der zweiten Fließwege F1b, F2b, F3b der Durchflußsteuereinrichtungen
F1, F2, F3 etc. für
mit Sauerstoff angereichertes Gas sind vorzugsweise nur ausreichend
gering, um nur einen sehr geringen Durchfluß von mit Sauerstoff angereichertem
Gas durch die zweiten Fließwege
F1b, F2b, F3b zu ermöglichen, der
ausreicht, um die Betten 12a, 12b; 13a, 13b; 14a, 14b etc.
zu konditionieren, wenn sich die Betten nicht im Gebrauch befinden.
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In 3 ist
nur ein Teil des Systems 10 zur Zufuhr eines Atemgases
von 2, aber modifiziert, gezeigt, wobei dieselben
Teile durch dieselben Bezugszahlen gekennzeichnet sind.
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In
dieser Modifikation sind die Rückschlagauslaßventile 12a', 12b', 13a', 13b' etc., die ermöglichen,
daß in
den Betten 12a, 12b, 13a, 13b etc.
erzeugter Sauerstoff zu den jeweiligen Durchflußsteuereinrichtungen für mit Sauerstoff
angereichertes Gas geht, und die kleinen Blenden O1, O2, O3 etc. entfallen,
aber die Molekularsiebbetten 12a, 12b über eine
Leitung C verbunden, die eine einzige Blende O' enthält. Die Durchflußsteuereinrichtung
F1 für
mit Sauerstoff angereichertes Gas enthält einen ersten und zweiten
Fließweg
F1, F1b und F1a',
F1b' für jedes
der Molekularsiebbetten 12a, 12b. Wenn die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 nicht
in Betrieb ist, aber es erwünscht
ist, einen geringen Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas zu den Betten 12a, 12b zu
ermöglichen,
um den Zustand der Betten aufrechtzuerhalten, kann somit genanntes
Gas zu jedem der Betten über
die jeweiligen zweiten Fließwege
F1b, F1b' gehen,
die kleine Blenden enthalten. Wenn die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 in
Betrieb ist und eines der Betten 12a, 12b Nichtsauerstoffgas
adsorbiert, kann das mit Sauerstoff angereicherte Gas über den
jeweiligen ersten Fließweg
F1a, F1a' zur Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases gehen. Die Querschnittsfläche der Blende O' ist größer als
die Querschnittsflächen
der Blenden der zweiten Fließwege
F1b, F1b'. Somit
wird mit Sauerstoff angereichertes Gas zum Unterstützen des Reinigens
eines Desorptionsbettes vorzugsweise direkt von dem Adsorptionsbett
des Paares von Betten 12a, 12b der Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 statt
von der Leitung zur Zufuhr eines Atemgases bereitgestellt.
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In 4 ist
eine weitere Modifikation gezeigt, die der Anordnung von 2 sehr ähnelt, wobei
aber die einfache Blende des zweiten Fließweges F1b der jeweiligen Durchflußsteuereinrichtung
F1 für
mit Sauerstoff angereichertes Gas durch eine Blende Ox mit variablem
Querschnitt ersetzt ist, die betätigt
werden kann, um den Querschnitt und somit den Durchfluß von mit
Sauerstoff angereichertem Gas durch den zweiten Fließweg F1b
der Durchflußsteuereinrichtung
F1 für
mit Sauerstoff angereichertes Gas zu erhöhen oder zu verringern.
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In
jedem Beispiel kann während
Konditionierung der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.
die Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 mit dem
Betrieb fortsetzen, während Lüftungsauslaßventile 13d, 13d', 14d, 14d' etc. der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.
geschlossen sind. Somit wird sich jedes MSOGS 13a, 13b, 14a, 14b etc.
und die Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases mit von der
Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 geliefertem
Sauerstoff bis zum Druck des Zufuhrgaseinlasses 17 füllen.
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Vorausgesetzt,
daß die
Belüftungsauslaßventile 12d, 12d', 13d, 13d' etc. die Lagerung
von Sauerstoff in den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
aufrechterhalten können,
und in Abhängigkeit
von der Kapazität
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13,
etc. und der Leitung 11 zur Zufuhr eines Atemgases etc.
wird eine Sauerstoffzufuhr zum Atmen in dem Fall, daß eine plötzliche
Kabinendekompression erfolgt, sofort zur Verfügung stehen und können somit
die Drucksauerstofflaschen 19, 20 überhaupt
nicht erforderlich sein.
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Es
kann irgendeine Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
vorgesehen sein, die zum Bereitstellen von ausreichendem Sauerstoff
zum Atmen für
eine längere
Zeitdauer, z.B. wenigstens 30 Minuten, und zum Liefern einer angemessen
schnellen Anlaufzeit angemessen ist. Eine größere Anzahl von Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
mit geringerer Kapazität
kann vorgesehen sein, wenn dies zum Packen im Flugzeug wesentlich
ist, oder es kann eine geringere Anzahl von Sauerstoffaufßereitungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
mit größerer Kapazität vorgesehen
sein, wenn Platz vorhanden ist. In einem praktischen Beispiel können die
Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13, 14 etc.
in einer linearen Anordnung angeordnet sein oder können sie
in einer radialen Anordnung, wie mit einem gemeinsamen Luftzufuhrplenum und/oder
Atemgaszufuhrplenum vorgesehen sein.
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Wenn
die Belüftungsventile 12d, 12d', 13d, 13d' nicht ausgestaltet
sind, um die Sauerstofflagerung in den Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen aufrechtzuerhalten,
werden die Molekularsiebbetten niedrigem Druck ausgesetzt werden,
wenn das Flugzeug in großer
Höhe in
Betrieb ist, wodurch der Zustand der Betten aufrechterhalten wird.
Falls gewünscht,
kann die Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 im Flug in einer
derartigen Situation kontinuierlich betrieben werden, um eine dauerhafte
Zufuhr von mit Sauerstoff angereichertem Gas zur Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases aufrechtzuerhalten und somit zu ermöglichen,
daß mit
Sauerstoff angereichertes Gas zur Zufuhr zu den Molekularsiebbetten
von jeder der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.
zur Verfügung
steht.
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Wenn
jede der Haupt 12- und Neben 13, 14 etc.
-Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen dieselbe ist, d.h. ein MSOG
mit allgemein derselben Kapazität ist,
wird man erkennen, daß jede
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
die Rolle der Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung spielen kann.
Vorzugsweise erfolgt die Auswahl einer Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12, 13, 14,
etc. zur Verwendung als eine Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung
aufeinanderfolgend, so daß sich
jede Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12, 13, 14 etc. beim
Zuführen
von mit Sauerstoff angereichertem Gas zum Reinigen der anderen Betten
abwechselt und für
eine Notfallsauerstofflagerung sorgt. Somit wird vor jedem Flug
oder einer Anzahl von Flügen oder
nach vielen Flugstunden eine andere Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12, 13, 14 etc.
ausgewählt.
Auf diese Weise wird jedes Bett in ähnlicher Weise altern.
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Die
beiden Betten 12a, 12b der Hauptsauerstoffanreicherungsvorrichtung 12 und
jedes der Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 13, 14 etc.
können,
im Betrieb, symmetrisch oder, falls gewünscht, asymmetrisch betrieben
werden.
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Statt
daß jede
Sauerstoffanreicherungsvorrichtung 12, 13 etc.
eine Einrichtung mit zwei Molekularsiebbetten 12a, 12b, 13a, 13b ist,
können
in einem modifizierten Beispiel einige oder alle der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen
drei oder mehr Betten haben, aber in jedem Fall, wenn die Sauerstoffanreicherungsvorrichtung
im Betrieb ist, ist vorzugsweise wenigstens ein Bett aktiv und adsorbiert
es Nichtsauerstoffgas, während
ein anderes der Betten gereinigt wird und vorzugsweise mit einem
kleinen Durchfluß von
mit Sauerstoff angereichertem Gas versorgt wird, das vorzugsweise
direkt von dem Adsorptionsbett bereitgestellt wird, um beim Reinigen
zu helfen.
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Man
wird erkennen, daß es
wünschenswert ist,
die Leistung der einzelnen Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
zu testen. Um dies zu erzielen, wird vorzugsweise periodisch jede
der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc. oder
sogar jedes einzelne Bett 12a, 12b, 13a, 13b derselben
aufeinanderfolgend betrieben, wobei der Gasdruck in der Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases z.B. durch einen Drucksensor 32 überwacht
wird und/oder die Sauerstoffkonzentration in der Leitung zur Zufuhr
eines Atemgases z.B. durch Sensoren 33, 34 überwacht
wird. Durch Überwachen
des Drucks kann die Leistung der einzelnen Einlaß- und Auslaßventile 12c, 12d' etc. und die
Dichtheit gegen Fluide von Behältern
etc., die die Molekularsiebbettenmaterialien enthalten, getestet
werden. Durch Überwachen
des Sauerstoffgehalts des Gases in der Atemgasleitung 112 kann
die Leistung, z.B. der Zustand der Verschmutzung des Molekularmaterials
der Betten 12a, 12b, 13a, 13b etc. überwacht
werden und wird in beiden Fällen
eine Abhilfemaßnahme
nach Bedarf ergriffen.
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Wenn
es erwünscht
wird, eine Sauerstoffzufuhr während
des Flugs bereitzustellen, kann wenigstens eine der Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen, typischerweise
die Hauptzufuhreinrichtung 12, von der Leitung 11 zur
Zufuhr eines Atemgases getrennt werden, um zu ermöglichen,
daß die
Sauerstoffzufuhr zur Verfügung
steht. Diese Sauerstoffzufuhr kann in Verbindung mit dem Umgebungssteuersystem,
das gewöhnlich
in einem Flugzeug vorhanden ist, verwendet werden, um eine gewünschte Sauerstoffkonzentration
in der unter Druck stehenden Kabine während eines normalen Flugs
aufrechtzuerhalten. Somit kann die Größe eines Kompressors, der gegenwärtig erforderlich
ist, um Außenluft
in die Kabine unter Druck einzuleiten, oder sogar der Bedarf daran
vermieden werden.
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Zur
Reduzierung von Gewicht können
die Größen der
Haupt- und Nebensauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 etc.
sorgfältig
ausgewählt werden,
so daß eine
adäquate
Sauerstoffzufuhr zum Atmen auf der verringerten Flughöhe, z.B.
eine Atemgaszufuhr, die nur 80% Sauerstoff enthält, zur Verfügung steht,
statt daß schwerere
Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12, 13 und
mit größerer Kapazität bereitgestellt
werden, die eine maximale Konzentration von Sauerstoff in dem Atemgas
zuführen
können,
die im Falle von Molekularsiebbetten bis zu 97% betragen kann.
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Das
beschriebene Atemsystem 10 kann bei einem Militärflugzeug
eingesetzt werden, wobei, wenn sich nur die Flugzeugbesatzung und
möglicherweise
eine oder wenige weitere Personen in dem Flugzeug befinden, aber
das gesamte Personal eine Atemgaszufuhr benötigt, weniger als alle Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen 12–14 betrieben
werden können,
während
die Adsorptionsbetten von ungebrauchten Vorrichtungen konditioniert
bleiben, so daß für irgendeine
zukünftige
Mission, wenn sich mehr Personal in dem Flugzeug befindet, die Kapazität des Atemgassystems 10 leicht
erhöht
werden kann.
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Eine
Atemgaszufuhr kann in einem Militärflugzeug zum Beispiel erforderlich
sein, wenn das Flugzeug einer Schädigung der Kabine aufgrund feindlichen
Feuers unterliegt oder wenn die Kabine für Aktivitäten in der Atmosphäre, z.B.
während Falschschirmsprüngen, offen
ist, oder wenn die Kabinenluft kontaminiert ist.