DE60300751T2

DE60300751T2 - Sauerstoff- und Inertgasgenerator

Info

Publication number: DE60300751T2
Application number: DE60300751T
Authority: DE
Inventors: Victor P. Davenport Crome
Original assignee: Carleton Life Support Systems Inc
Current assignee: Cobham Mission Systems Davenport LSS Inc
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: EP1375349A1; DE60300751D1; US6997970B2; US20030233936A1; EP1375349B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Sauerstoff- und Inertgasgenerator, der in Luftfahrzeugen verwendbar ist, und insbesondere betrifft sie ein hybrides System zum Erzeugen von Sauerstoff an Bord (OBOGS = On Board Oxygen Generating System) und ein System zum Erzeugen von Inertgas an Bord (OBIGGS = On Board Inert Gas Generating System).
Beschreibung der einschlägigen Technik
Die Erfindung widmet sich dem an Bord vieler Luftfahrzeuge vorhandenen Bedarf an mit Sauerstoff und Stickstoff angereicherten Gasen. Sauerstoff wird im Fall einer Dekompression des Flugpassagierraums auf Drücke, die Höhen über 3.048 m (10.000 Fuß) entsprechen, benötigt. Auch ist es möglich, dass einige Passagiere mit Lungenstörungen Sauerstoff benötigen. Stickstoff ist erforderlich, um den Raum über dem Kraftstoff in den Kraftstofftanks, der auch als Schwundraum bezeichnet wird, inert zu machen, um die Möglichkeit explosiver Bedingungen zu verringern. Stickstoff kann auch dazu verwendet werden, das Löschen von Feuern in den Frachträumen zu unterstützen.
Allgemein wurden zwei Technologien dazu verwendet, aus Druckluft, wie sie von den Motorspül-Luftquellen verfügbar ist, mit Sauerstoff angereichertes und mit Stickstoff angereichertes Gas an Bord eines Luftfahrzeugs zu liefern. Ein an Bord Sauerstoff erzeugendes System (OBOGS) und ein an Bord ein Inertgas erzeugendes System (OBIGGS) unter Verwendung von Molekularsieben und eines Druckschwankungs-Adsorptionsprozesses (PSA) wurden in weitem Umfang als eine Technologie zum Liefern von mit Sauerstoff bzw. Stickstoff angereicherten Gasen verwendet. Eine zweite Technik, die dazu verwendet wurde, mit Stickstoff angereichertes Gas zu liefern, wird allgemein als Technologie mit einer Hohlfasermembran (HIM) oder mit einer permeablen Mem bran (PM) bezeichnet.
Die Vorgehensweise unter Verwendung von Molekularsieben und des PSA-Prozesses ist allgemein als beste Art zum Erzeugen von mit Sauerstoff angereichertem Gas an Bord eines Luftfahrzeugs akzeptiert, wenn die Reinheitserfordernisse weniger als ungefähr 95% Sauerstoff betragen. Die PSA- und HFM-Technologien, die dazu verwendet werden, mit Stickstoff angereichertes Gas zu erzeugen, zeigen abhängig von den verfügbaren Ressourcen im Luftfahrzeug, Gasflussraten sowie der gewünschten Reinheit des mit Stickstoff angereicherten Gases sowie der Umweltbedingungen wie der Temperatur, des Luftversorgungsdrucks und des Umgebungs-Absolutdrucks, oder der Höhe, spezielle Vorteile und Nachteile. Jeder Parameter beeinflusst die Leistungsfähigkeit jeder Technologie auf andere Weise. Z.B. arbeitet eine Technologie auf PSA-Basis bei Temperaturen von ungefähr 21°C (70° Fahrenheit) besser, während die HFM-Technologie bei Temperaturen von ungefähr 71°C (160° Fahrenheit) besser arbeitet. Es existieren viele Parameter, die berücksichtigt werden müssen, um diese Technologien für jede Anwendung am effektivsten und besten zu nutzen.
Es erfolgten viele Versuche zum Herausfinden einer Synergie beim Anwenden von Gastrenntechniken an Bord eines Luftfahrzeugs zum Erzeugen von mit Sauerstoff und mit Stickstoff angereicherten Gasen unter Verwendung von weniger Motorspülluft und elektrischer Energie, und/oder die Größe und das Gewicht der Gastrennsysteme zu verringern. Einer der erfolgreichen Versuche ist die Kombination von OBOGS/OBIGGS, wie im Luftfahrzeug V-22 verwendet. Dieses System verwendet zwei Typen von Molekularsieben und denselben PSA-Prozess zum Erzeugen von mit Sauerstoff angereichertem Gas für die Atmung der Sauerstoffbesatzung und mit Stickstoff angereichertem Gas, um den Kraftstofftank-Schwundraum inert zu machen. Dieses System mit zwei Gasen sorgt durch gemeinsames Nutzen gemeinsamer Systemkomponenten wie des Einlassfilters, des Druckreduzierers, des PSA-Zyklusventils und der Steuerelektronik beider Gase für synergetische Effekte in Form verringerter Größe und Gewichts.
Die PSA-Technologie zum Konzentrieren von Sauerstoff sowie die HFM-Technologie zum Konzentrieren von Stickstoff verfügen jeweils über Grenzen hinsichtlich der Reinheit der erzeugten Gase und der Konzentration der Abgase, die mit anderen Primärbestandteilen in der Luft angereicherten werden, was als angereichertes Produktgas nicht erwünscht ist. Z.B. trennt das OBOGS auf PSA-Basis mit Sauerstoff angereichertes Gas für die Atmung ab, jedoch muss es auch mit Stickstoff angereichertes Gas ausblasen, das im Allgemeinen an die Umgebungsatmosphäre entsorgt wird. In ähnlicher Weise trennt das OBIGGS auf HFM-Basis mit Stickstoff angereichertes Gas zu Inertzwecken ab, jedoch muss es auch mit Sauerstoff angereichertes Gas ausblasen, das im Allgemeinen an die Umgebungsatmosphäre entsorgt wird.
Viele gingen davon aus, dass es wünschenswert wäre, das mit Stickstoff angereicherte Abgas aus dem OBOGS als Einlassgas für das HFM-OBIGGS zu verwenden, um dessen Leistungsfähigkeit zu verbessern, oder das mit Sauerstoff angereicherte Abgas aus dem OBIGGS als Einlassgas für das PSA-OBOGS zu verwenden, um dessen Leistungsfähigkeit zu verbessern. Jedoch benötigen die PSA- und HFM-Technologien für bestes Funktionsvermögen jeweils Druckdifferenzen von ihren Einlass- zu ihren Auslassstutzen. Im Allgemeinen arbeiten die OBOGS- und OBIGGS-Prozesse auf PSA-Basis bei einem Einlassluftdruck von 1,38 bis 4,14 Bar (20 bis 60 psig) gut, wobei das Abgas frei an die Umgebungsatmosphäre abgelassen werden kann. Die HFM-OBIGGS-Technologien arbeiten bei Einlassluftdrücken von ungefähr 1,72 Bar bis ungefähr 6,89 Bar (25 psig bis ungefähr 100 psig) gut, wobei die höheren Drücke bevorzugt sind.
Der an Bord eines Luftfahrzeugs verfügbare Einlassdruck liegt typischerweise im Bereich von ungefähr 1,38 bis 5,17 Bar (20 psig bis 75 psig), wobei die meisten Luftfahrzeug-Luftversorgungen in der unteren Hälfte dieses Bereichs liegen. Daher arbeitet eine typische Luftfahrzeug-Luftversorgung von 2,07 Bar (30 psig) als Versorgung sowohl für die OBOGS- als auch die OBIGGS-Technologie ziemlich gut, jedoch würde das Koppeln des Abgases vom OBOGS an den Einlass des OBIGGS die Funktionsfähigkeit des OBOGS beeinträchtigen. Dies würde das freie Ausblasen des Abgases während des PSA-Prozesses beschränken, während auch der Einlassdruck für das HFM-OBIGGS verringert würde. Bei jedem stünden nur ungefähr 1,05 Bar (15 psig) an Energie zum Betreiben jedes Prozesses zur Verfügung. Dies würde deutlich unter den bevorzugten Drücken liegen, wie sie für nahezu optimale Funktionsfähigkeit für jeden Prozess erwünscht sind.
Zwischen dem Auslass des OBOGS und dem Einlass des OBIGGS könnte ein Kompressor hinzugefügt werden, um die für jeden Gastrennprozess verfügbare effektive Druckdifferenz zu erhöhen. Das US-Patent Nr. 4,681,602 offenbart ein derartiges integriertes System zum Erzeugen von Inertgas und Atemgas in einem Luftfahrzeug unter Verwendung eines Kompressors zum Komprimieren des Abgases eines Gasgenerators vor der Eingabe in den anderen Gasgenerator. Jedoch macht der Mehraufwand betreffend die Größe, das Gewicht und die Kos ten des Kompressors den Gewinn betreffend die Leistungsfähigkeit der Gastrennung mehr als zunichte.
Das US-Patent Nr. 6,319,305 offenbart ein Gaserzeugungssystem zum Erzeugen einer Versorgungsmenge an Sauerstoff und eines Restgases, mit einer ersten Gastrennvorrichtung zum Abtrennen von mit Sauerstoff angereichertem Gas von einem Versorgungsgas, wobei ein Restgas verbleibt. Das erste mit Sauerstoff angereicherte Gas von der ersten Gastrennvorrichtung wird zum weiteren Abtrennen von Sauerstoff aus dem ersten mit Sauerstoff angereicherten Gas in eine zweite Gastrennvorrichtung eingegeben. Die zweite Gastrennvorrichtung erzeugt ein Produktgas, das zumindest hoch an Sauerstoff angereichert ist, und ein weiteres Restgas, wobei von der ersten und zweiten Gastrennvorrichtung mindestens eine über eine Keramikmembran verfügt, durch die Gasionen diffundieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Sauerstoff- und Inertgasgenerator zur Verwendung in Luftfahrzeugen zu schaffen, und spezieller ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Hybrid eines Systems zum Erzeugen von Sauerstoff an Bord (OBOGS) und eines Systems zum Erzeugen von Inertgas an Bord (OBIGGS) zu schaffen.
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, sind durch die Erfindung ein Gasgeneratorsystem gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erzeugen von Gasen gemäß dem Anspruch 15 geschaffen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung spiegeln sich in den abhängigen Ansprüchen wider. Insbesondere sind durch die Erfindung ein Luftfahrzeug gemäß dem Anspruch 12 und ein Verfahren zum Erzeugen von Gasen in einem Luftfahrzeug gemäß dem Anspruch 26 geschaffen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Vorstehende und ein besseres Verständnis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer beispielhaften Anführungsform sowie den Ansprüchen, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, die alle einen Teil der Offenbarung dieser Erfindung bilden. Während sich die vorstehende und die folgende schriftliche und gezeichnete Offenbarung auf die Offenbarung einer beispielhaften Ausführungsform konzentrieren, ist es deutlich zu beachten, dass dies nur zur Veranschaulichung und als Beispiel dient und dass die Erfindung nicht hierauf eingeschränkt ist. Der Schutzumfang der Erfindung ist nur durch die Begriffe der beigefügten Ansprüche eingeschränkt.
Die 1 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Sauerstoff- und Inertgasgenerators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung begonnen wird, sei das Folgende ordnungsgemäß angegeben. Wo geeignet, werden gleiche Bezugszahlen und Zeichen dazu verwendet, identische, entsprechende oder ähnliche Komponenten in verschiedenen Zeichnungsfiguren zu kennzeichnen. Ferner können in der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafte Größen/Modelle/Werte/Bereiche angegeben sein, wobei jedoch die Erfindung nicht hierauf eingeschränkt ist. Wenn spezielle Einzelheiten dargelegt werden, um eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben, sollte es dem Fachmann ersichtlich sein, dass die Erfindung ohne diese speziellen Einzelheiten, oder mit Variationen derselben, ausgeübt werden kann. Schließlich sollte es ersichtlich sein, dass verschiedene Kombinationen fest verdrahteter Steuerschaltungen sowie Softwareanweisungen dazu verwendet werden können, Ausführungsformen der Erfindung zu implementieren, d.h., dass die vorliegende Erfindung auf keinerlei spezielle Kombination von Hardware und Software eingeschränkt ist.
Eine neue Art von Synergie könnte realisiert werden, wenn das Abgas von einem Typ von Trennvorrichtung dazu verwendet werden könnte, einem der anderen Gasbedingungen zu genügen, ohne dass es erneut unter Druck zu setzen wäre. Es ist allgemein ersichtlich, dass die Reinheit des Sauerstoff-Aus-1asserzeugnisses von OBOGS-Sauerstoffkonzentriereinrichtungungen auf PSA-Basis abnimmt, wenn der Erzeugnisfluss zunimmt. Laborversuche weisen darauf hin, dass die Sauerstoffreinheit im Abgas auch dann abnimmt, wenn der Fluss des Sauerstofferzeugnisses erhöht wird. Herkömmliche OBOGS-Sauerstoffkonzentratoren auf PSA-Basis können Produktreinheitswerte von ungefähr 50% bis 95% Sauerstoff zur Atmung bzw. Abgas-Reinheitswerte von ungefähr 13% bis 20% Sauerstoff erzeugen. Laborversuche von OBOGS-Konzentratoren auf PSA-Basis haben auch gezeigt, dass das Erhöhen des Sauerstoffproduktflusses über das, was allgemein als das untere Ende der nutzbaren Sauerstoffreinheit von ungefähr 50% angesehen wird, dazu führt, dass die Sauerstoffrein heit des Abgases auf ungefähr 11% verringert ist. Der HFM-OBIGGS-Trennprozess kann Produktreinheitswerte von 1 bis 12% Sauerstoff erzeugen, wie sie von Nutzen sind, um Kraftstofftanks oder Frachträume inert zu machen, während das Abgas zu ungefähr 30% bis 40% aus Sauerstoff bestehen kann.
Die HFM-Abgas-Sauerstoffwerte können nahe bei nutzbaren Sauerstoffwerten liegen, wie sie Flugpassagiermasken nach einer Kabinendekompression zugeführt werden können, wenn das Luftfahrzeug bis in eine Höhe geringfügig über 3.048 m (10.000 Fuß) gefallen ist. Jedoch kann das Abgas vom HFM-Separator Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser enthalten, da diese Substanzen gemeinsam mit dem Sauerstoff ebenfalls durch die Faser dringen. Die Quellluft muss atembar sein, bevor sie durch das HFM zum Auslass strömt, wenn es vorgesehen ist, dass es sich um ein atembares Gas handelt. Sauerstoffkonzentratoren auf PSA-Basis entfernen diese Verunreinigungen aus dem Sauerstoffproduktstrom, und sie blasen sie von Bord ab.
Innerhalb der Luftraumindustrie ist es allgemein anerkannt, dass der Kraftstofftank-Schwundraum unter ungefähr 10% Sauerstoff enthalten sollte, um ein möglicherweise explosives Kraftstoff/Luft-Gemisch zu verhindern, und dass die Frachträume unter ungefähr 12% Sauerstoff enthalten sollten, nachdem ein Feuer unterdrückt wurde, um es an einem neuen Entzünden zu hindern. Dies würde es nahelegen, dass das Abgas von einem PSA-OBOGS im Bereich von 11 bis 13% Sauerstoff für sich selbst zu reich an Sauerstoff sein könnte, um die endgültige Forderung zu erreichen, Frachträume oder Kraftstofftanks innerhalb einer vernünftigen Zeitperiode inert zu machen. Jedoch kann selbst Abgas mit 13% Sauerstoff effektiv dazu genutzt werden, es zu beschleunigen, den Kraftstofftank oder den Frachtraum ausgehend von 20,8% auf einen niedrigeren Wert inert zu machen, da eine hohe volumetrische Flussrate und ein hoher Prozentsatz des Einlassluftstroms vorliegen, wodurch der Luftverbrauch verringert ist. Das Abgas von einem geeignet abgestimmten PSA-Sauerstoffkonzentrator ist während des frühen Zeitabschnitts, wie er zulässig ist, um den Kraftstofftank anfangs inert zu machen, auf Systemgewichtsbasis um einen Faktor von grob 2:1 effektiver als ein HIM.
Der Wert des Inertgasflusses, der dazu erforderlich ist, den Tank nach den anfänglichen 30 Minuten während des Abhebens des Luftfahrzeugs und der Reisegeschwindigkeitsflugsegmente inert zu halten, beträgt im Allgemeinen mehr als 50% desjenigen, der dazu erforderlich ist, den Tank zunächst inert zu machen. Daher kann das OBOGS dazu verwendet werden, Notsauerstoff für die Passagiere zu liefern, während das Gewicht des OBIGGS um ungefähr 20% gesenkt wird.
Obwohl das Abgas des OBOGS zuviel Sauerstoff enthält, um die Aufgabe, einen inerten Zustand zu erreichen, vollständig zu erfüllen, zeigt eine Computeranalyse, dass es während des ersten Abschnitts der Tank-Inertmachperiode effektiv genutzt werden kann. In Kombination mit einem HFM-OBIGGS kann das OBOGS-Abgas das Inertmachen des Tanks beschleunigen, ohne dass zusätzliches OBIGGS-Gewicht hinzukäme, wie es erforderlich wäre, wenn nicht das OBOGS-Abgas verwendet würde.
Die 1 ist ein Blockdiagramm eines Gastrennsystems, das dazu verwendet werden kann, Inertgas für Kraftstofftanks und Frachträume sowie Notsauerstoff für Flugpassagiere und Sauerstoff für Passagiere, die ihn zur Therapie benötigen, zu liefern. Das OBOGS-Abgas wird auch dazu verwendet, die oben genannten Inertmach-Erfordernisse zu unterstützen. Z.B. kann das OBOGS-Abgas dazu verwendet werden, Kraftstofftanks und Frachträume nach dem "Bekämpfen" eines Feuers inert zu machen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist davon ausgegangen, dass Erfordernisse hinsichtlich des OBOGS- und des OBIGGS-Produktgases nicht gleichzeitig mit irgendeinem der anderen Erfordernisse vorliegen. Z.B. ist es bei jedem Flug erforderlich, den Kraftstofftank inert zu machen, jedoch hätte das Inertmachen des Frachtraums gegenüber dem Inertmachen des Kraftstofftanks Vorrang, nachdem ein Feuer im Kraftraum bekämpft wurde. Sauerstoff zur Therapie für eine begrenzte Anzahl von Passagieren kann auf vielen Flügen erforderlich sein, jedoch hätte Notsauerstoff für alle Passagiere den Vorrang, und es würde immer noch die Sauerstofftherapie für diejenigen Passagiere verabreicht werden, die sie von Anfang an benötigen.
Die OBIGGS- und OBOGS-Einheiten könnten eine gemeinsame Quelle für Druckluft gemeinsam haben, nachdem diese geeignete Vorrichtungen zum Einstellen der Temperatur, von Teilchen und Feuchtigkeit durchlaufen haben, wie einen oder mehrere Wärmetauscher, Filter und Wasserscheider. Jede OBIGGS- und OBOGS-Einheit könnte mit einem ferngesteuerten Sperrventil versehen sein, um es zu ermöglichen, nur diejenigen Einheiten zu aktivieren, die für spezielle Szenarien benötigt werden. Z.B. sind OBIGGS-Produktflüsse im Allgemeinen höher, um zunächst die Kraftstofftanks inert zu machen, und sie sind während der Steig- und Reisegeschwindigkeitsphase des Luftfahrzeugs niedriger. Der OBOGS-Sauerstofffluss kann dann eher niedrig sein, wenn einige wenige Passagiere Sauerstoff zur Therapie benötigen, jedoch wäre er nach einem Verlust des Kabinendrucks bei Luftfahrzeughöhen von über 10.000 Fuß hoch.
Gespeicherten Sauerstoff enthaltende Druckflaschen können dazu verwendet werden, Notsauerstoff für Passagiere unmittelbar nach einer Kabinendekompression zu liefern. Dies würde die erforderliche Zeitperiode schaffen, um Luft an die OBOGS-Einheiten zu liefern und den Sauerstoff-Konzentrationsprozess zu starten. Die OBOGS-Einheiten könnten Notsauerstoff für jede längere erforderliche Zeitperiode liefern.
Ein Sauerstoffmonitor könnte dazu verwendet werden, die Reinheit jedes mit Sauerstoff oder mit Stickstoff angereicherten Gases, das zum Erfüllen eines Bedarfs verwendet wird, zu überwachen. In diesem Fall werden drei getrennte Quellen nutzbarer Produktgase angenommen und für jede kann ein getrennter Monitor verwendet werden, oder ein einzelner Monitor mit Produktprobenventilen kann dazu verwendet werden, jedes Gas nach Bedarf zu überwachen.
Gemäß der 1 wird Spülluft durch einen Wärmetauscher 110 geschickt, um die Lufttemperatur auf einen für das OBIGGS geeigneten Wert zu senken, und sie wird durch einen weiteren Wärmetauscher 111 geschickt, um die Lufttemperatur weiter auf einen für das OBOGS geeigneten Wert zu senken. Nachdem die Luft den Wärmetauscher 110 durchlaufen hat, wird sie durch einen Filter/Wasserscheider 120 geliefert, um Wasser und verschiedene Verunreinigungen, wie Teilchen, zu beseitigen.
Die gefilterte, feuchtigkeitsfreie Luft vom Filter/Wasserscheider 120 wird dann in OBIGGS-Einheiten 130 und 140 sowie OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 eingegeben. Während zwei OBIGGS-Einheiten 130 und 140 sowie drei OBOGS-Einheiten 120, 180 und 190 dargestellt sind, ist es selbstverständlich ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellte spezielle Anzahl von Einheiten beschränkt ist. Ferner können Sperrventile 155 und 125 optional vorhanden sein, um jeweilige OBIGGS- oder OBOGS-Einheiten abzuschalten, die nicht benötigt werden.
Die Inertgas(Stickstoffgas)-Ausgangsmengen der OBIGGS-Einheiten 130 und 140 werden kombiniert und durch ein Rückschlagventil 270 sowie ein Steuerventil 280 und Steueröffnungen 290 und 310 geführt. Das von den Steueröffnungen 290 und 310 ausgegebene Inertgas wird in den Kraftstofftank 320 bzw. den Frachtraum 330 ausgegeben, um die Möglichkeit explosiver Bedingungen im Kraftstofftank 320 zu verringern und dazu beizutragen, Feuer im Frachtraum 330 zu löschen.
Die Sauerstoffgas-Ausgangsmengen der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 werden kombiniert und Steuerventile 210 und 230 eingegeben. Die Ausgangsmenge des Steuerventils 210 wird in Not-Sauerstoffmasken 340 eingegeben. Die Ausgangsmenge des Steuerventils 230 wird durch eine Steueröffnung 240, die von fester oder variabler Größe sein kann, geleitet.
Außerdem wird die Abgas-Ausgangsmenge der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190, die hauptsächlich aus Stickstoffgas besteht, durch ein Steuerventil 160 und ein Rückschlagventil 165 geleitet und in ein Steuerventil 250 eingegeben, das das Abgas von den OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 selektiv an den Kraftstofftank 320 oder den Frachtraum 330 ausgibt.
Die Ausgangsmengen von Sauerstofftanks 350 und 360 laufen durch jeweilige Regler 355 bzw. 365 sowie jeweilige Flusssteuereinheiten 370 bzw. 380 und jeweilige Rückschlagventile 390 bzw. 400, deren Ausgangsmengen ebenfalls an die Not-Sauerstoffmasken 340 geliefert werden.
Sauerstoffmonitore 150, 260 und 200 sind vorhanden, um den Sauerstoffgehalt im von den OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 ausgegebenen Inertgas, die mit Stickstoff angereicherten Inertgas-Ausgangsmengen der OBIGGS-Einheiten 130 und 140 und die mit Sauerstoff angereicherten Gasausgangsmengen der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 zu messen. Selbstverständlich können die drei Sauerstoffmonitore 150, 260 und 200 durch einen einzelnen Sauerstoffmonitor und ein geeignetes Steuerventil ersetzt werden.
Das in der 1 veranschaulichte System arbeitet in vier Grundbetriebsmodi, nämlich einem ersten oder Kraftstofftank-Inertmachmodus, einem zweiten oder Notsauerstoff-an-Passagiere-Modus, einem dritten oder Frachtraum-Inertgasmodus und einem vierten oder Sauerstofftherapiemodus.
Die Verwendung der OBIGGS-Einheiten zum Inertmachen des Kraftstofftanks ist der üblichste Betriebsmodus, und er wird dauernd verwendet, solange kein Notfall existiert. Wenn ein Inertmachen des Frachtraums erforderlich ist, wird das Inertgas zum Frachtraum 330 geleitet. Im Kraftstofftank-Inertmachtmodus wird Einlassluft zu den OBIGGS-Einheiten 130 und 140 geleitet, die unmittelbar damit beginnen, nach dem Aufbau des Einlassluftdrucks Inertgas an den Kraftstofftank 320 zu liefern. Das Inertgas strömt durch das Rückschlagventil 270, das normalerweise offene Produktauswahlventil 280, die Flusssteueröffnung 290 und dann in den Kraftstofftank 320. Ein anfängliches Inertmachen kann unter Verwendung des Abgases der OBOGS-Einheiten unterstützt werden. Durch Öffnen des Sperrventils 125 werden die OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 gestartet. Das Ventil 230 wird auch geöffnet, um für eine bekannte Ausgangsströmung aus den OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 zu liefern, um ungefähr 12% Sauerstoff in der von diesen erzeugten Abgas-Ausgangsmenge zu erzeugen. Das Ventil 160 wird aktiviert, um das Abgas von den OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 durch das Auswahlventil 250 und in den Kraftstofftank 320 zu liefern, um die Ausgangsmenge der OBIGGS-Einheiten 130 und 140 zu ergänzen.
Im Notsauerstoff-an-Passagiere-Modus werden, nach einer Kabinendekompression, die Flusssteuereinheiten 370 und 380 aktiviert, um während des Startens der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 Sauerstoff von den Druckflaschen 350 und 360 zu liefern. Zunächst ist das Ventil 210 geschlossen, bis die geeignete Sauerstoffkonzentration erreicht ist, und dann wird es geöffnet, um Sauerstoff an die Passagiere zu liefern. Im Sauerstofftherapiemodus, der optional sein kann, wird das Ausgangsgas einer oder mehrerer der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 dazu verwendet, mit Sauerstoff angereichertes Gas für Passagiere, das einer Sauerstofftherapie genügt, zu liefern. Die Ventile 125 und 210 werden geöffnet, um Einlassluft an das OBOGS und das Produktgas von diesem zu liefern. Dieser optionale Modus benötigt das Hinzufügen des Ventils 250, um zu verhindern, dass Sauerstoff in alle Passagiermasken strömt. Das Spülventil 225 wird dazu verwendet, ein Ablass jeglicher Restgase in den Anfangsstadien des Notsauerstoff-an-Passagiere-Modus zu ermöglichen. Die Steueröffnung 220 sorgt für eine bekannte Auslassströmung während der Startbedingungen. Das Ventil 230 wird geschlossen und das Ventil 160 wird in die normalerweise offene Stellung gebracht, um einfach Abgas abzulassen.
Im Frachtraum-Inertmachmodus können das Ausgangsgas der OBIGGS-Einheiten 130 und 140 und das ausgelassene Abgas der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 zum Frachtraum 330 geleitet werden. Das Ventil 280 wird aktiviert, um das Ausgangsgas der OBIGGS-Einheiten 130 und 140 zum Frachtraum 330 zu leiten, und das Ventil 250 wird ebenfalls aktiviert, um die Abgas-Ausgangsmenge der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 an den Frachtraum 330 zu leiten.
Spezielle Einzelheiten der OBIGGS-Einheiten 130 und 140 und der OBOGS-Einheiten 170, 180 und 190 sind der Kürze halber weggelassen. Spezielle zuge hörige Einzelheiten sind in den US-Patenten 4,870,960, 5,071,453, 5,766,310, 5,858,063, 6,063,169 und 6,394,089 offenbart.
Damit wird die Beschreibung der speziellen Ausführungsform abgeschlossen. Obwohl die Erfindung unter eine veranschaulichende Ausführungsform derselben beschrieben wurde, ist es zu beachten, dass vom Fachmann zahlreiche andere Modifizierungen und Ausführungsformen entworfen werden können, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Genauer gesagt, sind hinsichtlich der Bauteile und/oder der Anordnungen der einschlägigen Kombinationsanordnungen innerhalb des Schutzumfangs der vorstehenden Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche vernünftige Variationen und Modifizierungen möglich, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird. Zusätzlich zu Variationen und Modifizierungen der Bauteile und/oder der Anordnungen sind dem Fachmann auch alternative Anwendungen ersichtlich.

Claims

Gasgeneratorsystem mit: – mindestens einem an Bord befindlichen Sauerstoff-Erzeugungssystem – OBOGS – (170, 180, 190), das so ausgebildet ist, dass es Eingangsluft erhält und aus dieser Sauerstoff erzeugt; und – mindestens einem an Bord befindlichen Inertgas-Erzeugungssystem – OBIGGS – (130, 140), das so ausgebildet ist, dass es Eingangsluft erhält und aus dieser Inertgas erzeugt; und – wobei vom mindestens einen OBOGS ausgegebenes Abgas dazu verwendet wird, selektiv für eine Zusatzzufuhr von Inertgas zu sorgen.
System nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine OBOGS zwei OBOGSs entspricht.
System nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine OBIGGS zwei OBIGGSs entspricht.
System nach Anspruch 1, bei dem das Inertgas Stickstoff enthält.
System nach Anspruch 1, ferner mit einer Zusatzquelle (350, 360) für Sauerstoff.
System nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Steuerungsventil (160) und einem zweiten Steuerungsventil (250), wobei das erste Steuerungsventil das vom mindestens einen OBOGS ausgegebene Abgas selektiv entweder an die Atmosphäre oder das zweite Steuerungsventil liefert, und das zweite Steuerungsventil das vom mindestens einen OBOGS ausgegebene Abgas selektiv an eine dieser zwei Stellen liefert.
System nach Anspruch 1, ferner mit mindestens einem Wärmetauscher (110), der Luft mit einer ersten Temperatur erhält und Luft mit einer zweiten Temperatur sowohl an das OBOGS als auch das OBIGGS liefert.
System nach Anspruch 1, ferner mit mindestens einem Filter/Wasserabscheider, der Luft erhält und gefilterte Luft mit verringertem Wassergehalt sowohl an das OBOGS als auch das OBIGGS liefert.
System nach Anspruch 5, bei dem die Zusatzquelle für Sauerstoff mindestens einen Behälter mit komprimiertem Sauerstoff aufweist.
System nach Anspruch 1, ferner mit mindestens einem Sauerstoffmonitor (150, 200, 260).
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein oder das mindestens eine an Bord befindliche Sauerstoff-Erzeugungssystem – OBOGS – und mindestens ein oder das mindestens eine an Bord befindliche Inertgas-Erzeugungssystem – OBIGGS – einen gemeinsamen Lufteingang (100) haben.
Luftfahrzeug mit: – einem Gasgeneratorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche; – einem Passagierraum (340); – einem Kraftstofftank (320) und – einem Frachtraum (330); – wobei das mindestens eine an Bord befindliche Sauerstoff-Erzeugungssystem – OBOGS – so ausgebildet ist, dass es den Sauerstoff an den Passagierraum liefert; – wobei das mindestens eine an Bord befindliche Inertgas-Erzeugungssystem – OBIGGS – so ausgebildet ist, dass es das Inertgas selektiv an den Kraftstofftank oder den Frachtraum liefert; und – wobei das ausgegebene Abgas dazu verwendet wird, selektiv für eine Zusatzzufuhr von Inertgas entweder an den Kraftstofftank oder den Frachtraum zu sorgen.
Luftfahrzeug nach Anspruch 12, ferner mit einer Zusatzquelle (350, 360) für Sauerstoff zum selektiven Liefern von Sauerstoff an den Passagierraum.
Luftfahrzeug nach Anspruch 12, ferner mit einem ersten Steuerungsventil (160) und einem Steuerungsventil (250), wobei das erste Steuerungsventil das vom mindestens einen OBOGS ausgegebene Abgas selektiv entweder an die Atmosphäre oder das zweite Steuerungsventil liefert, und das zweite Steuerungsventil das vom mindestens einen OBOGS ausgegebene Abgas selektiv entweder an den Kraftstofftank oder den Frachtraum liefert.
Verfahren zum Erzeugen von Gasen, umfassend: – Erzeugen von Sauerstoff durch mindestens ein an Bord befindliches Sauerstoff-Erzeugungssystem – OBOGS – (170, 180, 190) aus Eingangsluft; – Erzeugen von Sauerstoff durch mindestens ein an Bord befindliches Inert gas-Erzeugungssystem – OBIGGS – (130, 140) aus Eingangsluft; und – selektives Versorgen mit einer Zusatzzufuhr von Inertgas unter Verwendung von Abgas, wie es vom mindestens einen OBOGS ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das mindestens eine OBOGS zwei OBOGSs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das mindestens eine OBIGGS zwei OBIGGSs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Inertgas Stickstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit einer Zusatzquelle (350, 360) für Sauerstoff.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das selektive Zuführen des vom mindestens einen OBOGS ausgegebenen Abgases entweder an die Atmosphäre oder eine von zwei Stellen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Erhalten von Luft einer ersten Temperatur und das Liefern bei einer zweiten Temperatur an sowohl das OBOGS als auch das OBIGGS.
verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Erhalten von Luft und das Liefern gefilterter Luft mit verringertem Wassergehalt sowohl an das OBOGS als auch das OBIGGS.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Zusatzquelle für Sauerstoff solchen aus mindestens einem Behälter komprimierten Sauerstoffs liefert.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Überwachen des Sauerstoffgehalts mindestens eines der Gase.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–24, bei dem mindestens ein oder das mindestens eine an Bord befindliche Sauerstoff-Erzeugungssystem – OBOGS – und mindestens ein oder das mindestens eine an Bord befindliche Inertgas-Erzeugungssystem – OBIGGS – einen gemeinsamen Lufteingang (100) haben.
Verfahren zum Erzeugen von Gasen in einem Luftfahrzeug mit einem Passagierraum, einem Kraftstofftank und einem Frachtraum, umfassend: – das Verfahren zum Erzeugen von Gasen nach einem der Ansprüche 15–25; – wobei der mit dem mindestens einen an Bord befindlichen Sauerstoff-Erzeugungssystem – OBOGS – erzeugte Sauerstoff an den Passagierraum (340) des Luftfahrzeugs geliefert wird; – das durch das mindestens eine an Bord befindliche Inertgas-Erzeugungssystem – OBIGGS – erzeugte Inertgas selektiv entweder an den Kraftstofftank (320) oder den Frachtraum (330) des Luftfahrzeugs geliefert wird; und – die Zusatzzufuhr von Inertgas unter Verwendung von Abgas, wie es vom mindestens einen OBOGS ausgegeben wird, selektiv an den Kraftstofftank oder den Frachtraum erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend das selektive Bereitstellen einer Zusatzquelle für Sauerstoff (350, 360) für den Passagierraum.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend das selektive Zuführen des vom mindestens einen OBOGS ausgegebenen Abgases zur Atmosphäre oder entweder den Kraftstofftank oder den Frachtraum.