DE69312644T2

DE69312644T2 - Gasversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE69312644T2
Application number: DE69312644T
Authority: DE
Inventors: Trevor Paul Benson
Original assignee: Ultra Electronics Ltd
Current assignee: Ultra Electronics Ltd
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: EP0598553A1; GB2272492A; DE69312644D1; EP0598553B1; ES2104074T3; GB2272492B; US5405249A; GB9223606D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasversorgungseinrichtung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Sauerstoffversorgungseinrichtung für ein Flugzeug.
Zivilflugzeuge für Passagierbeförderung führen für den Notfall, zum Beispiel bei Druckverlust, eine Sauerstoffversorgungseinrichtung an Bord mit. Die Einrichtung umfaßt eine Anzahl von Sauerstofftanks oder -flaschen, die, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet, von einem von der Bodenmannschaft bedienten Versorgungstank aus mit Sauerstoff gefüllt werden. Internationalen Sicherheitsbestimmungen zufolge darf ein Passagierflugzeug nicht starten, wenn die an Bord befindliche Einrichtung nicht vollständig aufgefüllt ist. Wenn keine Sauerstoffversorgungstanks zur Verfügung stehen oder keine Bodenmannschaft bereitsteht, sie zu bedienen, kann es somit zu Verzögerungen beim Start von Flugzeugen kommen.
Kompakte Verdichtereinheiten, die leicht genug sind, in einem Flugzeug mitgeführt zu werden, sind bereits bekannt. Wegen der Gefahr, daß Sauerstoff aus dem Verdichter austritt und sich mit dem Schmieröl vermischt, ist es allerdings unmöglich gewesen, sie zur Versorgung der bordeigenen Einrichtung mit Sauerstoff einzusetzen. Das resultierende Gemisch aus Öl und Sauerstoff ist höchst gefährlich, da es brennbar ist oder explodieren kann.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Sauerstoffversorgungseinrichtung mit einem Verdichter, bei dem die Gefahr eines derartigen Austritts wesentlich reduziert oder eliminiert ist.
Die Erfindung stellt daher im weitesten Sinne eine Gasversorgungseinrichtung bereit, die folgendes umfaßt: Separatormittel zum Trennen eines gewünschten Gases von einem Gasgemisch und Liefern des gewünschten Gases zu einem Auslaß für das gewünschte Gas und eines Abgases zu einem Abgasauslaß; einen Verdichter mit einem Kolbenhohlraum, der mit dem Auslaß für das gewünschte Gas verbunden ist und mindestens einen Verdichterkolben enthält, um das gewünschte Gas zu verdichten und dies zu einem Druckgasauslaß zu liefern, einen Spülhohlraum, bei dem ein Spüleinlaß mit dem Abgasauslaß verbunden ist und einen Spülauslaß aufweist, damit alles gewünschte Gas, das aus dem Kolbenhohlraum in den Spülhohlraum austritt, vom Abgas gespült wird.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei dem Gasgemisch um Luft handelt, aus der Sauerstoff abgetrennt wird. Bei dem Abgas aus dem Separationsprozeß handelt es sich dann um die verbleibenden Bestandteile der Luft, d.h. hauptsächlich Stickstoff und Kohlendioxid mit Spuren anderer Gase. Dies wird im wesentlichen inert sein. Das Gemisch aus Schmieröl und Spülgas ist somit im wesentlichen inert und stellt ein unbrennbares Gemisch dar. Im schlimmsten Fall eines vollständigen Austritts von Sauerstoff am Kolben vorbei in den Spülhohlraum wird es sich bei dem resultierenden Spülausstoß um Druckluft handeln, die nur eine geringe Konzentration an Sauerstoff aufweist und deshalb weniger gefährlich ist.
Der Spülhohlraum umfaßt vorzugsweise einen zwischen einem ersten Hohlraum, der geschmierte Teile des Verdichters enthält, und dem Kolbenhohlraum angeordneten Hohlraum, damit das Abgas alles Schmiermittel, das aus dem ersten Hohlraum in den Spülhohlraum austritt, ausspült.
In dem Fall, in dem das Gasgemisch aus Luft besteht, aus der der Sauerstoff abgetrennt wird, wird das Schmiermittel somit von einem Abgas ausgespült, das inert ist. Der erzeugte Spülausstoß ist im wesentlichen unbrennbar, da das inerte Gas die Explosionsgefahr bedeutend reduziert. Wenn Sauerstoff aus dem Kolbenhohlraum in den Spülhohlraum austritt, wird im schlimmsten Fall die Konzentration an Sauerstoff nicht die der Luft, aus der er abgetrennt wird, übersteigen. Im schlimmsten Fall wird der Spülausstoß lediglich die gleiche Brennbarkeit aufweisen wie ein Luft-Schmiermittel-Gemisch.
Die Einrichtung wird zweckmäßigerweise Speichermittel enthalten, die an den Druckgasauslaß angeschlossen sind, um von dort geliefertes Druckgas zu speichern. Zu den geeigneten Speichermitteln zählen Gasflaschen, doch kann auch jedes andere bekannte Mittel verwendet werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Es wird nun, lediglich beispielhaft, anhand der beiliegenden Zeichnungen eine besondere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
Figur 2 einen teilweisen Längsschnitt durch einen in der in Figur 1 gezeigten Einrichtung verwendeten Verdichter.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 befindet sich eine Gasversorgungseinrichtung 1 zur Versorgung mit Sauerstoff an Bord eines (nicht gezeigten) Passagierflugzeuges und umfaßt eine Sauerstoffseparatoreinheit 2 mit einem Lufteinlaß 3, einem Sauerstoffauslaß 4 und einem Abgasauslaß 5. Die der Einrichtung zugeführte Luft ist auf bekannte Weise von dem Triebwerk des Flugzeugs abgeleitet. Der Sauerstoffauslaß 4 ist an einen Kolbenhohlraum 6 einer Verdichtereinheit 7 angeschlossen, die einen den Hohlraum 6 definierenden Kolbenhohlraumkörper 27, einen über eine abgedichtete Verbindung 52 mit dem Körper 27 verbundenen Kolbenboden 50 und innerhalb des Hohlraums 6 arbeitende Kolben 17, 18 umfaßt.
Die Verdichtereinheit 7 weist zwei weitere Haupthohlräume auf, einen ersten Hohlraum 8, der diejenigen Teile enthält, die geschmiert werden, und einen Spülhohlraum 9, der einen inneren Spülhohlraum 9a und einen äußeren Spülhohlraum 9b umfaßt. Der innere Spülhohlraum 9a trennt den Kolbenhohlraum 6 vom ersten Hohlraum 8. Der äußere Spülhohlraum 9b ist durch eine äußere Buchse 49 definiert, die die abgedichtete Verbindung 52 zwischen dem Kolbenboden 50 und dem Kolbenhohlraumkörper 27 umgibt. Diese beiden Spülhohlräume sind über eine Öffnung 46 miteinander verbunden. Der Abgasauslaß 5 der Separatoreinheit 2 ist über eine Einlaßöffnung 51 mit dem äußeren Spülhohlraum 9b und der innere Spülhohlraum 9a ist über eine Auslaßöffnung 47 mit einem Spülauslaß 10 verbunden.
Der Kolbenhohlraum 6 weist einen Druckgasauslaß 11 auf, der mit einer Speicherflasche 12 verbunden ist. Ein Druckregler 13 ist zwischen der Speicherflasche 12 und mehreren Sauerstoffmasken 14, die über den (nicht gezeigten) Sitzpositionen verstaut sind, angeschlossen. Die Masken 14 können (auf wohlbekannte Weise) entfaltet werden, damit sie im Notfall von den Passagieren aufgesetzt werden können. Ein von der Generatoreinrichtung des Flugzeugs mit Strom versorgter Elektromotor 15 führt über eine Welle 16 dem Verdichter 7 die notwendige Triebkraft zu.
In Figur 2 ist die Verdichtereinheit 7 ausführlich gezeigt. Der Kolbenhohlraum 6 enthält vier Kolben, von denen nur die Kolben 17, 18 gezeigt sind. Die Kolben sind progressiv dimensioniert, wobei Kolben 17 der größte, Kolben 18 der zweitgrößte, die nicht gezeigten Kolben der drittgrößte und der kleinste Kolben sind. Die Kolben sind auf wohlbekannte Weise durch eine Ventilanordnung miteinander verbunden, um auf später noch zu beschreibende Weise vier aufeinanderfolgende Verdichtungsstufen bereitzustellen. Die Kolben weisen ringförmige Kolbenbodendichtungen 19, 20 auf, die in Umfangsnuten 21, 22 der Kolbenböden gehalten sind. Ringförmige elastomere Dichtungen 23, 24 bilden eine Abdichtung zwischen den Kolbenstangen 25 und 26 und dem Kolbenhohlraumkörper 27.
Die Kolbenstangen 25, 26 gehen durch den Körper 27 in den inneren Spülhohlraum 9a, der durch einen den Spülhohlraum definierenden Körper 28 und den Körper 27 definiert ist. An den Enden jeder Kolbenstange stößt ein Kolbenstellantrieb 29, 30 an, wobei zwei der vier gezeigt sind. Die Kolbenstellantriebe 29, 30 sind axial gleitend in zylindrischen Bohrungen 31, 32 angeordnet, die in dem den inneren Spülhohlraum definierenden Körper 28 ausgebildet sind. Öldichtungen 33 und 34 aus elastomerem Material bilden Abdichtungen zwischen den Stellantrieben 29, 30 und dem den inneren Spülhohlraum definierenden Körper 28. In dem einen Ende jedes Kolbenstellantriebs 29 und 30 ist eine Muffe 35, 36 aus Kunststoffmaterial angeordnet, in der ein Kugelende 37, 38 eines Stellantriebgelenkzapfens 39, 40 arretiert ist, wodurch ein Kugelgelenk gebildet wird. Das andere Ende jedes Stellantriebgelenkzapfens 39, 40 ist ebenfalls als Kugel 41, 42 ausgebildet, die in Muffen 43, 44 aus Kunststoffmaterial in einer Taumelscheibenanordnung 45 einer in der Technik wohlbekannten Art arretiert ist, die derart geneigt ist, daß sie bei Drehung durch die Welle 16 die Stellantriebsgelenkzapfen 39, 40 axial zieht und drückt. Die so hervorgerufene Hin- und Herbewegung wird an die Kolben 17, 18 weitergeleitet, die von dem Sauerstoffauslaß 4 eingeführten Sauerstoff verdichten. Der größte Kolben 17 bildet eine erste Verdichtungsstufe, und der von ihr verdichtete Sauerstoff wird über die Ventilanordnung zu dem zweitgrößten Kolben 18 weitergeleitet, wo er weiter verdichtet wird. Der verdichtete Sauerstoff von Kolben 18 wird nacheinander zu den beiden anderen Kolben weitergeleitet, wo er weiter verdichtet wird. Der verdichtete Sauerstoff wird vom Kolbenhohlraum 6 über den Druckgasauslaß 11 zu dem weiter oben beschriebenen Speichermittel 12 geleitet.
Die Komponenten des ersten Hohlraums 8 werden durch darin enthaltenes Öl geschmiert. Die Öldichtungen 33, 34 sind so ausgelegt, daß sie einen Austritt von Öl aus dem ersten Hohlraum 8 an den Kolbenstellantrieben 29, 30 vorbei verhindern. Wenn aber diese Dichtungen versagen, tritt Öl in den inneren Spülhohlraum 9a aus, von wo es von dem Abgas (hauptsächlich inertes Stickstoffgas) von der Sauerstoffseparatoreinheit 2 über den Abgasauslaß 5, und welches von dem äußeren Spülhohlraum 9b durch die Öffnung 46 zu dem inneren Spülhohlraum 9a strömt, durch den Auslaß 10 ausgespült wird. Eventuell ausgetretenes Öl wird somit entfernt, ehe es an den Dichtungen 23, 24, 20, 19 vorbei in den Kolbenhohlraum 6 und in den Sauerstoff, der den Passagieren zugeführt wird, austreten kann. Sollten die Dichtungen 23, 24, 20 und 19 versagen, so würde ein etwaiger sich daraus ergebender Austritt von Sauerstoff in den inneren Spülhohlraum 9a lediglich zu einem allmählichen Anstieg der Sauerstoffmenge im Spülauslaß 10 führen. Im schlimmsten Fall wird der Spülausstoß die gleichen Sauerstoffkonzentrationen wie die Luft aufweisen, von der er abgetrennt worden ist.
Der von der äußeren zylindrischen Buchse 49 definierte äußere Spülhohlraum 9b umgibt die abgedichtete Verbindung 52 zwischen dem Kolbenboden 50 und dem Körper 27 und sammelt etwaigen Sauerstoff, der aus der Verbindung austritt. Das von dem Auslaß 5 zu dem äußeren Spülhohlraum 9b gelieferte Abgas spült somit auch diesen ausgetretenen Sauerstoff aus. Die Abgase von dem Sauerstoffseparator 2 werden somit als Spülgas verwendet, was die Sicherheit der Einrichtung 1 außerordentlich steigert.

Claims

1. Gasversorgungseinrichtung mit Separatormitteln (2) zum Trennen eines gewünschten Gases von einem Gasgemisch und Liefern des gewünschten Gases zu einem Auslaß (4) für das gewünschte Gas und eines Abgases zu einem Abgasauslaß (5) und einem Verdichter (7) mit einem Kolbenhohlraum (6), der mit dem Auslaß (4) für das gewünschte Gas verbunden ist und mindestens einen Verdichterkolben (17, 18) enthält, um das gewünschte Gas zu verdichten und dies zu einem Druckgasauslaß (11) zu liefern; dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Spülhohlraum (9) enthält, bei dem ein Spüleinlaß (51) mit dem Abgasauslaß (5) verbunden ist und der einen Spülauslaß (10) aufweist, damit alles gewünschte Gas, das aus dem Kolbenhohlraum (6) in den Spülhohlraum (9) austritt, vom Abgas gespült wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Spülhohlraum (9) einen zwischen einem ersten Hohlraum (8), der geschmierte Teile des Verdichters (7) enthält, und dem Kolbenhohlraum (6) angeordneten Hohlraum (9a) umfaßt, damit das Abgas alles Schmiermittel, das aus dem ersten Hohlraum in den Spülhohlraum (9a) austritt, ausspült.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kolbenhohlraum (6) durch einen Kolbenhohlraumkörper (27) und einen Kolbenboden (50) mit einer abgedichteten Verbindung (52) zwischen ihnen definiert ist, wobei der Spülhohlraum (9) einen Hohlraum (9b) umfaßt, der die abgedichtete Verbindung (52) umgibt, um etwaiges gewünschtes Gas, das durch die Verbindung austritt, zu sammeln.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kolbenhohlraum (6) durch einen Kolbenhohlraumkörper (27) und einen Kolbenboden (50) mit einer abgedichteten Verbindung (52) zwischen ihnen definiert ist, wobei der Spülhohlraum (9) einen Hohlraum (9b) umfaßt, der die abgedichtete Verbindung (52) umgibt, um etwaiges gewünschtes Gas, das durch die Verbindung austritt, zu sammeln, und wobei die beiden Hohlräume (9a, 9b) miteinander verbunden sind, damit Abgas von einem zum anderen zwischen dem Spüleinlaß (51) und dem Spülauslaß (10) strömt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich bei dem gewünschten Gas um Sauerstoff handelt und das Gasgemisch Luft ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit an den Druckgasauslaß (11) angeschlossenen Speichermitteln (12) zum Speichern des davon abgegebenen Druckgases.