ES2197221T3 - Procedimiento y dispositivo para la preparacion de gas de respiracion en sistemas de oxigeno de emergencia. - Google Patents

Abstract

LA PREPARACION DE GAS DE INHALACION PARA UN SISTEMA DE OXIGENO DE EMERGENCIA PARA AVIONES DOTADOS DE UNA CABINA PRESURIZADA SE REALIZA MEDIANTE UN SISTEMA DE GENERACION DE GAS (1) CAPAZ DE, A PARTIR DEL AIRE AMBIENTE O DEL DE ESCAPE DE LAS TURBINAS O INCLUSO A PARTIR DE AGUA CORRIENTE, GENERAR UNA MEZCLA GASEOSA ENRIQUECIDA CON OXIGENO, Y ADEMAS OXIGENO PRACTICAMENTE PURO. A PARTIR DE ESTOS DOS GASES SE GENERA EN UNA UNIDAD DE MEZCLADO (14) UN GAS DE INHALACION, CUYA PRESION PARCIAL DE OXIGENO PUEDE REGULARSE EN FUNCION DE LA PRESION EN LA CABINA Y QUE SE DISTRIBUYE CON UN FLUJO CONSTANTE A TRAVES DE LA RED DE DISTRIBUCION (18) DE A BORDO HASTA LAS CORRESPONDIENTES MASCARAS DE OXIGENO.

Description

Procedimiento y dispositivo para la preparación de gas de respiración en sistemas de oxígeno de emergencia.

La invención se refiere a un dispositivo para la preparación de gas de respiración en sistemas de oxígeno de emergencia para aviones, en particular aviones de pasajeros equipados con una cabina presurizada, según el preámbulo de la reivindicación 1.

En la técnica aeronáutica, los sistemas de oxígeno de emergencia sirven para asegurar el suministro de aire de respiración por medio de máscaras respiratorias a la tripulación y a los pasajeros en aviones equipados con cabina presurizada en el caso de que se produzca una repentina pérdida de presión. Hasta ahora esto se producía sobre todo por medio de una generación descentralizada de oxígeno y suministro mediante generadores de sólidos en los puntos de extracción o por medio de una reserva centralizada de oxígeno en cilindros de alta presión, realizándose la distribución a cada uno de los consumidores por medio de un sistema de tuberías de baja presión y pudiéndose regular el caudal de oxígeno tanto de forma centralizada como descentralizada.

En ambos casos, los puntos de extracción, es decir, las máscaras respiratorias, se alimentan con un gas de oxígeno casi puro con un contenido de oxígeno de aproximadamente 99,5%, realizándose la medición del volumen de oxígeno alimentado en forma de una regulación de caudal dependiente de la presión de la cabina. En cada una de las máscaras respiratorias se produce entonces una mezcla con el aire ambiente de tal modo que se mantiene, según los conocimientos de la medicina aeronáutica, una presión parcial de oxígeno suficiente para el consumidor.

Los inconvenientes de estos dispositivos conocidos radican, por una parte, en el potencial de riesgo relativamente elevado frente al fuego y las explosiones, que se da debido al uso de oxígeno prácticamente puro y, por otra, en la necesidad de un sistema de regulación relativamente costoso para el caudal de oxígeno, que se debe regular en función de la presión existente en la cabina, es decir, de la altura de vuelo en cada momento.

Por ello, en el documento US-A-3664359 ya se propuso un dispositivo del tipo indicado al principio, en el que se alimenta a través de una red de distribución de a bordo, así como a través de máscaras respiratorias conectadas a ésta, un gas de respiración enriquecido con oxígeno y en el que se reduce así a un mínimo el potencial de riesgo frente al fuego y a explosiones como viene dado en el uso para estos fines de oxígeno casi puro. Asimismo, un dispositivo equivalente se conoce también por el documento EP-A-0364283.

El objetivo de la invención es configurar un dispositivo del tipo indicado al principio de tal forma que, compuesto por una conexión con una o más unidades de generación de gas que produzcan directamente en el avión tal mezcla de gas de respiración, esté diseñado de un modo fiable y sencillo al mismo tiempo.

La invención logra el objetivo gracias a que en un dispositivo de este tipo, la unidad de generación de gas dispone de al menos una salida de baja presión para la mezcla de gas enriquecida con oxígeno y una salida de alta presión para oxígeno respectivamente y que ambas salidas están unidas entre sí con al menos una unidad mezcladora de tal modo que la presión parcial de oxígeno del gas de respiración se pueda regular en función de la presión de la cabina y que el gas de respiración se pueda alimentar a las máscaras respiratorias en un caudal constante.

La invención permite simplificar sustancialmente el diseño de un dispositivo de este tipo y alcanzar así al mismo tiempo una fiabilidad mejorada de tal sistema así como una reducción de los trabajos de mantenimiento necesarios. Otra ventaja resulta del hecho que en el dispositivo según la invención se prevé, en lugar de una regulación de caudal de oxígeno costosa dependiente de la presión de la cabina, una limitación de caudal con un diseño sustancialmente más sencillo.

Por el documento DE-AS1170792 también se conoce en principio un dispositivo en el que se mezcla, dependiendo de la presión del aire existente, aire comprimido de un compresor dispuesto en el avión con oxígeno a presión mediante una unidad mezcladora en una proporción tal que se mantiene la presión parcial de oxígeno requerida, aunque este dispositivo conocido sirve exclusivamente para preparar gas de respiración para cabinas presurizadas y aparatos de respiración en alturas elevadas. Hasta ahora, este sistema conocido no se ha previsto para el uso en instalaciones de suministro de oxígeno de emergencia de aviones de pasajeros.

En una configuración ventajosa de la invención, la generación del gas de respiración enriquecido con oxígeno se produce directamente en el avión mediante un procedimiento de separación sobre la base de tamices moleculares o membranas de funcionamiento selectivo a partir del aire ambiente o de toma del grupo motor o mediante electrólisis a partir de agua fresca transportada. Esto lleva a una reducción considerable de los riesgos de seguridad ya que esta medida permite prescindir de la reserva de oxígeno en cilindros de alta presión. Además, ello hace que se reduzca aún más el trabajo de mantenimiento, mientras que, al mismo tiempo, se prolongan sustancialmente los tiempos de suministro disponibles.

Con el fin de garantizar un suministro de oxígeno suficiente también durante la fase de arranque de un sistema de generación de gas de este tipo después de una caída repentina de presión en la cabina y cubrir la demanda máxima de oxígeno que se produce durante la primera fase de un descenso de emergencia del avión, en el dispositivo según la invención es ventajoso prever una determinada reserva de gas con una elevada concentración de oxígeno. El llenado de los depósitos de reserva correspondientes se puede realizar de manera sencilla por medio del sistema de generación de gas, ya que éste, según la invención, además de la salida de baja presión para la mezcla de gas enriquecida con oxígeno, está equipado con una salida de alta presión para gas de elevada concentración de oxígeno, estando estas dos salidas unidas entre sí con la unidad mezcladora.

En relación con el uso de unidades de obtención de oxígeno también es posible permanecer durante más tiempo en una altura de vuelo mayor después de una descompresión que se haya producido en la cabina presurizada y lograr así un consumo sustancialmente más reducido de combustible o una mayor autonomía correspondiente. Finalmente, en el procedimiento según la invención, en los casos en que el gas de respiración se genera por medio de procedimientos de separación a partir del aire ambiente o de toma del grupo motor, se puede usar adicionalmente el nitrógeno que se crea como producto derivado. Éste puede servir para inundar las zonas descargadas del tanque de combustible y reducir así el riesgo de explosión o para solicitar, mediante el aprovechamiento de la caída de presión existente entre el sistema de generación de gas y el ambiente, una turbina y recuperar de este modo una parte de la energía empleada en la generación de gas.

A continuación, la invención se explica con mayor detalle con la ayuda de un ejemplo de realización representado en el dibujo. La figura muestra de forma esquemática el diseño básico de un sistema para el suministro de gas de respiración para la tripulación y los pasajeros de un avión comercial equipado con una cabina presurizada, en el caso de que se produzca una caída de presión en la cabina.

La disposición se compone de una unidad 1 de generación de gas que es alimentada con aire ambiente por un compresor 2 y un radiador 3 a través de una entrada de gas. El aire ambiente también se puede comprimir, en lugar del compresor 2, mediante una entrada de aire configurada al respecto, también denominada ``Ram Air'' (inducción de aire). En lugar de aire ambiente, no obstante, también se puede recurrir al aire de toma del grupo motor, que es conducido directamente a la unidad 1 de generación de gas a través del radiador 3, sin compresor.

La unidad 1 de generación de gas dispone de las instalaciones técnicas necesarias para obtener una mezcla de gas con una elevada concentración de oxígeno a partir del aire alimentado con la composición habitual. Esto ocurre o bien según el principio activo de un tamiz molecular o bien utilizando módulos de membrana de permeabilidad selectiva, que poseen un poder separador preferente para el oxígeno. Esto se puede realizar con la ayuda de las denominadas membranas electroquímicas, transportándose iones de oxígeno a través de una membrana de cerámica con la ayuda de un campo magnético y desionizándose de nuevo en el otro lado. Además se puede realizar alternativamente también el uso según el procedimiento de electrólisis.

La unidad 1 de generación de gas posee, además de una salida 4 para gases de escape, una salida 5 de baja presión para el gas de respiración enriquecido con oxígeno y una salida 6 de alta presión para el gas generado con la misma unidad que se compone prácticamente por completo de oxígeno y que está más comprimido.

La salida 6 de alta presión está conectada a través de un monitor 7 de oxígeno, así como de dos válvulas 8 y 9 de cierre, con dos depósitos 10 y 11 de reserva, de los que el primero está previsto para el suministro a los pasajeros y el último para el suministro a la tripulación de la cabina de pilotaje. En el ejemplo de realización aquí representado, el suministro a la tripulación de la cabina de pilotaje se realiza exclusivamente con el oxígeno puro almacenado en el depósito 11, que es conducido a los miembros de la tripulación a través de una válvula 12 reductora de presión, así como de máscaras 13 respiratorias, en los que se dispone de este oxígeno de la forma convencional mezclado con aire ambiente o como oxígeno puro.

Para el suministro de gas de respiración a los pasajeros se prevé una unidad 14 mezcladora que por una parte está unida con la salida 5 de baja presión y, por otra, con el depósito 10 de reserva, que contiene la reserva de oxígeno para los pasajeros, a través de una segunda válvula 15 reductora de presión. La unidad 14 mezcladora, al igual que las dos válvulas 8 y 9 de cierre, así como los depósitos 10 y 11 de reserva, están conectados a una unidad 16 de control que registra al mismo tiempo los parámetros presión y temperatura y que a su vez está conectada a un ordenador 17 central de a bordo.

En la figura no están representados los detalles de una red 18 de distribución del avión, que dispone de un limitador calibrado de caudal, así como de máscaras respiratorias para los pasajeros.

Ya antes de que se produzca una posible caída de presión, por ejemplo, al empezar un vuelo, los dos depósitos 10 y 11 de reserva se llenan de oxígeno prácticamente puro, altamente comprimido, a través de la salida 6 de alta presión de la unidad 1 de generación de gas. Las dos válvulas 8 y 9 de cierre, solicitadas por la unidad 16 de control, regulan un llenado secuencial de estos depósitos de tal modo que primero se llena el depósito 11 para la tripulación y sólo después el depósito 10 para los pasajeros. A continuación, la unidad 1 de generación de gas permanece en modo de espera.

En caso de una repentina caída de presión de la cabina, la unidad 1 de generación de gas arranca inmediatamente y suministra la concentración de oxígeno enriquecida con gas de respiración a través de la salida 5 de baja presión de la unidad 14 mezcladora. La unidad 16 de control, que regula la alimentación de oxígeno puro desde el depósito 10 de reserva a este gas de respiración, ajusta la presión parcial de oxígeno en este gas de respiración a un valor que asegure un suministro suficiente de oxígeno a los pasajeros. El ajuste de la presión parcial de oxígeno depende de la altura de vuelo o de la presión de cabina que resulte de ésta. El gas de respiración se conduce en un caudal constante a través de la red 18 de distribución a las máscaras respiratorias de los pasajeros, en las que no se produce ninguna adición de aire ambiente a este gas de respiración. Las máscaras 13 respiratorias de la tripulación de la cabina de pilotaje se alimentan con oxígeno del depósito 11 de reserva a través de la válvula 12 reductora de presión. El depósito 10 de reserva para el suministro para los pasajeros constituye en primera línea un tampón que sirve para asegurar el suministro de gas de respiración a los pasajeros en la fase de arranque de la unidad 1 de generación de gas, cuando aún no hay el suficiente gas de respiración en la salida 5 de baja presión, y también para cubrir la demanda máxima de oxígeno durante la primera fase de un descenso de emergencia del avión. Por eso puede estar dimensionado de un modo relativamente pequeño.

A diferencia de la disposición antes descrita, la generación de gas de respiración, así como del oxígeno altamente precomprimido se puede producir por medio de electrólisis, sirviendo agua fresca transportada en el avión como producto de partida.

Claims (7)

1. Dispositivo para la preparación de gas de respiración en sistemas de oxígeno de emergencia para aviones, en particular aviones de pasajeros equipados con una cabina presurizada, compuesto por al menos una unidad (1) de generación de gas solicitable por la presión de la cabina, así como una red de distribución de a bordo con máscaras respiratorias conectadas posteriormente, a través de las que se alimenta un gas de respiración enriquecido con oxígeno, con al menos una salida para oxígeno o una mezcla de gas enriquecida con oxígeno respectivamente, y con al menos una unidad (14) mezcladora, que se puede solicitar por una unidad (16) de control para la regulación de la alimentación de oxígeno a la mezcla de gas, estando equipada la unidad (16) de control con un sensor para la captación de la presión de la cabina, caracterizado porque la unidad (1) de generación de gas dispone de al menos una salida (5) de baja presión para la mezcla de gas enriquecida con oxígeno y una salida (6) de alta presión para oxígeno respectivamente y que ambas salidas (5,6) están unidas entre sí con al menos una unidad (14) mezcladora de tal modo que la presión parcial de oxígeno del gas de respiración se pueda regular en función de la presión de la cabina y porque el gas de respiración se pueda alimentar a las máscaras respiratorias con un caudal constante.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la salida (6) de alta presión de la unidad (1) de generación de gas está unida con al menos un depósito (10,11) de reserva para el almacenamiento de gas de oxígeno, que se pueda añadir a la mezcla de gas.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la generación de gas se realiza a partir del aire ambiente.

4. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la generación de gas se realiza a partir de aire de toma del grupo motor.

5. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque para la generación de gas se prevé un tamiz molecular.

6. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque para la generación de gas se prevén membranas de permeabilidad selectiva.

7. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la generación de gas se realiza por medio de la electrólisis de agua.