ES2248759T3 - Sistemas de soporte vital para aviones. - Google Patents
Sistemas de soporte vital para aviones.Info
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- B64D2231/00—Emergency oxygen systems
- B64D2231/02—Supply or distribution systems
Abstract
Sistema de soporte vital para un avión, que incluye un primer aparato de suministro de oxígeno accionable para proporcionar un suministro limitado de un primer gas de gasógeno, que es uno de entre oxígeno puro y un gas enriquecido con oxígeno, a un aparato de suministro de gas respirable, y un segundo aparato de suministro de oxígeno accionable para proporcionar un suministro duradero de un segundo gas de gasógeno, que es un gas enriquecido con oxígeno que contiene una concentración de oxígeno más baja que aquélla en el primer gas de gasógeno, al aparato de suministro de gas respirable, en el que el segundo gas de gasógeno se suministra a una presión que es mayor que aquélla a la que se suministra el primer gas de gasógeno al aparato de suministro de gas respirable.
Description
Sistemas de soporte vital para aviones.
Esta invención se refiere a un sistema de soporte
vital para un avión y a un método de accionamiento del sistema de
soporte vital.
Los aviones que operan a grandes altitudes en las
que la atmósfera circundante no proporciona una presión parcial de
oxígeno suficiente para preservar la vida han de dotarse de medios
para proporcionar a la tripulación aérea y a los pasajeros un gas
respirable que sustente la vida. En los aviones comerciales esto se
logra proporcionando una cabina de tripulación o de pasajeros que
esté presurizada, de manera que no sea necesario proporcionar un
suministro de oxígeno local a cada pasajero y miembro de la
tripulación, por ejemplo, a través de una máscara respiratoria. Si
hay una demanda o una mayor demanda de gas oxígeno o enriquecido con
oxígeno, por ejemplo, en caso de que la cabina se despresurice, se
pone a disposición para usarse un suministro de oxígeno de
emergencia.
Hasta ahora, tal suministro de oxígeno de
emergencia se ha facilitado desde recipientes de almacenamiento de
gas comprimido y/o por reacción química y se suministra a los
pasajeros y la tripulación mediante máscaras respiratorias
individuales. El suministro de oxígeno de emergencia se puede
mantener durante un tiempo suficiente para permitir que el piloto
haga descender el avión hasta una altitud de espera en la que la
tripulación y los pasajeros puedan de nuevo respirar gases
atmosféricos.
Se propuesto, por ejemplo, en la solicitud de
patente internacional publicada WO 02/04076 de los presentes
solicitantes, que pueda obtenerse gas oxígeno o enriquecido con
oxígeno para un suministro de oxígeno de emergencia de un avión a
partir de un sistema de generación de oxígeno a bordo que sea capaz
de suministrar indefinidamente un gas enriquecido con oxígeno. El
aparato de suministro de oxígeno es preferiblemente de tipo de lecho
de tamiz molecular, que funciona adsorbiendo un gas distinto del
oxígeno de un suministro de gas presurizado, por ejemplo, aire
sangrado de un compresor de motor, administrado a un lecho de
material tal como la zeolita. El gas que sale del lecho está
enriquecido con oxígeno, posiblemente hasta un 95% de oxígeno bajo
las condiciones de funcionamiento debidas. Para el mantenimiento
indefinido de un suministro de gas enriquecido con oxígeno han de
utilizarse dos o más lechos de tamiz molecular: mientras uno o más
lechos están funcionando para enriquecer con oxígeno el gas que se
está pasando a través de los mismos, el gas enriquecido con oxígeno
se purga del (de los) otro(s) lecho(s)
abriéndose éstos a una atmósfera de baja presión. Mediante tal uso alterno de los lechos, puede mantenerse un suministro continuo de gas enriquecido con oxígeno.
abriéndose éstos a una atmósfera de baja presión. Mediante tal uso alterno de los lechos, puede mantenerse un suministro continuo de gas enriquecido con oxígeno.
Generalmente, la construcción y el funcionamiento
de aparatos o generadores de suministro de oxígeno de tipo de lecho
de tamiz molecular, conocidos como MSOGS (Molecular Sieve Oxygen
Generating System), son bien conocidos, y no se considera necesaria
una descripción detallada de tales generadores MSOGS para comprender
la presente invención. Sin embargo, hay otros tipos de aparatos de
suministro de gas enriquecido con oxígeno accionables
indefinidamente, por ejemplo, de tipo de membrana permeable a los
gases o de tipo cerámico.
La solicitud internacional WO 02/04076 también
describe cómo pueden utilizarse aparatos de suministro de oxígeno
principal y auxiliares de tipo de lecho de tamiz molecular para
suministrar un gas de gasógeno, que puede ser gas oxígeno puro o
enriquecido con oxígeno, a un aparato de suministro de gas
respirable de una manera tal que, en caso de emergencia, por
ejemplo, una descompresión de la cabina, el gas de gasógeno esté
disponible para respirar cuanto antes, permitiendo al piloto del
avión reducir con seguridad la altura a una a la que el avión pueda
seguir pilotándose mientras sus ocupantes continúan respirando gas
de gasógeno.
Todavía puede resultar necesario un pequeño
suministro de oxígeno, por ejemplo, en recipientes presurizados,
para proporcionar un gas respirable inmediatamente al producirse una
descompresión hasta que los aparatos de suministro de oxígeno MSOGS
se pongan en servicio. En cualquier caso, una vez que los aparatos
MSOGS se han puesto en funcionamiento, el avión puede seguir
pilotándose a una altitud de espera, posiblemente de aproximadamente
20.000 pies (6.100 m) mientras se abastece a los pasajeros de gas
respirable desde los aparatos de suministro de oxígeno MSOGS,
altitud que es mucho mayor que la altitud a la que tendría que
descender el avión si no hubiesen aparatos de suministro de oxígeno
capaces de funcionar indefinidamente.
Sin embargo, sigue ocurriendo que la mayoría de
los aviones comerciales tienen un suministro de oxígeno de
emergencia que está destinado a operar desde un suministro
almacenado de oxígeno puro o sustancialmente puro comprimido a
suministrar sólo durante el tiempo necesario para que el avión
descienda hasta una altitud de espera segura relativamente
baja.
baja.
Sería deseable si pudiese proporcionarse un
sistema de generación de oxígeno accionable indefinidamente, por
ejemplo un sistema MSOGS, y simplemente conectarlo a un sistema de
suministro de oxígeno de emergencia convencional sin requerir
ninguna modificación sustancial al sistema de oxígeno de emergencia
existente para modificar el avión para permitir que el avión sea
pilotado a altitudes de espera más altas en condiciones de
emergencia.
Sin embargo, esto implicaría la provisión
adicional de un sistema MSOGS de gran capacidad para suministrar
suficiente gas enriquecido con oxígeno a una concentración de
oxígeno comparable con la proporcionada desde recipientes de
almacenamiento comprimido. Tales sistemas MSOGS de gran capacidad
serían pesados y voluminosos, lo cual no es deseable para un avión.
Aunque un sistema MSOGS es capaz de suministrar gas enriquecido con
oxígeno a una concentración de oxígeno de hasta aproximadamente un
95% de oxígeno, sería necesario un sistema MSOGS muy grande para
lograr esto para la cantidad de gas respirable demandado por un
avión que transporta una gran cantidad de pasajeros, así como su
tripulación, o bien una pluralidad de sistemas MSOGS de menor
capacidad que juntos volverían a ser pesados y voluminosos de manera
no deseada.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un sistema de soporte vital para un avión, que incluye
un primer aparato de suministro de oxígeno accionable para
proporcionar un suministro limitado de un primer gas de gasógeno,
que es uno de entre oxígeno puro y un gas enriquecido con oxígeno, a
un aparato de suministro de gas respirable, y un segundo aparato de
suministro de oxígeno accionable para proporcionar un suministro
duradero de un segundo gas de gasógeno, que es un gas enriquecido
con oxígeno que contiene una concentración de oxígeno más baja que
aquélla en el primer gas de gasógeno, al aparato de suministro de
gas respirable, en el que el segundo gas de gasógeno se suministra a
una presión que es mayor que aquélla a la que se suministra el
primer gas de gasógeno al aparato de suministro de gas
respirable.
El primer aparato de suministro de oxígeno
incluye preferiblemente uno o más recipientes presurizados que
almacenan el primer gas de gasógeno o proporciona el primer gas de
gasógeno permitiendo que reaccionen unos reactivos químicos,
mientras que el segundo aparato de suministro de oxígeno incluye
preferiblemente un aparato de suministro de oxígeno del tipo de
tamiz molecular.
La presente invención se basa en el concepto de
que el rendimiento de un sistema MSOGS puede optimizarse, en
relación con su peso, volumen, etc., si se acciona de manera que se
proporcione un gas de gasógeno enriquecido con oxígeno a menos del
grado máximo de enriquecimiento con oxígeno del que es capaz. Al
proporcionar un gas de gasógeno así con una menor concentración de
oxígeno a un aparato de suministro de gas respirable a una presión
más alta que la que se utilizaría para suministrar un gas de
gasógeno más enriquecido, puede mantenerse la efectividad en
términos de mantener a los ocupantes del avión abastecidos de un gas
respirable adecuado. En otras palabras, el suministro del segundo
gas de gasógeno al aparato de suministro de gas respirable a una
concentración de oxígeno más baja pero a mayor presión permite
emplear un sistema MSOGS más pequeño y ligero.
El aparato de suministro de gas respirable
normalmente incluye una o más líneas de suministro de gas respirable
que conducen a las máscaras respiratorias individuales. Cada máscara
respiratoria puede conectarse a una línea de suministro por medio de
un orificio que controla eficazmente la fracción másica de oxígeno.
Si se incrementa la presión en la línea de suministro, aumenta el
flujo a la máscara para que pueda obtenerse la misma, o
sustancialmente la misma, fracción másica de oxígeno en la máscara
al igual que cuando el gas en la línea de suministro está a una
presión más baja pero a una mayor concentración de oxígeno.
Por tanto, la invención permite adaptar un
suministro de oxígeno de emergencia convencional en un avión
comercial para dotarse de un suministro de gas enriquecido con
oxígeno duradero e indefinido para permitir pilotar el avión, en
caso de una despresurización de la cabina, a mayores altitudes de
espera. Para realizar la invención, el segundo aparato de suministro
de oxígeno, preferiblemente un aparato MSOGS, se conecta a
la(s) línea(s) de suministro de gas respirable que
conducen a las máscaras respiratorias, al tiempo que se garantiza
que el segundo aparato de suministro de oxígeno proporciona el
segundo gas de gasógeno a una presión superior que aquélla a la que
la(s) línea(s) de suministro de gas se
abastece(n) con el primer gas de gasógeno (concretamente, los
recipientes de oxígeno presurizados o, posiblemente, el aparato del
(de los) generador(es) de oxígeno por reacción química).
La invención también proporciona un método de
accionamiento de un sistema de soporte vital para un avión, que
incluye accionar un primer aparato de suministro de oxígeno para
proporcionar un suministro limitado de un primer gas de gasógeno,
que es uno de entre oxígeno puro y un gas enriquecido con oxígeno, a
un aparato de suministro de gas respirable, y accionar un segundo
aparato de suministro de oxígeno para proporcionar un suministro
duradero de un segundo gas de gasógeno, que es un gas enriquecido
con oxígeno que contiene una concentración de oxígeno más baja que
aquélla en el primer gas de gasógeno, al aparato de suministro de
gas respirable, en el que el segundo aparato de suministro de
oxígeno se acciona para suministrar el segundo gas de gasógeno a una
presión superior a aquélla a la que se suministra el primer gas de
gasógeno al aparato de suministro de gas respirable.
Preferiblemente, en caso de un requisito de
emergencia de accionamiento del sistema de soporte vital, el primer
aparato de suministro de oxígeno funciona inmediatamente y
posteriormente el segundo aparato de suministro de oxígeno se
acciona y sigue accionándose incluso cuando se haya acabado el
suministro del primer gas de gasógeno.
Según un tercer aspecto de la invención, se
proporciona un avión que tiene instalado en el mismo un sistema de
soporte vital según el primer aspecto de la invención.
Ahora se describirán ejemplos de la invención con
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra de manera esquemática un
aparato de suministro de gas según la invención;
la figura 2 muestra ilustrativamente un avión en
el que está instalado el aparato de la figura 1.
Con referencia a la figura 1, un primer aparato A
de suministro de oxígeno incluye uno o más recipientes 10 de
almacenamiento presurizados para un primer gas de gasógeno que puede
ser oxígeno puro u oxígeno casi puro. Este primer aparato A de
suministro de oxígeno distribuye el primer gas de gasógeno por medio
de una válvula 11 de control de flujo a una o más líneas de
suministro de gas respirable, una de las cuales se indica en 12.
Desde la o cada línea 12 de suministro se abastece a una pluralidad
máscaras 13 respiratorias a través de unos orificios 14 respectivos
que controlan el caudal suministrado a las máscaras 13 de una manera
tal que, cuando se utilicen, se mantenga una concentración de
oxígeno adecuada para el soporte vital en las máscaras 13. Los
tamaños de los orificios 14 se seleccionan para que en las máscaras
13 se mantenga una concentración de oxígeno requerida que sea
consistente con la presión que se mantiene en la línea 12.
En caso de una pérdida súbita de presión en la
cabina del avión, se despliegan las máscaras 13 y se suministra
oxígeno a las mismas. Normalmente, la cantidad de oxígeno almacenada
en el recipiente o recipientes 10 es suficiente para mantener un
suministro a las máscaras 13 durante la longitud del tiempo que le
lleva al piloto del avión hacer descender el avión hasta una altitud
de espera a la que los pasajeros y la tripulación puedan seguir
respirando la atmósfera ambiente hasta que el piloto pueda hacer
aterrizar el avión. Por tanto, el suministro proporcionado desde el
recipiente o recipientes 10 es limitado, y anteriormente, el
suministro se ha limitado al que se precisaría para permitirle a un
piloto descender desde una altitud de crucero hasta una altitud de
espera, normalmente por debajo de los 3,048 m.
Según la invención, se proporciona un segundo
aparato B de suministro de oxígeno que preferiblemente es una
sistema 15 de generación de oxígeno de tamiz molecular (MSOGS -
Molecular Sieve Oxygen Generating System) alimentado con gas (aire)
comprimido en 16 desde un compresor de un motor (véase E en la
figura 2). Aunque un sistema 15 MSOGS sea capaz teóricamente de
proporcionar un gas enriquecido con oxígeno de hasta aproximadamente
un 95% de oxígeno en su salida 17, un sistema MSOGS de tamaño y peso
razonables para caber en un avión comercial puede disponerse y
accionarse para distribuir un gas de gasógeno que tiene una
concentración de aproximadamente un 80% de oxígeno. Por medio de una
válvula 18, este segundo gas de gasógeno se distribuye a la línea 12
en una pieza 19 en "T", y este gas se distribuye a una presión
que es mayor que aquélla a la que se suministra gas a la línea 12
desde el recipiente o recipientes 10 del primer aparato A de
suministro de oxígeno. La válvula 18 puede ser una simple válvula de
todo o nada controlada por un controlador, que se abre cuando el
segundo aparato B de suministro de oxígeno ha de ponerse en
servicio, por ejemplo, tras un periodo inicial de preparación.
Bajo estas condiciones, se suministra un caudal
mayor de gas a las máscaras 13 a través de los orificios 14, siendo
el resultado que aunque el gas en la línea 12 de suministro contenga
una menor concentración de oxígeno que el primer gas de gasógeno que
está siendo distribuido a las máscaras 13 por el primer aparato A de
suministro de oxígeno, la distribución efectiva de oxígeno a las
máscaras 13 puede ser igual o más o menos igual que la del primer
gas de gasógeno cuando el primer gas de gasógeno se distribuye a las
máscaras 13.
Puesto que el sistema 15 MSOGS es capaz de
proporcionar un suministro duradero de gas de gasógeno enriquecido
con oxígeno, las máscaras 13 pueden seguir siendo utilizadas
indefinidamente por los ocupantes del avión con el resultado de que
el avión puede seguir volando a altitudes de espera sustancialmente
mayores que aquéllas a las que el avión tendría que volar si hubiese
que interrumpir el uso de las máscaras 13 cuando se hubiese acabado
el suministro de oxígeno desde el primer aparato A de suministro de
oxígeno. Al mismo tiempo, la selección de un tamaño y un peso de uno
o más sistemas 15 MSOGS, el o cada uno de los cuales puede
accionarse para suministrar gas de gasógeno a una concentración de
oxígeno de, por ejemplo, un 80%, es decir, menor que su
concentración máxima teórica de oxígeno del gas de gasógeno,
significa que puede conseguirse una optimización del tamaño de los
sistemas MSOGS.
Con referencia a la figura 2, el aparato de
suministro de gas de la figura 1 se muestra ilustrativamente
instalado en un avión R y distribuyendo gas respirable a unos
pasajeros P y una tripulación C a través de las máscaras 13.
Para evitar en la práctica que el segundo gas de
gasógeno a mayor presión pase de vuelta por la válvula 11 de control
de flujo a los recipientes 10, puede resultar necesaria una válvula
de retención, pero en cualquier caso, ésta puede proporcionarse
convencionalmente, en cuyo caso no se requiere una modificación de
un sistema de suministro de gas existente para adaptarse a esto.
Alternativa o adicionalmente, la válvula de control de flujo puede
ser cambiable a un estado "cerrado" para aislar los recipientes
10 cuando el segundo aparato B de suministro de oxígeno está
funcionando.
Naturalmente, aunque la invención pueda emplearse
adaptando un sistema de suministro de gas existente, la invención
puede emplearse con la instalación de un nuevo sistema de
respiración de aire en un avión viejo o nuevo.
Las características dadas a conocer en la
descripción anterior o en las siguientes reivindicaciones o en los
dibujos adjuntos, expresadas en sus formas específicas o en términos
de un medio para realizar la función dada a conocer o un método o
proceso para lograr el resultado dado a conocer, pueden utilizarse,
según resulte apropiado, por separado o en cualquier combinación de
tales características, para plasmar la invención en las diversas
formas de la misma.
Claims (9)
1. Sistema de soporte vital para un avión, que
incluye un primer aparato de suministro de oxígeno accionable para
proporcionar un suministro limitado de un primer gas de gasógeno,
que es uno de entre oxígeno puro y un gas enriquecido con oxígeno, a
un aparato de suministro de gas respirable, y un segundo aparato de
suministro de oxígeno accionable para proporcionar un suministro
duradero de un segundo gas de gasógeno, que es un gas enriquecido
con oxígeno que contiene una concentración de oxígeno más baja que
aquélla en el primer gas de gasógeno, al aparato de suministro de
gas respirable, en el que el segundo gas de gasógeno se suministra a
una presión que es mayor que aquélla a la que se suministra el
primer gas de gasógeno al aparato de suministro de gas
respirable.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el primer aparato de suministro de oxígeno incluye uno o más
recipientes presurizados que almacenan el primer gas de
gasógeno.
3. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el primer aparato de suministro de oxígeno proporciona el primer gas
de gasógeno permitiendo que reaccionen unos reactivos químicos.
4. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el segundo aparato de suministro
de oxígeno es de tipo de tamiz molecular.
5. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el aparato de suministro de
gas respirable incluye al menos una línea de suministro de gas
respirable que conduce a al menos una máscara respiratoria
individual por medio de un orificio respectivo.
6. Método de accionamiento de un sistema de
soporte vital para un avión, que incluye accionar un primer aparato
de suministro de oxígeno para proporcionar un suministro limitado de
un primer gas de gasógeno, que es uno de entre oxígeno puro y un gas
enriquecido con oxígeno, a un aparato de suministro de gas
respirable, y accionar un segundo aparato de suministro de oxígeno
para proporcionar un suministro duradero de un segundo gas de
gasógeno, que es un gas enriquecido con oxígeno que contiene una
concentración de oxígeno más baja que aquélla en el primer gas de
gasógeno, al aparato de suministro de gas respirable, en el que el
segundo aparato de suministro de oxígeno se acciona para suministrar
el segundo gas de gasógeno a una presión superior a aquélla a la que
se suministra el primer gas de gasógeno al aparato de suministro de
gas respirable.
7. Método según la reivindicación 6, en el que,
en caso de un requisito de emergencia de accionamiento del sistema
de soporte vital, el primer aparato de suministro de oxígeno
funciona inmediatamente y el segundo aparato de suministro de
oxígeno se acciona posteriormente.
8. Método según la reivindicación 6 o la
reivindicación 7, en el que el segundo aparato de suministro de
oxígeno sigue accionándose incluso cuando se haya acabado el
suministro del primer gas de gasógeno.
9. Avión que tiene instalado en el mismo un
sistema de soporte vital según cualquiera de las reivindicaciones 1
a 5.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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