ES2265558T3 - Sistema de abordo de produccion de oxigeno para aeronaves, en particular aeronaves de gran radio de accion. - Google Patents
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Abstract
Sistema de a bordo de un aeronave para la producción de un flujo gaseoso enriquecido en oxígeno a partir de una mezcla gaseosa de oxígeno y nitrógeno, en particular de aire, que comprende al menos un adsorbedor que contiene al menos un adsorbente que permite adsorber al menos una parte de las moléculas de nitrógeno contenidas en la mezcla de oxígeno y nitrógeno del abastecimiento, caracterizado porque dicho adsorbente comprende una zeolita de tipo faujasita, que tiene una relación de Si/Al de 1 a 1, 50, intercambiada en al menos en 80% con cationes de litio.
Description
Sistema de a bordo de producción de oxígeno para
aeronaves, en particular aeronaves de gran radio de acción.
La presente invención se refiere a un sistema de
concentración de oxígeno, particularmente de tipo OBOGS para
aeronaves, en particular para aviones de línea de tipo de gran
capacidad y gran radio de acción.
Actualmente, la utilización de oxígeno gaseoso
por los pilotos y los pasajeros de pasajeros de un avión de línea
comercial civil se hace en caso de descompresión de la cabina
(pasajeros y pilotos), en caso de protección contra humos y gases
tóxicos (pilotos) y en el caso de protección previa, cuando se
cruzan altitudes elevadas (pilotos).
Además, los pilotos de aviones de armas
militares, en cuanto a ellos, tienen necesidad de un abastecimiento
permanente de oxígeno, durante sus misiones en vuelo. Durante
ciertas misiones específicas, lo mismo puede ser verdad para las
tripulaciones de aviones de transportes tácticos militares y
helicópteros.
Las restricciones impuestas por el medio
aeronáutico conducen a concebir instalaciones lo más ligeras
posibles y capaces de abastecer la mayor cantidad posible de
oxígeno con una autonomía importante y, como consecuencia, una
logística lo más reducida posible.
En los aviones de combate modernos, el o los
pilotos son abastecidos permanentemente mediante un sistema de
generación de oxígeno de a bordo, comúnmente denominado OBOGS (por
On-Board Oxygen Generating System), que
utiliza la tecnología de separación de gases del aire mediante
tamices moleculares de tipo zeolita.
El documento
EP-A-391607 describe así un sistema
de concentración de oxígeno de tipo OBOGS utilizable para abastecer
a los miembros de tripulaciones de un avión mediante un adsorbente
de tipo tamiz molecular.
Adicionalmente, el documento
US-A-4.960.119 enseña igualmente un
sistema de tipo OBOGS que utiliza adsorbentes que tienen una
afinidad más elevada por el nitrógeno que por el oxígeno.
Además, otros sistemas de tipo OBOGS son también
descritos en los documentos
US-A-4.651.728 y
EP-A-0364283.
Por el contrario, en aviones civiles, el aporte
total de oxígeno gaseoso a las personas se asegura mediante
cilindros de oxígeno bajo presión o mediante generadores de oxígeno
químicos, por ejemplo en los AIRBUS A340 (reserva de oxígeno en
forma gaseosa) y A320 (generador químico). Estos sistemas civiles de
producción de oxígeno están actualmente concebidos y dimensionados
para asegurar el aprovisionamiento de oxígeno a los pasajeros,
durante un período que varía de 15 a 22 minutos, esencialmente a
continuación de una pérdida de presurización en la cabina.
Igual que para los aviones militares, está
actualmente previsto equipar también los nuevos aviones de línea,
particularmente los de gran capacidad con gran radio de acción, por
ejemplo los aviones de tipo A380 de AIRBUS, así como los aviones
comerciales, con sistemas de a bordo de tipo OBOGS basados en un
tamiz molecular adsorbente.
En efecto, los sistemas de tipo OBOGS con un
tamiz molecular con respecto al almacenamiento de oxígeno presentan
las siguientes ventajas:
- una ganancia de peso durante el tiempo de
utilización que sobrepasa normalmente los 30 minutos, como es el
caso de las diversificaciones de aviones que están previstos para
nuevas rutas aéreas alargadas,
- una logística reducida,
- una seguridad y disponibilidad aumentadas,
y
- auto-suficiencia
ilimitada.
Estas mismas ventajas existen también cuando el
sistema OBOGS está a bordo de un avión de transporte táctico
militar o un helicóptero, cuando estos últimos deben realizar
misiones que necesita una utilización de oxígeno.
No obstante, un problema que se plantea es que
los sistemas de tipo OBOGS existentes son mucho más pesados que los
sistemas clásicos de a bordo de almacenamiento de oxígeno, lo que
constituye un impedimento grave para su utilización en aeronaves en
las que la disminución del peso a bordo es una preocupación
constante, ya que tiene un impacto no despreciable sobre el consumo
de combustible.
En otras palabras, el problema que se plantea es
poder tener a bordo sistemas de tipo OBOGS con tamiz molecular en
aeronaves, sin que ello tenga un impacto negativo sobre el peso a
bordo y esto con una producción sustancialmente igual de oxígeno, o
incluso superior, con respecto a un sistema clásico.
Por tanto, la solución de la invención es un
sistema de a bordo en una aeronave para la producción de un flujo
gaseoso enriquecido en oxígeno a partir de una mezcla gaseosa de
oxígeno y nitrógeno, en particular aire, que comprende al menos un
adsorbente que contiene al menos un adsorbente que permite adsorber
al menos una parte de las moléculas de nitrógeno contenidas en la
mezcla de oxígeno y nitrógeno del abastecimiento, caracterizado
porque dicho adsorbente comprende una zeolita de tipo faujasita, que
tiene una relación de Si/Al de 1 a 1,50, intercambiado en al menos
un 80% por cationes de litio.
Según el caso, el sistema de la invención puede
comprender una o varias de las características siguientes:
- comprende al menos 2 adsorbedores que
funcionan de forma alternada,
- el adsorbente es una zeolita de tipo X que
tiene una relación de Si/Al de 1 a 1,25, preferentemente de
aproximadamente 1,
- la zeolita está en forma de partículas,
particularmente de bolas, que tienen un tamaño medio inferior a 0,7
mm, preferentemente del orden de 0,5 mm. Las partículas de zeolita
pueden estar con o sin aglutinante,
- la zeolita está intercambiada de 85% a 97% con
cationes de litio, preferentemente de 86% a 95%,
- comprende medios de compresión que permiten
comprimir la mezcla gaseosa que contiene oxígeno y nitrógeno, por
ejemplo un compresor de gases, y medios de distribución que permiten
asegurar un abastecimiento alternado de cada adsorberdor con la
mezcla gaseosa comprimida abastecida por los medios de compresión.
Los medios de distribución pueden comprender canalizaciones de gas,
válvulas, máscaras o cualesquiera otras interfaces o instalaciones
de regulación adecuadas que permitan una administración fácil y
eficaz del flujo de oxígeno a los usuarios.
El sistema de la invención puede equipar
cualquier aeronave, como aviones o helicópteros, pero está
particularmente adaptado para aviones de línea, particularmente los
nuevos aviones de línea de gran capacidad y gran radio de
acción.
La invención trata también sobre un
procedimiento para abastecer las vías respiratorias superiores de al
menos una persona que se encuentre en una aeronave con un flujo de
gas enriquecido en oxígeno, en el que dicho flujo enriquecido en
oxígeno es producido según las etapas de:
a) comprimir una mezcla de oxígeno y nitrógeno
de abastecimiento a una presión comprendida entre 0,5 y 5 bares
absolutos,
b) abastecer al menos un adsorbedor que contenga
al menos un adsorbente que permita adsorber al menos una parte de
las moléculas de nitrógeno contenidas en la mezcla de oxígeno y
nitrógeno de abastecimiento,
c) producir un flujo de gas enriquecido en
oxígeno,
d) transportar dicho flujo gaseoso enriquecido
en oxígeno hasta las vías respiratorias superiores de al menos una
persona,
caracterizado porque el adsorbente comprende una
zeolita de tipo faujasita, que tiene una relación Si/Al de 1 a
1,50, intercambiada al menos un 80% con cationes de litio.
Según el caso, el sistema de la invención puede
comprender una o varias de las características técnicas
siguientes:
- el flujo enriquecido en oxígeno contiene una
proporción de oxígeno superior a la proporción de oxígeno presente
en la mezcla de oxígeno y nitrógeno del abastecimiento,
preferentemente el flujo enriquecido en oxígeno contiene una
proporción en volumen de oxígeno comprendida entre 30% y 95% en
volumen,
- la mezcla de oxígeno y nitrógeno de
abastecimiento contiene mayoritariamente nitrógeno, preferentemente
la mezcla de oxígeno y nitrógeno de abastecimiento es aire,
- comprende, además, una etapa de regeneración
del adsorbente por disminución de la presión que reina en el
adsorbedor hasta una presión baja comprendida entre 0,09 y 1 bar;
preferentemente entre 0,1 y 0,9 bar; siendo la presión baja de
regeneración inferior a la presión elevada de adsorción,
- utiliza 2 ó 3 adsorbedores que funcionan
mediante ciclo de producción,
- cada adsorbedor es sometido a ciclos de
producción que tienen una duración de ciclo inferior a 15 segundos
(por ejemplo un ciclo de 2 x 7 s para 2 adsorbedores),
preferentemente inferior a 10 s (por ejemplo un ciclo de 2 x 5 s
para 2 adsorbedores),
- el adsorbente es una zeolita de tipo X que
tiene una relación de Si/Al de 1 a 1,25, preferentemente del orden
de 1,
- la zeolita está en forma de partículas,
particularmente de bolas, que tienen un tamaño medio inferior a 0,7
mm, preferentemente del orden de 0,5 mm,
- la zeolita está intercambiada de 85% a 97% con
cationes de litio, preferentemente de 86% a 95%,
- el gas enriquecido en oxígeno así producido es
distribuido en las vías respiratorias superiores de al menos un
piloto o al menos un pasajero que se encuentra en la aeronave,
preferentemente el gas enriquecido en oxígeno así producido es
distribuido a las vías respiratorias superiores de al menos un
pasajero cuando el avión es sometido a una despresurización de la
cabina de pasajeros.
La idea de la presente invención es disminuir el
peso de los sistemas de a bordo de tipo OBOGS para aviones civiles,
aviones militares y otras aeronaves, comprendidos los helicópteros,
que utilizan tamices moleculares adsorbentes de rendimiento
superior.
En efecto, la utilización de adsorbentes según
la invención permite obtener:
- una masa igual de adsorbente y un caudal igual
de producción, un aumento de la concentración o la capacidad para
enriquecer en oxígeno el gas producido, lo que lleva a una mejora de
la protección fisiológica de los pasajeros o pilotos, y un
alargamiento de la duración de la vida de la instalación, como
consecuencia de la caída de la concentración de oxígeno en el gas
producido por debajo de un cierto umbral, partiendo de una
concentración de oxígeno inicial más elevada;
- una concentración igual de oxígeno en el gas
producido y a un caudal igual de producción, y por tanto
rendimientos iguales, una disminución del peso de adsorbente
necesario y, por tanto, una disminución del peso de la instalación
de a bordo, y por tanto una ganancia sustancial para el fabricante
de aviones.
En el contexto de la invención, el adsorbente
preferido utilizado es por tanto una zeolita de tipo X que tiene
una relación de Si/Al comprendida entre 1 y 1,25 y un intercambio
como máximo de 80% para cationes de litio, siendo el resto de los
cationes (hasta 100%) esencialmente cationes residuales de tipo Na y
K, incluso eventualmente Ca. Estos adsorbentes son habitualmente
utilizados para producir oxígeno en sitios industriales y son
particularmente descritos en los siguientes documentos, a los que
se puede recurrir para más detalles:
EP-A-885646,
EP-A-940175,
EP-A-908218,
EP-A-297542 y
US-A-5.268.023.
El sistema propuesto en el contexto de la
presente invención, por tanto, según un modo de realización
preferido, es un sistema OBOGS de tipo VPSA (Vacuum and Pressure
Swing Adsorption) con dos adsorbedores que funcionan de manera
alternada a un ritmo rápido, normalmente mediante ciclos de
producción de oxígeno con un período inferior a 2 x 7 segundos
(siendo 7 segundos el tiempo de medio ciclo) y que puede llegar
hasta 2 x 2 segundos, lo que asegura una productividad máxima y
óptima (cantidad de oxígeno producido/peso de adsorbente).
Este sistema puede funcionar igualmente con más
adsorbedores, por ejemplo tres adsorbedores.
Cuando uno de los dos adsorbedores está en fase
de producción de oxígeno a presión elevada, el otro está en fase de
regeneración a presión baja (descompresión).
Más precisamente, cada adsorbedor es sometido,
durante el ciclo de producción, a:
- una presión elevada normalmente entre 0,5
bares y 5 bares absolutos, preferentemente del orden de 3 bares
para aviones civiles, y
- una presión baja, normalmente comprendida
entre 1013 mbares (nivel de tierra) y 116 mbares (50000ft),
preferentemente del orden de 466 mbares (20000ft).
Con el fin de poder responder a las
expectativas, las características de caudal de producción de
producción de oxígeno de cada concentrador son las siguientes:
- para un abastecimiento de oxígeno a los
pilotos (por ejemplo, los de aviones militares o aviones de línea)
o de una tripulación reducida (otras aeronaves), el caudal de gas
enriquecido en oxígeno está comprendido preferentemente entre 20 y
100 l/minutos STPD ("Standard Temperature Pressure Dry" =
Temperatura de 0ºC, Presión de 1013 mbar, PH_{2}O igual a 0),
- para un abastecimiento de oxígeno a los
pasajeros, el caudal es más elevado, a saber, generalmente entre
100 y 500 l/minutos STPD por sistema concentrador. A partir de este
valor, cuando sea necesario tener un caudal total superior, será
suficiente con prever el número adecuado de sistemas concentradores
que permita alcanzar este caudal total, por ejemplo 4 sistemas
concentradores de 500 l/minutos cada uno para un caudal total de
2000 l/minuto.
La concentración de oxígeno a la salida de los
concentradores es variable con la altura en vuelo, y se sitúa
normalmente entre 30% y 95% en todos los casos previstos, a saber el
abastecimiento de oxígeno de los pilotos o los pasajeros,
cualquiera se sea la aeronave considerada.
El tipo de adsorbente utilizado en el contexto
de la invención es una zeolita de tipo faujasita, en particular una
zeolita X que tiene una relación de Si/Al comprendida entre 1 y
1,50, preferentemente de aproximadamente 1, estando dicha zeolita
intercambiada al menos en 80% con cationes de litio, preferentemente
entre 85% y 97%, y teniendo además una granulometría media inferior
a 0,8 mm, preferentemente del orden de 0,5 mm.
Ejemplo
1
Los rendimientos de un sistema concentrador de
oxígeno que tiene que abastecer a los pilotos de un avión han sido
representados en la figura 1, que proporciona las curvas de
concentración de oxígeno (pureza) obtenidas en función del caudal
de producción para adsorbentes según la invención (ADS 2 y ADS 3) y,
con carácter comparativo, para un adsorbente según la técnica
anterior (ADS 1), es decir:
Concentración de O_{2} = f(caudal de
producción)
Las condiciones de funcionamiento a las que han
sido hechas las mediciones son las siguientes:
- -
- sistema de 2 adsorbedores que funcionan de forma alternada,
- -
- presión de adsorción: 2 bares,
- -
- presión de desorción: 0,43 bares,
- -
- gas de abastecimiento: aire que tiene un contenido de oxígeno de 21% en volumen,
- -
- temperatura del gas de abastecimiento: 20ºC,
- -
- tiempo del ciclo: 2 x 2,9 segundos,
- -
- ADS 1: es una zeolita según la técnica anterior de tipo NaX que contiene esencialmente cationes de Na (y eventualmente cationes de K), que tiene una granulometría media del orden de 0,7 mm,
- -
- ADS 2: es una zeolita de tipo LiLSX intercambiada en aproximadamente un 95% con cationes de Li (y cationes de Na y eventualmente K en lo que resta), que tiene una relación de Si/Al comprendida entre 1 y 1,2 y una granulometría del orden de 0,7 mm,
- -
- ADS 3: es una zeolita LiLSx igual a la de ADS2 pero con una granulometría del orden de 1,5 mm.
El concentrador de oxígeno utilizado comprende 2
columnas de adsorción rellenas de partícula del adsorbente
considerado. Se produce oxígeno de forma continua, regenerándose una
columna (fase de desorción) mientras la otra está en producción
(fase de adsorción). La desorción comprende igualmente una etapa que
se denomina de elución y que corresponde al envío de un caudal bajo
de gas enriquecido en O_{2} en contracorriente en la columna en
fase de regeneración, con el fin de completar dicha
regeneración.
De esta forma, el concentrador funciona de
manera cíclica (2 fases) y cada columna experimenta 4 etapas
distintas, como se muestra en la figura 3, a saber:
- una fase de adsorción, caracterizada por el
tiempo de medio ciclo T y que comprende:
- \bullet
- una etapa de producción "pura" (referencia 1 en la figura 3),
- \bullet
- una fase de producción y elución de la otra columna (referencia 2 en la figura 3), y
- una fase de regeneración, con:
- \bullet
- una etapa de desorción (purga) (referencia 3 en la figura 3),
- \bullet
- una etapa de elución (tiempo de elución te) (referencia 4 en la figura 3).
El caudal medio de gas en cada columna de
adsorción evoluciona por tanto en función del tiempo, como se
representa en la figura 3, que representa el caudal medio en el
interior de cada columna en función del tiempo.
La etapa de elución se sitúa al final de ciclo,
cuando la concentración de O_{2} a la salida de la columna es
máxima. El período de elución está comprendido normalmente entre 10
y 50% del tiempo de medio ciclo, como se puede apreciar en la
figura 3.
La superioridad del tipo de adsorbente de la
invención (ADS 2 y ADS 3) con respecto a un adsorbente estándar
(ADS 1) es evidente en la figura 1, dado que se aprecia que, para
una concentración dada de oxígeno de salida, el caudal producido de
oxígeno es netamente mayor que para un adsorbente clásico (ADS 1) y
que además, para un caudal de producción dado, la concentración de
oxígeno producido en el gas de salida es netamente mayor que la de
un adsorbente clásico.
Además, se constata igualmente un interés en
utilizar partículas de adsorbente según la invención de diámetro
pequeño, ya que las bolas de 0,7 mm (ADS2) conducen a rendimientos
mejores que las de 1,5 mm (ADS3), siendo iguales las demás
condiciones.
La ganancia de peso esperada para este sistema
OBOGS según la invención para pilotos es del orden de 1 kg (10%)
con respecto a un adsorbente clásico, siendo iguales todas las demás
condiciones.
Ejemplo
2
Los rendimientos de un sistema concentrador de
oxígeno destinado a abastecer a los pasajeros de un avión han sido
esquematizados en la figura 2, que muestra las curvas de
concentración de oxígeno (pureza en %) obtenidas en función del
caudal de producción (en l/minuto) para un adsorbente según la
invención (tamiz propuesto) y, con carácter comparativo, para un
adsorbente según la técnica anterior (tamiz estándar), es decir:
Concentración de O_{2} = f(caudal de
producción)
Las condiciones operatorias en las que han sido
hechas las medidas son las siguientes:
- -
- sistema de dos adsorbedores que funcionan de forma alternada,
- -
- presión de adsorción: 3 bares,
- -
- presión de desorción: 0,46 bares,
- -
- gas de abastecimiento: aire que tiene un contenido de oxígeno de 21%,
- -
- temperatura del gas de abastecimiento: 20ºC,
- -
- tiempo del ciclo: 2 x 5 segundos,
- -
- adsorbente según la invención: igual al ADS2 del ejemplo 1,
- -
- adsorbente según la técnica anterior: igual al ADS1 del ejemplo 1,
- -
- ciclo: igual al del ejemplo 1 y la figura 3.
En este caso, la ganancia de peso esperada para
un sistema concentrador, en particular OBOGS, para pasajeros, es de
60 kg (30%) con el adsorbente según la invención, con respecto a un
adsorbente clásico, siendo iguales todas las demás condiciones.
Claims (18)
1. Sistema de a bordo de un aeronave para la
producción de un flujo gaseoso enriquecido en oxígeno a partir de
una mezcla gaseosa de oxígeno y nitrógeno, en particular de aire,
que comprende al menos un adsorbedor que contiene al menos un
adsorbente que permite adsorber al menos una parte de las moléculas
de nitrógeno contenidas en la mezcla de oxígeno y nitrógeno del
abastecimiento, caracterizado porque dicho adsorbente
comprende una zeolita de tipo faujasita, que tiene una relación de
Si/Al de 1 a 1,50, intercambiada en al menos en 80% con cationes de
litio.
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende al menos 2 adsorbedores que
funcionan de manera alternada.
3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque el adsorbente es una zeolita de tipo
X que tiene una relación de Si/Al de 1 a 1,25, preferentemente del
orden de 1.
4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque la zeolita está en forma de
partículas, particularmente de bolas, que tienen un tamaño medio
inferior a 0,7 mm, preferentemente del orden de 0,5 mm.
5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque la zeolita está intercambiada en 85%
a 97% con cationes de litio, preferentemente de 86% a 95%.
6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque comprende medios de compresión que
permiten comprimir la mezcla gaseosa que contiene oxígeno y
nitrógeno, y medios de distribución que permiten asegurar un
abastecimiento alternado de cada adsorbedor con la mezcla gaseosa
comprimida abastecida por los medios de compresión.
7. Aeronave equipada con un sistema según una de
las reivindicaciones 1 a 6, en particular un avión de línea,
particularmente un avión de línea de tipo de gran capacidad y gran
radio de acción.
8. Procedimiento para abastecer las vías
respiratorias superiores de al menos una persona que se encuentra
en un aeronave con un flujo de gas enriquecido en oxígeno, en el que
dicho flujo enriquecido en oxígeno es producido según las etapas
de:
a) comprimir una mezcla de oxígeno y nitrógeno
de abastecimiento a una presión comprendida entre 1 y 5 bares
absolutos,
b) abastecer al menos un adsorbedor que contenga
al menos un adsorbente que permita adsorber al menos una parte de
las moléculas de nitrógeno contenidas en la mezcla de oxígeno y
nitrógeno de abastecimiento,
c) producir un flujo de gas enriquecido en
oxígeno,
d) transportar y regular dicho flujo gaseoso
enriquecido en oxígeno hasta las vías respiratorias superiores de
al menos una persona;
caracterizado porque el adsorbente
comprende una zeolita de tipo faujasita, que tiene una relación de
Si/Al de 1 a 1,50, intercambiada al menos un 80% con cationes de
litio.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque el flujo enriquecido en oxígeno contiene
una proporción de oxígeno superior a la proporción de oxígeno
presente en la mezcla de oxígeno y nitrógeno de abastecimiento,
preferentemente el flujo enriquecido en oxígeno contiene una
proporción en volumen de oxígeno comprendida entre 30% y 95% en
volumen.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque la mezcla de
oxígeno y nitrógeno de abastecimiento contiene mayoritariamente
nitrógeno, preferentemente la mezcla de oxígeno y nitrógeno de
abastecimiento es aire.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque comprende,
además, una etapa de regeneración del adsorbente por disminución de
la presión que reina en el adsorbedor hasta una presión baja
comprendida entre 0,09 y 1 bar, preferentemente entre 0,1 y 0,9
bares.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque utiliza 2 ó 3
adsorbedores que funcionan por ciclo de producción.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque cada adsorbedor
es sometido a ciclos de producción que tienen una duración del
ciclo inferior a 15 segundos, preferentemente inferior a 10
segundos.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el adsorbente
es una zeolita de tipo X que tiene una relación de Si/Al de 1 a
1,25, preferentemente del orden de 1.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque la zeolita está
en forma de partículas, particularmente de bolas, que tienen un
tamaño medio inferior a 0,7 mm, preferentemente del orden de 0,5
mm.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 15, caracterizado porque la zeolita está
intercambiada de 85% a 97% con cationes de litio, preferentemente
de 86% a 95%.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 16, caracterizado porque el gas
enriquecido en oxígeno así producido es distribuido a las vías
respiratorias superiores de al menos un piloto o al menos un
pasajero que se encuentra en la aeronave, preferentemente el gas
enriquecido en oxígeno así producido es distribuido a las vías
respiratorias superiores de al menos un pasajero cuando el avión es
sometido a una despresurización de la cabina de pasajeros.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 17, caracterizado porque es utilizado a
bordo de un avión de línea, particularmente un avión de línea de
tipo de gran capacidad y gran radio de acción.
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US20080011163A1 (en) * | 2006-07-17 | 2008-01-17 | Mcclain Michael S | Sorbent porous polymeric composite materials |
DE102008024503A1 (de) | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Airbus Deutschland Gmbh | Inertisierungssystem für ein Flugzeug |
US20130025591A1 (en) * | 2011-06-03 | 2013-01-31 | Wyngate Medical Technologies, Inc. | Ventilator with Integral Oxygen Generator |
US9089721B1 (en) | 2012-03-22 | 2015-07-28 | The Boeing Company | Oxygen generating system |
US9550575B2 (en) | 2012-05-25 | 2017-01-24 | B/E Aerospace, Inc. | On-board generation of oxygen for aircraft pilots |
US9120571B2 (en) | 2012-05-25 | 2015-09-01 | B/E Aerospace, Inc. | Hybrid on-board generation of oxygen for aircraft passengers |
US9550570B2 (en) | 2012-05-25 | 2017-01-24 | B/E Aerospace, Inc. | On-board generation of oxygen for aircraft passengers |
US10232947B2 (en) * | 2013-05-14 | 2019-03-19 | The Boeing Company | Aircraft air supply systems for reducing effective altitude of flight decks |
US10137317B2 (en) | 2013-05-14 | 2018-11-27 | The Boeing Company | Aircraft air supply systems for reducing effective altitude experienced at selected locations |
CA2934673A1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Carleton Life Support Systems, Inc. | Air drying system for obogs |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1449864A (en) * | 1973-10-24 | 1976-09-15 | Boc International Ltd | Adsorption system |
US3922149A (en) * | 1974-01-30 | 1975-11-25 | Garrett Corp | Oxygen air enrichment method |
GB1529701A (en) * | 1975-01-02 | 1978-10-25 | Boc International Ltd | Oxygen enriched air |
CA1123754A (en) * | 1978-01-26 | 1982-05-18 | Richard W. Hradek | Variable area molecular sieve container |
DE3029080A1 (de) * | 1980-07-31 | 1982-02-18 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | Verfahren und vorrichtung zum bereitstellen von atemgas |
DE3173496D1 (en) * | 1980-08-18 | 1986-02-27 | Normalair Garrett Ltd | Molecular sieve type gas separation systems |
US4455861A (en) * | 1983-01-24 | 1984-06-26 | Litton Systems, Inc. | Molecular sieve oxygen monitor |
US4687573A (en) * | 1984-08-13 | 1987-08-18 | Pall Corporation | Sorbing apparatus |
US4651728A (en) | 1984-09-28 | 1987-03-24 | The Boeing Company | Breathing system for high altitude aircraft |
US4681602A (en) * | 1984-12-24 | 1987-07-21 | The Boeing Company | Integrated system for generating inert gas and breathing gas on aircraft |
DE3672510D1 (de) * | 1985-02-22 | 1990-08-16 | Normalair Garrett Ltd | Pneumatischer partialdrucksensor. |
GB8528249D0 (en) * | 1985-11-15 | 1985-12-18 | Normalair Garrett Ltd | Molecular sieve bed containers |
GB8623605D0 (en) * | 1986-10-01 | 1986-11-05 | Normalair Garrett Ltd | Aircraft on-board gas generating apparatus |
US4859217A (en) | 1987-06-30 | 1989-08-22 | Uop | Process for separating nitrogen from mixtures thereof with less polar substances |
US4950311A (en) * | 1988-03-07 | 1990-08-21 | White Jr Donald H | Heaterless adsorption system for combined purification and fractionation of air |
GB8812888D0 (en) | 1988-05-31 | 1988-07-06 | Normalair Garrett Ltd | Aircraft aircrew life support systems |
US5022393A (en) | 1988-10-14 | 1991-06-11 | The Boeing Company | Apparatus for warning a pilot of life-support system failures |
GB8907447D0 (en) | 1989-04-03 | 1989-05-17 | Normalair Garrett Ltd | Molecular sieve-type gas separation systems |
GB9003033D0 (en) * | 1990-02-10 | 1990-04-11 | Normalair Garrett Ltd | Oxygen-rich gas breathing systems |
GB2267447B (en) * | 1992-06-01 | 1995-09-06 | Pall Corp | The removal in aircraft of components from fluid mixtures |
US5268023A (en) * | 1992-10-05 | 1993-12-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Nitrogen adsorption with highly Li exchanged X-zeolites with low Si/Al ratio |
GB9304858D0 (en) * | 1993-03-10 | 1993-04-28 | Pall Corp | Gas supply systems |
US5549736A (en) * | 1994-01-19 | 1996-08-27 | Litton Systems, Inc. | Modular, stackable pressure swing absorption concentrator |
US5464467A (en) * | 1994-02-14 | 1995-11-07 | The Boc Group, Inc. | Adsorptive separation of nitrogen from other gases |
FR2722426B1 (fr) * | 1994-07-18 | 1996-08-23 | Air Liquide | Procede de separation d'azote d'un melange gazeux par adsorption |
US5531807A (en) * | 1994-11-30 | 1996-07-02 | Airsep Corporation | Apparatus and method for supplying oxygen to passengers on board aircraft |
GB9524721D0 (en) * | 1995-12-02 | 1996-01-31 | Normalair Garrett Ltd | Molecular sieve type gas separation apparatus |
FR2743507B1 (fr) * | 1996-01-16 | 1998-03-06 | Air Liquide | Procede pour la separation de melanges d'oxygene et d'azote utilisant un adsorbant a porosite amelioree |
US6063169A (en) * | 1996-05-10 | 2000-05-16 | Litton Systems, Inc. | Control means for molecular sieve on-board oxygen generator |
US5858063A (en) * | 1997-06-03 | 1999-01-12 | Litton Systems, Inc. | Oxygen concentrator with beds' duty cycle control and self-test |
FR2765491B1 (fr) * | 1997-07-07 | 1999-08-06 | Air Liquide | Procede de separation d'un flux gazeux par un procede psa |
FR2767717B1 (fr) | 1997-08-28 | 1999-10-01 | Air Liquide | Granulometrie et epaisseur de lit d'une unite psa |
FR2771656B1 (fr) | 1997-12-01 | 2000-01-07 | Air Liquide | Procede psa mettant en oeuvre un adsorbant a proprietes de capacite et/ou de selectivite heterogenes |
FR2775618B1 (fr) | 1998-03-03 | 2000-05-05 | Air Liquide | Adsorbant a taux d'echange heterogene et procede psa mettant en oeuvre un tel adsorbant |
FR2782461B1 (fr) * | 1998-08-21 | 2000-09-22 | Air Liquide | Procede psa utilisant une zeolithe faujasite contenant des cations metalliques en tant qu'adsorbant |
GB9823651D0 (en) * | 1998-10-29 | 1998-12-23 | Normalair Garrett Ltd | Gas generating system |
US6524370B2 (en) * | 2000-07-28 | 2003-02-25 | The Boc Group, Inc. | Oxygen production |
US6468328B2 (en) * | 2000-12-18 | 2002-10-22 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxygen production by adsorption |
FR2822713B1 (fr) * | 2001-04-02 | 2003-05-16 | Air Liquide | Procede et dispositif de traitement d'un feu dans un compartiment d'avion |
FR2823180B1 (fr) * | 2001-04-04 | 2003-07-25 | Air Liquide | Procede et installation de distribution d'air enrichi en oxygene aux occupants d'un aeronef |
US6551384B1 (en) * | 2001-07-05 | 2003-04-22 | Praxair Technology, Inc. | Medical oxygen concentrator |
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