FR2658155A1 - Systemes inhalateurs de gaz enrichi en oxygene pour avions transportant des passagers. - Google Patents

Abstract

Le gaz enrichi en oxygène provenant de l'appareil de concentration à tamis moléculaire (11) est refoulé au moyen d'un compresseur (17) et d'une valve de priorité (24) à une bouteille de stockage de gaz équipage (22) et aux bouteilles de stockage de gaz passagers (23). Un régulateur électronique (38) contrôle le cyclage de l'appareil de concentration (11) pour l'obtention d'un gaz enrichi en oxygène à 90 % au minimum. Le régulateur reçoit des signaux d'un moniteur (35) captant la concentration en oxygène du gaz refoulé par l'appareil de concentration, et les signaux émis par les capteurs de pression (42) et (43) des bouteilles (22) et (23) pour faire fonctionner le système lorsque le contenu de ses bouteilles s'avère après détection, inférieur à une valeur prédéterminée. Une valve de priorité sert au remplissage préférentiel de la bouteille équipage lorsque les deux ensembles de bouteilles demandent à être remplis. Une valve de décharge (46) permet lors du déclenchement du fonctionnement du système, de mettre le gaz refoulé par l'appareil de concentration à l'air ambiant jusqu'à ce que la teneur en oxygène soit égale ou supérieure à 90 %.

Description

4-

SYSTEMES INHALATEURS DE GAZ ENRICHI EN OXYGENE POUR

AVIONS TRANSPORTANT DES PASSAGERS

Cette invention a trait aux systèmes inhalateurs de gaz enrichi en oxygène et plus particulièrement à un système et à un appareil fournissant un gaz enrichi en oxygène à inhaler par l'équipage et les passagers des avions transportant des passagers et pour les avions en

mission d'évacuation médicale.

Il est indispensable dans les avions transportant des passagers de fournir de l'oxygène à inhaler par le

personnel navigant technique, le personnel navigant com-

mercial et par les passagers, en particulier dans les si-

tuations de détresse telle que la dépressurisation de la cabine En général, le système inhalateur du personnel navigant technique est distinct de celui des passagers et l'oxygène provient de bouteilles d'oxygène gazeux mis en pression Il est également indispensable que de l'oxygène puisse être inhalé en continu par un membre du personnel navigant technique à plus de 12 000 mètres pour assurer une protection contre les effets de l'altitude en cas de

dépressurisation instantanée de la cabine Il est souhai-

table que l'oxygène, pour cette dernière condition, soit disponible sans entraîner d'inconvénient pour la source

d'oxygène stocké du circuit de secours Le système passa-

gers est conçu pour apporter une protection contre la dé-

pressurisation de la cabine en altitude et a pour fonc-

tion de fournir de l'oxygène pendant une période pouvant atteindre dix minutes alors que l'avion procède à la

descente à une altitude de sécurité de 3 000 mètres.

C'est la raison pour laquelle on a recours généralement aux bougies de chlorate bien que l'oxygène gazeux puisse être également disponible dans la cabine passagers à l'intention du personnel navigant commercial dans des

buts thérapeutiques en vol à altitude élevée Dans cer-

tains gros avions, de l'oxygène gazeux peut être fourni au système passagers tandis qu'une autre source d'oxygène gazeux est prévue pour une utilisation d'oxygène d'une

durée supérieure aux dix minutes requises.

Le développement de nouveaux parcours aériens dans certaines zones du monde constitue un problème dans la mesure o certaines sections de ces parcours survolent des régions montagneuses ne permettant pas de descendre à une altitude de 3 000 mètres en cas de dépressurisation de la cabine Ceci impose d'avoir de l'oxygène disponible à des altitudes de plus de 6 000 mètres pour des périodes d'une durée supérieure, de l'ordre de quarante minutes ou

plus Pour des périodes supérieures à dix minutes, l'em-

ploi des bougies de chlorate n'est pas fiable et l'ad-

jonction de bouteilles de stockage d'oxygène gazeux en-

traîne des contraintes d'encombrement et de poids.

Les systèmes employant l'oxygène gazeux stocké dans des bouteilles demandent un entretien courant et un

remplissage fréquent pour maintenir la pression de rem-

plissage, ces entretiens et remplissage étant effectués soit sur l'avion à partir d'une source au sol, soit par remplacement des bouteilles Ces bouteilles pouvant avoir à être transportées à l'extérieur de l'avion, elles font l'objet de réglementations entraînant pour elle une masse supérieure à celle de bouteilles conçues pour un

avion normal.

Le brevet GB-A-2 219 511 (Normalair-Garrett) pré-

sente un équipement de vie destiné à l'équipage d'un avion militaire Cet équipement se compose d'un système de génération d'oxygène embarqué (OBOGS) possédant des

couches d'adsorbant à tamis moléculaire ou des concentra-

teurs d'oxygène commandés pour refouler un gaz inhalable enrichi en oxygène à une concentration moyenne, de 55 % à % par exemple, telles que les besoins en air de l'équipage soient satisfaits en condition de vol normal, du niveau du sol à l'altitude maximale de vol de l'avion,

soit 18 300 mètres ( 60 000 pieds) dans une cabine pressu-

risée, et donc à une altitude maximale pour la cabine de l'avion de 6 100 mètres ( 20 000 pieds) La pression du

gaz inhalable dans cette plage de concentration est aug-

mentée par un dispositif intensificateur ou compresseur de pression préalablement au refoulement de ce gaz dans

un réservoir de stockage d'o il est fourni individuelle-

ment aux membres de l'équipage par le biais d'un régula-

teur inhalateur et d'un groin De plus, lorsque la pression du gaz du réservoir de stockage dépasse une valeur prédéterminée et que ce remplissage n'est pas en cours, l'OBOGS peut être mis en état de commander les concentrateurs d'oxygène pour fournir un gaz inhalable d'une concentration maximale en oxygène, d'au moins 90 %, pour le remplissage d'une bouteille de stockage de gaz inhalable de détresse en association avec un siège éjectable à utiliser pour le saut en parachute, dans le cas o la pression du gaz de cette bouteille de stockage s'avère être tombée au dessous d'une valeur minimale prédéterminée En raison de la nécessité de fournir un gaz inhalable dans tous les régimes de vol, les concentrateurs d'oxygène et le compresseur doivent être dimensionnés de manière à répondre à cette exigence et le réservoir de stockage doit être doté d'une capacité telle qu'il puisse répondre aux besoins en gaz inhalable ainsi qu'aux pointes d'inhalation lorsque le membre de l'équipage respire profondément ou rapidement lors d'une manoeuvre en vol difficile Dans le même temps, il doit être possible de changer le cyclage des concentrateurs d'oxygène pour obtenir le refoulement d'un oxygène

pratiquement pur répondant aux conditions de rem-

plissage de la bouteille de stockage de gaz de détresse.

On trouvera dans les brevets EP-A-O 045 404 (émis au nom de Linde et cédé maintenant au présent demandeur)

et US-A-4 651 728 (Boeing) d'autres présentations de sys-

tèmes inhalateurs pour des avions militaires permettant de stocker un gaz inhalable distribué par OBOGS Dans le

brevet EP-A-O 045 404, une partie du gaz inhalable enri-

chi en oxygène refoulé par les concentrateurs d'oxygène est stockée dans un réservoir de stockage de détresse

d'o elle peut provenir pour l'inhalation en cas d'inter-

ruption de la distribution normale des concentrateurs Le brevet US-A-4 651 728 présente un système composé d'une réserve de remplacement de gaz inhalable et d'une réserve

de détresse de gaz inhalable dans des bouteilles diffé-

rentes Un clapet sélecteur permet de libérer le gaz inhalable de la bouteille de remplacement lorsque l'avion est au sol et l'OBOGS non opérationnel, ou en vol si le fonctionnement du système est défectueux La bouteille de gaz de détresse est là principalement pour servir de source de gaz inhalable pour l'équipage en cas de saut en

parachute hors de l'avion, mais peut également être uti-

lisée en cas de défaillance à la fois de l'OBOGS et de la bouteille de remplacement De même, les systèmes qui font

l'objet de ces présentations doivent répondre aux exigen-

ces d'inhalation continue en cours d'opérations de vol

normal depuis le sol jusqu'à l'altitude maximale d'opéra-

tion d'un avion comptant un ou deux équipages et doivent

donc être dimensionnés en conséquence.

Un des objets de la présente invention est de fournir un système et un appareil de génération et de distribution de gaz enrichi en oxygène à bord d'un avion qui réponde aux exigences en oxygène à fournir pour

l'inhalation du personnel navigant technique et des pas-

sagers des avions commerciaux transportant des passagers et qui permette de fournir également un gaz d'inhalation enrichi en oxygène destiné aux avions opérant dans des

conditions d'évacuation médicale.

En conséquence, la présente invention propose selon un premier aspect un système de distribution de gaz enrichi en oxygène devant être inhalé par les passagers et l'équipage d'un avion transportant des passagers; ce système comprend un dispositif de concentration d'oxygène

par tamis moléculaire opérant pour refouler un gaz enri-

chi en oxygène, un dispositif de compression en connexion pour recevoir le gaz enrichi en oxygène refoulé par le dispositif de concentration et opérant en refoulant ledit

gaz enrichi en oxygène à une pression supérieure, un pre-

mier dispositif de stockage de gaz connecté pour recevoir le gaz enrichi en oxygène dudit dispositif de compression et distribuer ledit gaz au personnel navigant technique

de l'avion, un second dispositif de stockage de gaz con-

necté pour recevoir le gaz enrichi en oxygène dudit dis-

positif de compression et refouler ledit gaz vers les passagers de l'avion, un dispositif de surveillance de la teneur en oxygène du gaz enrichi en oxygène refoulé par

ledit dispositif de concentration, un dispositif de com-

mande connecté pour recevoir les signaux émis par le dis-

positif de surveillance de teneur en oxygène et connecté également pour émettre des signaux de commande vers ledit dispositif de concentration, un dispositif de détection de pression du gaz stocké dans lesdits premier et second

dispositifs de stockage et connecté pour émettre des si-

gnaux audit dispositif de commande; la teneur du gaz des-

dit premier et second dispositifs de stockage est gérée par ledit dispositif de commande pour déclencher l'action dudit dispositif de concentration et dudit dispositif de compression pour produire un gaz sous pression enrichi en oxygène apte à remplir lesdits dispositifs de stockage lorsque la concentration de l'un ou des deux dispositifs de stockage s'avère être tombée en dessous d'une valeur

requise.

Ce système comprend de préférence une valve de priorité située dans une tuyauterie de refoulement allant

du dispositif de compression au premier ou au second dis-

positif de stockage de gaz et connecté au dispositif de commande, la valve de priorité peut répondre au signal de commutation pour déclencher le remplissage prioritaire dudit premier dispositif de stockage de gaz produit lorsqu'à la fois ledit premier et ledit second dispositif

de stockage présentent des valeurs inférieures à la va-

leur de la concentration du gaz requise.

Le terme "gaz enrichi en oxygène" sous-entend ici un gaz comprenant au moins 90 % d'oxygène, le reste se

composant d'autres gaz, dont l'argon.

Etant donné que le matériau du tamis moléculaire servant à séparer l'oxygène et l'azote n'est pas sélectif pour l'oxygène/l'argon, la pureté maximale de l'oxygène pouvant être obtenue est de l'ordre de 95 % Un système conforme à la présente invention se compose de préférence d'une valve de décharge située dans une tuyauterie de refoulement située entre le dispositif de concentration et le dispositif de compression, la valve de décharge pouvant être commandée par le dispositif de commande pour évacuer le gaz refoulé par le dispositif de concentration vers l'atmosphère lorsque la concentration en oxygène est inférieure à 90 %, ce qui est le cas immédiatement après le début du fonctionnement

du dispositif de concentration.

D'autre part, la présente invention fournit un appareil de génération de gaz enrichi en oxygène pour un système de distribution de gaz enrichi en oxygène destiné à l'inhalation de l'équipage et des passagers des avions transportant des passagers, comprenant un ensemble de

concentrateurs d'oxygène à tamis moléculaire multicou-

ches, chacun possédant une extrémité d'entrée d'air de distribution et une extrémité de sortie du gaz enrichi en oxygène, un dispositif d'entrée d'air de distribution pouvant être connecté à une source d'air et comprenant un dispositif de régulation de pression et un collecteur

connecté pour envoyer de l'air de distribution aux extré-

mités d'entrée d'air des concentrateurs, un dispositif de surveillance de la teneur en oxygène du gaz enrichi en oxygène refoulé par les concentrateurs, un dispositif de commande sensible aux signaux émis par le dispositif de surveillance de la teneur en oxygène lors du contrôle du cyclage des couches du concentrateur entre les phases de marche/remplissage et arrêt/purge au cours desquelles le gaz enrichi en oxygène à une concentration pratiquement maximale d'oxygène est refoulé aux extrémités de sortie des concentrateurs, un dispositif collecteur connecté aux extrémités de sortie des concentrateurs pour recevoir le gaz enrichi en oxygène refoulé par les concentrateurs, un

dispositif de compression comprenant un dispositif d'en-

trée connecté au dispositif collecteur de gaz enrichi en oxygène pour recevoir ledit gaz et ayant pour fonction

d'augmenter la pression dudit gaz de refoulement prove-

nant du dispositif de sortie de l'intensificateur de pression. Le dispositif de compression peut se composer de compresseurs distincts associés chacun à un concentrateur ou d'un compresseur commun connecté pour recevoir le gaz

enrichi en oxygène provenant de l'ensemble des concen-

trateurs.

Un appareil conforme à une exécution de l'inven-

tion est monté de telle manière que les ensembles bou-

teilles et pistons de pressurisation du gaz produit du compresseur sont adaptés pour être actionnés par l'air de distribution qui est conduit au compresseur depuis le dispositif de distribution d'entrée d'air au moyen d'une conduite possédant des concentrateurs multicouches fixés

autour.

Les concentrateurs multicouches sont de préféren-

ce du type de ceux qui sont présentés dans les brevets US-A-4 737 170 et EP-A-0 225 736 (Normalair-Garrett),

lesquels possèdent des couches de tamis moléculaire dis-

posées concentriquement les unes par rapport aux autres avec une entrée d'air de distribution et une sortie de purge de gaz de chacune des couches commandées par des valves à diaphragme Une électrovanne contrôlant la servo-pression d'une chambre en servo-pression associée aux valves à diaphragme de chacune des couches de tamis est connectée de manière à recevoir les signaux émis par le dispositif de commande, moyennant quoi les couches

sont commutées entre les phases de marche et d'arrêt.

Ce dispositif de surveillance peut prendre diffé-

rents aspects, mais on préfère les installations compre-

nant un détecteur de concentration en oxygène tel qu'il donne un signal indiquant directement la concentration en oxygène, tel que le détecteur de concentration en oxygène

du type à cellule zircone Cet appareil est très rapide-

ment réceptif aux modifications de concentration en oxygène et permet donc au système de réagir rapidement

aux changements de condition.

Si cela est souhaité, le dispositif de surveil-

lance peut être associé à chaque concentrateur pour pou-

voir surveiller la teneur en oxygène du gaz produit dis-

tribué par chacun des concentrateurs et un dispositif

peut être ajouté permettant de fermer et d'isoler un con-

centrateur à part pour l'éventualité d'un fonctionnement défectueux. Il est possible d'adapter un système et un appa- reil, en conformité avec la présente invention, à une large gamme de modes de distribution en dotant le compresseur d'un dispositif permettant de couvrir un grand nombre de régimes de distribution sous l'autorité du dispositif de commande Ceci implique l'adjonction de

dispositifs de surveillance de la qualité de l'air dis-

tribué et un système de contrôle logique de la part du dispositif de commande adapté Cela permet de retirer une

grande quantité de gaz produit par l'appareil de concen-

tration quand les conditions sont bonnes et une quantité

moindre à d'autres moments.

Alors que l'appareil de concentration en confor-

mité avec la présente invention peut être dimensionné de manière à générer une quantité de gaz enrichi en oxygène permettant de remplir le dispositif de stockage de gaz

situé dans les avions, de l'état vide à l'état de rem-

plissage total, on peut préférer un appareil de concen-

tration de dimension et de poids inférieurs et présentant un écoulement de gaz enrichi en oxygène permettant de remplir le dispositif de stockage de gaz pour y maintenir la teneur en gaz produit requise, le dispositif de

stockage étant adapté à un remplissage initial à l'oxy-

gène gazeux à un état de remplissage total terminé

lorsque les avions sont au sol.

Par opposition aux systèmes inhalateurs militai-

res de l'art antérieur, tels que ceux qui sont donnés en exemple dans les brevets GB-A-2 219 511, EP-A-0 045 404 et US-A-4 651 728, un système inhalateur conforme à la présente invention répondant au besoin en gaz enrichi en oxygène pour l'inhalation ou pour les avions transportant des passagers, n'emploie les concentrateurs d'oxygène que pour produire un gaz enrichi en oxygène de la plus haute concentration en oxygène possible de manière à obtenir une distribution de gaz permettant le remplissage des systèmes de stockage passagers et équipage, si bien que les concentrateurs d'oxygène et un compresseur associé

puissent être dimensionnés en conséquence.

Le système et l'appareil exposés par la présente

invention permettent de maintenir le dispositif de sto-

ckage de gaz situé dans l'avion dans un état de remplis-

sage total par une production à bord de gaz enrichi en oxygène, réduisant ainsi le besoin d'entretien courant au sol Les bouteilles servant de dispositif de stockage dans les systèmes existant dans les avions transportant des passagers ont un volume de l'ordre de 3 mètres cube

et doivent résister aux transports routiers et aux mani-

pulations, elles pèsent donc chacune approximativement kg Les bouteilles associées à un système conforme à

la présente invention n'ont généralement pas à être sor-

ties des avions, si bien que la pratique normale en ma-

tière de contraintes aéronautiques, peut être appliquée.

Ceci signifie qu'une bouteille d'une capacité de 3 mètres cube et ayant une pression fonctionnelle nominale de 12,4 M Pa pourrait peser moins de 23 kg, ce qui représente une

économie d'approximativement 340 kg pour un système com-

posé de 15 bouteilles Ceci est fondé sur l'emploi de bouteilles conventionnelles en acier, et une économie plus grande encore peut être faite avec une construction en matériau composite Une protection peut être assurée contre les manipulations pendant l'installation et contre tout retrait subséquent des bouteilles en les montant sur

des palettes de chargement et en leur offrant un condi-

tionnement de protection pour éviter des dégâts par inad-

vertance. On peut résumer de la manière suivante d'autres

aspects avantageux d'un système et d'un appareil confor-

mes à la présente invention:

i la capacité de stockage pour répondre aux be-

soins d'approvisionnement le plus exigeant

est fournie par les bouteilles de stockage.

ii Un appareil de concentration relativement pe-

tit est employé pour remplir les bouteilles d'inhalatation de l'équipage et exécuter

d'autres fonctions de routine.

iii Ce système est totalement autonome et aucun entretien courant ni remplissage au sol n'est nécessaire en opération normale (une ouverture devrait probablement être prévue pour remplir au sol les bouteilles après

leur installation initiale).

iv Il est possible d'employer des bouteilles de

stockage (usuelles en aérospatial) légères.

v Ce système fonctionne si la décompression s'accompagne de l'arrêt de la distribution

d'air d'appoint à l'appareil de concentra-

tion. vi Un gaz d'inhalatation sous haute pression est fourni, lequel peut être employé avec

les systèmes passagers et équipage exis-

tants. vii Un contrôle de la concentration avant le vol du gaz des bouteilles indique que le système est prêt pour le vol. viii Une quantité peu élevée d'air d'appoint (air

de soutirage) est requise.

Cette invention va maintenant être décrite à l'aide d'un exemple et en référence aux dessins annexés o: la figure 1 est une illustration schématique d'un système d'inhalateur de gaz enrichi en oxygène pour avions conforme à une réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue de côté d'un appareil de concentration d'oxygène à tamis moléculaire conforme à une autre réalisation de l'invention pouvant etre employée pour le système présentée à la figure 1; la figure 3 est une vue en plan de l'extrémité d'entrée de l'appareil présenté à la figure 2; et la figure 4 est une vue en plan de l'extrémité de

sortie de l'appareil présenté à la figure 2.

Un système de production de gaz enrichi en oxygè-

ne (soit 90 95 % d'oxygène) à respirer à bord d'un avion transportant des passagers, tel qu'illustré par le diagramme de la figure 1 des schémas annexés, comprend un appareil de concentration à tamis moléculaire il tel que décrit ci-dessous en référence avec les figures 2, 3 et 4 des schémas annexés L'appareil de concentration il reçoit de l'air de distribution au moyen d'un conduit de

distribution 12 comprenant une valve d'arrêt 13, un fil-

tre et un séparateur d'eau 14 et un manodétendeur 15 La source d'air distribué est souhaitablement de l'air d'appoint provenant d'un étage du compresseur d'un ou de plusieurs réacteurs de l'avion Le concentrateur est mis

en fonction pour produire un gaz enrichi en oxygène ali-

mentant par un conduit de distribution 16 un compresseur 17 possédant, dans cette réalisation, les ensembles de vérins pneumatiques de pressurisation du gaz enrichi en

oxygène actionnés pneumatiquement (non représentés).

L'air actionnant les ensembles de vérins de pressuri-

sation est un air de distribution alimentant le compresseur 17 au moyen d'un conduit de distribution 18, connecté à un conduit de distribution 12, en aval de la

valve du mano-détendeur 15.

Le compresseur 17 a pour fonction de distribuer un gaz riche en oxygène à une pression supérieure, au moyen d'un conduit d'alimentation 20 comprenant une valve anti-retour 21, à une bouteille de stockage de gaz

enrichi en oxygène destinée au personnel navigant techni-

que 22 et, également à un groupe de bouteilles de stocka-

ge passagers de gaz enrichi en oxygène 23, lequel, selon la taille de l'avion et les besoins, peut compter de trois à quinze bouteilles; seules trois bouteilles 23 a, 23 b, 23 c sont représentées sur la figure 1 Le conduit d'alimentation 20 est connecté à une valve de priorité 24

pouvant être actionnée selon la description présentée ci-

dessous pour pouvoir remplir en priorité la bouteille de stockage équipage 22 par rapport aux bouteilles de

stockage passagers 23 La valve de priorité 24 est con-

nectée à une bouteille de stockage équipage au moyen d'un conduit d'alimentation 25 connecté à la bouteille de stockage 22, et aux bouteilles de stockage passagers au moyen d'une conduite d'alimentation 26 ayant des ramifications 26 a, 26 b, 26 c connectées respectivement à

la bouteille de stockage 23 a, 23 b, 23 c.

Le gaz riche en oxygène de la bouteille de stockage équipage 22 est distribué par un conduit de distribution 27 comprenant un manodétendeur 28, à deux

régulateurs à la demande 29 qui alimentent en gaz pro-

duit, à la demande, deux masques ou groins 30 disposés à chacun des postes de travail du pilote et du copilote Le gaz enrichi en oxygène des bouteilles de stockage passagers 23 est distribué par un conduit de distribution

31 connecté aux bouteilles 23 a,b,c comprenant un mano-

détendeur 32 menant aux conduits de distribution 33 lon-

geant chaque côté de la cabine passagers 34 et o sont fixés des masques inhalateurs à mise en place rapide (non représentés) Le gaz enrichi en oxygène est fourni à la

cabine passagers 34 à des fins thérapeutiques par le per-

sonnel navigant par un conduit de distribution (non re-

présenté) qui peut être raccordé au conduit de distribu-

tion 31 ou aux conduits 33 On observera avec intérêt,

bien sûr, que dans un avion en mission d'évacuation médi-

cale le gaz enrichi en oxygène provenant des bouteilles de stockage passagers peut être mis à la disposition des patients. La concentration en oxygène du gaz distribué par

l'appareil de concentration est surveillée par un moni-

teur 35 de forme indifférente mais qui dans cette réali-

sation est un détecteur de concentration en oxygène de type à cellule de zircone nécessitant un échantillon de gaz enrichi en oxygène et une distribution d'air de référence L'échantillon de gaz enrichi en oxygène est fourni au moniteur 35 par un conduit de soutirage 19 raccordé au conduit de distribution 12 Le moniteur 35 est connecté à une ligne de signal 37 émettant des signaux représentatifs de la concentration en oxygène

vers une unité de commande électronique 38 dite ECU.

L'ECU est connecté par une ligne de signal 39 pour

émettre des signaux électriques vers l'appareil de con-

centration 11, o le cyclage des couches de tamis molécu-

laire (non représentées sur la figure 1) entre les phases de marche/remplissage et d'arrêt/purge peut être commandé pour obtenir la distribution d'un gaz d'une concentration

en oxygène presque maximale.

L'ECU 38 est connecté par des lignes de signal 40

et 41 aux détecteurs de pression gazeuse 42 et 43 respec-

tivement, prévus sur les bouteilles de stockage de gaz équipage et passagers 22 et 23 respectivement L'ECU 38 est connecté par ailleurs par une ligne de signal 44 à la

vanne d'arrêt 13 et par une ligne de signal 45 à un mo-

teur électrique (non représenté sur la figure 1) du

compresseur 17, moyennant quoi les valves de l'intensifi-

cateur de pression sont séquencées en position ouvert ou fermé.

Une valve de décharge 46 et prévue dans la tuyau-

terie de refoulement 16 entre l'appareil de concentration

11 et le compresseur 17 La valve de décharge 46 est con-

nectée par une ligne de signal 47 à l'ECU 38 et commute par l'ECU vers un évent pour mettre à l'atmosphère le gaz refoulé par l'appareil de concentration lorsque le moni- teur 35 détecte une concentration en oxygène inférieure à % En outre, dans cette réalisation l'ECU 38 est connecté à une installation de gestion des données de l'avion, telle que l'ordinateur principal des systèmes

embarqués 48, par une ligne de signal 49 pouvant corres-

pondre au bus de données principal de l'avion Cette con-

nexion permet de mettre à la disposition de l'équipage des données concernant l'état du système et d'obtenir des contrôles intégrés De plus, si besoin est, les données

peuvent être fournies par l'ordinateur des systèmes em-

barqués à l'ECU à des fins de gestion du système.

Pendant le fonctionnement de ce système, lorsque l'ECU 38 reçoit des signaux émis par les capteurs de pression 42 ou 43 indiquant que la pression du gaz enrichi en oxygène stocké dans la bouteille de stockage de gaz équipage 22 ou dans les bouteilles de stockage de gaz passagers 23 est tombée en dessous d'une valeur requise, la vanne d'arrêt 13 reçoit le signal de s'ouvrir pour permettre à l'air de distribution de s'écoulerjusqu'à l'appareil de concentration il et au compresseur 17, et le fonctionnement de l'appareil de concentration est déclenché Lors de la mise en marche de l'appareil de concentration, la concentration en oxygène du gaz refoulé par l'appareil est captée par le moniteur 35 et des signaux sont envoyés à l'ECU, lequel traite les signaux et en émet par le biais de la ligne de signal 39 pour commander le cyclage des couches à tamis moléculaire de l'appareil de concentration afin d'obtenir un gaz d'une

concentration en oxygène maximale.

Au même moment, la valve de décharge 46 est com-

mutée pour éventer la tuyauterie de distribution 16 vers l'atmosphère jusqu'à ce que l'appareil de concentration marche à plein et que la teneur en oxygène du gaz refoulé par l'appareil de concentration soit captée par le moniteur 35 comme étant de 90 % ou plus L'ECU 38 émet alors à la valve de décharge le signal de fermer la mise à l'air ambiant pour que le gaz enrichi en oxygène s'écoule du concentrateur vers le compresseur 17 et l'ECU lance le fonctionnement du moteur électrique (non représenté) pour commander le séquencement des valves des vérins de pressurisation, moyennant quoi la pression du gaz enrichi en oxygène refoulé pour l'appareil de concentration est augmentée pour atteindre celle requise par le remplissage des bouteilles de stockage de gaz

passagers et équipage.

Alors que l'appareil de concentration en oxygène peut être d'une taille adaptée à la production d'un gaz enrichi en oxygène devant remplir les bouteilles de stockage depuis un état vide, il est préféré pour obtenir un appareil de concentration plus léger et plus petit que le remplissage initial des bouteilles de stockage soit effectué depuis une station au sol et que l'appareil de concentration soit doté d'une capacité suffisante pour remplir les bouteilles lorsque la teneur en oxygène du

gaz stocké tombe au-dessous d'une valeur souhaitée.

L'appareil de concentration d'oxygène en confor-

mité avec l'invention va maintenant faire l'objet d'une

description en référence avec les figures 2, 3 et 4, cet

appareil étant adapté à une utilisation dans un système du type de celui qui vient d'être décrit en référence à

la figure 1 et représenté dans cette figure.

L'appareil de concentration d'oxygène 50 se com-

pose de trois concentrateurs multicouches 51 (voir figu-

res 2 et 3), chaque concentrateur présentant trois cou-

ches de tamis moléculaire 52, 53, 54, disposées concen-

triquement les unes par rapport aux autres comme on peut

le voir pour l'un des concentrateurs de la figure 2.

Chaque concentrateur présente une extrémité d'entrée con-

* tenue dans un élément de fermeture 55 comprenant un cou- ple distinct de soupapes à diaphragme 56, 57 associé à

chaque couche, un seul couple de ces valves étant repré-

senté dans la figure 2 La soupape à diaphragme 56 com-

mande l'entrée d'air de distribution dans la couche qui est associée au cours d'une phase de marche/remplissage de la couche et la soupape à diaphragme 57 commande la mise à l'air ambiant de la couche au cours d'une phase d'arrêt/purge Le fonctionnement des soupape à diaphragme est commandé par la servo-pression d'une chambre de servo-pression 58 située à l'arrière de chaque soupape à diaphragme, la chambre 58 étant susceptible d'être mise à

l'air ambiant par une électrovanne (non représentée).

L'air de distribution est fourni aux concentra-

teurs par le biais d'un dispositif d'entrée d'air de

distribution comprenant une entrée 59 pouvant être con-

nectée à une source d'air de distribution (non représen-

tée) pouvant être de l'air pressurisé purgé d'un étage du compresseur d'un ou de plusieurs réacteurs L'entrée 59 est connectée par le biais d'un filtre 60 à des orifices d'entrée 61 (dont un seulement est visible sur la figure 2) d'un manodétendeur 62 L'air de distribution passe également par le biais de l'entrée 59 et du filtre 60 pour aboutir à un orifice d'entrée 63 d'une valve de pression de référence 64 mettant sous pression l'air dans

un boîtier de pression de référence 65 par l'intermédiai-

re d'une tuyauterie d'air de soutirage 66 Une paroi du boîtier de pression de référence 65 est constituée par un diaphragme 67 présentant un élément de valve 68 régulant l'écoulement de l'air de distribution depuis une sortie 69 jusqu'à la valve 62 La sortie 69 est connectée à un

collecteur 70 envoyant de l'air de distribution à un ori-

fice d'entrée d'air de distribution 71 prévue à l'ex-

trémité d'entrée de chacun des concentrateurs.

Une extrémité de sortie pour chaque concentrateur 51 comprend un élément de fermeture 72 doté d'une sortie 73 contenant éventuellement un filtre de gaz 74 Le gaz enrichi en oxygène refoulé pour chacune des couches 51, 52, 53 au cours de la phase de marche est envoyé vers la sortie 73 par des conduites (non représentées) prévues dans l'élément de fermeture 72 Ce dernier 72 renferme

également une soupape à diaphragme (non représentée) as-

sociée à chacune des couches par lesquelles peut entrer

une partie du gaz enrichi en oxygène dans un cycle d'ar-

rêt/purge de l'azote contenu par cette couche.

La sortie 73 de chaque concentrateur est connec-

tée à un collecteur tubulaire 75 doté d'un tube de refou-

lement 76 connecté à un compresseur 77 monté sur les ex-

trémités de sortie des concentrateurs Le compresseur 77 est du type de celui qui est présenté dans le brevet

EP-A-0 369 623 (Normalair-Garrett) possédant une plurali-

té de vérins à cylindres et pistons de pressurisation 79,

les pistons étant actionnés pneumatiquement L'air d'ac-

tionnement des pistons provient de l'air de distribution du concentrateur refoulé vers le compresseur 77 par une

conduite de distribution tubulaire 80 allant du collec-

teur 70 à la connexion avec le compresseur 77 et entourée de trois concentrateurs 51 comme le montrent le mieux les

figures 3 et 4 Le compresseur comprend également un mo-

teur électrique 81 connecté pour faire tourner une cour-

roie dentée 82 grâce à laquelle les valves 83 (figure 2) sont ouvertes et fermées par cycles pour commander le

fonctionnement des vérins de pressurisation 79.

Le moteur électrique 81 est connecté pour rece-

voir des signaux de lancement de fonctionnement émis par un régulateur électronique 84 ou unité de commande qui est connecté également pour émettre des signaux vers les électrovalves (non représentées) commandant la mise à l'air libre des chambres de servo-pression 58 associées

aux valves d'entrée d'air de distribution 56 et aux van-

nes de mise à l'air libre de gaz de purge 57 situées aux extrémités d'entrée de concentrateurs Le régulateur électronique 84 est connecté pour recevoir des signaux de

concentration en oxygène émis par un capteur de concen-

tration d'oxygène du type à cellule de zircone 85 Le capteur 85 reçoit pour fonctionner un échantillon de gaz enrichi en oxygène soutiré du collecteur tubulaire 75 au moyen d'une canalisation de soutirage tubulaire 87, et une portion d'air de référence soutiré sur la conduite de distribution tubulaire 80 au moyen d'une canalisation de

soutirage 88 Le fonctionnement de ces capteurs de con-

centration de type à cellule zircone est bien connu; on pourra se référer à l'exemple donné dans le brevet EP-A-039607 (Normalair-Garrett); et il ne sera pas décrit

ici en détail.

Comme cela a été dit de façon précise du système de la figure 1, ce régulateur électronique 84 reçoit des signaux indiquant l'état de la pression des bouteilles de

stockage de gaz passagers et équipage et gère la concen-

tration en oxygène de ces bouteilles Lorsque la concen-

tration est tombée au-dessous d'une valeur souhaitée, le

régulateur électronique lance le fonctionnement des con-

centrateurs 51 et du compresseur 77 produisant un gaz enrichi en oxygène de remplissage des bouteilles de stockage Le capteur 85 contrôle la concentration en

oxygène du gaz enrichi en oxygène refoulé par les concen-

trateurs et les signaux transmis au régulateur électroni-

que 84 sont traités de façon à entraîner des signaux de

commande des électrovalves situées aux extrémités d'en-

trée des couches de concentrateur, moyennant quoi ces couches sont séquencées en phase de marche et d'arrêt, dans le but d'obtenir une concentration pratiquement

maximale d'oxygène dans le gaz produit.

Selon le profil de vol prévu et l'emploi d'un

système en conformité avec la présente invention, la di-

mension de l'appareil de concentration peut être réduite lors de la conception pour remplir un nombre optimal de conditions de distribution, à des altitudes/pression de

ventilations élevées par exemple Si cet ensemble de con-

ditions est rempli suffisamment souvent pour compenser les pertes probables et les besoins en écoulement de gaz du système, il est alors possible d'isoler l'appareil de concentration le reste du temps Cela nécessitera soit la

présence de moniteurs supplémentaires à l'entrée du con-

centrateur, soit une interface de données avec l'ordina-

teur des systèmes de l'avion 48 au niveau de la ligne de

signal 49 (figure 1).

Sinon, il est possible d'adapter un système en conformité avec la présente invention à un grand nombre de conditions de distribution en faisant fonctionner le multiplicateur de pression sur une série de régimes de refoulement contrôlés par l'unité de commande Bien que

cela nécessite l'adjonction de moniteurs évaluant la qua-

lité de l'air de distribution et une logique de commande

accrue dans l'unité de commande, il est possible d'obte-

nir un débit élevé de gaz enrichi en oxygène dans de bonnes conditions, avec une baisse de ce débit à d'autres moments.

Dans un système présentant un appareil de concen-

tration constitué d'un certain nombre de concentrateurs indépendants, une fiabilité accrue peut être obtenue en contrôlant séparément la sortie de chaque concentrateur

et en installant un dispositif d'isolation d'un concen-

trateur dans l'éventualité d'un fonctionnement défec-

tueux Ce système continue à fonctionner à un niveau de rendement plus bas et un signe apparaîtra indiquant

qu'une opération de maintenance est nécessaire.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Système de distribution de gaz enrichi en oxygène devant être inhalé par l'équipage et les passagers d'un avion transportant des passagers, caractérisé en ce que ce système est constitué d'un dispositif de concentration d'oxygène à tamis moléculaire ( 11) fonctionnant pour re-

fouler un gaz enrichi en oxygène, un dispositif de com-

pression ( 17) connecté pour recevoir le gaz enrichi en oxygène dudit dispositif de concentration ( 11) et opérant

en refoulant le gaz enrichi en oxygène à une pression ac-

crue, un premier dispositif de stockage du gaz ( 22) con-

necté pour recevoir ledit gaz enrichi en oxygène dudit dispositif de compression ( 17) et pour refouler ledit gaz au personnel navigant technique de l'avion, un second dispositif de stockage du gaz ( 23) connecté pour recevoir le gaz enrichi en oxygène dudit dispositif de compression ( 17) pour refouler ledit gaz vers les passagers de l'avion, un dispositif de surveillance ( 35) de la teneur en oxygène du gaz enrichi en oxygène refoulé par ledit dispositif de concentration ( 11), un dispositif de commande ( 38) connecté pour recevoir des signaux émis par le dispositif de surveillance ( 35) de la teneur en oxygène et connecté encore pour émettre des signaux de

commande dudit dispositif de concentration ( 11), un dis-

positif de détection ( 42,43) de la pression du gaz stocké dans lesdits premier et second dispositifs de stockage

( 22,23) et connecté pour émettre des signaux audit dis-

positif de commande ( 38) moyennant quoi la teneur en gaz desdits premier et second dispositifs de stockage ( 22,23) peut être gérée par ledit dispositif de commande 38) pour faire commencer le fonctionnement dudit dispositif de concentration ( 11) et dudit dispositif de compression ( 17) pour produire un gaz sous pression enrichi en oxygène pouvant remplir ces dispositifs de stockage ( 22,23) lorsque la teneur de l'un ou l'autre des dispositifs de stockage ( 22,23) apparaît après traitement

comme étant tombée au-dessous d'une valeur souhaitée.

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en outre par un dispositif de valve de priorité ( 24) situé dans une conduite de refoulement entre le dispositif de compression ( 17) et les premier et second dispositifs de stockage de gaz ( 22,23) et connecté, pour fonctionner, au dispositif de commande ( 38) moyennant quoi le dispositif de valve de priorité ( 24) reçoit le signal de commuter sur le remplissage prioritaire dudit premier dispositif de stockage de gaz ( 22) produit lorsqu'il a été détecté que lesdits premier et second dispositifs de stockage ( 22,23) étaient en dessous d'une valeur requise pour le contenu.

3 Système selon les revendications 1 ou 2, carac-

térisé en outre par un dispositif de valve de décharge ( 46) situé entre le dispositif de concentration ( 11) et le dispositif de compression ( 17) , le dispositif de valve de décharge ( 46) pouvant être actionné par le dispositif de commande ( 38) pour la mise à l'air ambiant du gaz refoulé par le dispositif de concentration ( 11) lorsque la concentration en oxygène est inférieure à 90 %

4 Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le compresseur ( 17) est adapté pour fonctionner à un grand nombre de régimes de refoulement d'après les instructions du dispositif de

commande ( 38).

Appareil de génération de gaz enrichi en oxygène destiné à un système de distribution de gaz enrichi en

oxygène devant être inhalé par l'équipage et les passa-

gers d'un avion transportant des passagers, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de concentrateurs d'oxygène ( 51) à tamis moléculaire multicouches dotés chacun d'une extrémité d'admission d'air de distribution et d'une extrémité de sortie de gaz enrichi en oxygène, un dispositif d'admission d'air de distribution d'air et comprenant un dispositif de régulation de pression et un dispositif collecteur ( 70) connecté pour distribuer l'air

de distribution aux extrémités d'admission des concentra-

teurs, un dispositif de surveillance ( 85) de la teneur en

oxygène du gaz enrichi en oxygène refoulé par les concen-

trateurs, un dispositif de commande ( 84) réagissant aux

signaux émis par le dispositif de surveillance de la con-

centration ( 85) en oxygène dans le but de contrôler le cyclage des couches des concentrateurs en phase marche/charge et arrêt/purge moyennant quoi le gaz enrichi en oxygène à une concentration pratiquement maximale est refoulé aux extrémités de sortie des concentrateurs ( 51), un dispositif collecteur ( 75) connecté aux extrémités de sortie des concentrateurs pour recevoir le gaz enrichi en oxygène refoulé par les concentrateurs ( 51), un dispositif de compression ( 77) comprenant un dispositif d'admission connecté au dispositif collecteur du gaz enrichi en oxygène pour recevoir ledit gaz et fonctionnant pour augmenter la pression dudit gaz devant être refoulé par le dispositif

de sortie du dispositif de compression ( 77).

6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en outre en ce que le dispositif de compression se compose d'un compresseur commun ( 77) connecté pour recevoir le

gaz enrichi en oxygène à chacun des concentrateurs ( 51).

Appareil selon la revendication 6, caractérisé en 7

outre en ce que le compresseur ( 77) comprend des ensem-

bles de vérins de pressurisation du gaz enrichi en

oxygène actionnés par l'air de distribution.

8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que l'air de distribution destiné à actionner les ensembles de vérins est refoulé vers le compresseur

( 77) par le dispositif de refoulement de l'air de distri-

bution au moyen d'un conduit entouré des concentrateurs

multicouches.

9 Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 5 à 8, caractérisé en outre en ce que le dispositif ( 85) de surveillance de la teneur en oxygène comprend un détecteur de concentration en oxygène émettant un signal

directement indicateur de la concentration en oxygène.

Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 5 à 9, caractérisé en outre en ce que le dispositif ( 85) de surveillance de la teneur en oxygène est associé à chaque concentrateur de telle manière que la teneur en oxygène du gaz enrichi en oxygène refoulé par chaque concentrateur ( 51) est surveillée séparément et un

dispositif est prévu pour couper et isoler un concentra-

teur individuel en cas de fonctionnement défectueux.

11 Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 5 à 10, caractérisé en outre en ce qu'il est dimensionné pour produire un débit de gaz enrichi en oxygène adapté au remplissage des dispositifs de stockage

( 22,23) de gaz de l'état vide à l'état plein.