JP5799065B2 - 高圧気体発生システム - Google Patents
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Description
この出願は、『オキシジェン・ジェネレータ・ウィズ・ストレージ・アンド・コンサベーション・モード(OXYGEN GENERATOR WITH STORAGE AND CONSERVATION MODE)』と題して2004年9月21日に出願された米国仮出願第60/522362号に基づく。
− 空気入力流量対酸素出力流量の比が非常に高い(20:1)。
この高い入力流量は、熱交換器に熱損失がないことを必要とし、満たされないときはセラミック要素に熱衝撃が及ぶ。
− 熱を保存するために熱交換器効率が高いことを必要とする。
したがって、それらが高価になる。
− 熱交換のため、オーブンを加圧してリターン(酸素欠乏排気)流を生成しなければならない。正圧がオーブン上の開口や割れから温度漏れを生じさせる。
− 両方のサブシステムに同一構成のIMATを使用することができる。
− 生成ライン内のIMATを、低および高パフォーマンスに分離すること、および低圧または高圧のサブシステム内に使用することができる。この分離および使用は廃棄されるIMATを減少させる。したがって、歩留まりを向上させることができる。
3lpm×60分/時間×8時間+1lpm×60分/時間×16時間=2400リットル
3lpm×60分/時間×8時間+1/6lpm×60分/時間×16時間=1600リットル
1. パルス投与のための別体のECUであって、カニューレ、圧力トランスデューサ、レギュレータ、または移動式ボンベに連結自在なECU;および、
2. 移動式または補助貯蔵接続具は、ユニットへの移動式ボンベ10の再装着時に補助貯蔵からの自動ソーシングを可能にするべく設計することができる。
酸素節約レギュレータ40は、好ましくは1またはそれより多くの動作モードを有する。ノーマル・モードは、搭乗員の吸入の初期期間の間だけに酸素を供給するパルス投与を使用し、それによって酸素を節約する一方、呼吸サイクルにおいてもっとも効果的なときに酸素を提供する。これは、結果として安全性を低下させることなく、酸素消費を低減する。貯蔵された酸素は、より高い流量またはより高い濃度が必要とされるときに使用される。
COGSサブユニットの他の実施態様は、任意であるが低圧100および高圧150の気体純化または発生サブシステムを結合する2段階システム180を含む。低圧サブシステム100は、IMAT106を使用して周囲空気から内部回路へ酸素をポンピングして低圧酸素を発生する。他方の高圧サブシステム150は、IMAT160の第2のグループを使用して内部回路から安定した高圧酸素貯蔵デバイス194へ酸素をポンピングする。
特に図4および5を参照すると、本発明の低圧サブシステムまたはコンポーネント100は、圧力スイング吸着(PSA)等の別の酸素発生技術によって供給される不純酸素を純化するためにセラミック酸素発生要素を使用する。
− 熱交換器がまったく必要ないか、または低効率熱交換器が許容可能になる。入力対出力流量比は低い。したがって、分配管の内側を移動する間に入力部の予熱を行うことができる。
− オーブン104の動作圧力は、周囲圧力よりわずかに高く保持されるだけでよい。したがって、対流を介した熱損失が有意に低減される。
− オーブン104の内側の酸素濃度が制御され、周囲への酸素の損失を伴うことなくセラミック要素106の動作を最適化する。
特に図3、6、および7に図示されているように、本発明の高圧サブシステム150またはコンポーネントは、以前に述べたセラミック膜に、引っ張り力に代えて圧縮力をかける。セラミック材料は、圧縮において引っ張りにおける強さのほぼ15倍の強さを有する。この著しい効果を得るには、引っ張り力の扱いにより適し、コスト効果をもつ圧力容器152内に高圧高温の酸素を入れる方法を見つけ出すことが必要となる。
特に図3の2段階セラミック酸素発生システム180の機能ブロック図を参照すると、本発明は、高圧サブシステム150および本発明の低圧サブシステム100をともに含む。
IMAT電源1112をオン=(PSW1124が下側レベル未満(すなわち、<50psig))かつ(温度が最低動作温度を超える)
IMAT電源1 112をオフ=(PSW1124が上側レベルを超える(すなわち、>100psig))または(温度が最低動作温度未満)
オーブン空気供給ファン186をオン=IMAT電源1112をオン
IMAT電源2 184をオン=(PSW1124が下側レベル未満でない(すなわち、>50psig))かつ(PSW2 198が上側レベルを超えていない(すなわち、<=2000psig))かつ(オーブン2152温度が最大動作温度未満(すなわち、<750度C))
IMAT電源2 184をオフ=(PSW1124が下側レベル未満(すなわち、<50psig))または(PSW2 198が上側レベルを超える(すなわち、>2000psig))または(オーブン2152温度が最大動作温度を超える(すなわち、>750度C))
貯蔵および節約モードをもつ本酸素発生器は、以下に示す代替実施態様を含むことができる。
12 貯蔵容器(貯蔵ユニット、貯蔵タンク)
14 COGS(気体発生システム、COGユニット、電気化学酸素発生システム、セラミック酸素発生器ユニット、COGモジュール)
16 電子制御ユニット(電子制御ユニット、ECU)
18 圧力トランスデューサ(PT1)
20 気体ライン
22 フロー・バルブ
24 パイプ
25 T連結部(マニフォールド)
26 パルス・バルブ(バルブ、フロー・バルブ)
28 レギュレータ(レギュレータ・ユニット、呼吸レギュレータ)
30 流体流路
31a 圧力トランスデューサ(PT2)
31b 圧力トランスデューサ(PT3)
32 酸素供給(カニューレ)
34 管路
36 フィードバック信号
38 第1の酸素貯蔵容器またはタンク(貯蔵容器、バックアップ酸素システム(BOS))
40 酸素節約レギュレータ
42 酸素マスク(マスク)
44 スタンバイ貯蔵容器またはシステム(EOS)(緊急酸素システム(EOS))
46 入力信号
48 加速度計
50 圧力トランスデューサ
52 制御信号
54 フロー・バルブ
55 機室空気取り入れ口
56a、56b、56c、56d バルブ・システム
58 反Gバルブ・コンポーネント
60 航空Gスーツ(低G被服)
100 低圧サブシステム(低圧段)
102 酸素純化サブシステム
104 オーブン
106 IMAT(セラミック酸素発生エレメント、セラミック要素)
108 酸素センサ
110 主制御器
112 電源(IMAT電源)
114 温度制御器
116 接続
118 不純酸素入力回路
120 ソレノイド・バルブ
122 高温分配管
124 圧力スイッチPSW(PSW1)
126 接続
128 オーブン加熱器コンポーネント(加熱器、一体型加熱器)
130 熱交換器
150 高圧サブシステム(高圧段)
152 圧力容器;オーブン(オーブン2)
154 シェル
156 断熱材
158 内側チャンバ(チャンバ、オーブン内側)
160 IMAT(セラミック膜)
162 熱源(加熱器、内部加熱要素)
164 取り入れ口ポート
166 生成物取り出し口ポート
180 2段階システム(2段階セラミック酸素発生システム)
182 温度制御器
184 IMAT電源(IMAT電源2)
186 ブロア;ファン(オーブン空気供給ファン)
188 指示器
190 指示器
192 低圧取り出し口
194 高圧酸素貯蔵デバイス(高圧ボンベ)
196 入力部および分配部
198 PSW2(圧力スイッチ)
C COGS
C システム
V 航空酸素システム
Claims (5)
- 所望の生成物の気体を生成するための高圧気体発生システムであって、
外側シェルおよび所望の圧力および温度をもつ気体を包含できる内側キャビティを有する圧力容器であって、入力気体を前記内側キャビティに伝えるための取り入れ口、および前記内側キャビティから前記生成物の気体を伝えるための取り出し口を有する圧力容器、
前記内部キャビティ内にある、前記内側キャビティの温度を調整するための加熱エレメント、および
前記内部キャビティ内に取り付けられた、選択された入力気体を純化し、所望の生成物の気体を発生するための少なくとも1つの電気化学気体発生ユニット、
を含み、
前記電気化学気体発生ユニットはセラミック膜を含み、
該セラミック膜は、前記圧力容器内で前記セラミック膜と前記圧力容器の外側シェルとの間に形成される高圧にさらされ、
前記セラミック膜は、前記圧力容器内に形成される高圧により圧縮力を受ける、
ことを特徴とするシステム。 - 前記圧力容器は、さらに、前記内側キャビティの中の熱の維持のための断熱部を含む、請求項1に記載のシステム。
- さらに、前記内側キャビティ内の温度を調整するための前記加熱エレメントに連結された制御器を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記入力気体の温度は、前記セラミック膜に供給される前に予め定められた温度状態に調整される、請求項1に記載のシステム。
- 前記入力気体の相対的な組成は、動作中の前記セラミック膜の動作負担を軽減するために前記所望の生成物の気体に関して予め選択される、請求項1に記載のシステム。
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