飛行員用氧氣的在機發(fā)生的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本發(fā)明一般地涉及提供調(diào)控的氧氣流的系統(tǒng)和方法，包括用于飛行器上的飛行員或座艙乘務人員。本發(fā)明更具體地涉及一種確保飛行器上的飛行員或座艙乘務人員可迅速地和間歇性地獲得適于呼吸的氧氣的系統(tǒng)和方法，包括在飛行器下降期間。該系統(tǒng)的部件包括氧氣發(fā)生器。
[0002]傳統(tǒng)的為飛行員或座艙乘務人員提供氧氣的系統(tǒng)和方法依賴于儲存于氣瓶中的氣態(tài)氧，該氣瓶存儲于飛行器上并且供給到壓力和/或流量調(diào)節(jié)裝置。
[0003]完全依賴于富氧氣體加壓瓶或化學氧氣發(fā)生器存在不利因素。富氧氣體加壓瓶給氧氣供應系統(tǒng)增加了相當大的重量并且通過提供始終存在的燃燒風險增加了它的潛在危害性。增加的重量增加了燃料費。來自加壓氣瓶的氧氣可能從飛行器分布網(wǎng)中的一個或更多來源分配，或者可能為每個飛行員或座艙乘務人員提供單個的氣瓶。不論哪種情況，考慮到飛行器有限的空間，來自氣瓶的氧氣一般不遠離飛行器照明系統(tǒng)的組件，這增加了潛在危害性。例如，在座位上方的單獨氣瓶或分布網(wǎng)的出氣口離燈很近。化學氧氣發(fā)生器降低了這種潛在危險并且降低了長期存放的加壓氣瓶的重量，但是其應用是有限的。例如，化學氧氣發(fā)生器僅設計用于短程單次飛行(例如，在大約22分鐘以內(nèi))并且它的適用性可能還依賴于飛行線路的地形。重新裝滿加壓氣瓶和替換單次使用的化學氧氣發(fā)生器的需求增加了飛行器氧氣供應系統(tǒng)的維護費用。
[0004]利用分子篩床和/或滲透膜技術的系統(tǒng)是已知的，該系統(tǒng)用于產(chǎn)生第一，全體乘務人員呼吸用的氧氣，和第二，用作飛行器燃料罐中惰性環(huán)境的氮氣。然而這樣的系統(tǒng)仍然需要為氧氣和氮氣提供壓縮機，以便氧氣能在適當?shù)膲毫ο鹿┙o呼吸。能夠產(chǎn)生的氧氣的濃度也受限于所使用的傳統(tǒng)機載氧氣發(fā)生器(OBOG)設備技術的性質(zhì)。
[0005]變壓吸附(PSA)技術基于氣體在壓力下通常被吸引到吸附氣體的固體表面的原理。較高的壓力導致較大的氣體吸附。當壓力減小或從高向低改變時，氣體被釋放或解吸附出來。氣態(tài)混合物可以通過變壓吸附(PSA)分離，因為不同氣體趨向于被不同的固體材料不同程度地吸附或吸引。因此，當壓力減小時，與固體材料吸附較不強的氣體首先解吸附，形成出口流。在吸附了氣體的固體材料床達到它的吸附容量后，將壓力進一步降低以釋放吸附更強的氣體。當應用于機載氧氣發(fā)生器(OBOG)時，發(fā)動機引氣通常被輸送到變壓吸附(PSA)裝置，空氣中的氮氣比空氣中的氧氣被更強地吸附到固體材料床上，并且產(chǎn)生富氧出口流。這與肺氣腫患者以及其它需要呼吸富氧空氣的人在手提式制氧機(oxygenconcentrator)中使用的過程類似。
[0006]基于變壓吸附(PSA)技術的機載氧氣發(fā)生器依賴于壓縮空氣。在飛行器上這種壓縮空氣通?？梢宰鳛閴毫Ψ秶鸀?0到40psig以及溫度范圍為320至380° F的發(fā)動機引氣獲得。然而，如果發(fā)動機引氣或者替代來源的壓縮空氣不易獲得，可使用壓縮機將空氣充分地壓縮以使其適于被變壓吸附(PSA)型機載氧氣發(fā)生器(OBOG)吸收。
[0007]變壓吸附(PSA)系統(tǒng)的吸附劑必須具有在兩種或更多種氣體之間進行區(qū)分的能力，表現(xiàn)為選擇性吸附。變壓吸附(PSA)系統(tǒng)的適合吸附劑材料通常是因其大的表面積而選用的非常多孔的材料，例如活性炭、硅膠、氧化鋁和沸石。被吸附到這些表面的氣體可能由只有一分子或至多幾個分子厚的層組成。每克有數(shù)百平方米表面積的吸附材料使吸附劑重量的很大部分能夠吸附氣體。除了不同的氣體有不同的吸收選擇性之外，沸石和某些被稱為碳分子篩的活性碳類型的分子篩特性用于基于大小排除一些氣體分子。
[0008]由于需要通過膜循環(huán)，機載氧氣發(fā)生器(OBOG)設備產(chǎn)生的呼吸用氧氣通常不能快速獲得。雖然基于其能夠在壓力下提供更純或更高濃度的富氧氣體，陶瓷氧氣發(fā)生器(COG)設備通常優(yōu)于分子篩氧氣發(fā)生器(MSOG)設備，但由于對于這種設備產(chǎn)生氧氣所需的高溫需求，來自于陶瓷氧氣發(fā)生器(COG)設備的氧氣也不能快速獲得。期望的是提供一種系統(tǒng)，其平衡了機載氧氣發(fā)生器(OBOG)的優(yōu)點，包括結合現(xiàn)有的固體電解質(zhì)氧氣分離(SEOS)技術的陶瓷氧氣發(fā)生器(COG)設備以及結合變壓吸附(PSA)技術的分子篩氧氣發(fā)生器(MSOG)設備，其通過結合在短期內(nèi)提供高純度氧氣的其他組件而不會在下降期間或緊急情況出現(xiàn)時犧牲短期內(nèi)可呼吸氧氣的獲得。
[0009]還期望的是提供一種系統(tǒng)，其結合利用變壓吸附(PSA)技術的分子篩氧氣發(fā)生器(MSOG)設備，以在海拔高度持續(xù)低于30，000英尺時提供充足的富氧空氣。在30，000英尺以下依賴分子篩氧氣發(fā)生器(MSOG)設備提供氧氣的能力也可以減少可生產(chǎn)海拔高度30000英尺及以上所需的更高富氧氣體(大約99%的純度)的陶瓷氧氣發(fā)生器(COG)設備對于電力和加熱的花費。
[0010]進一步期望的是提供一種系統(tǒng)，其包含控制器，所述控制器用來管理來自系統(tǒng)內(nèi)不同來源的氧氣供應，以保證可獲得及時、充足的氧氣供應，使氧氣利用效率最大化，并且循環(huán)或儲存短期內(nèi)不需要的將來用途氣體產(chǎn)品。
[0011]沉重的加壓氧氣瓶和一次使用化學氧氣發(fā)生器增加了依賴這些氧氣源的飛行器的維護費用。通過在從機載氧氣發(fā)生器(OBOG)設備獲得富氧氣體之前保留它們在緊急和降落情況下使用，減少對加壓氧氣瓶和化學氧氣發(fā)生器的依賴是極為有利的。
[0012]最后，提供經(jīng)過帶有反饋機制的脈沖式供應器將氧氣供應到乘客或乘務人員的面罩中，以便只在需要時供應氧氣流，而儲存可用的或生成的氧氣是有利的。本發(fā)明滿足了這些和其它需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明提供了一種迅速和間歇地供給適于呼吸的富氧氣體的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本系統(tǒng)設計用于滿足飛行器的飛行員和座艙乘務人員的需要，包括在下降并保持海拔高度模式期間以及緊急情況出現(xiàn)時。
[0014]根據(jù)若干方面的第一方面，本發(fā)明提供了一種為飛行器上飛行員或座艙乘務人員提供調(diào)控的氧氣流的系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括配置為在初始階段期間快速供應氧氣的第一機載氧氣供應器、配置為在隨后階段期間供應氧氣的第二機載氧氣供應器和配置為控制第一機載氧氣供應器和第二機載氧氣供應器的控制器。在從第一機載氧氣供應器供應氧氣的初始階段的飛行器海拔高度通常大于30000英尺。在這個系統(tǒng)中第二機載氧氣供應器可包括分子篩氧氣發(fā)生器和/或固體電解質(zhì)氧氣分離器。另一方面，第二機載氧氣供應器可包括陶瓷氧氣發(fā)生器和/或變壓吸附氧氣發(fā)生器。又一方面，第二機載氧氣供應器可包括滲透膜。再一方面，第一機載氧氣供應器可包括加壓氧氣瓶和/或化學氧氣發(fā)生器。第一機載氧氣供應器通常配置為提供氧氣濃度為95%或更高的第一氣流。
[0015]除了機載氧氣供應器之外，系統(tǒng)還可以包括連接到第一機載氧氣供應器和第二機載供應器二者之上的脈沖式氧氣傳輸子系統(tǒng)。脈沖式氧氣傳輸子系統(tǒng)配置為基于感測的呼吸模式和生理需求調(diào)節(jié)通至飛行員或座艙乘務人員的氧氣。系統(tǒng)通常也包括一個或更多個連接到脈沖式氧氣傳輸子系統(tǒng)的呼吸面罩，并且該一個或多個呼吸面罩通常配置為通過呼吸面罩由脈沖式氧氣傳輸系統(tǒng)向飛行員或者座艙乘務人員供給氧氣。該系統(tǒng)仍進一步可包括至少一個與脈沖式氧氣傳輸子系統(tǒng)處于連通關系的傳感器，并且該傳感器配置為感測壓力下降以指示飛行員或座艙乘務人員呼吸循環(huán)的吸入階段。
[0016]本系統(tǒng)的控制器配置為通過調(diào)節(jié)至少一個或多個以下參數(shù)來優(yōu)化性能:供應到第一機載氧氣供應器或第二機載氧氣供應器的氣流速率，第一機載氧氣供應器的溫度，第二機載氧氣供應器的溫度，第一機載氧氣供應器的壓力，以及第二機載氧氣供應器的壓力。
[0017]根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種包括為飛行員或座艙乘務人員提供調(diào)節(jié)的氧氣流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配置為在初始階段期間供應氧氣的第一機載氧氣供應器、包括至少一個機載氧氣發(fā)生器的第二機載氧氣供應器、以及與第一機載氧