РЕГУЛИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И СПОСОБ ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВДЫХАЕМОГО ГАЗА
ADJUSTING DEVICE, DEVICE AND METHOD FOR GENERATING INHALED GAS

Изобретение относится к регулировочному устройству, приспособлению и способу генерирования вдыхаемого газа.
Конкретнее изобретение относится к устройству для регулирования вдыхаемого газа, доставляемого пользователю, в частности, для приспособления для генерирования вдыхаемого кислорода на борту воздушного судна, содержащее газовый контур, содержащий основную линию, имеющую по меньшей мере впускной конец, предназначенный для подключения по меньшей мере к одному источнику газа, и выпускной конец, предназначенный для подключения по меньшей мере к одной пользовательской установке, такой как маска, причем основная линия содержит по меньшей мере один электромеханический регулировочный клапан, выполненный с возможностью регулирования давления газа между впускным и выпускным потоком, при этом контур содержит вспомогательную линию, содержащую впускной конец, предназначенный для подключения по меньшей мере к одному источнику газа, и выпускной конец, предназначенный для подключения к той же пользовательской установке (установкам), при этом вспомогательная линия содержит по меньшей мере один вспомогательный элемент для регулирования потока газа, при этом устройство содержит систему переключения, выполненную с возможностью управления прохождением газа между впускным и выпускным концами контура через основную линию или через вспомогательную линию.
Изобретение относится, в частности, к устройству для регулирования вдыхаемого газа для бортовой системы генерирования кислорода (OBOGS).
В частности, в военной авиации некоторые системы обеспечения пользователей (пилотов) кислородом содержат основной регулятор давления, предоставляющий одну или более масок с правильным парциальным давлением кислорода с использованием источника обогащенного кислородом газа, поступающего из концентратора кислорода (например, концентратор типа молекулярного сита).
Этот регулятор обычно имеет резервную систему с непрерывным потоком, которая обходит (замыкает накоротко) основной регулятор. Основной регулятор может состоять из двух электромеханических клапанов, расположенных последовательно, каждый из которых способен перекрывать поток другого в случае сбоя и обеспечивать функцию регулирования. Сбой, в частности, означает: давление кислорода, подаваемое пользователю, которое является либо слишком низким, либо слишком высоким по отношению к заданному значению, отключение пользователя от концентратора в случае выброса из воздушного судна, неисправная работа основного регулятора, электрический пробой, механическая блокировка клапана и т.д.
Регулятор подает кислород в маску при регулируемом давлении от нуля до приблизительно ста миллибар относительно атмосферного давления, в зависимости от заданного значения (например, в зависимости от рабочей высоты и максимального ускорения).
Это устройство предлагает функции разбавления или избыточного давления, чтобы одновременно выполнять все законодательные требования и контролировать потребление кислорода.
Резервная система этого регулятора имеет калиброванное отверстие, встроенное в управляемую заслонку клапана, снабженную резервным цилиндром, заполненным чистым кислородом. Эта резервная система обычно может быть выброшена с воздушного судна с пилотом.
Регуляторы последнего поколения снабжены либо бортовым концентратором кислорода, либо источником чистого газообразного кислорода.
Эта известная резервная система снабжает маску пилота непрерывным потоком кислорода. Это обеспечивает безопасность полета в случае отказа основного регулятора, позволяя пилоту спускаться вниз до высоты полета, достаточно низкой, чтобы он не нуждался в кислороде, но не обязательно позволяет продлить полетное задание.
Другая проблема с этой известной системой — риск создания в маске избыточного давления (избыточного расхода в фазе выдоха) или разрежения (недостаточного расхода в фазе вдоха, требующего добавления дополнительного воздуха), что может быть неприятно для пилота.
Одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы уменьшить все или некоторые из вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники.
С этой целью устройство в соответствии с настоящим изобретением, в других отношениях в соответствии с его общим определением, данным в приведенной выше вводной части, по существу отличается тем, что вспомогательный регулировочный элемент вспомогательной линии представляет собой пневматический регулятор давления.
Таким образом, резервная система основного регулятора с объемным перепускным каналом может быть заменена резервной системой типа системы с регулируемым давлением (в частности, пневматическим регулятором), чтобы обеспечить максимальный комфорт даже в случае переключения на резервную систему, с целью продления задания.
Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения могут включать один или более из следующих признаков:
- устройство содержит датчик высоты, при этом регулятор давления вспомогательной линии является регулятором, управление которым осуществляют для регулирования давления газа в соответствии с высотой, измеренной датчиком,
- устройство содержит запорный клапан, расположенный на вспомогательной линии последовательно с пневматическим регулятором давления,
- запорный клапан имеет ручное управление и/или может быть приведен в действие автоматически,
- основная линия содержит последовательно расположенные от впуска к выпуску первый клапан переключения и электромеханический регулировочный клапан, который может быть приведен в действие для регулирования давления газа,
- первый клапан переключения содержит два впускных отверстия, которые предназначены для соединения соответственно с двумя отдельными источниками газа, по меньшей мере одно выпускное отверстие, соединенное с электромеханическим регулировочным клапаном основной линии и распределитель для создания прохода газа между одним из впускных отверстий и указанным выпускным отверстием или для изоляции любого прохода между впускными отверстиями и указанным выпускным отверстием,
- первый клапан переключения содержит два выпускных отверстия, соответственно соединенных с электромеханическим регулировочным клапаном основной линии и с пневматическим регулятором давления, при этом распределитель выполнен с возможностью создания прохода для газа между по меньшей мере одним из впускных отверстий и выпускным отверстием, соединенными с регулятором давления вспомогательной линии,
- устройство содержит элемент управления, который управляет положением распределителя и может быть приведен в действие вручную, что позволяет принудительно настраивать конфигурацию распределителя для прохода газа между по меньшей мере одним из впускных отверстий и выпускным отверстием, соединенными с регулятором давления вспомогательной линии (8),
- первый клапан переключения представляет собой скользящий золотниковый клапан или вращающийся золотниковый клапан,
- электромеханический регулировочный клапан представляет собой скользящий золотниковый клапан или вращающийся золотниковый клапан, управляемый управляющей электроникой, принимающей сигналы от датчика давления в контуре на впуске указанного регулировочного клапана,
- устройство содержит два отдельных источника обогащенного кислородом газа, при этом первый из источников по меньшей мере соединен с впускным концом основной линии, при этом второй источник соединен по меньшей мере с впускным концом вспомогательной линии,
- второй источник также соединен с впускным концом основной линии,
- устройство содержит по меньшей мере одну дыхательную маску, соединенную с выпускным концом основной линии и с выпускным концом вспомогательной линии,
- выпускные концы основной линии и вспомогательной линии совпадают,
- первый источник содержит концентратор кислорода,
- второй источник содержит по меньшей мере один резервуар с кислородом под давлением.
Изобретение также относится к приспособлению для генерирования вдыхаемого кислорода, которое предназначено для установки на борту воздушного судна, содержащего устройство для регулирования газа, согласно любому из признаков, приведенных выше или ниже.
Изобретение также относится к способу генерирования вдыхаемого кислорода на воздушном судне с использованием такого приспособления для генерирования вдыхаемого кислорода, при этом способ включает перекачку газа по основной линии между источником газа и пользовательской установкой под регулируемым давлением от 0 до 100 мбар в зависимости от атмосферного давления и, в случае сбоя при перекачке газа по основной линии, перекачку газа по вспомогательной линии между источником газа и пользовательской установкой с регулируемым давлением, которое является постоянным или переменным, посредством регулятора давления вспомогательной линии.
Настоящее изобретение также может относиться к любому альтернативному устройству или способу, содержащему любую комбинацию признаков, указанных выше или ниже.
Дополнительные конкретные признаки и преимущества станут очевидными из прочтения следующего описания, приведенного со ссылкой на фигуры, на которых:
фиг. 1 изображает схематический и частичный вид, иллюстрирующий конструкцию и работу первого варианта осуществления регулировочного устройства в приспособлении для генерирования кислорода;
фиг. 2 изображает схематический и частичный вид, иллюстрирующий конструкцию и работу второго варианта осуществления регулировочного устройства в приспособлении для генерирования кислорода;
фиг. 3 изображает схематический и частичный вид, иллюстрирующий конструкцию и работу третьего варианта осуществления регулировочного устройства в приспособлении для генерирования кислорода;
фиг. 4 изображает схематический и частичный вид, иллюстрирующий конструкцию и работу четвертого варианта осуществления регулировочного устройства в приспособлении для генерирования кислорода.
Устройство для регулирования вдыхаемого газа, изображенное на фиг. 1, встроено в приспособление 1 для генерирования вдыхаемого кислорода, предназначенное, например, для перевозки на борту воздушного судна (например, OBOGS).
Регулировочное устройство содержит газовый контур, содержащий основную линию 2, имеющую впускной конец, соединенный через клапан 4 переключения с двумя отдельными источниками 6, 5 газа. Например, два источника 6, 5 могут быть соответственно: концентратором 6 кислорода, производящим газ, обогащенный кислородом (с использованием молекулярного сита и/или мембран, или любой другой подходящей системы), и источником 5 чистого или концентрированного кислорода (например, кислородный цилиндр (цилиндры)).
Основная линия 2 содержит выпускной конец, соединенный по меньшей мере с одной пользовательской установкой, такой как маска 7, например, для пилота.
Между клапаном 4 переключения и выпускным концом основная линия 2 содержит электромеханический регулировочный клапан 3, выполненный с возможностью регулирования давления газа между впускным и выпускным потоком.
Электромеханический регулировочный клапан 3 (и/или клапан 4 переключения) может управляться электронным элементом 11, содержащим микропроцессор. В частности, электромеханический регулировочный клапан 3 может работать таким образом, чтобы подавать на маску регулируемое давление кислорода (составляющее, например, от нуля до 100 мбар сверх атмосферного давления), которое зависит от условий полета (рабочей высоты и ускорения). С этой целью электромеханический регулировочный клапан 3 и/или элемент 11, который им управляет, может принимать набор сигналов от подходящих датчиков (определение высоты, ускорения, давления, подаваемого на выпускном потоке клапана 3 и т.д.).
Не ограничиваясь этим, электромеханический регулировочный клапан 3 может содержать все или некоторые признаки, описанные в документе EP500407A1. В частности, и как показано на фиг. 2, электромеханический регулировочный клапан 3 может представлять собой скользящий золотниковый клапан или вращающийся золотниковый клапан, управляемый управляющей электроникой 11, принимающей сигналы от датчика 14 давления в контуре на впуске указанного регулировочного клапана 3.
Подобным образом и не ограничиваясь этим, клапан 4 переключения может содержать все или некоторые признаки, описанные в документе EP499505A1. В частности, первый клапан 4 переключения может быть клапаном, называемым скользящим золотниковым клапаном или вращающимся золотниковым клапаном, а именно клапаном, содержащим одно или более впускных отверстий и одно или более выпускных отверстий, и распределитель 15, выполненный с возможностью контролируемого поступательного и/или вращательного движения, которое в зависимости от своего положения обеспечивает связь по текучей среде между одним или несколькими впускными отверстиями и одним или несколькими выпускными отверстиями.
Традиционно контур имеет вспомогательную линию 8 (или резервную линию), содержащую впускной конец, соединенный по меньшей мере с одним из источников 5 газа (цилиндром (цилиндрами)), и выпускной конец, соединенный с той же пользовательской установкой (установками) 7. Как показано, выпускные концы основной линии 2 и вспомогательной линии 8 могут совпадать. Это означает, что вспомогательная линия 8 представляет собой перепускной канал основной линии 2, если это необходимо, и особенно в случае сбоя в работе основной линии 2.
Например, кислород подается в маску 7 по вспомогательной линии 8 в случае сбоя регулирования основной линии 2 (парциальное давление слишком высокое или слишком низкое, или в случае выброса пилота и его отсоединения от концентратора 6, который остается прикрепленным к воздушному судну, неисправности электрооборудования и т.д.). Этим переключением может управлять клапаном 4 переключения.
Эта вспомогательная линия 8 содержит вспомогательный элемент 10 регулирования давления газа, предпочтительно пневматического типа. Например, пневматический регулятор 10 давления.
Пневматический регулятор 10 давления предпочтительно является пассивным, что означает механическое управление (не требующее источника электропитания). Например, этот механический регулятор давления включает регулирование давления посредством механизма, содержащего мембрану, заслонку (заслонки) клапана и т.д. Например, этот регулятор давления может содержать клапан или редуктор типа поршня и/или диафрагмы и т.д.
Этот вспомогательный пневматический регулятор 10, следовательно, действует в качестве резервного для электромеханического основного регулятора 3. Вспомогательный регулятор 10 может снабжаться газом из цилиндра 5 с чистым кислородом (резервного цилиндра) и/или посредством концентратора 6. Поэтому он подает газ в маску 7 пилота по требованию.
Вспомогательный регулятор 10 потенциально может быть подчинен (работать на основе) обнаружению избыточного давления или разрежения, отражающих дыхание пилота. Это измерение давления может быть достигнуто, например, с помощью компенсационного устройства, описанного в документе EP500407A1.
Таким образом, (предпочтительно пневматический) вспомогательный регулятор 10 может регулировать давление (и, возможно, расход) кислорода, направляемого в маску 7.
Как схематически показано на фиг. 1, приспособление 1 может потенциально содержать капсулу 12 измерения высоты во вспомогательном регуляторе 10, для возможности добавления механического регулирования давления (и/или расхода) в зависимости от измеренной высоты и/или в зависимости от потребности пользователя маски 7.
Это означает, что вспомогательный регулятор 10 обеспечивает:
- либо регулирование давления до фиксированного заданного значения (без капсулы измерения высоты или подобного)
- либо регулирование давления, которое изменяется в зависимости от высоты и/или в соответствии с потребностью/ускорением (с капсулой 12 измерения высоты или подобным).
В качестве предпочтительного варианта, как показано на фиг. 1, в этом случае вспомогательный регулятор 10 обеспечивает регулирование давления в зависимости от высоты над уровнем моря и потребностью (ускорение или тому подобное). Устройство предпочтительно также содержит запорный клапан 13, позволяющий избежать опустошения резервного кислородного цилиндра 5 во время несвоевременных запусков вспомогательного регулятора 11. Этот запорный клапан 13 может представлять собой клапан, управляемый вручную и/или автоматически, с предпочтением ручного запуска.
Таким образом, при нормальных обстоятельствах клапан 4 переключения подает на маску 7 кислород из концентратора 6 кислорода и через электромеханический регулятор 3 давления основной линии 2. В случае неисправности клапан 4 переключения может переключать подачу кислорода в маску на кислородный цилиндр 5 и через электромеханический регулятор 3 давления основной линии 2.
В случае неисправности основной линии 2 устройство может автоматически переключать подачу кислорода в маску на кислородный цилиндр 5 и через вспомогательный регулятор 10 давления вспомогательной линии 8.
Как показано на фиг. 2, для облегчения переключения между «нормальным» режимом и «резервным» режимом клапан 4 переключения может быть модифицирован таким образом, чтобы он также контролировал выбор между электромеханическим регулировочным клапаном 3 (основная линия 2) и вспомогательным регулятором 10 давления (вспомогательная линия 8).
Это означает, что клапан 4 переключения обеспечивает переключение между основной линией 2 и вспомогательной линией 8 в дополнение к выполнению других функций (переключение между двумя источниками кислорода 6, 5 для питания основной линии 2 и т.д.).
Таким образом, клапан 4 переключения может содержать два впускных отверстия, предназначенных для подключения соответственно к двум источникам газа (концентратор 6 кислорода и цилиндр (цилиндры) 5), и два выпускных отверстия, соответственно подключенных к электромеханическому регулировочному клапану 3 основной линии 2 и к вспомогательному регулятору 10 давления.
Клапан 4 переключения может содержать подвижный распределитель 15, способный перемещаться (поступательно и/или вращательно или каким-либо другим способом), выполненный с возможностью образования или не образования прохода для газа между по меньшей мере одним из впускных отверстий и выпускным отверстием или выпускными отверстиями, или изолировать любой проход между впускными отверстиями и по меньшей мере одним выпускным отверстием.
Таким образом, как показано на фиг. 2, распределитель 15 может управлять подачей кислорода в маску 7 посредством концентратора 6 через основную линию (правосторонняя стрелка пунктирной линией). Альтернативно, распределитель 15 может управлять подачей кислорода в маску 7 посредством цилиндра 5 через вспомогательную линию 8 (левосторонняя стрелка пунктирной линией).
Кроме того, предпочтительно, чтобы клапан 4 переключения имел положение для блокировки подачи кислорода в маску 7 концентратором 6 через основную линию 2 (правосторонняя стрелка пунктирной линией). Это заблокированное положение может быть получено с помощью стопорного элемента, действующего совместно с распределителем 15 (кулачка или подобного). Это заблокированное положение может быть обеспечено, например, когда воздушное судно с этим устройством находится на земле, чтобы предотвратить использование цилиндра 5 для подачи к маске 7.
Это заблокированное положение может быть разблокировано (автоматически или вручную), когда воздушное судно находится в полете. Это означает, что заблокированное положение, при котором подача кислорода к маске 7 осуществляется концентратором 6 через основную линию (правосторонняя стрелка в пунктирной линии), сохраняется, но может быть изменено.
Например, клапан 4 переключения может переключать подачу кислорода к маске так, чтобы она осуществлялась через основную линию 2 из цилиндра 5 (см. фиг. 2: стрелка пунктирной линией иллюстрирует другое состояние распределителя 15). Это означает, что в другой возможной конфигурации резервный кислородный цилиндр 5 также может осуществлять подачу через основную линию 2.
Подобным образом, клапан 4 переключения может переключать подачу кислорода к маске 7 так, чтобы она осуществлялась через вспомогательную линию 8 из цилиндра 5 (см. фиг. 2: левосторонняя стрелка пунктирной линией иллюстрирует еще одно состояние распределителя 15).
Эта конфигурация может быть установлена, например, в случае неисправности электрооборудования (например, в случае выброса пилота) и/или в случае неисправности электромеханического регулировочного клапана 3 основной линии 2.
В одном возможном варианте клапан 4 переключения может быть выполнен с возможностью (например, с точки зрения перемещения и/или геометрии распределителя 15) подачи кислорода резервным цилиндром 5 только на вспомогательную линию 8 (и, следовательно, не на основную линию 2).
Кроме того, как показано на фиг. 3, в клапан 4 переключения может быть включено ручное резервное положение, которое позволяет приводить в действие этот клапан 4 в случае блокировки так, чтобы вернуться в положение, в котором осуществляется подача на вспомогательную линию 8 через цилиндр 5. С этой целью устройство может содержать элемент 16 для управления положением распределителя 15, который может быть приведен в действие пользователем вручную, чтобы сделать возможным принудительное приведение распределителя 15 в конфигурацию для прохода газа.
Настоящее изобретение может обладать многочисленными преимуществами. В частности, такая конструкция позволяет устранить потенциальный дискомфорт пилота, связанный с резервной системой предшествующего уровня техники. Согласно изобретению, в случае переключения на резервную систему подачи кислорода, регулятор 10 давления позволяет обеспечить подачу кислорода с регулируемым давлением. Расход будет обеспечен в соответствии с потребностью пилота. В частности, если пилот должен увеличить количество своих вдохов, чтобы поддерживать регулируемое заданное значение давления (для компенсации разрежения, создаваемого пилотом), вспомогательный регулятор 10 давления будет увеличивать расход газа, подаваемого в маску 7 (и наоборот, в случае снижения потребности в подаче на маску 7). Такое регулирование давления позволяет повысить комфорт пользователя без увеличения потребления электроэнергии системой.
Изобретение может, при необходимости, сделать возможным исключение или уменьшение блока аккумуляторов, поскольку, если используется вспомогательный регулятор 10 давления пневматического типа, он не требует источника электропитания.
Блок аккумуляторов, как правило, является альтернативным источником питания для электрической сети воздушного судна, который позволяет поддерживать все или некоторые функции регулятора 3 в случае полной или частичной неисправности электрооборудования (с точки зрения амплитуды или времени (помехи в сети)) бортовой сети.
Например, блок аккумуляторов позволяет пилоту дышать так, как если бы он был подключен к воздушному судну. В частности, это позволяет поддерживать функцию «высотного избыточного давления» в маске 7 на высоте.
В предлагаемом решении механический регулятор 10 давления может быть оборудован механической капсулой 12 измерения высоты, позволяющей регулировать давление (и/или расход), подаваемое на маску 7, в соответствии с давлением окружающей среды, испытываемым капсулой 12, что не требует источника электропитания.
Кроме того, можно добавить клапану 4 переключения другие функции, чтобы иметь возможность также выбирать резервные режимы и направлять поток кислорода (цилиндра 5 и/или концентратора 6) к вспомогательному регулятору 10 давления.
Кроме того, различные клапаны 4, 3 могут быть выполнены с возможностью компенсации падений давления в контуре между датчиками давления и пользовательской установкой (маска 7), см., например, документ EP500407A1.
Использование клапана в соответствии с приведенными выше примерами может обеспечить очень широкий диапазон регулирования давления при относительно компактных размерах. Кроме того, примеры клапанов (в частности, скользящего золотникового клапана или вращающегося золотникового клапана) позволяют объединить характеристики моностабильного клапана и бистабильного клапана в один компонент с возможностью регулирования давления, см. также документ FR2876432A1.