КИСЛОРОДНО-ДЫХАТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ГИПОКСИИ
OXYGEN RESPIRATORY APPARATUS FOR HYPOXIA PROTECTION

Настоящее изобретение относится к кислородно-дыхательной аппаратуре для защиты членов экипажа, в частности управляющего экипажа воздушного судна, от рисков, связанных с разгерметизацией воздушного судна на большой высоте и/или задымлением кабины, или в случае снижения до безопасной высоты после аварии с разгерметизацией.
В наше время каждый пилот авиалайнера снабжен дыхательным аппаратом, который включает в себя маску с регулятором расхода дыхательной смеси, соединенную с источником дыхательной смеси. Авиационные нормы требуют, чтобы дыхание через маску было налажено в течение 5 секунд. В настоящее время данный результат обычно достигается использованием маски с пневматическим средством фиксации, которое можно надувать и сдувать; такие маски описаны, к примеру, в документах FR-A-1506342, FR-A-2784900, EP-A-0628325 и патентах США 5503147, 5590102 и 5623923. Надутое средство фиксации обеспечивает быстрое надевание маски на голову. Сдутие средства фиксации после надевания маски обеспечивает надежное и герметичное прилегание маски к лицу.
Источник газа должен мгновенно подавать кислород или воздух, высокообогащенный кислородом, под давлением, достаточным для надувания средства фиксации и питания регулятора маски.
На пассажирских самолетах необходимый запас кислорода имеет очень большую массу. Для уменьшения этой массы запас кислорода может быть заменен бортовым химическим источником кислорода, к примеру батареей бортовых систем генераторов кислорода (OBOGS). Однако такие генераторы подают воздух, высокообогащенный кислородом, лишь спустя некоторое время после команды подачи кислорода. Кроме того, давление на выходе OBOGS зависит от частоты вращения двигателя и степень обогащения подаваемого воздуха кислородом варьируется. Исходное давление может быть слишком мало для надувания быстронадеваемого средства фиксации. Исходная степень обогащения воздуха может быть также недостаточна для защиты от гипоксии. Для подачи высокообогащенного воздуха на выходе OBOGS устанавливают обычный буферный резервуар, но это решение далеко не идеально, в частности потому, что имеющееся давление недостаточно для надувания средства фиксации, требующего, по меньшей мере, 2 бар. Кроме того, наличие трубопровода для перекачки кислорода вызывает дополнительные задержки и падение давления.
Решение описано в патенте США 6923193 В2 того же заявителя. Как видно из фиг.1, описанный дыхательный аппарат состоит из дыхательного контура, который содержит отдельную буферную камеру 34, расположенную на пневмомагистрали к маске 10 члена экипажа, между OBOGS 30 и регулятором 12 маски. Кроме того, дыхательный контур содержит обратный клапан 36, установленный между генератором 30 и камерой 34. Система содержит также клапанные средства 38 для предотвращения первоначального заполнения камеры до выработки OBOGS достаточного количества кислорода и давления. Маску 12 можно хранить в ящике 16, снабженном дверцей с двумя створками 18, 20. Клапан 22 установлен на ящике 16 между гибким шлангом 26, соединенным с регулятором 12, и подводящей трубкой 24, соединенной с камерой 34.
В установившемся режиме от генератора 30 в подводящую трубку 24 поступает воздух, высокообогащенный кислородом. Такая система фактически использует полную рабочую мощность авиадвигателей сразу после взлета. Поскольку на данном этапе OBOGS вырабатывает воздух, обогащенный кислородом, под высоким давлением, буферная камера может быть заполнена благодаря обратному клапану 36 и клапанным средствам 38 воздухом, обогащенным кислородом, под давлением, достаточным для последующего надувания в случае необходимости головного средства фиксации.
Как правило, OBOGS вырабатывает давление, которое может колебаться в зависимости от мощности двигателя. Давление, вырабатываемое OBOGS, может колебаться от 0,5 бар до 3 бар или выше. Максимальное давление достигается при наборе самолетом высоты, когда двигатели работают на полную мощность. Превышение давления на выходе OBOGS давления, необходимого для надувания средства фиксации, возможно лишь на ограниченном промежутке времени.
На определенных этапах полета, к примеру при превышении установленной крейсерской высоты, члену экипажа может потребоваться надевание маски. Кроме того, во время полета члены экипажа часто производят несколько надеваний и снятий масок, к примеру, из-за необходимости покинуть кабину и в других случаях. Поскольку OBOGS вырабатывает воздух под давлением, достаточным для надувания средства фиксации, только при взлете, после нескольких использований маски давление в камере упадет, причем за счет первых дыхательных циклов, если в маску поступает также кислород. После нескольких циклов снятия и надевания надувание средства фиксации становится невозможным, поскольку OBOGS может вырабатывать во время полета воздух, обогащенный кислородом, лишь под низким давлением, когда двигатели больше не работают на полной мощности.
Кроме того, если источник кислорода вырабатывает низкое давление, ни одно из существующих решений не применимо для надувания средства фиксации.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного дыхательного аппарата, снабженного запасом кислорода и маской с пневматическим средством фиксации. Более конкретной задачей является обеспечение устройства, приспособленного к многоместным авиалайнерам с общей подачей кислорода для экипажа и пассажиров. Конкретной задачей является обеспечение аппарата, которое гарантирует подачу дыхательной смеси и многократное и быстрое надевание маски в течение всего полета.
Для этого предусмотрены дыхательный аппарат по п.1 и способ по п.10.
При использовании OBOGS или в общем случае источника дыхательной смеси предпочтительно наличие отдельного надувочного контура с буферной камерой, которая предназначена специально для надувания средства фиксации и может пополняться за счет компрессионных средств в течение всего полета. Независимо от того, снабжен ли дыхательный аппарат второй буферной камерой для аккумулирования воздуха, обогащенного кислородом, как описано в патенте США 6923193 В2, предусмотрен независимый контур для надувания средства фиксации, не налагающий ограничений на дыхательный контур. Таким образом, первая независимая буферная камера может пополняться сжатым газом в любое время полета, обеспечивая многократное надевание маски.
На практике достаточно объема камеры от 3 до 5 литров. Для надувания средств фиксации существующих масок обычно необходимы давление примерно от 2 до 2,5 бар и объем около 1 литра.
Изобретение предусматривает камеру, заполненную сжатым газом для многократного надувания средства фиксации в течение всего полета. Больше не нужно полагаться только на камеру, которая может наполняться лишь один раз, т.е. при давлении на выходе OBOGS, превышающем 2-2,5 бар.
Камера может быть объединена с ящиком для хранения маски. Камера непосредственно сообщается со шлангом, питающим средство фиксации маски. Данная конфигурация требует лишь незначительного увеличения объема ящика, описанного, к примеру, в патентах США 6039045 или 6923193 В2. Изобретение также относится к способу пополнения независимой буферной камеры сжатым газом, как указано в пункте 10 формулы изобретения.
Вышеуказанные и другие признаки будут лучше поняты после прочтения нижеследующего описания некоторых частных примеров осуществления. При описании сделана ссылка на следующие сопроводительные чертежи:
фиг.1 - упрощенный вид известного дыхательного аппарата с полнолицевой маской, вынутой из ящика;
фиг.2 - упрощенный вид дыхательного аппарата, соответствующего частному примеру осуществления настоящего изобретения, с полнолицевой маской, вынутой из ящика; и
фиг.3 - аппарат, соответствующий второму примеру осуществления настоящего изобретению, выполненный без ящика.
В нижеследующем описании источник дыхательной смеси представлен в виде батареи генераторов OBOGS. Примерами других источников могут быть резервуар с дыхательной смесью под низким давлением или баллоны.
Аппарат, изображенный на фиг.2, содержит дыхательную маску 10 с регулятором 12, обеспечивающим разбавление смеси окружающим воздухом, и пневматическим средством фиксации 14, которое соответствует любому средству фиксации, описанному, к примеру, в вышеупомянутых патентных заявках. Регулятор 12 может представлять собой, к примеру, регулятор расхода или любой другой тип регулятора.
Когда маска и средство фиксации не используются, они хранятся в ящике 16, снабженном дверцей с двумя створками 18, 20. Клапан 22 размещен на корпусе ящика между гибким шлангом 226, соединенным с регулятором маски, и подводящей трубкой 224, предусмотренной в ящике 16. Клапан 22 установлен и скомпонован так, чтобы обеспечить сообщение шланга 226 с трубкой, когда пользователь маски 10 достает маску из ящика и створки 18 и 19 открываются. В дополнительном примере осуществления ящик может также содержать переключатель различных режимов работы регулятора, т.е. режима с разбавлением (обеспечивает только защиту от гипоксии) или без разбавления (обеспечивает защиту от дыма или при полете на большой высоте). В другом примере осуществления переключатель с такими функциями может быть предусмотрен на маске.
В установившемся режиме работы в трубку 224 поступает воздух, высокообогащенный кислородом, от генератора, обычно представляющего собой батарею OBOGS с чередующимися циклами всасывания и выработки. На фиг.1 показаны два OBOGS. Один и тот же генератор питает множество масок. Каждый OBOGS может содержать, к примеру, молекулярное сито. Такие OBOGS выпускаются серийно и используются, к примеру, на объектах, описанных в патенте США 4561865 и вышеприведенном известном уровне технике.
В примере осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном фиг.2, ящик и выходной трубопровод 32 генератора 30 связаны питающей линией. Трубопровод 32 распределяет воздух, идущий от генератора 30 и обогащенный кислородом, между масками членов экипажа и пассажиров. Распределение воздуха между масками членов экипажа обеспечивает специальная питающая линия, связывающая трубопровод 32 и одну или несколько масок членов экипажа. Распределение воздуха между масками пассажиров обеспечивают питающие линии, не связанные с вышеупомянутыми линиями, поскольку маски пассажиров отвечают другим требованиям, к примеру на них может отсутствовать пневматическое средство фиксации.
Гибкий шланг 226, клапан 22, подводящая трубка 224, а также питающая линия к трубопроводу 32 являются частью дыхательного контура, который соединяет маску с источником воздуха, обогащенного кислородом, или дыхательной смесью.
Кроме того, дыхательный аппарат, соответствующий настоящему изобретению, содержит (фиг.2):
- первую буферную камеру 134 с выходом, соединенным с маской 10, а более конкретно - с регулятором 12 для нагнетания в средство фиксации 14 сжатого газа;
- компрессор 50 для подачи сжатого газа в первую буферную камеру 134.
Таким образом, в дыхательном аппарате, соответствующем настоящему изобретению, для надувания средства фиксации предусмотрен отдельный газовый контур или контур надувания средства фиксации с буферной камерой 134 и компрессионными средствами 50. Это достигается благодаря специальной питающей линии, которая соединяет пневматическое средство фиксации 14 с первой буферной камерой.
Изобретение позволяет полагаться в течение всего полета на специальный резервуар, который заполнен сжатым газом до давления, достаточного для надувания средства фиксации 14.
Компрессор 50 обеспечивает заполнение первой буферной камеры 134 до давления, достаточного для надувания средства фиксации 14.
В предпочтительном воплощении между компрессором 50 и первой буферной камерой 134 может быть предусмотрен обратный клапан 136. Обратный клапан 136 гарантирует удержание в буферной камере 134 значительного количества газа под давлением, достаточным для надувания средства фиксации, даже при неработающем компрессоре 50.
Буферная камера 134 может быть соединена со средством фиксации 14 через специальную питающую линию, которая содержит:
- гибкий шланг 126, соединенный со средством фиксации 14 непосредственно или через маску 10, и
- подводящую трубку 124, предусмотренную в ящике 16 и соединяющую камеру 134 с гибким шлангом 126.
На корпусе ящика между гибким шлангом 126 и подводящей трубкой 124 может быть установлен клапан, аналогичный клапану 22, упомянутому выше. Такой клапан может быть установлен и скомпонован так, чтобы обеспечить сообщение шланга 126 с трубкой 124, когда пользователь маски 10 достает маску из ящика и створки 18 и 20 открываются. Такой клапан необязателен, поскольку сжатый воздух удерживается в трубке 124 и шланге 126, пока пользователь маски не нажмет кнопку, предусмотренную на маске, для надувания средства фиксации 14.
Газ, подаваемый к компрессору 50, может поступать от различных источников. Компрессор 50 может содержать всасывающее отверстие 51, выходящее в окружающий воздух в самолете, как показано на фиг.1, так чтобы в буферную камеру 134 мог поступать сжатый окружающий воздух.
Другим способом подачи воздуха к входу компрессора 50 является отведение воздуха от компрессора одного или более авиадвигателей, т.е. того же воздуха, что питает OBOGS.
Воздух из того и другого источников, как правило, очень влажный. В качестве альтернативы можно подавать в компрессор 50 осушенный воздух.
В другом примере осуществления настоящего изобретения компрессор 50 может содержать вход, соединенный с выходом источника 30 дыхательной смеси, к примеру, через питающую линию 52 (фиг.2), которая соединяет компрессор 50 с питающей линией маски 10 за трубопроводом 32 в направлении потока. Можно предусмотреть и другие средства соединения компрессора 50 с выходом источника дыхательной смеси или резервуаром 46 за источником 30 в направлении потока. Таким образом, в первую буферную камеру 134 может быть подан сжатый воздух, обогащенный кислородом. Такой воздух суше воздуха из вышеуказанных источников и позволяет тем самым устранить любые проблемы, связанные с влажностью.
1
2
1
1
Поскольку после нескольких последовательных надеваний маски сжатый воздух в первой буферной камере 134 выкачается, в предпочтительном воплощении дыхательного аппарата по настоящему изобретению компрессор включается, когда давление в первой буферной камере Р падает ниже первого заданного значения P, и выключается, когда давление в ней превышает второе заданное значение P. После последовательных циклов надувания и сдувания средства фиксации 14 давление в буферной камере 134 упадет, поскольку сжатый газ убывает из камеры. Сжатый газ необходим для следующего использования средства фиксации. Компрессор срабатывает при падении давления Р в камере 134 ниже P, где P лежит в диапазоне [2,0-2,5] бар или выше для обеспечения надлежащего надувания средства фиксации.
Первая буферная камера 134 заполняется до давления, достаточного для надувания средства фиксации 14.
2
Для предотвращения избыточного давления в камере 134 и упрощения задания ее параметров компрессор можно отключать при превышении Р P, к примеру, от 5 до 6 бар, т.е. давления, допускающего несколько последовательных надеваний маски за относительно короткий промежуток времени без необходимости использования более мощного компрессора.
Для измерения давления в первой буферной камере 134 может быть предусмотрен датчик 44 давления, передающий показания на компрессор и/или электронный блок управления, который запускает указанный компрессор.
1
2
В другом примере осуществления для включения или выключения компрессионных средств 50 в первой буферной камере 134 может быть предусмотрено первое реле давления (не показано), запускающее компрессионные средства 50, когда давление Р внутри указанной камеры падает ниже P. Кроме того, предусмотрено второе реле давления (не показано) для выключения компрессионных средств 50, когда Р превышает P.
Вышеупомянутый дыхательный контур может содержать вторую буферную камеру 234 (фиг.2), предусмотренную на питающей линии между трубопроводом 32 и маской 10 члена экипажа, как описано в патенте США 6923193 В2. Вторая буферная камера 234 содержит, по меньшей мере, один выход, соединенный с маской для питания регулятора 12 через трубку 224 и питающую линию 226.
В дополнительном примере осуществления аппарата по настоящему изобретению на питающей линии перед обратным клапаном 236 в направлении потока предусмотрен контрольный клапан (обычно электромагнитный) 38 для контроля содержания кислорода, подаваемого в камеру 234.
В примере осуществления, проиллюстрированном на фиг.2, ящик объединен с первой буферной камерой 134 и второй буферной камерой 234. В другом примере осуществления буферная камера 134 может быть установлена отдельно от ящика 16.
В модификации, изображенной на фиг.3, маска рассчитана на хранение вне ящика. Дыхательный аппарат, соответствующий настоящему изобретению, содержит первую буферную камеру 134 с выходом, соединенным с маской 10, а более конкретно - со средством фиксации 14 для подачи в средство фиксации сжатого газа, и компрессор 50 для подачи сжатого газа в первую буферную камеру 134.
В предпочтительном воплощении между компрессором 50 и первой буферной камерой 134 может быть предусмотрен обратный клапан 136. Обратный клапан 136 гарантирует удержание в буферной камере 134 значительного количества воздуха под давлением, достаточным для надувания средства фиксации, даже при неработающем компрессоре 50.
Буферная камера 134 может быть соединена со средством фиксации 14 непосредственно гибким шлангом 126 или через маску 10. Как и в первом примере осуществления, компрессор может засасывать окружающий воздух в самолете, отводить воздух от компрессора одного или более авиадвигателей или от источника дыхательной смеси, к примеру, через питающую линию 52, соединенную с трубопроводом 32 или непосредственно с выходом источника и обозначенную на фиг.3 пунктирной линией.
1
2
В предпочтительном воплощении предусмотрен датчик 44 давления для измерения давления Р в камере и обеспечения включения (если Р падает ниже P) или выключения (если Р превышает P) компрессора 50, как и в первом примере осуществления. Как упомянуто выше, на уровне датчика 44 давления могут быть предусмотрены реле давления.
Что касается дыхательного контура, маска 10 соединена через гибкий шланг 226 непосредственно с трубопроводом 32 или отдельной камерой 234. Между камерой 234 и трубопроводом 32 установлен обратный клапан 236.
Может быть также предусмотрен электромагнитный клапан 38, соединенный с блоком 40 управления, который открывает сообщение между трубопроводом 32 и обратным клапаном 236, когда концентрация кислорода, измеренная, к примеру, газоанализатором 42, превышает установленное значение.
Дыхательный аппарат, соответствующий настоящему изобретению, допускает несколько надеваний маски в течение полета. Компрессионные средства 50 позволяют пополнять камеру газом под большим давлением, достаточным для повторного надувания средства фиксации маски. Это достигается благодаря надувочному контуру, который не связан с регулятором, поскольку надувочный и дыхательный контуры работают независимо.
Компрессионные средства 50 могут быть выполнены в виде компрессора. Компрессор может содержать линейный электродвигатель. Данный двигатель содержит подвижный поршень, установленный в цилиндре, при этом поршень притягивается электромагнитом и отталкивается пружиной. Входное отверстие компрессора всасывает окружающий воздух или воздух, отводимый от компрессоров одного или более электродвигателей или от источника 30 дыхательной смеси. Нагнетательное отверстие компрессора соединено с обратным клапаном 136 (может отсутствовать) или непосредственно с камерой 134. Можно использовать и другие типы компрессоров, к примеру гидравлический, электромагнитный, волюметрический.
Компрессор 50 можно использовать для наполнения сжатым воздухом нескольких буферных камер в случае, если компрессор 50 общий для всех, или нескольких масок членов экипажа. Может быть также предусмотрена большая камера 134 для заполнения средств фиксации нескольких масок, при этом давление в камере регулирует единый компрессор, достаточно мощный для надувания нескольких средств фиксации.
Множество возможных модификаций станут понятны лицам, сведущим в данной области техники. К примеру, одна и та же камера повышенной емкости может быть использована совместно двумя пилотами.
В предпочтительном воплощении первая буферная камера, а также компрессионные средства могут быть расположены вблизи маски и ящика (может отсутствовать), к примеру в кабине экипажа самолета.