專利名稱：向飛機乘務(wù)人員和乘客供應(yīng)氧氣的呼吸氣體供應(yīng)線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種呼吸氣體供應(yīng)線路，用來保護飛機上的乘客和乘務(wù)人 員免受在高海拔下的氣壓降低和/或座艙中產(chǎn)生煙霧有關(guān)的危險。
背景技術(shù)：
在飛機上發(fā)生氣壓降低事故或者產(chǎn)生煙霧的情形下，為了確保乘客和 乘務(wù)人員的安全，航空規(guī)章要求所有的客機艙內(nèi)配備安全氧氣供應(yīng)線路， 該線路能夠以作為機艙海拔高度的函數(shù)的流速向每一個乘客和乘務(wù)人員 (下面也叫做終端用戶)供應(yīng)氧氣。在氣壓下降的事故發(fā)生后，機艙海拔 達到了接近飛機海拔的數(shù)值。人們了解機艙海拔相應(yīng)于保留在機艙內(nèi)的密 封的大氣。在密封的機艙內(nèi)，這個數(shù)值不同于飛機海拔，飛機海拔是實際 的物理海拔。
在一種給定的機艙海拔下所需要的最小氧氣流速通常取決于飛機的 種類，即民用飛機還是軍用飛機，起保護作用的持續(xù)時間和程度，即緊急 降落、彈出、持續(xù)飛行等。
已知的用于載有乘客和/或乘務(wù)人員的飛機的供應(yīng)線路一般包括 一可呼吸氣體源，例如氧氣； 一至少一個供應(yīng)線，連4妻至可呼吸氣體源； 一調(diào)節(jié)裝置，連接至供應(yīng)線，用于控制可呼吸氣體的供應(yīng)； 一混合裝置設(shè)置于供應(yīng)線上，該混合裝置包括環(huán)境空氣入口 ，用于將 環(huán)境空氣和可呼吸氣體混合來向乘客和/或乘務(wù)人員供應(yīng)與可呼吸氣體和 環(huán)境空氣的混合氣相應(yīng)的呼吸氣體。
可呼吸氣體源可以是加壓的氧氣汽缸、化學(xué)的氧氣產(chǎn)生器或者機上氧 氣產(chǎn)生器系統(tǒng)(On-Board Oxygen Generator System, OBOGS )或者更普通 地為任何氧氣源。呼吸氣體通常通過呼吸裝置輸送給乘客或者乘務(wù)人員， 所述呼吸裝置可以是呼吸面具、呼吸套管或者其他裝置。
4為節(jié)約飛機艙內(nèi)氧氣的需要引導(dǎo)了呼吸面具的開發(fā)，該面具包括需求 式調(diào)節(jié)器以及用環(huán)境空氣稀釋的氧氣(通過混合裝置)。這種需求式調(diào)節(jié)
器可以從公開了一種氣動的需求式調(diào)節(jié)器的專利文獻FR 2,781,381或者 FR 2，827，179 ，或者從公開了 一種電-氣動的需求式調(diào)節(jié)器的 WO2006/005372 了解。如果在這樣的調(diào)節(jié)器中通過反饋回路控制終端用 戶的吸入流速，那么氧氣需求是以開環(huán)控制，導(dǎo)致保守的(conservative) 并因此過量的氧氣供應(yīng)到呼吸器(breathing apparatus )。事實上，在這樣 一種電氣動調(diào)節(jié)器中，供應(yīng)給面具中的氧氣量取決于機艙海拔。使用一些 昂貴的傳感器來測量注入的氧氣總流速和氧氣量。
目前仍然需要進一步節(jié)省氧氣，因為無論氧氣來自氧氣產(chǎn)生器還是加 壓的氧氣源，艙內(nèi)氧氣量直接關(guān)系著乘客和乘務(wù)人員(下面也叫做終端用 戶)的估計的需求。任何根據(jù)終端用戶實際需求的氧氣供應(yīng)的優(yōu)化都將使 氧氣源更輕，以及減少飛機結(jié)構(gòu)上的限制和燃油消耗。
因此，非常需要開發(fā)一種呼吸氣體供應(yīng)線路，可以減少艙內(nèi)所載的可 呼吸氣體量，或者延長再填充汽缸(用于在艙內(nèi)裝載02)的周期。更有 利的是開發(fā)一種提供的可呼吸氣體流速根據(jù)乘客或者乘務(wù)人員的實際需 求來調(diào)節(jié)的線路。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提供如權(quán)利要求1所述的一種呼吸氣體供應(yīng)線路，用于 載乘客和乘務(wù)人員的飛機，以及提供一種如權(quán)利要求8所述的向飛機乘客 和/或乘務(wù)人員輸送呼吸氣體的方法。
由于呼吸氣體中的實際可呼吸氣體含量的調(diào)節(jié)，可呼吸氣體的消耗能 夠符合終端用戶的實際需求。不過量供給氧氣，使艙內(nèi)氧氣源的需求降低。 這種改進的調(diào)節(jié)作用可以基于供給終端用戶的實際可呼吸氣體含量來控 制可呼吸氣體的供給。


通過以下以非限定性的實施例給出的具體實施方式
的描述可以更好 地了解本發(fā)明的前述的以及其他特征。通過參考附圖進行說明。圖1為本發(fā)明第一實施方式中用于載乘客和乘務(wù)人員的飛機的呼吸 氣體供應(yīng)線路的簡易圖2示出了在本發(fā)明的第一實施方式中，用于輸送呼吸氣體的飛機的
氧氣緊急系統(tǒng)的 一個具體實施方式
。
具體實施例方式
如圖l所示，本發(fā)明的供應(yīng)線路包括如下元件。在此，可呼吸氣體源
例如是一對氧氣罐R1和R2，每個氧氣罐在其各自的出口包括減壓閥，該 可呼吸氣體源通過供應(yīng)線2將可呼吸氣體輸送給飛機上的乘客和乘務(wù)人 員。本發(fā)明的所述供應(yīng)線路中也可使用其他可呼吸氣體源。供應(yīng)線延伸至 呼吸裝置，在此呼吸裝置例如是呼吸面具9。在該呼吸面具9上設(shè)置有環(huán) 境空氣入口 10，因此環(huán)境空氣與可呼吸氣體在混合裝置(圖1中未示) 中的所述面具9內(nèi)混合。這種混合裝置提供可供終端用戶吸入以及相應(yīng)于 可呼吸氣體和環(huán)境空氣的混合氣的呼吸氣體。在圖l所示的實例中，要吸 入的呼吸氣體，或者簡稱被吸入氣體，通過面具9供給乘務(wù)人員或者乘客 30。
進一步提供調(diào)節(jié)裝置24用于控制可呼吸氣體向面具9的供給。在本 發(fā)明的第一實施方式的供應(yīng)線路中，該調(diào)節(jié)裝置24由控制信號FiO/所 驅(qū)動，該控制信號至少是供給到面具9的呼吸氣體中可呼吸氣體含量 (F,02)的函數(shù)。該調(diào)節(jié)裝置例如可以是電子閥。
為了達到上述效果，如圖1中點劃線所示，提供電子單元62或者CPU, 以加工發(fā)送到調(diào)節(jié)裝置24的控制信號。
在本發(fā)明線路的一個優(yōu)選實施方式中，電子單元62至少基于機艙氣 壓(或者機艙海拔，因為機艙氣壓等于機艙海拔)定義可呼吸氣體含量 F^2的一個設(shè)定點Fi02SP來控制調(diào)節(jié)裝置24。在飛機的機艙內(nèi)設(shè)置第一 傳感器140,即氣壓傳感器，以向用于制作設(shè)定點F^2SP的CPU 62提供 第一氣壓信號來控制調(diào)節(jié)裝置24。還可以使用測量機艙海拔的另一種類 型的傳感器。
氣壓傳感器140測量機艙氣壓(例如以hPa為單位測量)數(shù)據(jù)，所述 數(shù)據(jù)等于如上所定義的機艙海拔(通常以英尺來測量)。設(shè)定點FiO P
6基于聯(lián)邦航空規(guī)章(Federal Aviation Regulation, FAR)所定義的調(diào)節(jié)曲 線由電子部件62精心設(shè)計。這樣的曲線定義了需要向乘客和乘務(wù)人員供 應(yīng)的作為機艙海拔的函數(shù)的呼吸氣體的氧氣量。
氣壓傳感器140可以是飛機上現(xiàn)有的傳感器中的一種，其數(shù)據(jù)可通過 連接到空客(aircraft bus )上而獲得。為了確保與飛機系統(tǒng)無關(guān)的可靠的 壓力讀數(shù)，本發(fā)明的線路可設(shè)置有其自己的壓力傳感器，即提供電子單元 62專用的傳感器140。
第二傳感器150設(shè)置于供應(yīng)線上混合裝置的下游，即如圖1中所示在 面具9中，來向電路提供表示吸入氣體中的可呼吸氣體含量F"2的信號 F!O,。第二傳感器150可以使用反饋回路以確保按照終端用戶戴上面具 時供應(yīng)線路的實際需求適宜供給氧氣。
為了產(chǎn)生控制信號，電子單元62對設(shè)定點F!02SP和代表可呼吸氣體 量含的信號F^2M進行比較，來精心設(shè)計控制信號。
電子單元62中可以包含PID模塊(比例的，積分的，微分的)，來 精心設(shè)計來自設(shè)定點與所測定的F^2M的比較結(jié)果的控制信號F,0/。
第二傳感器150為氧氣傳感器探針，用來測定在混合裝置下游提供的 呼吸氣體中的可呼吸氣體含量。傳感器150例如可以是電流氧氣傳感器 (galvanic oxygen sensor)或者氧氣單元。當平均呼吸階段持續(xù)約1秒鐘 時，較好的是來自于傳感器的響應(yīng)信號不明顯地延遲。因此，在一個優(yōu)選 的實施方式中，使用快速傳感器，其響應(yīng)時間是5Hz或者更快，以及優(yōu) 選為10Hz或者更快。這樣，響應(yīng)信號延遲不大于100毫秒。
在本實施方式中，調(diào)節(jié)裝置24驅(qū)動可呼吸氣體供應(yīng)到一個面具9。 根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地將其變換為一種調(diào)節(jié)裝 置，該調(diào)節(jié)裝置根據(jù)與設(shè)置在每一個面具9中的每個傳感器所測量的平均 F,02相應(yīng)的控制信號對一群面具9供給可呼吸氣體進行調(diào)節(jié)。
圖2示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的一個例示的實施方式，更具體地示出了包 括如由專利文獻WO2006/005372所知的調(diào)節(jié)裝置的需求式調(diào)節(jié)器。
所述調(diào)節(jié)器包括兩部分，合并在殼體中的一個部分10由面具(未圖 示)攜帶5其他部分12由用來存放面具的存放箱攜帶。所述存放箱可以 是常規(guī)的結(jié)構(gòu)，由箱門所關(guān)閉以及使面具從該門凸出。通過拔出面具打開箱門即可以使氧氣供應(yīng)閥開啟。
由所述面具攜帶的部分10由殼體構(gòu)成，該殼體包括多個組裝在一起 的部件，這些部件具有形成于殼體的多個凹陷和多個通道用于限定多個流 動通道。
第一流動通道將氧氣入口 14和通向面具的出口 16相連接。第二流動 通道，或者空氣流動通道，將稀釋空氣的入口 20和通向面具的出口 22相 連接。沿著第一流動通道的氧氣的流速由調(diào)節(jié)裝置24控制，在此該控制 裝置為電控閥。在圖2所示的實施方式中，該閥為電壓控制下的比例閥 24,連接入口 14和出口 16,并且通過導(dǎo)體26供電。也可以使用開/關(guān)類 型的電磁閥，其在不同的負荷比下使用脈沖寬度調(diào)制來進行控制。
在所示的實施方式中，稀釋空氣流動通道的右側(cè)部分由殼體的內(nèi)表面 33限定，活塞32的末端邊緣滑動地安裝在殼體內(nèi)。所述活塞受大氣壓和 腔室34內(nèi)壓力之間的壓差支配。另外的電控閥36 (特別是電^t閥)用來 將腔室34與大氣連接或者將腔室34與壓力高于大氣壓的氧氣源連接。電 控閥36由此用來從稀釋的普通模式轉(zhuǎn)換到供應(yīng)純氧的模式(即所謂的 "100%，，模式)。當腔室34連接至大氣時，彈簧38將活塞32頂?shù)降鬃?39上，但是活塞32與底座39分離，以便當配戴面具者吸入一定量的呼 吸氣體時，使空氣穿過空氣流動通道到達混合裝置，在這里混合裝置為混 合腔室35，在混合腔室35中空氣與從第一流動通道引入的氧氣混合。當 腔室34連接到氧氣供應(yīng)時，活塞32壓向底座39，并由此防止空氣通過。 活塞32也能夠被用作為伺服控制的調(diào)節(jié)器閥的移動部件。通常，調(diào)節(jié)器 被設(shè)計為不僅可以執(zhí)行正常的稀釋操作而且還可借助選擇器58進行緊急 位置操作。
氣壓傳感器49設(shè)置在面具內(nèi)，用來檢測吸入/呼出循環(huán)。在如圖2所 示的示例中，傳感器49設(shè)置于混合腔室35的上游。氣壓傳感器49與電 路卡62相連接。
部分10的殼體也定義了包括呼出閥40的呼出路徑，所示的閥40的
關(guān)閉元件是一種目前普遍使用的類型，其執(zhí)行兩種功能既作為允許進氣的 閥和作為排氣閥。在所示的該實施方式中，其單獨作為呼出閥，通過增加
由閥40所限定的腔室42內(nèi)的氣壓至高于環(huán)境氣壓，使面具內(nèi)保持在高于周圍大氣壓的氣壓下。
在第一狀態(tài)下，電控闊48 (特別是電磁閥)將腔室42連接至大氣， 在這種情況下，面具內(nèi)的氣壓一超過環(huán)境氣壓，就會發(fā)生呼吸。在第二狀 態(tài)下，閥48通過限制流量的阻塞物50將腔室42連接至氧氣源。在這種 情況下，腔室42內(nèi)的氣壓達到由具有比率關(guān)閉彈簧(rate closure spring ) 的安全閥46所確定的數(shù)值。
部分10的殼體可以進一步地攜帶能夠使面具的氣動工具(harness) 膨脹或者縮小的裝置。這些裝置具有常規(guī)的結(jié)構(gòu)，因此在此就不示出也不 詳細描述了 。
如圖2所示，選擇器58可以設(shè)置為靠近正常模式轉(zhuǎn)換開關(guān)60處。選 擇器58可以選擇不同的操作模式正常的稀釋模式、100% 02模式或者 緊急模式(具有過壓力的02)。
電子單元62作為所選擇的操作模式考慮的信號F^2M的函數(shù)進行操 作，該信號代表呼吸氣體中可呼吸氣體含量并由設(shè)置在混合腔室35下游 的傳感器150提供。電子單元62進一步考慮機艙海拔(如傳感器140所 指示的，圖2所示的實施方式中設(shè)置在存放箱12中)以及呼吸循環(huán)(如 傳感器49所指示的)，因為當終端用戶呼氣(breath out)的時候不需要 氧氣。
電路卡62向第一電控閥24提供合適的電學(xué)信號，即控制信號如下。 在正常模式中，氣壓傳感器49顯示何時終端用戶正在吸氣(見圖2中的 連續(xù)線)。電路62從傳感器140處接收這個信號和機艙海拔信息。
電路62然后基于例如FAR確定F!02的設(shè)定點F!02SP。如前面所提到 的，電路62然后將設(shè)定點與通過混合腔室35下游的氧氣傳感器150測量 到的實際F!02M進行比較并產(chǎn)生控制信號F^/來驅(qū)動電控闊24。如果需 要更多的氧氣，則閥24被用來使更多的氧氣流入混合腔室35中。電路 62因此可以驅(qū)動例如電控閥24的開和關(guān)以及其開/關(guān)的速度。
權(quán)利要求
1、一種呼吸性氣體供應(yīng)線路(1)，用于載乘客和/或乘務(wù)人員的飛機(30)，該呼吸性氣體供應(yīng)線路包括可呼吸氣體源(R1，R2)；至少一個供應(yīng)線(2)，連接至所述氣體源；調(diào)節(jié)裝置(12)，設(shè)置于所述供應(yīng)線上，用于控制可呼吸氣體的供應(yīng)；混合裝置(9)，連接至所述供應(yīng)線，所述混合裝置進一步包括環(huán)境空氣入口(10)，用于將所述環(huán)境空氣與所述可呼吸氣體混合，來提供與所述可呼吸氣體和環(huán)境空氣的混合氣相應(yīng)的呼吸氣體給至少一個乘客或者乘務(wù)人員吸入；其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置由控制信號(F1O2R)所驅(qū)動，該控制信號至少是在所述呼吸性氣體中所述可呼吸氣體含量(F1O2)的函數(shù)。
2、 如前述權(quán)利要求所述的線路，其特征在于，所述控制信號由電路 (62)所提供。
3、 如權(quán)利要求2所述的線路，所述飛機包括機搶，其特征在于，至 少基于所述機艙氣壓，所述電路定義所述可呼吸氣體含量的設(shè)定點(F,0/p)來控制所述調(diào)節(jié)裝置。
4、 如權(quán)利要求2和3之一所述的線路，其特征在于，傳感器(150) 設(shè)置于所述混合裝置下游，來向所述電路提供代表在所述呼吸氣體中所述 可呼吸氣體含量的信號(F^,)。
5、 如權(quán)利要求3和4所述的線路，其特征在于，所述電路對比所述 設(shè)定點和代表所述可呼吸氣體含量的信號，來制作所述控制信號。
6、 如權(quán)利要求4和5之一所述的線路，其特征在于，所述傳感器為 具有50Hz或者更高響應(yīng)頻率的快速傳感器。
7、 如前述權(quán)利要求之一所述的線路，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置和 所述混合裝置包含在呼吸面具的所述需求式調(diào)節(jié)器中。
8、 一種在飛機上向乘客和/或乘務(wù)人員(30)供應(yīng)呼吸氣體的方法， 所述飛機包括可呼吸氣體源(Rl， R2); 至少一個供應(yīng)線(2),連接至所述氣體源；調(diào)節(jié)裝置(12)，設(shè)置于所述供應(yīng)線上，用于控制所述可呼吸氣體的供應(yīng)；混合裝置(9),連接至所述供應(yīng)線，所述混合裝置進一步包括環(huán)境 空氣入口 (10),用于將所述環(huán)境空氣與所述可呼吸氣體混合，來提供與 所述可呼吸氣體和環(huán)境空氣的混合氣相應(yīng)的呼吸氣體給至少一個乘客或 者乘務(wù)人員吸入；所述方法包括如下步驟測量在所述呼吸氣體中的所述可呼吸氣體含量(F^2); 提供控制信號來驅(qū)動所述調(diào)節(jié)裝置，所述控制信號至少基于所述可呼 吸氣體含量。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制信號由電路(62)提供。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述飛機包括機艙，所 述方法進一步包括如下步驟測量所述機艙氣壓；至少基于所測量的機艙氣壓，定義所述可呼吸氣體含量的設(shè)定點 (F,0,);以所述可呼吸氣體含量的設(shè)定點驅(qū)動所述調(diào)節(jié)裝置。
11、 如前述權(quán)利要求9和10之一所述的方法，其特征在于，氧氣傳 感器(150)設(shè)置于所述混合裝置下游，所述方法進一步包括如下步驟用所述氧氣傳感器測量代表在所述呼吸氣體中所述可呼吸氣體含量 的信號(FiO,)。
12、 如權(quán)利要求10和11所述的方法，進一步包括步驟 比較所述設(shè)定點與代表所述可呼吸氣體含量的信號，來制作所述控制信號。
13、 如前述4又利要求11和12之一所述的方法，其特征在于，所述氧 氣傳感器為具有50Hz或者更高響應(yīng)頻率的快速傳感器。
14、 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置和 所述混合裝置包含在呼吸面具的所述需求式調(diào)節(jié)器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種呼吸氣體供應(yīng)線路，用于載乘客和乘務(wù)人員的飛機，該線路包括可呼吸氣體源(R1，R2)，連接至所述加壓的氣體源的至少一個供應(yīng)線(2)，調(diào)節(jié)裝置(12)設(shè)置于所述供應(yīng)線上用于控制可呼吸氣體供應(yīng)，混合裝置(9)設(shè)置于所述供應(yīng)線上，該混合裝置還包括環(huán)境空氣入口(10)，用于將所述環(huán)境空氣和所述可呼吸氣體混合來向至少一個乘客或者乘務(wù)人員供應(yīng)一種與所述可呼吸氣體和環(huán)境空氣的混合氣相應(yīng)的呼吸氣體，其中，所述調(diào)節(jié)裝置由控制信號(F₁O₂^R)驅(qū)動，該信號至少是所述呼吸氣體中可呼吸氣體含量(F₁O₂)的函數(shù)。
文檔編號A62B9/02GK101505835SQ200680055739
公開日2009年8月12日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者塞維琳·奧博內(nèi), 尼古拉·布洛克 申請人:英特泰克公司