СИСТЕМА АВАРИЙНОЙ ПОДАЧИ КИСЛОРОДА Российский патент 2018 года по МПК A62B7/14 

Настоящее изобретение относится к системе аварийной подачи кислорода. Системы аварийной подачи кислорода предусматриваются в воздушном судне для обеспечения возможности дыхания пассажиров и экипажа без потери сознания в случае разгерметизации кабины на большой высоте.

Согласно Wikipedia на воздушных суднах, как правило, применяются две системы.

- Система с газовым коллектором, которая подсоединяет все кислородные маски к центральной подаче кислорода, обычно в области грузового отсека. Если потянуть на себя одну кислородную маску, начинается подача кислорода только для этой маски. Обычно всю систему можно перезапускать из кабины пилотов или из какого-либо другого места в воздушном судне.

- Система с химическим источником кислорода, подсоединенная ко всем маскам в отсеке. Если потянуть на себя одну кислородную маску, удаляется контакт розжига источника, в результате чего возгорается смесь хлората натрия и железного порошка, и открывается подача кислорода для всех масок в отсеке. После того как маску потянули, выработку кислорода остановить нельзя, и выработка кислорода, как правило, продолжается по меньшей мере 15 минут. В процессе выработки кислорода источник очень сильно нагревается, и прикасаться к нему не следует. Может ощущаться запах гари, вызывающий тревогу у пассажиров, но этот запах является нормальной частью химической реакции. Эта система может встречаться на воздушных суднах McDonnell Douglas MD-80, их система уникальна еще и тем, что маски для лица прижаты к внутренней стороне дверцы отсека, а не выпадают и не висят на кислородной трубке перед пассажирами.

Учитывая вес и выработку тепла, важно заменить системы с химическим источником кислорода на системы с газообразным кислородом, только без сложности центральной подачи кислорода.

Известен дыхательный аппарат автономного действия, в частности, тот его вид, которым пользуются под водой водолазы – подводный дыхательный аппарат автономного действия (Self-Contained Underwater Breathing Apparatus), следовательно, сокращенно SCUBA. Такой аппарат подает воздух через запрашивающий клапан при вдохе пользователя и обеспечивает пользователю весь нужный для дыхания воздух, что, разумеется, необходимо под водой, но не на воздушном судне на большой высоте, где воздух просто слишком разреженный.

Для пациентов, дыхание которых не позволяет получать достаточное количество воздуха, известно решение, при котором кислород подается при вдыхании атмосферного воздуха. Снижение давления в подающей трубке, обусловленное вдохом, приводит к тому, что регулятор подает кислородный импульс для вдыхания из промежуточной емкости в подающую трубку. Такой импульсный регулятор может быть электромеханическим или чисто механическим.

Предлагалась электромеханически регулируемая импульсная система аварийной подачи кислорода для воздушного судна.

Целью настоящего изобретения является предоставление более экономичной, чисто механической импульсной системы аварийной подачи кислорода для воздушного судна.

Согласно изобретению предоставляется система аварийной подачи кислорода, содержащая: источник сжатого кислорода, средства для подачи кислорода из источника вследствие (в случае) падения давления воздуха, по меньшей мере одну кислородную маску, соответственные механические, активируемые дыхательным усилием клапаны для подачи импульса кислорода в указанную или каждую маску и редуктор давления для подачи кислорода из источника в промежуточную емкость, расположенную выше по потоку относительно активируемых дыхательным усилием импульсных клапанов.

В общем случае составляющие системы предназначаются для использования на воздушном судне и находятся в специальном отсеке в основании полок для ручной клади над пассажирскими сидениями вместе со средствами для высвобождения указанной или каждой маски для пользователя вследствие падения давления воздуха. Хотя активируемый дыхательным усилием импульсный клапан (клапаны) может быть предусмотрен в отсеке с редуктором давления и соответственной промежуточной емкостью выше по потоку относительно импульсного клапана каждой маски и с трубкой к маске ниже по потоку относительно импульсного клапана, в предпочтительном варианте осуществления указанный или каждый импульсный клапан расположен в маске. При таком расположении промежуточная емкость или по меньшей мере ее часть обеспечивает внутренний объем соответственной трубки для указанной или каждой маски.

Редуктором давления может представлять собой один регулятор давления для питания нескольких трубок для нескольких масок или же соответственный регулятор для каждой трубки. Указанный или каждый регулятор обычно дросселирован для обеспечения того, чтобы количество кислорода, подаваемое в виде каждого импульса, существенно не увеличивалось при подаче кислорода в трубку в виде импульса, протекая через регулятор до закрытия импульсного клапана для накопления следующего импульса в трубке. Альтернативно, редуктором давления может быть простой дроссель, питающий несколько трубок, или же соответственный дроссель для каждой трубки, причем дроссель имеет такие размеры, чтобы повышать давление в трубке (трубках) по меньшей мере до таких показателей, которые позволяют пополнять трубку в течение нормального дыхательного периода.

Хотя обычно источник кислорода представляет собой бутылку или цилиндр, находящийся в отсеке, также вмещающем маску (маски), готовую к высвобождению, он может включать патрубок, ведущий к отсеку из удаленной бутылки или цилиндра (цилиндров).

Такое расположение предпочтительно только в тех частях воздушного судна, которые потенциально могут пострадать от поломки лопасти вентилятора двигателя.

Источник сжатого кислорода может содержать чистый сжатый газообразный кислород или богатую кислородом смесь газов.

В соответствии с отдельным предпочтительным признаком изобретения может быть предусмотрен усилитель первого импульса. В возможном варианте осуществления он содержит емкость, выполненную с возможностью наполнения кислородом для первого импульса и последующей изоляции путем закрытия клапана, активируемого перепадом давления, которое обусловлено подачей первого импульса.

Например, каждый усилитель первого импульса содержит дроссель в канале от регулятора давления к соответственному импульсному клапану, ниже по потоку относительно дросселя ответвительный канал, ведущий к емкости усилителя, выполненной с возможностью наполнения перед подачей первого импульса импульсным клапаном, дополнительный канал, ведущий от области, расположенной выше по потоку относительно дросселя, к одной стороне мембраны усилителя, причем вторая сторона мембраны усилителя выходит к ответвительному каналу, при этом мембрана содержит заглушку, выполненную с возможностью зацепления с и запирания отверстия в ответвительном канале между промежуточным каналом и емкостью, причем в исходном состоянии заглушку удерживает вне отверстия пружина с тем, чтобы до первого вдоха, сделанного пользователем соответственной маски, емкость усилителя и трубка наполнялись кислородом посредством ответвительного канала, а когда пользователь сделает первый вдох, импульсный клапан впускал кислород в трубку и емкость в маске в виде первого усиленного импульса, при этом дроссель обеспечивает нарастание давления со стороны дополнительного канала мембраны до того, как давление поднимется в ответвительном канале, что создает перепад давления в пределах мембраны, приводя к ее перемещению вместе с седлом заглушки в отверстие, причем емкость после этого не наполняется и не может использоваться для усиления последующих кислородных импульсов, при этом механизм, содержащий механический затвор, блокирует заглушку в положении, в котором она закрывает отверстие во время последующих импульсов.

В качестве необязательного признака изобретения может быть предусмотрен барометрический клапан компенсации импульса. В возможном варианте осуществления емкость с кислородом имеет регулируемый объем и/или давление, зависящие от барометрического давления, благодаря чему в маску может подаваться импульс различного объема. Это значит, что чувствительное к высоте устройство может регулировать давление и/или поток от регулятора 15 давления в трубку 5.

Это может быть осуществлено посредством емкости, объем которой контролируется движением мембраны, у которой одна сторона сообщена с барометрическим давлением, а вторая сторона соединена с емкостью с кислородом и контролируется давлением емкости и/или пружиной. В качестве дальнейшего усовершенствования барометрическое давление можно связать с регулятором давления, чтобы регулировать давление кислорода, подаваемого в емкость с кислородом.

Далее, чтобы облегчить понимание изобретения, конкретный и не ограничивающий вариант его осуществления будет описан в качестве примера и со ссылкой на сопутствующие графические материалы, где:

фиг. 1 представляет собой схематическое изображение в перспективе системы аварийной подачи кислорода согласно изобретению;

фиг. 2 представляет собой вид сбоку кислородного цилиндра и активированной маски системы, изображенной на фиг. 1;

фиг. 3 представляет собой вид в разрезе кислородного цилиндра, изображенного на фиг. 1, и

фиг. 4 представляет собой вид, подобный фиг. 3, усилителя первого импульса.

Со ссылкой на графические материалы, отсек 1 системы аварийной подачи кислорода имеет кислородный цилиндр 2 с клапаном 3 выпуска потока кислорода редуктора давления. В отсеке содержится несколько масок 4, имеющих соответственные трубки 5 подачи кислорода.

Заслонку 6 удерживает барометрический затвор 7, которым может быть затвор электромагнитного действия, соединенный проводом с центральным барометрическим переключателем 8, подающим напряжение к соленоидам воздушного судна в случае снижения давления в кабине. Высвобождение заслонки 6 высвобождает маски 4, чтобы пассажиры могли их схватить и использовать.

Каждая маска 4 содержит пару обычных односторонних клапанов 11, 12 для взаимодействия с окружающей средой.

Клапан 11 вдоха позволяет пользователю втягивать атмосферный воздух для вдыхания с кислородом, как описано далее, а клапан 12 выдоха позволяет выдыхать в атмосферу. В соответствии с изобретением, маска 4 также содержит импульсный клапан 14, который соединен с ее трубкой 5 и открывается в маску. Импульсный клапан 14 представляет собой клапан такого типа, который открывается при снижении давления в маске, обусловленном вдыханием, в результате которого в клапане вдоха возникает перепад давления.

Механический активируемый дыхательным усилием клапан может иметь коробку, содержащую область приема газа, промежуточную область и область выпуска газа; подвижный шток клапана между областью приема и промежуточной областью; пружину, смещающую шток в сторону закрытого положения; причем область выпуска имеет наружную поверхность, на которой расположено отверстие для выпуска газа. То есть, механический активируемый дыхательным усилием клапан позволяет кислороду проходить в маску, когда при вдохе в маске в расположенном ниже по потоку выпускном отверстии указанного механического активируемого дыхательным усилием клапане регистрируется относительное отрицательное давление. В этом случае кислород, который содержится в емкостной области указанного механического активируемого дыхательным усилием клапана, получает возможность проходить через расположенное ниже по потоку выпускное отверстие клапана. Таким образом, механический активируемый дыхательным усилием клапан очень быстро и перед вдохом подает в маску определенный объем кислорода в виде импульса. Поток кислорода в маску прекращается, когда истощается емкостная область указанного механического активируемого дыхательным усилием клапана. Когда это происходит, механический активируемый дыхательным усилием клапан закрывается, и емкостная область указанного механического активируемого дыхательным усилием клапана начинает наполняться. Отрицательное давление, возникающее, когда пользователь делает вдох, при котором активируется механический активируемый дыхательным усилием клапан 14, обуславливает приток кислорода, который продолжается до открытия клапана вдоха. После выдоха в маске возникает положительное давление, а поток от механического активируемого дыхательным усилием клапана 14 уже прекратился с открытием клапана 12 выдоха.

Например, механический активируемый дыхательным усилием (импульсный) клапан может представлять собой клапан такого типа, как раскрыто в документе US20150040906A1.

Открытие этого клапана 14 позволяет кислороду, который содержится в трубке 5, подаваться в виде импульса в маску 4. После подачи импульса импульсный клапан 14 опять закрывается для накопления нового импульса кислорода в трубке 5. Так, трубка 5 выполняет функцию емкости, определяющей, сколько кислорода будет подаваться с каждым следующим импульсом.

В отсеке к концу каждой трубки 5 подключен редуктор 15 давления. Им может быть регулятор давления или простой дроссель. Это позволяет кислороду поступать в трубку 5, пока не будет достигнут определенный уровень давления, так что, учитывая объем трубки 5, она выполняет функцию емкости для каждого импульса, подаваемого импульсным клапаном 14. Давление ниже по потоку относительно редуктора 15 давления может быть установлено в диапазоне от 2 бар до 10 бар с предпочтительным давлением в диапазоне от 4 бар до 7 бар.

Если трубка 5 соединена с одной маской 14, трубка 5 может иметь объем от 10 мл до 80 мл с предпочтительным объемом от 15 мл до 50 мл для подачи газа в одну маску 14.

Трубка (трубки) 5 может быть гибкой и выполненной из поливинилхлорида (ПВХ).

Выше по потоку относительно регуляторов 15 давления находится клапан 3 выпуска кислорода. Он может иметь корпус 21, прижимающий мембрану 22 к седлу 23 в горловине цилиндра 2. Корпус содержит, например, подпружиненный контакт 24, который не прокалывает мембрану 22 ввиду наличия выдвижной скобы 25. Скоба соединена посредством веревки 26 с каждой из масок 4, причем длина веревки такова, чтобы высвобожденные маски 4 находились чуть выше голов пассажиров, которым нужно ими воспользоваться, поэтому, когда при схватывании маски 4 обеспечено оттягивание скобы 25 от контакта 24, высвобождая последний для подачи кислорода. Корпус имеет канал 27, который проходит от области прокалывающего конца контакта к месту 28 соединения с патрубком 29, по которому кислород попадает в регулятор 15 давления.

Корпус также содержит подпружиненный поршень 31, который упирается в центр мембраны 22. Внешний конец поршня 31 соединен с указателем 32. Если давление кислорода в цилиндре 2 падает из-за утечки, поршень 3 прогибает мембрану 22, и указатель 32 сигнализирует об этом.

Детали описанного выше варианта осуществления не должны ограничивать изобретение. Например, система может содержать всего одну маску 4 для использования в туалете.

Далее, как показано на фиг. 2, необязательные усилители 41 первого импульса могут быть предусмотрены ниже по потоку относительно регулятора 15 давления. Каждая трубка 5 подачи кислорода может иметь усилитель 41 первого импульса. Они могут быть предусмотрены в отсеке 1 на входе в трубку 5. Альтернативно, они могут быть предусмотрены в соответственных масках 4.

Как показано на фиг. 4, каждый усилитель 41 первого импульса может содержать дроссель 42, расположенный в канале 43 от регулятора 15 давления к соответственному импульсному клапану 14. Ниже по потоку относительно дросселя 42 ответвительный канал 44 ведет к емкости 45 усилителя, выполненной с возможностью наполнения перед подачей первого импульса импульсным клапаном 14. Дополнительный канал 46 ведет от области, расположенной выше по потоку относительно дросселя 42, к одной стороне мембраны 47. Вторая сторона мембраны 47 выходит к ответвительному каналу 44.

Мембрана 47 содержит конус 48, выполненный с возможностью зацепления с и запирания отверстия 49 в ответвительном канале 44 между промежуточным каналом 43 и емкостью 45. В исходном состоянии конус 48 удерживается вне отверстия 49 пружинным затвором 50.

В этом состоянии, до первого вдоха, сделанного пользователем соответственной маски 4, емкость 45 и трубка 5 наполняются кислородом посредством канала 44. Когда пользователь делает первый вдох, импульсный клапан 14 впускает кислород в трубку 5 и емкость 45 в маске 4 в виде первого усиленного импульса. В результате, благодаря дросселю 42 давление со стороны дополнительного канала 43 мембраны 47 нарастает до того, как давление поднимется в ответвительном канале 44. Из-за этого в пределах мембраны 47 возникает перепад давления, ввиду которого она перемещается вместе с седлом конуса 48 в отверстие 49. После этого емкость 45 не наполняется и не может использоваться для усиления последующих кислородных импульсов. Пружинный затвор 50 содержит U-образный пружинный зажим 51, который в качестве фиксатора входит в зацепление с желобком 52 в опорном элементе конуса 48, так что мембрана 47 фиксируется между конусом 48 и опорным элементом.

Свободный конец 53 опорного элемента конусовидный. Когда перепад давления смещает мембрану 47, зажим 51 удерживается упором 54 и проводится вне центра по кромке 55 между желобком и конусовидным концом 53. После того как пружинный зажим 51 проходит вне центра, он воздействует на конусовидный конец для удерживания закрытого клапана, состоящего из конуса 48 и отверстия 49 закрытым. После этого, поскольку подающая трубка 5 наполняется для каждого следующего импульса, объем трубки определяет количество кислорода в каждом импульсе.

Система аварийной подачи кислорода для воздушного судна, содержащая источник (2) сжатого кислорода, средства (3) для подачи кислорода из источника (2) в случае падения давления воздуха, по меньшей мере одну кислородную маску (4), соответственный механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) для подачи импульса кислорода в указанную или каждую маску (4) и редуктор (15) давления для подачи кислорода из источника в промежуточную емкость (5), расположенную выше по потоку относительно механического активируемого дыхательным усилием импульсного клапана (14). 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система аварийной подачи кислорода для воздушного судна, содержащая источник (2) сжатого кислорода, средства (3) для подачи кислорода из источника (2) в случае падения давления воздуха, по меньшей мере одну кислородную маску (4), соответственный механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) для подачи импульса кислорода в указанную или каждую маску (4) и редуктор (15) давления для подачи кислорода из источника в промежуточную емкость (5), расположенную выше по потоку относительно механического активируемого дыхательным усилием импульсного клапана (14).

2. Система аварийной подачи кислорода по п. 1, отличающаяся тем, что каждая маска (4) обеспечена кислородом посредством соответственной трубки (5) подачи кислорода, причем промежуточная емкость или по меньшей мере ее часть обеспечивает внутренний объем соответственной трубки (трубок) (5).

3. Система аварийной подачи кислорода по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанный или каждый механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) расположен в маске (4).

4. Система аварийной подачи кислорода по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) расположен на маске (4), соединен с ее трубкой (5) и выходит в маску (4).

5. Система аварийной подачи кислорода по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что каждая маска (4) имеет пару обычных односторонних клапанов (11, 12) для взаимодействия с окружающей средой, первый клапан (11), называемый "клапаном (11) вдоха", предусмотрен для того, чтобы пользователь мог втягивать в маску (4) атмосферный воздух для вдыхания с кислородом, а второй клапан (12), называемый "клапаном (12) выдоха", предусмотрен для того, чтобы можно было выдыхать из маски (4) в атмосферу.

6. Система аварийной подачи кислорода по п. 5, отличающаяся тем, что механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) представляет собой "импульсный клапан" такого типа, который открывается при снижении давления в маске (4), обусловленном вдыханием, в результате которого в клапане вдоха возникает перепад давления, причем открытие механического активируемого дыхательным усилием клапана (14) позволяет подавать в виде импульса кислород, который содержится в трубке (5), в маску (4), и после подачи импульса механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) опять закрывается для накопления нового импульса кислорода в трубке (5).

7. Система аварийной подачи кислорода по любому из пп. 2-6, отличающаяся тем, что редуктор (15) давления представляет собой один регулятор давления для питания одной или нескольких трубок (5) для нескольких масок (4) или несколько соответственных регуляторов (15) для каждой трубки (5).

8. Система аварийной подачи кислорода по пп. 6 и 7, отличающаяся тем, что указанный или каждый регулятор (15) дросселирован для обеспечения того, чтобы количество кислорода, подаваемое в виде каждого импульса, существенно не увеличивалось при подаче кислорода в трубку (5) в виде импульса, протекая через регулятор (5) до закрытия импульсного клапана для накопления следующего импульса в трубке (5).

9. Система аварийной подачи кислорода по любому из пп. 6-8, отличающаяся тем, что она содержит усилитель (41) первого импульса, содержащий емкость (45) усилителя, выполненную с возможностью наполнения кислородом для первого импульса и последующей изоляции путем закрытия клапана, активируемого перепадом давления, которое обусловлено подачей первого импульса.

10. Система аварийной подачи кислорода по п. 9, отличающаяся тем, что усилители (41) первого импульса предусмотрены ниже по потоку относительно регулятора (15) давления на входе в соответственную трубку (трубки) (5) или в соответственной маске (масках) (4).

11. Система аварийной подачи кислорода по п. 9 или 10, отличающаяся тем, что барометрический компенсатор предусмотрен в регуляторе (15) давления или ниже по потоку относительно него на входе в соответственную трубку (трубки) (5) или в соответственной маске (масках) (4).

12. Система аварийной подачи кислорода по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что средства (3) для подачи кислорода содержат по меньшей мере одно из следующего: барометрический клапан (3) выпуска потока, клапан механического действия, электроклапан, клапан пневматического действия, ручной клапан.

13. Система аварийной подачи кислорода по пп. 1-3, отличающаяся тем, что указанный или каждый механический активируемый дыхательным усилием клапан (14) или "импульсный клапан (14)" расположен выше по потоку относительно маски (4), то есть в отсеке (5) или выше по потоку относительно него, причем импульсный клапан (14) расположен ниже по потоку относительно редуктора (15) давления, при этом система содержит трубку (5), образующую емкость для маски ниже по потоку относительно импульсного клапана (14).

14. Система аварийной подачи кислорода по любому из пп. 1-13, отличающаяся тем, что источник (2) кислорода представляет собой по меньшей мере один цилиндр, размещенный в отсеке, также содержащем маску (маски), готовую к подаче, или удаленный цилиндр (2) с патрубком к отсеку от этого удаленного цилиндра (2).

15. Система аварийной подачи кислорода по любому из пп. 1-14, отличающаяся тем, что клапан (3) выпуска кислорода содержит корпус (21), прижимающий мембрану (22) к седлу (23) в горловине цилиндра (2), причем корпус (21) содержит подпружиненный контакт (24), который не прокалывает мембрану (22) ввиду наличия выдвижной скобы (25), причем скоба (25) соединена посредством веревки (26) с каждой из масок (4), благодаря чему при схватывании маски (4) обеспечено оттягивание скобы (25) от контакта (24), высвобождая последний для подачи кислорода, причем корпус (21) имеет проход (27), который проходит от области прокалывающего конца контакта к месту (28) соединения с патрубком (29), по которому кислород попадает в регулятор (15) давления.

16. Система аварийной подачи кислорода по п. 15, отличающаяся тем, что корпус (21) содержит подпружиненный поршень (31), который упирается в центр мембраны (22), причем внешний конец поршня (31) соединен с указателем (32), так чтобы в случае падения давления кислорода в цилиндре (2) из-за утечки поршень (31) прогибал мембрану (22) и указатель (32) сигнализировал об этом.

17. Воздушное судно, содержащее аварийную подачу кислорода по любому из пп. 1-16.

18. Воздушное судно по п. 17, отличающееся тем, что аварийная подача кислорода заключена в отсеке (1) над сидением пассажира и содержит механизм для высвобождения указанной или каждой маски (4) для пользователя в случае падения давления воздуха.

19. Воздушное судно по п. 18, отличающееся тем, что аварийная подача кислорода содержит заслонку (6) отсека (1), причем заслонку (6) удерживает затвор (7), соединенный проводом с центральным переключателем (8) для высвобождения затвора (7) в случае снижения давления в кабине, причем высвобождение затвора (7) приводит к открытию заслонки (6) и высвобождению маски (масок) 4 для обеспечения пассажирам возможности схватывания и использования.

20. Воздушное судно по п. 18, отличающееся тем, что затвор (7), удерживающий заслонку (6), представляет собой барометрический затвор (7), например затвор (7) электромагнитного действия, причем центральный переключатель представляет собой барометрический переключатель (8), подающий напряжение к соленоидам воздушного судна в случае снижения давления в кабине.