用于飞机上乘客的氧气在飞机上的产生

摘要

本发明提供了用于供应、产生、存储和管理理想地适于在飞机上使用的氧气的系统和方法，用于为乘客和航班机组人员提供可呼吸的氧气。所述系统包括数个组件，其共同优化氧气利用同时降低维护成本并且减少传统加压气缸增加的重量。系统的组件包括用于在紧急情况下迅速使用的富氧气体的加压气缸或化学氧气发生器、并入固体电解质氧气分离(SEOS)技术的陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)、控制器、脉冲氧气供应器、机组人员/乘客呼吸面具和一个或多个传感器，包括探测吸气/呼气阶段的传感器，并且与控制器通信，以便调节氧气流用于保存并且适应生理需要。

权利要求

1.用于提供调节的氧气流的氧气供应系统，包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流，所述氧气供应系统包括：第一机载氧气供应器，其配置为在初始阶段供应氧气，所述第一机载氧气供应器包括加压氧气缸和化学氧气发生器的组合；

第二机载氧气供应器，其配置为在随后阶段在飞机上产生氧气，其中所述第二机载氧气供应器是固体电解质氧气分离器，所述固体电解质氧气分离器配置为在650℃到750℃的温度下通过施加电压从供给空气流催化分离氧气；

脉冲氧气输送子系统，其通过第一和第二供给线路与所述第一机载氧气供应器连接并且通过第三供给线路与所述第二机载氧气供应器连接，并且配置为接收由所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器供应的氧气；

设置在所述第一和第二供给线路中的第一和第二压力和流量传感器，所述第一和第二供给线路连接在所述第一机载氧气供应器和所述脉冲氧气输送子系统之间，所述第一和第二压力和流量传感器配置为测量从所述第一机载氧气供应器至所述脉冲氧气输送子系统的氧气的流速和压力；

设置在所述第三供给线路中的第三压力和流量传感器，所述第三供给线路连接在所述第二机载氧气供应器与所述脉冲氧气输送子系统之间，所述第三压力和流量传感器配置为测量从所述第二机载氧气供应器至所述脉冲氧气输送子系统的氧气的流速和压力；和控制器，其配置为响应于所述第一、第二和第三压力和流量传感器而控制所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器。

2.根据权利要求1所述的氧气供应系统，其中所述第一机载氧气供应器配置为以适于在大于30,000英尺的高海拔处呼吸的压力供应高度富集的氧气。

3.根据权利要求1所述的氧气供应系统，其中所述固体电解质氧气分离器包括陶瓷材料，在所述陶瓷材料内部将氧气从所述供给空气流催化分离。

4.根据权利要求1所述的氧气供应系统，进一步包括呼吸面具，所述呼吸面具与所述脉冲氧气输送子系统为连通关系，借此所述呼吸面具配置为从由所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器中的至少一个供应的所述脉冲氧气输送子系统接收氧气。

5.根据权利要求4所述的氧气供应系统，其中所述脉冲氧气输送子系统配置为基于检测的呼吸方式和生理需要调节到所述呼吸面具的氧气流。

6.根据权利要求1所述的氧气供应系统，其中所述控制器配置为在大于30,000英尺的高海拔处引发来自所述第一机载氧气供应器的快速氧气流。

7.用于提供调节的氧气流的氧气供应系统，包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流，所述氧气供应系统包括：第一机载氧气供应器，其配置为在初始阶段期间供应氧气，所述第一机载氧气供应器包括加压氧气缸和化学氧气发生器的组合；

第二机载氧气供应器，其配置为在随后阶段期间在飞机上产生待供应的氧气，其中所述第二机载氧气供应器是固体电解质氧气分离器，所述固体电解质氧气分离器配置为在

650℃到750℃的温度下通过施加电压从供给空气流催化分离氧气；

脉冲氧气输送子系统，其通过第一和第二供给线路与所述第一机载氧气供应器连接并且通过第三供给线路与所述第二机载氧气供应器连接，并且配置为接收由所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器供应的氧气；

设置在所述第一和第二供给线路中的第一和第二压力和流量传感器，所述第一和第二供给线路连接在所述第一机载氧气供应器和所述脉冲氧气输送子系统之间，所述第一和第二压力和流量传感器配置为测量从所述第一机载氧气供应器至所述脉冲氧气输送子系统的氧气的流速和压力；

设置在所述第三供给线路中的第三压力和流量传感器，所述第三供给线路连接在所述第二机载氧气供应器与所述脉冲氧气输送子系统之间，所述第三压力和流量传感器配置为测量从所述第二机载氧气供应器至所述脉冲氧气输送子系统的氧气的流速和压力；

呼吸面具，其与所述脉冲氧气输送子系统为连通关系，借此通过所述呼吸面具从由所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器中的至少一个供应的所述脉冲氧气输送子系统，为乘客或机组人员供应氧气；设置在所述呼吸面具中的第四压力和流量传感器，所述第四压力和流量传感器配置为测量所述呼吸面具中的氧气的流速和压力；和控制器，其与所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器二者电连接，并且配置为响应于所述第一、第二、第三和第四压力和流量传感器而控制所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器。

8.用于提供调节的氧气流的氧气供应系统，包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流，所述氧气供应系统包括：第一机载氧气供应器，其配置为在初始阶段期间供应氧气，所述第一机载氧气供应器包括加压氧气缸和化学氧气发生器的组合，并且所述化学氧气发生器包括至少一个点火器；

第二机载氧气供应器，其配置为在随后阶段期间在飞机上产生待供应的氧气，其中所述第二机载氧气供应器是固体电解质氧气分离器，所述固体电解质氧气分离器配置为在

650℃到750℃的温度下通过施加电压从供给空气流催化分离氧气；

控制器，其与所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器二者电连接，并且配置为控制所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器；

脉冲氧气输送子系统，其通过第一和第二供给线路与所述第一机载氧气供应器连接并且通过第三供给线路与所述第二机载氧气供应器连接，并且配置为接收由所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器供应的氧气，所述脉冲氧气输送子系统被设置在所述第一机载氧气供应器和所述第二机载氧气供应器二者的下游；和呼吸面具，其与所述脉冲氧气输送子系统连接并位于所述脉冲氧气输送子系统的下游，其中所述脉冲氧气输送子系统配置为基于检测的乘客或机组人员的呼吸方式和生理需要调节到所述呼吸面具的氧气流。

9.用于提供调节的氧气流的方法，包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流，所述方法包括：激活第一系统以在大于30,000英尺的高海拔处引发来自第一机载氧气供应器的快速氧气流，所述第一系统包括加压氧气缸和化学氧气发生器的组合；

为包括机载固体电解质氧气分离器的第二系统通电，所述机载固体电解质氧气分离器配置为在650℃到750℃的温度下通过施加电压从供给空气流催化分离氧气；

激活所述第二系统以引发来自所述机载固体电解质氧气分离器的氧气流；

使由所述第二系统供应的氧气和由所述第一系统供应的氧气结合；

当所述第二系统能够满足氧气需求时，使所述第一系统停用；

检测乘客或机组人员的呼吸方式；和

基于检测的呼吸方式和生理需要，通过配置为改变氧气流速的脉冲氧气子系统，从所述第一系统或所述第二系统输送氧气到呼吸面具，调节到乘客或机组人员的所述呼吸面具的氧气流，其中在脉冲氧气输送子系统中由所述第二系统供应的所述氧气和由所述第一系统供应的所述氧气结合，测量从所述第一系统至所述脉冲氧气输送子系统的氧气流速，并且测量从所述第二系统至所述脉冲氧气输送子系统的氧气流速。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二系统的所述机载固体电解质氧气分离器配置为以适于在大于30,000英尺的高海拔处呼吸，并适于在小于或等于30,000英尺的海拔处呼吸的压力供应高度富集的氧气。

说明书

用于飞机上乘客的氧气在飞机上的产生

[0001] 发明背景

[0002] 本发明一般地涉及用于包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流的系统和方法。本发明更具体地涉及确保适于呼吸的氧气包括在飞机下降期间迅速地并间歇地对飞机上的机组人员或乘客可用的系统和方法。系统的组件包括氧气发生器。

[0003] 用于供应氧气到飞机乘客的传统的系统和方法典型地依赖气态氧，所述气态氧既可以是由位于乘客座椅上方的乘客服务单元(PSU)以化学方法产生的，也可以是由加压气缸分配的。根据后者，气态氧可以通过飞机上的集中的分配网络分配或由多个分开的单个气缸分配。

[0004] 压力和流量调节器设备也可被并入提供氧气和富氧气体的系统，所述氧气和富氧气体可在被传递到乘客的呼吸面具之前被传递到这些设备。为了辅助流量调节，可以将压力传感器提供到这种氧气供应系统的管道的吸气和呼气气道。一种用于调节氧气的已知方法包括，测定呼吸循环的呼气阶段的开始，在呼吸循环的呼气阶段期间暂停气流传递到管道系统，和在多个呼吸循环的呼气阶段的控制间隔期间监测管道系统中的呼气流和压力。

[0005] 目前，在利用气态氧供应源的大型飞机的乘客氧气系统中，氧气典型地由位于中心的一堆存储容器或气缸通过管路的网络分配到通常邻近每一排座椅放置的歧管。每一个乘客面具典型地经由歧管的分开的孔供应。通过改变歧管的进口压力，到每一个面具的氧气流可被改变。

[0006] 当应急氧气将被供应到面具时，附在面具上的储气袋典型地接收恒定的氧气流。氧气一般地以计算的速率——适应甚至具有大得多的平均潮气量，其呼吸比平均呼吸率快的乘客的需要——连续供应。进入储气袋和进入面具的连续的氧气流典型地被客舱空气稀释。

[0007] 以化学方法产生氧气的系统通常适合于持续时间22分钟以下的较短的航班。然而，在以化学方法产生氧气的系统满足氧气需求的适合性方面，飞行路线的地形也是决定因素。除了这些限制，以化学方法产生氧气的系统作为一次性设备提供，其一旦被激活就只能使用一次并且必须被替换用于将来使用。已知一种用于供应氧气到机舱的常规系统包括多个具有点火器的化学氧气发生器、用于依次供给电压到点火器的程序器和氧气面具，化学发生器分配产生的氧气到该氧气面具。每当压力降低到阀值，分配系统部分的压力传感器控制程序器依次供给电压到下一个化学发生器的点火器。

[0008] 对于较长持续时间的航班和遭遇多变或有挑战性的地形的航班，需要气态氧。气态氧储存在增加显著重量的气缸中，增加了燃料成本，并且增加了氧气供应系统的危害潜力。

[0009] 完全依赖富氧气体的加压气缸或化学氧气发生器是有缺点的。富氧气体的加压气缸增加了显著重量至氧气供应系统，并通过提供始终存在的燃烧危险增加了它的危害潜力。增加的重量提高了燃料成本。来自气体的加压气缸的氧气可以从一个或多个飞机的分配网络内的来源分配，或者可以为每一个乘客或乘务员提供单个气缸。不论哪种情况，考虑到飞机的有限空间，来自气缸的氧气典型地不远离飞机的照明系统的组件，增加了危害潜力。例如，座椅上方的单个气缸或分配网络的出口靠近灯。

[0010] 化学氧气发生器减小了此危害潜力并且减小了连续储存加压气缸的重量，但是如上讨论具有有限的应用。重新装满加压气缸和替代一次性的化学氧气发生器的需要增加了飞机氧气供应系统的维护费用。

[0011] 提高这种飞机应急氧气供应系统在氧气的产生、存储、分配或消耗方面的效率可因此产生重量节省。相反，提高飞机应急氧气供应系统的效率而没有同量的缩小尺寸将给予系统操作中较大的安全系数。因此以任何可能的方式提高应急氧气供应系统的效率是高度期望的。

[0012] 对机舱乘员进行适当充氧需要传递的补充氧气流速取决于一般压力高度。传递到使用者的氧气的量可根据高度有利地变化，以便传递的量产生适当的充氧作用，而避免比需要量大的氧气效率低的和浪费的传递。

[0013] 除了从已有的氧气来源——包括加压气缸和化学氧气发生器——在飞机上供应氧气，机载氧气发生器(OBOG)是已知的。两种类型的机载氧气发生器(OBOG)包括分子筛氧气发生器(MSOG)和陶瓷氧气发生器(COG)。

[0014] 已知分子筛氧气发生(MSOG)系统从供应气体产生氧气或富氧气体和残余气体的供应。当使用依赖变压吸附(PSA)技术的机载氧气发生器(OBOG)设备的分子筛氧气发生器(MSOG)类型并且有效地操作时，它们产生包括高达95％的氧气的富氧气体，其含有大于大约9％的氧气的残余气体流。然而，在操作的初始阶段，此系统对于满足飞机乘客对氧气的需要具有有限的适用性。此外，此系统没有使氧气消耗最小化或存储氧气。

[0015] 并入分子筛氧气发生(MSOG)系统的变压吸附(PSA)技术基于原理：在压力下的气体一般地被吸引到固体表面，然后气体被吸附到固体表面。更高的压力产生较大的气体吸附。当压力减小或从高到低摇摆时，气体被释放或脱附。气体混合物可通过变压吸附(PSA)被分离，因为不同气体趋于不同程度地吸引或吸附至不同的固体材料。

[0016] 因此，当压力减小时，不太强力地吸引至固体材料的气体将首先脱附以形成出口流。在吸附气体的固体材料床达到它的吸附容量后，进一步降低压力以释放甚至更强力吸引的气体。随着施加到机载氧气发生器(OBOG)，发动机排放气体典型地被供应到变压吸附(PSA)设备，空气的氮气成分比空气的氧气成分更强力地被吸附到固体材料床，并且产生富氧气体出口流。这类似于用于肺气肿病人和其他需要富氧空气呼吸的人的便携式氧气浓缩器中使用的方法。

[0017] 用于变压吸附(PSA)系统的吸附剂必须具有区分表明选择性吸附的两种或多种气体的能力。用于变压吸附(PSA)系统的合适的吸附材料通常是由于它们的大表面积选出的非常多孔材料，例如活性炭、硅胶、氧化铝和沸石。吸附在这些表面上的气体可以由只有一个或至多数个分子厚度的层组成。具有几百平方米每克的表面积的吸附材料使能够吸附气体中的吸附剂重量的很大部分。除了对于不同气体的差别吸附选择性，沸石和称作碳分子筛的一些类型的活性炭的分子筛特征有助于基于尺寸排除一些气体分子。

[0018] 已知另一种系统利用分子筛床和/或渗透膜技术，以产生，第一，用于机组人员呼吸的氧气，和第二，用作飞机的油箱中的惰性环境的氮气。然而这种系统仍需为氧气和氮气供应压缩机，以便氧气可以以适合呼吸的压力递送。此外，可产生的氧气的浓度由于使用的传统机载氧气发生器(OBOG)设备技术的性质被限制。由于高温需求，在全部氧气容量被利用之前有时间滞后。

[0019] 另一种类型的机载氧气发生器(OBOG)是陶瓷氧气发生器(COG)。陶瓷氧气发生器(COG)设备利用固体电解质氧气分离(SEOS)技术，其中使用电压在大约650℃到750℃的高温下将氧气从专门的陶瓷材料内的空气中被催化分离。虽然此过程产生压力下的并且在包括30,000英尺以上更高海拔的任何高度处适于呼吸的基本上纯的氧气产物，但是缺点是当为设备通电时氧气不是迅速可用的，因为设备需要首先达到需要的操作温度。

[0020] 机载氧气发生器(OBOG)设备产生的用于呼吸的氧气由于通过膜需要的循环典型地不迅速可用。虽然基于在压力下提供适于呼吸的更纯的或更高度浓缩的富氧气体的能力，陶瓷氧气发生器(COG)设备典型地优于分子筛氧气发生器(MSOG)设备，但是由于从这种设备氧气产生必要的高温需求，来自陶瓷氧气发生器(COG)设备的氧气也不是迅速可用的。

[0021] 当在飞机上出现紧急情况时，需要以适于呼吸的浓度、温度和压力的迅速可用的氧气。在大于30,000英尺的高的高度下，需要99％或更高纯度的氧气。在等于或小于30,000英尺的较低高度下，含90-95％氧气的氧气可以是合适的。紧急情况可以包括意外客舱减压、意外下降等等。

[0022] 通过使陶瓷氧气发生器(COG)设备和在短期内提供氧气的其他来源结合，期望提供利用并入固体电解质氧气分离(SEOS)技术的陶瓷氧气发生器(COG)设备的优点，而不牺牲在下降或出现紧急情况期间的短期内可呼吸的氧气的可用性的系统。理想地，这种使包括陶瓷氧气发生器(COG)设备的机载氧气发生器(OBOG)设备和短期氧气供应结合的系统也将存储氧气并使氧气利用效率最大化。

[0023] 在出现紧急情况或飞机的初始下降模式期间，短期需要出现。在随后飞机的等待高度模式存在长期需要。也期望提供通过减小依赖加压气缸和化学氧气发生器用于最大化氧气利用效率的系统和方法。在来自机载氧气发生器(OBOG)设备的富氧气体可用之前，存在保留笨重的气缸和一次性发生器对于紧急和下降情况的系统的使用的需要，以减少飞机依赖加压气缸和化学氧气发生器的维护费用。

[0024] 进一步期望存储可用的或通过间歇地提供氧气到乘客或机组人员的面具产生的氧气，利用反馈机制使得根据为了安全具有允许的限度的需要提供氧气。本发明满足这些和其他需要。

[0025] 发明概述

[0026] 简要并概括来说，本发明提供了用于迅速地并间歇地供应适于呼吸的富氧气体的系统和方法。根据本发明的一方面，设计所述系统以满足飞机的机组人员和乘客的需要，包括在紧急情况和初始下降和等待高度模式期间。

[0027] 根据数个方面的第一方面，本发明提供了用于为包括飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流的系统，该系统包括：第一机载氧气供应器，其配置为在初始阶段供应氧气，第二机载氧气供应器，其配置为在随后阶段在飞机上产生氧气，和控制器，其配置为控制第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器。第一机载氧气供应器可以包括加压氧气缸和/或化学氧气发生器。第一机载氧气供应器配置为以适于在大于30,000英尺的高海拔处呼吸的压力供应高度富集的氧气。第二机载氧气供应器包括固体电解质氧气分离器，其配置为在650℃到750℃的温度下通过施加电压从供给空气流催化分离氧气。固体电解质氧气分离器包括陶瓷材料，在陶瓷材料内部从供给空气流催化分离氧气。

[0028] 该系统可进一步包括与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器为连通关系的呼吸面具，借此呼吸面具配置为从第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器中的至少一个接收氧气。该系统也可以包括脉冲氧气输送子系统，其与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者连接，并且配置为基于检测的呼吸方式和生理需要调节到呼吸面具的氧气流。控制器配置为在大于30,000英尺的高海拔处引发来自第一机载氧气供应器的快速氧气流。

[0029] 根据第二方面，本发明提供了用于包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流的系统，该系统包括：第一机载氧气供应器，其配置为在初始阶段期间供应氧气，第二机载氧气供应器，其配置为在随后阶段在飞机上产生待供应的氧气，呼吸面具，其与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者为连通关系，借此氧气通过来自第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器中的至少一个的呼吸面具被供应到乘客或机组人员，和控制器，其与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者电连接，并配置为控制第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器。

[0030] 根据第三方面，本发明提供了用于包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流的系统，该系统包括：第一机载氧气供应器，其配置为在初始阶段期间供应氧气，第二机载氧气供应器，其配置为在随后阶段在飞机上产生待供应的氧气，控制器，其与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者电连接，并配置为控制第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器，脉冲氧气输送子系统，其与第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者连接，并且位于第一机载氧气供应器和第二机载氧气供应器二者下游，和呼吸面具，其连接到脉冲氧气输送子系统并位于脉冲氧气输送子系统的下游，其中脉冲氧气输送子系统配置为基于检测的乘客或机组人员的呼吸方式和生理需要调节到呼吸面具的氧气流。

[0031] 根据第四方面，本发明提供了用于包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流的方法，该方法包括：激活第一系统以在大于30,000英尺的高海拔处引发来自第一机载氧气供应器的快速氧气流，通电包括机载氧气发生器的第二系统，激活第二系统以引发来自机载氧气发生器的氧气流，使由第二系统供应的氧气和由第一系统供应的氧气结合，当第二系统能够满足氧气需求时停用第一系统，检测乘客或机组人员的呼吸方式；和通过基于检测的呼吸方式和生理需要，通过配置为改变氧气流速脉冲氧气供应器，从第一系统或第二系统输送氧气到面具，来调节到乘客或机组人员的呼吸面具的氧气流。根据所述方法，第一机载氧气供应器可以包括加压氧气缸和/或化学氧气发生器。第二系统的机载氧气发生器配置为以适于在大于30,000英尺的高海拔处呼吸并且适于在小于或等于30,000英尺的海拔处处也呼吸的压力下供应高度富集的氧气。

[0032] 该系统被设计用于最小化氧气发生器的重量、体积和潜在的燃烧危险。该系统也被设计为用于通过选择性地控制来自多个来源的氧气的供应和系统的多个组件的相互作用存储氧气的使用。

[0033] 富氧气体的加压气缸或化学氧气发生器可以用于当紧急情况出现或在初始飞机下降模式期间迅速供应在适于呼吸的压力下的氧气。

[0034] 根据本发明的数个方面的一个方面，该系统包括供应氧气的较轻重量的机载氧气发生器(OBOG)设备，连同传统加压气缸或化学氧气发生器作为系统的一部分。必须存储在气缸内的或化学氧气发生器产生的氧气的量减小到涵盖从开始紧急情况或下降直到来自机载氧气发生器(OBOG)设备的氧气的二次供应可用的时间期间所需的氧气的量。

[0035] 本发明的系统被设计为通过减小或消除在地面上加压气缸中的气态氧的再填充的需要，和减小或消除更换一次性的化学氧气发生器的需要，来降低维护费用。本发明的系统可以通过为将来使用存储由机载氧气发生器(OBOG)设备产生的超高纯度氧气实现这些目的。满足乘客或机组人员目前的呼吸需要的超高富氧气体可以被供应到加压气缸或其他紧急供应储罐。

[0036] 当乘客或乘务员通过他们的呼吸面具吸气时，本发明的系统探测，并且一经探测到吸入，引发或恢复氧气流到他们的面具。供应呼吸面具的脉冲氧气输送子系统被设计为随着飞机的下降剖面指示，基于乘客和航班机组人员已知的或检测的生理需要调节氧气到面具的流速。

[0037] 除了以上讨论的组件，本发明也可包括额外的任何系列、组合或取向的机载氧气发生器(OBOG)或机载惰性气体发生器(OBIGG)设备以产生期望的效果，包括在短期内维持用于呼吸的足够浓缩的氧气供应，再填充应急氧气供应，提供充足的惰性气体流以填充油箱中的空隙以与燃烧保持同步，等等。

[0038] 从以下结合附图，以实例的方式图解了本发明的原理的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

[0039] 附图简要说明

[0040] 图1是图解了根据本发明的方面通过共同的控制器使传统和现代氧气供应系统结合的示意图。

[0041] 图2是图解了根据本发明的第二方面通过共同的控制器传统和现代氧气供应系统的结合的示意图。

[0042] 图3是图解了根据本发明的第三方面通过共同的控制器使传统和现代氧气供应系统结合的示意图。

[0043] 图4是图解了根据本发明的方面用于提供飞机上的调节的氧气流的方法的流程图。

[0044] 优选实施方式详述

[0045] 本发明提供了用于产生、供应和维持充足氧气储备的系统和方法。本发明的一个优选的应用是为飞机上的乘客和航班机组人员供应氧气，包括在高于30,000英尺的高海拔，在下降期间，在等待高度或在30,000英尺以下，飞行路线越过多变地形和在任何持续时间的航班上。本发明提供了用于为在商务喷射机和商用飞机二者上的乘客和机组人员提供氧气的数个优点。

[0046] 维持充足的氧气储备可以通过存储产生的过量氧气通过再填充紧急储备用于将来使用实现。通过更密切地匹配由系统供应的氧气和乘客和机组人员需要的氧气，可用氧气的保存液帮助维持充足的储备。

[0047] 因此，如图1到3所示，其以实例的方式图解提供，并且不以限制的方式，本发明提供了用于根据需要在飞机上迅速地和间歇地提供调节的氧气流的系统。参见图1，在目前第一优选的实施方式中，系统100用于根据需要在飞机上迅速地和间歇地提供调节的氧气流，包括控制器或控制系统102，其通过线路104与加压气缸110电子通信。控制器通过线路105也与脉冲氧气输送子系统122电子通信。此外，控制器通过线路108与机载氧气发生器114电子通信。加压氧气缸通过供给线路116与脉冲氧气输送子系统流体连通。机载氧气发生器通过供给线路120也与脉冲氧气输送子系统流体连通。脉冲氧气输送子系统依次与一个或多个呼吸面具132、134、136和138流体连通，这些呼吸面具可通过低压管道124、126、128和130供应到乘客和乘务员。任选地，与控制器和/或脉冲氧气输送子系统电子通信的一个或多个传感器140或探测器可被提供在任何呼吸面具、脉冲氧气输送子系统、氧气来源，或沿着通过其供应氧气的供给线路或低压管道中，用于检测空气压力和/或流动和传输指示空气压力和/或流动的相应的传感器信号到控制器，下面将进一步解释。

[0048] 关于图1、2和3，不同类型的传感器或探测器可被提供到每一个氧气来源、供给线路、脉冲氧气输送子系统和呼吸面具中。如本文使用，参考数字140一般地和广义地指在任意这些位置的任意类型的传感器和探测器，并且在多个位置中不需要相同。例如，参考数字140代表的传感器或探测器可以用于测量压力、流速、温度、体积、气体混合物中构成气体的浓度、氧气使用率等等。

[0049] 参见图2，在目前第二优选的实施方式中，用于根据需要在飞机上迅速地和间歇地提供调节的氧气流的系统200包括通过线路106与化学氧气发生器112电子通信的控制器或控制系统102。控制器通过线路105也与脉冲氧气输送子系统122电子通信。此外，控制器通过线路108与机载氧气发生器114电子通信。化学氧气发生器通过供给线路118与脉冲氧气输送子系统流体连通。机载氧气发生器通过供给线路120也与脉冲氧气输送子系统流体连通。脉冲氧气输送子系统依次与一个或多个呼吸面具132、134、136和138流体连通，这些呼吸面具可通过低压管道124、126、128和130供应到乘客和乘务员。任选地，与控制器和/或脉冲氧气输送子系统电子通信的一个或多个传感器140或探测器可被提供在任何呼吸面具、脉冲氧气输送子系统、氧气来源或沿着通过其供应氧气的供给线路或低压管道中，用于检测空气压力和/或流动和传输指示空气压力和/或流动的相应的传感器信号到控制器，下面将进一步解释。

[0050] 参见图3，在目前第三优选的实施方式中，系统300用于根据需要在飞机上迅速地和间歇地提供调节的氧气流，包括控制器或控制系统102，其通过线路104与加压气缸110电子通信，并且通过线路106也与化学氧气发生器112电子通信。控制器通过线路105进一步与脉冲氧气输送子系统122电子通信。此外，控制器通过线路108与机载氧气发生器114电子通信。加压氧气缸通过供给线路116与脉冲氧气输送子系统流体连通，并且化学氧气发生器通过供给线路118与脉冲氧气输送子系统流体连通。机载氧气发生器通过供给线路120也与脉冲氧气输送子系统流体连通。脉冲氧气输送子系统依次与一个或多个呼吸面具132、134、136和138流体连通，这些呼吸面具可通过低压管道124、126、128和130供应到乘客和乘务员。任选地，与控制器和/或脉冲氧气输送子系统电子通信的一个或多个传感器140或探测器可被提供在任何呼吸面具、脉冲氧气输送子系统、氧气来源或沿着通过其供应氧气的供给线路或低压管道中，用于检测空气压力和/或流动和传输指示空气压力和/或流动的相应的传感器信号到控制器，下面将进一步解释。

[0051] 化学氧气发生器112可以任选地包括一个或多个伴随的点火器或程序器或化学氧气发生器引发设备。

[0052] 机载氧气发生器(OBOG)114可以包括并入固体电解质氧气分离(SEOS)技术的陶瓷氧气发生器(COG)设备。

[0053] 至少一个机载氧气发生器(OBOG)优选地是陶瓷氧气发生器(COG)类型。陶瓷氧气发生器(COG)类型的设备提供产生适于呼吸的压力的高度富集的氧气(基本上100％的O2)的优点，从而减小或消除对占据空间和增加重量的压缩机的需要。

[0054] 参见图4，图解了根据本发明的实施方式的方法400的步骤。用于包括为飞机上的机组人员或乘客提供调节的氧气流的方法，包括在大于30,000英尺的高海拔处激活第一系统以引发来自第一机载氧气供应器的快速氧气流的步骤402。然后，包括机载氧气发生器的第二系统在404被通电。第二系统在406被激活以引发来自机载氧气发生器的氧气流。然后，由第二系统供应的氧气在408与由第一系统供应的氧气结合。如410所示，当第二系统能够满足氧气需求时，第一系统被停用。在412，乘客或机组人员的呼吸方式被检测。在414，例如，基于检测的呼吸方式和生理需要，通过配置为改变氧气流速的脉冲氧气子系统，通过从第一系统或第二系统输送氧气到面具，到呼吸面具的氧气流被调节。

[0055] 在初始阶段期间，例如紧接着紧急情况出现后，由第一机载氧气供应器提供高富氧气体流。当飞机处于大于30,000英尺的高度时，初始阶段典型地存在。在随后阶段，由第二机载氧气供应器供应氧气。第二机载氧气供应器包括产生飞机上的富氧气体的机载氧气发生器。在飞机已经完成初始下降阶段并达到等待高度后，随后阶段典型地存在。

[0056] 用于从供给空气流分离氧气的陶瓷膜依赖专门的陶瓷材料的内表面的催化性能以离子化并且然后分离氧气。如在飞机上应用的，用于陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)设备的供给空气流典型地是发动机排放气体。然而，用于陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)设备的供应气体可以来自其他来源。例如，供应气体可以来自放置在上游的另一个机载氧气发生器(OBOG)设备，包括陶瓷氧气发生器(COG)或分子筛氧气发生器(MSOG)的产物流。

[0057] 在高表面温度的氧气离子化过程对由陶瓷膜系统产生产物气体部分负责，所述产物气体实质上是100％的纯氧气而没有存在生物或有毒化学成分的可能性。陶瓷操作温度是大约700℃，并且穿过膜的电势差是伏特量级。陶瓷膜氧气发生器是离子转运膜(ITM)技术的一个优选的子设备。

[0058] 由陶瓷氧气发生器(COG)设备产生的高度富集的氧气适于在大于30,000英尺的更高的高度呼吸，然而由其他类型的机载氧气发生器(OBOG)设备——包括分子筛氧气发生器(MSOG)设备——产生的更中等的富氧气，在其适于在较低高度呼吸之前，不适于在更高的高度呼吸，并且需要压缩机对其加压。来自陶瓷氧气发生器(COG)设备的高度富集的氧气在等到达到产生这种气体所需的高温需求之后，可在任意高度直接用于呼吸。

[0059] 飞机上的陶瓷氧气发生器(COG)设备的备用的可用性减少了对压缩气体气缸和化学氧气发生器的依赖。如果陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)设备是可用的，可以提供较小的压缩气体气缸，此外，由陶瓷氧气发生器(COG)设备产生的过量的氧气可以用于在空中再填充较小的加压气缸，从而降低来自在地面上再填充或更换加压气缸的维护费用。

[0060] 通过合并此陶瓷氧气发生器(COG)设备和现有的固体电解质氧气分离(SEOS)技术作为系统中的组件与能较快供应氧气并管理组件间氧气的供应的其他组件，本发明克服了陶瓷氧气发生器(COG)和固体电解质氧气分离(SEOS)设备遇到的延迟缺点。例如，高富氧气体(大约99％氧气和以上)的加压气缸或化学氧气发生器可以提供氧气持续紧急情况出现的大约最初的5-10分钟。最初的5-10分钟以后，很可能飞机将已经降落到30,000英尺或以下，在这点可依赖分子筛氧气发生器(MSOG)类型的机载氧气发生器(OBOG)以供应适于在较低高度呼吸的更中等的富氧气体(90-95％)。可选地，最初的5-10分钟以后，如果飞机还没有充分下降以改变氧气供应源为分子筛氧气发生器(MSOG)，到那时很可能将准备好利用陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)设备，其已经达到了必要的温度需求并且充分循环。

[0061] 控制器可以用于协调从多个来源到一个或多个脉冲氧气输送子系统的脉冲氧气供应器(未示出)的氧气供应，所述脉冲氧气输送子系统供给一个或多个单独的呼吸面具。控制器能够基于高度和何种氧气来源可用确定需要何种质量的氧气。必要时控制器管理氧气供应以满足乘客和机组人员的需要，同时维持充足的储量。

[0062] 例如，当在大于30,000英尺的高海拔处出现紧急情况时，如果来自陶瓷氧气发生器(COG)设备的氧气不迅速可用，因为陶瓷氧气发生器(COG)设备直到紧急情况出现才打开，控制器可指挥加压气缸或化学氧气发生器迅速供应氧气。当陶瓷氧气发生器(COG)设备达到650℃到750℃的操作温度并且循环时，控制器可检测到来自陶瓷氧气发生器(COG)设备的可用的高度富集的氧气的存在，渗入此高度富集的氧气到来自加压气缸或化学氧气发生器的供应流，并且一旦陶瓷氧气发生器(COG)类型机载氧气发生器(OBOG)设备能够充分满足需要，逐步停止来自加压气缸或化学氧气发生器的供应。

[0063] 系统可以根据飞机中的需要迅速地和间歇地提供调节的氧气流的一种方法是通过脉冲氧气输送子系统，其可存储氧气，例如通过在呼吸循环的呼气阶段期间调节到乘客或机组人员的呼吸面具的氧气流，并且在吸气阶段期间恢复到呼吸面具的氧气流。

[0064] 例如，可以提供与每一个呼吸面具流体连通的一个或多个传感器用于探测乘客或机组人员的呼吸循环的吸气阶段或呼气阶段，并且然后将此信息传输至控制器。控制器依次相应地指挥脉冲氧气输送子系统和氧气来源以根据需要存储、减小、停止、增加或恢复氧气流，以更好地管理氧气供应，同时满足乘客和机组人员的需要。

[0065] 可以将其他组件并入不同的实施方式中，但是不需要。例如，这些组件可以是主机舱减压继电器、一个或多个额外的继电器、每一种氧气来源和从氧气来源到每一个呼吸面具的每一个供给线路之间的电动操作的开/关进口阀、一个或多个压力转换器，等等。

[0066] 系统的其他组件也可以包括例如沿着供给线路的冷却或加热设备，以确保来自氧气发生器(特别是高温陶瓷氧气发生器(COG)设备)的处于与生理参数或需求相配的温度的富氧气被供应到乘客或客舱机组人员的呼吸面具。也可以提供例如沿着供给线路的冷却或加热设备以确保处于合适温度的惰性气体被传送到油箱。

[0067] 此外，脉冲氧气输送子系统可以包括用于间歇地提供氧气流到单个呼吸面具的一个或多个脉冲氧气供应器(未示出)。呼吸面具可以各自包括储气袋。

[0068] 在可选的实施方式中，作为控制系统的一部分，除了控制器，可以在每一个氧气来源提供一个或多个传感器140或探测器以测定可用体积和和氧气浓度。另一个与控制器为连通关系的传感器或探测器(未示出)可以读取高度。可以在单个呼吸面具内、脉冲氧气输送子系统内或沿着到达或离开呼吸面具或脉冲氧气输送子系统的任意线路提供额外的传感器140和探测器以监测包括氧气使用率的其他变量。

[0069] 在仍其他实施方式中，控制器可以与每一个氧气来源和主机舱减压继电器(未示出)电子通信。更具体地，控制器可以与电动开/关进口电磁阀(未示出)通信，所述电动开/关进口电磁阀(未示出)位于每一个氧气来源和每一个呼吸面具之间，或每一个氧气来源和供应氧气到面具的脉冲氧气输送子系统之间，或脉冲氧气输送子系统和每一个面具之间。

[0070] 在进一步的实施方式中，考虑到陶瓷氧气发生器(COG)类型的机载氧气发生器(OBOG)设备在具有更高度富集的氧气的输入流时更好地执行的能力，具有陶瓷氧气发生器(COG)设备上游的另一个机载氧气发生器(OBOG)设备是特别有利的。此上游的机载氧气发生器(OBOG)将用来增加供给到陶瓷氧气发生器(COG)设备的供应流中的氧气浓度，超过可选的空气供应流的氧气浓度，例如发动机排放气体。

[0071] 根据一个实施方式，本发明提供了用于为飞机上的乘客提供调节的氧气流的方法。根据所述方法，激活第一系统以在大于30,000英尺的高海拔处引发来自第一机载氧气供应器的初始氧气流。第一机载氧气供应器可以是加压氧气缸、化学氧气发生器或加压氧气缸和化学氧气发生器的结合。也激活第二系统以引发来自第二机载氧气供应器的随后的氧气流。第二机载氧气供应器是第一机载氧气发生器。第一机载氧气发生器配置为供应99％或更大的氧气浓度的第一气流。该方法进一步涉及使由第二系统供应的氧气和由第一系统供应的氧气结合，并且当第二系统能够满足氧气供应需求时，停用第一系统。该方法也包括检测乘客的呼吸方式和调节到乘客的呼吸面具的氧气流。氧气流可以基于检测的呼吸方式和生理需要，通过从第一系统或第二系统，通过配置为改变氧气流速的脉冲氧气输送子系统，输送氧气到面具。

[0072] 本发明不限于上述的实施方式。当然，可以做出多种变化和改变，而不背离本发明的范围和精神。本领域技术人员容易想到额外的优点和改变。因此，可以做出多种改变，而不背离所附权利要求书和它们的当量限定的一般发明概念的精神或范围。