DE10134350C1

DE10134350C1 - Modulares Sauerstoffversorgungssystem

Info

Publication number: DE10134350C1
Application number: DE10134350A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Meckes; Herbert Meier; Wolfgang Rittner
Original assignee: Draeger Aerospace GmbH
Current assignee: BE Aerospace Systems GmbH
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-07-15
Also published as: US20030010382A1; US6651692B2; FR2827661A1; FR2827661B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Sauerstoffversorgungssystem für Luftfahrzeuge, das flexibel an den jeweiligen Sauerstoffbedarf angepasst werden kann. DOLLAR A Es besteht aus DOLLAR A 1.1 mindestens einem Modulgerüst (200) mit DOLLAR A 1.2 einer Bodenplatte (26) mit DOLLAR A 1.3 parallel zueinander angeordneten Rahmen (25), DOLLAR A 1.4 Versorgungsleitungen (22) für Umgebungsluft (2) mit Luftanschlüssen (27) für die Luftabnahme, DOLLAR A 1.5 ersten Gasleitungen (23) für Sauerstoff (3) mit ersten Gasanschlüssen (29) für die Sauerstoffaufnahme, DOLLAR A 1.6 zweiten Gasleitungen (24) für Abluft (4) mit zweiten Gasanschlüssen (31) für die Abluftaufnahme sowie mit DOLLAR A 1.7 Einschubführungen (20, 21) mit Datenleitungen (6), DOLLAR A 2.1 mindestens einem in das Modulgerüst (200) einschiebbaren Einzelmodul (100), wobei DOLLAR A 2.2 jedes Einzelmodul (100) jeweils mindestens einen, speziell zwei an einer Grundplatte (1) befestigten Molekularsiebbehälter (11) aufweist mit Gasanschlüssen (36, 38, 40) und einem elektrischen Kontakt (5) sowie mit DOLLAR A 2.3 einer Gasaufbereitungseinheit (8) für die zugeführte Umgebungsluft (2), DOLLAR A 2.4 einem Druckminderer (9) mit einem Mehrwegeventil (10) sowie mit einem den parallel geschalteten Molekularsiebbehälter (11) nachgeschalteten Sauerstoffreservoir (12), so dass DOLLAR A 3.1 jedes an das Molekülgerüst (200) eingeschobene Einzelmodul (100) über die Gasanschlüsse (36, 38, 39) mit einer Versorgungsleitung (22) für...

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Sauerstoffversorgungssystem nach Anspruch 1.

Aus der US 5,605,179 mit dem Titel "Integrated Gas Panel" ist ein modular auf gebautes Gasaufbereitungssystem für industrielle Anwendungen bekannt geworden. Mehrere Module eines derartigen Systems werden in einer kompakten Anordnung über Gasleitungen verbunden.

An Bord von Flugzeugen werden seit einiger Zeit Sauerstoffgeneratoren verwendet, die zur Sauerstoffversorgung der Besatzung und der Passagiere dienen. Es sind auch Sauerstoffgeneratoren bekannt, die aus der Umgebungs luft, speziell der Triebswerkszapfluft, mittels Druckwechseladsorption den Sauerstoff aufkonzentrieren, so dass hiermit der Atemluft anschließend sauer stoffangereichertes Produktgas zugeführt wird. Die bekannten Sauerstoff generatoren werden entsprechend der Größe, Besatzungsstärke und der möglichen Passagierkapazität des jeweiligen Flugzeugtyps ausgelegt und dort fest eingebaut.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines modularen Sauerstoffver sorgungssystems, das jeweils flexibel an den vorhandenen Bedarf eines Luftfahr zeugs angepasst werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des modularen Sauer stoffversorgungssystems nach Anspruch 1 an.

Ein wesentlicher Vorteil des modularen Sauerstoffversorgungssystems gemäß vorliegender Erfindung besteht in der flexiblen Anpassungsmöglichkeit der Sauerstoffversorgung durch die Verwendung von Einzelmodulen in einem speziellen Modulgerüst. So wird das Sauerstoffversorgungssystem im Rahmen der durch das Modulgerüst vorgegebenen maximalen Steckplatzkapazität an den luftfahrzeugseitigen Bedarf angepasst, indem jeweils mehr oder weniger Einzelmodule in das Modulgerüst eingesteckt werden. Beim Einstecken jedes Einzelmoduls in das Modulgerüst werden die notwendigen Verbindungen zu den pneumatischen und elektrischen Leitungen durch Steckanschlüsse hergestellt. Vorzugsweise werden sowohl die elektrischen als auch die pneumatischen Verbindungen gleichzeitig mit dem Einsteckvorgang hergestellt, indem kombinierte elektrisch-pneumatische Steckverbindungen verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Hilfe der einzigen Figur erläutert, die die wesentlichen Bauelemente eines modularen Sauerstoffversorgungs systems zeigt, nämlich im oberen Teil der Figur ein Einzelmodul 100 mit oberen und unteren Einschubführungen 20, 21 für die Aufnahme von Einzelmodulen 100 in dem im unteren Teil der Figur dargestellten Modulgerüst 200.

Jedes Einzelmodul 100 weist jeweils mindestens einen, im Beispiel zwei Molekularsiebbehälter 11 auf, die für die Durchführung der Druckwechsel adsorption zur Sauerstoffabgabe benötigt werden. Die zwei parallel geschalteten Molekularsiebbehälter 11 des Ausführungsbeispiels sind mit einem Zeolithen befüllt, der selektiv Sauerstoff 3 passieren lässt und insbesondere Stickstoff als Hauptbestandteil der Luft adsorbiert, so dass Sauerstoff 3 mit einem Konzentrationsgrad von etwa 94% als Produktgas abgegeben wird. Die einzelnen Bauelemente jedes Einzelmoduls 100 sind an einer Grundplatte 1 aus einem Kunststoff oder Aluminium befestigt. Umgebungsluft 2 wird über zugehörige Versorgungsleitungen 22 unter Druck zugeführt. Der aus der Umgebungsluft 2 ge wonnene, aufkonzentrierte Sauerstoff 3 sowie die durch das Verfahren abge gebene Abluft 4 werden durch zugehörige erste Gasleitungen 23 zu den Ver brauchsstellen für Sauerstoff 3 oder durch zweite Gasleitungen 24 in die Umgebung abgegeben.

Der zugeführten Umgebungsluft 2 wird in einer Gasaufbereitungseinheit 8 Staub, Feuchtigkeit und Wasser entzogen. Der Gasaufbereitungseinheit 8 sind ein Druck minderer 9, ein elektrisch gesteuertes Mehrwegeventil 10 und die zwei parallel geschalteten Molekularsiebbehälter 11 mit einem Sauerstoffreservoir 12 nachgeschaltet, so dass entsprechend dem Verfahren der Druckwechsel adsorption jeweils für eine gewisse Zykluszeit der eine Molekularsiebbehälter 11 mit Umgebungsluft 2 befüllt wird und Sauerstoff 3 abgibt, der einerseits in das Sauerstoffreservoir 12 geleitet wird und andererseits in den zweiten Molekularsiebbehälter 11 strömt, um den desorbierten Stickstoff aus dem beladenen Zeolithen als Abluft 4 abzugeben, bis der nächste Verfahrenszyklus der Druckwechseladsorption beginnt mit dem regenerierten zweiten Molekularsiebbehälter 11 als Sauerstoffkonzentrator. Wird nur ein Molekular siebbehälter 11 per Einzelmodul 100 eingesetzt, übernehmen die Molekular siebbehälter 11 verschiedener Einzelmodule 100 die jeweils komplementären Funktionen der Adsorption und Desorption. Das Sauerstoffreservoir 12 kann als separates, diskretes Bauelement entfallen, wenn das nachgeschaltete Rohr leitungssystem entsprechend großvolumig ist und somit die Funktion des Sauerstoffreservoirs 12 ausfüllt.

Der elektrische Kontakt 5 jedes Einzelmoduls 100 wird über einen komplemen tären Kontakt der zugehörigen unteren Einschubführung 21 des Modulgerüstes 200 beim Einschub geschlossen. Über die Datenleitung 6 werden sowohl Zu standsdaten jedes Einzelmoduls 100 als auch Steuerdaten mit einer zentralen Auswerte- und Steuereinheit 7 ausgetauscht. Die Einzelmodule 100 überwachen sich selbsttätig durch Messsensoren (Sauerstoffmessung, Gasvolumenstrom messung, Gasdrucke) so, dass bei fehlerhafter Sauerstoff-Produktgasqualität, gemessen durch einen O₂-Sensor, das betreffende Einzelmodul 100 pneumatisch so lange abgeschaltet und nicht mit dem übrigen Sauerstoffversorgungssystem verbunden ist, bis die gemessene Sauerstoff-Produktgasqualität wieder fehlerfrei ist. Optional generiert das fehlerhafte Modul ein Wartungsanalysesignal, das beispielsweise von einem Computerbus oder konventionellen elektronischen Signalempfängern verwertet wird, wobei das Modul ohne Abschaltung weiterläuft. Fehlerhafte Module können leicht durch Herausziehen des defekten und Einstecken eines neuen Moduls ausgetauscht werden. Desgleichen lassen sich Kapazitätsanpassungen der Sauerstoffproduktion durch Hinzufügung oder Herausnahme von Einzelmodulen 100 in das oder aus dem Modulgerüst 200 vornehmen. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn die Sitzplatzanzahl eines Passagierflugzeuges verändert wird.

Das Modulgerüst 200 wird durch auf einer Bodenplatte 26 befestigte Rahmen 25 gebildet. Zwischen jeweils zwei Rahmen 25 aus beispielsweise Aluminium werden jeweils übereinander angeordnet Einzelmodule 100 in zugehörige Einschub führungen 20, 21 eingeschoben. Die Versorgungsleitungen 22 für Umgebungs luft mit Luftanschlüssen 27 sowie die ersten Gasleitungen 23 mit ersten Gasan schlüssen 29 und die zweiten Gasleitungen 24 mit zweiten Gasanschlüssen 31 sind ebenfalls an dem Rahmen 25 geführt. Die Gasverbindung zwischen den gasführenden Leitungen und den Einzelmodulen 100 wird vorzugsweise über Steckverbindungen verwirklicht, die optional auch die elektrische Kontaktierung zu den Datenleitungen 6 herstellen. Die Steckverbindungen zwischen den gasführenden Leitungen und den Einzelmodulen 100 sind speziell doppelt selbstabdichtend ausgeführt, so dass ein nicht genutzter Modulsteckplatz automatisch pneumatisch dicht ist und ein Druckaufbau in den Versorgungs leitungen 22 und ersten und zweiten Gasleitungen 23, 24 erfolgen kann. Gleichzeitig sind die Einzelmodule 100, solange sie nicht in das Modulgerüst 200 montiert sind, pneumatisch abgedichtet, so dass beispielsweise beim Transport oder bei der Lagerung von außen keine Feuchtigkeit in das Modul eindringen kann und das hygroskopische Zeolithmaterial zerstört.

Für ein 500 Passagiere fassendes Flugzeug werden zum Beispiel 15 Einzel module 100 benötigt, um die Passagiere in einer Höhe von 20.000 Fuß mit Sauerstoff zu versorgen. Zwei Einzelmodule 100 werden dabei als redundante Einheiten mitgeführt, damit im Fehlerfall, das heißt beim Ausfall von zwei Einzel modulen 100, noch die volle Leistung des Sauerstoffversorgungssystems gewähr leistet ist. Jedes Einzelmodul 100 wird dabei so ausgelegt, dass bei einem abgegebenen Normvolumenstrom von 140 Liter pro Minute mindestens 45 Vol. % Sauerstoffanreicherung erreicht wird.

Claims

1. Modulares Sauerstoffversorgungssystem, bestehend aus

1. 1.1 mindestens einem Modulgerüst (200) mit
2. 1.2 einer Bodenplatte (26) mit
3. 1.3 parallel zueinander angeordneten Rahmen (25),
4. 1.4 Versorgungsleitungen (22) für Umgebungsluft (2) mit Luftan schlüssen (27) für die Luftabnahme,
5. 1.5 ersten Gasleitungen (23) für Sauerstoff (3) mit ersten Gasan schlüssen (29) für die Sauerstoffaufnahme,
6. 1.6 zweiten Gasleitungen (24) für Abluft (4) mit zweiten Gasan schlüssen (31) für die Abluftaufnahme sowie mit
7. 1.7 Einschubführungen (20, 21) mit Datenleitungen (6),
8. 2.1 mindestens einem in das Modulgerüst (200) einschiebbaren Einzel modul (100), wobei
9. 2.2 jedes Einzelmodul (100) jeweils mindestens einen an einer Grundplatte (1) befestigten Molekularsiebbehälter (11) aufweist mit Gasanschlüssen (36, 38, 40) und einem elektrischen Kontakt (5) sowie mit
10. 2.3 einer Gasaufbereitungseinheit (8) für die zugeführte Umgebungs luft (2),
11. 2.4 einem Druckminderer (9) und einem Mehrwegeventil (10) sowie mit einem den parallel geschalteten Molekularsiebbehältern (11) nachgeschalteten Sauerstoffreservoir (12), so dass
12. 3.1 jedes in das Modulgerüst (200) eingeschobene Einzelmodul (100) über die Gasanschlüsse (36, 38, 39) mit einer Versorgungsleitung (22) für Umgebungsluft (2), mit einer ersten Gasleitung (23) für Sauerstoff (3) und mit einer zweiten Gasleitung (24) für Abluft (4) verbunden ist und der elek trische Kontakt (5) des Einzelmoduls (100) mit der Datenleitung (6) des Modulgerüsts (200) verbunden ist.

2. Modulares Sauerstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass mehrere Einzelmodule (100) in einem Modulgerüst (200) parallel zueinander und senkrecht zu den Versorgungsleitungen (22), den ersten Gasleitungen (23) und den zweiten Gasleitungen (24) des Modulgerüstes (200) angeordnet sind.

3. Modulares Sauerstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasanschlüsse (36, 38, 40) jedes Einzelmoduls (100) und die Luft- und die ersten und zweiten Gasanschlüsse (27, 29, 31) des Modulgerüstes (200) als zusammenwirkende Steckverbindungen ausgeführt sind.

4. Modulares Sauerstoffversorgungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Luftanschluss (27) und die Gasanschlüsse (29, 31) des Modulgerüstes (200) als auch die Gasanschlüsse (36, 38, 40) jedes Einzelmoduls (100) selbstabdichtend ausgeführt sind, so dass die Anschlüsse nur öffnen, wenn das Einzel modul (100) in das Modulgerüst (200) eingeschoben und mit diesem verbunden ist.

5. Modulares Sauerstoffversorgungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ver bindung des elektrischen Kontaktes (5) jedes Einzelmoduls (100) mit der Datenleitung 6 des Modulgerüstes (200) als eine elektrische Steckverbindung ausgeführt ist.

6. Modulares Sauerstoffversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindungen zwischen den gasführenden Leitungen jedes Einzelmoduls (100) mit denen des Modulgerüstes (200) auch für die elektrische Kontaktierung zwischen dem elektrischen Kontakt (5) mit der Datenleitung (6) dienen.