机载分子筛氧气系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种机载分子筛氧气系统，包括气源组件、氧浓缩器和供氧组件，气源组件包括涡旋压缩机、散热风机和过滤器，氧浓缩器包括控制单元、分子筛床Ⅰ、分子筛床Ⅱ和储气罐，供氧组件包括供氧面罩、供氧管路、具有防窒息活门结构和氧流量自主调节结构的供氧调节器，分子筛床Ⅰ和分子筛床Ⅱ分别设置有程控装置Ⅰ和程控装置Ⅱ，储气罐的气路输出端通过供氧管路与供氧调节器连接，供氧面罩设置在供氧调节器的气路输出端，涡旋压缩机、程控装置Ⅰ和程控装置Ⅱ均与控制单元电连接。本实用新型具有自主氧流量调节功能和防窒息功能；整个结构为模块化设计，方便模块化系统更换维修。
【专利说明】
机载分子筛氧气系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及飞行技术领域，具体涉及一种机载分子筛氧气系统。
【背景技术】
[0002]机载分子筛氧气系统主要针对直升机特殊用氧模式而研发的一款制氧系统。分子筛制氧系统是利用变压吸附(PSA/VPSA)原理，分子筛对氧、氮的选择性吸附特性，将通过的空气进行氮、氧分离而制取氧气，满足机载人员生理用氧需求。
[0003]随着飞机运行高度的增加，空气中的氧气含量不断下降，稀薄的氧气不能满足机载成员的用氧需求，市场现有的分子筛制氧机同样是利用分子筛变压吸附制氧原理，但是现有制氧机的制氧量、输出氧气压力均不能满足高空用氧需求。
[0004]现有制氧机整体结构设计、强度、体积、密封性、材料均不能满足军用直升机使用环境要求，不能满足国军标对机载产品高、低温、抗温度冲击、湿热、霉菌、盐雾、加速度、振动、冲击、温度-湿度-高度、产品电磁兼容性、寿命、可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性等要求。
[0005]现有制氧机没有高度氧流量自调节功能，不能随飞机的运行高度进行自主氧流量调节，在飞机运作中，飞行高度在不断的变化，不同高的大气中含氧量不同，机载对用氧的需求量也不同，恒定的氧流量会造成:飞行高度相对较低时，例如飞行高度<2000m，大气中的含氧量与地面相近，此时，机载人员并不需要多余的氧气，仅靠大气的氧气量即能满足正常需求，制氧机可以不运作，此时制氧机运作会造成机载能源的浪费。
[0006]连续恒定的氧流量如果设定输出的氧流量过高，引起机载人员不能完全吸取，吸取不完全的氧气会通过面罩内喷出到机载人员的面部或鼻腔处，造成气流干扰，引起机载人员不适;随着飞机运行高度的增加，高度达到7000m时，大气中的含氧量低，机载人员需要吸取制氧机输出的氧气，如果设定输出的氧流量不足以机载人员吸取，会造成呼吸困难，弓丨发意外。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种机载分子筛氧气系统。
[0008]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0009]—种机载分子筛氧气系统，包括气源组件、氧浓缩器和供氧组件，所述气源组件包括涡旋压缩机、散热风机和过滤器，所述氧浓缩器包括控制单元、分子筛床1、分子筛床Π和储气罐，所述供氧组件包括供氧面罩、供氧管路、具有防窒息活门结构和氧流量自主调节结构的供氧调节器，所述分子筛床I和所述分子筛床Π分别设置有程控装置I和程控装置Π，所述涡旋压缩机的气路输出端与所述过滤器的气路输入端连接，所述散热风机的吹风口朝向所述涡旋压缩机，所述过滤器的气路输出端同时与所述程控装置I和所述程控装置Π的气路输入端连接，所述分子筛床I和所述分子筛床Π的气路输出端同时与所述储气罐连通，所述储气罐的气路输出端通过所述供氧管路与所述供氧调节器连接，所述供氧面罩设置在所述供氧调节器的气路输出端，所述涡旋压缩机、所述程控装置I和所述程控装置Π均与所述控制单元电连接。
[0010]优选地，所述储气罐中设置有多个状态检测传感器，多个所述状态检测传感器均与所述控制单元电连接。
[0011]优选地，所述程控装置I和所述程控装置Π均设置有与所述控制单元电连接的电磁阀。
[0012]优选地，所述储气罐为具有稳压结构的罐体。
[0013]优选地，所述储气罐与两个所述分子筛床之间的气路中设置有单向阀，所述单向阀的出口与所述储气罐内部相通。
[0014]优选地，所述供氧调节器和所述供氧面罩均有三个，三个所述供氧调节器均通过供氧管路与所述储气罐连，三个所述供氧面罩分别设置在三个所述供氧调节器的气路输出端。
[0015]优选地，所述防窒息活门结构包括防窒息活门上腔、防窒息活门下腔和大气进口管，所述防窒息活门上腔与成品氧气管路相通，所述防窒息活门下腔内设置有用于导通或阻断所述大气进口管与成品氧气管路的活门，所述活门设置有竖直的连杆，所述连杆上套有弹簧，所述连杆的上端设置有薄膜，所述薄膜的上表面与所述防窒息活门上腔相通。
[0016]优选地，所述氧流量自主调节结构包括波纹管伸缩件、与大气相通的排气孔、用于导通或阻断成品氧气管路与所述排气孔的橡胶垫，所述橡胶垫固定在所述波纹管伸缩件的上端。
[0017]优选地，所述氧浓缩器通过氧气浓缩组件支架固定，所述分子筛床的固定方式采用卡箍连接固定，所述分子筛床的筒壁上设置有凹槽，所述卡箍卡在所述凹槽内并与所述氧气浓缩组件支架相接。
[0018]优选地，整个所述机载分子筛氧气系统外围设置有钣金蒙皮。
[0019]本实用新型的有益效果在于:
[0020]I)可满足7000m高空用氧需求，系统具有自主氧流量调节功能和防窒息功能；
[0021]2)将压缩机、散热器、过滤器及相应管路等组成气源组件，把控制单元、程控装置、分子筛床、储气罐等作为氧浓缩器组件，将供氧管路、面罩组件、供氧调节器作为供氧组件，进行模块化设计，方便模块化系统更换维修，而且结构设计紧凑，体积小，噪音低，能耗小、产氧量高、输气连续平稳、运行可靠；
[0022]3)外围有钣金蒙皮保护，避免搬运过程中对压缩机及控制器等部件的碰撞，避免设备内部积尘，增长压缩机及相关部件的使用寿命，且钣金蒙皮外观方正，美观漂亮；
[0023]4)氧浓缩器组件中的分子筛床固定方式采用卡箍连接固定，有效避免了分子筛床分离空气制氧引起的气流波动带来的振动，增加整体结构强度。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型所述机载分子筛氧气系统的工作原理图；
[0025]图2是本实用新型所述机载分子筛氧气系统的结构示意图；
[0026]图3是本实用新型所述防窒息活门结构的示意图；
[0027]图4是本实用新型所述氧流量自主调节结构的示意图；
[0028]图5是本实用新型所述分子筛床的固定结构示意图；
[0029]图中:1_分子筛床1、2_控制单元、3-过滤器、4-分子筛床Π、5_氧气浓缩组件支架、6-涡旋压缩机、7-散热风机、8-供氧调节器、9-供氧管路、10-电磁阀、11-储气罐、12-卡箍、13-凹槽、81-防窒息活门上腔、82-薄膜、83-弹簧、84-活门、85-大气进口管、86-防窒息活门下腔、87-橡胶垫、88-排气孔、89-波纹管伸缩件、A-成品氧气出口、B-成品氧气管路。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0031]如图1和图2所示，本实用新型包括气源组件、氧浓缩器和供氧组件，气源组件包括涡旋压缩机6、散热风机7和过滤器3，氧浓缩器包括控制单元2、分子筛床11、分子筛床Π 4和具有稳压结构的储气罐11，供氧组件包括供氧面罩、供氧管路9、具有防窒息活门结构和氧流量自主调节结构的供氧调节器8，分子筛床Il和分子筛床Π4分别设置有程控装置I和程控装置Π，涡旋压缩机6的气路输出端与过滤器3的气路输入端连接，散热风机7的吹风口朝向涡旋压缩机6，过滤器3的气路输出端同时与程控装置I和程控装置Π的气路输入端连接，分子筛床11和分子筛床π 4的气路输出端同时与储气罐11连通，储气罐11的气路输出端通过供氧管路9与供氧调节器8连接，供氧面罩设置在供氧调节器8的气路输出端，涡旋压缩机6、程控装置I和程控装置Π均与控制单元2电连接。上述程控装置I和程控装置Π即为可以实现远程通讯的控制器，为现有技术的常规装置。
[0032]本实用新型所述机载分子筛氧气系统，气源经过涡旋压缩机6压缩后向空气管路输出高温高压的气体，高温高压的气体先经过散热风机7进行降温处理后，再流向过滤器3除去油、尘埃等固体杂质及大部分的液态水，处理后的洁净高压空气流向分子筛床进行分离空气制氧，制氧过程中两个分子筛床交替工作，一个吸附、另一个解吸，如此循环制氧，分子筛床的工作切换，程控装置I和程控装置Π均设置有与控制单元2电连接的电磁阀10，通过电磁阀10和控制单元2进行控制，分子筛床分离空气制取的氧气输送到储气罐11，储气罐11与供氧面罩相通，储气罐11具有储存成品气和稳压作用，用以防止机上乘员同时呼吸产生的供气压力过低或减小供气压力波动。储气罐11与两个分子筛床之间的气路中设置有单向阀，单向阀的出口与储气罐11内部相通，通过单向阀防止分子筛床工作切换时储气罐内的成品气反向流入筛床。储气罐11与两个分子筛床相通，为两个分子筛床工作切换起到一定的缓冲容积空间。
[0033]供氧调节器8和供氧面罩均有三个，三个供氧调节器8均通过供氧管路9与储气罐11连，三个供氧面罩分别设置在三个供氧调节器8的气路输出端。储气罐11与三个供氧调节器8相连，供氧调节器8具有防窒息活门结构和氧流量自主调节结构。
[0034]如图3所示，防窒息活门结构包括防窒息活门上腔81、防窒息活门下腔86和大气进口管85，防窒息活门上腔81与成品氧气管路B相通，防窒息活门下腔86内设置有用于导通或阻断大气进口管85与成品氧气管路B的活门84，活门84设置有竖直的连杆，连杆上套有弹簧83，连杆的上端设置有薄膜82，薄膜82的上表面与防窒息活门上腔81相通，图2和图3中A 口均接供氧面罩。
[0035]防窒息功能:当产品入口工作压力低于50kPa时，使用人员可通过防窒息活门吸入环境气体。通过防窒息活门的流量为60L/min时，流阻不大于100mmH20。主要通过分子筛制氧机的供氧调节器结构来达到这一功能，氧浓缩器的成品气进入供氧调节器内部后分别到达防窒息活门上腔后，当氧源压力在50kPa以上时，气体压力作用使得活门84关闭，使用人员吸用氧浓缩器成品气；当氧源压力不足50kPa时，氧源压力不能关闭防窒息活门84，使用人员可以通过防窒息活门补充吸入环境气体，以避免氧源压力过低或浓缩器不产气而造成窒息事件。
[0036]如图4所示，氧流量自主调节结构包括波纹管伸缩件89、与大气相通的排气孔88、用于导通或阻断成品氧气管路B与排气孔88的橡胶垫87，橡胶垫87固定在波纹管伸缩件89的上端。
[0037]氧流量自主调节功能:通过分子筛氧气系统中的供氧调节器8结构来实现氧流量自主调节，使供氧调节器的氧气压力趋于一个稳定范围。供氧调节器8中设计有波纹管伸缩件89，从而将气压变化转换为位移变化，通过位置的变化，控制氧气通道的截面，从而实现流量控制。在地面或使用环境<2000m时，外界气压较大，氧气系统的制氧能力强，波纹管受到的轴向压力较大，波纹管收缩，即图4中的橡胶垫87与壳体的密封面分离，多余的氧气从排气孔88排出。随着海拔升高，外界气压降低，空气逐渐稀薄，氧气系统的制氧能力下降，波纹管受到的轴向压力减小，波纹管伸长，减少氧气排放，或使橡胶垫87压紧壳体密封面，阻止氧气排放。从而使供氧调节器在不同海拔高度(O?7000米)的供氧压力趋于一个稳定值。
[0038]如图1和图5所示，氧浓缩器通过氧气浓缩组件支架5固定，分子筛床的固定方式采用卡箍12连接固定，分子筛床的筒壁上设置有凹槽13，卡箍12卡在凹槽13内并与氧气浓缩组件支架5相接。
[0039]本实用新型的启停控制和分子筛床的工作切换由控制单元2来完成，并监测成品气含氧浓度和温度。从储气罐11之后的成品气输出管路中引出小股成品气进入控制单元2，实时检测成品气中的氧浓度。同时，控制单元2通过高度压力传感器获得系统工作环境高度，用以判断系统是否达到自动启停的条件。储气罐11中设置有多个状态检测传感器，多个状态检测传感器均与控制单元2电连接。状态检测传感器包括氧浓度传感器、高度压力传感器、温度传感器等，经控制单元综合分析它们的检测信息后，判断系统工作状态。
[0040]本实用新型的系统操作如下:
[0041 ]系统上电后进入自动工作模式状态。在该工作模式下，飞行高度? 2000m时，系统自动启动，处于工作(产氧)状态；当飞行高度<2000m时，系统将自动停止工作。当夜航或机组需要时，可按压控制单元2面板上的手动按钮，进入手动工作模式状态，系统启动工作。
[0042]本实用新型的系统故障告警、指示及数据传输如下:
[0043]当系统检测到供气温度信号、氧浓度信号异常或者其它故障时，控制单元2会记录故障代码，同时接通机上对应告警灯，使告警灯亮，提示机组人员系统有故障。在地面维护状态下，向控制单元2发送读取数据指令，控制单元收到命令后将记录的故障代码按照422通讯协议把系统数据传输传回到地面维护设备，为故障隔离和检测提供依据。
[0044]本实用新型的系统地面维护功能是通过RS422通讯接口与本系统地面维护设备进行数据交互，将本系统运行记录报备予地面维护设备，并通过地面维护设备对系统进行检测、校验。系统状态监控功能涉及产品氧浓度、系统故障，因此优先级最高，在工作过程中，当系统检测到供气温度信号、氧浓度信号异常、压缩机故障信号或者其它故障时，控制单元2会记录故障代码，同时接通机上对应告警灯，使告警灯亮，提示机组人员系统有故障。当系统发生故障时，记录故障信息并输出告警信号；同时对系统及有寿件的工作时间进行统计，达到维护周期会给出提示。
[0045]与现有技术相比，本实用新型的创新点如下:
[0046]将压缩机、散热器、过滤器及相应管路等组成气源组件，把控制单元、程控装置、分子筛床、储气罐等作为氧浓缩器组件，将供氧管路、面罩组件、供氧调节器作为供氧组件，进行模块化设计，方便模块化系统更换维修。系统结构设计除了橡胶垫和紧固标准件之外，全部使用2A12铝合金材料，不燃、质量轻、结构强度高，系统结构设计满足国军标对机载产品高、低温、抗温度冲击、湿热、霉菌、盐雾、加速度、振动、冲击、温度-湿度-高度、产品电磁兼容性、寿命、可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性等要求；
[0047]该分子筛氧气系统外围有钣金蒙皮保护，避免搬运过程中对压缩机及控制器等部件的碰撞，避免设备内部积尘，增长压缩机及相关部件的使用寿命，且钣金蒙皮外观方正，美观漂亮；
[0048]氧浓缩器组件中的分子筛床固定方式采用卡箍连接固定，有效避免了分子筛床分离空气制氧引起的气流波动带来的振动，增加整体结构强度；
[0049]该分子筛氧气系统结构设计紧凑，体积小:外形尺寸< 400 X 600 X 800mm噪音低:<75dB、重量轻:< 43kg、能耗小:< 100W、寿命长:使用寿命2 10年、产氧量高:>54L/min,可满足3人持续用氧需求，输气连续平稳、运行可靠。
[0050]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种机载分子筛氧气系统，其特征在于:包括气源组件、氧浓缩器和供氧组件，所述气源组件包括涡旋压缩机、散热风机和过滤器，所述氧浓缩器包括控制单元、分子筛床1、分子筛床Π和储气罐，所述供氧组件包括供氧面罩、供氧管路、具有防窒息活门结构和氧流量自主调节结构的供氧调节器，所述分子筛床I和所述分子筛床Π分别设置有程控装置I和程控装置Π，所述涡旋压缩机的气路输出端与所述过滤器的气路输入端连接，所述散热风机的吹风口朝向所述涡旋压缩机，所述过滤器的气路输出端同时与所述程控装置I和所述程控装置Π的气路输入端连接，所述分子筛床I和所述分子筛床Π的气路输出端同时与所述储气罐连通，所述储气罐的气路输出端通过所述供氧管路与所述供氧调节器连接，所述供氧面罩设置在所述供氧调节器的气路输出端，所述涡旋压缩机、所述程控装置I和所述程控装置Π均与所述控制单元电连接。2.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述储气罐中设置有多个状态检测传感器，多个所述状态检测传感器均与所述控制单元电连接。3.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述程控装置I和所述程控装置Π均设置有与所述控制单元电连接的电磁阀。4.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述储气罐为具有稳压结构的罐体。5.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述储气罐与两个所述分子筛床之间的气路中设置有单向阀，所述单向阀的出口与所述储气罐内部相通。6.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述供氧调节器和所述供氧面罩均有三个，三个所述供氧调节器均通过供氧管路与所述储气罐连，三个所述供氧面罩分别设置在三个所述供氧调节器的气路输出端。7.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述防窒息活门结构包括防窒息活门上腔、防窒息活门下腔和大气进口管，所述防窒息活门上腔与成品氧气管路相通，所述防窒息活门下腔内设置有用于导通或阻断所述大气进口管与成品氧气管路的活门，所述活门设置有竖直的连杆，所述连杆上套有弹簧，所述连杆的上端设置有薄膜，所述薄膜的上表面与所述防窒息活门上腔相通。8.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述氧流量自主调节结构包括波纹管伸缩件、与大气相通的排气孔、用于导通或阻断成品氧气管路与所述排气孔的橡胶垫，所述橡胶垫固定在所述波纹管伸缩件的上端。9.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:所述氧浓缩器通过氧气浓缩组件支架固定，所述分子筛床的固定方式采用卡箍连接固定，所述分子筛床的筒壁上设置有凹槽，所述卡箍卡在所述凹槽内并与所述氧气浓缩组件支架相接。10.根据权利要求1所述的机载分子筛氧气系统，其特征在于:整个所述机载分子筛氧气系统外围设置有钣金蒙皮。
【文档编号】A61M16/00GK205515852SQ201620093140
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月30日
【发明人】藤佳, 席艳芳
【申请人】成都康拓兴业科技有限责任公司