ES2270140T3 - Sistema de suministro de oxigeno. - Google Patents
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Abstract
Un método para proporcionar gas a un sistema (10) que separa gas obtenido como producto de un gas (17) de suministro presurizado, incluyendo el método acondicionar el gas (17) de suministro dividiendo el suministro (14) de gas en gas (18) de sistema y gas (17) de suministro, alimentar el gas (17) de suministro a un condensador (22) donde el gas (17) de suministro se enfría mediante un refrigerante y la humedad se retira del gas (17) de suministro para secar el gas (17) de suministro, hacer pasar el gas (18) de sistema a un dispositivo (20) de enfriamiento donde el gas (18) de sistema se enfría, y usar el gas (18) de sistema enfriado como el refrigerante en el condensador (22), y caracterizado porque el gas (18) de sistema enfriado se comprime después de usar el gas de sistema enfriado como un refrigerante en el condensador (22), y se usa en el cambiador (24) de calor para calentar el gas (17) de suministro después de secar, para acondicionar adicionalmente el gas (17) de suministro para llevar la temperatura del gas (17) de suministro hasta dentro de un intervalo de funcionamiento óptimo para el sistema (10) separador aguas abajo.
Description
Sistema de suministro de oxígeno.
Esta invención se refiere a un método para
proporcionar gas a un sistema que separa gas obtenido como producto
de un suministro de gas.
Se conocen sistemas para separar gas obtenido
como producto, tal como gas enriquecido en oxígeno para respiración,
de un suministro de gas presurizado, tal como aire comprimido. En un
dispositivo ejemplar, el suministro de gas presurizado es aire
caliente y comprimido purgado de un motor de turbina de gas, y el
sistema separador incluye al menos un, habitualmente una pluralidad
de, lecho de tamiz molecular que incluye material de lecho de tamiz
molecular que en un primer modo de operación adsorbe gas no obtenido
como producto del suministro de aire comprimido y, en un segundo
modo de operación, cuando el lecho del tamiz está abierto a
presiones ambientales, el gas no obtenido como producto adsorbido se
retira del material del lecho de tamiz molecular. El gas obtenido
como producto enriquecido en oxígeno se separa del aire de
suministro. Tal sistema se conoce como un sistema OBOG (generador de
oxígeno de a bordo).
Los OBOGS se usan en aviones para producir gas
enriquecido en oxígeno con propósitos de respiración.
Para un avión, el peso es un factor crítico para
cualquier sistema instalado. El suministro de un sistema tal que sea
capaz de proporcionar un gas respirable evita la necesidad de
transportar grandes volúmenes de gas respirable comprimido en
recipientes pesados. Sin embargo, la eficacia de un OBOG depende de
muchos factores, uno de los cuales es la temperatura del suministro
de aire alimentado a él, y otro de los cuales es la cantidad de
humedad en el suministro de aire. Un OBOG funciona lo más
eficazmente para adsorber gas no obtenido como producto, cuando el
aire suministrado a él está dentro de un cierto intervalo de
temperatura, y, debido a que la humedad del suministro de aire
tiende a ser adsorbida por el material del lecho de tamiz molecular,
un aire de suministro demasiado húmedo resta además propiedades a la
eficacia de funcionamiento del OBOG.
Se sabe cómo enfriar en un avión el suministro
de aire comprimido caliente hasta un punto relativamente pequeño
antes de alimentar el suministro de aire al sistema de separación,
utilizando aire ambiental que se usa como un refrigerante en un
cambiador de calor, llamándose típicamente el aire ambiental aire
entrante que fluye a través del cambiador de calor en virtud del
movimiento del avión a través del aire, aunque en tierra, tal aire
ambiental refrigerante puede ser introducido mediante un
ventilador.
Otra consideración para un avión,
particularmente un avión militar, es la temperatura del gas no
obtenido como producto expulsado, pero incluso para un avión civil
el escape de gas no obtenido como producto caliente es un
desperdicio de energía.
US-A-4378920
muestra dividir el suministro de aire en aire de sistema y aire de
suministro, enfriar el aire de sistema expandiendo sobre una turbina
y a continuación usar el aire de sistema enfriado en un cambiador de
calor para enfriar el aire de suministro antes de descargar el aire
de sistema al exterior.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se
proporciona un método para proporcionar gas a un sistema de acuerdo
con la reivindicación 1.
Así, utilizando el método de la invención, los
problemas de los sistemas existentes, particularmente sistemas de
tipo OBOG, al menos se reducen ya que la temperatura del gas de
suministro alimentado al OBOG o los OBGS puede controlarse hasta
dentro de un intervalo de temperatura en el que el OBOG o los OBOGS
funcionan lo más eficazmente, y el gas de suministro húmedo se seca.
Aunque acondicionar el gas de suministro implicará proporcionar un
aparato acondicionador que contribuirá al peso, esto se
contrarrestará ya que puede proporcionarse un sistema de separación
de gas más pequeño y más ligero del que se requeriría de otro
modo.
Además, en virtud de la invención, existe un
desperdicio mínimo de energía en el suministro de gas y la
temperatura del aire expulsado no necesita estar significativamente
por encima de la temperatura ambiente.
El dispositivo de enfriamiento convenientemente
es una turbina sobre la que se expande el gas de sistema. Cuando el
suministro de gas es gas altamente presurizado caliente, tal como
aire purgado de un motor de turbina de gas, la energía recuperada
del gas presurizado caliente por la turbina puede ser utilizada por
el aparato acondicionador, por ejemplo, para conducir a un compresor
para comprimir y calentar el gas de sistema después de que el gas de
sistema se haya usado como un refrigerante en el condensador, para
usar en el cambiador de calor.
El método puede incluir detectar la temperatura
del gas de suministro aguas abajo del cambiador de calor, para
proporcionar una entrada o un controlador que abre y cierra una
válvula para controlar el flujo del gas de sistema comprimido al
cambiador de calor, de modo que la temperatura del gas de suministro
suministrado al sistema separador pueda controlarse.
El método de la invención puede incluir utilizar
aire ambiental como un refrigerante en un cambiador de calor
pre-enfriador, para enfriar el gas de suministro
antes de acondicionar el gas de suministro.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención, se proporcionan en combinación un sistema que separa gas
obtenido como producto del gas de suministro y un aparato
acondicionador de acuerdo con la reivindicación 7.
De acuerdo con un tercer aspecto de la
invención, se proporciona un avión de acuerdo con la reivindicación
8.
Se describirán ahora modalidades de la invención
con referencia al dibujo adjunto que es un diagrama ilustrativo
ejemplar de una combinación de un sistema que separa gas obtenido
como producto de gas de suministro y un aparato acondicionador para
enfriar el gas de suministro para usar en el sistema separador,
manejable mediante el método de la invención.
En referencia al dibujo, se muestra una
combinación de un sistema 10 para separar gas obtenido como producto
de un gas de suministro y un aparato 12 acondicionador para usar en
un avión.
Se proporciona un suministro 14 de gas
presurizado, que en este ejemplo es aire comprimido caliente purgado
de un motor de turbina de gas del avión. Este se
pre-enfría en un cambiador 15 de calor
pre-enfriador mediante un refrigerante que es aire
16 de entrada que pasa a través del cambiador 15 de calor
pre-enfriador debido al movimiento del avión a
través del aire y/o mediante el funcionamiento de un ventilador. El
suministro 14 de aire comprimido caliente se enfría así hasta algún
punto, pero generalmente no suficientemente para el uso óptimo en el
sistema 10 de separación de gas aguas abajo.
Así, el aire pre-enfriado pero
todavía caliente y comprimido se divide a continuación para
proporcionar aire de suministro a lo largo de un conducto 17 de
suministro, aire de suministro que se alimenta al aparato 12
acondicionador, y aire de sistema que se lleva a lo largo de un
conducto 18 para aire de sistema.
El conducto 18 para aire de sistema se alimenta
a una turbina 20 sobre la cual el aire de sistema se expande
substancialmente para enfriar el aire de sistema. El aire de sistema
enfriado se alimenta a continuación a través de un conducto 21,
hacia un condensador 22 donde el aire de sistema enfriado se usa
como un refrigerante para enfriar el aire de suministro procedente
del conducto 17 y así para hacer que el agua presente en el aire del
suministro se elimine por condensación del aire de suministro, de
modo que el aire de suministro también se seque a medida que se
enfría.
Aunque no se muestra, puede proporcionarse
adicionalmente un separador de agua aguas abajo para permitir que el
agua condensada se retire del aire de suministro. El aire de
suministro enfriado se alimenta a continuación, a través de otro
cambiador 24 de calor opcional, al sistema 10 separador de gas
obtenido como producto, que en este ejemplo incluye una pluralidad
de OBOGS 25, 26 (solo dos de los cuales se muestran con propósitos
ilustrativos) que, durante el uso, separan del aire de suministro
gas obtenido como producto enriquecido en oxígeno para usar en un
sistema de respiración aguas abajo por la tripulación/los pasajeros
del avión.
El aire de sistema que se usaba como un
refrigerante en el condensador 22 se alimenta subsiguientemente a un
compresor 28 que, para la eficacia máxima, en este ejemplo, está
soportado sobre un eje 29 común con la turbina 20, de modo que la
energía recuperada del aire de suministro comprimido caliente se use
para conducir el compresor 28. Así, el aire de sistema se calienta
comprimiéndose antes de
alimentarse a un conducto 30.
alimentarse a un conducto 30.
Si después de secar el aire de suministro en el
condensador 22 la temperatura del aire está por debajo del intervalo
de temperatura en el que el OBOGS funciona óptimamente, la
temperatura del aire de suministro puede elevarse en el otro
cambiador 24 de calor opcional usando el aire de sistema comprimido
y así calentado procedente del conducto 30 para calentar el aire de
suministro. Para asegurar que la temperatura del aire de suministro
no se eleve demasiado en el cambiador 24 de calor y se eleve para
llevar la temperatura del aire de suministro hasta dentro del
intervalo de temperatura óptimo para el OBOGS, puede proporcionarse
una tubería 32 de derivación para el aire de sistema comprimido
calentado, de modo que el aire de sistema o al menos una porción de
él pueda expulsarse al ambiente en 35, sin pasar a través del
cambiador 24 de calor adicional opcional.
El flujo de aire de sistema a lo largo de la
tubería 32 de derivación es controlado por una válvula 34 que es una
válvula que funciona eléctricamente, accionada por un controlador 38
en respuesta a una entrada desde un detector 39 de temperatura que
está situado para detectar la temperatura del aire de suministro
acondicionado justo antes de que el aire de suministro pase al
sistema 10 separador. Así, la válvula 34 puede ser abierta y cerrada
por el controlador y, si se desea, proporcionalmente, para asegurar
que el aire de suministro se caliente solo hasta una temperatura
deseada en el otro cambiador 24 de calor opcional.
Pueden realizarse diversas modificaciones sin
aparatarse del alcance de la invención. Por ejemplo, aunque la
invención se ha descrito particularmente para usar con un sistema 10
de concentración de oxígeno para un avión, la invención puede usarse
para otros sistemas de gas y en otros ambientes distintos a un
avión. Así, el suministro 14 de gas no necesita ser aire caliente
comprimido, sino que puede ser un suministro de aire ambiental,
aunque, en este caso, puede requerirse energía para conducir la
turbina 20 y el compresor 28 cuando se proporciona.
Claims (8)
1. Un método para proporcionar gas a un sistema
(10) que separa gas obtenido como producto de un gas (17) de
suministro presurizado, incluyendo el método acondicionar el gas
(17) de suministro dividiendo el suministro (14) de gas en gas (18)
de sistema y gas (17) de suministro, alimentar el gas (17) de
suministro a un condensador (22) donde el gas (17) de suministro se
enfría mediante un refrigerante y la humedad se retira del gas (17)
de suministro para secar el gas (17) de suministro, hacer pasar el
gas (18) de sistema a un dispositivo (20) de enfriamiento donde el
gas (18) de sistema se enfría, y usar el gas (18) de sistema
enfriado como el refrigerante en el condensador (22), y
caracterizado porque el gas (18) de sistema enfriado se
comprime después de usar el gas de sistema enfriado como un
refrigerante en el condensador (22), y se usa en el cambiador (24)
de calor para calentar el gas (17) de suministro después de secar,
para acondicionar adicionalmente el gas (17) de suministro para
llevar la temperatura del gas (17) de suministro hasta dentro de un
intervalo de funcionamiento óptimo para el sistema (10) separador
aguas abajo.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo (20) de enfriamiento es
una turbina sobre la que se expande el gas (18) de sistema.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque el suministro (14) de gas es gas
altamente presurizado caliente y la energía se recupera del gas (14)
presurizado caliente mediante la turbina (20) y es utilizada por el
aparato acondicionador para conducir un compresor (28) para
comprimir y calentar el gas (18) de sistema para usar en el
cambiador (24) de calor, después de que el gas (18) de sistema se
haya usado como un refrigerante en el condensador (22).
4. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, que incluye detectar la
temperatura del gas (18) de suministro aguas abajo (39) del
cambiador (24) de calor, para proporcionar una entrada a un
controlador (38) que abre y cierra una válvula (34) en respuesta,
para controlar el flujo del gas (17) de sistema comprimido al
cambiador (24) de calor.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
después de usar el gas de sistema comprimido para calentar el gas
(18) de suministro en el cambiador (24) de calor, el gas (17) de
sistema se expulsa.
6. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
método incluye utilizar aire (16) ambiental como un refrigerante en
un cambiador (15) de calor pre-enfriador, para
enfriar el suministro (14) de gas antes de acondicionar el gas (17)
de suministro.
7. En combinación, un sistema (10) que separa
gas obtenido como producto de gas (17) de suministro y un aparato
acondicionador para enfriar el gas (17) de suministro para usar en
el sistema (10) separador, incluyendo el aparato acondicionador
medios para dividir un suministro (14) de gas en gas (18) de sistema
y gas (17) de suministro y para alimentar el gas (17) de suministro
a un condensador (22) donde el gas (17) de suministro se enfría
mediante un refrigerante y la humedad se retira del gas de
suministro, para secar el gas (17) de suministro, un dispositivo
(20) de enfriamiento, medios para hacer pasar el gas (18) de sistema
al dispositivo (20) de enfriamiento donde el gas (18) de sistema se
enfría, medios para alimentar el gas (18) de sistema enfriado al
condensador (22) para usar como el refrigerante en el condensador
(22), caracterizado porque incluye un compresor (28) para
comprimir el gas (18) de sistema enfriado después de usar el gas
(18) de sistema como un refrigerante en el condensador (22), un
cambiador (24) de calor, medios para alimentar el gas (18) de
sistema comprimido y el gas (17) de suministro enfriado y secado al
cambiador (24) de calor mediante los cuales el gas (17) de
suministro se calienta para llevar la temperatura del gas (17) de
suministro hasta dentro de un intervalo de funcionamiento óptimo
para el sistema (10) separador aguas abajo.
8. Un avión que tiene una combinación de un
sistema (10) que separa gas obtenido como producto de gas (14) de
suministro y un aparato acondicionador para enfriar el gas (17) de
suministro para usar en el sistema (10) separador de acuerdo con la
reivindicación 7.
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