用于氧流量的電子調(diào)節(jié)的能量收集的制作方法
【專利摘要】一種用于為飛機(jī)的緊急供氧系統(tǒng)的氧調(diào)節(jié)、測量或控制設(shè)備供電的方法和系統(tǒng)。乘客安全單元包括連接至氧供應(yīng)源的流量控制裝置，以及將廢棄能量轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置中的電能的能量收集裝置。使用從廢棄能量中獲得的電能使用能量存儲(chǔ)裝置為氧流量的控制供電。
【專利說明】用于氧流量的電子調(diào)節(jié)的能量收集
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年12月20日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/918，910和于2014年12月15日提交的美國非臨時(shí)申請?zhí)?4/570，695的優(yōu)先權(quán)，所述的申請的全文以引用方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明整體涉及一種為對于飛機(jī)中緊急供氧的氧供應(yīng)/調(diào)節(jié)系統(tǒng)供電的方法，以及用于檢測或控制所述氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能量收集和存儲(chǔ)設(shè)備。
[0004]氧系統(tǒng)(如許多氣體供應(yīng)系統(tǒng))被廣泛應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域(包括醫(yī)療、工業(yè)、商業(yè))中，特別是在運(yùn)輸領(lǐng)域中。例如，當(dāng)減壓在高海拔下發(fā)生在飛機(jī)內(nèi)部時(shí)，氧氣的水平急劇下降。在這種情況下，飛機(jī)配備有緊急系統(tǒng)以供應(yīng)必要的氧氣，以維持乘客需求，同時(shí)飛機(jī)下降到低海拔直到不再需要氧氣供應(yīng)人工方法。在這種情況下，必須攜帶以供應(yīng)乘客需求的氧是有限的，并且由于該原因，行業(yè)始終追求使用氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)供應(yīng)應(yīng)急供氧的更有效的方法。
[0005]在上述的示例中，間歇釋放氣體的氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)(具體地，基于脈沖或飽和度的系統(tǒng))提高對乘客的供氧效率。這些系統(tǒng)需要在飛機(jī)上存儲(chǔ)較少的氧氣，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的較少固定重量并且降低成本。此外，脈沖系統(tǒng)是當(dāng)啟動(dòng)呼吸循環(huán)時(shí)僅使用電力的被動(dòng)系統(tǒng)。即，每個(gè)呼吸循環(huán)供應(yīng)有小的氧劑量并且氧流量的存在由照明信號指示。在飛機(jī)的緊急供氧系統(tǒng)中對于減重的持續(xù)需要，以及在緊急情況期間所需要的供電系統(tǒng)的額外燃料的限制，繼續(xù)要求通常為飛機(jī)部件并且特別地為供氧系統(tǒng)供電的更有效的方法。本發(fā)明通過利用來自飛機(jī)周圍環(huán)境的環(huán)境或剩余能量解決這一需要以為氧氣測量/調(diào)節(jié)系統(tǒng)供電。
[0006]Voege等人的美國專利7，298，280，標(biāo)題為“點(diǎn)燃流體流量指示裝置(LightedFluid Flow Indicat1n Apparatus)”，其內(nèi)容通過引用并入本文，其公開用于氧供給管的指示器，當(dāng)氣體正流經(jīng)管時(shí)，當(dāng)管已經(jīng)從供應(yīng)源斷開連接時(shí)，或當(dāng)由于在氣體供應(yīng)源中泄漏或壓降而在管中的壓力已經(jīng)下降到低于預(yù)定的水平時(shí)，該指示器提供可視、可聽或其他指不O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]飛機(jī)(如同任何其他交通工具)具有多個(gè)電氣部件和機(jī)械部件，并且這些裝置的不斷運(yùn)行以產(chǎn)生振動(dòng)、熱和光的形式的未使用的“廢棄”能量。本發(fā)明為將這種廢棄能量轉(zhuǎn)化為電力的能量收集裝置，該電力然后能夠在飛機(jī)中(如在供氧系統(tǒng)中)被再利用。本發(fā)明的廢棄能量收集系統(tǒng)通過消除對飛機(jī)內(nèi)額外的電源線的需要而降低飛機(jī)的總重量，因?yàn)槟芰渴占骺梢晕挥诳拷總€(gè)氧輸送站，其也被稱為“乘客服務(wù)單元”(或PSU)。對于每個(gè)PSU系統(tǒng)具有獨(dú)立能量存儲(chǔ)可以釋放飛機(jī)在緊急情況(包括傳統(tǒng)的飛機(jī)電源的故障)下可以使用的能源。
[0008]本發(fā)明包括能量收集裝置，其可位于PSU附近。能量收集裝置能夠包括壓電轉(zhuǎn)換器、光伏轉(zhuǎn)換器、熱電轉(zhuǎn)換器或其他此類將廢棄能量(如振動(dòng)、熱或光)轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)能量收集裝置的類型，在飛機(jī)中的來自周圍環(huán)境的振動(dòng)能/光子能/熱能被轉(zhuǎn)換為電荷，其進(jìn)而由控制器面板和電能存儲(chǔ)裝置(電池、電容器、燃料電池)轉(zhuǎn)換成直流電流。能量存儲(chǔ)裝置被選擇以在沒有之前由能量收集裝置充電的要求下，具有存儲(chǔ)足夠大小的電荷以為PSU目標(biāo)系統(tǒng)(為氧脈沖系統(tǒng)、信號/警報(bào)產(chǎn)生系統(tǒng)，等)供電的能力。在需要立即供氧的緊急情況下，所存儲(chǔ)的電荷能夠在無預(yù)先充電或補(bǔ)充電力的情況下立即且充分操作該系統(tǒng)。因此，能量收集裝置為整個(gè)飛行保持能量存儲(chǔ)裝置上的電荷，并且該系統(tǒng)始終沒有用二次供電要求激活。當(dāng)在機(jī)艙壓力下發(fā)生意外損失時(shí)，傳感器檢測到壓降并且發(fā)送信號到PSU的控制器面板以啟動(dòng)系統(tǒng)的激活。含有氧氣面罩的門將會(huì)通過打開機(jī)制而打開，并且氧氣將開始通過面罩流動(dòng)，其中每個(gè)電氣裝置通過存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置中的能量供電。
[0009]結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下【具體實(shí)施方式】變得更加顯而易見，其以舉例的方式示出本發(fā)明的操作。
【附圖說明】
[0010]圖1是對于供氧系統(tǒng)的能量收集系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]雖然本發(fā)明在乘客供氧系統(tǒng)的環(huán)境中描述，但是本發(fā)明不限于這種應(yīng)用，并且能夠起到與不需要經(jīng)?；蜷g歇低需求電力的飛機(jī)子系統(tǒng)相關(guān)的許多功能。因此，本發(fā)明適當(dāng)?shù)亟忉尀楹w了能夠從本發(fā)明中受益的大量能量系統(tǒng)。
[0012]圖1示出用于為飛機(jī)上的乘客氧輸送站提供功率的能量收集系統(tǒng)。能量收集系統(tǒng)利用環(huán)境能量(如振動(dòng)、熱量、光等)，并且將這種“廢棄”能量轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)的電能。能量收集系統(tǒng)3 (其可為壓電的、光伏的、熱電的等)被定位在能量客戶端(如PSU)附近，其可存儲(chǔ)在飛機(jī)上的乘客座位的上方。能量收集裝置3根據(jù)轉(zhuǎn)化器的類型將來自周圍環(huán)境的振動(dòng)能/光子能/熱能I轉(zhuǎn)化為電荷。振動(dòng)能量收集器操作，使得機(jī)械能(例如，采用的外力或加速)被轉(zhuǎn)化為在主結(jié)構(gòu)中的機(jī)械能。然后通過壓電元件將后者轉(zhuǎn)化為電能，并且最終以電氣形式轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)裝置。光伏器件將照射光轉(zhuǎn)化為電能，其然后被存儲(chǔ)在電氣存儲(chǔ)裝置中。熱電轉(zhuǎn)化器將環(huán)境熱量轉(zhuǎn)化為電能，其能夠被存儲(chǔ)在電氣存儲(chǔ)裝置中，如在授予Fleurial等的美國專利6,787,691，標(biāo)題為“微制造的熱電發(fā)電設(shè)備(Microfabricated Thermoelectric Power-Generat1n Devices)”中所描述的，其內(nèi)容以引用方式并入本文中。
[0013]然后，由收集裝置3產(chǎn)生的電荷通過能量收集控制器面板7'被轉(zhuǎn)化為直流電流，其進(jìn)而被用于為能量存儲(chǔ)裝置5(如電池、電容器或燃料電池)充電。能量存儲(chǔ)裝置5被選擇以在不需要被能量收集器先前充電的情況下，收集并且保持足夠大的電荷以為PSU目標(biāo)系統(tǒng)(如，氧脈沖、信號、傳感器、警報(bào)等)供電。在立即需要氧的緊急情況下也是如此，該系統(tǒng)將能夠在能量收集器3能夠提供激活PSU目標(biāo)系統(tǒng)所需最小能量之前立即供應(yīng)氧氣。能量收集器裝置3將繼續(xù)在整個(gè)飛行期間為能量存儲(chǔ)裝置5充電。
[0014]當(dāng)解壓縮事件在飛機(jī)中發(fā)生時(shí)，壓力傳感器15讀取機(jī)艙壓力P，并且如果壓力P在對于當(dāng)前高度的特定值以下，則發(fā)送測量信號16至PSU 20的控制器面板7。測量信號16的接收觸發(fā)在供氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)11中的氧生成，以及開門機(jī)制9。然后控制器面板7引導(dǎo)來自能量存儲(chǔ)裝置5的DC電流以為供氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)11供電，啟動(dòng)流動(dòng)到可用于乘客的氧面罩(未示出)。在主電源無效或不足以處理所需負(fù)載的緊急情況或其它應(yīng)急情況下，也能夠提供輔助電源25。
[0015]當(dāng)以上所述實(shí)施例被示出用于監(jiān)測氧系統(tǒng)并且啟動(dòng)該系統(tǒng)二者時(shí)，本發(fā)明也能夠各自用于兩個(gè)應(yīng)用中。因此，本發(fā)明用作一種為對于飛機(jī)中緊急供氧的氧調(diào)節(jié)、測量或控制器裝置供電的方法，以及用于所述氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能量收集和存儲(chǔ)設(shè)備。這里，該系統(tǒng)只使用能量收集的電力，并因此是自供電的。飛機(jī)的供氧系統(tǒng)能夠被實(shí)施，其中每個(gè)呼吸循環(huán)供應(yīng)有氧劑量并且氧流量的存在由照明信號指示。該系統(tǒng)也能夠用合適的傳感器以檢測對使用者呈現(xiàn)的濃度和使用者的氧飽和度。然后這種數(shù)據(jù)/信息能夠用于控制氧到全體人員和乘客的可變分配。發(fā)電方法也能夠在通過機(jī)艙的區(qū)域(環(huán)境控制系統(tǒng)、空氣抓緊器(gasper)/管道、增壓設(shè)備)中利用以收集(生成)并存儲(chǔ)用于生命保障系統(tǒng)的目的電力。
[0016]本發(fā)明具有許多有益效果，包括用于氣體流量調(diào)節(jié)的目的消除輔助電源接線到PSU或其它裝置/系統(tǒng)(例如，全體人員面罩)的需要。本發(fā)明還具有在不存在任何電力連接至子系統(tǒng)時(shí)更簡單的存儲(chǔ)容器的有益效果。乘客的安全性也提高，因?yàn)椴淮嬖谂c氧氣供應(yīng)相鄰的電源，并且由于消除布線和電氣系統(tǒng)的其它部件導(dǎo)致的重量減輕導(dǎo)致為飛機(jī)運(yùn)營商節(jié)約成本。
[0017]前面的描述旨在僅為說明性的，并且不應(yīng)被解釋為以任何方式限制。相反，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易設(shè)想許多變型和修改，并且本發(fā)明的范圍旨在涵蓋所有此類修改和變型。本發(fā)明的范圍僅由以下權(quán)利要求的文字使用它們的普通和習(xí)慣含義適當(dāng)?shù)南拗啤?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于為飛機(jī)的緊急供氧系統(tǒng)的氧調(diào)節(jié)、測量或控制設(shè)備供電的方法，所述方法包括: 接近乘客提供乘客安全單元，所述乘客安全單元包括流量控制裝置； 將氧供應(yīng)源連接到所述流量控制裝置； 接近所述乘客安全單元提供能量收集裝置，所述能量收集裝置將選自振動(dòng)、熱和光的能量轉(zhuǎn)換為電能； 將從所述能量收集裝置獲得的所述電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置中；并且 當(dāng)需要所述流量控制裝置時(shí)，使用所述能量存儲(chǔ)裝置為所述流量控制裝置供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述能量收集裝置為壓電轉(zhuǎn)換器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述能量收集裝置為熱電轉(zhuǎn)換器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述能量收集裝置為光伏轉(zhuǎn)換器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流量控制裝置僅使用來自所述能量收集裝置的能量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中氧的釋放由照明信號指示。7.—種用于對乘客的飛機(jī)緊急供氧系統(tǒng)的氧流量控制系統(tǒng)，其包括: 用于將環(huán)境能轉(zhuǎn)換成電能的能量收集裝置； 耦合至所述能量收集裝置的電路控制板； 用于存儲(chǔ)從所述能量收集裝置產(chǎn)生的電能的電能存儲(chǔ)裝置； 用于檢測飛機(jī)機(jī)艙氣壓的氣壓傳感器； 乘客安全單元，其用于在接收所選擇的來自所述氣壓傳感器的信號，控制由所述電能存儲(chǔ)裝置供電的氧流量的流動(dòng)時(shí)接收來自所述氣壓傳感器的信號并且啟動(dòng)所述氧流量到乘客。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧流量控制系統(tǒng)，其中所述能量收集裝置將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧流量控制系統(tǒng)，其中所述能量收集裝置將光能轉(zhuǎn)化為電能。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧流量控制系統(tǒng)，其中所述能量收集裝置將熱能轉(zhuǎn)化為電會(huì)K。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧流量控制系統(tǒng)，其還包括耦合到所述電能存儲(chǔ)裝置的補(bǔ)充電力供應(yīng)源。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧流量控制系統(tǒng)，其中所述電能存儲(chǔ)裝置被選擇以在沒有進(jìn)一步充電的情況下，保持足夠大小的電荷以為所述乘客安全單元供電。13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧流量控制系統(tǒng)，其中所述乘客安全單元包括控制器面板，其控制門打開機(jī)制并且引導(dǎo)電力從所述電能存儲(chǔ)裝置到調(diào)節(jié)氧流量的流量控制裝置。
【文檔編號】A62B7/14GK105828887SQ201480068476
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月17日
【發(fā)明人】A·埃利奧特, D·戴維斯, K·布茲
【申請人】Be航天公司