《機載分子篩氧氣系統》是成都康拓興業科技有限責任公司於2016年1月30日申請的專利，該專利公布號為CN105727405A，公布日為2016年7月6日，發明人是藤佳、席艷芳。
《機載分子篩氧氣系統》包括氣源組件、氧濃縮器和供氧組件，氣源組件包括渦旋壓縮機、散熱風機和過濾器，氧濃縮器包括控制單元、分子篩床Ⅰ、分子篩床Ⅱ和儲氣罐，供氧組件包括供氧面罩、供氧管路、具有防窒息活門結構和氧流量自主調節結構的供氧調節器，分子篩床Ⅰ和分子篩床Ⅱ分別設定有程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ，儲氣罐的氣路輸出端通過供氧管路與供氧調節器連線，供氧面罩設定在供氧調節器的氣路輸出端，渦旋壓縮機、程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ均與控制單元電連線。該發明具有自主氧流量調節功能和防窒息功能；整個結構為模組化設計，方便模組化系統更換維修。
2021年11月，《機載分子篩氧氣系統》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。
（概述圖為《機載分子篩氧氣系統》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：機載分子篩氧氣系統
- 公布號：CN105727405A
- 申請號：2016100635865
- 申請日：2016年1月30日
- 申請人：成都康拓興業科技有限責任公司
- 地址：四川省成都市成華區龍潭工業園成佳路16號2號研發樓第2層
- 發明人：藤佳、席艷芳
- Int.Cl.：A61M16/00(2006.01)I、A61M16/10(2006.01)I
- 類別：發明專利
- 公布日：2016年7月6日
專利背景,發明內容,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
機載分子篩氧氣系統主要針對直升機特殊用氧模式而研發的一款制氧系統。分子篩制氧系統是利用變壓吸附（PSA/VPSA）原理，分子篩對氧、氮的選擇性吸附特性，將通過的空氣進行氮、氧分離而製取氧氣，滿足機載人員生理用氧需求。
隨著飛機運行高度的增加，空氣中的氧氣含量不斷下降，稀薄的氧氣不能滿足機載成員的用氧需求，市場2016年1月之前的分子篩制氧機同樣是利用分子篩變壓吸附制氧原理，但是2016年1月之前制氧機的制氧量、輸出氧氣壓力均不能滿足高空用氧需求。
2016年1月之前的制氧機整體結構設計、強度、體積、密封性、材料均不能滿足軍用直升機使用環境要求，不能滿足國軍標對機載產品高、低溫、抗溫度衝擊、濕熱、黴菌、鹽霧、加速度、振動、衝擊、溫度-濕度-高度、產品電磁兼容性、壽命、可靠性、維修性、測試性、保障性、安全性等要求。
2016年1月之前的制氧機沒有高度氧流量自調節功能，不能隨飛機的運行高度進行自主氧流量調節，在飛機運作中，飛行高度在不斷的變化，不同高的大氣中含氧量不同，機載對用氧的需求量也不同，恆定的氧流量會造成：飛行高度相對較低時，例如飛行高度＜2000米，大氣中的含氧量與地面相近，此時，機載人員並不需要多餘的氧氣，僅靠大氣的氧氣量即能滿足正常需求，制氧機可以不運作，此時制氧機運作會造成機載能源的浪費。
連續恆定的氧流量如果設定輸出的氧流量過高，引起機載人員不能完全吸取，吸取不完全的氧氣會通過面罩內噴出到機載人員的面部或鼻腔處，造成氣流干擾，引起機載人員不適；隨著飛機運行高度的增加，高度達到7000米時，大氣中的含氧量低，機載人員需要吸取制氧機輸出的氧氣，如果設定輸出的氧流量不足以機載人員吸取，會造成呼吸困難，引發意外。
發明內容
技術方案
《機載分子篩氧氣系統》包括氣源組件、氧濃縮器和供氧組件，所述氣源組件包括渦旋壓縮機、散熱風機和過濾器，所述氧濃縮器包括控制單元、分子篩床Ⅰ、分子篩床Ⅱ和儲氣罐，所述供氧組件包括供氧面罩、供氧管路、具有防窒息活門結構和氧流量自主調節結構的供氧調節器，所述分子篩床Ⅰ和所述分子篩床Ⅱ分別設定有程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ，所述渦旋壓縮機的氣路輸出端與所述過濾器的氣路輸入端連線，所述散熱風機的吹風口朝向所述渦旋壓縮機，所述過濾器的氣路輸出端同時與所述程控裝置Ⅰ和所述程控裝置Ⅱ的氣路輸入端連線，所述分子篩床Ⅰ和所述分子篩床Ⅱ的氣路輸出端同時與所述儲氣罐連通，所述儲氣罐的氣路輸出端通過所述供氧管路與所述供氧調節器連線，所述供氧面罩設定在所述供氧調節器的氣路輸出端，所述渦旋壓縮機、所述程控裝置Ⅰ和所述程控裝置Ⅱ均與所述控制單元電連線。
優選地，所述儲氣罐中設定有多個狀態檢測感測器，多個所述狀態檢測感測器均與所述控制單元電連線。
優選地，所述程控裝置Ⅰ和所述程控裝置Ⅱ均設定有與所述控制單元電連線的電磁閥。
優選地，所述儲氣罐為具有穩壓結構的罐體。
優選地，所述儲氣罐與兩個所述分子篩床之間的氣路中設定有單向閥，所述單向閥的出口與所述儲氣罐內部相通。
優選地，所述供氧調節器和所述供氧面罩均有三個，三個所述供氧調節器均通過供氧管路與所述儲氣罐連，三個所述供氧面罩分別設定在三個所述供氧調節器的氣路輸出端。
優選地，所述防窒息活門結構包括防窒息活門上腔、防窒息活門下腔和大氣進口管，所述防窒息活門上腔與成品氧氣管路相通，所述防窒息活門下腔內設定有用於導通或阻斷所述大氣進口管與成品氧氣管路的活門，所述活門設定有豎直的連桿，所述連桿上套有彈簧，所述連桿的上端設定有薄膜，所述薄膜的上表面與所述防窒息活門上腔相通。 優選地，所述氧流量自主調節結構包括波紋管伸縮件、與大氣相通的排氣孔、用於導通或阻斷所述成品氧氣管路與所述排氣孔的橡膠墊，所述橡膠墊固定在所述波紋管伸縮件的上端。
優選地，所述氧濃縮器通過氧氣濃縮組件支架固定，所述分子篩床的固定方式採用卡箍連線固定，所述分子篩床的筒壁上設定有凹槽，所述卡箍卡在所述凹槽內並與所述氧氣濃縮組件支架相接。
優選地，整個所述機載分子篩氧氣系統外圍設定有鈑金蒙皮。
改善效果
1）可滿足7000米高空用氧需求，系統具有自主氧流量調節功能和防窒息功能；
2）將壓縮機、散熱器、過濾器及相應管路等組成氣源組件，把控制單元、程控裝置、分子篩床、儲氣罐等作為氧濃縮器組件，將供氧管路、面罩組件、供氧調節器作為供氧組件，進行模組化設計，方便模組化系統更換維修，而且結構設計緊湊，體積小，噪音低，能耗小、產氧量高、輸氣連續平穩、運行可靠；
3）外圍有鈑金蒙皮保護，避免搬運過程中對壓縮機及控制器等部件的碰撞，避免設備內部積塵，增長壓縮機及相關部件的使用壽命，且鈑金蒙皮外觀方正，美觀漂亮；
4）氧濃縮器組件中的分子篩床固定方式採用卡箍連線固定，有效避免了分子篩床分離空氣制氧引起的氣流波動帶來的振動，增加整體結構強度。
附圖說明
圖1是《機載分子篩氧氣系統》的工作原理圖；
圖2是該發明所述機載分子篩氧氣系統的結構示意圖；
圖3是該發明所述防窒息活門結構的示意圖；
圖4是該發明所述氧流量自主調節結構的示意圖；
圖5是該發明所述分子篩床的固定結構示意圖。
圖中：1-分子篩床Ⅰ、2-控制單元、3-過濾器、4-分子篩床Ⅱ、5-氧氣濃縮組件支架、6-渦旋壓縮機、7-散熱風機、8-供氧調節器、9-供氧管路、10-電磁閥、11-儲氣罐、12-卡箍、13-凹槽、81-防窒息活門上腔、82-薄膜、83-彈簧、84-活門、85-大氣進口管、86-防窒息活門下腔、87-橡膠墊、88-排氣孔、89-波紋管伸縮件、A-成品氧氣出口、B-成品氧氣管路。
權利要求
1.《機載分子篩氧氣系統》包括氣源組件、氧濃縮器和供氧組件，所述氣源組件包括渦旋壓縮機、散熱風機和過濾器，所述氧濃縮器包括控制單元、分子篩床Ⅰ、分子篩床Ⅱ和儲氣罐，所述供氧組件包括供氧面罩、供氧管路、具有防窒息活門結構和氧流量自主調節結構的供氧調節器，所述分子篩床Ⅰ和所述分子篩床Ⅱ分別設定有程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ，所述渦旋壓縮機的氣路輸出端與所述過濾器的氣路輸入端連線，所述散熱風機的吹風口朝向所述渦旋壓縮機，所述過濾器的氣路輸出端同時與所述程控裝置Ⅰ和所述程控裝置Ⅱ的氣路輸入端連線，所述分子篩床Ⅰ和所述分子篩床Ⅱ的氣路輸出端同時與所述儲氣罐連通，所述儲氣罐的氣路輸出端通過所述供氧管路與所述供氧調節器連線，所述供氧面罩設定在所述供氧調節器的氣路輸出端，所述渦旋壓縮機、所述程控裝置Ⅰ和所述程控裝置Ⅱ均與所述控制單元電連線；所述儲氣罐中設定有多個狀態檢測感測器，多個所述狀態檢測感測器均與所述控制單元電連線；
所述供氧調節器和所述供氧面罩均有三個，三個所述供氧調節器均通過供氧管路與所述儲氣罐連，三個所述供氧面罩分別設定在三個所述供氧調節器的氣路輸出端；
所述防窒息活門結構包括防窒息活門上腔、防窒息活門下腔和大氣進口管，所述防窒息活門上腔與成品氧氣管路相通，所述防窒息活門下腔內設定有用於導通或阻斷所述大氣進口管與成品氧氣管路的活門，所述活門設定有豎直的連桿，所述連桿上套有彈簧，所述連桿的上端設定有薄膜，所述薄膜的上表面與所述防窒息活門上腔相通；
所述氧流量自主調節結構包括波紋管伸縮件、與大氣相通的排氣孔、用於導通或阻斷所述成品氧氣管路與所述排氣孔的橡膠墊，所述橡膠墊固定在所述波紋管伸縮件的上端；所述氧濃縮器通過氧氣濃縮組件支架固定，所述分子篩床的固定方式採用卡箍連線固定，所述分子篩床的筒壁上設定有凹槽，所述卡箍卡在所述凹槽內並與所述氧氣濃縮組件支架相接。
2.根據權利要求1所述的機載分子篩氧氣系統，其特徵在於：所述程控裝置Ⅰ和所述程控裝置Ⅱ均設定有與所述控制單元電連線的電磁閥。
3.根據權利要求1所述的機載分子篩氧氣系統，其特徵在於：所述儲氣罐為具有穩壓結構的罐體。
4.根據權利要求1所述的機載分子篩氧氣系統，其特徵在於：所述儲氣罐與兩個所述分子篩床之間的氣路中設定有單向閥，所述單向閥的出口與所述儲氣罐內部相通。
5.根據權利要求1所述的機載分子篩氧氣系統，其特徵在於：整個所述機載分子篩氧氣系統外圍設定有鈑金蒙皮。
實施方式
如圖1和圖2所示，《機載分子篩氧氣系統》包括氣源組件、氧濃縮器和供氧組件，氣源組件包括渦旋壓縮機6、散熱風機7和過濾器3，氧濃縮器包括控制單元2、分子篩床Ⅰ1、分子篩床Ⅱ4和具有穩壓結構的儲氣罐11，供氧組件包括供氧面罩、供氧管路9、具有防窒息活門結構和氧流量自主調節結構的供氧調節器8，分子篩床Ⅰ1和分子篩床Ⅱ4分別設定有程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ，渦旋壓縮機6的氣路輸出端與過濾器3的氣路輸入端連線，散熱風機7的吹風口朝向渦旋壓縮機6，過濾器3的氣路輸出端同時與程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ的氣路輸入端連線，分子篩床Ⅰ1和分子篩床Ⅱ4的氣路輸出端同時與儲氣罐11連通，儲氣罐11的氣路輸出端通過供氧管路9與供氧調節器8連線，供氧面罩設定在供氧調節器8的氣路輸出端，渦旋壓縮機6、程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ均與控制單元2電連線。上述程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ即為可以實現遠程通訊的控制器，為2016年1月之前技術的常規裝置。
該發明所述機載分子篩氧氣系統，氣源經過渦旋壓縮機6壓縮後向空氣管路輸出高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體先經過散熱風機7進行降溫處理後，再流向過濾器3除去油、塵埃等固體雜質及大部分的液態水，處理後的潔淨高壓空氣流向分子篩床進行分離空氣制氧，制氧過程中兩個分子篩床交替工作，一個吸附、另一個解吸，如此循環制氧，分子篩床的工作切換，程控裝置Ⅰ和程控裝置Ⅱ均設定有與控制單元2電連線的電磁閥10，通過電磁閥10和控制單元2進行控制，分子篩床分離空氣製取的氧氣輸送到儲氣罐11，儲氣罐11與供氧面罩相通，儲氣罐11具有儲存成品氣和穩壓作用，用以防止機上乘員同時呼吸產生的供氣壓力過低或減小供氣壓力波動。儲氣罐11與兩個分子篩床之間的氣路中設定有單向閥，單向閥的出口與儲氣罐11內部相通，通過單向閥防止分子篩床工作切換時儲氣罐內的成品氣反向流入篩床。儲氣罐11與兩個分子篩床相通，為兩個分子篩床工作切換起到一定的緩衝容積空間。
供氧調節器8和供氧面罩均有三個，三個供氧調節器8均通過供氧管路9與儲氣罐11連，三個供氧面罩分別設定在三個供氧調節器8的氣路輸出端。儲氣罐11與三個供氧調節器8相連，供氧調節器8具有防窒息活門結構和氧流量自主調節結構。
如圖3所示，防窒息活門結構包括防窒息活門上腔81、防窒息活門下腔86和大氣進口管85，防窒息活門上腔81與成品氧氣管路B相通，防窒息活門下腔86內設定有用於導通或阻斷大氣進口管85與成品氧氣管路B的活門84，活門84設定有豎直的連桿，連桿上套有彈簧83，連桿的上端設定有薄膜82，薄膜82的上表面與防窒息活門上腔81相通，圖2和圖3中A口均接供氧面罩。
防窒息功能：當產品入口工作壓力低於50千帕時，使用人員可通過防窒息活門吸入環境氣體。通過防窒息活門的流量為60升/分鐘時，流阻不大於100毫米H2O。主要通過分子篩制氧機的供氧調節器結構來達到這一功能，氧濃縮器的成品氣進入供氧調節器內部後分別到達防窒息活門上腔後，當氧源壓力在50千帕以上時，氣體壓力作用使得活門84關閉，使用人員吸用氧濃縮器成品氣；當氧源壓力不足50千帕時，氧源壓力不能關閉防窒息活門84，使用人員可以通過防窒息活門補充吸入環境氣體，以避免氧源壓力過低或濃縮器不產氣而造成窒息事件。
如圖4所示，氧流量自主調節結構包括波紋管伸縮件89、與大氣相通的排氣孔88、用於導通或阻斷成品氧氣管路B與排氣孔88的橡膠墊87，橡膠墊87固定在波紋管伸縮件89的上端。
氧流量自主調節功能：通過分子篩氧氣系統中的供氧調節器8結構來實現氧流量自主調節，使供氧調節器的氧氣壓力趨於一個穩定範圍。供氧調節器8中設計有波紋管伸縮件89，從而將氣壓變化轉換為位移變化，通過位置的變化，控制氧氣通道的截面，從而實現流量控制。在地面或使用環境＜2000米時，外界氣壓較大，氧氣系統的制氧能力強，波紋管受到的軸向壓力較大，波紋管收縮，即圖4中的橡膠墊87與殼體的密封面分離，多餘的氧氣從排氣孔88排出。隨著海拔升高，外界氣壓降低，空氣逐漸稀薄，氧氣系統的制氧能力下降，波紋管受到的軸向壓力減小，波紋管伸長，減少氧氣排放，或使橡膠墊87壓緊殼體密封面，阻止氧氣排放。從而使供氧調節器在不同海拔高度（0～7000米）的供氧壓力趨於一個穩定值。如圖1和圖5所示，氧濃縮器通過氧氣濃縮組件支架5固定，分子篩床的固定方式採用卡箍12連線固定，分子篩床的筒壁上設定有凹槽13，卡箍12卡在凹槽13內並與氧氣濃縮組件支架5相接。
該發明的啟停控制和分子篩床的工作切換由控制單元2來完成，並監測成品氣含氧濃度和溫度。從儲氣罐11之後的成品氣輸出管路中引出小股成品氣進入控制單元2，實時檢測成品氣中的氧濃度。同時，控制單元2通過高度壓力感測器獲得系統工作環境高度，用以判斷系統是否達到自動啟停的條件。儲氣罐11中設定有多個狀態檢測感測器，多個狀態檢測感測器均與控制單元2電連線。狀態檢測感測器包括氧濃度感測器、高度壓力感測器、溫度感測器等，經控制單元綜合分析它們的檢測信息後，判斷系統工作狀態。
該發明的系統操作如下：
系統上電後進入自動工作模式狀態。在該工作模式下，飛行高度≥2000米時，系統自動啟動，處於工作（產氧）狀態；當飛行高度＜2000米時，系統將自動停止工作。當夜航或機組需要時，可按壓控制單元2面板上的手動按鈕，進入手動工作模式狀態，系統啟動工作。 該發明的系統故障告警、指示及數據傳輸如下：
當系統檢測到供氣溫度信號、氧濃度信號異常或者其它故障時，控制單元2會記錄故障代碼，同時接通機上對應告警燈，使告警燈亮，提示機組人員系統有故障。在地面維護狀態下，向控制單元2傳送讀取數據指令，控制單元收到命令後將記錄的故障代碼按照422通訊協定把系統數據傳輸傳回到地面維護設備，為故障隔離和檢測提供依據。
該發明的系統地面維護功能是通過RS422通訊接口與本系統地面維護設備進行數據互動，將本系統運行記錄報備予地面維護設備，並通過地面維護設備對系統進行檢測、校驗。系統狀態監控功能涉及產品氧濃度、系統故障，因此優先權最高，在工作過程中，當系統檢測到供氣溫度信號、氧濃度信號異常、壓縮機故障信號或者其它故障時，控制單元2會記錄故障代碼，同時接通機上對應告警燈，使告警燈亮，提示機組人員系統有故障。當系統發生故障時，記錄故障信息並輸出告警信號；同時對系統及有壽件的工作時間進行統計，達到維護周期會給出提示。
榮譽表彰
2021年11月，《機載分子篩氧氣系統》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。
