JP2000510231A - 空気汚染物質モニター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空気汚染物質モニター装置は、航空機のエンジン排出空気口のような空気源に接続可能な試料用ヒーターを含む。ヒーターは試料空気中のオイル、その他の炭化水素を全てＣＯ₂とＨ₂Ｏに分解させる。真空ポンプが加熱された空気の試料をヒーターから二酸化炭素分析装置へと引き抜く。分析装置の応答が帯記録紙又はペーパーレス記録装置により記録される。

Description

【発明の詳細な説明】 空気汚染物質モニター装置 技術分野 本発明は、一般的には、空気中の汚染物質の検出方法、特に航空機エンジンか ら航空機の環境制御システムに供給される排出空気(bleed air)中の汚染を検出 する装置および方法に関する。 発明の背景 推進エンジンおよび補助出力ユニットは、航空機に使用されるガスタービンエ ンジンのうちの二型式である。これらのエンジンはコンプレッサーを備え、そこ から高圧縮空気が航空機環境制御システムで使用されるために排出される。燃料 または潤滑剤の痕跡の元素が排出空気中に漏れるのを防止するためにこれらのエ ンジン内部に漏れ止めシステムが使用される。しかし、これらの漏れ止めシステ ムは常に完全には有効ではなく、結果として、排出空気中に燃料または潤滑剤が 漏れる可能性があり、燃えて煙が発生しキャビン中に流れ込む可能性がある。 エンジン排出空気中の汚染物質を測定するのに使用されてきた以前の方法は決 定的でないかまたは誤った読みを与えるかのいずれかであった。このような方法 の一つはポリ塩化ビニル製フイルターを組み込み、排出空気の試料を集め、次い でブラックライトを使用して油滴蛍光をもたらすことにより油の存在を調べる。 別の方法は、約−１００°Ｆに冷却した大きなステンレス鋼製コイルの使用を含 み、排出空気中の物質を凝縮させるものである。次いで、この凝縮物をコイルか らフラッシュして、溶媒（フレオン）と共に蒸発させ、重量を量る。第三番目の 方法は、排出空気を吸収管中に流し、管中の残留物をシリカゲル、活性炭または 分子ふるい上で集め、次いで、ガスクロマトグラフイー／質量分析器により評価 する。この残留物は、有機物質と共に燃焼させ、形成した二酸化炭素をフレーム イオン化検出器を用いて測定することによっても分析できる。 したがって、簡単で、ポータブル式の、高感度、即時応答式の方法が航空宇宙 産業の要求を解決するために必要である。オペレーターが容易に訓練を受けるこ とのできるような簡単な装置が必要である。ポータブル性は、装置が、例えば試 験室、航空機内、および修理およびオーバーホール設備内のフライト部門のよう な種々の場所で使用され得るので重要である。高感度および即時応答データは、 数ｐｐｍ程度の油および潤滑剤の漏出を示す二酸化炭素の濃度変化を、エンジン 操作条件の変化による排出空気品質変化として識別できるようにすべく必要であ なものである。 発明の要約 本発明の目的は、簡単で、ポータブル式かつ高感度であり、そして即時応答式 検出をもたらす、エンジン排出空気中の合成潤滑剤およびその他の炭化水素を検 出する装置を提供することである。 本発明の別の目的は、エンジン空気中の合成潤滑剤およびその他の炭化水素の 即時応答式検出方法を提供することである。 本発明は、排出空気源に連結されている試料用ヒーターを含む空気汚染物質モ ニター装置を提供することによりこの目的を達成する。試料用ヒーター中に設置 された加熱要素は、いかなる油、その他の炭化水素もＣＯ₂およびＨ₂Ｏに分解さ せる。試料用ヒーターを去る空気は、真空ポンプにより、そのモニター装置を介 して二酸化炭素分析装置中に引っ抜かれる。この分析装置の応答は帯記録紙また はペーパーレス記録装置により記録される。 図面の簡単な説明 図１Ａは、本発明の空気汚染物質モニター装置の斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａの空気汚染物質モニター装置の一部の斜視図である。 図２は図１Ａおよび図１Ｂの空気汚染物質モニター装置の略図である。 図３Ａは、本発明の空気汚染物質モニター装置の別の態様の斜視図である。 図３Ｂは、図３Ａの空気汚染物質モニター装置の一部の斜視図である。 好ましい態様の説明 図１Ａ及び１Ｂを参照して説明すると、空気汚染物質モニター装置が符号１０ により一般的に表されている。このモニター装置１０は、符号１２により一般的 に表される、試料空気を最初に受け入れて加熱するための試料用ヒーターを含ん でいる。 ヒーター１２の芯部に、試料空気を運ぶための１／１６インチ内径の金属導管 がある。この導管１４は、急速加熱伝導のために金属、好ましくは９００〜１６ ００°Ｆの運転温度に持ち堪えられるようインコネル（Inconel）６００のよう なニッケルをベースとした合金でできている。金属導管１４の外側で金属導管１ ４と同心円を形成しているのは、導管１４を受け入れるための内腔１７を有する １／２インチ直径のセラミック管１６である。この内腔１７は、導管１４の周り に半径方向の隙間を与えるのに十分大きな内径を有している。セラミックチュー ブ１６の上に据えられているのは、電気抵抗型加熱要素１８である。この加熱要 素１８は、セラミックチューブ１６の周りに、所望のワット密度を提供するのに 十分な巻き数で巻かれたある長さのニクロム線コイルからなる。試料空気の最大 温度をコントロール又は制限するのに、慣用の温度コントローラー３６が用いら れるか、又は所望の温度の範囲内の熱スイッチ（thermal switch）が用いられる 。このヒーターは、加熱効率を高めるため及びヒーター１２の手掴み操作を可能 にするためでもあるガラス繊維断熱材１９のブランケットにより包まれている。 この断熱材１９は、加熱要素１８との直接接触に持ち堪えることができる如何な る適当な断熱材料から作られていてもよい。ヒーター１２の長さは、好ましくは 約１２インチであるが、一般に、試料空気が導管１４を流れるときに試料空気内 の汚染物質の望ましい燃焼が起こるのを可能にするのに十分な長さでなければな らない。このヒーターは、上に挙げた燃焼プロセスを更に促進するために、金属 導管１４内に白金ワイヤー１５のような触媒を含むことができる。 試料ヒーター１２は、加圧されたエンジン排出空気をサンプリングするために 、エンジンのコンプレッサー排出口に直接に連絡していても、適切なチュービン グアダプター１３を介して間接に連絡していてもよい。チュービングアダプター １３は、エンジン排出空気口にヒーター１２を間接に連絡するときには、アダプ ター１３内でのオイルの凝縮を避けるためにできるだけ短く保つべきである。ま た、試料用ヒーター１２を連絡しないで、飛行機キャビン内の空気をサンプリン グするための手掴み棒として用いてもよい。 試料用ヒーター１２は、可撓性の導管２０を介して、残りのモニター装置部材 を収容するケース３８上の入口２１に連絡している。ケース３８は図示したよう にポータブルタイプであっても、飛行機内に永久的に据えられてもよい。 図２を参照して説明すると、ケース３８の内側にモニター装置部材が入口２１ に連絡し、ステンレススチール製伝達導管２８を介して相互連絡している。また 、この導管２８は、適切な柔軟性及び耐久性を有するフッ素化弾性ポリマー又は 他の不活性プラスチック材料から構成されていてもよい。導管２０及び２８の内 径は、急速試料通過のための内容量を小さくするために、１／１６インチを越え るべきではない。試料通過時間は、試料空気供給源から二酸化炭素分析装置２６ までで１秒未満であるべきである。 ケース３８内に収容された真空ポンプ２４は、供給源から試料空気を連続的に 引き抜くために作動するものであって、モニター装置１０に空気を引き入れて最 終的に排出口４２から吐き出す。ポンプ２４は、それがリアルタイムで作動する 、即ち、分析装置２６が、十分な試料サイズが蓄まるのを待たなくてもよいよう に、分析装置２６に十分なフローを提供するだけの能力を持たなければならない 。ポンプ２４は、４,０００フィートの高度でサンプリングするときのような減 圧状況下で作動するのに十分な真空能力をも持たなければならない。このポンプ は、更に、低電力消費量でなければならず、携帯用に軽量でなければならない。 ポンプ２４の下流に位置するデジタルフローコントローラー３０は、空気フロ ーを二酸化炭素分析装置２６に仕向けるように作動することができる。フローコ ントローラー３０は、正確な圧力と一定の３５０ｍｌ／分の試料空気流速での流 速コントロールを提供することができなければならない。場合により、分析装置 ２６内への空気のフローを確かめるために、目視型フローメーター３２を備えて もよい。 二酸化炭素分析装置２６は、フローコントローラー３０のすぐ下流に据えられ る。二酸化炭素分析装置２６は、二酸化炭素の非分散性赤外吸収の原理で作動す る慣用的な分析装置である。この分析装置２６は、呼吸可能な空気中に見出され るオーダーで二酸化炭素含量の濃度を正確に測定するのに十分な感度のものであ り、かつ連続的に更新されるリアルタイムの出力を提供するために応答が速いも のである。この分析装置２６は、０ｐｐｍから１０００ｐｐｍまでの二酸化炭素 を測定可能である。試料空気から粒状物を除去して、分析装置２６の光学センサ ー部分への汚染物質を前もって排除するために、低容量フィルター２２がこの分 析装置２６の上流に備えられている。 分析装置２６からの出力信号は、ｐｐｍのＣＯ₂含量を表示するディスプレー ４０に連絡している。ディスプレー４０は、ＣＯ₂含量をリアルタイムで表示す ることができる如何なる適当なアナログ又はデジタル装置であってもよい。分析 装置の出力は、更に、ＣＯ₂含量ｖｓ時間を動いているチャート紙に記録するこ とができる記録装置３４にも連絡している。磁気テープ又はデジタル記録のよう な出力信号を記録するための他の適当な手段を用いてもよい。蓄電池及び電カイ ンバーターをケーシング３８に据えてもよいので、外部電源の必要性を排除する ことができる。 本発明の背後にある原理は、オイル及び他の炭化水素が燃焼の最終産物として ＣＯ₂及びＨ₂Ｏを形成することである。この汚染物質の分解は、ヒーター１４に よって引き起こされる。加熱後の空気中に含有されるＣＯ₂燃焼産物の量は、試 料空気中の汚染物含量に比例する。かくして、加熱された空気中のＣＯ₂含量を 測定することによって試料空気中のオイル及び他の炭化水素の量を出すことがで きることが明らかであろう。作動中、試料空気がポンプ２４によってヒーター１ ４を横断するときに所望の燃焼が起こる。試料空気の流速は、ＣＯ₂分析装置の 正確なフロー要件により予め大きく制限されるので、温度コントローラー３６を 操作することによって汚染物質の十分な燃焼が主として得られる。 上記したのとは別の態様は、図３に示した二元的モニター装置配置１１０であ る。この二元的モニター装置１１０は、２つの空気供給源からの空気を独立に分 析し、更にその差を計算して表示する能力を有している。これは、単一のハウジ ング１３８内に、各々が独立に空気試料を分析できると本明細書中に先に記載し た完全なモニター装置１０である２の別々のモノターを一緒に入れることによっ て達成される。 ２つの空気源間の汚染レベル差を計算するために、二元的モニター装置は常用 の減算回路（図示されず）を更に含む。減算回路は二元的モニター装置１１０か ら成る２つのモニター装置１０に相互連結され、ここで２つの別々のＣＯ₂分析 装置からの出力はそれらそれぞれのディジタルデスプレー１４０及び１４１に、 かつ記録装置３４上の別々のトラック（track）に接続されているのみならず、 上記減算回路にも接続されている。減算回路はそれら２つの空気信号間の差を計 算し、その結果を第三ディスプレー１４３に、かつ記録装置３４上の第三トラッ クに送る。 典型的には、この二元的モニター装置構成はエンジンの吸込空気とエンジンコ ンプレッサーの排出空気をサンプリングし、それらを比較するのに用いられる。 そのように接続された二元的モニター装置の利点は、外部の外囲空気に航空機エ ンジンにより加えられた汚染の量を測定することができると言うことである。エ ンジンの排出空気はエンジンの圧縮プロセスに起因する汚染を含むのみならず、 エンジン吸込口により吸い込まれた外囲空気に既に存在している汚染も含む。航 空機エンジンにより加えられた汚染の量は、そのとき、エンジンの排出空気と吸 込空気の汚染レベルの差となる。従って、この二元的システムは航空機キャビン の空気中の汚染物質源を同定し、また修正手段（corrective measures）を案内 するのに有用な情報を提供する。 二元的モニター装置は特定の装置によって必要とされる１つの又は２つの試料 用ヒーター１２のいずれかと共に操作することが可能である。図３Ｂは、単一の 試料用ヒーター１２が２つの金属導管１４を含んでいる典型的なポータブル構成 を描写するものである。例えば、２つの試料空気源間の距離が大きい他の用途で は、別々の試料用ヒーターを用いてもよい。 上記態様になし得る様々の追加の修正及び変更は当業者には明白であろう。従 って、本発明のこの記載は典型例と見なされるべきであって、次の請求の範囲に 記載される本発明の範囲と精神を限定すると考えるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ， ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の： 空気の試料を受け取る試料チューブ； 該空気をその空気が該試料チューブ中にある間にその中のいかなる汚染物質も 二酸化炭素と水に分解すべく十分に加熱する加熱要素； 該二酸化炭素を検出する手段；及び 該空気を該試料チューブから該検出手段へと引き抜くためのポンプ を含んで成る空気汚染物質モニター装置。 ２．前記試料チューブが金属からできており、そして該チューブの内径が１／ １６インチ以下である、請求の範囲第１項に記載の空気汚染物質モニター装置。 ３．前記試料チューブに触媒が更に挿入されて成る、請求の範囲第２項に記載 の空気汚染物質モニター装置。 ４．前記触媒が白金ワイヤーである、請求の範囲第３項に記載の空気汚染物質 モニター装置。 ５．前記試料チューブを受容するための内腔を有する、前記加熱要素が取り付 けられるセラミック製チューブと、該セラミック製チューブの上にある外側断熱 外装とを更に含む、請求の範囲第２項に記載の空気汚染物質モニター装置。 ６．前記加熱要素が電気抵抗タイプの加熱コイルである、請求の範囲第５項に 記載の空気汚染物質モニター装置。 ７．前記試料チューブ中の空気の温度を制御する手段を更に含む、請求の範囲 第１項に記載の空気汚染物質モニター装置。 ８．試料空気の前記検出手段への流量を制御する手段を更に含む、請求の範囲 第１項に記載の空気汚染物質モニター装置。 ９．前記ポンプと前記の試料チューブ及び検出手段とを相互連結する、内径が １／１６インチ以下である移送導管を更に含む、請求の範囲第１項に記載の空気 汚染物質モニター装置。 １０．前記のポンプと検出手段がポータブルの単一ケーシングに取り付けられ ている、請求の範囲第９項に記載の空気汚染物質モニター装置。 １１．前記移送導管の一部が前記試料チューブを前記ケーシングに接続する可 撓性のチューブから成る、請求の範囲第１０項に記載の空気汚染物質モニター装 置。 １２．前記の可撓性チューブとポンプとの間に低容量フィルターを更に含む、 請求の範囲第１１項に記載の空気汚染物質モニター装置。