JP2009533105A - 乗客を輸送する航空機用の呼吸ガス供給回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、乗客を輸送する航空機用の呼吸ガス供給回路であって、加圧された呼吸可能ガス供給源（Ｒ１、Ｒ２）と供給配管（２、３）とを有し、回路が、乗客への呼吸可能ガスの供給を調節する調整装置（１２、３０）を供給配管にさらに有する回路において、調整装置は、電子ユニット（２０）から与えられるパルス幅変調信号によって制御される電気式弁（１２）をさらに有する回路に関する。

Description

本発明は、高高度での減圧および／またはコックピットでの噴煙の発生に関連する危険から航空機の乗客を保護する呼吸ガス供給回路に関する。

航空機内で減圧事故が起こるかまたは噴煙が発生した場合に乗客の安全を確保するために、航空規則では、航空機高度の関数である酸素流量を乗客に供給することのできる安全酸素供給回路をすべての航空機に搭載することを要求している。

言い換えれば、加圧されたガス供給源は、酸素または酸素が濃縮されたガスを乗客に送るのに十分な圧力で瞬間的に供給することができなければならない。

現在のシステムは主として、キャビン圧力または機内高度の関数として動作する減圧弁によって供給される酸素の圧力を調整する空気圧システムである。機内高度とは、キャビン内に維持された加圧された大気に対応する高度と理解されたい。この値は、航空機の実際の物理高度である航空機高度とは異なる。

このような空気圧システムはフランス特許第２６４６７８０号で公知である。この特許に記載された供給回路は、呼吸マスク上に設けられたオリフィスを通じて乗客に送られる呼吸ガスの流量を高度に応じて調整するのを可能にし、高圧酸素容器、圧力調整器、および弁を有する。この弁は、開閉機能を有する高度に依存する弁であり、調整機能は備えていない。酸素流量の調整は、可動漏れ防止膜に作用する高度測定セルを有する調整手段によって呼吸マスクの各クラスタごとに個別に行われる。

公知の空気圧供給回路は一般に、フィードバックループを有さず、酸素供給量が規制最低量に一致するように過多の酸素がマスク装着者に供給されるため大きなサイズを有する。

本発明の目的は、簡素で、信頼することができ、公知のシステムの欠点を有さない改良された呼吸ガス供給回路を提供することである。本発明の他の目的は、呼吸ガスの要件を最適化し、したがって呼吸ガスの搭載質量を制限するフィードバックループを有する供給回路を提供することである。

このために、請求項１に記載されたような、乗客を輸送する航空機用の呼吸ガス供給回路が提供される。

パルス幅調整（ＰＷＭ）信号は、信頼できる調整装置である電気式弁を容易に操作するのを可能にする。

上記の特徴および他の特徴は、制限されることのない例としての特定の実施態様についての以下の説明を読むことにより、よりよく理解されよう。この説明は添付の図面に言及するものである。

図１を見ると分かるように、本発明による供給回路は以下の部材を有している。加圧された呼吸ガスまたは呼吸可能ガスの供給源、ここではそれぞれの出口に減圧弁を有する一対の酸素タンクＲ１およびＲ２は、呼吸ガスを供給配管２を通じて航空機の乗客に送るために設けられている。本発明によれば、加圧された呼吸可能ガスの他の供給源を供給回路に使用してよい。供給配管２と呼吸マスク９のクラスタ４との間に複数の二次供給配管３が連結されている。マスク９の各クラスタ４は、乗客のシートの上方に配置されたエンクロージャ５内に設けることができる。エンクロージャ５は、このボックス内への給気配管３の接合部１１と、ヒンジ７の周りに連結されたドア６（中央クラスタでは閉じられ、右側のクラスタでは開かれているように示されている）と、可とう性の管１０によって給気配管３を呼吸マスク９に連結する連結ケーシング８とを有してよい。呼吸可能ガスは一般に、マスク内のオリフィスを通じてその装着者に供給される。

さらに、マスクおよび乗客への呼吸ガスの供給を調節する調整装置１２が、たとえばエンクロージャ５内に設けられている。本発明の第１の実現形態による供給回路では、調整装置１２は、電子ユニットから与えられる変調信号を有するパルスによって制御される電気式弁を有している。

パルス幅変調（ＰＷＭ）は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）のデジタル出力によってアナログ回路を制御する効果的な技術である。ＰＷＭは、測定および通信から電力制御および変換までの広範囲の用途に使用される。パルス幅変調制御は、電気式弁に供給される電力のオン・オフを極めて急速にかつ周波数を変化させながら切り換えることによって作用する。ＤＣ電圧が、完全なオン状態（たとえば、ほぼ１２Ｖまたは１８Ｖ）と零とで交互に切り換わる方形波信号に変換され、可変長の一連の電力「キック」が弁に与えられる。このような信号の一例が図３に示されている。

このために、マスクの両方のクラスタ４に関して点線で示されているように、電気式弁１２に送信されるＰＷＭ信号を生成する電子ユニット２０またはＣＰＵが設けられている。電気式弁１２を制御するための設定値を生成するための第１の圧力信号をＣＰＵ２０に供給する第１の圧力センサ２５が、航空機のキャビンに設けられている。圧力センサ２５はキャビン圧力を測定し、したがって、規定の酸素供給曲線が確保されるように機内高度の関数としての呼吸ガスの供給を可能にする。圧力センサ２５は、航空機で利用可能な圧力センサの１つであってよく、その値は航空機バスに接続したときに利用可能になる。航空機バスシステムとは無関係に圧力が確実に読み取られるように、本発明による回路は、独自のセンサを備えてよく、すなわち、各電子ユニット２０ごとにセンサ２５が設けられる。

調整された圧力に相当する第２の圧力信号をＣＰＵ２０に供給する第２の圧力センサ１５が、供給配管の調整装置１２の下流側、すなわち図１の例ではエンクロージャ５内の、電気式弁１２の出力部と連結ケーシング８との間に設けられている。第２の圧力センサ１５は、フィードバックループによって、乗客がマスクを装着して必要が生じた後に酸素が適切に供給させるようにする。

このために、電子ユニット２０は、設定値と調整された圧力、すなわちセンサ１５の値を比較してＰＷＭ信号を生成する。

設定値と調整された圧力を比較することによってＰＷＭ信号を生成するＰＩＤモジュール（比例、積分、微分）を電子ユニット２０内に備えてよい。

他の実施形態では、電気式弁１２はソレノイド弁である。厳密には、好ましい実施形態では、電気式弁１２は、可変デューティレシオを有する２位置オン／オフソレノイド弁である。このような弁は、ＣＰＵ２０によって送信されるＰＷＭ信号によって駆動されるのに特に適している。この弁は、ピエゾ電気式弁であってもよい。本発明による供給回路の第１の実現形態では、弁１２は、供給配管上に設けられ、直接呼吸ガスの供給を解放し、遮断する。厳密には、図１の例では、弁１２は、ボックス５内の接合部１１と連結ケーシング８との間に設けられている。

本発明の第１の実現形態は、調整装置１２によって局部的にマスクのクラスタを駆動するのに特に適している。各クラスタ４は、それ自体の調整装置に取り付けられている。このため、何らかの理由で１つのクラスタが故障した場合に、そのクラスタが、呼吸ガスの供給を続行する他のクラスタに影響を与えることはない。

第１の実現形態では、電気式弁１２は、供給配管３上に配置されているため、呼吸可能ガスの供給を直接駆動する。

調整手段または圧力センサ１５はマスクのクラスタの近くに配置することができる点で有利である。近くに配置するとは、各マスクと調整装置との間、または各マスクと圧力センサとの間の圧力損失が無視できる供給配管の位置であることを理解されたい。

本発明による供給回路の第２の実現形態を図２に示す。特に指定しないかぎり、同じ番号は同じ部品を指す。

調整装置は、たとえば前述の実施形態に関して説明したようにエンクロージャ５内に設けられた複数の呼吸マスク９に、加圧された呼吸可能ガス供給源（不図示）を連結する供給配管に設けられた流量増幅器３０を有している。流量増幅器３０は、周囲圧力とピストンチャンバ３４の内側に存在する圧力との圧力差を受けるピストン３２、たとえば環状のピストンをさらに有している。電気式弁１２、たとえばソレノイド弁は、ピストンチャンバ３４を管１２２を通して、加圧された呼吸ガスに連結している。チャンバ３４を管１２３を通してキャビン内の周囲圧力に連結することもできる。

したがって、電気式弁１２は、供給配管が開かれる（ピストン３２が供給配管２内側部分から離れた位置に維持される）第１の位置と供給配管が閉じられる（ピストンが押され供給配管２の内側部分を閉じる）第２の位置との間をピストン３２が移動可能になるようにチャンバ３４内の圧力を変化させる働きをする。ピストン３２は、２位置オン／オフソレノイド弁１２の出口圧力に応じて移動可能であり、その入口は加圧された呼吸ガスの供給源に連結されている。

ピストンチャンバ３４がキャビン周囲圧力に連結され、すなわち、ソレノイド弁１２がオフになり、管１２３によってチャンバ３４内の圧力がキャビン周囲圧力に維持されるとき、ばね３８は、供給配管２を閉じないように供給配管２から離れた位置にピストン３２を保持する。ソレノイド弁１２がオンになると、チャンバ３４は、パイプ１２２を通して、加圧された呼吸ガス供給源に連結される。ソレノイド弁１２がオンになったときにチャンバ３４内の圧力を低下させるには不十分な部分になるような狭い部分を管１２３に設けることができる。

電気式弁１２は、航空機のキャビンに設けられた第１の圧力センサおよび／または前述のように調整装置の下流側に設けられた第２の圧力センサ１５によって生成することのできるＰＷＤ信号を送信するＣＰＵ２０によって制御される。

本発明の第２の実現形態は、流量増幅器３０によって調整装置を通じて多数のマスクを駆動するのを可能にする。

第２の実現形態では、呼吸可能ガスの必要量が多くなり、供給配管３に沿った圧力損失が大きくなると、流量増幅器３０が必要になる。呼吸可能ガスの供給は、弁１２がピストン３２を操作する結果として弁１２によって間接的に駆動される。

本発明は、マスクに供給される呼吸可能ガスの体積を調節するのを可能にする。調整手段の連続的な開閉サイクルによって、調整手段の下流側の呼吸可能ガスの平均的な体積または「総合的な」体積が調節される。平均的な体積は、圧力センサによって測定される圧力Ｐを生成する。呼吸可能ガスは、機内高度に基づいて、圧力設定値でマスクに送らなければならない。呼吸可能ガスを圧力設定値で送るように調整手段を操作するＰＷＭ信号は、電子ユニットによって生成される。

各パルス間の時間および／または各パルスの長さは、フィードバックループおよび設定値に基づいて、適切な体積の呼吸可能ガスがマスクに送られるように変えることができる。

本発明による呼吸ガス供給回路は、米国特許第２００３１０１９９７号で公知の再呼吸バッグに関連付けるのに特に適している。このような文献は、高高度での航空機キャビンの減圧から乗客を保護する呼吸マスクであって、調整可能で連続的な流量を加圧下で呼吸ガス供給源からゼネラルパイプに供給する供給制御ユニットを有する呼吸供給回路上に設けられたマスクを開示している。マスクはさらに、可とう性のエコノマイザバッグを介してゼネラルパイプに連結される。さらに、ガスがマスクから可とう性の再呼吸バッグに自由に進入できるようにし、マスクを保持した乗客の１人が吸気を開始した後に可とう性の再呼吸バッグからの再呼吸を遅延させる手段によって、可とう性の再呼吸バッグが各マスクに連結される。再呼吸バッグは、マスクを装着した乗客による各呼気時に呼気されたガスの最初の部分のみを貯蔵することができるように膨張時に好ましい体積を有する。米国特許第２００３１０１９９７号の制御ユニットはさらに、マスク装着者が受ける周囲圧力に応じて、管に送られる追加的な酸素の流量を調整し、流量を、再呼吸が行われていないときに必要になる流量のみの部分に制限する手段を有する。

本発明の第１の実施形態による、乗客を輸送する航空機用の呼吸ガス供給回路の簡略図である。 本発明の第２の実施形態による、乗客を輸送する航空機用の呼吸ガス供給回路の簡略図である。 ＰＷＭ信号の一例を示す図である。

Claims (9)

1. 乗客を輸送する航空機用の呼吸ガス供給回路であって、加圧された呼吸可能ガス供給源（Ｒ１、Ｒ２）と供給配管（２、３）とを有し、前記回路が、前記乗客への呼吸可能ガスの供給を調節する調整装置（１２、３０）を前記供給配管にさらに有する回路において、
   前記調整装置は、電子ユニット（２０）から与えられるパルス幅変調信号によって制御される電気式弁（１２）をさらに有する回路。
2. 前記電気式弁はソレノイド弁（１２）である、請求項１に記載の回路。
3. 前記ソレノイド弁は、可変デューティレシオを有する２位置オン／オフソレノイド弁（１２）である、請求項１または２に記載の回路。
4. 前記航空機のキャビンに設けられ、前記電気式弁を制御するための設定値を生成するための第１の圧力信号を前記電子ユニットに供給する第１の圧力センサ（２５）をさらに有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の回路。
5. 第２の圧力センサ（１５）が、前記供給配管の前記調整装置の下流側に設けられ、前記調整された圧力に相当する第２の圧力信号を前記電子ユニットに供給する、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路。
6. 前記電子ユニットは、前記設定値と前記調整された圧力を比較して前記パルス幅変調信号を生成する、請求項４および５に記載の回路。
7. 前記電子装置は、前記パルス幅変調信号を生成するＰＩＤモジュールを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の回路。
8. 前記電気式弁は、前記供給配管に設けられ、前記電子ユニットから与えられる前記パルス幅変調信号に応答して呼吸可能ガスの供給のオン、オフを切り換える、請求項３から７のいずれか一項に記載の回路。
9. 前記ソレノイド弁の入口は、前記加圧された呼吸ガス供給源に連結され、前記回路が、前記供給配管が開かれる第１の位置と、前記供給配管が閉じられる第２の位置との間を移動可能なピストン（３２）をさらに有し、前記ピストンが、前記２位置オン／オフソレノイド弁の出口圧力に応じて移動可能である、請求項３から７のいずれか一項に記載の回路。

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