JP4138030B2 - 航空機酸素供給システムの試験方法 - Google Patents

Description

発明の説明
本発明は、航空機における酸素供給システムの性能を試験すると共に所要に応じさらにシステムを適宜再検量する方法に関するものである。
公知の酸素供給システムは、空気を酸素リッチな生成ガスと酸素欠乏したガスとに分離すると共に生成ガスを呼吸調整器に供給してそのガスを呼吸しうる圧力を調整するようにした酸素濃縮装置を備える。
生成ガスの試料を監視手段に供給して、生成ガスにおける酸素濃度もしくは分圧を監視する。制御手段は監視手段に呼応して制御シグナルを酸素濃縮装置に与え、生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧を制御しうるようにする。さらに、制御手段は、たとえば航空機の高度を示す制御データ信号を受信して、生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧をその特定高度における呼吸につき好適に調整しうるようにする。
勿論、この種の酸素供給システムを製作する場合、システムは適切な制御シグナルが制御手段から酸素濃縮装置まで供給されて、生成ガスにおける酸素濃度もしくは分圧を維持し或いは所望の増加もしくは減少をもたらすよう検量される。しかしながら、使用に際し酸素濃縮装置および／または酸素監視手段の性能は変化しうる。たとえば、高い酸素濃度もしくは分圧を有する生成ガスを生ぜしめる酸素濃縮装置の能力は使用と共に劣化し、これは恐らく酸素濃縮装置の汚染に基づいて生ずると思われる。従って、制御手段から酸素濃縮装置への特定の制御シグナルは、生成ガスにおける予想の酸素濃度もしくは分圧をもたらさない。
ＵＳ−Ａ−４５１６４２４号には、酸素監視手段の性能を監視する装置が記載されている。たとえば、周囲空気のような既知の酸素濃度もしくは分圧を有する外部供給源からのガスが監視手段に供給されて、酸素濃度が既知濃度であるかどうか試験する。ＵＳ−Ａ−４５１６４２４号において、システムは医療用途の呼吸システムであり、一連の複雑な弁を備えることにより周囲空気を試験目的につき監視手段に供給することができる。
他の手法は、各成分の重複を含みうる生成ガスにおける酸素濃度もしくは分圧の外部監視を行うことである。
これら従来の提案は、ガスの外部供給源または外部試験装置を設けることが要求される場合、試験を定期的に実施するとすれば、特にシステムを航空機に適用する際に望ましくなく重量を付加するような酸素の外部供給源および追加弁などおよび／または外部試験装置を設けることが必要になると言う欠点を有する。
本発明の第一面によれば、制御シグナルに呼応して要求に応じ生成ガス内に種々異なる濃度にて酸素を供給するようにした酸素供給装置と、生成ガスにおける酸素もしくは分圧の濃度を監視する監視手段と、監視手段に呼応して酸素供給装置に制御シグナルを与える制御手段とを備えた航空機における酸素供給システムの性能の試験方法において、前記制御手段が生成ガスに既知濃度もしくは分圧の酸素を供給すると共に供給された酸素の濃度を監視することにより呼応すると予想される所定の制御シグナルを酸素供給装置に与えることを特徴とする航空機における酸素供給システムの性能の試験方法が提供される。
かくして本発明の方法を用いることにより、制御シグナルに呼応した酸素供給システムの性能を、実質的に余計な装置もしくは部品および従って重量を要することなく試験することができる。簡単に制御手段を改変して、システムの試験が要求される場合は所定の制御シグナルを酸素供給装置に与えることができる。
本発明は、酸素供給装置が実際に酸素を発生する酸素供給システム（たとえばセラミック型酸素発生器）に適用しうるが、好ましくは酸素供給装置は制御シグナルに呼応してガス流（たとえば周囲空気）から酸素を分離し、従って生成ガス流における酸素の濃度もしくは分圧を増大させるようにした酸素濃縮器を備える。
制御手段はシステムの正常使用に際し、監視手段に呼応すると共に制御データに呼応して制御シグナルを酸素供給装置に与えるようにすることができ、制御シグナルは酸素供給装置が制御データにより示される酸素の要求に適する濃度もしくは分圧の酸素を生成ガスに供給するよう制御手段により決定される。
すなわち、単に例に過ぎないが、制御データは航空機の高度および乗組員に呼吸ガスを供給する呼吸調整器により決定される酸素の要求に関する情報を含むことができる。しかしながら、制御データは酸素要求に適切な他の情報をも含むことができる。
試験に際し酸素供給装置に与えられる所定の制御シグナルは、酸素供給装置が最大もしくは最小濃度もしくは分圧の酸素を、酸素供給装置が供給しうる生成ガスに供給すると期待されるようにすることができる。
すなわち、酸素濃縮装置を単に配置して、周囲空気を酸素の分離なしに装置中へ通過させて、生成ガスにおける酸素の濃度が空気中に天然に存在する濃度（すなわち約２１％）となるようにすることができる。或いは、所定の制御シグナルは最大可能濃度もしくは分圧の酸素（これはゼオライト系圧力スイングシステムでは典型的には約９５％の酸素である）を含有する生成ガスを与える酸素濃縮装置をもたらすと予想される信号とすることもできる。
この方法は、先ず最初に制御シグナルを与えて生成ガスに最小濃度の酸素を達成し、次いで生成ガスにおける酸素の最大濃度を達成する予想される制御シグナルを酸素供給装置に与えることを含みうる。
勿論、本発明はたとえば他の圧力スイングシステムまたは熱スイングシステム或いは電気分解システムのような他の酸素濃縮装置に適用することもできる。
所定の制御シグナルに呼応した生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧が予想通りでないと判明した場合は、制御手段を単に誤信号を表示手段（たとえばアラームもしくは監視計）に与えるよう配置しうるか、或いは制御手段をその後の正常使用に際し酸素供給装置が生成ガス流中に所望濃度もしくは分圧の酸素を酸素要求を示す制御データに呼応して供給するようシステムを再検量すべく配置することもできる。
本発明による試験方法は酸素供給システムにて任意所望の時点で実施しうるが、特にシステムの正常操作の間の時間間隔および／またはシステムの始動時および／または停止時および／または手動開始により実施することができる。
好ましくは、この方法は航空機が離陸する前または少なくとも酸素供給システムを作動させる必要がある前に行われる。
本発明の第二面によれば、制御シグナルに呼応して生成ガス流に種々異なる濃度の酸素を供給するようにした酸素供給装置と、生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧を監視する監視手段と、監視手段に呼応して制御シグナルを酸素供給装置に与える制御手段とを備えた航空機のための酸素供給システムにおいて、制御手段が生成ガスに既知濃度もしくは分圧の酸素を供給するのに呼応すると予想される所定の制御シグナルを酸素供給装置に与えるようにしたことを特徴とする酸素供給システムが提供される。
本発明の第三面によれば、本発明の第一面による方法で操作しうる酸素供給システムを備えた航空機が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明をさらに説明し、この図面は本発明による方法で性能を試験しうる航空機の酸素供給システムの略図である。
図面を参照すれば酸素供給システム１０が示され、これは本実施例においては酸素含有生成ガスを航空機における乗組員のマスク１１まで供給する際に使用する酸素供給システムである。
酸素は周囲空気供給源１２から得られて酸素濃縮装置１４に供給され、周囲空気供給１２を酸素リッチな生成ガス１５と酸素欠乏した空気１６とに、制御ライン１８から酸素濃縮装置１４まで供給された制御シグナルに呼応して分離する。次いで、酸素を含有する生成ガスは呼吸調整器１７に供給されて、マスク１１への生成ガスの供給を高度および乗組員の呼吸要求に応じて制御する。
酸素を含有する所定割合の生成ガス１５を試料ライン１９を介して監視手段および制御手段に供給し、本実施例においては参照符号２０で示した組合せユニットである。ユニット２０の監視手段は、試料ガスにおける酸素濃度もしくは分圧を決定し、制御手段も指令ライン２１に沿って供給された制御データに呼応し、ライン１８に沿って適性な制御シグナルを酸素濃縮装置１４に供給する。かくして、状態が変化するにつれ、たとえば航空機の高度が上昇もしくは下降するにつれ、或いは乗組員の呼吸要求が変化するにつれ、ユニット２０の制御手段は生成ガス１５における酸素濃度の変化により呼応する他の制御シグナルを酸素濃縮装置１４に供送する。
図面には、たとえば組込み試験設備のための出力データを、生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧を示す計器または表示手段まで供給しうる出力データライン２２が示されている。監視／制御手段ユニット２０までパワーを与えるパワーラインは参照符号２３で示される。
ここまでは、システム１０は実質的に従来通りである。しかしながら本発明によれば、システム１０の性能は生成ガス流１５における既知濃度もしくは分圧の酸素を供給する装置１４になると予想される酸素濃縮装置１４まで所定の制御シグナルをライン１８に沿って送信するユニット２０の制御手段により試験することができる。
たとえば、ライン１８に沿った制御シグナルは酸素濃縮装置１４を制御して、周囲空気供給１２を周囲空気から酸素リッチなガス成分および酸素欠乏したガス成分への分離なしに酸素濃縮装置１４に通過させることができる。すなわち、生成ガス１５は、周囲空気における酸素の濃度（すなわち典型的には約２１％）である既知濃度もしくは分圧の酸素を含有する。その生成ガスの試料を次いでユニット２０の監視手段に供給し、したがつて生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧を監視する。監視された酸素濃度もしくは分圧が予想通りでないと判明した場合、これはシステム１０がその検量に従い機能していないことを示す。勿論、試料を試験する前に或る程度のシステム１０のパージが要求される。
特に、生成ガス１５が周囲空気であると共に生成ガスにおける酸素濃度もしくは分圧が予想よりも大もしくは低いことをユニット２０の監視手段が決定した場合、これはユニット２０の監視手段の責任であることを示す。たとえば、これは酸素濃縮装置の性能におけるドリフト或いは他の何らかの原因に基づきうる。
代案として或いはその後に或いは事前にさえ、システム１０を、最適値まで酸素濃縮装置１４を作動させると予想される所定の制御シグナルをライン１８に沿って酸素濃縮装置１４まで送信するよう配置したユニット２０の制御手段により試験することができる。次いで、生成ガスにおける酸素の最大可能な濃度または分圧が供給されると期待され、典型的にはゼオライト系圧力スイング酸素濃縮装置１４は９５％濃度までの酸素を含有する生成ガスを発生すると予測しうる。監視手段２０が所定の制御シグナルに呼応して生成ガス１５における低濃度もしくは分圧の酸素を判定した場合、これは酸素濃縮装置１４の性能不足および／またはユニット２０の監視手段の機能不良に起因し、さらにその相違の理由を決定すべく検討が必要とされる。
生成ガスにおける酸素の濃度もしくは分圧が９５％より大であると監視手段により２０により判定された場合、これはユニット２０の監視手段の操作における誤りを示すだけである。何故なら、判定された酸素濃度は酸素濃縮装置１４により得られる理論最大値よりも大であるからである。
１実施例においてシステム１０が試験に失敗した場合、シグナルは単にライン２２に沿って所望に応じ警告手段を有しうる表示手段に送信することができる。代案として、監視手段２０が誤りでないと予想される場合、或いはこれがたとえば周囲空気生成ガスを上記したように監視手段２０に供給することにより試験で確認された場合は、制御手段２０を制御シグナルをライン１８に沿って与えることにより、生成ガスにおけるインライン１５での酸素の所望濃度もしくは分圧を達成すべくライン１８に沿って供給するよう、システム１０を再検量すべく配置することができる。
酸素濃縮装置１４に供給される周囲空気供給１２は、たとえば航空機におけるガスタービン放出物から或いは大気から得ることができる。呼吸調整器１７は調整弁を備えて、呼吸ガスを高度に適する圧力および要求に等しい流量にて乗組員に供給することができる。マスク１１は、乗組員が装着した口腔−鼻腔型マスクとすることができる。
ユニット２０の監視手段により監視される試料ガスは、ユニット２０の監視／制御手段から排気ライン２５を介し大気へ排気することができる。
ユニット２０の監視手段はポンピングされるキャビティセラミック膜装置を備えうるが、生成ガス流１５における酸素もしくは他の特定ガスの濃度もしくは分圧を監視する他の任意適する手段も代案として使用することができる。
酸素濃縮装置１４まで制御手段２０により送信される制御シグナルは、指令のシーケンスまたは酸素濃縮装置１４に適する他の任意の制御シグナルで構成することができる。
試験に際しユニット２０の監視手段により監視された生成ガス１５における酸素の濃度もしくは分圧は、酸素濃縮装置もしくは他の酸素供給装置１４および監視手段にて生ずるものと等しい誤差および反対の誤差が存在する場合、酸素濃縮装置もしくは他の酸素供給装置１４に供給された所定の制御シグナルに呼応すると予想されるものとしうることが了解されよう。しかしながら、この発生傾向は統計上有意でないと考えられる。
本発明の方法は、システム（特に監視手段、たとえば監視手段２０の酸素センサの性能）を監視すると共にしばしば所望されるように酸素発生装置１４の性能を試験することを可能にする。この方法は酸素発生システムの始動時および／または停止時に行うことができ或いは飛行中のシステム作動に際し間隔を持って行うこともできる。
本発明の範囲を逸脱することなく各種の改変を行うこともできる。
たとえば、本発明を酸素供給装置１４が酸素の濃縮器であるシステムに関し説明したが、本発明は酸素供給装置１４が実際に酸素を発生するシステム、たとえば電気分解型もしくはセラミック型の酸素発生器にも適用することもできる。
監視／制御手段２０は別々であっても或いは上記したようにユニット２０として組み合わせることもできる。別々である場合、監視手段は生成ガスにおける酸素の監視濃度もしくは分圧を示す制御手段に適性信号を供給することを必要とする。
所望ならば、説明した試験方法を時間間隔にて行う場合のみに限定しないが、制御シグナルに呼応して酸素の予想および実際の濃度もしくは分圧の間の誤差に対するシステムの感度を状態と共に変化させることもできる。
たとえば、試験を最近始動させたシステムで行う場合、この種の或る程度の誤差を予想しうるであろう。従って制御手段はこの種の条件下で小誤差を無視するよう配置しうるが、この種の誤差を表示すると共にこれが生じうるシステムを他の操作条件下で再検量するよう配置することもできる。
開示した機能を果たす手段または開示した結果を達成する方法もしくはプロセスに関し上記の説明または請求の範囲または添付図面において特定形態で示した特徴は、別々に或いはこれら特徴の任意の組み合わせとして本発明を種々の形態で実現するよう用いうることが了解されよう。

Claims (5)

1. 航空機における酸素供給システム（１０）の性能の試験方法であって、前記システム（１０）が、制御シグナル（１８）に呼応して種々異なる濃度にて酸素を含有する生成ガスを供給する酸素供給装置（１４）であって、前記制御シグナル（１８）に呼応して周囲空気供給源からのガス流（１２）を酸素リッチな生成ガス（１５）と酸素欠乏した空気（１６）とに分離する酸素濃縮器を備える酸素供給装置（１４）と、前記生成ガス（１５）における酸素の濃度もしくは分圧を監視する監視手段（１９、２０）と、前記監視手段（１９、２０）に呼応して前記酸素供給装置に前記制御シグナル（１８）を与える制御手段（２０）とを備え、前記方法が、既知濃度もしくは既知分圧の酸素を含有する生成ガスを供給することにより前記酸素供給装置（１４）が呼応すると予想される所定の制御シグナルを前記制御手段（２０）から前記酸素供給装置（１４）に与える工程と、前記生成ガス（１５）における酸素の濃度もしくは分圧を監視する工程と、前記所定の制御シグナル（１８）に呼応して供給された生成ガス（１５）における酸素の濃度もしくは分圧が予想通りでないと判明した場合は、その後の正常使用に際し、前記酸素供給装置（１４）が、酸素要求を示す制御データ（２１）に呼応して所望の濃度もしくは分圧の酸素を含有する生成ガス（１５）を供給するように、前記制御手段（２０）が前記システム（１０）を再検量する工程とを含み、前記既知濃度もしくは既知分圧の酸素が、前記酸素供給装置（１４）により供給されうる生成ガス（１５）に含有される最大もしくは最小の濃度もしくは分圧の酸素であることを特徴とする方法。
2. 前記制御手段（２０）が、正常使用に際し前記監視手段（１９、２０）および制御データ（２１）に呼応して制御シグナル（１８）を前記酸素供給装置（１４）に与えるようにされ、前記制御シグナル（１８）が、前記制御データ（２１）によって示される酸素の要求に適した濃度もしくは分圧で酸素を含有する生成ガス（１５）を前記酸素供給装置（１４）に供給させるよう前記制御手段（２０）により決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記酸素供給装置（１４）の前記酸素濃縮器がゼオライト系の圧力スイングガス吸着装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記所定の制御シグナル（１８）に呼応して供給された生成ガス（１５）における酸素の濃度もしくは分圧が予想通りでないと判明した場合は誤信号（２２）を表示手段に与えるよう前記制御手段（２０）が構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記所定の制御シグナル（１８）を、前記システム（１０）の正常操作の間の時間間隔で、および／または前記システム（１０）の始動時および／または停止時に、または手動開始により制御手段（２０）に与えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

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