JP5615685B2 - 航空機用スチームオーブン - Google Patents

Description

本発明は、航空機に搭載されるスチームオーブンに関する。

下記の特許文献１，２は航空機用のスチームオーブンのギャレーに対する搭載の状況と、水漏れの防止装置を開示する。

従来、航空機オーブンのコントローラに使用されているソフトウェアは、一般の電子機器同様に、ウォッチドックタイマによって監視、保護されていた。これは、ソフトウェアで制御されているＣＰＵが何らかの理由で正常に機能しなくなった場合には、同時にウォッチドックタイマを一定時間内にクリヤーすることができなくなると想定し、ウォッチドックタイマがクリヤーされない場合に、一定時間後にＣＰＵを強制的にリセットし、ソフトウェアの異常状態から抜け出す手法がとられていた。
しかしながら、この手法ではソフトウェアの根本的な問題を解決させたわけではなく、一時的な避難にすぎず、再発の可能性を含んでいる。また、ソフトウェアの設計が適切でないとウォッチドックタイマが機能しているにもかかわらずソフトウェアの一部に異常が発生するような現象が出現する。このために、ウォッチドックタイマが実装されていても、ソフトウェアの異常を完璧に救済できるとの保証にはならないと言われている。

特開２０１０−２１０１１８号公報 特開２００６−６９４５７号公報

航空機のギャレーで使用するスチームオーブン（以下オーブンと称す）のスチーム用の電磁弁（以下バルブと称す）の制御にソフトウェアが絡むと、ソフトウェア自身の不具合や、ハードウェアの故障のために引き起こされるＣＰＵの暴走で、バルブが異常にリリースされて、スチーム用の水がオーブン庫内に充満し、更には床下へあふれ出ることが予想される。航空機は床下に電子機器が格納されており、大量の水漏れは危険であり防止策が必要とされている。

上記目的を達成するために、本発明の航空機用オーブンは、バルブのリリース時間を計測する手段として、バルブリリース期間の時間を計測するクロック発生器とこれを積算する周波数カウンタとを備えている。また、オーブンが使う水量は、バルブのリリース時間とバルブを通過する水の流量との積で推定することができるため、ＣＰＵのフリーズや暴走を、バルブのリリース時間を積算して監視し、想定されるバルブのリリース時間を著しく超えた場合に、ＣＰＵの異常と見做し、バルブの電源を切断するか、またはオーブンの主電源を切断するように手段を備える。

以上の手段を備えることにより、オーブンが使う水量を推定することができるため、オーブンが正常に機能したときに使用する水量を基にして、それを超える危険と思われる最大水量を設定し、それを超えたと推定される場合に、水漏れ危険状態と判断し、バルブの電源を直接切断するか、またはオーブンの主電源を切断することで、コントローラのソフトウェアとは全く関連を持たない、独自の水漏れ防止回路を構築することができる。

本発明の航空機用オーブンの水漏れ防止回路とバルブ制御を示す系統図。 従来の航空機用オーブンのバルブ制御を示す系統図。 図１に対応したオーブンの調理における各波形を示す。 本発明を適用する航空機用ギャレーユニットの斜視図。 航空機用オーブンの断面と水の供給を示す説明図。

図４は、本発明を適用する航空機用ギャレーユニットの斜視図である。以下、図４において説明する。
全体を符号５０で示すギャレーユニットは、ハニカムパネル材でつくられる筺体６０を有する。筺体６０は、ギャレーユニット５０が設置される場所の航空機の胴体の内部形状に対応する形状に形成される。
筺体６０の下部には、サービスカート格納用のコンパートメントが設けられ、多数のサービスカート７０が格納される。サービスカート７０内には、予め用意された食事用のトレーが多数格納されており、不使用時には、ストッパによりコンパートメント内に固定されている。

ギャレーユニット５０の筺体６０には、カウンタ６５が設けられ、カウンタ６５より上方の筺体内には、各種の収納庫や調理器具８０に加えて、温菜の加熱調理用のオーブン１００が装備される。

図５は、航空機用オーブンの断面と水の供給を示す説明図である。以下、図５において説明する。
オーブン１００は、食材の調理を行うための高温の蒸気を発生する部と調理品を収容する庫内１１０と庫内１１０にアクセスするドア１３０と制御パネル１４０を有する。オーブンは調理に蒸気を使うために水を必要とする。この水は、航空機に装備された貯水タンク３００からの飲料水３１０を、ポンプ３２０を介してパイプライン３３０を経由してオーブン１００に送られる。オーブン１００では、飲料水３１０をジョイント１６０で受けた後、パイプライン１５０を経由してオーブンの庫内１１０のノズル１８０に供給する。パイプライン１５０の途中には、２つのバルブ６，７が直列に挿入され、ノズル１８０に供給する水量を制御する。
バルブ６，７を通過した水はノズル１８０からヒータ２１０の上部に散水され、送風用のモータ１９０に直結されたファイン２００からの熱風により蒸気化され、送風ガイド１２０を介して庫内の食材２２０に放出される。食材２２０に放射された蒸気は、庫内１１０から蒸気排出路１７０を通り、オーブンの外に排出される。 蒸気排出路の途中には蒸気温度センサ１０ａがあり、排出蒸気の温度を検知し、オーブンコントローラ１へ送られる。
ヒータ２１０の上部には調理温度センサ１０ｂがあり、調理温度を検知しオーブンコントローラ１へ送られる。オーブンコントローラ１は、調理温度センサ１０ａと蒸気温度センサ１０ｂからの情報をもとにして、バルブ制御指令をバルブ６，７へ送ってバルブ６，７を開閉する。オーブンコントローラ１はまた制御パネル１４０と接続されており、ここではオーブンの操作や調理の設定を行うと同時にオーブンコントローラ１からの操作情報の表示も行っている。

図２は従来の航空機用オーブンのバルブ制御を示す系統図である。以下、図２において説明する。
オーブンコントローラ１はオーブンの装置全体の操作を行うものであるが、本発明に関係しない部分については省略している。
ＣＰＵ２は、オーブンコントローラ１の中にあり、オーブンを制御するマイクロプロセッサで、ここにはオーブン専用のソフトウェアが搭載され、数多くのオーブンコントローラの処理を行っているが、本発明に関係しない部分については省略している。
また、ＣＰＵ２のフリーズや暴走を保護するために、ウォッチドッグタイマ３が使われている。ウォッチドッグタイマ３は、ＣＰＵ２が何らかの理由で不測の事態に陥り、ウォッチドッグタイマクリヤー信号２ａを所定の時間内に出力できない時に、ＣＰＵ２へリセットパルスを出力し、ＣＰＵ２を強制的にリセットする。この結果、ＣＰＵ２は動作を中断し、電源投入時と同様に最初のステップから再起動を開始する。ＣＰＵ２が再起動することでシステムの異常の事態から一時的に回避することができるため、このようなウォッチドッグタイマはソフトウェアの搭載された機器に広く採用されている。

ＣＰＵ２では、２種類のバルブ制御パルスを発生し、バルブドライブ４及びバルブドライブ５のスイッチング素子をオン／オフさせている。バルブドライブ４及びバルブドライブ５の出力は、バルブ６及びバルブ７の−端子へ供給される。バルブドライブ信号６ａはバルブ６の、また、バルブドライブ信号７ａはバルブ７のそれぞれ−端子の信号である。またバルブ６及びバルブ７の＋端子には、ＡＣ入力８からＡＣ−ＤＣインバータ９にてＡＣ電圧からＤＣ電圧に変換された電源の一部の１５Ｖ直流電源９ａに接続されている。

１５Ｖ直流電源９ａがオンでバルブドライブ４及びバルブドライブ５のスイッチング素子がオンすると、バルブ６及びバルブ７のコイルに電流が流れ、バルブがリリースされる。バルブドライブ４及びバルブドライブ５のスイッチング素子がオフになるか、１５Ｖ直流電源９ａがオフになるとバルブ６及びバルブ７のコイルに電流が流れないため、バルブ内のバネの力でバルブがクローズされる。オーブンコントローラ１には、また、スチーム温度や調理温度を測定する温度センサ１０（図５の蒸気温度センサ１０ａおよび調理温度センサ１０ｂ）が接続されている。ＣＰＵ２はスチーム温度や調理温度に応じてバルブの制御を行っている。その他のＣＰＵ２の入出力ポートについては、本発明には直接関係ないため説明は省略する。ＡＣ−ＤＣインバータ９では、オーブンで使用する全ての電源を供給しているが、本発明には直接関係ないため説明は省略する。

図１は、本発明の航空機用オーブンの水漏れ防止回路とバルブ制御を示す系統図で、図２の従来のオーブンコントローラ１に本発明の水漏れ防止回路１１を接続したものである。以下、図１において説明する。バルブドライブ４出力のバルブドライブ信号６ａは、バルブ６の−端子へ供給される一方、ＯＲゲート入力１３ｂに供給されている。同様にバルブドライブ５出力のバルブドライブ信号７ａは、バルブ７の−端子へ供給される一方、ＯＲゲート入力１３ｃに供給されている。バルブ６とバルブ７の＋端子は共に電源スイッチ１２を経由し、１５Ｖ直流電源９ａに接続されている。ＯＲゲート１３を通過したＯＲゲート出力１３ａは、クロック発生器１４に供給され、ＯＲゲート入力１３ｂとＯＲゲート入力１３ｃが共にＬｏｗレベルの期間にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに転じ、クロックパルス出力１４ａを発生させている。クロック発生器１４出力のクロックパルス出力１４ａは、周波数カウンタ１５のクロック端子に供給されている。

周波数カウンタ１５はクロックパルス出力１４ａを計数し、その出力１５ａと１５ｂはＮＡＮＤゲート１６に送られる。ＮＡＮＤゲート１６の出力１６ａは、カウンタ出力１５ａとカウンタ出力１５ｂの入力信号が共にＨｉｇｈレベルの時にＨｉｇｈからＬｏｗレベルに転じ、電源スイッチ１２へ供給され、電源スイッチ１２を開放状態に転じている。また、ＮＡＮＤゲート出力１６ａは、クロック発生器１４へ送られ、クロック発生を停止させている。レギュレータ２１の入力には、１５Ｖ直流電源９ａが供給されており、これから電圧を５Ｖに降圧し、出力２１ａをオーブン水漏れ防止回路１１内の５Ｖ直流電源として供給している。

リセットパルス発生器２０は、レベル反転器１７と抵抗１８とコンデンサ１９より構成され、レベル反転器１７入力には抵抗１８とコンデンサ１９の一端が接続されており、抵抗１８の他の一端は５Ｖ直流電源２１ａに、またコンデンサ１９の他の一端はグランドに接続されている。
レギュレータ２１の入力にＡＣ−ＤＣインバータから電圧９ａが供給され、出力２１ａの電圧が５Ｖに立ち上がると、コンデンサ１９が充電されるまでの期間、レベル反転器１７出力はＨｉｇｈレベルとなり、その後、コンデンサ１９に電圧が充電されるとレベル反転器１７はＬｏｗレベルに転じる。このためレベル反転器１７出力を電源リセット信号２０ａとして周波数カウンタ１５へ供給することにより、電源投入時に周波数カウンタ１５のリセットを行っている。
バルブ６ａ及び７ａが共にＬｏｗレベルの時に、バルブ６とバルブ７が共にリリースされ、スチーム用の水がオーブンの庫内に放射される。ＯＲゲート１３の出力は、まさに水の流入を表しているのに等しいといえる。従って、ＯＲゲート１３の出力がＬｏｗ時の時間を読み取ることによって、どの位の水がオーブンの庫内に放射されたかが分かる。

このようなバルブリリース時間を読み取るには、水の流入されるバルブリリース期間よりも十分短い周期のクロックパルス出力１４ａを用いて、その期間のクロック数を数えることで実現することができる。クロック周期を短くする程、正確なバルブリリース時間を読み取りができるが、その分、計数を行う周波数カウンタ１５の規模が膨大になる。クロック発生器１４は、一般的に連続した一定の周波数のパルスを発生するものであるが、本案ではスタートストップ型の発振器を採用している。この理由としては、スタートストップ型の方が、発振器が作動している時間帯を最小にすることができるため、航空機のように、電磁波規制が厳しい場合には、その効果は大きい。また、バルブリリース期間がＣＰＵ２で正確に確定されるような場合には、クロック発生器１４でバルブリリース期間に同期した周波数のクロックパルス出力１４ａを発生させることで、非同期のクロックで発生する計数誤差を無くすことができる点にある。

図３は、図１に対応したオーブンの調理における各波形を示す。以下図３において説明する。
２２は調理番号で、オーブンが電源投入されていから行う調理の番号を示している。６ａはバルブ６のドライブ信号波形で、調理♯１と♯３ではＬｏｗレベルでバルブ６が常にリリース状態である様子を、また調理♯２では、周期的な間隔でリリースとクローズを繰り返している様子を示している。７ａはバルブ７ドライブ信号波形で、調理♯１では周期的な間隔でリリースとクローズを繰り返している様子を、また調理♯２では、Ｌｏｗレベルでバルブ６がリリース状態である様子を、調理♯３では、本来、調理♯１と同様に周期的な間隔でリリースとクローズを繰り返すはずのところが、誤作動でＬｏｗレベルを呈している様子を示している。１３ａはＯＲゲート出力波形で、上記６ａと７ａのＯＲゲート入力が共にＬｏｗレベルの時にＬｏｗレベルが出力される様子を示している。２１ａは、５Ｖ直流電源波形で電源の立ち上がり波形を示している。

２０ａは、周波数カウンタのリセットパルス波形で、電源投入時の様子を示している。
１５ａは、周波数カウンタ１５の２^１２桁のバイナリーカウンタ出力波形で、クロックパルス出力１４ａを２^１２計数したときにＬｏｗからＨｉｇｈに転じる様子を示している。同様に５１ｂは、周波数カウンタ１５の２^１３桁のバイナリーカウンタ出力波形で、クロックパルス出力１４ａを２^１３計数したときにＬｏｗからＨｉｇｈに転じる様子を示している。１６ａはＮＡＮＤ出力波形で、クロックパルス出力１４ａを計数し積算値が１２２８８に達し、前記１５ａと１５ｂが共にＨｉｇｈレベルとなった時点で、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに転じる様子を示している。１２ａは電源スイッチ出力波形で、前記１６ａがＨｉｇｈからＬｏｗに転じた時に、出力がオフになる様子を示している。

図３下方の１３ａは、上方のＯＲゲート出力波形１３ａの時間軸を拡大した波形であり、Ｌｏｗレベルの期間が０．１秒である様子を示している。１４ａは、前記１３ａに対応したクロックパルス出力波形で、１０個のパルスが発生している様子を示している。このときの発振周波数の条件は、９０Ｈｚ〜１００Ｈｚとなる。このためここでは、クロックパルス出力１４ａの発振周波数が、９５Ｈｚ付近になるように調整されている。１５ａ，１５ｂは１パッケージで計数可能なカウンタ数を使用したが、これで不足な場合には周波数カウンタを更に１段カスケードに追加する必要がある。

図３の場合には、１個のカウンタの最大桁とこれより一つ下の出力とをＮＡＮＤゲート１６を使用して、１２２８８（＝２^１３＋２^１２）を最大計数値としている。この様な場合には、例えば、１．５秒のバルブインターバルで０．１秒のバルブリリース期間にクロックパルスを１０クロック発生させ周波数カウンタで計数し１２２８８を最大計数値とすると、バルブインターバルの総計は１２２８８／１０＝１２２８．８回、バルブリリース時間の積算は１２２８．８×０．１＝１２２．８８秒ということになる。またこれを水量に換算すると、バルブを通過する水の流量を３．２５ｃｃ／秒の場合、３．２５×１２２．８８＝３９９．３６ｃｃということになる。

本発明は以上の機能を利用して、まず最大限度とする水漏れ量を設定し、それをバルブの流量の値で除すことで、バルブのリリース延べ時間の最大限界を算出し、それに対応したクロックパルス周波数と周波数カウンタの最大計数値を設定し、クロックパルス数が前記周波数カウンタの最大計数値を超えたときには、異常事態と判断してバルブの駆動電源をオフとして給水を断ち、水漏れを防止することができる。
バルブの駆動電源をオフすることにかえて、オーブンの主電源をオフとすることもできる。
本発明のオーブンでは、パイプライン１５０の途中に、２つのバルブ６，７が直列に挿入されているが、これはバルブ制御の信頼性を向上させるための方法であり、バルブは１個でも同様に機能することは明白である。
また、水漏れ防止回路１１は、オーブンの主電源の投入時に周波数カウンタをリセットする回路を備え、電源投入毎に周波数カウンタ１５を初期値に戻して水漏れを監視するようになっているが、例えば、オーブンの調理毎に周波数カウンタ１５をリセットすることで、より少ない水漏れ防止回路を構築することができるが、調理の終了をどのように検出するかが課題となる。

１ オーブンコントローラ
２ ＣＰＵ
（２ａ ウォッチドックタイマクリヤー信号）
３ ウォッチドッグタイマ
４，５ バルブドライブスイッチング素子
６，７ バルブ
（６ａ，７ａ バルブドライブ信号）
８ ＡＣ入力
９ ＡＣ−ＤＣインバータ
（９ａ １５Ｖ直流電源）
１０ 温度センサ
（１０ａ 蒸気温度，１０ｂ 調理温度）
１１ 水漏れ防止回路
１２ 電源スイッチ
（１２ａ 電源スイッチ出力）
１３ ＯＲゲート
（１３ａ ＯＲゲート出力、１３ｂ，１３ｃ ＯＲゲート入力）
１４ クロック発生器
（１４ａ クロックパルス出力）
１５ 周波数カウンタ
（１５ａ，１５ｂ 周波数カウンタ出力）
１６ ＮＡＮＤゲート
（１６ａ ＮＡＮＤ出力）
１７ レベル反転器
１８抵抗
１９ コンデンサ
２０ リセットパルス発生器
（２０ａ リセットパルス）
２１ レギュレータ
（２１ａ ５Ｖ直流電源）
２２ 調理番号
５０ ギャレーユニット
６０ 筺体
６５ カウンタ
７０ サービスカート
８０ 調理器具
１００ オーブン
１１０ 庫内
１２０ 送風ガイド
１３０ ドア
１４０ 制御パネル
１５０ パイプライン
１６０ ジョイント
１７０ 蒸気排出路
１８０ ノズル
１９０ モータ
２００ ファン
２１０ ヒータ
２２０ 調理食材
３００ 貯水タンク
３１０ 飲料水
３２０ ポンプ
３３０ パイプライン

Claims (2)

1. オーブンの給水配管直列に配設され給水を制御する電磁弁と、電磁弁の制御信号を含むオーブンの機器を制御するコントローラと前記電磁弁に供給する電磁弁電源を備えた、航空機に搭載される食材調理用のスチームオーブンにおいて、
   電磁弁のリリース時間を計測するためにバルブリリース期間よりも十分短い周期の連続した一定の周波数のパルスを発生するクロックパルス発生器と、前記クロックパルス発生器のパルス数を電磁弁のリリース期間だけ計測する積算計数器と、スチームオーブンの電源投入時に前記積算計数器をリセットするリセット回路と、を有する水漏れ防止回路を設け、前記水漏れ防止回路の電源は、前記電磁弁電源に接続されており、
   前記水漏れ防止回路は、前記コントローラが前記電磁弁の制御に失敗したことにより、危険量を超える水漏れが発生することを防止するために、バルブのリリース延べ時間の最大限界を算出し、前記リリース延べ時間に対応するクロックパルス数を前記積算計数器の最大計数値として設定し、
   前記積算計数器の計数値が前記最大計数値を超えたときに、前記電磁弁電源又はスチームオーブンの主電源を切断し、前記電磁弁を強制的にクローズ状態にする
   ことを特徴とする航空機用スチームオーブン。
2. 請求項１において、前記クロックパルス発生器は前記電磁弁のリリース期間の最初のタイミングに一致させてクロックパルスの発生動作を開始し、リリース期間の終了のタイミングでクロックの発生動作を停止するようにしたクロックパルス発生器である
   前記水漏れ防止機能を備えた航空機用スチームオーブン。

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