JP6533681B2 - 火災抑制システムおよび低速放出システム - Google Patents

Description

本開示は、火災抑制システムに関し、より具体的には、温度および圧力の関数として火災抑制剤の流量を制御する火災抑制システムのための流量制御システムに関する。

火災抑制システムは、一般的に、高速放出（ｈｉｇｈ ｒａｔｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ「ＨＲＤ」）火災抑制剤システムおよび低速放出（ｌｏｗ ｒａｔｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ「ＬＲＤ」）火災抑制剤システムを備える。典型的には、ＬＲＤシステムは、一般的に、一定の質量流量で火災抑制剤を配備する、および／または放出するように構成され得る。典型的なシステムでは、質量流量が一定のままであり続け、望ましくない動作条件で、最小濃度の火災抑制剤を提供し得る。その際、典型的なシステムは、航空機運航中の周囲圧力および温度等の実際の周囲パラメータを考慮しない場合がある。

様々な実施形態において、火災抑制システムは、高速放出システムおよび低速放出システムを備え得る。高速放出システムは、火災抑制剤の第１の部分を航空機構造に放出するように構成され得る。低速放出システムは、火災抑制剤の第２の部分を航空機構造に放出するように構成され得る。低速放出システムは、バルブおよびオリフィスを備え得る。バルブは、航空機構造の周囲圧力を感知するように構成され得る。オリフィスは、バルブを介してある質量流量の火災抑制剤を受容するように構成され得る。

様々な実施形態において、ＬＲＤシステムは、ボトルおよびポペットバルブを備え得る。ボトルは、加圧火災抑制剤を保持するように構成され得る。ポペットバルブは、ボトルと流体的に連通し得る。ポペットバルブは、ＬＲＤシステムの作動に応じてボトルからの火災抑制剤の流量を調節するように構成され得る。ポペットバルブはまた、周囲温度および周囲圧力に応じて火災抑制剤の流量を調節するようにも構成され得る。

前述の特徴および要素は、別途本明細書に明示的に示されない限り、独占されることなく様々な組み合わせで組み合わされ得る。これらの特徴および要素、ならびに開示される実施形態の操作は、以下の説明および添付図面に照らして、より明白になるであろう。本開示の主題は、本明細書の結論部分において詳しく指摘されているとともに明確に主張されている。しかしながら、本開示のより完全な理解は、同様の符号が同様の要素を表す線状図面に関連して考慮するときに、発明を実施するための形態および特許請求の範囲を参照することで、最も良く得ることができる。

様々な実施形態に従って、制御ユニットおよび火災抑制剤流量制御システムを含む、火災抑制システムの概略図である。 様々な実施形態に従って、火災抑制システムの一部であるポペットバルブを例示する説明図である。

本明細書の発明を実施するための形態の例示的な実施形態は、実例として例示的な実施形態を示している添付図面を参照する。これらの例示的な実施形態は、当業者が本発明を実行することができるように十分詳しく記載されているが、本発明および本明細書における教示に従って、他の実施形態が実現され得ること、ならびに設計および構成における論理的な変更および適応が行われ得ることを理解すべきである。このため、本明細書の発明を実施するための形態は、例示の目的のために提示されているに過ぎず、これに限定する目的で提示されているものではない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義されている。例えば、方法またはプロセス説明のいずれかにおいて列挙されるステップは、いかなる順序で実行されてもよく、必ずしも提示された順序に限定されるものではない。さらに、単一の実施形態へのあらゆる言及は複数の実施形態を含んでおり、２つ以上の構成要素またはステップへのあらゆる言及は、単一の実施形態またはステップを含み得る。また、取り付けられた、固定された、結合された等へのあらゆる言及は、恒久的な、除去可能な、一時的な、部分的な、完全な、および／または任意の他の可能な付随選択肢を含み得る。加えて、接触なし（あるいは同様の語句）へのあらゆる言及もまた、減少した接触あるいは最小限の接触を含み得る。

さらに、単一の実施形態へのあらゆる言及は複数の実施形態を含んでおり、２つ以上の構成要素またはステップへのあらゆる言及は、単一の実施形態またはステップを含み得る。異なる表面陰付き線は、図面を通して、異なる部品を表すために使用され得るが、必ずしも同一または異なる材料を表すために使用されなくてもよい。

様々な実施形態において、また図１を参照して、火災抑制システム１１０は、火災抑制剤（火災を消火するために使用される、例えば、ハロン（ＨＡＬＯＮ）（登録商標）等の不活性ガスおよび／または化学薬剤）を航空機構造１２０に放出するように構成され得る。火災抑制システム１１０は、高速放出（ＨＲＤ）システム１４０および低速放出（ＬＲＤ）システム１３０で構成され得る。ＨＲＤシステム１４０は、火災抑制剤を保管および／または保持するように構成されるボトル１４２（例えば、圧力容器）を備え得る。ＨＲＤシステム１４０はまた、排出装置１４４（例えば、流量調節装置、オリフィス、ノズル、ディフューザー、および／または同等物）も備え得る。流量調節装置１４４は、ＨＲＤシステム１４０の作動に応じて、ボトル１４２から配備される火災抑制剤の放出を指示するように構成され得る。

様々な実施形態において、ＬＲＤシステム１３０は、圧力容器ならびに／またはボトル１５０、作動機構１５５、バルブ１６０、およびオリフィス１７０を備え得る。ボトル１５０は、火災抑制剤（例えば、ハロン）を配備および／または収容するように構成され得る。作動システム１５５は、ボトル１５０中に火災抑制剤を収容および／または保持するように構成され得る。作動システム１５５は、例えば、爆発装置および／または任意の他の好適な作動システムを含む、任意の好適な作動システムであり得る。さらに、作動システム１５５は、ボトル１５０に収容される火災抑制剤の漏出を最小化および／または排除するように構成される気密シールを作製し得る。バルブ１６０は、火災抑制剤流量を受け、ボトル１５０から放出される火災抑制剤の流量、圧力、および／または他の特質を調節するように構成され得る。さらに、バルブ１６０は、所定の条件で、ボトル１５０からの火災抑制剤をオリフィス１７０に導くように構成され得る。この所定の条件は、航空機構造における、および／またはＬＲＤシステム１３０に及ぼされる温度および圧力等の周囲条件に基づいて異なり得る。

様々な実施形態において、ＨＲＤシステム１４０は、火災の最初のノックダウンを提供するように構成され得る。その際、ＨＲＤ部分１４０は、航空機構造１２０における火災の伝搬を最初に鎮静する、最小化する、および／または制限するように構成され得る。ＬＲＤ部分１３０は、火災抑制剤の流量の継続時間の延長を提供するように構成され得、航空機構造１２０において、火災の再発生および／または火災の伝搬を鎮静し、航空機構造１２０の薬剤濃度レベルを低下させる可能性のある空気循環、漏出、および／または同等物の効果を相殺するのに十分な薬剤濃度レベルを維持することができる。ＦＡＡ規則は、ＬＲＤシステムが、少なくとも３％以上の（例えば、区画容積における火災抑制剤の濃度である）火災抑制剤容積濃度を維持することを要求し得る。

様々な実施形態において、また図２を参照して、バルブ２６０は、ポペット式バルブであり得る。バルブ２６０は、ベローズ２６２、ポペット２６４、およびポペットシート２６６を備え得る。バルブ２６０は、圧力チャンバ２６５をさらに備えるか、および／または定め得る。圧力チャンバ２６５は、ＬＲＤシステムからの流量抑制剤Ｈ_Iを受容するように構成され得る。流量Ｈ_Iは、圧力チャンバ２６５中に導かれ、圧力チャンバ２６５内の圧力がベローズ２６２に加わる力の発生を増大させ、ポペット２６４の運動によりポペット２６４がポペットシート２６６に対して閉じる。Ｈ_O方向における低い下流圧力は、ポペット２６４に作用し、ポペット２６４をポペットシート２６６から離すように動かす。その際、Ｈ_Iは、ポペット２６４を周り、ポペットシート２６６を通過し、流れＨ_Oとしてオリフィスまたは他の好適な流量制御装置に、ＬＲＤシステムの下流に流れるように構成され得る。

様々な実施形態において、ベローズ２６２は、ベローズの外部表面の周囲圧力（例えば、周囲圧力＝Ｐ_A）に曝され得る。さらに、ベローズ２６２の内部表面は、任意の計測オリフィスおよび／または装置の上流の火災抑制剤圧力Ｐ_Hに曝され得る。周囲圧力Ｐ_Aが上昇すると、ベローズ２６２は、ポペット２６４を開けるように圧縮し得る。その際、ポペット２６４は、ポペットシート２６６から離れるか、またはそこから移動し得る。

様々な実施形態において、また図１を参照して、火災抑制システム１１０は、コントローラ１８０とさらに結合するか、および／または電子通信し得る。コントローラ１８０は、ＬＲＤシステム１３０および／または航空機構造１２０の質量流量および周囲条件を監視するように構成され得る。その際、コントローラ１８０は、バルブ１６０および／またはオリフィス１７０を通る流量を監視し得る。さらに、コントローラ１８０は、バルブ１６０、オリフィス１７０、および／または航空機構造１２０における温度および圧力を監視し得る。コントローラ１８０は、メモリおよびプロセッサを備え得る。さらに、コントローラ１８０は、任意の好適なソフトフェアおよび／またはコンピュータ実行可能命令を格納し、実行するように構成され得る。

様々な実施形態において、火災抑制剤の３％以上の濃度レベルを実現するために、火災抑制剤の質量流量が変化する必要があり得る。その際、航空機構造１２０の空気密度ならびに／またはベイ圧力および温度の変化は、少なくとも３％の火災抑制剤濃度を実現するために異なる質量流量を必要とすることを要求し得る。火災抑制剤の濃度は、以下によって定義され得る：

上記式中、
Ｒ＝火災抑制剤の質量流量（例えば、ポンド／分）
Ｃ＝容積パーセントでの薬剤容積濃度
Ｅ＝ベイ換気率または漏出率（例えば、容積／分）
Ｓ＝火災抑制剤蒸気の比容積（例えば、単位質量当たり容積）
様々な実施形態において、火災抑制剤Ｈ_IまたはＨ_Oの比容積Ｓは、温度および圧力の両方に基づいて変化し得、例えば、比容積は、温度の上昇に伴って上昇し得る。比容積はまた、周囲圧力の減少に伴って上昇し得る。したがって、比容積が上昇すると、火災抑制剤の３％濃度を持続させるために必要とされる質量流量は、減少され得る。その際、航空機構造１２０の高温および低区画圧力といった条件（例えば、航空機構造１２０が、高度に位置する際）は、航空機構造１２０が比較的低温および／または高区画圧力のときよりも、ＬＲＤシステム１３０から少ない質量流量を要求し得る。

様々な実施形態において、また図１および２を参照して、バルブ１６０／２６０の下流に位置するオリフィス１７０の適切な大きさにより、ベローズ２６２に作用する内部圧力Ｐ_Hを上昇させることが可能であり得る。高温において、圧縮液化気体薬剤はより高圧を有し、結果として、より高温において、ベローズの内部で作用するより高い内部圧力Ｐ_Hが存在し、ベローズ２６２がポペット２６４をポペットシート２６６に対してさらに閉じる。この構造は、火災抑制剤の流量を低下させ得る。低温において、火災抑制剤はより低圧であり得、ベローズ２６２はポペット２６４を開け（例えば、ポペット２６４をポペットシート２６６から離れるように移動させ）、より高い流量Ｈ_Oをもたらし得る。

オリフィス１７０の大きさおよび／または流量範囲の制御は、低温では流量Ｈ_Oの上昇を、高温では流量Ｈ_Oの減少を提供し得る。

本明細書に記載される消火システムは、任意の好適な航空機構造において配備され得る。例えば、本明細書に記載される消火システムは、貨物室および他の航空機構造において、航空機、構造体、および／または車両における任意の好適な防火システムの一部として、配備および／または使用され得る。

利益、他の利点、および問題の解決手段が、特定の実施形態に関して本明細書に記載されている。さらに、本明細書に含まれる種々の図面に示された接続線は、種々の要素間の例示的な機能的関係および／または物理的結合を表すように意図されている。実際のシステムには、多くの代替となる、もしくは追加の機能的関係または物理的接続が存在し得ることに留意されたい。しかしながら、利益、利点、課題の解決手段、および生じるか、またはより顕著になるように、何らかの利益、利点、または課題の解決手段を生じ得るあらゆる要素は、本発明の重大な、必須の、もしくは本質的な機能または要素であるとは解釈されない。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲以外のなにものにも制限されず、単一の要素への言及は、明白にそのように記述されない限り「唯一の」を意味するとは意図されず、むしろ「１つ以上」を意味する。さらに、特許請求の範囲において、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」と同様の語句が使用される場合、その語句は、ある実施形態にＡ単体が存在してもよく、ある実施形態にＢ単体が存在してもよく、ある実施形態にＣ単体が存在してもよいこと、あるいは要素Ａ、Ｂ、およびＣのあらゆる組み合わせ、例えば、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、もしくはＡおよびＢおよびＣが、単一の実施形態に存在してもよいことを意味することが意図される。

システム、方法、および装置が、本明細書に提供される。本明細書の発明を実施するための形態において、「様々な実施形態」、「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「ある例示的実施形態」等への言及は、記載される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含み得るが、すべての実施形態が、必ずしもその特定の特徴、構造、または特性を含まなくてもよいということを示す。その上、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を言及するわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が、ある実施形態に関連して記載される場合、明白に記載されているかどうかにかかわらず、それらが他の実施形態に関連するそのような特徴、構造、または特性に影響することは、当業者の知識の範囲内であると考えられる。本説明を理解した後であれば、代替の実施形態において、どのように本開示を実施するかは、関連分野（複数可）の当業者には明らかであろう。

さらに、本開示におけるどの要素、構成要素、または方法のステップも、要素、構成要素、または方法のステップが、特許請求の範囲に明白に列挙されているかどうかにかかわらず、公衆に寄与することを意図していない。本明細書における特許請求の範囲のどの要素も、その要素が「〜のための手段」という語句を用いて明示的に列挙されない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の条項に基づくとは解釈されない。本明細書において使用される場合、「備える」、「備えること」、またはそれらのあらゆる他の変形は、羅列された要素を備えるプロセス、方法、物品、または装置が、それらの要素だけを含んでいるのではなく、明示的に羅列されていない他の要素、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に本来備わっている他の要素を含み得るように、非排他的包含に及ぶことが意図される。

Claims (13)

1. 火災抑制システムであって、
   火災抑制剤の第１の部分を航空機構造に放出するように構成される高速放出システムと、
   火災抑制剤の第２の部分を前記航空機構造に放出するように構成される低速放出システムと、を備え、この低速放出システムは、
   前記航空機構造の周囲圧力を感知するように構成されるバルブを備え、このバルブは、
   ポペットシートと、
   前記バルブを通って流れる火災抑制剤の質量流量を変化させるように、前記ポペットシートに向かう方向あるいは前記ポペットシートから離れる方向の少なくとも一方に動作するように構成されるポペットと、
   前記ポペットに連結されたベローズであって、前記航空機構造の周囲圧力の変化に応じて伸張または圧縮するように、前記航空機構造の周囲圧力に曝されるように設けられた第１の表面と、火災抑制剤の第２の部分の火災抑制剤圧力に曝されるように設けられた第２の表面と、を有するベローズと、を有し、前記ポペットは、前記ベローズの伸張または圧縮によって、前記バルブを通って流れる火災抑制剤の質量流量を調節するように、前記ポペットシートに向かう方向あるいは前記ポペットシートから離れる方向の少なくとも一方に動作し、
   さらに、前記バルブを介して火災抑制剤の前記質量流量を受容するように構成されるオリフィスを備える、火災抑制システム。
2. 前記質量流量が、前記航空機構造の前記周囲圧力の関数である、請求項１に記載の火災抑制システム。
3. 前記バルブが、前記火災抑制剤を受容するように構成される圧力チャンバを備える、請求項１に記載の火災抑制システム。
4. 前記第１の抑制剤の前記質量流量が、前記火災抑制剤の比容積の関数である、請求項３に記載の火災抑制システム。
5. 前記火災抑制剤の前記比容積が、周囲温度および周囲圧力のうちの少なくとも１つの関数として変動する、請求項４に記載の火災抑制システム。
6. 前記航空機構造における周囲温度条件および周囲圧力条件のうちの少なくとも１つを監視するように構成されるコントローラをさらに備える、請求項１に記載の火災抑制システム。
7. 前記コントローラが、前記バルブのチャンバ圧力を監視するように構成される、請求項６に記載の火災抑制システム。
8. 低速放出システムであって、
   加圧火災抑制剤を保持するように構成されるボトルと、
   前記ボトルと流体的に連通し、前記低速放出システムの作動に応じて、前記ボトルからの火災抑制剤の流量を調節するように構成されるポペットバルブであって、周囲温度および周囲圧力の関数として、火災抑制剤の前記流量を調節するように構成されるポペットバルブと、を備え、このポペットバルブは、
   ポペットシートと、
   前記ポペットバルブを通って流れる火災抑制剤の質量流量を変化させるように、前記ポペットシートに向かう方向あるいは前記ポペットシートから離れる方向の少なくとも一方に動作するように構成されるポペットと、
   前記ポペットに連結されたベローズであって、周囲圧力の変化に応じて伸張または圧縮するように、周囲圧力に曝されるように設けられた第１の表面と、火災抑制剤圧力に曝されるように設けられた第２の表面と、を有するベローズと、を含み、前記ポペットは、前記ベローズの伸張または圧縮によって、火災抑制剤の前記流量を調節するように、前記ポペットシートに向かう方向あるいは前記ポペットシートから離れる方向の少なくとも一方に動作する、低速放出システム。
9. 前記周囲温度および周囲圧力が、航空機構造に関連付けられている、請求項８に記載の低速放出システム。
10. 火災抑制剤の前記流量が、オリフィスを通過し、オリフィスによってさらに調節される、請求項８に記載の低速放出システム。
11. 前記ベローズは、前記ボトル内の前記火災抑制剤と流体的に連通する、請求項８に記載の低速放出システム。
12. 前記低速放出システムが、コントローラと電子通信しており、前記コントローラが、前記ポペットバルブを監視するように構成される、請求項８に記載の低速放出システム。
13. 前記火災抑制剤の前記流量は、さらに前記火災抑制剤の比容積の関数である、請求項８に記載の低速放出システム。

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