JP7021424B2 - 機内不活性ガス生成空気分離モジュール回復装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、航空機のための機内不活性ガス発生システム空気分離モジュール回復装置及び方法に関し、より詳細には、空気分離効率を回復するために調整された空気流温度および流量レジームを実装した回復装置及び方法に関する。

航空機の燃料タンク内の可燃性又は引火性物質の確率を減少させるために、現在の機内不活性ガス生成システム（「ＯＢＩＧＧＳ」）は典型的に、燃料タンクのアレージ内にある量の窒素を生成し供給するように設計された中空糸膜を有する空気分離モジュール（「ＡＳＭ」）を含む。増加した窒素のパーセンテージは、アレージ内の可燃性ガスの濃度を低下させ、それによって、複合ガスの可燃性を低減させるように作用する。典型的なＯＢＩＧＧＳは、不活性ガス発生のための加圧入口空気の供給源としてエンジン抽気を利用する。しかし、時間とともに、航空機エンジンからの抽気によって運ばれる汚染物質が蓄積し、最終的にシステムの障害につながるＡＳＭ性能の低下を引き起こす傾向がある。これらの汚染物質のいくつかは、反応によって繊維材料に恒久的な物理的損傷が生じるような方法で繊維材料と化学的に反応することがある。中空糸膜内に他の汚染物質（例えば、重質炭化水素、油等）が凝集して、ガス分離を可能にするために利用可能な繊維表面領域を減少させることがある。このようなＡＳＭ性能の低下が生じるとき、凝集した汚染物質を中空糸膜の表面から除去することによって性能を回復させることができる。

凝集した汚染物質を除去するために、化学洗浄法、バックパルス法（back-pulsing method）、およびフラッシング法がそれぞれ過去に使用されてきた。しかし、これらの方法は、工業用途及び水ろ過用途向けに設計され、航空機上で作動するＯＢＩＧＧＳ向けに設計されたのではないＡＳＭの中空糸膜に使用されていた。結果として、このような方法は、航空機に搭載されたＯＢＩＧＧＳ用に設計されたＡＳＭに実装することは困難であることが判明しており、それは他の航空機システムへの汚染のリスク、洗浄剤に対する中空糸膜の許容範囲の不確実性、及び搭載されたＡＳＭに洗浄方法を適切に実行できないことに起因する。

従って、本発明の目的は、これらの方法の欠点に対処し、さらにＯＢＩＧＧＳユニット上のＡＳＭ性能を改善するための効率的で信頼できる方法の必要性に対処することである。

先行技術のＡＳＭ回復方法の上記の欠点に鑑み、汚染されたＡＳＭを許容可能な性能レベルに戻すためのＡＳＭ回復方法の実施形態は以下を含んでよい。
ａ）空気源とヒータとを備えた回復システムをデフォルト条件で動作させるステップと、
ｂ）ＮＥＡ排気の初期純度を測定するステップと、
ｃ）測定されたＮＥＡ排気の初期純度に基づいて空気源とヒータの少なくとも一方を調整するステップと、
ｄ）空気源とヒータの少なくとも一方を調整した後に回復システムを動作させるステップと、
ｅ）空気源とヒータをデフォルト条件に戻すステップと、
ｆ）ＮＥＡ排気の回復された純度を測定するステップと、
ｇ）回復された純度が所定の許容範囲内にあるかどうかを決定するステップであって、
ｉ）回復された純度が所定の許容範囲内である場合は、回復システムの動作を終了させる、又は、
ｉｉ）回復された純度が所定の許容範囲内にない場合は、ステップｃ）乃至ｇ）を繰り返す、ステップ。

本方法は、ステップａ）の前に１つ以上の航空機システムを停止し、ステップｇ）ｉまで電力なしに航空機システムを維持するステップをさらに含んでよい。この方法はまた、ステップａ）の前にＡＳＭを回復システムの入口コネクタ及び出口コネクタに接続するステップと、ＡＳＭを他の航空機システムから隔離するステップとをさらに含んでよい。

本発明の一つの態様では、回復システムは航空機の機内不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）内に組み込まれ、デフォルト条件は標準ＯＢＩＧＧＳ動作条件を模倣する。

本発明のさらなる態様では、初期純度及び回復された純度の各々は酸素センサで測定されてよく、空気源及びヒータの少なくとも１つを調整した後に回復システムを運転するステップは、空気源とヒータをデフォルトの条件に戻す前の所定の期間に行われる。

本発明の別の態様では、ＮＥＡ排気の測定された初期純度に基づいて空気源及びヒータの少なくとも１つを調整するステップは、デフォルトの空気流量より約１倍から約５倍大きい調整された空気流量を出力するように空気源を調整するステップを含む。より詳細には、調整された空気流量は、デフォルトの空気流量よりも約２倍から約３倍大きい。さらなる態様では、ＮＥＡ排気の測定された初期純度に基づいて、空気源とヒータの少なくとも一方を調整するステップは、約１００°Ｆ～約３００°Ｆの調整された空気温度を有する加熱空気を出力するようにヒータを調整するステップを含む。より具体的には、調整された空気温度は、約２００°Ｆから約２５０°Ｆの間にあってよい。

本発明の別の態様によれば、空気分離モジュール（ＡＳＭ）の空気分離性能を回復するための装置は、ａ）高圧入口空気の空気流を装置に提供するように構成された空気源と、ｂ）入口空気をろ過して清浄空気を出力するように構成されたフィルタと、ｃ）入口空気又は清浄空気のいずれかを加熱するように構成されたヒータと、及び、ｄ）ＡＳＭと結合するように構成された入口コネクタ及び出口コネクタであって、加熱された清浄空気は、入口コネクタを介してＡＳＭに供給され、ＮＥＡ排気は、出口コネクタを介して出力される、ところの入口コネクタ及び出口コネクタを備えてよい。空気源及びヒータは、空気源がデフォルト空気流量を出力し、ヒータがデフォルト空気温度を有する加熱空気を出力するそれぞれのデフォルト条件で最初に作動してよい。空気源とヒータの少なくとも一方を調整することにより、空気源がＡＳＭの空気分離性能を回復するように構成された回復空気流量を出力し、及び／又はヒータが、ＡＳＭの空気分離性能を回復するように構成された回復空気温度を有する加熱空気を出力することができる。

本発明の別の態様では、装置はさらに、空気源の下流に位置し高圧入口空気の空気圧を調整するように構成され得る圧力調整弁と、フィルタの下流にある流量計であってフィルタによって出力された清浄空気の流量を監視するように構成された流量計と、入口コネクタの上流の流量制御弁であってＡＳＭに送られる加熱された清浄空気の流量を調節するように構成され得る流量制御弁と、入口コネクタの上流の遮断弁であって空気がＡＳＭに供給されないように構成された遮断弁と、該遮断弁及びヒータからのフィードバック信号を受信するように構成されたコントローラであってＡＳＭの空気分離性能を回復するために装置の動作を制御し、開始し、又は終了するように構成されたコントローラ、のうちの一つ又は複数を備えてよい。コントローラは、ＡＳＭの空気分離性能を回復するためにコントローラを手動で制御して装置を開始し、終了させ、又は手動で調整することを可能にするユーザインターフェースをさらに備えてよい。

本発明の別の態様によれば、空気分離モジュール（ＡＳＭ）の空気分離性能を回復するための装置は、航空機の機内不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）及びコントローラを含む場合がある。ＯＢＩＧＧＳは、エンジン抽気から成る高圧入口空気の空気流を提供するように構成された空気源と、エンジン抽気をろ過して清浄空気を排出するように構成されたフィルタと、エンジン抽気又は清浄空気のどちらかを加熱するように構成されたヒータと、加熱清浄空気を受け取り、窒素富化空気（ＮＥＡ）排気を出力するように構成された中空糸膜を含むＡＳＭと、を備えてよい。コントローラは、空気源及びヒータからフィードバック信号を受信するように構成されてよく、コントローラは、装置の動作を制御、開始又は終了するように構成される。空気源及びヒータは、空気源がデフォルト空気流量を出力し、ヒータがデフォルト空気温度を有する加熱空気を出力するそれぞれのデフォルト条件で初め動作してよい。空気源とヒータの少なくとも一方は、コントローラによって調整され、それによって空気源がＡＳＭの空気分離性能を回復するように構成された回復空気流量を出力し、及び／又はヒータが、ＡＳＭの空気分離性能を回復するように構成された回復空気温度を有する加熱空気を出力してよい。

本発明のさらなる態様では、ＯＢＩＧＧＳはさらに、空気源から下流の圧力調整弁であってコントローラが高圧入口空気の空気圧を調整するように圧力調整弁を制御するように構成され得るところの圧力調整弁と、空気入口弁及び温度センサを有する熱交換器であってコントローラが温度センサの出力に応答して空気入口弁を制御するように構成され得るところの熱交換器と、コントローラがダンプ弁を制御するように構成され得るダンプ弁であってＡＳＭの空気分離性能の回復中に回復排気がダンプ弁を通って機外に導かれるところのダンプ弁、のうちの一つ又は複数を備えてよい。コントローラは、ＡＳＭの空気分離性能を回復するためにコントローラを手動で制御して装置を開始、終了、又は手動で調整することを可能にするユーザインターフェースをさらに備えることができる。

本発明のこれら及び他の特徴、態様並びに利点は、以下の図面、説明及び請求項を参照することによって、よりよく理解されるであろう。

本発明及びその多くの利点のより完全な理解及び認識のために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明が参照されるであろう。

図1はＮＥＡ純度対時間を比較するＡＳＭ回復方法の結果のグラフである。 図２は回復時間対回復温度を比較するＡＳＭ回復方法の結果のグラフである。 図３は本発明の一実施形態によるスタンドアロン、モバイルＡＳＭ回復システムの概略図である。 図４はＯＢＩＧＧＳシステムに統合されたＡＳＭ回復システムの一実施形態の概略図である。 図５はＯＢＩＧＧＳシステムに統合されたＡＳＭ回復システムの代替実施形態の概略図である。 図６は本発明の一実施形態によるASM回復方法のフローチャートである。

対応する参照文字は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。本明細書に示される例示は、本発明の目下の好適な実施形態を例示しており、そのような例示はいかなる方法でも本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

「汚染回復テスト」と題された先行技術のＡＳＭ回復方法のベースライン実験の結果の一例が図１を参照して示される。この実験では、顕著なＡＳＭ性能劣化が観察されるまで、２つの同様のＡＳＭ中空糸膜（それぞれユニット１及びユニット２、並びに曲線４、６として指定される）が、航空機のエンジン抽気に類似した汚染空気を含む空気流に最初にさらされた。図１に示すように、減少したＡＳＭ性能は、膜の飽和を示す安定平衡に達する前に観測されるＯ_２％における初期の急激な増加によって示される場合がある（Ｏ_２％の増加はＮ_２％の減少に対応する）。曲線４及び６によって示されるように、汚染された空気を受けているＡＳＭは、望ましくない、潜在的に引火しやすい酸素を所望の不活性窒素ガスから分離することが次第にできなくなっている。

参照符号２で示されるように、ＡＳＭ回復がその後、汚染された空気（航空機のエンジン抽気を真似た）を、雰囲気中に存在するような清浄空気の入力に置き換えることによって開始され、清浄空気は概して、炭化水素、分散した油滴、オゾン及び水蒸気のような物質等の汚染がないように調整されている。曲線４及び６に見られるように、約５０００分（８３時間）の実質的な期間を超えて、ＡＳＭユニットは、清浄空気の気流下での動作条件に対応する許容可能な性能レベルに回復した。例として、これだけに限定されるものではなく、許容可能な性能レベルは、特定のプラットフォームについて定義された寿命末期の限度より低いＯ_２％である場合がある。通常、ＡＳＭユニットは、回復動作後のＯ_２％が定義された寿命末期の限度の約５％以内にある場合に壊れたとみなされる。従って、汚染されたＡＳＭを通して通常の動作温度（一つの実施例の方法では、約１６０°Ｆ等）で清浄空気を流すことは、ＡＳＭを許容可能な性能レベルに戻すのに数日かかり得ることが理解されよう。

空気流温度（Ｘ軸）の関数としてのＡＳＭ性能回復時間（Ｙ軸）が、図２の曲線８により示される。清浄空気の空気流が汚染されたＡＳＭに３つの異なる温度、すなわち１６０°Ｆ、２００°Ｆ、及び２５０°Ｆで供給され、その後各温度について回復時間が割り出された。図から分かるように、空気流温度が上昇するにつれて、ＡＳＭの回復時間は減少した。最終的に、２５０°Ｆの空気流温度は、１時間未満の回復時間を達成した。さらに、清浄空気の空気流の流速を増加させると相乗効果が生じ、さらに回復時間が短縮されることが発見された。従って、清浄空気の気流の適切に調整された温度及び流量は、それ故に、１時間又はそれ未満のＡＳＭ回復時間を可能にし得る。より高い温度が使用され得ることに留意すべきであるが、そのような温度は航空機に望ましくないリスクをもたらす場合がある。

次に図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＡＳＭ回復システムのスタンドアロン、モバイルユニットの概略が、参照番号１０によって全体的に示される。ＡＳＭ回復ユニット１０は、多量の周囲空気を周囲環境から回復ユニット１０に引き込み、空気を圧縮して入口空気の加圧空気流を生成することができる圧縮機（コンプレッサ）１２を含んでよい。整圧器１４は、空気供給ライン１３を介して圧縮機１２の下流に配置されてよい。整圧器１４は、回復されるべきＡＳＭの通常の作動圧力に対応するように選択され得る所望の圧力レベル、例えば３０ｐｓｉｇに設定されてよい。整圧器１４の下流には、清浄空気の空気流を出力するために潜在的な汚染物質の実質的な部分を除去することによって空気流をろ過するように適合されたフィルタモジュール１６がある。フィルタモジュール１６は、例えば、これに限定されないが、微粒子フィルタ、カーボンベッドフィルタ、及び／又は合体フィルタ等、任意の数又はタイプのフィルタを含んでよい。

流量計１８は、フィルタモジュール１６の下流に配置され、コントローラ２０と通信することができる。少なくとも１つの圧力センサ２２もまた清浄空気供給ライン１５に接続され、コントローラ２０と通信してよい。圧力センサ２２及び流量計１８の下流には、遮断弁２４及びヒータ２６（例えば電気ヒータ）があってコントローラ２０と通信する。遮断弁２４及びヒータ２６の下流で、少なくとも１つの温度センサ２８が清浄空気供給ライン１５に接続され、コントローラ２０と通信してよい。遮断弁２４及びヒータ２６の下流で流量制御弁３０もまた清浄空気供給ライン１５に接続され、コントローラ２０と通信してよい。

流量制御弁３０の下流には、ＡＳＭ３３の膜入口とのインターフェースに使用され得る適切な入口コネクタ３２がある。回復ユニット１０はまた、ＡＳＭ３３の膜出口とインターフェースするために使用される適切な出口コネクタ３４を備えることができる。酸素（Ｏ_２）センサ３６は、出口コネクタ３４に結合され、コントローラ２０と通信して、ＡＳＭ排気内のＯ_２％を測定し、ＡＳＭ３３の空気分離効率及び得られた窒素富化空気（ＮＥＡ）の純度を示し得る。次いでＡＳＭ排気は、出口３８を介して出力され得る。図３に示されるように、実線は、システム構成要素１８（流量計）、２２（圧力センサ）、２８（温度センサ）、及び３６（Ｏ_２センサ）からコントローラ２０への入力を示す。破線は、システム構成要素２４（遮断弁）、２６（ヒータ）、及び３０（流量制御弁）へのコントローラ２０の出力を示す。

流量計１８（例えば、機械式、圧力式、光学式等）は、清浄空気供給ライン１５内の清浄空気のろ過された空気流の容積流量を感知、測定、通信、及び／又は記録するように機能し得る。圧力センサ２２（例えば、トランスデューサ）は、清浄空気供給ライン１５内の気流の圧力を感知し、測定し、伝達し及び／又は記録するように機能してよく、温度センサ２８（例えば、温度計、サーミスタ等）は、清浄空気供給ライン１５内の気流の温度を感知し、測定し、通信し、及び／又は記録するように機能してよい。ヒータ２６は、清浄空気供給ライン１５内の空気流の温度を調整（上げる、及び／又は下げる）するように機能してよい。遮断弁２４は、圧縮機１２から入口コネクタ３２への空気流を効果的に停止させるように機能してよい。流量制御弁３０は、清浄空気供給ライン１５内の空気流量を調整するように機能してよく、Ｏ_２センサ３６はＡＳＭ排気中のＯ_２％を感知、測定、伝達及び／又は記録するように機能してよく、Ｏ_２％はＡＳＭユニットから排出される窒素富化空気（ＮＥＡ）出力空気の純度を示す。回復ユニット１０は、ＡＳＭ出力空気サンプルを捕捉して測定するように構成されたコンポーネント（構成要素）をさらに含んでよいことを理解されたい。

システム動作中、コントローラ２０は、流量計１８、圧力センサ２２、温度センサ２８、及び／又はＯ_２センサ３６から通信された任意のデータを受信し、監視し、解析することができる。コントローラ２０は、ルックアップテーブルまたは他のプログラムされたロジックを記憶するメモリを含むことができ、それによってコントローラ２０は、受信データの一部又は全部を比較及び計算するように動作し、及び、所望のＡＳＭ回復率を達成するために空気流の適切な流量及び温度を自動的に決定することができる。続いて、コントローラ２０はその後、ヒータ２６及び流量制御弁３０を介して清浄空気の気流温度及び流量の一方又は両方をそれぞれ調整することができる。計算された流量及び温度は、ＡＳＭ排気の測定された純度に基づいてよい。このように、ある期間にわたって、コントローラ２０は、通信された測定純度に従って、空気流量及び／又は温度を周期的に調整するようにプログラムされ得る。このような定期的な調整は、測定された純度が完全な回復と見なされるレベルに達するまで、又は所定の期間の完了まで生じ得る。上述したように、「完全な回復」は、プラットフォーム特有であり得、１つ以上の回復サイクルに続く最終的な純度はその特定のＡＳＭ及びプラットフォームについて定義された寿命末期の限度を下回らなければならない。

また、コントローラ２０は、作動的に接続されたＡＳＭから測定された特性に基づいて、すべての計算及び／又は決定を行ってもよく、行わなくてもよいことも理解されたい。コントローラ２０は、ＡＳＭの中空糸膜が目詰まりしたり破損し得るときを検出するように構成されてもよいことがさらに理解されるべきである。ある状況では、例えば、空気流の測定温度が、例えばＡＳＭ材料の構造的完全性を損なうかもしれない高温のような安全でないレベルにある場合、又はオペレータコマンドが提供された場合、コントローラ２０は、いずれかの下流のシステム構成要素（すなわち、ヒータ２６、流量制御弁３０、清浄空気供給ライン１５等）及び／又は接続されたＡＳＭユニット３３を損傷する前に、空気流を完全に停止させるために遮断弁２４を実装することができる。

ある例において、限定されるものではないが回復ユニット１０が圧力センサ２２及び／又は温度センサ２８を含まない場合等では、コントローラ２０は、コントローラメモリに格納された様々な所定の回復データプロファイル又はサイクルプログラムを実装することができる。回復ユニット１０はデフォルト条件の下で動作し、それによって初期ＡＳＭ排気純度が測定され得る（例えば、Ｏ_２センサ３６を介して）。コントローラ２０は、回復データプロファイル又はサイクルプログラムに応じて空気流量及び／又は温度を周期的に調整するようにプログラムされてもよく、そのような調整のパラメータは、測定された初期ＡＳＭ排気純度から得られる。

次に図４を参照して、図４は、航空機のＯＢＩＧＧＳに統合され得るＡＳＭ回復システム４０を示す。ＯＢＩＧＧＳユニットの一例が、共有に係る米国特許第６，９９７，９７０号明細書に示され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。ＯＢＩＧＧＳ４０は、概して、コントローラロジック内に格納されたプレインストール回復サイクルプログラムを有するＯＢＩＧＧＳコントローラ４２を含む。回復サイクルプログラムは、少なくとも１つのエンジンが動作している状態で航空機が地上にあるときにコントローラ４２がＡＳＭ回復サイクルを作動させることを可能にし得る。航空機オペレータ（例えば、パイロット、地上クルー又は保守員）は、ＡＳＭ回復サイクルプログラムの動作を開始するための１つ又は複数のコマンドを実行することによって、回復サイクルを開始することができる。

ＯＢＩＧＧＳ４０は、コントローラ４２と通信し、ＯＢＩＧＧＳ供給ライン４１の入口に配置され得る圧力調整／遮断弁４４（「整圧器」）を含んでよい。少なくとも１つの航空機エンジンが動作しているとき、整圧器４４は、（複数の）航空機エンジンからの抽気の入口空気（水蒸気、オゾン、炭化水素、及び微粒子のうちの１つ又は複数を含む汚染空気であり得る）が選択された圧力でＯＢＩＧＧＳ４０に入ることができるように調整され得る。整圧器４４はまた、供給ライン４１及び／又はＯＢＩＧＧＳ構成要素が損傷されないことを確実にするために、空気流圧力が所定の圧力閾値に達するか又はそれを超える場合に、入口空気の空気流を止めることができる。

整圧器４４の下流側に、コントローラ４２と通信する、抽気がオゾンコンバータ４５を通過した後の気流の圧力降下を測定するように構成された圧力降下流量センサ４６があってよい。流量センサ４６の下流に熱交換器４８があってよい。熱交換器４８の前後にそれぞれ配置された温度センサ４７及び４９を使用して、熱交換器の効率を決定することができる。このようにして、センサ４７、４９が熱交換効率の問題を示さなければ、予定された保守作業を除くことができる。熱交換器４８の下流には、ＡＳＭ入口フィルタ５０が設けられており、ＡＳＭ入口フィルタ５０は、重質炭化水素、油等のような潜在的汚染物質の実質的な部分を除去することにより入口空気流をろ過するように適合され得、清浄空気供給ライン４３を介してＡＳＭ５８に送達するために清浄空気を出力することができる。圧力降下流量センサ５１は、入口フィルタ５０を通る空気流の圧力降下を監視することができる。入口フィルタ５０の下流に、コントローラ４２と通信して、ＡＳＭ５８に入る清浄空気供給ライン４３内の清浄空気の空気流の圧力及び温度を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサ５２と、少なくとも１つの温度センサ５４があってよい。圧力降下流量センサ５９は、ＡＳＭ５８を通る空気流の圧力降下を監視することができ、Ｏ_２センサ５６は、ＡＳＭ排気の酸素パーセント（Ｏ_２％）を監視することができる。上述のように、Ｏ_２％はＡＳＭ排気中のＮ_２％に相関する。

本発明の1つの態様において、熱交換器４８は、コントローラ４２と通信するラム空気弁６０を含んでよく、それによって熱交換器４８は、抽気の空気流が熱交換器４８を通過する前（温度センサ４７）及び後（温度センサ４９）に記録される空気温度を比較することによって示されるように、ＯＢＩＧＧＳ内の抽気の空気流の温度を対流調整することができる。本発明の別の態様では、ラム空気弁６０を用いるのではなく、バイパス弁（図示せず）を熱交換器４８の近くの位置で供給ライン４１に設けることができる。そのような場合、バイパス弁は、熱交換器４８を通る空気流を調整することによって、ＯＢＩＧＧＳ内のエンジン抽気の入口空気空気流の温度を調節するように構成される。最後に、Ｏ_２センサ５６は、ＡＳＭ排気（すなわち、ＮＥＡ出力空気）の純度を感知、測定、伝達、及び／又は記録するように機能することができる。ＯＢＩＧＧＳ４０は、ＡＳＭ排気サンプルを捕捉して測定するように構成された構成要素をさらに含んでよいことを理解されたい。

システム動作中、破線で示すように、コントローラ４２は、整圧器４４、流量センサ４６、５１、５９、温度センサ４７、４９、５４、圧力センサ５２、Ｏ_２センサ５６、及びラム空気弁６０等のシステムコンポーネントからの任意の通信データを受信し、監視し、分析してよい。コンポーネントデータによって示されるシステム状態に応じて、コントローラ４２は次に回復サイクルを開始することができる。回復サイクルは、航空機オペレータ（例えば、パイロット、地上クルー又は保守員）によって手動で開始されてよく、コントローラメモリ内に格納されたロジックによって決定されるようにコントローラ４２によって自動的に開始されてもよい。回復サイクルは、ＡＳＭ空気分離回復が所定のＮＥＡ純度を達成するまで作動してよく、又はサイクルは所定の期間作動してもよい。ＡＳＭ排気は、典型的には、Ｏ_２センサ５６の下流で航空機から放出され、ダンプ弁（図示せず）によって、又はＡＳＭ５８の出口６２を他の全ての航空機システムから切り離しＡＳＭ排気を大気に導くことによって放出されてよい。このように、回復サイクルの過程で生成された出力空気は、航空機の燃料タンクに注入されない。

次に図５を参照して、ＯＢＩＧＧＳに統合されたＡＳＭ回復システムの代替の実施形態が概して参照番号７０により示される。ＡＳＭを備えたＯＢＩＧＧＳ７０は、コントローラロジックにプレインストール回復サイクルプログラムを有する引火性低減システム（ＦＲＳ）コントローラ７２を含む。回復サイクルプログラムは、航空機が少なくとも１つのエンジンの作動中に地上にあるときに、ＦＲＳコントローラ７２がＡＳＭ回復サイクル作動させられるようにする。航空機オペレータ（例えば、パイロット）は、ＦＲＳコントローラ７２で１つ又は複数のコマンドを実行することによって回復サイクルを手動で開始して、ＡＳＭ回復サイクルプログラムの動作を開始することができる。ＡＳＭを備えたＯＢＩＧＧＳ７０は、ＦＲＳコントローラ７２と通信し、航空機のエンジンからの（汚染された）抽気の入口空気を受け取り、そのような入口空気をＯＢＩＧＧＳ供給ライン７１を通じて導くように配置される抽気遮断弁７４を含んでよい。遮断弁７４を通過する入口空気（エンジン抽気）は、オゾンコンバータ７５を通過し、その後熱交換器７８内に導かれてよく、又はＦＲＳコントローラ７２によって制御されるバイパス弁７６の作動時にＡＳＭ入口フィルタ８０へ導かれてよい。いずれの場合でも、温度センサ７７は、ＡＳＭ入口フィルタ８０に入る前に入口空気の温度を測定し、そのようなデータをＦＲＳコントローラ７２に通信する。ＡＳＭ遮断弁７９はまた、ＡＳＭ入口フィルタ８０の前に一列に配置されてよく、それによりＡＳＭ８８への入口空気の流入を調整することもできる。ＡＳＭ遮断弁７９の下流に、ＦＲＳコントローラ７２と通信する、ＡＳＭ入口フィルタ８０を通る空気流の圧力降下を測定するように構成された流量センサ８１があってよい。

ＡＳＭ入口フィルタ８０の下流には、ＦＲＳコントローラ７２と通信する少なくとも１つの圧力センサ８２及び少なくとも１つの温度センサ８４が設けられてよい。圧力センサ８２（例えば、トランスデューサ）は、清浄空気供給ライン７３内の清浄空気の空気流の圧力を感知し、測定し、通信し、及び／又は記録するように機能する場合があり、温度センサ８４（例えば、温度計、サーミスタ等）は、清浄空気供給ライン７３内の清浄空気の気流の温度を感知、測定、通信、及び／又は記録するように機能する場合がある。清浄空気は、清浄空気供給ライン７３を介してＡＳＭ８８に供給される。圧力降下流量センサ８９は、ＡＳＭ８８に渡る空気流の圧力降下を監視することができ、Ｏ_２センサ８６は、ＡＳＭ排気の酸素パーセント（Ｏ_２％）を監視することができる。温度センサ９０は、必要であればデュアルフロー弁９１を通じたＮＥＡガスの流量制御された通過及び燃料タンク９２の充填の前に、ＮＥＡガスライン８３を通ってＡＳＭ８８から出るＮＥＡ排気流の温度を感知し、測定し、通信し、及び／又は記録するように機能することができる。ダンプ弁９３は、燃料タンク９２がそれ以上の不活性化を必要としない場合、あるいは、ＦＲＳコントローラ７２が、温度センサ９０及び／又は酸素センサ８６から受信したデータを介して、ＡＳＭ８８が許容可能な性能閾値外で動作しており望ましくないガスや危険なガスを生成していることを決定する場合に、空気流を排出するために含まれてよい。ＡＳＭ８８と燃料タンク９２との間にフレームアレスタ９４を配置して、標準以下のＡＳＭによって生成され得る火炎を消火することができる。ＮＥＡガスライン８３内の空気の逆流を防止するために、１つ以上の逆止弁９６、９８もまた含まれてよい。ＡＳＭを備えたＯＢＩＧＧＳ７０は、ＡＳＭ排気（出力空気）サンプルを捕捉して測定するように構成された構成要素をさらに含んでよいことを理解されたい。

システム動作中、破線で示すように、ＦＲＳコントローラ７２は、温度センサ７７、８４及び９０、流量センサ８１及び８９、圧力センサ８２、及びＯ_２センサ８６等のシステム構成要素からの任意の通信データを受信し、監視し、分析してよい。コンポーネントデータによって示されるシステム条件に応じて、ＦＲＳコントローラ７２は次に、（例えば、航空機オペレータによって手動で、又はコントローラメモリに格納されたロジックによって決定されるように自動的に）回復サイクルを開始することができる。回復サイクルは、適切な制御信号（概して、ＦＲＳコントローラ７２からの実線で示される）を遮断弁７４、バイパス弁７６、ＡＳＭ遮断弁７９、デュアルフロー弁９１、及びダンプ弁９３等のシステム構成要素に送ることによって、ＡＳＭ空気分離回復が所定のＮＥＡ純度を達成するまで動作してよく、又はサイクルは所定の期間にわたって動作してもよい。ＡＳＭ排気は、典型的には、Ｏ_２センサ８６の下流で航空機から放出され、ダンプ弁によって、又はＡＳＭ８８の出口８７を他の全ての航空機システムから切り離しＡＳＭ排気を大気に導くことによって放出され得ることに留意されたい。このように、回復サイクルを通じて生成された出力空気は、航空機の燃料タンクに注入されない。

概して、回復システムに対応する回復方法１００のステップが図６に示され、以下に説明される。オプションのステップ１０１では、一部又はすべての航空機システムの動作はシャットダウン（完了）され、方法の残りの部分を通して電力を消費しないように維持され得る。オプションのステップ１０２において、必要であれば、ＡＳＭ入口ポート及び出口ポートを航空機インターフェースコネクタから分離可能に取り外すことができる（すなわち、ＡＳＭを他の航空機システムから隔離する）。オプションのステップ１０４において、回復ユニット１０を使用する場合、以前に使用された（すなわち、汚染された、または消耗された）ＡＳＭは、図３に示されるように、入口コネクタ３２及び出口コネクタ３４を介すなどして、回復システム１０に分離可能に接続されてよい。

適切に接続されると、回復システムの動作プロセスは、ステップ１０６から開始してよく、それは、回復システム構成要素（例えば、ヒータ２６、熱交換器４８、７８、及び遮断弁（例えば、遮断弁２４（図３）、圧力調整／遮断弁４４（図４）、遮断弁７４（図５）によって調整される空気源）をデフォルト条件に設定するステップ（ステップ１０７）を含む。上記のように、温度及び圧力デフォルト条件は、プラットフォーム及びＡＳＭに固有であってよく、例えば、それぞれ１６０°Ｆ及び３０ｐｓｉｇであってよい。本発明の１つの態様では、このデフォルト条件は、飛行中の標準的なＯＢＩＧＧＳ空気流動作条件（例えば、典型的な抽気空気流量及び温度）を生成又は模倣する。ステップ１０８において、初期ＡＳＭ窒素富化空気（ＮＥＡ）排気純度測定を行うことができ（例えば、センサ３６（図３）、５６（図４）又は８６（図５）等のＯ_２センサを介して）、その間空気流量及び温度はデフォルト条件にある。

初期のＮＥＡ排気純度が測定され、関連するコントローラ（例えば、コントローラ２０（図３）、４２（図４）又は７２（図５））に通信されると、ステップ１１０において、システムコントローラ２０、４２、７２は次に、初期の純度測定値によって指示された場合、完全なＡＳＭ空気分離回復を促進すると見込まれるヒータ／熱交換器及び／又は空気源レギュレータに対する１つ以上の調整を行うことができる。そのような調整は自動的に行われてよく、事前に記憶された回復サイクルによってプログラムされてもよく、又は回復システム構成要素の所望の状態を設定するためにコントローラを介して１つ以上のコマンドを開始するオペレータによってもよい。本発明の一態様によれば、空気源レギュレータ／弁は、ＡＳＭを通る空気流を、デフォルト条件の約１倍から約５倍、より具体的には、デフォルト条件の約２倍から約３倍に増加させるように調整することができる。ヒータは、約１００°Ｆから３００°Ｆの間の温度、より具体的には約２００°Ｆから２５０°Ｆの間の温度の加熱された空気を出力するように調整することができる。

ステップ１１２で、回復システムは、空気流温度及び／又は流量の調整後にＡＳＭ回復動作を開始することができる。所定の期間の後、及び／又はステップ１１３で設定された所定の測定されたＮＥＡ排気純度値（例えば、Ｏ_２センサ３６、５６、８６を介して）の後に起こりうるステップ１１４で、システムコントローラ２０、４２、７２は、回復システム構成要素を調整して構成要素をそれらのデフォルト設定にリセットすることができる。ステップ１１６において、システム構成要素がデフォルト条件で動作を再開した後、回復されたＮＥＡ排気純度が測定されてよい。回復された純度がコントローラによって所定の許容範囲内にあると決定された場合（定義された寿命末期の限界より１０％より低い等）（ステップ１１７）、ステップ１１８で回復システムの動作を終了することができる。ステップ１１８ａの間に、必要であれば、ＡＳＭを回復システムから取り外してよい（すなわち、図３に示すようにＡＳＭ３３から回復ユニット１０の入口コネクタ３２及び出口コネクタ３４を取り外す）。しかしながら、回復された純度が所定の許容範囲内にない場合、ステップ１２０において、システムコントローラ２０、４２、７２は、回復システムをさらに調整してよい。ステップ１１２、１１４、１１６及び１２０を含むサイクルは、回復された純度が所定の許容範囲内になるまで繰り返され得る。ＡＳＭを条件を満たす純度許容範囲内でＮＥＡを出力するように回復できない場合は、ＡＳＭを廃棄、交換する必要があり得る。

本明細書に提示される方法のステップは、必ずしもそれが提示される順序である必要はないことを理解されたい。また、ある要素が他の要素の「上に」、「に／と接続される」、又は「に／と結合される」と言及される場合、要素は直接、他の要素の上に、他の要素に／と接続され、又は他の要素に／と結合されてよく、又は介在要素が存在してもよい。

本発明は好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者であれば、様々な変更が可能であり、その要素又は構成要素を均等物で置き換えて、本発明の範囲から逸脱することなく特定の状況に適応することができることを理解するであろう。従って、本発明は、本発明を実施するために企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および思想に含まれるすべての実施形態を含む。

Claims (19)

1. 航空機で使用される、回復システムを介して空気分離モジュール（ＡＳＭ）の空気分離
   性能を回復させる方法であって、前記回復システムは、圧縮機により加圧された入口空気
   又は航空機のエンジンからのエンジン抽気の入口空気の空気流を前記回復システムに提供
   するように構成された空気源と、入口空気をろ過し清浄空気を出力するように構成された
   フィルタと、入口空気又は清浄空気の温度を調節するヒータ又は熱交換器と、前記ＡＳＭ
   と結合するように構成された入口コネクタ及び出口コネクタと、を含み、前記入口コネク
   タを介して加熱された清浄空気が前記ＡＳＭに供給され、前記出口コネクタを介して窒素
   富化空気（ＮＥＡ）排気が出力され、前記ＡＳＭは、加熱された清浄空気を受け取り、Ｎ
   ＥＡ排気を出力するように構成された中空糸膜を含む、ところの方法であって、
   ａ）前記空気源と前記ヒータ又は前記熱交換器とがそれぞれデフォルト条件にある前記
   回復システムを動作させるステップであって、前記空気源はデフォルト空気流量を出力し
   、前記ヒータ又は前記熱交換器はデフォルト空気温度を有する加熱空気を出力する、ステ
   ップと、
   ｂ）ＮＥＡ排気の初期純度を測定するステップと、
   ｃ）測定されたＮＥＡ排気の純度に基づいて前記空気源及び前記ヒータ又は前記熱交換
   器の少なくとも一方を調整するステップと、
   ｄ）前記空気源と前記ヒータ又は前記熱交換器の少なくとも一方を調整した後で、前記
   空気源と前記ヒータ又は前記熱交換器を前記デフォルト条件に戻す前に、前記回復システ
   ムを動作させるステップと、
   ｅ）前記空気源と前記ヒータとをそれぞれのデフォルト条件に戻すステップと、
   ｆ）ＮＥＡ排気の回復された純度を測定するステップと、
   ｇ）前記回復された純度が所定の許容範囲内にあるかどうかを決定するステップであっ
   て、
   ｉ）前記回復された純度が所定の許容範囲内である場合は、前記回復システムの動作
   を終了させ、又は、
   ｉｉ）前記回復された純度が所定の許容範囲内にない場合は、ステップｃ）乃至ｇ）
   を繰り返す、ステップと、を含む方法。
2. さらに、ステップａ）の前に１つ以上の航空機システムをシャットダウンするステップ
   と、ステップｇ）ｉまで前記航空機システムを電力なしに維持するステップと、を含む請
   求項１に記載された方法。
3. 前記回復システムは航空機の機内不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）内に組み込
   まれる、請求項１に記載された方法。
4. 空気源及びヒータのそれぞれのデフォルト条件は標準のＯＢＩＧＧＳ動作条件に類似す
   る、請求項３に記載された方法。
5. 前記初期純度及び前記回復された純度の各々は酸素センサで測定される、請求項１に記
   載された方法。
6. 前記測定されたＮＥＡ排気の純度に基づいて空気源及びヒータの少なくとも一方を調整
   するステップは、前記デフォルト空気流量より１倍から５倍大きい調整された空気流量を
   出力するように前記空気源を調整するステップを含む、請求項１に記載された方法。
7. 前記調整された空気流量は、前記デフォルト空気流量よりも２倍から３倍大きい、請求
   項６に記載された方法。
8. 前記測定されたＮＥＡ排気の初期純度に基づいて空気源及びヒータの少なくとも一方を
   調整するステップは、37.8°Ｃ（100°Ｆ）から148.9°Ｃ（300°Ｆ）の間に調整された
   空気温度を有する加熱空気を出力するように前記ヒータを調整するステップを含む、請求
   項１に記載された方法。
9. 前記調整された空気温度は、93.3°Ｃ（200°Ｆ）から121.1°Ｃ（250°Ｆ）の間にあ
   る、請求項８に記載された方法。
10. 航空機で使用される、空気分離モジュール（ＡＳＭ）の空気分離性能を回復するための装置であって、前記ＡＳＭが加熱された清浄空気を受け取り、窒素富化空気（ＮＥＡ）排気を出力するように構成された中空糸膜を含む、ところの装置であって、
    ａ）圧縮機により加圧された入口空気又は航空機のエンジンからのエンジン抽気の入口空気の空気流を前記装置に提供するように構成された空気源と、
    ｂ）入口空気をろ過し清浄空気を出力するように構成されたフィルタと、
    ｃ）入口空気又は清浄空気のいずれかの温度を調節するように構成されたヒータ又は熱交換器と、
    ｄ）前記ＡＳＭと結合するように構成された入口コネクタ及び出口コネクタであって、前記加熱された清浄空気は前記入口コネクタを介して前記ＡＳＭに供給され、前記ＮＥＡ排気は前記出口コネクタを介して出力される、ところの入口コネクタ及び出口コネクタと、
    ｅ）前記空気源及び前記ヒータ又は熱交換器に接続された流量計又は遮断弁からのフィードバック信号を受信するように構成されたコントローラと、
    を含み、
    前記コントローラは、前記ＡＳＭの空気分離性能を回復するために前記装置の開始と終了が交互するように動作を制御し、
    前記コントローラは、前記空気源がデフォルト空気流量を出力し、前記ヒータ又は熱交換器がデフォルト空気温度を有する加熱空気を出力するそれぞれのデフォルト条件で前記空気源及び前記ヒータ又は熱交換器を、最初に作動させ、
    前記コントローラは、前記空気源及び前記ヒータ又は熱交換器の少なくとも一方が調整され、それによって前記ＡＳＭの空気分離性能を回復するように構成された回復空気流量を前記空気源が出力し、及び／又は回復空気温度を有する加熱空気を前記ヒータ又は熱交換器が出力するように制御することを特徴とする装置。
11. さらに、前記空気源の下流に、前記入口空気の空気圧を調整するように構成される圧力
    調整弁を含む請求項１０に記載された装置。
12. さらに、前記フィルタの下流に、前記フィルタによって出力される清浄空気の流量を監
    視するように構成された流量計を含む請求項１０に記載された装置。
13. さらに、前記入口コネクタの上流に、前記ＡＳＭに供給される加熱された清浄空気の流
    量を調節するように構成された流量制御弁を含む請求項１０に記載された装置。
14. さらに、前記入口コネクタの上流に、空気が前記ＡＳＭに供給されることを防ぐように
    構成された遮断弁を含む請求項１０に記載された装置。
15. 前記コントローラはさらに、前記ＡＳＭの空気分離性能を回復するために前記コントロ
    ーラを手動で制御可能にするユーザインターフェースを含む、請求項１０に記載された装
    置。
16. さらに、
    ｆ）前記空気源の下流にある圧力調整弁であって、前記入口空気の空気圧を調整するように構成された圧力調整弁と、
    ｇ）前記フィルタの下流にある流量計であって、前記フィルタによって出力された清浄空気の流量を監視するように構成された流量計と、
    ｈ）前記入口コネクタの上流にある流量制御弁であって、前記ＡＳＭに供給される加熱された清浄空気の流量を調節するように構成された流量制御弁と、
    ｉ）前記入口コネクタの上流の遮断弁であって、空気が前記ＡＳＭに供給されることを防ぐように構成された遮断弁と、
    を含む、請求項１０に記載された装置。
17. さらに、
    航空機の機内不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）であって、エンジン抽気から成
    る高圧入口空気の空気流を提供するように構成された空気源と、エンジン抽気をろ過して
    清浄空気を出力するように構成されたフィルタと、エンジン抽気又は清浄空気のどちらか
    を加熱するように構成されたヒータと、加熱された清浄空気を受け取り、窒素富化空気（
    ＮＥＡ）排気を出力するように構成された中空糸膜を含むＡＳＭと、を備えるＯＢＩＧＧ
    Ｓを、含む請求項１０に記載の装置。
18. 前記ＯＢＩＧＧＳがさらに、前記熱交換器に接続された空気入口弁及び温度センサを含
    み、前記コントローラは前記温度センサからの出力に応答して前記空気入口弁を制御する
    ように構成される、請求項１７に記載された装置。
19. 前記ＯＢＩＧＧＳがさらに、ダンプ弁を含み、前記コントローラが前記ダンプ弁を制御
    するように構成され、前記ＡＳＭの空気分離性能の回復中に、回復排気が前記ダンプ弁を
    通って機外に導かれる、請求項１７に記載された装置。
    

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