JPH11410A - ベッドのデューティサイクル制御及び自己検査を伴う酸素濃縮器 - Google Patents

ベッドのデューティサイクル制御及び自己検査を伴う酸素濃縮器

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JPH11410A
JPH11410A JP10046496A JP4649698A JPH11410A JP H11410 A JPH11410 A JP H11410A JP 10046496 A JP10046496 A JP 10046496A JP 4649698 A JP4649698 A JP 4649698A JP H11410 A JPH11410 A JP H11410A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度の酸素濃度を制御可能な酸素濃縮器を
実現する。 【解決手段】 交互に加圧及び排気するためのデューテ
ィサイクルにしたがって連続的制御期間にわたって動作
する第1の分子篩ベッドと、交互に排気及び加圧するた
めの、前記デューティサイクルと相互関係にあるデュー
ティサイクルにしたがって前記連続的制御期間にわたっ
て動作する第2の分子篩ベッドとを備えた酸素濃縮器の
性能を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に航空機呼吸
装置用酸素発生器に関し、特に、高度依存範囲内に酸素
濃度を調整するための可変交互ベッドデューティサイク
ル制御と、支援設備必要条件を減らすための自己検査特
徴とを伴う酸素濃縮器に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】航空機
呼吸用酸素発生は、生成ガス濃度が予め決められた高度
依存最小及び最大生理学的範囲内にあることを要する。
通常、呼吸可能なガス中の最小酸素量は、全てのキャビ
ンにおいて海面と同一のまたはそれより大きな酸素分圧
を提供するのに必要とされる量である。最大酸素濃度
は、低高度高G操縦中の部分的肺虚脱の可能性を減らす
ように設定される。より詳細には、部分的肺虚脱のリス
クは、高G操縦中の肺のゆがみから生じる、肺中の知ら
ぬ間に危険に陥れるガスポケットの全吸着のリスクで増
大する。知らぬ間に危険に陥れるガスの全吸着のリスク
は、酸素濃度の増加(すなわち窒素濃度の減少)と共に
増大する。
【0003】低圧酸素濃縮空気の発生方法は知られてい
る。前記方法の1つは、圧力スイング吸着(PSA)と
呼ばれ、適切な給送ガス(例えば加圧空気)の供給後の
短時間に酸素濃縮空気を与えることができるという利点
を有する。圧力スイング吸着プロセスは圧力を用いて吸
着と脱離を制御する。このプロセスにしたがって、加圧
空気中の窒素は分子篩ベッドに吸収されるが、酸素はこ
のベッドを通過する。ベッドの分子篩がほぼ飽和状態に
なると、ベッドは大気圧へガス抜きされる。これによ
り、窒素が吸着されたガスのほとんどがベッドから脱離
して放出される。2ベッドシステムでは、一方のベッド
が酸素を生成している時、ある程度の濃縮生成ガスが
(ガス抜きされた)他の分子篩ベッドを通って逆流し、
さらに、ガス抜きされたベッドの吸着ガスの分圧を下
げ、そして脱離プロセスを終わらせる。交番に加圧され
たりどっと流されたりする2ベッドの使用は、生成ガス
の連続する流れを提供し、排気動作に十分な圧力を保証
する。
【0004】航空機搭載酸素発生装置(OBOGS)は
技術上知られている。これらの装置は、上記に説明した
分子篩ガス分離プロセスに基づいている。これらの装置
は“自己調整的なもの”と言われる。なぜなら、圧力ス
イングが高度と共に増加し、したがってプロセスの効率
も増加し、高高度において十分な酸素濃度を保証するか
らである。より詳細には、各篩ベッドはその再生段階の
間大気圧(またはキャビン)へガス抜きされるので、脱
離中のベッド圧が高度の増加と共に減少し、それによ
り、脱離プロセスが増強される。
【0005】低高度において最大限度内に酸素濃度を保
つために、従来技術のOBOGSの性能を下げるプロセ
スが開発されている。米国特許第4,661,124号
及び第5,004,485号(ハンフリー(Humphrey)
等)には、多くの独立したステップで、最小と最大間の
一連の選択可能な全体サイクルタイム範囲にしたがう放
出及びガス抜きバルブの制御された連続動作を伴う交番
ベッド酸素発生装置が開示されている。全体サイクルタ
イムを延ばすことによって、装置の効率は減少し、それ
により、生成ガス酸素ガスが生理学的最大限度まで調整
される。
【0006】米国特許第4,661,124号では、分
子篩ベッドの全体サイクルタイムは、航空機が操縦され
ている高度を表わすキャビン圧に基づく圧力変換器を用
いて制御される。
【0007】米国特許第5,004,485号では、ガ
ス濃度を検査するために酸素センサが使用され、検出さ
れた酸素濃度を、色々な高度において望ましい生成ガス
酸素濃度のルックアップテーブルにおける値と比較する
比較機能が実行される。比較機能の実行に応じて、全体
サイクルタイムは適切な濃度レベルを提供するように制
御される。
【0008】米国特許第4,661,124号及び第
5,009,485号(ハンフリー(Humphrey)等)に
開示されているような全体サイクルタイム制御を用いる
従来技術の装置は、性能変化が小範囲(例えば、5.5
秒から8.5秒までのサイクル範囲ではどんな性能変化
も生じないが、いくつかの装置では4.5秒乃至5.5
秒)にわたって生じるので、出力酸素濃度を精密に制御
するのが難しいという欠点に苦しんでいる。
【0009】最小及び最大生理学的限度内まで生成ガス
を調整するための装置性能の動的制御は、濃縮器出力に
接続された酸素センサの信頼できる性能を必要とする。
電流制限酸素センサの一体性検査を開始するためのビル
トインテスト(BIT)スイッチの使用が技術上知られ
ている。米国特許第5,071,453号(フラデック
(Hradek)等)には、プリフライトのための装置自己検
査と、動作レベル維持のための酸素センサ校正チェック
とを実行するビルトインテスト機能が開示されている。
BITスイッチがちょっと押し下げられると、ソレノイ
ド バルブが付勢され、気流が酸素センサの中に向けら
れる。空気がセンサに達すると、センサ出力が落ち始
め、酸素濃度の減少を示す。予め決められた警報レベル
以下まで落ちることによってアラームが作動し、自己検
査が合格したことを示す。
【0010】センサ出力が限定された時間、例えば20
秒、以内に予め決められた警報レベル以下にならなけれ
ば、自己検査は不合格と思われ、警報が作動したままと
なる。酸素センサ校正チェックは、BITスイッチの長
い間の押し下げに応じて気流をセンサ中に通すために同
じソレノイド バルブを作動させることを含む。校正チ
ェックの間、センサを通る気流は自己検査中より長い期
間(3分)の間維持され、その結果、センサ出力は警報
レベル以下の予め決められたスレショールド校正範囲内
まで下がり、警報信号の始動を引き起こす。酸素センサ
の出力が3分以内に予め決められた校正範囲まで下がら
ない場合は、校正検査は不合格と思われ、警報は検査終
了後も作動したままとなる。
【0011】OBOGSにおける酸素センサの動作を検
査するための、上記に説明したような装置は知られてい
るが、酸素濃縮器のための保守検査装置の欠如は、(濃
縮器生成フローを設定して酸素組成を測定するための)
入口空気供給源と検査セットの使用を含む高い支援設備
必要条件になる。入口空気供給源は、水滴と油で汚染さ
れた状態になることがあり、また、検査セットは校正制
御を要する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、可変ベ
ッドデューティサイクル制御を使用して30%程度の低
い酸素濃度から90%以上の高い濃度まで酸素濃縮器出
力を調整する搭載酸素発生装置(OBOGS)が提供さ
れる。可変ベッドデューティサイクル制御はフレキシブ
ルかつ精密に制御可能である。本発明の可変ベッドデュ
ーティサイクル制御は、米国特許第4,661,124
号や第5,004,485号(ハンフリーズ(Humphrie
s )等)に開示されているような全体サイクル長制御を
伴う従来技術のOBOGSより良好な安定動作を提供す
る。
【0013】通常動作時、本発明の2ベッド式酸素発生
装置は50%−50%デューティサイクル(例えば、6
秒サイクルに対して1ベッド当たり3秒)で動作する。
装置の性能を制御するために、2ベッドのデューティサ
イクルは、一方のベッドデューティサイクルは増加する
が他方のベッドデューティサイクルは減少するように調
整される。デューティサイクルは、精度を増大させるた
めに1%以下のステップで、50%から20%まで下が
るように(及び、他方のベッドでは50%から80%ま
で上がるように)変化させることができる。
【0014】ベッドを水蒸気汚染による損傷から保護す
るために、ベッドのデューティサイクルは交番パターン
で制御される。すなわち、一方のベッドは、1制御期間
(例えば10サイクル)に対して他方のベッドより長い
デューティサイクルになり、そして、次の制御サイクル
ではその逆になる。ベッドのデューティサイクルを交番
させることによって、2ベッドは、それぞれの存在期間
後水蒸気を除去することができる。
【0015】本発明のさらなる態様は、圧力スイング吸
着(PSA)サブシステム性能チェックの提供である。
この検査は、維持BIT(ビルトインテスト)機能の一
部として実行される。従来技術の手段を用いた酸素セン
サ精度が受け入れ可能であることを立証した後、1組の
通気バルブが開けられ、酸素濃縮器に特定の流れが供給
される。次いで、酸素濃度がセンサでチェックされ、P
SAサブシステムが仕様(すなわち、予め決められたレ
ベル、例えば50%、以上の濃度限界)内まで動作して
いるか否かが判定される。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して好適な
実施例の詳細な説明が行われる。図1は、キャビン高度
と、高性能軍用機の乗組員に供給される呼吸可能なガス
の酸素濃度との関係を表わすグラフである。上記に説明
したように、乗組員に供給される呼吸可能なガスの酸素
濃度は予め決められた最大及び最小限界内でなければな
らない。図1の斜線領域は、種々のキャビン高度におけ
る酸素濃度の許容レベルを表わす。
【0017】最大酸素濃度は約18000フィートの高
度で70%であるが、望ましい最大酸素濃度は、150
00フィートのキャビン高度で60%から18000フ
ィートで70%の値まで高度度と共にリニアに上昇する
濃度である。18000フィートから、最大許容酸素濃
度は20000フィートで80%の値までリニアに上昇
する。このレベル以上のキャビン高度では、呼吸可能な
ガス中の酸素含有量の最大限度はない。
【0018】斜線領域(“182mmHg−このレベル
以下で警報”として確認される2万フィート付近の一部
を除く)を通る図1の曲線は、2万フィートのキャビン
高度における呼吸可能なガス中に必要な最小のものに対
応する値の一定酸素分圧を表わす。海面では、この曲線
は、海面における空気中の約20%の酸素量と比較した
場合24%の酸素濃度を有することを表わすガス組成を
示している。
【0019】乗組員が呼吸可能なガスの最小酸素量は、
それより下の部分で、海面から、曲線が海面における一
定酸素分圧を表わす曲線と平行になる約16000フィ
ートまでの範囲のキャビン高度をカバーする曲線として
始まっている。16000フィートと20000フィー
トのキャビン高度の間では、最小曲線は、不慮の急速な
キャビン減圧の影響を調整するためにリニアにかつ一定
酸素分圧の所より急勾配に上昇する。20000フィー
トと23000フィートの間では、最小の必要な酸素量
は約55%で一定になり、その後、約31000フィー
トの高度まで海面同等分圧の延長と同様にキャビン高度
と共に上昇する。31000フィートでは、最小の必要
な酸素量は、約36000フィートの高度まで約91%
で一定になり、その後、最小許容酸素濃度は全てのより
高い高度で98%に上昇する。
【0020】図2を参照すると、酸素濃度を調整するた
めの可変ベッドデューティサイクル制御と、以下により
詳細に説明されるような性能チェック機能とを使用した
航空機搭載酸素発生装置(OBOGS)の機能略図が提
供されている。図2に示されるOBOGSは、調整済エ
ンジンブリード空気と航空機供給源からの電力とを使用
して、図1における“制御範囲”として確認される範囲
内で呼吸する乗組員に酸素濃縮空気を与える。本発明
は、“一体のモニター/制御器付き酸素濃縮器”と名付
けられたブロック内に具体化されている。航空機と図2
のOBOGS間のインターフェースの詳細な結線図は図
4に示され、本発明の性能検査特徴を参照して以下に詳
細に説明される。
【0021】図3の濃縮器空気略図に移ると、一体のモ
ニター/制御器付き濃縮器は2つの機能部分に分割され
て示されている。圧力スイング吸着(PSA)部分は酸
素濃縮機能を実行するが、制御器/モニター(C/M)
部分はPSA構成要素の制御を実行し、乗組員に供給さ
れる酸素レベルをモニターしかつ全構成要素の検査シー
ケンスを実行する。
【0022】動作時、ブリード空気が濃縮器に入り、フ
ィルタ/水分分離器FLTR1を通って、パイロット作
動式シャットオフバルブ/調整器REG1を通る。この
調整器は、濃縮器入力圧が必要とされる圧力より大きい
場合、低高度で空気供給を維持する圧力を調整する。次
いで、調整済空気はパイロット圧力駆動式スライドバル
ブV1に流れる。このバルブは、空気を分子篩ベッドB
ED1及びBED2に連続的に運搬する。
【0023】2つの酸素ベッドBED1及びBED2は
交番的に動作し、一方のベッドに圧力がかけられて、窒
素を吸着しかつ酸素濃縮生成ガスを発生させている時、
他方のベッドは周囲の空気にガス抜きして、前の加圧か
ら窒素を脱離する。ガス抜きされたベッドにおける窒素
の脱離による再生は、加圧されたベッドの出力すなわち
生成端部から酸素濃縮ガスの逆流によって増強される。
ガス抜きされたベッドを通る逆流すなわちパージ流の量
は、2つのベッドの出力端部に接続された流路に配置さ
れたパージオリフィス制限器ORF1及びORF2で制
御される。
【0024】2つの酸素ベッドは、スライドバルブV1
によって、加圧すなわち酸素生成モードとガス抜きされ
る(またはほとばしる)再生窒素パージモード間を交互
に循環する。加圧されたベッドからの酸素濃縮出力生成
ガスは、チェックバルブCV1及びCV2を通って乗組
員呼吸用ガス送り出し管(図2)に流れる。酸素センサ
O2は、出力ガス品質の連続的モニターを提供すると共
に、以下により詳細に説明されるように、オフリミット
状態を検出するために警報信号を提供する。
【0025】フィルタ/水分分離器FLTR1は、水分
分離器ばかりでなく粒子フィルタとしても作用する。空
気の供給がフィルタFLTR1を通ると、粒子及び水滴
がとらえられる。水滴は徐々にフィルタエレメントを通
過し、そこで、出力表面で合体し、小さなオリフィスを
通って、小ホースが排水管に取り付けられたフィルタハ
ウジングの底部から除去される。排水管は、除去される
水分の処分のために濃縮器EXHAUSTに導かれる。
したがって、水分除去は自動的かつ連続的に行われる。
【0026】組み合わせシャットオフバルブ/調整器R
EG1は、フィルタFLTR1のすぐ後の濃縮器の入力
に配置され、それにより、濃縮器は、C/Mからの命令
で停止されるかまたは電力が落とされた時に不動作とな
る。シャットオフバルブは、C/Mに内蔵されてシャッ
トオフバルブを制御するパイロットソレノイドバルブS
V4を介して供給される入口気圧を使用する。シャット
オフバルブは、閉鎖位置にバネ付勢されており、パイロ
ットソレノイドバルブSV4が付勢された時のみ開い
て、入力圧がバネ圧に打ち勝つのを許す。シャットオフ
バルブは、気圧が利用可能でありかつC/Mが電力を持
っていない場合に分子篩ベッドを保護する。スクリーン
S3はソレノイドバルブSV4に汚染物質が入るのを防
止する。
【0027】圧力調整器は、分子篩ベッド圧を維持する
ために、したがって、ユニット性能が気圧の上流変動に
よって影響されないようにコンスタントバルブにおける
圧力スイングを維持するために、かつ、入口圧力が高い
時に過剰な空気使用を避けるために使用される。
【0028】この調整器は制御されたゲージ圧を発生
し、その出力圧は、ピストンに対抗する出力圧とらせん
状バネ間の力平衡によって確立される。
【0029】分子篩ベッドの圧力スイング循環は、往復
スライドバルブV1の使用によって達成される。このバ
ルブは、2つのパイロットソレノイドバルブSV1及び
SV2により加圧/ガス抜きされる2つの対向する空気
シリンダーCYL1及びCYL2で作動する。一方のシ
リンダーが加圧されると、他方はガス抜きされ、バルブ
は一方の側に押される。これは一方の酸素ベッドを加圧
し、他方をガス抜きする。C/M内の電子タイミング回
路はスライドバルブの状態を変化させ、それによりスラ
イドバルブが他方の側に移動して、他方のベッドが加圧
され、元のベッドがガス抜きされる。循環速度は、フラ
イト状態に最もよく適合するように選択される。
【0030】スクリーンS1及びS2はスライドバルブ
と一体になっており、どんな粒子状物質藻ソレノイドバ
ルブSV1及びSV2に入らないようにする。酸素ベッ
ドBED1及びBED2は好適にはアルミ管で作られ
る。
【0031】チェックバルブCV1及びCV2は酸素ベ
ッドの出力流管内に組み入れられ、生成ベッドの出力を
コネクタ出口に向け、非生成ベッドの分子篩をパージす
る逆流を制限する。
【0032】酸素ベッドに対するパージ流は、チェック
バルブのベッドキャップ上流を接続する十字流管に含ま
れる二つの精密加工されたオリフィスORF1及びOR
F2によって達成される。
【0033】図2及び図6に示されるように、濃縮器
は、濃縮器をモニターして制御するC/Mを含む。C/
Mは、操作者に、C/M機能の確認ばかりでなく、受入
可能な濃縮器性能と濃縮器故障の検出との連続的な確認
も提供する。通常のモニターモード時、酸素生成ガスは
ソレノイドバルブSV3を通って酸素濃縮器O2に流れ
る。オリフィスORF3は多岐管アセンブリの集中口で
あり、センサを通る流れを制限する。酸素センサ室圧は
下流絶対圧力調整器REG2で制御される。次いで、少
量のガスサンプルがC/Mケースの側部にあるガス抜き
口を通ってガス抜きされる。圧力変換器PT1はキャビ
ン圧を連続的にモニターし、乗組員に供給されている酸
素(PPO2 )の分圧を計算する際に酸素濃度測定と関
連して使用される。PT1はキャビン周囲状況に露出さ
れ、スクリーンS5はこの口を汚染物質から保護する。
【0034】C/Mは、図6に示されるように、酸素の
分圧が指定限界以下に落ちると、独立した警告信号によ
る警告を提供する。C/Mの制御機能は、スライドバル
ブV1の循環運動を制御するために交互に付勢される2
つのソレノイドバルブSV1及びSV2を含む。ソレノ
イドバルブSV3はBIT機能(以下により詳細に説明
される)のために使用される。通常動作状態下では、S
V3は不動作状態とされ、濃縮器生成ガスを酸素センサ
に連続的に導く。SV3が付勢されると、入口空気が酸
素センサに供給され、センサ及び関連エレクトロニクス
によって精密チェックが行われる。
【0035】ソレノイドバルブSV4は、バルブ/調整
器REG1をシャットオフするために供給されるパイロ
ット圧を制御する。SV4が付勢されると、入口圧がシ
ャットオフバルブに供給され、シャットオフバルブが開
く。
【0036】(15Kフィート以下の高度で能動にな
る)組成制御は、パネル搭載された呼吸調整器(図6)
にある酸素選択トグルを通常ポジションにすることによ
って選択される。次いで、これは制御信号をC/Mに供
給し、C/Mはデューティサイクル制御メカニズムを起
動する。このモードでは、酸素濃度は図1に示される限
界内に制御される。この制御は、スライドバルブV1の
動作を変えることによって達成される。スライドバルブ
はC/Mからの信号に応答する。C/Mは、生成ガス酸
素濃度を理想レベルと連続的に比較し、それに応じてス
ライドバルブ動作を変えて必要な濃度を維持する。
【0037】より詳細には、上記に説明されたように、
生成ガス濃度をより低い高度における範囲内に維持する
ために、酸素濃縮装置の性能を劣化させるプロセスは本
発明にしたがって明らかにされる。このプロセスは、可
変ベッドデューティサイクル制御と呼ばれる。通常動作
時、2ベッド酸素発生装置は、図4aに示されるように
50ー50%デューティサイクル(すなわち、ベッド当
たり3秒)で動作する。装置の性能を制御するために、
2ベッドのデューティサイクルは、図4bに示されるよ
うに、一方のベッドデューティサイクルが増加するが、
他方のベッドデューティサイクルが減少するように変更
される。デューティサイクルは、1%以下のステップ
で、50%から20%まで下がるように(他方のベッド
では50%から80%まで上がるように)変更すること
ができる。
【0038】図4bに示されるように、ベッドを水蒸気
汚染による損傷から保護するために、ベッドデューティ
サイクルは交番パターンで制御される。特に、一方のベ
ッドは、ある制御期間(例えば、6秒ごとの10サイク
ル)の間より長い“パージ”モードであり、次いで次の
制御期間の間より長い“生成”モードになるように反転
する。可変ベッドデューティサイクルを交番させること
によって、2つのベッド(BED1及びBED2)は、
各々の存在期間後に水蒸気を除去することにより、ベッ
ドを水蒸気汚染損傷から保護することができる。
【0039】図5に示されるように、C/Mは、“制御
スタート”から始まるデューティサイクル制御のための
アルゴリズムまたはプロセスを実行する。まず、酸素濃
度がO2センサで検査される。“O2>上限”がイエス
ならば、C/Mは“デューティサイクルをより狭く設定
してそして遅延する”ように機能し、“O2<下限”が
ノーならば、プロセスは“制御スタート”に戻る。ま
た、プロセスは、“デューティサイクルをより広く設定
しそして遅延する”かまたは“デューティサイクルをよ
り狭く設定しそして遅延する”のどちらかの後で“制御
スタート”に戻る。このように、デューティサイクルの
変化は、O2濃度が上限よりどの程度大きいかまたは下
限よりどの程度小さいかに依存する。
【0040】上記に説明されたように、本発明の他の態
様によって、支援機器必要条件を減らすために、事故検
査特徴が制御/モニター(C/M)内に設計される。C
/Mの種々の動作モードはいかに詳細に説明される。新
規な特徴の1つは、圧力スイング吸着(PSA)サブシ
ステム性能チェック(メンテナンスBIT(M/BI
T))である。酸素センサ精度が受け入れ可能であるこ
との確認後、1組のブリードバルブ(SV5及びSV
6)が開かれ、濃縮器ベッドBED1及びBED2を指
定気流速度で充填する。次いで、C/Mは、生成酸素濃
度をチェックして、PSAサブシステムが十分に実行さ
れているか(すなわち、予め決められた限度(例えば5
0%)以上の濃度か)否かを判定する。
【0041】次に図6に移ると、電力(C/M用の+2
8VDC及び航空機用の115VAC)の印加に基づ
き、C/Mはパワーアップ ビルトインテスト(PU
B)を自動的に実行する。PUBはC/M完全性の内部
チェックであり、プログラム チェックサムと、RAM
チェックと、酸素センサO2及びキャビン圧変換器PT
1の“適正”チェックとを含む。PUBが合格すると、
警告はオフのままになり、航空機の“OXY LOW”
ランプによる指示は与えられない。何らかの不合格が検
出されると、警告が起動する。PUBが不合格の場合
は、前部または後部のどちらかのパイロット酸素調整器
フロントパネルにあるBITボタンがちょっとの間押さ
れて、PUBが繰り返される。
【0042】PUBの後、C/Mは約3分間ウォームア
ップ状態に入る。この時間の間、警告はオフのままにな
っている。このウォームアップは、酸素センサO2にと
って指定された精度を達成するために必要とされる。
【0043】空気が存在すれば、C/Mは、ウォームア
ップ中にセンサ精度チェックを実行する。C/Mは、航
空機アビオニクスから空気利用可能信号(すなわち、図
6の“AIR AVAIL”)を受信しない場合は、こ
の信号をいつまでも待ち受ける。この信号が受信される
と、C/Mはセンサ精度チェックを自動的に実行する。
【0044】C/Mは、航空機から空気利用可能信号を
受信すると、センサ精度検査を自動的に実行する。この
検査中、濃縮器入口空気はセンサO2に供給される。3
分の終わりに、センサ出力を空気に関して知られている
値と比較することによりセンサ精度がチェックされる。
精度チェックが合格すると、警告はオフのままになって
おり、指示が与えられない。不合格が検出されると、警
告が起動する。精度検査が不合格の場合は、調整器フロ
ントパネルにあるBITボタンがちょっとの間押され
て、精度検査が繰り返される。
【0045】センサ精度検査の合格に基づき、C/M
は、C−BIT動作モードに自動的に入る。これは“通
常”動作モードであり、C/Mは、濃縮器生成ガスの計
算された酸素分圧(PPO2 )を182mmHg PP
2 のプリセット スレショールドと連続的に比較す
る。C−BITの間、C/Mは内部“定期的BIT”も
実行し、これは入力変換器の恐ろしい故障を検出するだ
ろう。何かの故障が検出されると、警告が起動すること
になる。
【0046】C−BITの間、C/MはI−BIT命令
を受容する。I−BITは、調整器フロントパネルのB
ITボタンをちょっとの間押すことによって手動で起動
される。I−BITは、C/Mが警告を起動することが
できるのを確認する。BITボタンがちょっと押される
と、C/MはソレノイドバルブSV3を付勢してセンサ
に空気を供給する。空気がセンサに達し、PPO2 レベ
ルが182mmHgスレショールド以下に下がると、警
告が起動する。次いで、SV3が付勢解除されて、濃縮
器生成ガスに切り替えられる。PPO2 レベルが182
mmHgスレショールド以上に復帰すると、警告が解除
される。2分以内に、PPO2 が空気にさらされながら
182mmHg以下に下がらないか、または濃縮器生成
ガスに再び切り替えられた時に182mmHg以上に復
帰しない場合は、警告が起動する。I−BITが不合格
ならば、調整器フロントパネルのBITボタンがちょっ
と押されて、I−BIT検査が繰り返される。
【0047】C−BITの間、C/MはM−BIT命令
を受容する。M−BITは、C/M酸素センサの拡張さ
れた精度検査と濃縮器の性能検査を行うためにメンテナ
ンス要員によって利用されるものである。この検査は電
力を必要とし、16psigの最小限度が濃縮器に印加
される。M−BITは、調整器フロントパネルのBIT
ボタンを押して20秒間保持することにより起動する。
20秒の終わりに警告が起動し、C/MがM−BIT動
作モードになったことを示す。そこで、BITボタンを
離すことができる。M−BITは、ソレノイドバルブS
V3を付勢して、空気をセンサに3分間供給する。3分
の終わりに、センサ出力は空気に関して知られている値
と比較される。精度検査が不合格の場合は、警告はオン
のままになる。
【0048】センサ精度が範囲内にあれば、警告は解除
され、C/MはソレノイドバルブSV5及びSV6を2
分間開き、濃縮器からの既知の流れを確立する。2分の
終わりに、濃縮器出力は予め決められた限度(例えば、
45%酸素のセット)と比較される。性能検査がパスし
た場合は、警告はオフのままになる。パスしなければ、
警告が起動することになる。かけがえとして、C/M
は、命令のスタート時にソレノイドバルブSV5及びS
V6を開くことができる。警告が起動する時点は、C/
M不合格と濃縮器不合格とで異なる。M−BITが不合
格ならば、調整器フロントパネルのBIボタンをちょっ
と押して、C/MをC−BITモードに戻す。M−BI
Tはもし望むならば上記に説明したように繰り返すこと
ができる。警告信号動作と適用可能な操作者活動の概要
は表1に示される。
【0049】
【表1】
【表2】
【0050】これに付随の請求の範囲で定義されるよう
な本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施例が可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】好適な実施例による酸素発生装置の動作を決定
する酸素濃度曲線を示す。
【図2】好適な実施例によるPSA濃縮器サブシステム
と制御器/モニターを内蔵した航空機搭載酸素発生装置
(OBOGS)の機能略図である。
【図3】好適な実施例によるPSA濃縮器サブシステム
と制御器/モニターの空気略図である。
【図4】図4a及び4bからなり、好適な実施例による
PSA濃縮器サブシステムの交互ベッドのデューティサ
イクル制御を示すタイミング図である。
【図5】図4に示されるデューティサイクル制御のため
に制御器/モニターで実行されるアルゴリズムを示すフ
ローチャートである。
【図6】好適な実施例による、図2に示されるOBOG
Sの結線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラッセル フランク ハート アメリカ合衆国,52726 アイオワ,ブル ー グラス,ワンハンドレッドサーティス ストリート 9104 (72)発明者 ウイリアム ディヴィッド モリス アメリカ合衆国,52806 アイオワ,デイ ヴンポート,エヌ.リンウッド アヴェニ ュー 6130 (72)発明者 リチャード ケント フランツ アメリカ合衆国,52804 アイオワ,デイ ヴンポート,ダブリュ.イレヴンス スト リート 5330 (72)発明者 チャールズ ブラッドレー ハガー アメリカ合衆国,52807 アイオワ,デイ ヴンポート,イー.サーティフォース ス トリート シーティー.2112 (72)発明者 ヴィクター ポール クロム アメリカ合衆国,52806 アイオワ,デイ ヴンポート,メドウヴュー レーン 1412

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交互に加圧及び排気するためのデューテ
    ィサイクルにしたがって連続的制御期間にわたって動作
    する第1の分子篩ベッドと、交互に排気及び加圧するた
    めの、前記デューティサイクルと相互関係にあるデュー
    ティサイクルにしたがって前記連続的制御期間にわたっ
    て動作する第2の分子篩ベッドとを備えた酸素濃縮器の
    性能を制御する方法であって、 a)前記連続的制御期間の次の期間ごとに前記デューテ
    ィサイクルと前記相互的デューティサイクルを調整し
    て、前記第1の分子篩ベッドの前記排気に対して前記加
    圧を長くすると共に前記第2の分子篩ベッドの前記加圧
    に対して前記排気を長くすることにより、前記酸素濃縮
    器の性能を下げて前記酸素濃縮器で発生する酸素の濃度
    を減らすステップと、 b)残りの制御期間の間に前記デューティサイクル及び
    前記相互的デューティサイクルを調整して、前記第1の
    分子篩ベッドの前記加圧に対する前記排気を長くすると
    共に前記第2の分子篩ベッドの前記排気に対する前記加
    圧を長くすることにより、それらの加圧後に、水蒸気が
    前記第1及び第2の分子篩ベッドから除去されるステッ
    プとからなる方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、加圧及び
    排気からなる前記デューティサイクルは、最高の性能の
    ための50%−50%から最低の性能のための80%−
    20%の範囲内で調整される方法。
  3. 【請求項3】 航空機のキャビンに制御された酸素濃度
    を供給するための航空機酸素装置であって、 a)空気取り入れ口と、 b)排気口と、 c)前記空気取り入れ口及び排気口に接続されたスライ
    ドバルブと、 d)各々が前記スライドバルブに接続された入口と前記
    キャビンへの出口を備えた第1及び第2の分子篩ベッド
    と、 e)酸素濃縮生成ガスを発生させるために、前記第1の
    分子篩ベッドを交互に排気及び加圧するためのデューテ
    ィサイクルと前記第2の分子篩ベッドを交互に排気及び
    加圧するための前記デューティサイクルと相互関係にあ
    るデューティサイクルとにしたがって高高度で連続的制
    御期間にわたって前記スライドバルブを動作させると共
    に、前記連続的制御期間の次の期間ごとに前記デューテ
    ィサイクル及び前記相互的デューティサイクルを調整し
    て、前記第1の分子篩ベッドの前記排気に対する前記加
    圧を長くしかつ前記第2の分子篩ベッドの前記加圧に対
    する前記排気を長くすることにより前記生成ガス中の酸
    素濃度を減らし、また、残りの制御期間の間に前記デュ
    ーティサイクル及び前記相互的デューティサイクルを調
    整して、前記第1の分子篩ベッドの前記加圧に対する前
    記排気を長くしかつ前記第2の分子篩ベッドの前記排気
    に対する前記加圧を長くすることにより、それらの加圧
    後に、前記第1及び第2の分子篩ベッドから水蒸気が除
    去されるように、前記低高度で前記スライドバルブを動
    作させる制御器とからなる航空機酸素装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の航空機酸素装置におい
    て、さらに、前記第1及び第2の分子篩ベッドで発生す
    る前記生成ガスの酸素濃度を測定し、前記デューティサ
    イクル及び前記相互的デューティサイクルを制御する前
    記制御器に前記酸素濃度を伝える酸素センサを含む航空
    機酸素装置。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の航空機酸素装置におい
    て、さらに、第1の予め決められた時間の間前記酸素セ
    ンサに大気を供給し、次いで、前記センサで検出された
    大気中の酸素濃度を予め決められたスレショールド値と
    比較し、次いで、前記酸素濃度が前期予め決められたス
    レショールド値以下でない場合に警報を作動させて前記
    センサの機能不良を指示するためのビルトインテスト装
    置を含む航空機酸素装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の航空機酸素装置におい
    て、さらに、他の予め決められた時間の間前記第1及び
    第2の分子篩ベッドから前記生成ガスの予め決められた
    流れを供給し、次いで、前記センサで検出された前記出
    口における前記生成ガスの酸素濃度を他の予め決められ
    たスレショールド値と比較し、次いで、前記酸素濃度が
    前記他の予め決められたスレショールド値以上でない場
    合に、警報を作動させて前記分子篩ベッドの機能不良を
    指示するための酸素濃縮器性能チェック装置を含む航空
    機酸素装置。
  7. 【請求項7】 請求項3記載の航空機酸素装置におい
    て、前記スライドバルブは、前記制御器に接続された一
    対のパイロット作動式ソレノイドバルブで交互に加圧及
    びガス抜きされる一対の対向する空気シリンダーに接続
    されて、前記シリンダーのうちの第1のシリンダーは加
    圧される時に前記シリンダーのうちの他方はガス抜きさ
    れると共に、前記スライドバルブは、前記第1の分子篩
    ベッドを加圧しかつ前記第2の分子篩ベッドを排気する
    ために第1の方向に押され、前記シリンダーのうちの他
    方が加圧される時に前記シリンダーのうちの第1のシリ
    ンダーがガス抜きされ、また、前記スライドバルブは、
    前記第2の分子篩ベッドを加圧しかつ前記第1の分子篩
    ベッドを排気するために反対方向に押される航空機酸素
    装置。
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