(57)【要約】      （修正有）【課題】ニューマティック検出システム、およびニューマティック検出システムの形成方法を提供する。【解決手段】ニューマティック検出システム１００は、密閉管１１０と、密閉管１１０内に配置された冷媒１１５と、密閉管１１０内が特定の圧力に到達することに基づいて作動するように構成されたスイッチ１３０，１４０と、を含む。【選択図】図１Ａ
2015225858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉管と、
前記密閉管内に配置された冷媒と、
前記密閉管内が特定の圧力に到達することに基づいて作動するように構成されたスイッチと、
を備えた、ニューマティック検出システム。
【請求項２】
前記密閉管内が前記特定の圧力に到達することに基づいて膨張して前記スイッチを作動させるように構成された、前記密閉管に連結されたダイヤフラムをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記冷媒の濃度は、前記密閉管の第１の長さにわたり第１の温度に到達したときに、前記特定の圧力に到達することに基づいて決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記冷媒の前記濃度は、前記密閉管の前記第１の長さよりも長い第２の長さに亘って前記第１の温度よりも低い第２の温度に到達したときに、前記特定の圧力に到達することに基づいて決定される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記冷媒は、温度上昇に応じて圧力の指数関数的な増加を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記冷媒は液化圧縮ガスである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記冷媒はトリフルオロメタンまたはブロモトリフルオロメタンである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記密閉管内に不活性ガスをさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
冷媒を選択し、
アラームスイッチが作動されなければならない第１の閾値温度および密閉管の第１の長さを含む仕様を入手し、
前記仕様に基づいて密閉管内に配置される前記冷媒の濃度を決定し、
前記仕様に基づいて作動するように前記アラームスイッチを配置する、
ことを備えた、ニューマティック検出システムの形成方法。
【請求項１０】
前記冷媒を選択することは前記ニューマティック検出システムが使用される環境に基づく、請求項９に記載の形成方法。
【請求項１１】
前記冷媒を選択することは、温度上昇に応じて圧力の指数関数的な増加を示す冷媒を選択することを含む、請求項９に記載の形成方法。
【請求項１２】
前記冷媒を選択することは液化圧縮ガスを選択することを含む、請求項９に記載の形成方法。
【請求項１３】
前記冷媒の前記濃度を決定することは、前記密閉管の前記第１の長さが前記第１の温度に到達したときに密閉管の全長にわたり特定の圧力に到達することに基づいており、前記特定の圧力は前記アラームスイッチを作動させるにあたり要求される圧力である、請求項９に記載の形成方法。
【請求項１４】
前記冷媒の前記濃度を決定することは、前記密閉管の前記第１の長さよりも長い第２の長さにわたり、前記第１の温度よりも低い第２の温度に到達したときに、前記特定の圧力に到達することに基づく、請求項１３に記載の形成方法。
【請求項１５】
不活性ガスを前記密閉管内に充填剤として配置することをさらに備えた、請求項９に記載の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
代表的な実施形態は、ニューマティック検出の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニューマティック検出器は、管内における圧力増加に基づいて特定的な条件を検出する密閉管を含む。例えば、ニューマティック検出器は、商業施設、軍事基地、航空機、およびスペースクラフトなどの多数の環境において重要な機能となり得る火災検出のために使用され得る。ニューマティック検出器を使用する火災検出は、熱に基づいて密閉管内の内部圧力が増加することに伴う。圧力が特定のレベルに達すると、スイッチ作動機構を有する密閉管の構成に基づいてスイッチが作動され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ニューマティック検出システムおよびニューマティック検出システムの形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
密閉管と、密閉管内に配置された冷媒と、密閉管内が特定の圧力に到達することに基づいて作動するように構成されたスイッチと、を含むニューマティック検出システムが開示される。
【０００５】
冷媒を選択することと、アラームスイッチが作動されなければならない第１の閾値温度および密閉管の第１の長さを含む仕様を入手することと、その仕様に基づいて密閉管内に配置される冷媒の濃度を決定することと、その仕様に基づいて作動するようにアラームスイッチを配置することと、を備えた、ニューマティック検出システムの形成方法も開示される。
【０００６】
以下の説明は、いかなる方法においても限定的であるものとして考えるべきではない。添付の図面を参照すると、同様の要素には同様の参照番号が付与される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係るニューマティック検出システムの異なる状態を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係るニューマティック検出システムの異なる状態を示すブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に係るニューマティック検出システムの異なる状態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るニューマティック検出システムを形成する方法の過程フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
開示される装置および方法の１つまたは複数の実施形態の詳細な説明が図面を参照して例示的および非限定的に本明細書で提示される。
【０００９】
上述のように、ニューマティック検出器は密閉管内の圧力増加を基礎にして動作する。ニューマティック火災検出はニューマティック検出に対する１つの応用であり、ここでは熱が圧力増加を生じさせる。いくつかの現在使用されるニューマティック火災検出器では、検出器を形成するために、不活性ガスを含む密閉管内に金属水素化物ワイヤが使用される。温度上昇に基づいて、密閉管の内部圧力は、加圧された不活性ガスが加熱することにより、または高熱にさらされた金属水素化物ワイヤの区域から水素ガスが放出されることにより、上昇し得る。金属水素化物ワイヤは、チタンまたはバナジウムのワイヤに水素化処理を施すことにより生成され得る。水素化処理は、チタンまたはバナジウムのワイヤを高温の加圧された水素ガスに曝露し、当該ワイヤが冷却中に係る水素ガスを吸収することを要する。金属水素化物ワイヤを形成する処理は高価である。本明細書で説明するシステムおよび方法の実施形態は、密閉管に金属水素化物ワイヤよりもむしろ冷媒を含む、ニューマティック火災検出システムの製造に関する。以下で説明するように、これらの実施形態は、温度上昇に対する急激な圧力応答を含む。
【００１０】
図１Ａは本発明の１つの実施形態に係るニューマティック検出システム（pneumatic detection system）１００のデフォルト状態のブロック図である。ニューマティック検出システム１００は、冷媒１１５と、所望により不活性ガス１１７とを保持する密閉管１１０を含む。なおこれらの双方については以下でより詳細に説明する。密閉管１１０の一方の端部においてダイヤフラム（diaphragms）１２０および１２１が、密閉管１１０に連結され、密閉管１１０から延在する。図１Ａに図示する実施形態では、ダイヤフラム１２０および１２１は、スイッチ１３０、１４０を含むハウジング１３５内に延在する。図示のようにスイッチ１３０、１４０はそれぞれが、ニューマティック検出システム１００の出力に少なくとも部分的に基づいて機能する大規模システムに接続され得る。代替的な実施形態では、スイッチ１３０、１４０および残余のシステムは、異なる構成を有してもよいが、しかし依然としてスイッチ１３０、１４０が本明細書で説明するように作動される構成を有する。図示のようにスイッチ１３０はアラームインジケータであり、スイッチ１４０は欠陥インジケータである。図１Ａにより示される初期状態では、それぞれの構成に基づいて、スイッチ１４０は作動されるがスイッチ１３０は作動されない。ダイヤフラム１２１がスイッチ１４０を押し下げるこの状態では、ニューマティック検出システム１００が十分な（デフォルト）圧力を有し、この状態は欠陥が存在しないことを示す。
【００１１】
図１Ｂは本発明の１つの実施形態に係るニューマティック検出システム１００のアラーム状態のブロック図である。密閉管１１０の一部または全体が過熱または火災状態を経験することにより密閉管１１０内の圧力が増加すると、ダイヤフラム１２０は（Ａにより示される矢印の方向に）押し出される。密閉管１１０内の圧力が（以下で説明する密閉管１１０の形成にしたがって）特定のレベルに到達すると、ダイヤフラム１２０は図１Ｂに図示するようにスイッチ１３０を作動させる。スイッチ１３０が取り付けられた大規模システムに基づいて、アラームスイッチ１３０の作動により、過熱状態または火災に対処するためのいくつかの動作が実行され得る。過熱状態または火災が対処され、冷媒１１５の温度がデフォルト温度に戻ると、ニューマティック検出システム１００は図１Ａに示されるデフォルト状態に戻る。すなわちダイヤフラム１２０はスイッチ１３０から分離するが、ダイヤフラム１２１はスイッチ１４０と係合した状態に留まる。これは、密閉管１１０内の圧力レベルがデフォルト状態に戻ったことを示す。
【００１２】
図１Ｃは本発明の１つの実施形態に係るニューマティック検出システム１００の欠陥状態のブロック図である。欠陥（例えば密閉管１１０における漏出）が発生した場合、ダイヤフラム１２１を(図１Ａに示す)デフォルト位置に保持する圧力が解放される。圧力低下が継続するにつれて、ダイヤフラム１２１は（Ｂにより示される方向に）移動し、その結果、スイッチ１４０が作動停止されることとなる。スイッチ１４０がもはやダイヤフラム１２１と係合しなくなると、図１Ｃに図示するように、スイッチ１４０が連結された大規模システムは、例えば、オペレータに対するメッセージに基づいて、欠陥状態に対処し得る。図１Ｃに図示される状態は、デフォルト状態が確立される前のニューマティック検出システム１００も示す。すなわち図１Ｃに図示される状態は密閉管１１０を充填および気密密閉する前に存在する。密閉管１１０が以下でさらに詳述するように適切な比率の冷媒１１５および（所望により）不活性ガス１１７で充填されると、ニューマティック検出システム１００はただちに図１Ｃに図示される状態から図１Ａに図示されるデフォルト状態に移行する。
【００１３】
密閉管１１０の形成について、特に冷媒１１５の濃度および不活性ガス１１７の量を決定する方法について、以下でさらに詳細に説明する。密閉管１１０は、例えば航空機環境における様々なサブシステムの周辺に通され得る。密閉管１１０の長さは代表的な場合では１０フィート（約３メートル）以上となり得る。効果的な火災検出を実施するためには、ニューマティック検出システム１００は、過熱状態または火災の発生が密閉管１１０の長さ全体にわたるものであったとしても、あるいは、小さい部分におけるものであったとしても、スイッチ１３０を作動させなければならない。図１Ｂが示すように、密閉管１１０内の圧力に増加が生じるとダイヤフラム１２０はＡにより示される方向に動かされるが、ダイヤフラム１２０がスイッチ１３０に到達しスイッチ１３０を作動させてアラームを示すためには、特定レベルの圧力が要求される。したがって密閉管１１０の長さ全体にわたる火災、または小さい部分における火災は、その両方が、ダイヤフラム１２０がスイッチ１３０を作動させるにあたり要求される同一の特定レベルの圧力を生じさせなければならない。同一の特定レベルの圧力（密閉管１１０全域にわたる）を達成するためには、密閉管１１０内の小さいエリアにおいて比較的大きい圧力増加が生じること、または密閉管１１０内の大きいエリアにわたって比較的小さい圧力増加が生じること、が必要となる。
【００１４】
説明目的のために、ニューマティック検出システム１００について、以下の２つの仕様（specifications）、すなわち、（１）第１の長さにわたる第１の温度、および（２）第２の長さにわたる第２の温度、について議論する。第１の温度は第２の温度よりも相対的に高く、第１の長さは第２の長さよりも相対的に短い。第１の長さにわたる第１の温度および第２の長さにわたる第２の温度の両方が、いずれの場合にも、スイッチ１３０を作動またはトリガさせるためには、同一の圧力増加（密閉管１１０内における同一の全体的圧力）が生じなければならない。上記のように、これは、第１の（より短い）長さにわたる第１の温度により、第２の（より長い）長さにわたる第２の温度に比べて、密閉管１１０にわたって分散される相対的に高い（局所的）圧力が生じなければならないことを意味する。この点に関して、冷媒１１５（例えば液化圧縮ガス）の特有の特徴により、上述した２つの代表的な仕様を容易にする。冷媒１１５の特徴は温度上昇に対する指数関数的な圧力応答である。これは、例えば金属水素化物ワイヤが温度に対して線形的な圧力応答を示すことと異なる。
【００１５】
冷媒１１５の指数関数的な圧力応答の結果として、第１の（より短い）長さにわたる第１の（より高い）温度に起因する圧力増加は、第２の（より長い）長さにわたる第２の（より低い）温度に起因する圧力増加よりも、比率的に、はるかに大きいものとなり得る。この比率的により大きい圧力増加（第１のより短い長さにわたって生じる）は、密閉管１１０の長さ全体にわたり分散されると、仕様にしたがい、スイッチ１３０を作動させるにあたり十分となるべきである。この比率的により小さい圧力増加（第２のより長い長さにわたり生じる）もまた、仕様にしたがい、スイッチ１３０を作動させるにあたり十分となるべきである。第１の温度および第２の温度と、第１の長さおよび第２の長さと、（代替的な実施形態では、追加的に指定される温度および長さの組合せと）に対して特定される値に基づいて、密閉管１１０の全域にわたり均一に分散される冷媒１１５の（濃度）量が決定されるであろう。すなわち例えば冷媒１１５の濃度は、第２の（より低い）温度でスイッチ１３０を作動させるにあたり必要となる特定の圧力を生成するために、第２の（より長い）長さにわたり必要とされる質量にしたがって決定される。不活性ガス１１７（例えば窒素）が、所与の温度に対して圧力を調節するために、必要に応じて使用され得る。冷媒１１５の濃度および不活性ガス１１７の量の両方は、第１の（より高い）温度における第１の（より短い）長さおよび第２の（より低い）温度における第２の（より長い）長さの両方に対して、必要となる圧力（スイッチ１３０を作動させるにあたり十分な圧力）を達成する混合物が生成されるよう、較正または調節される。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係るニューマティック検出システム１００を形成する方法の過程フローである。ブロック２１０において、冷媒１１５の選択は、例えばニューマティック検出システム１００の使用が意図される環境に基づく。代表的な航空用途では、ニューマティック検出システム１００は華氏−６５度（°Ｆ）すなわち摂氏−５４度（°Ｃ）まで作動可能である。冷媒１１５はニューマティック検出システム１００の最低作動温度要件で（冷媒の沸点以上の）気体状態に留まる。これらの場合、例えばトリフルオロメタンまたはブロモトリフルオロメタンが冷媒１１５として使用され得る。ブロック２２０において、仕様を取得することは、スイッチ１３０が作動されなければならない温度閾値および密閉管１１０の対応する長さの１つまたは複数のセットを取得することを含む。ブロック２３０における冷媒１１５の濃度の決定については、上述の通りである。特に冷媒１１５の濃度は、温度および長さの特定的なセットに対して密閉管１１０全体の内部で同一圧力（スイッチ１３０を作動させるにあたり必要となる圧力）を生成することに基づいて、決定される。決定された冷媒１１５の濃度に基づいて、ブロック２４０における不活性ガス１１７の選択は、密閉管１１０を充填するために所望によりなされ得る。ブロック２５０における過程は、密閉管１１０を作成するために充填および密閉することを含む。ブロック２６０においてダイヤフラム１２０、１２１およびスイッチ１３０、１４０を配置および較正することは、例えばダイヤフラム１２０が必要に応じて、スイッチ１３０が作動されるための適切な位置に到達し、密閉管１１０内の圧力が閾値を下回ったときダイヤフラム１２１がスイッチ１４０から分離するよう、これらの要素を配置することを含む。
【００１７】
本発明について代表的な実施形態（単数または複数）を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更例が可能であること、および均等物が本発明の構成要素に代わって用いられ得ることが、当業者により理解されるであろう。加えて本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、多くの改変例では、特定の状況または物質を本発明の教示に適応させることが可能である。したがって本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として本明細書で開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、請求項の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことを、意図するものである。
【符号の説明】
【００１８】
１００…ニューマティック検出システム
１１０…密閉管
１１５…冷媒
１１７…不活性ガス
１２０，１２１…ダイヤフラム
１３０，１４０…スイッチ
１３５…ハウジング
【図１Ａ】
2015225858.tif 000003
【図１Ｂ】
2015225858.tif 000004
【図１Ｃ】
2015225858.tif 000005
【図２】
2015225858.tif 000006