(57)【要約】【課題】航空機の緊急用酸素供給システムを改良して、携行している呼吸用気体の備蓄を超えてさらに酸素を提供できるようにする。【解決手段】本発明により提供される緊急用酸素供給システムは次の構成要件を有している。呼吸マスク（７，８）に酸素を供給するための気体分配システム（２）と、圧縮ガス源の形態の第１の酸素源（１０）と、分子ふるい層機構（１６）の形態の第２の酸素源（１５）と、気体分配システム（２）を第１の酸素源（１０）または第２の酸素源（１５）と選択的に接続するための切換手段（９，１１）と、事前設定された飛行高度に呼応する状態信号を出すための測定センサと、前記状態信号が存在しているときに第１の酸素源（１０）から第２の酸素源（１５）への切換信号を切換手段（９，１１）に出すように構成された制御ユニット（１７）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の緊急用酸素供給システムにおいて、
呼吸マスク（７，８）に酸素を供給するための気体分配システム（２）と、
圧縮ガス源または化学的な酸素発生器の形態である第１の酸素源（１０）と、
分子ふるい層機構（１６）の形態である第２の酸素源（１５）と、
気体分配システム（２）を第１の酸素源（１０）または第２の酸素源（１５）と選択的に接続するための切換手段（９，１１）と、
事前設定された飛行高度に呼応する状態信号を出力するための測定センサ（１９）と、
前記状態信号が存在しているときに第１の酸素源（１０）から第２の酸素源（１５）への切換信号を切換手段（９，１１）に出力するように構成された制御ユニット（１７）と、を備えることを特徴とする緊急用酸素供給システム。
【請求項２】
キャビンの圧力降下信号を出力すためにキャビン圧力センサ（１８）が設けられており、このキャビン圧力センサにより、第１の酸素源（１０）と気体分配システム（２）の間の流動接続を成立させるように切換手段（９，１１）が操作される請求項１記載の緊急用酸素供給システム。
【請求項３】
状態信号を出力する測定センサが高度センサ（１９）である請求項１又は請求項２記載の緊急用酸素供給システム。
【請求項４】
分子ふるい層機構（１６）が空気圧縮器（１１０）からの酸素を濃縮するように構成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の緊急用酸素供給システム。
【請求項５】
航空機の緊急用酸素供給システムを作動させる方法において、次の各ステップを備えており、すなわち、
客室内にある呼吸マスク（７，８）に酸素を供給するための気体分配システム（２）に、圧縮ガス源または化学的な酸素発生器の形態である第１の酸素源（１０）と、分子ふるい層機構（１６）の形態である第２の酸素源（１５）と、を設け、
客室内で圧力降下が生じたときに第１の酸素源（１０）を気体分配システム（２）と流動接続し、
事前設定された飛行高度に達したとき、もしくはこれを下回ったときに第２の酸素源（１５）へ切り換えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の緊急用酸素供給システムに関し、および緊急用酸素供給システムを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
前述した種類の緊急用酸素供給システムは特許文献１から公知となっている。第１の供給経路と第２の供給経路が、乗客用シートの列に沿って配置された呼吸マスクへと酸素を導く。この場合、呼吸マスクはシート横の容器に入っている。キャビン内部で圧力降下が起こると、この容器が中枢部からの指令で開き、一式の圧縮ガスボンベから酸素を受ける呼吸マスクを取り出すことができる。
【０００３】
この公知の緊急用酸素供給システムの欠点は、極端な状況下でも十分な呼吸用気体の備蓄を提供するために、酸素の備蓄分を大量に携行しなくてはならないことである。このことは、相応の個数の圧縮ガスボンベと、その結果として生じる輸送重量とを必要とする。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２，９３４，２９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べた種類の緊急用酸素供給システムを改良して、携行している呼吸用気体の備蓄分を超えて、さらに酸素を提供できるようにすることである。さらに、緊急用酸素供給システムを作動させる方法を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
装置についての課題の解決は、請求項１の構成要件によって行われる。すなわち、航空機の緊急用酸素供給システムにおいて、呼吸マスク（７，８）に酸素を供給するための気体分配システム（２）と、圧縮ガス源または化学的な酸素発生器の形態である第１の酸素源（１０）と、分子ふるい層機構（１６）の形態である第２の酸素源（１５）と、気体分配システム（２）を第１の酸素源（１０）または第２の酸素源（１５）と選択的に接続するための切換手段（９，１１）と、事前設定された飛行高度に呼応する状態信号を出力するための測定センサ（１９）と、前記状態信号が存在しているときに第１の酸素源（１０）から第２の酸素源（１５）への切換信号を切換手段（９，１１）に出力するように構成された制御ユニット（１７）と、を備えることを特徴とする緊急用酸素供給システムを提供する。
【０００７】
方法についての課題の解決は、請求項５の構成要件によって行われる。すなわち、航空機の緊急用酸素供給システムを作動させる方法において、次の各ステップを備えており、すなわち、客室内にある呼吸マスク（７，８）に酸素を供給するための気体分配システム（２）に、圧縮ガス源または化学的な酸素発生器の形態である第１の酸素源（１０）と、分子ふるい層機構（１６）の形態である第２の酸素源（１５）と、を設け、客室内で圧力降下が生じたときに第１の酸素源（１０）を気体分配システム（２）と流動接続し、事前設定された飛行高度に達したとき、もしくはこれを下回ったときに第２の酸素源（１５）へ切り換えることを特徴とする方法をも提供する。
【０００８】
本発明の利点は、基本的に、携行している酸素備蓄分に加えて、事前設定された飛行高度以下で作動し、タービン空気から酸素を濃縮することによって呼吸用気体を生成する分子ふるい層機構が設けられているという点にある。このようにして、航空機が事前設定された約２０．０００フィートの飛行高度を超えていない限り、事実上制限のない時間にわたって酸素を提供することができる。これに対して、携行している圧縮ガスボンベの酸素備蓄は、事前設定された飛行高度に達するまでの時間的に限られた初期段階の間にしか必要がない。
【０００９】
現代の長距離区間旅客機は、今日、しばしば人の住んでいない地域や人口密度の薄い地域の上空にある飛行ルートをとるために、故障時の着陸が困難であり、ないしは適当な代替空港が何時間もの飛行時間を要する距離のところにある。したがって、現在使用されている航空機は、十分な酸素供給のために周囲の大気から呼吸用の空気を採取できるようにするために、故障時には約１０．０００フィートの飛行高度まで高度を下げなくてはならない。このような高度低下とそれに続く上昇飛行は、大量の燃料消費を引き起こす。本発明で提供される装置によれば、飛行高度を約２０．０００フィートまでしか下げずにすむようになる。しかも、分子ふるい層機構を用いて圧縮ガスボンベ中にあった酸素備蓄を再び充填することができ、それにより、少数の圧縮ガスボンベを携行すれば済むようになる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。つまり、本発明の緊急用酸素供給システムでは、キャビンの圧力降下信号を出力すためにキャビン圧力センサ（１８）が設けられており、このキャビン圧力センサにより、第１の酸素源（１０）と気体分配システム（２）の間の流動接続を成立させるように切換手段（９，１１）が操作される。また、状態信号を出力する測定センサが高度センサ（１９）であるとよい。さらに、分子ふるい層機構（１６）が空気圧縮器（１１０）からの酸素を濃縮するように構成されているとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態が図面に示されており、以下において詳しく説明する。
【００１２】
図１は、詳しくは図示しない航空機の緊急用酸素供給システム１を模式的に示している。酸素の気体分配システム２は、第１の供給経路３と第２の供給経路４とで構成されており、絞り部材５，６を介して呼吸マスク７，８が接続されている。供給経路３，４は、図１には図示しない乗客用シートの列に沿って延びており、シート列の上方に、下方に向かって開いた容器１２，１３の中にシートに呼応する個数の呼吸マスク７，８がある。気体分配システム２は、第１の遮断弁９を介して第１の酸素源１０と接続されるとともに、第２の遮断弁１１を介して第２の酸素源１５と接続されている。第１の酸素源１０は、酸素が中に備蓄されている一式の圧縮ガスボンベ１４で構成されており、第２の圧縮ガス源１５は分子ふるい層機構１６を含んでおり、この分子ふるい層機構により、タービン空気から酸素を濃縮することによって呼吸用気体が得られる。制御ユニット１７は、分子ふるい層機構１６の遮断弁９，１１、キャビン圧力センサ１８、および高度センサ１９と接続されている。操作ユニット２０は、制御命令を入力したり状態メッセージを表示するように作動する。
【００１３】
本発明の一実施形態により提供される緊急用酸素供給システム１は、次のように作動する：
【００１４】
正常な飛行運転時には遮断弁９，１１は閉じており、キャビン圧力センサ１８は圧力の測定値を制御ユニット１７へ送る。高度センサ１９は、最新の飛行高度に関する測定値を制御ユニット１７に送る。第１の酸素源１０の内部に配置された、図１には詳しくは図示しない圧力センサが、信号回線２３を介してボンベ圧に関する測定値を送り、これにより制御ユニット１７で最新の酸素備蓄分を算出することができる。キャビン圧力、飛行高度、および酸素備蓄は操作ユニット２０を介してパイロットに表示される。
【００１５】
キャビン圧力センサ１８が乗客室内の圧力降下を記録すると、第１の遮断弁９が開き、短い圧力衝撃によって容器１２，１３が開き、それによって呼吸マスク７，８が下方へ落下する。それと同時に供給経路３，４が酸素で洗浄され、この洗浄ガスは解放弁２１，２２を介して流れ出ることができる。絞り弁５，６を介して酸素が呼吸マスク７，８に到達する。信号回線２４を介して、分子ふるい層機構１６が作動準備態勢に入って暖機され、この状態がおよそ５分間続く。同時にパイロットは、飛行高度を２５．０００フィート以下の値まで下げる。分子ふるい層機構１６は約２０．０００フィートの飛行高度で初めて、濃縮によって呼吸用気体として利用できる酸素を十分に提供するからである。高度センサ１９が２０．０００フィート以下のキャビン高度を記録すると、制御ユニット１７からの指令で第１の遮断弁９が閉じられ、第２の遮断弁１１が開かれる。この時点で、呼吸マスク７，８へのガス供給が第２の酸素源１５からのみ来るようになる。
【００１６】
図２は、高温のタービン空気を排出するための過圧源としてのタービン１１０と、熱交換器１２０と、温度センサ１３０と、急閉鎖連結部１４０と、タービン空気から遊離した水を取り除くための水分離器１５０と、給気に対する遮断弁１６０と、減圧器１７０と、分子ふるい層２００についての充填、放出を交互にするための切換弁１８０と、排出通路３２０のための遮断弁１９０と、並列に配置された分子ふるい層２００と、流動伝達装置２１０と、逆遮断弁２２０と、生成ガス集積容器２３０と、生成ガスフィルタ２４０と、流量センサ２５０と、酸素センサ２６０と、生成ガスに対する切換弁２７０と、絞り部位２８０と、急閉鎖連結部２９０と、消費部配管３１０と、測定・制御ユニット３００と、が直列の並びで配置された分子ふるい層機構１６を示している。消費部配管３１０は、図１の遮断弁１１とつながっている。
【００１７】
分子ふるい層機構１６は次のように作動する：
【００１８】
タービン１１０から排出される水蒸気を含んだ高温のタービン空気が、熱交換器１２０でおよそ摂氏３０度まで冷却される。温度センサ１３０が熱交換器１２０の後でタービン空気の温度を測定し、その値をさらに処理するために測定・制御ユニット３００へ転送する。急閉鎖連結部１４０の後には水分離器１５０が配置されており、ここで凝集水が取り除かれて排出通路３２０を介して運び出される。遮断弁１６０および１９０は、分子ふるい層２００への水分の侵入を防ぐために本装置の作動時にのみ開き、その他の時間には閉じている。急閉鎖連結部１４０，２９０によって、分子ふるい層機構１６をタービン１１０および消費部配管３１０から完全に切り離すことができる。
【００１９】
減圧器１７０は、圧力をおよそ２〜３バールの作業圧力まで低減させる。切換弁１８０を介して空気が左側の分子ふるい層２００へ供給されて、ここで窒素が吸着される。右側の分子ふるい層２００は脱着段階にあり、以前に固定された窒素を周囲に放出している。吸着が終了するとすぐに切換弁１８０が切り換わり、右側の分子ふるい層２００が吸着動作のために利用される。
【００２０】
酸素が富化された生成ガスは、逆遮断弁２２０を介して生成ガス集積容器２３０に到達する。分子ふるい層２００の再生を向上させるために、生成された生成ガスの一部は、流動伝達装置２１０を介して、右側に配置された分子ふるい層２００へ誘導される。この場合、図面に示している切換弁１８０の切換位置は脱着段階にある。生成ガスは、分子ふるい層２００の後で生成ガスフィルタ２４０で清浄化される。次いで流量が流量センサ２５０で測定され、酸素濃度が酸素測定装置２６０で測定されて、測定・制御ユニット３００へ伝えられる。
【００２１】
切換弁２７０は、「準備段階」の間には、生成ガスが絞り部位２８０を介し排出通路３２０に達して周囲に流出するように測定・制御ユニット３００により制御される。準備段階は、測定された酸素濃度が事前設定された酸素濃度の閾値を下回っている限り続けられる。そのために測定・制御ユニット３００では、測定された酸素濃度を事前設定された閾値と常時比較している。閾値に達し、もしくは閾値を上回り、相応の飛行高度に達すると、すぐに切換弁２７０は測定・制御ユニット３００から切換パルスを受けとる。この場合、生成ガスは、図１の遮断弁１１が開いている限り、消費部配管３１０に達する。測定・制御データを交換するために、図１の緊急用酸素供給システム１の制御ユニットと、図２の測定・制御ユニット３００とは、詳しくは図示しないデータ回線によって相互に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】航空機の緊急用酸素供給システム。
【図２】酸素を濃縮するための分子ふるい層機構。
【符号の説明】
【００２３】
１  緊急用酸素供給システム
２  気体分配システム
３  第１の供給経路
４  第２の供給経路
５，６  絞り部材（絞り弁）
７，８  呼吸マスク
９，１１  遮断弁
１０  第１の酸素源
１２，１３  容器
１４  圧縮ガスボンベ
１５  第２の酸素源（第２の圧縮ガス源）
１６  分子ふるい層機構
１７  制御ユニット
１８  キャビン圧力センサ
１９  高度センサ
２０  操作ユニット
２１，２２  解放弁
２３，２４  信号回線
３１０  消費部配管
【図１】
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【図２】
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