(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に搭載された圧力スイング吸着を利用する酸素または不活性ガス発生システムに接続した入口、
二基以上あるモレキュラーシーブベッドのうちの一番目に接続した第一の開口、
排気用の第二の開口、
及び二基以上あるモレキュラーシーブベッドのうちの二番目に接続した第三の開口があり、
前記入口、前記第一、第二及び第三の開口は全てスライド室で連通し、
前記スライド室内にはスライドブロックを有するハウジングをもったリニアバルブと、
前記ハウジングに取り付けられ、前記スライドブロックを第一の方向または第二の方向に動かす押引装置と、
前記スライド室にあり、前記スライド室内にある前記スライドブロックの位置を両末端部で感知する感知装置と、
前記感知装置から情報を受け、前記押引装置を制御するコントローラとを有する航空機に搭載された圧力スイング吸着を利用する酸素または不活性ガス発生システムを制御するための制御システムであって、
前記コントローラは、前記リニアバルブを第一の位置から第二の位置に変更するように命令し、前記感知装置が前記スライドバルブの現位置を感知して、前記スライドブロックが第一の位置から動き始めたことを感知すると、前記コントローラにあるタイマーが動き始め、前記コントローラが、前記スライドブロックが反対位置に到着したという信号を前記感知装置から受けると、タイマーは停止し、経過時間の長さを前記リニアバルブが中間域にある時間の尺度として計測し、この時間を既知の流入空気圧力及び温度状態に関して許される時間と比べることによって、前記リニアバルブが正常に作動しているかどうかをモニターし、前記スライドバルブの動きの周期をディスプレイに示すことを特徴とする航空機に搭載された圧力スイング吸着を利用する酸素または不活性ガス発生システムを制御するための制御システム。
【請求項２】
前記感知装置は、磁気スイッチであり、複数の磁石が前記スライドブロックに取り付けられ、対応する複数の近接スイッチが前記ハウジングの両端部に取り付けられ、前記磁石が前記近接スイッチにそれぞれ近づいた時に信号が前記コントローラに送られることを特徴とする請求項１に記載のガス発生システムを制御するための制御システム。
【請求項３】
前記感知装置は、スイッチであり、前記スライドブロックの両端部およびこれに対応する前記ハウジング内の移動の両終点に接点が設けられ、前記スライドブロックが前記接点に接してその動きを止めることを特徴とする請求項１に記載のガス発生システムを制御するための制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス発生システムを制御するための制御システムに係り、より詳細には、ガスバルブに組み込んだ感知装置によりスライドブロックの位置を検出するガス発生システムを制御するための制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機に搭載した不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）あるいは航空機に搭載した酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法を用いるモレキュラーシーブを利用し、窒素あるいは酸素をそれぞれ順番に発生させるのに長い間使われてきた。この加圧及びガス抜きの過程を順番に行うのがＰＳＡプロセスである。ＰＳＡ技術は、バルブを通して調整して供給されるエンジンブリード空気を使用して、複数のキャニスターのそれぞれにあるモレキュラーシーブを加圧している。所定の時間が経過した後、バルブは状態を変え、ひとつの加圧されたキャニスターのガスを抜き、次のキャニスターを加圧する。従来のＰＳＡシステムは、固定あるいは可変速モータによって制御、駆動されるロータリーバルブにより制御されていた。
【０００３】
最近のＰＳＡシステムは、リニアの四方向スライドバルブを使用して空気吸入口を一つのキャニスターに接続し、抜き口を別のキャニスターと接続させている。バルブは状態を変えて、抜き口を第一のキャニスタと接続させるのと同時に第二のキャニスターを吸入空気に接続させている。
【０００４】
通常のＰＳＡシステム上で使用されるリニアバルブは、ミニアチュアパイロットソレノイドバルブからの制御パイロットガスを使用して空気圧により操作され、電磁波（ＥＭＩ）遮蔽体に収納されたソリッドステート電子回路を使用して開閉されている。パイロットソレノイドは、スライドブロックに連結している２つのガスシリンダーにガス圧力を伝える。このブロックは三つの開口あるいは穴を有する合わせ板に沿って摺動する。開口は直線状に形成されている。外側の開口は中心の開口から等距離である。スライドブロックは流路の役割をするくりぬき部分を有している。流路はいかなる時点でも三つの開口のうちの二つと接続させるような大きさになっている。コントローラ（制御装置）は、所定の時間すなわち「サイクル時間」でミニアチュアパイロットバルブを開閉させるように設定されている。
【０００５】
ＰＳＡ装置は、目的としないガス分子をモレキュラーシーブの「側」に出すことによって機能している。ＰＳＡ方法のサイクル時間は、主としてどれほどの純度の製品ガスが所望されるかによって決定される。リニアバルブを使用して、スライドブロックは空気を所定のキャニスタに送り、また同時にもう一方のキャニスターのガスを抜くように制御されている。スライドブロックの速度が落ちると、その結果として純度は変わる。
【０００６】
航空機に搭載されているＯＢＯＧＳシステムは通常、酸素モニターを有し、酸素純度の低下を検出して所望の酸素を生成していないことを操作者／パイロットに警報を出す。酸素濃度の低下につながる多くの内的及び外的条件がある。純度不足を引き起こす内的条件の一つはスライドバルブであり、動かなかったり、設定よりも遅く動いたことにあった。航空機に搭載されているＯＢＩＧＧＳシステムは、窒素モニターを有していない。あるシステムでは、酸素モニターを使用し、生成ガス中に残っている酸素量から窒素純度を推測している。スライドバルブが適切に働かない場合、酸素生成物純度と同じように窒素生成物純度も影響を受ける。酸素純度の低下を引き起こす外的条件には、周囲温度、正常以下の操作圧力、モレキュラーシーブの劣化、水分等がある。
【０００７】
ＰＳＡプロセスは、正常な操作中に空気と一緒に運ばれてくる水分を処理する。ＰＳＡプロセスが稼動していないときに水分が空気システムを通してシステムに入ってくると、その結果モレキュラーシーブは恒久的な損傷を受ける。損傷を受けたモレキュラーシーブは空気を分離しない。多くのＯＢＯＧＳ及びＯＢＩＧＧＳシステムは、システムが稼動していない時に空気がモレキュラーシーブベッドに入るのを防ぐ別の遮断バルブを有している。このように、当業界にはスライドブロックを有し、スライドブロックの現在位置を検出することができるリニアバルブに対する需要が存在する。さらに、別の遮断バルブを持たないリニアバルブに対する需要もまた存在する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、スライドブロックの位置をモニターして、問題が起きる前に性能問題を修正できるガス発生システムを制御するための制御システムを提供することである。
【００１１】
本発明は、リニアバルブにあるスライドブロックの状態を検知すること、及びスライドブロックの位置を利用してリニアバルブが正常に作動しているかを予測してコントローラー／モニターにその情報を提供することに関する。操作者は故障が起きる前に情報が提供され、リニアバルブの予防的な保全が可能となる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明のガス発生システムを制御するための制御システムは、航空機に搭載された圧力スイング吸着を利用する酸素または不活性ガス発生システムに接続した入口、二基以上あるモレキュラーシーブベッドのうちの一番目に接続した第一の開口、排気用の第二の開口、及び二基以上あるモレキュラーシーブベッドのうちの二番目に接続した第三の開口があり、入口、第一、第二及び第三の開口は全てスライド室で連通し、スライド室内にはスライドブロックを有するハウジングをもったリニアバルブと、ハウジングに取り付けられ、スライドブロックを第一の方向または第二の方向に動かす押引装置と、スライド室にあり、スライド室内にあるスライドブロックの位置を両末端部で感知する感知装置と、感知装置から情報を受け、押引装置を制御するコントローラとを有する航空機に搭載された圧力スイング吸着を利用する酸素または不活性ガス発生システムを制御するための制御システムであって、
コントローラは、リニアバルブを第一の位置から第二の位置に変更するように命令し、感知装置がスライドバルブの現位置を感知して、スライドブロックが第一の位置から動き始めたことを感知すると、コントローラにあるタイマーが動き始め、コントローラが、スライドブロックが反対位置に到着したという信号を感知装置から受けると、タイマーは停止し、経過時間の長さをリニアバルブが中間域にある時間の尺度として計測し、この時間を既知の流入空気圧力及び温度状態に関して許される時間と比べることによって、リニアバルブが正常に作動しているかどうかをモニターし、スライドバルブの動きの周期をディスプレイに示すことを特徴とする。
【００１４】
本発明のガス発生システムを制御するための制御システムにおいて、感知装置は、磁気スイッチであり、複数の磁石がスライドブロックに取り付けられ、対応する複数の近接スイッチがハウジングの両端部に取り付けられ、磁石が近接スイッチにそれぞれ近づいた時に信号がコントローラに送られることが好ましい。
【００１５】
本発明のガス発生システムを制御するための制御システムにおいて、感知装置は、スイッチであり、スライドブロックの両端部およびこれに対応するハウジング内の移動の両終点に接点が設けられ、スライドブロックが接点に接してその動きを止めることが好ましい。
【００１６】
本発明のその他の目的及び利点は、本発明の好ましい実施の形態が、本発明を実施する最良の形態を単に説明することによって示されている詳細な説明から当業界の技術者にはすぐに明らかになるだろう。これまでみてきたように、この発明は他の異なる実施の形態が可能であり、いくつかの詳細は本発明から全く逸脱することなく種々の明らかな点において変更が可能である。従って、その図面及び説明は単に説明するためのものであって、限定するものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に関して、１０で示されるリニアスライドバルブシステムは、本発明によるリニアスライドバルブアセンブリ１５とコントローラ／モニター３０とを有している。リニアバルブアセンブリ１５は、ハウジング２０の両末端部に取り付けられた一対のソレノイドバルブ４０、４２を有している。ハウジング２０は、ハウジング２０の一方の側に入口５０、ハウジング２０の反対側に第一の開口５２、第二の開口５４及び第三の開口５６を有している。開口５２、５４、５６はベースプレート４８にある。開口５２と５６は、中央の開口５４から等しい間隔で離れている。スライドブロック６０は、プレート４８の上面６４上を摺動する平面６２を有している。図１に示した実施態様では、入口５０はスライドブロック６０から離れていて、スライドブロック６０は開口５２および５４、あるいは開口５４および５６のいずれかを覆うのに十分な長さである。ソレノイド４２、４３は、当業界では知られている３方向ソレノイドであり、本発明の好ましい実施の形態で用いられている。ソレノイド、空気など他の制御手段は、この発明の精神、範囲から逸脱することなく使用することができる。
【００１８】
スライドブロック６０は、ソレノイドバルブ４０によって第一の方向に、そしてソレノイドバルブ４２によって反対方向すなわち第二の方向に動かされる。ロッド４４および４６は、ソレノイドバルブ４０、４２およびスライドブロックに取り付けられていて、スライドブロックを反対方向に動かす。近接スイッチ７０、７２がハウジング２０の両端に取り付けられている。スライドブロック６０の両端には、一対の磁石８０、８２が取り付けられ、その磁石がスイッチ７０、７２にそれぞれ近づいた時に信号が以下に詳細に説明するようにコントローラ／モニター３０に送られる。図１に示したように、スライドブロック６０は、開口５２および５４を塞ぐ第一の位置にあるように示されている。この状態では、入口５０は開口５６と連通してベッド＃２へとつながっている。この第一の位置では、ベッド＃１は開口５２を通って、スライドブロック６０を通って排気開口５４へ排気し、一方空気は入口５０から開口５６を通ってベッド＃２へと供給される。
【００１９】
図２は、スライドブロックが第二の位置にあるように示されているということを除いて、図１と同様である。この第二の位置では、ベッド＃２は開口５６を通っておよびスライドブロック６０を通って排気開口５４へ排気し、一方空気は、入口５０から開口５２を通ってベッド＃１に供給される。一般的にスプリング（図示していない）がピストンとスライドブロック６０の間に使用される。独立気泡発泡樹脂もまた使用されてきた。図２にあるバルブはスプリングも発泡樹脂も有していない。代わりに、バルブはアセンブリと隙間のないようになっていて、スライドバルブの位置を維持している。バルブは操作圧力下では強固に閉塞されている。
【００２０】
図３は、ソレノイドバルブ４０、４２の代わりに一対のエアシリンダ１４０、１４２が使用されて駆動部材１５０を第一および第二の方向に動かすことを除いて、図１および２に記載した実施態様と同じである。駆動部材１５０は、２つの中間ショルダー部材１５２、１５４及び２つのピストンヘッド１６２、１６４を有する長円形部材である。２つの中間ショルダー部材は、一部がスロット１６６、１６８に位置していて、それぞれスライドブロック１６０に嵌合している。スライドブロック１６０は、下面６４に磁石８０、８２が取り付けられている。一対のセンサー７０、７２がスライドブロック室１７０の両端部にあるプレート４８に取り付けられている。ピストンヘッド１６２、１６４及びプレート４８の間に形成されているのがスライドブロック室１７０である。入口（図示なし）は、ハウジング内中央、排気口の真上にある。ハウジング１２０の両端には柱状の空間１８０、１８２があり、その中にピストンヘッド１６２、１６４がそれぞれ往復する形で摺動する。ハウジング１２０の両表面はねじが切られていて、それぞれのネジ上にはキャップ１９０、１９２があってシールされ、ピストンヘッド１６０、１６２がそれぞれ摺動する第一シリンダー２００及び第二シリンダー２０２を形成する。ポペット２１０、２１２は、ねじ切りされた部材１９０、１９２の中に配置されている。駆動部材１５０は、以下の通りに反対方向に動く。図３に示したように、ポペット２１０が開いてシリンダー２００が加圧され、一方ポペット２１２が開いてシリンダーがガス抜きできるようにし、これによってシリンダー２０２がガス抜きしつつ駆動装置を右に動かす。図３はまた、スライドブロック１６０の下部切り取り部分１６９をよく示しており、ここで開口５２、５４をスライド室１７０とシールして開口５２、５４の間の流れを可能にしている。
【００２１】
近接センサー及び磁気センサーを説明したが、他のセンサーもここに説明したどの実施の形態にも使用することができることがわかる。光学センサーが最近、赤外線及びレーザーとともに普及してきた。これらの装置はとても正確である。これらの装置は移動の限界と移動の範囲を検出することができる。スライドブロック６０、１６０の正確な位置を常時知ることが可能である。
【００２２】
シリンダー圧力をモニターすることによって、スライドバルブの動きの周期、および操作等の情報を調べるに圧力トランスデューサーが一般的に使用されている。記録紙を照合して、操作圧力をかなり正確に求めることができる。この装置はスライドブロックの大まかな位置を知るのに使用することができる。（正確ではできない）
【００２３】
スライドブロック６０、１６０の端部およびハウジング内移動の終点に接点が設けられる。この接点は、ブロックがその動きを止めること、およびブロックがそこにくる時間を示している。この装置は取り付けるに最も簡単であり、ピストン運動およびピストン位置を示すに正確であり、現在のところ好ましい実施の形態であると考えられる。
【００２４】
図４に示したスライドバルブは、スライド室４７０が長く、スライドブロック４６０が開口５２、５４、５６を同時に覆うことができるようになっていることを除いて、図１〜３に示したリニアスライドバルブと同様である。センサーは、図１と同じ位置にあり、さらにスライドブロックのスライド上中央に置くことも可能である。このことにより遮断位置にあるスライドブロックの検出が可能になる。この実施の形態における利点は、遮断バルブ６００（図６）をなくすことが可能である。図４に示したスライド室４７０では、開口５２、５６とスライド室端部の間の空間を大きくとり、にスライドブロック４６０を図４の破線で示した第一及び第二の位置に動かすことができるだけの大きさの空間がある。
【００２５】
図５は、図３に示したリニアスライドバルブを操作する概略を示している。図５では、近接スイッチ７０、７２がコントローラ／モニター３０に接続しているように示されている。三方向バルブ５００、５０２もまたそれぞれコントローラ／モニター３０に接続されていて、エアシリンダー２００、２０２に空気圧で接続されている。バルブ５００が第一の位置にある時、流入空気はシリンダー２０２に導入され、これによりピストン１６４の位置を変え、近接スイッチ７０が開き、近接スイッチ７２を閉じるようにする。スライドバルブ１５が正常に作動しているかどうかをモニターする一つの方法は、次の通りである。コントローラ／モニターは、スライドバルブ１５を２つの位置の反対へ変更するように命令する。近接スイッチ７０、７２が（現位置を感知して）、スライドブロック６０が第一の位置から動き始めたことを感知するとすぐに、コントローラ／モニター３０にあるタイマーが動き始める。コントローラ／モニター３０が、スライドブロック６０が反対位置に到着したという信号をセンサー７０、７２から受けると、タイマーは停止する。経過時間の長さは、バルブ１５が中間域にある時間の尺度である。コントローラ／モニター３０は、バルブ１５の作動時間に影響を及ぼす条件、流入空気の圧力や温度等を検知することができる。この時間を（既知の流入圧力及び温度状態に関して）許される時間と比べることによって、バルブの性能をみる基準となる。
【００２６】
簡単なディスプレイで、モニター可能なスライドバルブの動きの周期を瞬時に示すことが可能であり、あるいはその周期が許される範囲を越えたら信号が点灯する。スライドブロック６０を遮断バルブとして使用する場合、コントローラ／モニター３０を用いて、センサー７０、７２によって供給された位置を示す情報からスライドブロック６０の位置を制御することができる。リニアバルブと制御システムは、スライドブロックの位置をモニターすることで、問題が起きる前に問題を修正することができるように説明されていることがわかる。また、リニアバルブは、遮断バルブをなくすることができるということも明らかである。
【００２７】
本発明が上記の目的の全てを満たしていることは当業界の通常の技術者にはすぐにわかるだろう。前述の明細書を読めば、通常の技術者は大まかにここに開示した発明の同等および種々の他の面を、いろいろに変更、置き換えを行なうことができる。従って、ここで付与された保護は添付の請求項及びその相当物に含まれる定義によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
本発明を、例を示して説明するが、限定されるものではない。添付図面中の図で、同じ参照番号を有する要素は全体を通して同じ要素を表している。
【図１】スライドブロック、及びバルブハウジングの中でのスライドブロックの現在位置を感知する感知装置を有するリニアバルブの概略図である。
【図２】図１と同様の図で、スライドブロックが第二の位置にあることを示している。
【図３】図１及び２と同様の別の実施形態で、エアシリンダを使用してスライドブロックを駆動するものである。
【図４】別の実施形態で、リニアバルブハウジングを十分大きくして、スライドブロックが三つ全ての開口を塞ぐような位置に動かすことができるようにしたものある。
【図５】図３に示した実施形態に使用された空気回路を図示している空気回路図である。
【図６】空気回路のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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