(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機で使用できるガス発生方法および装置を提供する。【解決手段】少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）で酸素を発生し、少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）で不活性ガスを発生し、少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスからの排ガスを用いて不活性ガスの補助として選択的に供給する。不活性ガスは、窒素である。補助の酸素源があってもよい。コントロールバルブは、少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスからの排ガスを、大気にあるいは２つの場所のいずれかに選択的に供給するように使用される。酸素は、航空機の乗客室で使用され、不活性ガスは航空機の燃料タンクあるいは貨物室で使用される。【選択図】図１
2005193696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を発生するように設置された少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と、不活性ガスを発生するように設置された少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）を含んで構成され、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスを不活性ガスの補助として選択的に供給することを特徴とするガス発生システム。
【請求項２】
前記少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は、二基のＯＢＯＧＳでなることを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項３】
前記少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）は、二基のＯＢＩＧＧＳでなることを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項４】
前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項５】
さらに補助の酸素源を含んでなることを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項６】
さらに第１コントロールバルブと第２コントロールバルブを含んでなり、前記第１コントロールバルブは、前記少なくとも１基のＯＢＯＧＳからの排ガスを大気中または前記第２コントロールバルブに選択的に出し、前記第２コントロールバルブは、前記少なくとも１基のＯＢＯＧＳからの排ガスを２つの場所の何れかに出すことを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項７】
さらに少なくとも１基の熱交換器を含んでなり、空気を第１の温度で受け、前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ第２の温度で出すことを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項８】
さらに少なくとも１基のフィルター／水セパレーターを含んでなり、空気を受け、水分を少なくした濾過空気を前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ出すことを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項９】
前記補助の酸素源は、少なくとも１基の圧縮酸素のタンクであることを特徴とする請求項５記載のガス発生システム。
【請求項１０】
さらに少なくとも１基の酸素モニターを含んでなることを特徴とする請求項１記載のガス発生システム。
【請求項１１】
少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）で酸素を発生し、少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）で不活性ガスを発生し、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスを、不活性ガスの補助として選択的に供給することを特徴とするガス発生方法。
【請求項１２】
前記少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は、二基のＯＢＯＧＳでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）は、二基のＯＢＩＧＧＳでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１４】
前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１５】
さらに補助の酸素源を含んでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１６】
さらに前記少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを、大気中または２つの場所の何れかに選択的に出す操作を含んでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１７】
さらに第１の温度で受け、前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ第２の温度で出す操作を含んでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１８】
さらに空気を受け、水分を少なくした濾過空気を前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ出す操作を含んでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項１９】
前記補助の酸素源は、少なくとも１基の圧縮酸素のタンクから酸素を供給するものであることを特徴とする請求項１５のガス発生方法。
【請求項２０】
さらに少なくとも１つのガスの酸素濃度をモニターする操作を含んでなることを特徴とする請求項１１記載のガス発生方法。
【請求項２１】
乗客室、燃料タンクおよび貨物室を含む航空機用ガス発生システムであり、
酸素を発生し、前記酸素を航空機の乗客室に供給するように設置された少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と、不活性ガスを発生し、前記不活性ガスを航空機の燃料タンクまたは貨物室に供給するように設置された少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）を含んで構成され、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳの排ガスを、燃料タンクまたは貨物室への不活性ガスの補助として選択的に供給する、ことを特徴とするガス発生システム。
【請求項２２】
前記少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は、二基のＯＢＯＧＳからなることを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２３】
前記少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）は、二基のＯＢＩＧＧＳでなることを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２４】
前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２５】
さらに乗客室に選択的に供給する酸素の補助酸素源を含んでなることを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２６】
さらに第１コントロールバルブと第２コントロールバルブを含んでなり、前記第１コントロールバルブは、前記少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを大気中または前記第２コントロールバルブに選択的に出し、前記第２コントロールバルブは、前記少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを燃料タンクまたは貨物室の何れかに出すことを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２７】
さらに少なくとも１基の熱交換器を含んでなり、空気を第１の温度で受け、前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ第２の温度で出すことを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２８】
さらに少なくとも１基のフィルター／水セパレーターを含んでなり、空気を受け、水分を少なくした濾過空気を前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ出すことを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項２９】
前記補助の酸素源は、少なくとも１基の圧縮酸素のタンクであることを特徴とする請求項２５記載のガス発生システム。
【請求項３０】
さらに少なくとも１基の酸素モニターを含んでなることを特徴とする請求項２１記載のガス発生システム。
【請求項３１】
乗客室、燃料タンクおよび貨物室を含む航空機に使用されるガス発生方法であり、
酸素を発生し、前記酸素を航空機の乗客室に供給するように設置された少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と、不活性ガスを発生し、前記不活性ガスを航空機の燃料タンクまたは貨物室に供給するように設置された少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）を含んで構成され、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスを、燃料タンクまたは貨物室への不活性ガスの補助として選択的に供給することを特徴とするガス発生方法。
【請求項３２】
前記少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は、二基のＯＢＯＧＳでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３３】
前記少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）は、二基のＯＢＩＧＧＳでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３４】
前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３５】
さらに乗客室に選択的に供給する酸素の補助酸素源を含んでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３６】
さらに前記少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを、大気中または燃料タンクと貨物室の何れかに選択的に出す操作を含んでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３７】
さらに第１の温度で受け、前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方に第２の温度で出す操作を含んでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３８】
さらに空気を受け、水分を少なくした濾過空気を前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ出す操作を含んでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【請求項３９】
前記補助の酸素源は、少なくとも１基の圧縮酸素のタンクから酸素を供給するものであることを特徴とする請求項３５のガス発生方法。
【請求項４０】
さらに少なくとも１つのガスの酸素濃度をモニターする操作を含んでなることを特徴とする請求項３１記載のガス発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００２年６月２５日に米国特許および商標省に申請された仮出願６０／３９１，０８６番の継続であり、その優先権はここに要求される。
【０００２】
本発明は、航空機において使用できる酸素／不活性ガス発生装置、特に、本発明は、機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）の複合型に関係するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、多くの航空機の機上における酸素リッチのガスと窒素リッチのガスの需要に応えるものである。酸素は、航空機乗客室が１０，０００フィート以上の高度と等しい圧力に下がるようなことがあった場合に、乗客にとって必要になる。肺に障害がある乗客は、酸素が必要となることがある。窒素は、アレージとも呼ばれる燃料タンク中の燃料上の空間を不活性にして、爆発条件になる可能性を少なくするために必要である。窒素は、また貨物室の火災を消すために使用される。
【０００４】
エンジンの抽気が使用できる高圧空気から、機上で酸素リッチのガス、窒素リッチのガスを供給するのに、２つの技術が一般に用いられている。モレキュラシーブと圧力スイング吸着プロセス（ＰＳＡ）を用いた機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）が、酸素リッチのガス、窒素リッチのガスをそれぞれ供給する１つの技術として広く使用されてきた。窒素リッチのガスを供給する第２の技術は、一般に中空糸膜（ＨＩＭ）あるいは浸透性膜（ＰＭ）技術といわれるものである。
【０００５】
モレキュラシーブとＰＳＡのプロセス用いる方法は、酸素の純度要求が約９５％以下であるとき、機上での酸素リッチのガスを発生させる最良の方法であると一般に認められている。窒素リッチのガスを発生するに使われるＰＳＡとＨＦＭの技術は、用いる航空機の空気源、所望する窒素リッチのガスの流量や純度、および温度、空気の供給圧、周囲の絶対圧、高度など周囲の条件によって、長所と短所を持っている。各パラメーターは、それぞれの技術の性能に異なって影響する。例えば、ＰＳＡによる技術は、一般に、華氏約７０度の温度でよく実施できるが、ＨＦＭ技術は、華氏約１６０度の温度でよりよく実施できる。これらの技術を、適用毎に最も効果的に実施するとき考えなければならない多くのパラメーターがある。
【０００６】
機上ガス分離技術を応用して、少ないエンジン抽気と電力を用いて酸素リッチのガスと窒素リッチのガスを発生し、および／またはガス分離システムの大きさや重量を減らす相乗作用を見出すべく多くの試みがなされてきた。成功した試みのうちの１つは、Ｖ−２２航空機で使用されるＯＢＯＧＳ／ＯＢＩＧＧＳの組み合わせである。このシステムは、２つのタイプのモレキュラシーブと、同一のＰＳＡのプロセスを用いて、乗員の呼吸用酸素リッチのガスと、燃料タンクアレージを不活性にするための窒素リッチのガスを発生する。この二ガスシステムは、入口フィルター、減圧器、ＰＳＡ循環バルブ、およびコントロール電子機器など共通のシステム部品を共有することにより、大きさと、重量を同時に減らせる長所がある。
【０００７】
酸素を濃縮するＰＳＡ技術、窒素を濃縮するＨＦＭ技術はそれぞれ、発生されるガスの純度と、濃縮製品ガスとして望まれない空気のもう一方の主要成分が多く含まれる排ガス濃度にそれぞれ限界がある。例えば、ＰＳＡベースのＯＢＯＧＳは、呼吸用の酸素リッチのガスを分離するが、同時に周辺大気に廃棄される窒素リッチのガスを排出しなくてはならない。同様に、ＨＦＭベースのＯＢＩＧＧＳは、不活性化用の窒素リッチのガスを分離するが、同時に、周辺大気に廃棄される酸素リッチのガスを排出しなければならない。
【０００８】
ＯＢＯＧＳからの窒素リッチの排気ガスをＨＦＭ・ＯＢＩＧＧＳへの注入ガスとして用いて効率を上げる、あるいはＯＢＩＧＧＳからの酸素リッチの排気ガスをＰＳＡ・ＯＢＯＧＳへの注入ガスとして用いて効率を上げるのが望ましいだろうと多くの人が考えている。しかしながら、ＰＳＡとＨＦＭの技術はそれぞれ、最良の性能を出すのにそれらの入口からそれらの排気口へ圧力差が必要である。一般に、ＰＳＡをベースとしたＯＢＯＧＳおよびＯＢＩＧＧＳプロセスは、入力空気圧が２０〜６０ｐｓｉｇで、圧をかけないで周辺大気へ排気するのがよい。ＨＦＭ・ＯＢＩＧＧＳ技術は、入力空気圧が２５ｐｓｉｇから１００ｐｓｉｇで、より高い圧力が好ましい。
【０００９】
機上で得られる入力空気圧は、代表的には２０ｐｓｉｇから７５ｐｓｉｇであるが、殆どの航空機では、この範囲の下半分にある。したがって、代表的な３０ｐｓｉｇの航空機空気供給は、ＯＢＯＧＳおよびＯＢＩＧＧＳ技術それぞれへの供給としてはかなりよい。しかし、ＯＢＯＧＳの排気からＯＢＩＧＧＳの入口に連結するのは、ＯＢＯＧＳの性能を下げることになる。このことは、ＰＳＡプロセスを行なっている間は圧をかけないで排ガスを排出することができなくなり、一方、ＨＦＭ・ＯＢＩＧＧＳへの入力圧力を下げることになる。それぞれのプロセスを動かすに使用できるのは約１５ｐｓｉｇのエネルギーしかない。これは、それぞれのプロセスが最適性能近くを出すに望まれる最適圧力のかなり下にある。
【００１０】
ＯＢＯＧＳ排気とＯＢＩＧＧＳ入口との間にコンプレッサーを追加して、それぞれのガス分離プロセスの有効圧力差を増やすことができる。特許文献１は、航空機上で不活性ガスと呼吸用ガスを発生するのに、コンプレッサーを用いて１台のガス発生装置から出たガスを、他のガス発生装置に入れる前に加圧する統合システムを開示している。しかしながら、ガス分離性能で得る利益を相殺する以上に、コンプレッサーの大きさ、重量およびコストが犠牲になっている。
【００１１】
特許文献２は、供給ガスから酸素リッチのガスを分離し、残部のガスを残しておく第１のガス分離装置を有して、酸素と残部ガスを発生させるガス発生システムを開示している。第１ガス分離装置からの第１の酸素リッチのガスは、第２ガス分離装置に入れられ、第１の酸素リッチのガスからさらに酸素ガスを分ける。第２のガス分離装置は、高度に酸素リッチの製品ガスとさらに残部のガスを発生させ、第１と第２ガス分離装置の少なくとも一つは、ガスイオン拡散をするセラミック膜を有している。
【特許文献１】
米国特許４，６８１，６０２号明細書
【特許文献２】
米国特許６，３１９，３０５号明細書
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
航空機で使用できる酸素／不活性ガス発生装置を提供することが本発明の目的であり、特に、機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）の複合型を提供するのが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つは、１つ以上のＯＢＯＧＳが酸素を発生する為に設置され、１つ以上のＯＢＩＧＧＳが不活性ガスを発生するために設置され、前記１つ以上のＯＢＯＧＳからの排ガスは、補助的な不活性ガス源として使用される。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の目的は、酸素を発生するように設置された少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と、不活性ガスを発生するように設置された少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）を含んで構成され、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスは、不活性ガスの補助として選択的に供給するガス発生システムを提供することで達成できる。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の目的は、少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）で酸素を発生し、少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）で不活性ガスを発生し、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスを、不活性ガスの補助として選択的に供給するガス発生方法を行うことでも達成できる。
【００１６】
上記のシステムおよび方法において、少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は、二基のＯＢＯＧＳを、少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）は、二基のＯＢＩＧＧＳをもつことができる。
【００１７】
さらに、上記のシステムおよび方法において、不活性ガスは窒素であり、また補助の酸素源を設置することもできる。
【００１８】
上記のシステムおよび方法において、第１コントロールバルブと第２コントロールバルブを設置することができ、第１コントロールバルブは、少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを大気中または前記第２コントロールバルブに選択的に出し、第２コントロールバルブは、少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを２つの場所の何れかに出す。
【００１９】
上記のシステムおよび方法において、少なくとも１基の熱交換器をおくことができ、空気を第１の温度で受け、前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ第２の温度で出す。
【００２０】
上記のシステムおよび方法において、少なくとも１基のフィルター／水セパレーターをおくことができ、空気を受け、水分を少なくした濾過空気を前記ＯＢＯＧＳと前記ＯＢＩＧＧＳの両方へ出す。
【００２１】
上記のシステムおよび方法において、補助の酸素源は、少なくとも１基の圧縮酸素のタンクであることができる。
【００２２】
本発明のこれらおよび他の目的は、乗客室、燃料タンクおよび貨物室を含む航空機用ガス発生システムを提供することで達成できる。このガス発生システムは、酸素を発生し、前記酸素を航空機の乗客室に供給するように設置された少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と、不活性ガスを発生し、前記不活性ガスを航空機の燃料タンクまたは貨物室に供給するように設置された少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）を含んで構成され、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳの排ガスを、燃料タンクまたは貨物室への不活性ガスの補助として選択的に供給する。
【００２３】
本発明のこれらおよび他の目的は、また、乗客室、燃料タンクおよび貨物室を含む航空機に使用されるガス発生方法を提供することで達成できる。このガス発生方法は、酸素を発生し、前記酸素を航空機の乗客室に供給するように設置された少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）と、不活性ガスを発生し、前記不活性ガスを航空機の燃料タンクまたは貨物室に供給するように設置された少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）を含んで構成され、前記少なくとも一基のＯＢＯＧＳからの排ガスを、燃料タンクまたは貨物室への不活性ガスの補助として選択的に供給する。
【００２４】
上記のシステムおよび方法において、少なくとも一基の機上酸素発生システム（ＯＢＯＧＳ）は、二基のＯＢＯＧＳを、少なくとも一基の機上不活性ガス発生システム（ＯＢＩＧＧＳ）は、二基のＯＢＩＧＧＳをもつことができる。
【００２５】
さらに上記のシステムおよび方法において、不活性ガスは、窒素であり、補助酸素源をおくことができる。
【００２６】
上記のシステムおよび方法において、第１コントロールバルブと第２コントロールバルブをおくことができ、第１コントロールバルブは、少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを第２コントロールバルブに選択的に出し、第２コントロールバルブは、少なくとも１基のＯＢＯＧＳの排ガスを燃料タンクまたは貨物室の何れかに出す。
【００２７】
上記システムおよび方法において、少なくとも１基の熱交換器をおくことができ、空気を第１の温度で受け、ＯＢＯＧＳとＯＢＩＧＧＳの両方へ第２の温度で出す。
【００２８】
上記のシステムおよび方法において、少なくとも１基のフィルター／水セパレーターをおくことができ、空気を受け、水分を少なくした濾過空気をＯＢＯＧＳとＯＢＩＧＧＳの両方へ出す。
【００２９】
上記のシステムおよび方法において、補助の酸素源は、少なくとも１基の圧縮酸素のタンクである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明を開示している添付の図面を参照して、以下の実施形態の詳細な説明、請求の範囲を読めば、よりよい理解ができる。上記および以下の記載され描かれた開示は、本発明の実施の形態を例示することを主にしているが、これは説明、例であり、本発明はこれにより限定されるものではない。本発明の精神と技術的範囲は、請求の範囲に用いた用語でのみ限定されるものである。
【００３１】
主題発明の詳細な説明を始める前に、次のことを述べておく。参照数字および文字などを特定するに、異なった図で同一の、対応するあるいは同様の部品を指すに使用されている。さらに、以下の詳細な記述では、例示の大きさ／形式／値／範囲が記載されているが、本発明はそれに制限されない。本発明の実施の形態の例を示すために、特定の詳細が記述されているが、これはこの分野の知識を有する者が、この特定の詳細を変形させてあるいは変形して実施しうることは明らかである。最後に、ハードウウェアコントロール回路、ソフトウェア指示の組み合わせを変えて、本発明の実施の形態を具体化しうることは明らかであり、すなわち、本発明はハードウェアとソフトウェアのどの特定の組み合わせにも制限されない。
【００３２】
相乗効果が実現される新しい方法は、１つのタイプのセパレーターからの排ガスが、再圧縮せずに、他のガスの要求を満たすために使用され得るかどうかである。製品の流量が増えるに従い、ＰＳＡをベースとしたＯＢＯＧＳ酸素濃縮器からの酸素純度が下がることは一般に理解される。実験室のテストでは、酸素製品の量が増えるに従い排ガス中の酸素濃度が下がることを示している。従来のＰＳＡをベースとしたＯＢＯＧＳ酸素濃縮器は、製品純度が約５０％から９５％の呼吸用酸素と、酸素純度約１３％から２０％の排ガスをそれぞれ発生する。ＰＳＡベースＯＢＯＧＳ酸素濃縮器の実験室のテストでも、一般に実用的な酸素濃度の下限と考えられる約５０％を超えるように酸素製品を上げると、排ガスの酸素濃度は約１１％に下がることが示された。ＨＦＭ・ＯＢＩＧＧＳ分離プロセスは、酸素濃度１〜１２％の製品ガスを発生させることができ、これは燃料タンクまたは貨物室を不活性化させるに役立つが、排ガスの酸素純度は約３０％から４０％である。
【００３３】
ＨＦＭ排ガスの酸素濃度は、客室が減圧されて、航空機の圧が１０，０００フィートよりわずか上の高度の圧まで下降したとき、航空機乗客のマスクに供給される実用的酸素濃度に近い。しかしながら、ＨＦＭセパレーターからの排ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素および水が酸素と一緒に繊維を通り抜けるので、これらの化合物を含んでいることがある。もしそのガスが呼吸用を意図するものであれば、原料空気は、ＨＦＭに入れて排出される前に、呼吸用に使えるものにしなければならない。ＰＳＡをベースとした酸素濃縮器は、酸素製品の流れからこれらの不純物を取り除き、それらを機外に排出する。
【００３４】
燃料タンクアレージは酸素濃度を約１０％以下にして、潜在的な爆発性の燃料−空気混合物の生成を防ぎ、貨物室は酸素を約１２％以下にして、鎮火した後再発火しないようにすることが航空産業では一般に受け入れられている。これは、ＰＳＡ・ＯＢＯＧＳからの排ガスは酸素濃度１１〜１３％であり、これ自身酸素が多過ぎ、貨物室あるいは燃料タンクを必要時間不活性にするという最終要求度を満たすことができないことを示めしている。しかしながら、ＰＳＡ・ＯＢＯＧＳに入る空気の流量が多く、排ガスの割合が高く、これにより空気の消費を少なくすることができるので、酸素濃度１３％の排出でも燃料タンクや貨物室を２０．８％から低い値に不活性化を進めるのに有効に使用することができる。正しく調整されたＰＳＡ酸素濃縮器からの排ガスは、許される初期の時間帯では、燃料タンクを最初に不活性化するに、システムの重量ベースファクターで約２：１で行うＨＩＭより有効である。
【００３５】
航空機が上昇し、巡航速度で飛ぶ初めの３０分後に、タンクを不活性に保つに必要な不活性ガスの量は、通常、最初にタンクを不活性にするに必要な分の５０％未満である。それ故、ＯＢＯＧＳは、乗客に緊急酸素を供給するのに使われ、ＯＢＩＧＧＳの重量を約２０％減らすことができる。
【００３６】
ＯＢＯＧＳからの排ガスは、酸素が多過ぎタンクを完全に不活性にすることができなくとも、コンピューター分析に依れば、タンク不活性化時間の初期で、それを有効に使用することができることを示している。ＨＥＭ・ＯＢＩＧＧＳと組合わせることで、ＯＢＯＧＳ排ガスは、その分だけ少ない重量のＯＢＩＧＧＳでタンクの不活性化を速めることができる。
【００３７】
図１は、ガス分離システムのブロックダイヤグラムであり、燃料タンクおよび貨物室用に不活性ガスを、航空機乗客に緊急用の酸素、および治療が必要な乗客に酸素を提供することができる。ＯＢＯＧＳの排ガスは、上に述べた不活性化の要求を補助するにも使用される。例えば、ＯＢＯＧＳ排ガスは、燃料タンクの不活性化や鎮火した後の貨物室を不活性にするガスとして使用することができる。
【００３８】
本発明では、ＯＢＯＧＳおよびＯＢＩＧＧＳの製品ガスのどちらも、他の要求と同時にはない、と仮定している。例えば、燃料タンクの不活性化は、飛行毎に必要であるが、貨物室の火が消された後では、貨物室の不活性化は燃料タンクの不活性化より優先する。治療用酸素は、多くの飛行では限られた数の乗客に必要とされるが、全乗客のために必要な緊急酸素はこれに優先し、そして初めに要求した乗客に酸素治療を提供することになる。
【００３９】
ＯＢＩＧＧＳとＯＢＯＧＳのユニットは、一基以上の熱交換器、フィルター、水セパレーターなどの温度、粒子、湿度調整装置を通した後の高圧空気を共通に使う。各ＯＢＩＧＧＳおよびＯＢＯＧＳユニットは、遠隔コントロールされた開閉バルブを持ち、実施される特定のシナリオで要求される装置にのみ流せるようになっている。例えば、ＯＢＩＧＧＳ製品の流量は、燃料タンクを初期に不活性にするには一般に高く、そして航空機が上昇し巡航モードの間では低くなる。ＯＢＯＧＳ酸素の流量は、治療用に酸素を必要とする乗客が数人ではやや低いが、１０，０００フィートを越える航空高度での航空機室の圧力が下がったときには高くなる。
【００４０】
シリンダーに貯蔵した酸素は、航空機室に減圧があるとすぐ乗客に緊急酸素を提供するために使用することができる。これにより、ＯＢＯＧＳユニットに空気を供給し、酸素濃縮プロセスを始めるに必要な時間を与えることができる。ＯＢＯＧＳユニットは、さらに長く必要な時間緊急用酸素を供給することができる。
【００４１】
酸素モニターは、要求に応えて使用される酸素リッチガスあるいは窒素リッチガスの純度をモニターするために使われる。この場合、３つの製品ガス源が考えられ、それぞれに１つのモニターが使用される、あるいは製品ガスサンプルバルブを備えた一つのモニターで、所望するそれぞれのガスをモニターするに使うことができる。
【００４２】
図１を参照すると、抽気した空気を熱交換器１１０に通して、空気の温度をＯＢＩＧＧＳに適した温度に下げ、また別の熱交換器１１１を通してさらにＯＢＯＧＳに適した温度に下げる。熱交換器１１０を通った後、空気は、フィルター／水セパレーター１２０を通って水分や微粒子など種々の不純物を除く。
【００４３】
フィルター／水セパレーター１２０から出て濾過された水分のない空気は、その後ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０、およびＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０にへ送られる。ＯＢＩＧＧＳユニット２基１３０、１４０、およびＯＢＯＧＳユニット３基１７０、１８０、１９０が示されているが、本発明は記載されたユニットの特定数に制限されるものでないことはもちろんである。さらに、必要でないＯＢＩＧＧＳやＯＢＯＧＳを別個に閉じられるように、開閉バルブ１５５、１２５が任意に設置されている。
【００４４】
ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０から出た不活性ガス（窒素ガス）は一緒にされ、逆止バルブ２７０、コントロールバルブ２８０、コントロールオリフィス２９０、３１０を通る。コントロールオリフィス２９０、３１０から出た不活性ガスは、燃料タンク３２０での爆発条件になる可能性を減らし、貨物室３３０での消火を助けるために、それぞれ燃料タンク３２０および貨物室３３０へ送られる。
【００４５】
ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０から出た酸素ガスは一緒にされ、コントロールバルブ２１０、２３０へ送られる。コントロールバルブ２１０から出た分は、緊急酸素マスク３４０へ送られる。コントロールバルブ２３０から出た分は、固定か可変サイズでよいコントロールオリフィス２４０を通る。
【００４６】
さらに、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの排ガスは、主として窒素ガスであり、コントロールバルブ１６０、逆止バルブ１６５を通り、コントロールバルブ２５０へ送られる。コントロールバルブ２５０は、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの排ガスを、燃料タンク３２０あるいは貨物室３３０に選択的に出す。
【００４７】
酸素タンク３５０、３６０は、それぞれのレギュレーター３５５、３６５、それぞれの流量コントロールユニット３７０、３８０、およびそれぞれの逆止バルブ３９０、４００を通して酸素を出し、緊急酸素マスク３４０へ送られる。
【００４８】
酸素モニター１５０、２６０、２００は、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの排ガス、ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０からの窒素リッチガス、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの酸素リッチガスそれぞれの酸素含有量を測定する。一つの酸素モニターと適切なコントロールバルブで、３つの酸素モニター１５０、２６０、２００の代替となりうることはもちろん理解される。
【００４９】
図１に示したシステムは、４つの基礎的な操作モードで操作される。すなわち第１は燃料タンク不活性化モード、第２は乗客への緊急酸素モード、第３は貨物室不活性モード、第４は酸素治療モードである。
【００５０】
燃料タンクの不活性化にＯＢＩＧＧＳユニットを使用するのは、最も一般的な操作モードであり、緊急状態がなければ、全時間使用される。貨物室の不活性化が要求されると、不活性加ガスは貨物室３３０へ向けられる。燃料タンク不活性化モードでは、ガス分離システムに入った空気はＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０に向けられ、直ちに入力空気に圧が加えられて不活性化ガスを燃料タンク３２０に供給し始める。不活性化ガスは、逆止バルブ２７０、通常開いている製品ガス選択バルブ２８０、流量コントロールオリフィス２９０を通って、燃料タンク３２０へ流れる。最初の不活性化は、ＯＢＯＧＳユニットの排ガスを使用して補給される。開閉バルブ１２５を開いて、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０を始める。バルブ２３０も開いて、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの排ガスが酸素約１２％となるようにＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０から所定量供給する。バルブ１６０は、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの排ガスを、選択バルブ２５０を経て燃料タンク３２０に流して、ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０からのガスを補充できるように作動する。
【００５１】
乗客室が減圧となっての乗客への緊急酸素モードでは、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０が運転準備の間、流量コントロールユニット３７０、３８０が作動して、シリンダー３５０、３６０から酸素を供給する。最初、適正な酸素濃度に達するまでバルブ２１０は閉じて、次いで開いて乗客に酸素を供給する。酸素治療モードは任意に選択でき、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０の１つ以上からのガスは、酸素治療を受ける乗客に酸素リッチガスを供給するために使用される。ガスバルブ１２５、２１０が開けられ、ＯＢＯＧＳに空気が入れられ、ＯＢＯＧＳからの製品ガスが出る。この任意選択のモードは、乗客マスクの全てに酸素が流れるのを防ぐためにさらに追加のバルブ２１５が必要である。パージバルブ２２５は、乗客への緊急酸素の初期段階で系中に残っているガスを排出させるに使用される。コントロールオリフィス２２０は、運転開始状態に既定量のガスを外に出す。単に排ガスを外に出すためには、バルブ２３０を閉じ、バルブ１６０を通常に開いた位置にする。
【００５２】
貨物室不活性モードでは、ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０からのガス、およびＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０からの排ガスは、貨物室３３０へ流される。バルブ２８０は、ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０からのガスを貨物室３３０へ流すように作動し、バルブ２５０は、ＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０の排ガスを貨物室３３０へ流すように作動する。
【００５３】
ＯＢＩＧＧＳユニット１３０、１４０、ならびにＯＢＯＧＳユニット１７０、１８０、１９０の詳細は簡潔にするため省略する。その詳細は、米国特許番号４，８７０，９６０号、５，０７１，４５３号、５，７６６，３１０号、５，８５８，０６３号、６，０６３，１６９号、および６，３９４，０８９号明細書に開示され、これらの特許の内容は全て参照として挙げる。
【００５４】
これで、実施の形態を例示する記述を終える。本発明は、実施の形態を説明するために参照文献を含めて説明したが、この分野の知識を有する者により本発明の技術範囲の内で多数の他の変形や形態がなされることが可能である。特に、本発明の精神を逸脱することなく前記の開示、図、請求項の範囲内で、構成部品および／または配列の変化および修正は可能である。さらに、構成部品および／または配列の変化および修正に加え、代替物を使用できることは、この分野の知識を有する者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態を示す酸素／不活性ガス発生装置のブロックダイヤグラムである。
【図１】
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【外国語明細書】
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