(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１分子ふるいベッドと第２分子ふるいベッドとを備えた酸素濃縮器の生成能力を制御する方法であって、前記第１の分子ふるいベッドは、酸素濃縮ガスを生成する加圧期間と前記第１の分子ふるいベッドに吸着されたガスを抜く排気期間とを交互に繰り返す制御期間を複数有するデューティサイクルに従って動作し、そして、前記第２分子ふるいベッドは、前記第２の分子ふるいベッドに吸着されたガスを抜く排気期間と酸素濃縮ガスを生成する加圧期間とを交互に繰り返す、前記デューティサイクルとは逆のサイクルに従って動作するものであり、前記方法は、
ａ）前記デューティサイクルの第１の制御期間において、前記第１分子ふるいベッドの加圧期間と前記第２分子ふるいの排気期間とを変更して、前記酸素濃縮器から生成される酸素の濃度を調整するステップと、
ｂ）前記デューティサイクルの第２の制御期間において、前記第１分子ふるいベッドの排気期間と前記第２分子ふるいの加圧期間とを変更して、前記酸素濃縮器から生成される酸素の濃度を調整するステップとを含み、
前記第１の制御期間において、前記第１分子ふるいベッドの加圧期間を排気期間よりも短くし、そして、前記第２の制御期間において、前記第２分子ふるいベッドの加圧期間を排気期間よりも短くすることで、前記酸素濃縮器により生成される酸素濃度を減少させ、それにより、前記酸素濃縮器の能力を低下させ、そして、
前記第１の制御期間において、前記第２分子ふるいベッドの加圧期間で生成された酸素濃縮ガスの一部を排気期間にある前記第１分子ふるいベッドへ逆流させることで、前記第１の制御期間の前の制御期間において前記第１分子ふるいベッドに吸着されたガスと前記第１分子ふるいベッド内の水蒸気との排気を増強し、そして、前記第２の制御期間において、前記第１分子ふるいベッドの加圧期間で生成された酸素濃縮ガスの一部を排気期間にある前記第２分子ふるいベッドへ逆流させることで、前記第１の制御期間において前記第２分子ふるいベッドに吸着されたガスと前記第２分子ふるいベッド内の水蒸気との排気を増強する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記デューティサイクルが、排気期間と加圧期間の比において、最高生成能力を得る５０％−５０％から最低生成能力を得る８０％−２０％の範囲内で調整される方法。
【請求項３】
調整された濃度の酸素を航空機のキャビンに供給する航空機酸素システムであって、
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）前記スライドバルブに接続された取り入れ口と前記キャビンに接続された吹き出し口とを、それぞれ有する第１分子ふるいベッド及び第２分子ふるいベッドとを含み、前記第１分子ふるいベッドが酸素濃縮ガスを生成するときには、生成された前記酸素濃縮ガスの一部を前記第２分子ふるいベッドへ逆流させることで、前記第２分子ふるいベッドに吸着されたガスと前記第２分子ふるいベッド内の水蒸気との排気を増強し、そして、前記第２分子ふるいベッドが酸素濃縮ガスを生成するときには、生成された前記酸素濃縮ガスの一部を前記第１分子ふるいベッドへ逆流させることで、前記第１分子ふるいベッドに吸着されたガスと前記第２分子ふるいベッド内の水蒸気との排気を増強するものであり、
ｅ）前記第１分子ふるいベッドが酸素濃縮ガスを生成する加圧動作と前記第１分子ふるいベッド内に吸着されたガスを抜く排気動作とを交互に繰り返すデューティサイクルと、前記第２分子ふるいベッドが前記第２分子ふるいベッド内に吸着されたガスを抜く排気動作と酸素濃縮ガスを生成する加圧動作とを交互に繰り返す、前記デューティサイクルとは逆のサイクルとに従って、酸素濃縮ガスを生成するように前記スライドバルブを管理する制御器を備え、
前記制御器は、前記第１及び第２分子ふるいベッドの加圧期間と排気期間とを変更して、生成される前記酸素濃縮ガスの濃度を調整する、航空機酸素システム。
【請求項４】
請求項３に記載の航空機酸素システムにおいて、
前記第１分子ふるいベッド及び前記第２分子ふるいベッドによって生成された酸素の濃度を測定して、前記デューティサイクルと前記デューティサイクルとは逆のサイクルとを制御する前記制御器に当該酸素濃度を伝達する、酸素センサを更に備える航空機酸素システム。
【請求項５】
請求項３に記載の航空機酸素システムにおいて、
予め定めた第１期間の間に前記酸素センサに空気を供給し、当該酸素センサによって検出された空気中の酸素濃度を予め定めた第１スレショールド値と比較して、当該酸素濃度が前記第１スレショールド値以下である場合には、前記酸素センサの故障を示す警告を出す、ビルトインテスト機能を更に備える航空機酸素システム。
【請求項６】
請求項５に記載の航空機酸素システムにおいて、
予め定めた第２期間の間に前記第１分子ふるいベッド及び前記第２分子ふるいベッドから生成される所定の出量の前記酸素濃縮ガスを供給し、前記吹き出し口で前記酸素センサによって検出された前記酸素濃縮ガスの濃度を予め定められた第２スレショールド値と比較して、当該濃度が当該第２スレショールド値以上でない場合には、前記第１分子ふるいベッド若しくは前記第２分子ふるいベッドの故障を示す警告を出す、酸素濃縮器生成能力チェック機能を更に備える航空機酸素システム。
【請求項７】
請求項３に記載の航空機酸素システムにおいて、
前記スライドバルブは相対する動作を行う一対の空気シリンダである第１空気シリンダ及び第２空気シリンダに接続されており、当該第１空気シリンダ及び当該第２空気シリンダは、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による加圧及びガス抜きが交互に行われ、前記第１空気シリンダを加圧し前記第２空気シリンダをガス抜きするときには、前記スライドバルブを第１方向に押し出して前記第１分子ふるいベッドを加圧して前記第２ふるいベッドをガス抜きし、前記第２空気シリンダを加圧し前記第１空気シリンダをガス抜きするときには、前記スライドバルブを前記第１方向と反対方向である第２方向に押し出して前記第２分子ふるいベッドを加圧して前記第１分子ふるいベッドをガス抜きすることを特徴とする航空機酸素システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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（Humphries ）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、ＰＳＡ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、１５０００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ＢＥＤ１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ＲＥＧ１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ＳＶ４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ＯＲＦ２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、ＳＶ３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／ＢＩＴ））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ＳＶ６）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５０％）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＋２８ＶＤＣ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（ＰＵＢ）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ＰＴ１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  ＰＰＯ2 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ＢＩＴ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１８２ｍｍＨｇ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ＳＶ３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ＳＶ６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−ＢＩＴ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】
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【表２】
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【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ＯＢＯＧＳの結線図である。
【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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