(57)【要約】【解決手段】航空機の非常用酸素供給システムの酸素調節、計測、または制御装置に電力を供給する方法及びシステム。乗客安全装置は、酸素供給源に接続された流量制御装置と、廃エネルギーを、エネルギー蓄積装置に蓄積される電気エネルギーに変換する環境発電装置と、を備える。酸素流の制御は、廃エネルギーから得られた電気エネルギーを用いるエネルギー蓄積装置を用いて動力を与えられる。【選択図】図１
2017500244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の非常用酸素供給システムのための酸素調節、計測または制御装置に電力を供給する方法であって、
乗客に近接する乗客安全装置であって、流量制御装置を備える乗客安全装置を設け、
酸素の供給源を前記流量制御装置に接続し、
前記乗客安全装置に近接した環境発電装置であって、振動、熱及び光から選択されたエネルギーを電気エネルギーに変換する環境発電装置を設け、
前記環境発電装置から得られた電気エネルギーをエネルギー蓄積装置に蓄積し、
前記流量制御装置が必要とされる際、前記エネルギー蓄積装置を用いて前記流量制御装置に電気を供給する、
方法。
【請求項２】
前記環境発電装置は、圧電変換器である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記環境発電装置は、熱電変換器である、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記環境発電装置は、光起電力変換器である、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記流量制御装置は、前記環境発電装置からのエネルギーのみを使用する、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
酸素の放出は、照明信号によって示される、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
乗客への航空機非常用酸素供給システムのための酸素流量制御システムであって、
環境エネルギーを電気エネルギーに変換するための環境発電装置と、
前記環境発電装置に接続された回路制御基板と、
前記環境発電装置から生成された電気エネルギーを蓄積するための電気エネルギー蓄積装置と、
航空機客室空気圧を検出するためのガス圧力センサと、
前記ガス圧力センサから信号を受信し、前記ガス圧力センサから選択された信号を受信すると、乗客への酸素流を開始する乗客安全装置であって、酸素流の制御は、前記電気エネルギー蓄積装置によって動力を与えられる、乗客安全装置と、
を備える、酸素流量制御システム。
【請求項８】
前記環境発電装置は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する、
請求項７に記載の酸素流量制御システム。
【請求項９】
前記環境発電装置は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する、
請求項７に記載の酸素流量制御システム。
【請求項１０】
前記環境発電装置は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する、
請求項７に記載の酸素流量制御システム。
【請求項１１】
前記電気エネルギー蓄積装置に接続された電力の予備供給源をさらに備える、
請求項７に記載の酸素流量制御システム。
【請求項１２】
前記電気エネルギー蓄積装置は、追加的な充電なしで前記乗客安全装置に電力を供給するのに十分な大きさの電荷を保持するように選択される、
請求項７に記載の酸素流量制御システム。
【請求項１３】
前記乗客安全装置は、ドア開放機構を制御し、前記電気エネルギー蓄積装置からの電力を、酸素流を調節する流量制御装置に導くコントローラ基板を備える、
請求項７に記載の酸素流量制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１２月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／９１８，９１０号、及び、２０１４年１２月１５日に出願された米国非仮特許出願第１４／５７０，６９５号の優先権を主張し、それらの内容を参照により組み込む。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、一般的に、航空機において、酸素の非常用供給のための酸素供給／調節システムに電力を供給する方法、及び、酸素調節システムの検出または制御のための環境発電及びエネルギー蓄積装置に関する。
【０００３】
多くのガス供給システムのように、酸素システムは、医療、工業、商業、及び、特に、輸送の分野を含む、多くの様々な分野で広く用いられている。例えば、高い高度において、航空機の内部で減圧が起こると、酸素レベルが急激に低下する。この場合、航空機は、人工的な酸素供給方法が必要なくなるまで航空機が高度を下げる間、乗客の需要を満たすために必要な酸素を供給する非常用システムを備える。この状況下で乗客の需要を満たすのに運搬されなければならない酸素は限られており、そのため、本業界では、常に、酸素調節システムを用いた非常用酸素供給のより効率的な方法が求められている。
【０００４】
上述の例において、ガスを断続的に放出する酸素調節システム（特に、脈拍または飽和度を用いたシステム）は、乗客への酸素供給の効率性を改善する。これらのシステムにより、機内に貯蔵される酸素の量を少なくすることができ、その結果、航空機の固定重量を削減し、コストも削減する。さらに、脈拍を用いたシステムは、呼吸周期が開始された時のみ電力を使用する受動的なシステムである。すなわち、各呼吸周期において、少量の酸素が供給され、酸素流の存在は、照明信号によって示される。航空機の非常用酸素供給システムの重量の削減は、継続して求められており、非常事態の間、余分に燃料が必要とされる電源システムには限度があるため、概して、航空機部品、特に、酸素供給システムに電力を供給するより効率的な方法が求められ続けている。本発明は、酸素計測／調節システムへの電力の供給に、航空機環境からの環境エネルギーまたは残留エネルギーを利用することで、この必要性に応える。
【０００５】
その内容を参照により組み込む、「点灯された流量指示装置」という名称の、Ｖｏｅｇｅ等による米国特許第７，２９８，２８０号は、ガスが管を流れる際、管が供給源から外された際、または、ガス供給における漏れまたは圧力降下によって管の圧力が所定のレベルより落ちた際に、視覚的、聴覚的または他の指示を提供する酸素供給管の指示器を開示する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
他の乗り物のように、航空機は、多くの電気的及び機械的構成要素を有するが、これらの装置の持続的な動作により、振動、熱及び光の形で、使用されない「廃」エネルギーが生成される。本発明は、この廃エネルギーを電気に変換し、酸素供給システムなど、航空機において再利用する環境発電装置である。本発明の廃エネルギーの環境発電システムは、環境発電装置を、「乗客用サービスユニット」（またはＰＳＵ）とも呼ばれる各酸素供給ステーションに近接して配置することができるため、航空機内部に余分な電気系統の必要性をなくすことにより、航空機の総重量を削減する。各ＰＳＵシステムに独立したエネルギー貯蔵場所を設けることで、従来の航空機電源の不具合を含む非常事態において、航空機が使用できる供給源の制限をなくすことができるだろう。
【０００７】
本発明は、ＰＳＵに近接して配置することができる環境発電装置を備える。環境発電装置は、圧電変換装置、光起電力変換装置、熱電変換装置、または、振動、熱、光などの廃エネルギーを貯蔵可能な電気エネルギーに変換する他のエネルギー変換装置を含む。環境発電装置の種類によって、航空機内部の周辺環境からの振動／光／熱エネルギーが電荷に変換され、次に、コントローラ基板、及び、電気エネルギー蓄積装置（バッテリー、蓄電器、燃料電池）によって直流に変換される。エネルギー蓄積装置は、ＰＳＵ対象システムが、酸素脈を用いたシステムであろうが、信号／アラーム生成システムであろうが、環境発電装置によって事前に充電される必要なく、ＰＳＵ対象システムに電力を供給するのに十分な大きさの電荷を貯蔵する能力を有するように選択される。即時の酸素供給を必要とする非常時の場合、蓄積電荷により、事前充電または予備電源なしでシステムは即座に、十分に動作することができる。このように、環境発電装置は、飛行中に亘ってエネルギー蓄積装置に電荷を保持し、システムは、二次的な電源要件なしで常に機能する。予期しない客室与圧の低下が起こると、センサが圧力降下を検出し、ＰＳＵのコントローラ基板に信号を送ってシステムを起動させる。酸素マスクを含むドアが開放機構を介して開放し、酸素がマスクを通って流れ始め、各電気装置にエネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーによって電力が供給される。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点が、例として、本発明の作用を図示する添付の図面と合わせて以下の好適な実施形態の詳細な記載から明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】酸素供給システムの環境発電システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を乗客用酸素供給システムの環境において記載するが、本発明は、この用途に限定されず、低頻度または断続的な低需要の電力を必要とする航空機サブシステムに関する多くの機能に役立つ。このように、本発明は、本発明から恩恵を受けることができる多様なエネルギーシステムを網羅するように適切に解釈される。
【００１１】
図１は、航空機上で乗客用酸素供給ステーションに電力を供給するための環境発電システムを示す。環境発電システムは、振動、熱、光などの環境エネルギーを利用して、この「廃」エネルギーを蓄積される電気エネルギーに変換する。環境発電装置３は、圧電変換装置、光起電力変換装置、熱電変換装置などであるが、航空機の乗客の座席の上方に収納されるＰＳＵなどのエネルギー利用装置に近接して配置される。環境発電装置３は、変換器の種類によって、周辺環境からの振動／光／熱エネルギー１を電荷に変換する。振動を変換する環境発電装置は、機械エネルギー（例えば、印加された外力または加速度）をホスト構造における機械エネルギーに変換するように動作する。ホスト構造における機械エネルギーは、その後、圧電素子によって電気エネルギーに変換され、最後に、蓄積装置に電気の形式で伝達される。光起電力変換装置は、衝突光を電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーは、その後、電気蓄積装置に蓄積される。その内容を参照により組み込む、「微細加工熱電発電装置」という名称の、Ｆｌｅｕｒｉａｌ等による米国特許第６，７８７，６９１号に開示された発明のように、熱電変換装置は、周囲の熱を、電気蓄積装置に蓄積可能な電気エネルギーに変換する。
【００１２】
環境発電装置３によって生成された電荷は、その後、環境発電コントローラ基板７’によって直流に変換され、バッテリー、蓄電器、燃料電池などのエネルギー蓄積装置５を充電するのに用いられる。エネルギー蓄積装置５は、環境発電装置によって事前に充電される必要なく、ＰＳＵ対象システム（例えば、酸素脈、信号、センサ、アラームなどを用いたシステム）に電力を供給するのに十分な電荷を収集及び保持するように選択される。これは、即時の酸素を必要とする非常事態がある場合に備えてであり、システムは、環境発電装置３がＰＳＵ対象システムを起動するのに必要な最小限のエネルギーを提供することができる直前に酸素を供給することができるであろう。環境発電装置３は、飛行中に亘って、エネルギー蓄積装置５を充電し続けるだろう。
【００１３】
航空機において減圧事象が起こると、圧力センサ１５は、客室与圧Ｐを読み、与圧Ｐが現在の高度に対する特定の値より低い場合、ＰＳＵ２０のコントローラ基板７に計測信号１６を送る。計測信号１６の受信をきっかけに、酸素供給調節システム１１で酸素が生成され、ドア開放機構９が動作する。その後、コントローラ基板７は、エネルギー蓄積装置５からの直流電流を導き、酸素供給調節システム１１に電力を供給し、乗客が利用可能な（図示しない）酸素マスクへの流入を開始する。一次電源が機能しない、または、必要な負荷を処理するのに不十分である非常事態または他の不測の事態に備えて、電力の二次的供給源２５を備えることも可能である。
【００１４】
上述した実施形態は、酸素システムを監視すること、及び、システムを作動することの両方のために示されるが、本発明を、２つの用途において個別に用いることができる。このように、本発明は、酸素調節システムのための環境発電及び蓄積装置だけでなく、航空機における酸素の非常用供給のための酸素調節、計測または制御装置に電力を供給する方法としての役割を果たす。ここで、本システムは、環境発電による電気のみを使用するので、自己給電である。航空機の酸素供給システムは、各呼吸周期に１回分の酸素を供給するように実現され、酸素流の存在は、照明信号によって示される。本システムはまた、ユーザに送られた濃度及びユーザの酸素飽和度を検出する適切なセンサとともにも使用可能である。このデータ／情報は、その後、乗務員及び乗客への酸素の可変的分配を制御するのに用いることができる。本発電方法を、客室（環境制御システム、エアギャスパ／ダクト、与圧機器）全体の領域において、生命維持システムのために環境発電により電力を生成し、蓄積することに利用することも可能である。
【００１５】
本発明は、ガス流調節のためにＰＳＵまたは他の装置／システム（例えば、乗務員マスク）への二次的な電力配線の必要をなくすことを含む、多くの恩恵を享受する。本発明はまた、サブシステムへの電力接続が一切ないことにより、貯蔵容器をより簡易にすることができるという恩恵も享受する。酸素供給源に隣接した電源がないため、乗客の安全も高められ、ケーブル敷設及び電気システムの他の部品がないため、軽量化されることで、航空機の運用においてもコストが削減される。
【００１６】
前述の記載は、一例にすぎず、限定として解釈されるべきではない。むしろ、当業者は、多くの変更及び修正を容易に想定するだろう。本発明の範囲は、そのような全ての修正及び変更を含むことを意図している。本発明の範囲は、以下の請求の範囲の、通常及び慣習的な意味で用いる文言によってのみ適切に限定される。
【図１】
2017500244.tif 000003
【国際調査報告】
2017500244.tif 000004
2017500244.tif 000005