JPH02286495A - 航空機のための機上用酸素生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 九匪座全」 本発明は、モレキュラ・シーブもしくは分子ふるいを用
いたガス分離装置に関し、特に、航空機の乗務員のため
に呼吸に適したガスとして酸素に富んだ空気を得るため
の航空分野においてかかる装置を用いることに関する。

髪来弦韮 １つもしくは２つ以上のモレキュラ・シーブ台（ベツド
）を用いたモレキュラ・シーブ型ガス分離装置を動作さ
せる一般の態様は、圧力下で、例えば空気のような供給
ガス混合物をそれらベツドにもしくは各ベツドに装入す
ること、並びに、使用したり蓄積したりするに必要な生
成物ガスの成分を送り出している間に装入圧力を維持す
るよう、ベツドへの供給を続けさせることを含む。ベツ
ドが供給ガスの吸着された成分でもって飽和に近付いた
とき、ベツドは再生される：　この目的のために供給は
止められ、装入圧力を解放するためにベツドはガス抜き
され、その後、該ベツドはパージされる。シーブ・ベッ
ドを加圧すれば、ベツドにより保持されるべき成分の吸
着を推進し、他方、その後の減圧は、保持された成分の
放出を推進してベツドからこれらを追い出すのを容易に
する。

航空機の応用において、通常、航空機の乗務員に供給さ
れる呼吸に適したガス内の酸素濃度は、該呼吸に適した
ガス内の酸素の分圧が生理学的に許容し得る範囲の値に
保たれるよう、機内高度、すなわち航空機の乗務員の囲
い内で得られる周囲圧力に関係されることが必要である
。この点、呼吸に適したガスの正常に許容し得る最小酸
素含量は、海面におけるのと同じ酸素分圧を、すべての
機内高度において提供するために必要とされる含量であ
る。しかしながら、非常に高い高度において運航される
よう意図された軍隊の航空機の場合には、この最小の酸
素含量は或る飛行状況にとって不適切なものである。従
って、高い高度においては、例えばｉ造的な損傷から生
じる急速な機内の減圧の可能性に対して対策が為されな
ければならない。このような場合として、航空機の乗務
員のメンバの肺内の呼吸に適したガスの急速な減圧があ
り、そして、これら状況において意識の喪失が避けられ
るべきならば、機内の減圧の始めの肺内のガスの酸素含
量は、減圧の終わりで、すなわち肺内の全ガス圧力が運
航高度における大気圧力に対応する時点で、３０　ｍ　
ｍ　Ｈｇの最小分圧を提供するようなものであることが
必要であるということが一般に受は入れられている。そ
の後に得られる呼吸に適したガスが１００％の酸素含量
を有するならば、意識は維持され得る。これらの理由で
、高い高度においては、軍隊の航空機の乗務員に供給さ
れる呼吸に適したガスは、海面における等価旦よりも大
きい分圧を与える酸素含量を有するべきである。

他方、高い加速度の力の下では、肺の部分がゆがんで、
ガスのボケッｈ　（ｐｏｃｋｅｔｓ　ｏｆ　ｇａｓ）を
ふさぎ（ｅｎｔｒａｐ）得る。そのふさぎ（ｅｎｔｒａ
ｐｍｅｎｔ）が存続する間に、ふさがれたガスが完全に
吸収され得るような合成もしくは配合を該ガスが有する
ならば、それがふさがれている区域はつぶれて、苦痛及
び不快を生じ得る。ふさがれているガスの全吸収のこの
危険性は、酸素の含量が増加するにつれ、すなわち不活
性ガス（窒素）の含量が減少するにつれ増加するので、
過度の酸素含量の呼吸用ガスを供給することは、特に高
いＧカ（Ｇ−ｆｏｒｃｃｅｓ）を受は得る非常に操縦し
易い航空機において、望ましいものではない、一般に、
最高の加速度の力は、主に、呼吸に適したガス内の高い
酸素含量に対する他の理由の必要性が存在しない低高度
での操縦で生じる。従って、高い高度では、呼吸に適し
たガス内に生理学的に必要な酸素の含量よりも高いもの
を提供する理由があるが、低い高度では、必要な酸素含
量よりも高い含量を、呼吸に適したガスに供給すること
は明らかに短所である。

実際、これらの考察により、現代の高性能の軍隊用航空
機の乗務員に供給されるべき呼吸に適したガスに対し、
各運航高度ごとに、酸素の含量の個々の範囲が設定され
る。

モレキュラ・シーブのガス分離技術に基づき、上で概括
した態様で動作する航空機のための機上用酸素生成装置
（ｏｅｏｃｓ）は、再生段階中にそれらシーブ・ベッド
もしくは各シーブ・ベッドを外部の大気に（または外部
の大気の圧力に関係した圧力を有する機内に）ガス抜き
するという簡単な方法で、高度と共に増加する酸素含量
を有した生成物ガスを送り出すように為され得、従って
、高度の増加と共に放出中のベツド圧力は減少して、こ
れにより、高度の増加と共に、保持される成分の放出を
高める０例えば、ＥＰ−八−００８０３００を参照され
たし、しかしながら、この方法により可能な“自己調整
”は制限され、そして、より良い調整並びに拡張した高
度範囲に渡って理想的な生成物ガス構成に一層密接な方
法を提供するためには、補足的な制御手段が必要とされ
る０例えばシステムＥＰ−＾−００８０３００において
は、各スリーブ・ベツドに、充気／吸収の活動（オンス
トリーム）段階、及びその後のパージ／放出の再生段階
を循環的に受けさせる充気及び逃し弁の順次的な動作を
制御する固定の論理シーケンサがある。制御手段は、送
り出された生成物ガスの酸素含量が呼吸のために生理学
的に受容可能な限界内に留とまるような値に、全サイク
ル時間及び段階の相対的な期間が、周囲の大気圧力の所
定範囲（高度範囲）に対し、固定されるということを提
供する。サイクル時間は、生成物ガス配合が受容可能な
適切に拡張された動作高度範囲を提供するよう１つもし
くはそれ以上の所定高度のスレショールドで修正される
。

しかしながら、制御手段が（モレキュラ・シーブ装置に
影響を与える）需要流量を考慮しないので、或る高度範
囲内での或る需要流量条件下では、この０ＢＯＧＳが過
度に高い酸素濃度を送り出すという傾向がある。このこ
とは、すでに説明した理由で望ましいものではないだけ
ではなく、過度に酸素濃縮された呼吸に適したガスを生
成するには、一般に競合する需要がある送り空気、８ｖ
通はエンジン・ブリード空気（ｅｎｇｉｎｅ　ｂｌｅｅ
ｄ　ａｉｒ）を過度に使用するということを表わすので
、望ましいものではない。

ＥＰ−＾−０１２９３０４は、需要流量の拡張された範
囲の下で生成物ガス配合の高められた制御を提供しつつ
、ＥＰ−＾−００８０３００の装置により与えられる制
御の単純さを維持すること目的としたモレキュラ・シー
ブ型ガス分離装置を開示している。この目的のため、Ｅ
Ｐ−＾−０１２９３０４の装置は、生成物ガス内の所望
の成分（例えば酸素）の固有濃度に応答し、該濃度が所
定の限界内に維持されるような態様で全サイクル時間を
調節するよう配列された手段を特徴としている。　ＥＰ
−Ａ−０１２９３０４における装置の制御手段は、εＰ
−＾−００８０３００の装置におけるような充気及び逃
し弁のＪＩＩｉＹ次動作を制御する固定論理シーケンサ
を備えている。しかしながら、高度だけを参照してサイ
クル時間を変えるようこのシーケンサを調整することの
代わりに、ＥＰ−＾−０１２９３０４の装置においては
、サイクル時間を変えるための固定論理シーケンサの調
節は、生成物ガス配合に応答する手段により達成される
。

該手段として、例えば生成物ガスの酸素分圧に感応し、
それにより高度及び需要流量の双方を考慮すると共に、
実際、生成物ガス配合に影響を与える他の動作パラメー
タをもｉｊ慮するトランスジューサにより達成される。

ＥＰ−＾−０１２９３０４は、分圧トランスジューサと
して、ガルバーニ型ガス・センサ、またはふっそ（ｆｌ
ｕｅｒｉｃ）分圧センサ、または（ＥＰ−＾−００３１
３２８５に開示されたような）ふっそ（ｆｌｕｅｒｉｃ
）分圧センサの使用の可能性を開示している。特に記載
された装置において、固定の論理シーケンサ・ユニット
が、２つの異なった全サイクル時間モードを提供し、該
シーケンサ・ユニットは、分圧トランスジューサにより
出力される信号に応答して、これらモード間で切換えら
れる。しかしながら、この切換えを行うスイッチは、サ
ンプル・ガス酸素分圧の必要な値からの離脱の大きさを
考慮したサンプル時間調節を行うことにより生成物ガス
内の酸素の所望の分圧を維持することに適した態様で、
無ステップで、もしくは所定の最小及び最大サイクル時
間の間のいくつかのステップで、サイクル時間を変える
ように、適切に応答するタイマに対して可変電圧出力信
号を提供するための可変の抵抗手段により置き換えられ
得ることが開示されている。

ＥＰ−＾−００８０３００の装置と同様、ＥＰ〜＾−０
１２９３０４の装置は、動作範囲内でのすべての操縦室
高度において実質的に一定の酸素分圧を提供するように
、操縦室高度の増加と共に上昇する酸素濃度を提示した
呼吸に適したガス生成物を提供することを目的としてお
り、この一定の酸素分圧は、すべての操縦室高度に対し
て許容し得る範囲の値内にあるように選択される０選択
された値は必然的に妥協的なものであり、実際、或るｔ
！縦室高度における許容範囲の１つまたは他の制限値に
近接した値であり、特に、低高度においては所望のもの
よりも高い。

ル割ノ１１叉 本発明の目的は、動作範囲内のいずれの操縦室高度にお
いても一層密接に理想的な値に近接した酸素の分圧を有
するガスの生成を提供することにより、現代の高性能の
軍隊用航空機の要求により良く適合する航空機乗務員の
ための呼吸に適したガスの機上での生成のためのモレキ
ュラ・シーブ型ガス分離装置を提供することである。

従って、本発明は、供給される空気から窒素を吸着する
ことにより、酸素が濃縮された空気を生成物ガスとして
出口に送り出すように配列されたモレキュラ・シーブ型
ガス分離装置を備えた、航空機のための機上用酸素生成
装置であって、前記モレキュラ・シープ型ガス分離装置
は、少なくとも２つのシーブ・ベッドと、循環的に、該
シーブ・ベッドの各々に充気／吸着オンストリ−ム段階
を受けさせ、その後パージ／放出再生段階を続けさせる
ための制御手段と、を含み、前記制御手段は、或る範囲
の選択可能なサイクル時間を提供し、そして生成物ガス
の酸素含量に感応する手段と、航空機の高度に応答して
動作範囲内の高度における前記生成物ガスの所望の酸素
含量を表示する手段と、所望の酸素含量を前記生成物ガ
スの感知された酸素含量と比較する比較手段であって、
生成物ガスの前記表示された及び感知された酸素含量間
の差をゼロにするのに必要な方向にサイクル時間を調整
するように適合された前記比較手段と、を含んでいる、 航空機のための機上用酸素生成装置を提供する。

好適な実施例において、再生中に各ベツド（ｂｅｄ）が
周囲の大気圧もしくは該大気圧に関係した圧力に開放さ
れるよう制御手段は配列され、それ故、上述の自己調節
の効果を達成し、これにより、動作状態の大きい包絡内
で所望の及び感知された生成物ガス酸素含量の整合を達
成するために必要とされるサイクル時間調節の範囲が都
合良く制限される。

酸素含量の値は、制御手段の物理的組織を考慮して、便
宜的に濃度値もしくは分圧値として提起され得る。高度
情報は制御手段に与えられ得るので、従って、分圧値を
濃度値に変換するために、またはその逆を行うために、
全圧力情報が得られ得て、表示された値と感知された値
との都合の良い比較を可能とするが、しかしながら、こ
れらは個別に示されても良い。

従って、生成物ガスすなわち酸素が濃縮された空気の酸
素含量に感応する手段は種々の形態を取り得、例えば、
適切な型の分圧センサの形態を取り得る。しかしながら
、好適な実施例においては、生成物ガスの酸素含量に感
応する手段は、ジルコニア・セル型の酸素濃度センサの
ような、酸素濃度を直接示す出力を提供する型の酸素濃
度センサを含む、かかる装置もしくはデバイスは、酸素
濃度の変化に対し非常に急速な応答を有し、従って、当
該装置が、変化する飛行条件、需要流量、等に急速に応
答するのを可能とし得る。

制御手段は種々に組織され得る。好適な実施例において
は、関連のメモリを有したマイクロプロセッサのような
ソリッド・ステート・デバイスが、充気及び逃し弁の順
次動作を制御するようにプログラムされ、一連の選択可
能な全サイクル時間が、いくつかの離散したステップで
最小値及び最大値の間に渡っている。関連のメモリは、
動作範囲内の種々の高度レベルにおける所望の生成物ガ
ス酸素含量のルック・アップ・テーブルを格納している
。デバイスは、高度信号を提供する手段と関連しており
、動作高度に適切な所望の生成物ガス酸素含量がルック
・アップ・テーブルを参照して表示されるのを可能とす
る。同じデバイスは、また、比較機能をも提供し得、ま
たは、この機能は別のデバイスにより提供され得る。好
適なものとして、ジルコニア・セル酸素濃度センサが生
成物ガス酸素含量に感応する手段である場合、該手段に
対する関連の機能制御は、個別にあっても良いし、また
、制御手段を提供するデバイス内に組み込まれても良い
、制御手段の機能のいくつかもしくはすべては、航空機
及びその装備の動作における他の機能を提供する航空機
機上コンピュータにより与えられて良い。

制御手段または関連のデバイスは、検査設備、地上及び
飛行状態を弁別する手段、並びに異常及び／または超過
荷重についての警報、のような種々の補助機能を提供し
得る０例えば、制御手段は、感知されたいずれかの高度
レベルにおける所望の生成物ガス酸素含量に加えるに、
最大及び／または最小の許容し得る生成物ガス酸素含量
を表示するように配列され得、比較器手段もしくは補助
比較器は、感知された生成物ガス酸素含量が、表示され
た許容し得る限界値を超えた場合に警報信号を出力する
ように適合されている。かかる目的のために、制御手段
もしくは関連の補助デバイスは、分離装置における入口
空気・圧力、及び需要流量を表わす信号を受信し得、感
知された生成物ガス酸素含量によりトリガされる警報装
置が、故障及び超過荷重状態、並びに信号を適切に弁別
するのを可能とする。

制御手段は、また、高度もしくは他の動作パラメータに
対する変化率情報を受信するかもしくは導出し、該情報
に基づいて、所望の生成物ガスの酸素含量における必要
な変化の大きさを予想するようサイクル時間に調整を重
畳するように適合され得る。

さらに、制御手段は、当該装置が取付けられる航空機に
より遂行されるもしくは遂行されるべき飛行任務に適切
な選択可能な動作モード間で、及び／または当該装置が
取付けられる航空機の要求に対し該装置の容易な適合性
を提供するべき選択可能な動作モード間で、切換えを行
うように適合されている。

それ故、例えば、制御手段は、予想される特定の任務の
輪郭を要求することを可能とするために、任務の開始点
で当該装置により送り出されるべき呼吸に適したガスの
酸素含量を選択するように配列され得る０例えば、説明
したように、低レベルの攻撃任務の場合には、低高度の
高いＧの航行中に過度の酸素濃度の影響に対して保護を
与えるために、必要とされる最小値に近い酸素含量の呼
吸に適したガスを送り出すことが必要である。他方５離
陸後の急速な上昇により到達される高い高度での任務は
、最大の許容し得る酸素含量を有した呼吸に適したガス
を送り出すことにより、良好に行われるであろう。

以下、本発明の代表的な実施例を、添付図面を参照して
説明する。

火」Ｅ例 図面の第１図は、操縦室の圧力と、航空機の乗務員の呼
吸に適したガスの酸素含量要求との間の関係のグラフ表
示である。酸素含量は、体積パーセンテージ（ｖｏｌｕ
＋＊ｅ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）の酸素濃度で表現され
、操縦室の圧力は、海面に対する千フィートでの高度に
より表現されている。この点に関して、操縦室の圧力は
、操縦室及び外部の大気間に最大圧力差が創設されるま
で、加圧スケジュールに従って与えられる操縦室の加圧
の結果として、航空機の高度に関係するが、直線的には
関係しない。

第１図のグラフに実線１で示される最上の曲線は、種々
の操縦室高度における呼吸に適したガスに対する最大許
容酸素含量を表わす。説明してきた理由により、海面か
ら１５，０００フイー）　（４５００メートル）の操縦
室高度まで許容最大値は６０％であり、その後、許容酸
素濃度は、操縦室高度と共に、２０，０００フイート（
６１００メートル）における８０％の値まで直線的に上
昇する。このレベル以上のｔ！縦室高度においては、呼
吸に適したガス内の酸素含量に対する最大の制限は無い
。

第１図のグラフにおける実線２により示される一番下の
曲線は、上述した生理学的及び他の要求により決定され
る、呼吸に適したガスに対する最小の酸素含量を表わす
、この曲線は４つの明白な部分を有し、低部分は、海面
から１５，０００フイート（４５００メートル）までの
操縦室高度範囲を包摂し、該曲線は実質的に海面等価に
おける一定の酸素部分圧のプロットである１曲線２の、
１５，０００フイー）　（４５００メートル）及び２０
，０００フイー）　（６１００メートル）間の操縦室高
度の部分は線形もしくは直線的であり、一定の酸素分圧
のプロットよりも勾配が急である。この範囲の操縦室高
度で酸素含量要求が高められている理由は、説明したよ
うに、急速な減速の影響に対して設ける必要性である。

２０．０００〜２３，０００フイート（６１００メート
ル〜７０００メートル）のｔｉｖ１室高度の範囲におい
ては、必要とされる最小の酸素含量は約５５％で一定の
ままであり、その後、該必要とされる最小の含量は、海
面の分圧の等偏曲線に連続したものとして、操縦室高度
と共に上昇する。というのは、問題の操縦室高度におい
て、海面の分圧は、急速な減圧要求に適うよう最小の酸
素含量を提供するからである。

第１図に一点鎧ｔ１３で表わされた曲線は、２０．００
０フイート（６１００メートル）の操縦室高度において
呼吸に適したガス内に必要とされる最小のものに対応す
る値の一定の酸素分圧のプロットである。すなわち、曲
線３は、２０，０００フイー）　（６１００メートル）
の操縦室高度において曲線２と接触するが、それ以外で
は、特に低い方の高度では、実質的に曲線２の上にある
２例えば、海面においては、曲線３は、海面における空
気の約２１％の酸素含量と比較して、３０％の酸素濃度
を有するように表わしているガス合成もしくはガス配分
を示す。

曲線３は、従って、操縦室高度の動作範囲全体を通して
一定の酸素分圧の呼吸に適したガスを生成するように制
御された航空機のための機上用酸素生成装置０ＢＯＣ：
Ｓの最良の性能を表わしており、それは、２０，０００
フイート（６１００メートル）の操縦室高度における最
小の酸素含量要求に適う。

第１図の破線もしくは点線４により表わされる曲線は、
本発明による０１１０にＳの性能を示し、それは、簡単
さのために、曲線の４つの部分の各々における操縦室高
度と酸素濃度との間の線形的な関係を維持するようプロ
グラムされている。より低い高度範囲においては、曲線
４は、曲線３の相当下にあり、これに対してｔｔｓ、ｏ
ｏｏフィート（４５００メートル）とｚｏ、ｏｏｏフィ
ート（ｅｔｏｏメートル）との間の臨界操縦室高度範囲
においては、曲線４は、曲線２よりも急峻に上昇して、
急速な減圧の場合にも適うように高められた安全マージ
ンを提供する。２２，０００フイー）　（６７００メー
トル）以上の高度では、曲線４は、再度、一定の分圧曲
線３よりも曲線２に一層接近する。

曲線４は、本発明を実施する０ＢＯＧＳの可能な性能を
単に示すということが強調されるべきである。実際、動
作範囲のうちの各操縦室高度において、生成物ガスの酸
素含量は特定の値に制御可能であるので、操縦室高度に
対する生成物ガスの酸素含量のプロットは、いずれの所
望の曲線にも見合うように為され得る。例えば、ＯＢＯ
にＳは、動作範囲内のいずれの特定の操縦室高度におい
ても、当該高度において許容される最小値に渡って、例
えば５％の選択された超過量を有する酸素濃度を有した
゛呼吸に適したガスを送り出すように為され得る。

第２図は、本発明を実施した０ＢＯＧＳ　　（航空機の
ための機上用酸素生成装置）の基本的な構成をブロック
回路図の形態で示す、この第２図において、ブロック１
０は、１１における送り空気供給口と、１２における生
成物ガス出口と、１３における逃し流出口とを有したモ
レキュラ・シーブ型ガス分離装置を表わしている。ｏｎ
ｏｃｓは、さらに、ブロック１４で表わされた制御手段
を含んでおり、該制御手段は、電気及び／または空気制
御リンクであって良い、ガス分離装置１０への制御接続
１５を有している。制御手段１４は、従来良く理解され
ているように、装ｒＩｔＩＯの分離器シープ・ベツドに
、適切な重複シーケンスで、反復的に、充気／吸収、並
びにパージ／放出のオンストリーム及び再生段階を循環
的に行わせるように構成される。好ましくは、装置１０
のパージ流出口１３は、放出が、得られた最も低い圧力
で生じるように、航空機外部の大気に放出を行うように
接続されるが、所望ならば、出口１３を航空機の操縦室
に放出を行うように接続することもできる。というのは
、この圧力は、加圧スケジュールによって外部大気に関
係しているからである。

本発明によれば、制御手段１４は、入力１６において操
縦室圧力を表わす信号を受信するように接続される。こ
れらの信号は、操縦士室圧力を直接測定する装置、１７
から導出され得るが、または、かかる信号は、航空機の
高度信号装置から導出され得、そして必要な操縦室圧力
を表わす信号に変換される。

また、本発明によれば、制御手段１４は、出口１２にお
ける生成物ガスの酸素含量を表わす信号を受信するよう
接続された入力１８を有する。このため、出口１２には
適切な生成物ガスの酸素含量センサ１９が設けられてい
る。

制御手段１４は、動作範囲内で操縦室圧力の種々のレベ
ルにおいて所望の生成物ガスの酸素含量に間する情報を
記憶している。従って、入力１６において操縦室圧力信
号を用いることにより、制御手段は、それ故、そのとき
の操縦室圧力における所望の生成物ガスの酸素含量を表
示し得る。

制御手段１４は、表示された所望の生成物ガス酸素含量
を、入力１８において信号された検出された生成物ガス
酸素含量と比較するための比較器手段を含んでいる。比
較器手段は、必要に応じて酸素を富ますかもしくは減ら
した生成物ガスを装置１０に送り出させるような態様で
動作サイクル時間を調節して、表示された酸素含量の値
と検出された酸素含量の値との間の差をゼロにするよう
に適合されている。

モレキュラ・シーブ・ガス分離装置が、以下に説明する
ように構成された３つのシーブ・ベッドを有した代表的
な実施例において、制御手段１４は、最小９秒から最大
３０秒までの範囲に及んで１／２づつのステップで選択
可能なサイクル・タイムを提供するように配列され得る
。

平均の生成物ガス合成もしくはガス配合が流量と共に変
わるというのはモレキュラ・シーブ・ガス分離装置の既
知の特性である。従って、第２図に示されるように組織
または構成された０８０（：Ｓにおいて、装置１０上の
需要流量が増加すれば、生成物ガスの酸素含量が減少す
る傾向を有し、その逆も同様である。しかしながら、生
成物ガスの酸素含量を含んだ制御ループに制御手段１４
が含まれるので、制御手段は需要流量の変化を補償する
ことができる。

実際の実施例においては、超荷重及び異常状態について
の警報を設けることが必要であり、適切な状況において
、スタンドバイ、緊急、酸素供給への自動切換えを設け
ることが必要である。このため、種々の操縦室高度にお
いて最大及び最小の許容し得る生成物ガス酸素含量に関
する情報が制御手段１４に格納され得、これらの値は、
生成物酸素含量の検出された値と連続的に比較され、こ
の比較は、該比較によりあられにされた環境に適切な、
警報及び／またはスタンドバイ酸素への切換えが生じる
ように配列された手段によって行われる。しかしながら
、偽警報が可能化されることを避けるために、制御手段
１４は、センサ２１により与えられる入口１１における
供給空気圧力を表わす信号を受信するように接続された
入力２０と、出口１２におけるセンサ２３からの需要流
量信号を受信するように接続された入力２２とを有する
。制御手段は、また、検査及び自己診断ルーチンのよう
な他の設備を設けることも含む。

第３図は、第２図を参照して説明するように構成された
０ＢＯＧＳ内の装置１０を構成し得るモレキュラ・シー
ブ型ガス分離装置の通常の形態を示す図である。このモ
レキュラ・シーブ装置は、εＰ−八−へ　１２９３０４
に詳細に説明された構成のものであり、それぞれ個別の
入口弁３４．３５．３６；それぞれ個別の生成物ガス出
口弁３７．３８及び３９：　そしてそれぞれ個別の逃し
弁４０．４１及び４２、を有する３つのモレキュラ・シ
ーブ・ベッド３１．３２及び３３を備えている。生成物
ガス出口弁３７．３８及び３９は、第２図の出口１２に
対応する生成物管路４３に接続された下流の出口を有し
た単純な逆止め弁であり、各生成物ガス出口弁の上流に
は、動作シーケンスにおける先のベツドへのパージ流量
接続がある。すなわち、弁３７の上流のベツド３１の生
成物ガス出口は、ベツド３３のパージ流量人口４５への
パージ接続４４を有し；　ベツド３２の生成物ガス出口
は、ベツド３１のパージ流量入口への対応の接続を有し
；　そしてベツド３３の生成物ガス出口ベツド３２のパ
ージ流量入口への接続を有する。これらパージ流量接続
は、パージ・ガス流量を制限するための、４６に示され
るような制限器を含んでいる。

入口弁３４．３５．３６は、第２の供給１１に対応する
共通の送り空気供給４７に接続され、他方、逃し弁４０
．４１．４２は、第２図のパージ流量出口１３に対応す
る逃し管路４８への共通の逃し接続を有している。

シーブ・ベッド３１．３２．３３は便宜的にはＥＰ−八
−０２２５７３６に開示されたような共通のハウジング
内に同心的に配列されており、種々の弁は、大口弁及び
逃し弁の場合、ソレノイド弁によってυ制御される空気
圧力を供給することにより空気的にサーボ操作される膜
板弁を含んでいる。第４図は、ベツド３１のような１つ
のベツドに対する入口及び逃し弁と、該べ・ンドに関連
した入口弁３４及び逃し弁４０を制御する、５０で象徴
的に示されたソレノイド弁と、の配列を図式的に示して
おり、該ソレノイド弁５０は、第２図の０８０にＳ内の
制御手段１４の部分であるタイマ５１により制御される
。第４図は、大口弁３４がサーボ圧力により閉じられた
ままに保持され、逃し弁４０が開放するように許容され
ているその附勢されていない状態のソレノイド弁を示す
、ソレノイド弁５０を附勢すれば、入口弁３４を閉じら
れた状態に保持するサーボ圧力を解放し、それ故、大口
弁は開放するが、これに反し、サーボ圧力は逃し弁４０
内で増加するようにされ該逃し弁４０を閉じる。

それぞれのシーブ・ベッドの入口及び逃し弁と関連した
ソレノイド弁の順次的な動作を一層詳細に説明するため
に、ＥＰ−＾−０１２９３０４を参照する。

第２図を参照して概略的に説明されたＯＢＯにＳは、ガ
ス分離装置１０の出口１２における生成物ガス酸素含量
を信号する装置を必要とする。ここでは、生成物ガスの
酸素濃度もしくは酸素分圧のいずれかを表わす、アナロ
グまたはディジタルの信号を提供する装置を必要とする
。ガルバーニ型の分圧センサを用いても良いが、ジルコ
ニア・セル型の酸素濃度センサを用いるのが好ましい、
というのは、かかる装置は、動作状態における変化に対
する好ましい急速応答を有した制御手段１４を提供する
ように、適切に急速な応答を有し得るからである。

第５図及び第６図は、適切なジルコニア・セル型センサ
の構成及び組織を示す。

良く知られているように、ジルコニア・セルの酸素濃度
センサは、約６００℃を超えた温度においてイツトリア
でもってドープされたジルコニアの電気特性に依存した
ソリッド・ステー１・・デバイスである。もし、このよ
うにドープされたジルコニアのウェファが、その反対側
上で異なった酸素濃度に露出されるならば、それを横切
って小さい電位差が発生される。

第５図は、代表的なジルコニア・セル・センサの構成を
示す０両面に多孔性のプラチナ電極６１を有したジルコ
ニアのディスク６０がセラミック管６２に装着され、該
セラミック管６２は、その回りに巻かれた加熱素子６３
を、温度制御のための関連の熱電対６４と一緒に有して
いる。電極６１からのり−ド６５は、適切なセラミック
／ガラス・シール６６を通して管６２の外部にもたらさ
れ、管６２は、可視性のダイアフラムもしくは膜板６８
により、ステンレス鋼ハウジング６７内に懸垂される。

ハウジング６７は、ジルコニア・ディスク６０の両側に
、それぞれサンプル及び基準ガスの流れを提供する端は
め具６９．７９を含む。サンプル・ガス、この場合は、
モレキュラ・シーブのガス分離装置の生成物ガスは、セ
ラミック管６２の一端と同心的でかつ該一端に突出して
いる入口管７１を通して、適切な制御速度で、端はめ具
６９に導かれ、これにより、サンプル・ガスは、ジルコ
ニア・ディスクの中心上に衝突し、該中心上を半径方向
外方に流れ、次に、逆転して出ロア２への端はめ具６９
と入口管７１との間の環状形部分に流れる。

同様に、基準ガス、この場合は分離装置に供給される空
気の抽気は、入口管７３を通して端はめ具７０に流入し
て、ジルコニア・ディスクの反対側に衝突し、その上を
流れ、そして出ロア４に戻る。

ジルコニア・セル・センサの出力は低く、かつサンプル
及び基準ガス間の酸素含量差に対して対数関係を有する
と共に、そしてジルコニア・ディスクが、正確に選択さ
れた作業温度にもたらされ、次にその温度に維持されな
ければならないので、センサを制御しかつ容易に使用可
能な出力を提供するための管理装置が必要とされる。第
６図は、かかる管理装置の組織を示す、この第６図にお
いて、センサ・セルは８０で示されており、関連のサン
プル及び基準ガス流制御器８１．８２が、それぞれのガ
スをセルの入口管７１及び７３に供給する。熱電対６４
からの接続は、ブロック８４で表わされた回路に導く８
３で示されており、該ブロック８４は、ディジタルの温
度信号出力を８５に出力する。

第６図の管理装置はさらに、ジルコニア・セルのヒータ
への接続８７を有するヒータ駆動ユニット８６を備え、
該ヒータ駆動ユニット８６は、電力供給ユニット８８か
らの電力を受ける。

管理装置はさらに、リード６５を介してジルコニア・セ
ルの電気出力を受けるアナログ・ディジタル変換器８９
を含む。

管理装置はさらに、マイクロプロセッサ９０を備えてお
り、該マイクロプロセッサ９０は、変換器８９からの出
力信号と、８５における熱電対導出温度信号出力と、ヒ
ータ駆動装置８６及び供給電カニニット８８からの信号
と、を受ける。マイクロプロセッサの出力は、ヒータ駆
動装置８６への信号を制御してジルコニア・セルのウオ
ーミング・アップを制御し、それ故、セラミック物質の
熱疲労を最小にし、そして熱電対からの温度情報と一緒
に、周囲条件の特定の範囲に渡って、セルを指定された
動作温度に維持する。ヒータ駆動装置８６は、便宜的に
は、パルス幅変調モードで動作して、セル・ヒータに入
力される電力を調節し、該パルス幅はマイクロプロセッ
サが制御する。

マイクロプロセッサ９０は、また、変換器８９により与
えられるセル出力を線形にして、どんな電圧のずれもし
くはオフセットをも補償する。プロセッサは、生成物ガ
ス酸素濃度値の出力を９１に提供し、該出力は、ＯＢＯ
にＳの制御手段に直接行っても良いし、もしくは示され
たように、信号プロセッサ９２により、例えば周波数変
調信号への変換を受けても良い。

マイクロプロセッサ９０は、該マイクロプロセッサが管
理する装置の性能を監視して連続的な状況出力を９３に
提供するように適合されている。

マイクロプロセッサ９０及びそれと関連した電子処理装
置の可能ないくつかは、すべて、第２図におけるように
配列された　０ＢＯＧＳ　　の制御手段１４において実
施され得ることを理解すべきである。すなわち、マイク
ロプロセッサの装置管理機能及びその関連の装置は、Ｏ
ＢＯ［；Ｓに対する制御手段をも提供するコンピュータ
により与えられても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、代表的な高性能の軍隊用航空機のための、操
縦室圧力と航空機乗務員の呼吸に適したガスの酸素含量
要求との間の関係を示すグラフ、第２図は、本発明を実
施した機上の酸素生成装置（０８０ＧＳ）を示すブロッ
ク図、第３図は、第２図の０ＢＯＧＳに用いられ得るモ
レキュラ・シーブ型ガス分離装置を示す概略図、第４図
は、第３図の装置の１つのベツドに対する弁制御装置を
示す概略図、第５図は、第２図のＯ［ｌＯ（：Ｓの制御
装置に用いられ得るジルコニア・セル酸素濃度センサを
示す概略図、第６図は、第５図のセンサに対する制御装
置を示すブロック回路図、である。図において、１０は
モレキュラ・シーブ型ガス分離装置、１１は送り空気供
給口、１２は生成物ガス出口、１３は逃し流出口もしく
はパージ流出口、１４は制御手段、１９は酸素含量セン
サ、である。 操縦士官の鳥屋（ｌ０３ｍ） ＦＩＧ、５

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）供給される空気から窒素を吸着することにより、
   酸素が濃縮された空気を生成物ガスとして出口に送り出
   すように配列されたモレキュラ・シーブ型ガス分離装置
   を備えた、航空機のための機上用酸素生成装置であって
   、 少なくとも２つのシーブ・ベッドと、循環的に、該シー
   ブ・ベッドの各々に充気／吸着オンストリーム段階を受
   けさせ、その後パージ／放出再生段階を続けさせるため
   の制御手段と、を含み、前記制御手段は、或る範囲の選
   択可能なサイクル時間を提供し、そして生成物ガスの酸
   素含量に感応する手段と、航空機の高度に応答して動作
   範囲内の高度における前記生成物ガスの所望の酸素含量
   を表示する手段と、所望の酸素含量を前記生成物ガスの
   感知された酸素含量と比較する比較手段であって、生成
   物ガスの前記表示された及び感知された酸素含量間の差
   をゼロにするのに必要な方向にサイクル時間を調整する
   ように適合された前記比較手段と、を含んでいる、 航空機のための機上用酸素生成装置。
2. （２）前記制御手段は、さらに、関連のメモリを有した
   マイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサのメモリ
   に格納された動作範囲内の種々の高度レベルにおける所
   望の生成物ガス酸素含量のルック・アップ・テーブルと
   、前記マイクロプロセッサに高度信号を出力するように
   接続された高度感知手段と、を含み、これにより動作高
   度に適切な所望の生成物ガス酸素含量は、前記ルック・
   アップ・テーブルを参照することにより表示され得る特
   許請求の範囲第１項記載の航空機のための機上用酸素生
   成装置。
3. （３）前記マイクロプロセッサは、シーブ・ベッドの充
   気及び逃し弁の順次的動作を制御するための信号を出力
   するようにプログラムされており、一連の選択可能な全
   サイクル時間は、いくつかの分散ステップで最小及び最
   大値の間に及ぶ特許請求の範囲第２項記載の航空機のた
   めの機上用酸素生成装置。
4. （４）前記マイクロプロセッサは、シーブ・ベッドの充
   気及び逃し弁をさらに制御するために航空機の機上コン
   ピュータに信号を出力する特許請求の範囲第２項記載の
   航空機のための機上用酸素生成装置。
5. （５）生成物ガスの酸素含量に感応する前記手段は、固
   定電解質の酸素濃度センサを含む特許請求の範囲第１項
   記載の航空機のための機上用酸素生成装置。
6. （６）前記酸素濃度センサは、ジルコニア・セル型のも
   のである特許請求の範囲第５項記載の航空機のための機
   上用酸素生成装置。
7. （７）前記ジルコニア・セルは、該ジルコニア・セルの
   ヒータに接続されると共に電力供給ユニットからの電力
   を受けるように接続されたヒータ駆動ユニットを備えた
   管理装置により制御される特許請求の範囲第６項記載の
   航空機のための機上用酸素生成装置。
8. （８）前記管理装置はさらに、ジルコニア・セルの電気
   出力を受けるように接続されたアナログ・ディジタル変
   換器を備えた特許請求の範囲第７項記載の航空機のため
   の機上用酸素生成装置。
9. （９）前記管理装置はさらに、前記変換器からの出力信
   号と、ヒータ温度信号と、ヒータ駆動ユニット信号と、
   電力供給ユニット信号と、を受け、前記ヒータ駆動ユニ
   ットに制御信号を出力するマイクロプロセッサを備えた
   特許請求の範囲第８項記載の航空機のための機上用酸素
   生成装置。
10. （１０）前記制御手段は、地上状態及び飛行状態を弁別
    するための手段を提供し、かつ当該装置の超過荷重及び
    ／または異常に関する警報を提供する特許請求の範囲第
    １項記載の航空機のための機上用酸素生成装置。
11. （１１）前記制御手段は、高度もしくは他の動作パラメ
    ータに対する変化率情報を受信かつ導出し、該情報に基
    づいて、所望の生成物ガス酸素含量の必要とされる変化
    の大きさを予想するための調整を、サイクル時間に重畳
    するよう適合された特許請求の範囲第１項記載の航空機
    のための機上用酸素生成装置。
12. （１２）前記制御手段は、当該装置が取付けられる航空
    機により遂行されるもしくは遂行されるべき飛行任務に
    適切な選択可能な動作モード間で、及び／または当該装
    置が取付けられるべき航空機の要求に対し該装置の容易
    な適合性を提供するべき選択可能な動作モード間で、切
    換えを行うように適合されている特許請求の範囲第１項
    記載の航空機のための機上用酸素生成装置。