JPH03205067A - 酸素供給システム及び同システムを制御するための酸素濃度監視方法 - 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】 の　　　　　　　　　　　　　　　が 工！Ｅ」１厘 本発明は、高圧容器内に貯蔵するために、ブースター圧
縮器が生成ガスに圧力をかけ、酸素センサーが生成ガス
中の酸素濃度を監視する。酸素濃度の高い生成ガスを発
生させるための圧力切換吸着装置に関する。

酸素濃度の高い生成ガスを製造するための、圧力切換吸
着技術の使用は公知である。加圧空気を複数の分子篩い
材料床に連続的に供給し、その空気中の窒素が篩いに吸
着され、方、酸素は篩い材料床を通過する。これらの床
は周期的に大気に連絡させ、生成ガスを逆流させて分子
篩いから窒素を着脱させ、放出するもので、この方法に
より、酸素濃度の高い生成ガス流を連続的に発生させる
ことができる。このような装置は酸素濃縮装置とも呼ば
れる。

航空機では、酸素濃縮装置を使用して、高空飛行する乗
務員に酸素濃度の高い生成ガスを与えることができる。

電力または加圧空気の低下により、あるいは濃縮装置内
のモーター又はバルブの故障により濃縮装置が使えなく
なった場合に備えて、呼吸用酸素の供給を必要としない
高度にその飛行機が下降するまでの時間、酸素を供給す
るための予備酸素供給機構（ＢＯ３）を備えている。そ
のような機構では、ＢＯ５は分子篩いを詰めた高圧容器
（プレナム）でよく、これに濃縮装置により生成ガスが
充填される０戦闘用飛行機では、その内部の空間的な制
限のために、ＢＯ３の物理的な大きさは限られており、
濃縮装置の出力圧で、下降の際に乗務員を持ち堪えさせ
るだけの十分な呼吸ガスをＢＯ３内に貯蔵することは不
可能である。

例えば、乗員２名に対して、毎分２６リツトルの流量で
呼吸ガスを８分間供給する必要があろう、濃縮装置の出
口圧が６０　ｐｓｉｇ程度であれば、ＢＯ３に通常割り
当てらハる空間内に十分な量の生成ガスを貯Ｍすること
は不可能である。そのため、妥当な大きさの貯蔵高圧容
器に必要量の生成ガスを収容できる様に、増圧装置又は
ブースター圧縮器を使用し乙　ＢＯ５に送る生成ガスの
圧力を増加させるとよい。

先行技術のブースター圧縮器は、シャトルバルブからな
る循環装置を必要としている。

シャトルバルブは、駆動ピストンにより作動する２つの
パイロットバルブにより空気式に駆動及びＩＩ＋御され
る。これらの部品は摩耗し易く、ａ線装置をさらに複雑
にし、高価なものにする。

また、生成ガスの酸素濃度が高い場合にのみ濃縮装置の
生成ガスをＢＯ３に充填し、濃縮装置から出る気体の酸
素濃度が低い場合には乗員の呼吸ガス供給を濃縮装置か
らＢＯ３に切り換える、自動制御装置を備えるのが望ま
しい。このためには、酸素濃度を正確に指示し、航空機
の温度および圧力環境内で使用するのに適した酸素セン
サーが必要である。

−めの 本発明では、高圧容器内に貯蔵できるガスの量を増加さ
せるために、ブースターコンプレッサーを使用して、濃
縮装置から出る生成ガスの圧力を増加させる。このブー
スターコンプレッサーは、一つに連結した２つの可動ピ
ストン、およびコンプレッサーを通るガスの流量を制御
する一連の逆止め弁からなる。

ピストンの一つは、濃縮装置内の回転弁から来る圧縮空
気により駆動され、他のピストンは生成ガスを圧縮して
高圧容器に送る。

濃縮装置生成ガスの少量の試料を使い、酸素センサーで
酸素濃度を監視する。酸素濃度があらゆる高度で使用で
きる水準に達すると、濃縮装置から出る生成ガスはブー
スターコンプレッサーに流れ、高圧容器を充填する。そ
の後、濃縮装置からパイロットに送られる生成ガスの濃
度が、特定の高度で必要な濃度以下に下がると、高圧容
器内に貯蔵されているガスを乗員に供給する。

したがって、本発明の目的は、高圧容器内の生成ガスの
圧力を高くして、高圧容器内に貯蔵できるガスの量を増
加させるためのブースターコンプレッサーを備えた、酸
素濃縮装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、生成ガスの酸素濃度を監視
するための酸素センサーを備えた、酸素濃縮装置を提供
することである。

本発明のもう一つの目的は、濃縮装置が故障した場合、
あるいは濃縮装置への電力または空気供給が低下した場
合に起こる様な、濃縮装置から来る生成ガスの酸素濃度
が妥当な水準以下に低下した場合に酸素を送るための、
予備酸素供給機構を備えた酸素濃縮装置を提供すること
である。

本発明の別の目的は、生成ガスの酸素濃度が妥当な水準
よりも高い場合は高圧容器の充填を制御し、濃縮装置か
ら来る生成ガスの酸素濃度が妥当な水準より低い場合に
は高圧容器からの配送を制御するための、酸素センサー
を備久た酸素濃縮装置を提供することである。

以下に、本発明のこれらの、および他の目的を添付の図
面を参照しなから説明するが、図面中で使用する番号は
説明文中で使用する番号に対応している。

い　　　　　　　　の 第１Ａ図は、全体的に番号（１０）で表わす濃縮装置お
よびブースターの機構を示す。濃縮装置機構（１０）は
、濃縮装置（１５）、圧力ブースター（１６）、ＢＯ３
貯蔵高圧容器（１７）、および監視制御装置（１８）か
らなる、濃縮装置機構（ｌＯ）は、複数の空気雷名よび
電線により、第１Ｂ図に示す、パネルに取り付けた一つ
以上の調整器（１９）と結合している。当業者なら分か
る様に、パネルに取り付けた各調整器（１９）は、乗員
に生成ガスを配送するマスク（図には示していない）と
接続している。

第１Ａ図に示すように、濃縮装置（１５）は、フィルタ
ー（２２）および遮断弁と調整器（２３）に接続した空
気の入り口（２１）を有する。差圧計（２４）は、フィ
ルター（２２）、　　および制御安全弁（２６）および
流量制御器（２月を含むライン（２５）に接続している
。ガス抜きＣ２９）を備えた調整器制御弁（２８）は、
以下にさらに詳しく説明するように高圧容器内（１月の
圧力を関知し、流量制御器（２７）、制御安全弁（２６
）、および調整器（２３）に接続している。

電気モータ（３０）は、２つの分子篩い床（３２）に交
互に空気を送る回転弁（３１）を駆動する。

床（３２）の出口は逆止め弁（３３）および流量抑制器
（３６）を含むバージライン（３４）に接続し２　床（
３２）の入り口は、回転弁（３１）により、交互にパー
ジガス抜き（３５ｊに接続する。逆止め弁（３３）は、
濃縮装置出口（３７）および圧力スイッチ（３８）に接
続している６ 濃縮装置出口は、ＢＯ５Ｏ５充填用二値電磁弁１）、　
　ライン（４０）、監視制御装置（１８）内の自己試験
用三方電磁弁（４２）、および出口フィルターｆ４５）
　（第１Ｂ図に示す）に接続した生成ガス配送用三方電
磁弁（４３）に接続している。

ＢＯ３充填用電磁弁（４１）はライン（４５）により、
圧力ブースター（１６）の圧縮シリンダー（４６）に生
成ガスを送る二つの逆止め弁（４４）に接続している６
圧縮シリンダー（４６）内の圧縮ピストン（４７）は、
棒（４δ）により、駆動シリンダー（５１）内のより大
型の駆動ピストン（４９）に接続している。駆動シリン
ダー（５Ｉ）は、二つのライン（５２および５３）によ
り、回転弁（３１）から交互に空気を受け、その二つの
ライン（５２および５３）の一つは逆止め弁（５４１よ
びブースター制御弁（５７）に接続したガス抜きライン
（５６）を含む。圧縮シリンダー（４６）の二つの出口
（５８）は、逆止め弁（５９１よびブースター出口（６
１）に接続している。　ブースター出口（６１）からつ
ながっている圧力タップ（６２）はブースター制御弁（
５７）および調整器制御弁（２８）に接続している。ブ
ースター出口（６１）は、高圧容器（１７）に接続し、
圧力タップ（６３）を通して圧力安全弁（６４）に、お
よび導管（９７）を通して生成ガス配送用の電磁弁（４
３）に、さらにパネルに取り付けた調整器（Ｉ９）内の
圧力計（８７）に接続されている。

監視制御装置（１８）は、自己試験電磁弁（４２）を含
むが、これは流量抑制器（６７）を通して酸素センサー
（６６）に接続しており、絶対圧力調整器（６８）右よ
びガス抜き（６９）を通して大気中に通じている。圧力
変換器（７０）は、圧力感知ライン（７１）により操縦
室（８０）に接続しており、空気ライン（７２）が自己
試験用電磁弁（４２）を回転弁（３１）の入り口に接続
している。監視制御装置臼８）は、電源（７３）、およ
び操縦室（８０）（第１Ｂ図）内に位置する校正試験ス
イッチ（７５）、ピルトーインーデスト（ＢＩＴ）スイ
ン−ｙ１８８１、モード選択スイッチ（８９）および入
−切スィッチ（８６）に接続している。監視制御装置は
信号を、低酸素および低圧ノＪの両方を示す操縦室（８
０）内の警告灯（９３）、および閉鎖弁および調整器（
２３）、回転弁（３１）用のモーター（３０）、ＢＯＳ
充填用電磁弁（４１）、右よび生成ガス配送用電磁弁（
４３）に送る。監視制御装置（１８）は、第４〜７図に
関してより詳しく説明する。

ここで第１Ｂ図に関して、パネルに取り付けた調整器（
１９）、警告灯（９３）および校正試験スイッチ（７５
ｊはすべて操縦室（８ｏ）内に取り付けである。パネル
に取り付けた調整器（１９）は、大−切スィッチｆ８６
１．　高圧容器の圧力計（８７）、ＢＩＴスイッチ（８
８）とＢＩＴ灯（９１）、およびモード選択スイッチ（
８９）を含ｔｊ。

次に第２図に関して、監視制御装置（］８）内のＭ索セ
ンサー（６６）をより詳細に示す、酸素センサー（６６
）は、Ｚｒ０２−Ｙ２（ｈおよびその両側に取り付番す
た電極（７７）からなるジルコニア電解質素子（７６）
を含む、拡散孔（７９）を有する中空の蓋（７８）が素
子（７６）の上に取り付けてあり、そのｔｉ　ｔ７ｓ＋
に電源に接続するためのリード線（８２）を有する加熱
器（８１）が取り付けである。

次に第３図に関して、分子篩いを詰めた高圧容器（１７
）のすぐ隣に圧力ブースター（１６）を示す、高圧容器
（１７）には、必要に応じて生成ガスを放出するための
、および隣接する、また離れたところにある追加の高圧
容器に接続するための導管（９７）を取り付けである０
図に示すように、回転弁から駆動シリンダー（５１）に
配送する空気により圧縮シリンダー（４６）中の生成ガ
スを圧縮するために、駆動ピストン（４９）の直径は圧
縮ピストン（４７）の直径よりも大きい６ 第４Ａおよび４Ｂ図は、監視制御装置（１８）および操
縦室（８０）内のパネルに取り付けた装置への接続を詳
細に示す、二つ以上の調整器（１９）を備えていること
があり、各調整器（１９）トの大−切スィッチ（８６）
がリレーおよび整相コンデンサー（ｉｏ６）の回路に接
続してあり。

その回路は電力変換器（１（１７１に接続しである。

リレーおよび整相コンデンサー（１０６１は、第１図に
示す閉鎖弁（２３）および回転弁（３１）のモーター（
３０）に接続しである。電力変換器（１０７）は、濃縮
装置の、必要とする様々な部分に＋５ボルトおよび±１
５ボルトの電力を与える。入−切スィッチ（８６）は、
三方電磁制御器（１１１，１に接続され、その制御器は
ライン（１０９１により第１図に示す三方電磁弁（４３
）に接続しである。

ピルトーイン−テストスイッチ（８８）は、２０秒の時
間を有するセルフ−テストタイマー（１１２１に接続し
てあり、そのスイッチ上のライト（９１）はラッチ（１
３３１に接続しである。

モード選択スイッチ（８９）は遅延を伴うモード選択（
１１３）に接続し、それはさらに基準０２レベル近似回
路（１１４１に接続している。このレベル近似回路ｔｉ
ｉ４＋はさらに、感知ライン（７１）を通して操縦室（
８０）内の圧力を測定し、飛行機操縦室の高度を表わす
信号を発生する圧力変換器（７０）に接続している。こ
の圧力変換器（７０）の出力は、高度検出器［７１にも
接続している。レベル近似回路（１１４１は、酸素セン
サー（６６）から信号調節回路（１２１）を通して信号
を受は取るレベル比較器（１１８）の回路に接続してい
る。酸素センサー（６６）は、三方電磁弁（４２）を通
して生成ガスまたは空気を受取り、調整器（６８）を通
して大気中に放出する。

酸素センサー（６６）は、加熱器制御袋Ｒ（８３１を通
して給電される加熱器（８１）を含む。

レベル比較装置回路（ｌ　１．８１は、高圧容器（１７
）の充填を制御する三方電磁弁（４１）にライン（１２
０１を通して制御信号を送り、また、論理回路（＋３１
１に低酸素信号をライン（１２２１を通して、校正信号
をライン（１２３１を通して送る。

論理回路（１３１１は、校正チエツクタイマー（１３２
１を通して校正試験スイッチ（７５）に接続されている
。論理回路＋１３１１は、警告信号を、ライン（１４６
１を通して三方電磁制御器（１１１，１、操縦室内の警
告灯（９３）、およびラッチング回路（１３３１に送る
。ラッチング回路（１３３１は、ＡＮＤゲート（１４３
）の出力に接続した第一の入力（１３８１、論理回路（
１３１１の警告出力（１４６１に接続した第二の入力ｆ
１３９１、ラッチ入力（１４０）、右よび負のラッチ入
力（１４１１を有する。ラッチｆ１３３１の出力＋１４
２）は、操縦室内のＢＩＴライト（９１）に接続してい
る。ＡＮＤゲート（１４３１の入力は発振器（１３６１
に接続し、ＯＲゲート（１４４１の出力およびＯＲゲー
ト（１４４１の入力は、ＣＡＬ−ＣＨＥｃＫタイマー（
１３２）およびセルフ−テストタイマーｆｌ１２１　に
接続している。ＯＲゲート（１３４１の出力は三方電磁
弁（４２）に接続している６セルフーテストタイマー（
１１２１は、電力変換器（１０７１に接続したパワーア
ップ回路（１３７１に接続している。

次に第５図に関して、曲線（１５０１は、稀釈モード（
濃縮装置出力１００％未満）または１００％モード（純
濃縮装置出力）における、高度の関数としてのその系に
必要な最小酸素出力を示す。曲線１１．５１１は、酸素
分圧（ＰＯ２）を３３０　＋ｉｍＨｇに保持した、稀釈
モードにおける系の出力に対する、高度の関数としての
調整器への最小酸素濃度を示す。曲線（１５２１は、２
６３ｍ謁ＨｇＰＯ７に保持した１００％モードにおける
系の出力に対する、高度の関数としての最小酸素濃度を
示す。曲線（１５３１は、稀釈モードにおける系により
配送し得る最大酸素濃度を示す。

第６図は、ピルトーイン−テスト中の時間の関数として
の、酸素センサー（６６）の電圧出力ＶＯ７を示ず、電
圧出力曲線（１５６１は２０秒間の試験期間内に、警告
レベル（１５７１より下に下降し、この系が適切に機能
していることを示している。

第７図は、校正試験中の時間の関数としての、酸素セン
づ−の電圧出力Ｖ　Ｏ２を示す。

曲線ｆｌｓ６１　は、２分の試験期間内に、警告レベル
ｆ１５７）より下に下降し、限界（１６２および１６３
）の間の校正量にはいる。

濃縮装置の運転 加圧空気を入り口（２１）に接続し、フィルター（２２
）で濾過して水分および微粒物質を除去し、調整器（２
３）により圧力を調整し、回転弁（３１）に導（、調整
器（２３）は回転弁（３１）への空気の圧力を、以下に
より詳細に説明する様に、ブースター（１６）が作動し
て高圧容器（１７）内の生成ガスを加圧しているか、否
かに応じて、二つの圧力の内の一つに保持する。回転弁
（３１）が、分子篩いの床（３２）に加圧空気を交互に
供給し、酸素濃度の高い生成ガスが逆止め弁（３３）を
通って濃縮装置出口（３７）に向かう。

床（３２）の一つからくる生成ガスの一部は、流量抑制
器（３６）を通り、他方の床を通って逆洗し、そこから
窒素を脱着し、その窒素をパージガス抜き（３５）を通
して大気中に放出する。

Ｌ二＾叉二副１１ ブースター駆動ピストン（４９）は、濃縮装置の回転弁
（３１）から来る空気により駆動する。

第１Ａ図に関して、回転弁が分子篩い床（１１に空気を
送っている時は、ライン（５３）からの空気圧は駆動ピ
ストンを左に押す。同時に、回転弁がピストン（４９）
の反対側Ｉこある空気を弁（５７）、ライン（５６）、
およびパージガス扱き（３５）を通して放出する。同時
に、生成ガスは弁（４１）から右側の逆止め弁（４４）
を通ってコンプレッサーシリンダー（４６）に入り、コ
ンプレッサーピストン（４７）が生成ガスを圧縮し、そ
の生成ガスは左側の出口（５８）、逆止め弁（５９）、
およびブースター出口（６１）を通って生成ガス貯蔵用
の高圧容器（１７）に流れる。この行程が完了した後、
ブースターポンプは、回転弁（３１）が篩い床（２）に
圧力をかけ始めるまで、戻り行程を遅延させ２　それか
ら空気がライン＋５２１ｊ５よび弁（５４）を通して駆
動ピストン（４９）を右に押す、こねによって、コンプ
レッサーピストン（４７）の右側にある生成ガスを圧縮
する。このようにして、ピストン（４７）の左または右
への各行程は、生成ガスを圧縮するので、圧縮行程であ
る。

一方電磁弁（４１）が開いている限り、高圧容器が十分
に充填されるまでこの工程が続く。

二方電磁弁（４１）が閉じると、生成ガスはコンプレッ
サーシリンダー（４６）に流れず、高圧容器（１７）に
生成ガスが貯蔵されない。高圧容器の最大圧力は圧力安
全弁（６４）により制限され、最大入り０空気圧および
駆動ピストン（４９）のコンプレッサーピストン（４７
）に対する大きさの比により決定される。高圧容器の最
大圧力に達した場合、圧力ブースターは自動的に停止し
、ＢＯ３（１，７）が十分に充填されている限り必要と
しない入り口空気を保持する。ライン（６１および６２
）内の高圧容器の圧力が増加し、ブースター制御弁（５
７）を閉鎖位置に押し、これによって駆動シリンダー（
５Ｉ）の左側のガス抜きな閉止することによって、ブー
スターは停止する０次いで、高圧容器の圧力が低下し、
停止弁（５７）を開き、駆動ピストン（４９）の圧力サ
イクルを再開するまで、ピストン（４９）はブースター
室の右側に留まる。この機構により、高圧容器は加圧ガ
スにより確実に、十分に充填される。

実使用において、分子篩いを詰めた高圧容器中の生成ガ
ス圧力を約５のファクターだけ増加させることによって
、その高圧容器の貯蔵容量が約３のファクターだけ増加
することが分かつている。当業者なら分かるように、篩
いを詰めた高圧容器の圧力増加時の比例貯蔵容量増加は
、篩いを含まない高圧容器の圧力増加時の比例容量増加
はど大きくはないが、篩いを詰めた高圧容器の圧力増加
時の総容量は、篩いを含まない高圧容器の圧力増加時の
総容量よりも大きい。

調整器制御弁（２８）はブースター制御弁（５７）に機
械的に結合しており、高圧容器（１７）が十分に充填さ
れているためにブースター制御弁（５７）が閉じると、
調整器制御弁（２８）が圧力調整器のライン（２５）か
らの空気圧をガス抜き（２９）を通して大気中に放出す
る。調整器制御弁（２８）は閉鎖弁および調整器（２３
）にライン（２５）により接続しており、通常は、ライ
ン（２５）の圧力が調整器（２３）の作動を制御する。

調整器制御弁（２８）がガス抜き（２９）を閉じると、
ライン（２５）内の圧力は約３０　ｐｓｉｇまで蓄積し
、この点で圧力は安全弁（２６）により放出される。

こｉｌｌごより、調整器（２３）は、約５５　ｐｓｉｇ
で調整することができる。しかし、制御弁（２８）がガ
ス抜き（２９）を大気中に開くと、調整器（２３）は２
５　ｐｓｉｇで調整する。

この運転により、ブースター（１６）による加圧および
高圧容器（１７）中の貯蔵を行なうために、生成ガスの
圧力を濃縮装置出口（３７）で５５　ｐｓｉｇより僅か
に低くし、高圧容器（１７）が十分に充填され、同時に
ブースターを停止したときに、濃縮装置床の入り０圧を
２５　ｐｓｊｇに下げることによって、濃縮装置の空気
消費を低下させる。

酸−素」Ｌツ二九二二の」「勤 酸素センサーの活性素子、ジルコニア電解質素子（７６
）は、市販の固体電流制限酸素センサーであるが、素子
の出力は温度と圧力により異なるので、航空機内で十分
な性能を得るためには改良が必要である。加熱器（８１
）は、周囲温度に関係なく、素子（７６）を４００〜６
００℃の運転温度に維持するが、センサーの応答は高温
における方が早いので、６００℃に近い温度が好ましい
ことが分かっている。

センサー（６６）への生成ガスの流量は流量抑制器（６
７）により制御し、濃縮装置出口（３７）に生じ得る急
激な、および定期的な圧力変動から酸素センサー（６６
）を隔離する。絶対圧調整器（６８）は、ガス抜き（６
９）により大気中に通じており、高度の変化により引き
起こされる１周囲圧力に依存するセンサー出力の変動を
防止するために、センサーを一定圧力に維持する。

運転中は、電極（７７）に印加される電圧により、酸素
イオンが素子（７６）中を通り、酸素イオンを電気化学
的に送り込み、電極（７６）を通して、一定温度では拡
散孔（７９）を通る酸素分子の正味拡散速度に比例する
制限電流が発生する。調整器（６８）により維持される
一定圧力では、酸素分子の拡散速度は、弁（４２）から
来るガスの酸素濃度の関数である。

４１．４２お　　　４３　　の 酸素センサー（６６）の出力電流を処理して、濃縮装置
出口（３７）からセンサー（６６）に送られる生成ガス
の酸素濃度の関数である電圧を与える。監視制御装置（
１８）内のレベル比較器（１１８１が、この電圧を基準
レベルと比較し、制御および警告信号を発生する１例＾
ば、高圧容器充填用の三方電磁弁（４１）を制御するた
めに、９３％０２基準電圧を使用できる。生成ガスの酸
素濃度が９３％よりも高い場合には、電磁弁（４１）が
作動してコンプレッサー（１６）を通して高圧容器（１
７）への流れを起こす。

センサー（６６）が測定した酸素濃度が操縦士の呼吸に
必要な最小値よりも低い場合、あるいは濃縮装置出口（
３７）の低圧によりスイッチ（３８）が外れた時、警告
灯（９３）が点灯する。電力低下時には、安全運転を行
なうために、生成ガス配送弁（４３）が切れ、高圧容器
（１７）から生成ガスを乗員に与える。

自己試験用電磁弁（４２）は、通常は作動せず、生成ガ
スを濃縮装置出口（３７）から酸素センサー（６６）に
導く、酸素センサー（６６）の作動を試験する場合、ピ
ルトーイン−テストボタン（８８）または校正試験スイ
ッチ（７５）を押すことにより、電磁弁（４２）が、回
転弁（３１）からライン（７２）を通して酸素センサー
（６６）に空気を送る。試験が完了したら、自己試験弁
（４２）はその正常な状態に戻り、生成ガスをセンサ（
６６）に流す。

監」剋１Ｌ御□Ｗ」Ｉ 濃縮装置生成ガスの酸素濃度が必要な最小値よりも低い
場合は必ず、酸素監視制御装置（１８）が警告灯（９３
）を点灯させ、三方電磁弁（４３）を切り、　　Ｂ　Ｏ
Ｓ　（１７１内に貯蔵したガスから呼吸ガスを操縦士に
配送する。この制御機構は、緊息峙（電力低下、低酸素
、等）に二方弁（４１）が閉じ、三方弁（４３）が自動
的に高圧容器（Ｉ７）から操縦士に空気流を与える安全
補償機構である。

第４図に関して、二つの希釈要求呼吸調整器（１９）が
、操縦士のマスクに供給する呼吸ガスを制御および調整
する。この調整器（Ｉ９）は、酸素濃縮装置に電気的に
接続しており、調整器トの切−人スイッチ（８６）の設
定により、この機構の始動を制御する０両スイッチ（８
６）が「切」位置にある場合、調整器は閉じ、高圧容器
（１７）中の圧力を維持し、酸素濃縮装置には給電しな
い、どちらかの調整器を「入」の位置にすると、リレー
＋１０６１および電力変換器（１０７１を通じて濃縮装
置に給電し、調整器をｒ入」にした操縦士は、濃縮装置
生成ガスの酸素センサー（６６）における組成が希釈に
適したレベルより上になり、下記の１００％呼吸モード
になるまで、高圧容器（１７）から呼吸することができ
る０次いで監視制御装置（１８）は、三方電磁弁（４３
）を作動させ、酸素濃縮装置から直接操縦士に呼吸ガス
を送る。この機構は、濃縮装置の出力に接続した低圧ス
イッチ（３８）を含むが、この低圧スイッチは、濃縮装
置入り口（２１）の低圧または入りロフィルター（２２
）の目詰まりに応じて、制御装置を通して警告灯（９３
）を点灯させ、Ｂ　ＯＳ　（１７１から呼吸ガスを与え
る。

生成ガスの酸素濃度は、第２図に示すジルコニア固体酸
素センサーで測定する。酸素センサーの出力は信号調節
回路（１２１）で処理し、レベル比較器（１１１１１中
で適当な基準値と比較し、必要に応じて警告信号を発生
し、特定の制御機能を行なう、自己試験または校正試験
のためにピルトーイン−テストを使用する場合、論理回
路（１３目がレベル比較器（１１１１１から低酸素信号
（１２２１および校正信号（１２３）を受取り、ラッチ
回路（１３３＋がＢＩＴ作動の最後にその結果をラッチ
する。試験中はＢＩＴ灯（９１）が点滅し、装置がセル
フ−テストまたは校正試験に失敗すると、ラインｆ１４
６）上の警告信号が警告灯（９３）を点灯させる。装置
が試験に合格すると、警告信号（１４６）は「切」条件
になり、ＢＩＴ灯（９１）が消える。

酸素センサー（６６）の出力信号は、信号調節回路（１
２１１で処理し、生成ガス酸素濃度の関数として電圧を
与える。この電圧を、レベル比較器（１１８１中で、そ
のレベル比較器（１１８）中にプログラム化した基準レ
ベルと比較し、制御および警告信号を発する。三方電磁
弁（４１）による高圧容器充填を調整するのに、９３％
酸素基準電圧を使用する。生成ガスの酸素濃度が９３％
よりも高い場合、電磁弁（４１）はレベル比較器（１１
８）からくるライン（１２０）により作動し、高圧容器
（１７）に生成ガスを送る。

第５図に関して、制御および警告レベルは。

曲線（１５２）および（１５１）により与えられる。

好ましい実施形態では、希釈または１００％モードのど
ちらかでこの機構により配送すべき最低酸素濃度は、海
面では２１％であり、ｚｓ、ｏｏｏフィートより上では
９３％である。海面と２５．０００フイートとの間で、
曲線（１５［１１はその最小値を示す６曲線（１５３１
は、希釈モードでこの機構により配送できる最大酸素濃
度を示す。

曲線（１５２）は、酸素濃度と、２６３　ｍｍ＋１ｇの
一定酸素分圧になるための高度との関係を示す０曲線１
１５２１　により示される酸素濃度レベルは、すべての
高度において、同じ高度で曲線（＋５０１が示す酸素濃
度よりも高いことが分かる。したがって、曲＠　（１５
０）が示す最小値よりも常に高い濃度で酸素を配送する
ために、曲線ｆｌｓ２１　をたどることができる。酸素
の分圧は、酸素濃度に総圧を乗じた積であるので（ＰＯ
２＝％ｏ２ｘｐ）、％０２は、固定Ｐ０２信号を圧力変
換器（７０）から引き出される操縦室の圧力信号で割る
ことによって得られる。

この基準レベル限界は、レベル比較器ｆ　］、　ｌ　８
１の中で、測定した％０２レベルと比較し、測定した物
質が２６３ｍｍＨｇ未満であれば、低０２信号ｆ１２２
１が論理回路（１３１１に送られる。

曲線（１５１）は酸素濃度と、３３０　ａ＋ｍＨｇ一定
酸素分圧になるための高度との関係を表わす。

この曲線は、この機構を希釈モードで運転する場合の、
パネル調整装置（１９）に供給される生成ガス中の酸素
濃度に対する下限として使用し、したがって、調整器に
より呼吸混合物に空気を加えることにより、実際に乗員
に配送されるガスの酸素濃度が低下する。

調整器により空気を加えても、曲線（１５０１が示す最
小値よりも酸素濃度が低くならないことが分かっている
。上記の１００％モードにおける機構の運転で説明した
ように、３３０　ｍｍＨｇに相当する％０２値は、固定
基準ｐｐｏ２信号を、圧力変換器（７０）から得られる
高度信号で割ることによって求められる。

この基準％０２レベルは、レベル比較器（１１８１中で
、測定した％０２と比較し、比較した物質が３３０ｍｍ
ＨｇＰ　Ｐ　０２未満であれば、低０２信号（１２２）
が論理回路ｆ１３１）に送られる。

希釈モードで、２３．０００フイートの操縦室高度より
下では、基準レベルは、３３０　ｍ＋ａ）ＩｇＰ　０２
曲線（１５１）または９０％酸素曲線（１５４１の、第
５図に示すようにどちらか少ない方に従う。

操縦室高度が２３．０００フイートを超えると、呼吸調
節装置（Ｉ９）が自動的に１００％モードに切り換える
ので、２３，０００フイートを超える所では１００％モ
ード基準レベルを使用する。

１００％モードでは、警告および制御のための基準レベ
ルは２６３　ｍｍＨｇ曲線（１５２１または９３％酸素
曲線（１５５１のどちらか少ない方を使用する。

調整装置作動モード（希釈または１００％）に対して与
えられた適当な基準レベルを下回る生成ガス酸素濃度は
、レベル比較器（１１８１で低酸素信号（１２２１を発
生させる。論理回路（１３１１がこの低酸素信号を検出
し、警告信号をライン（１４６）に発する。この警告信
号は、三方電磁制御器（１１１１を作動させ、三方電磁
弁（４３）を切り、警告灯（９３）を点灯させる。この
時、呼吸ガスはＢＯ３高圧容器（１７）から乗員に供給
される。

まとめると、呼吸調整装置を１００％モードで運転して
いる場合、濃縮装置生成ガスの組成が、第５図の２６３
ｍｍ）Ｉｇ　　ＰＯ２曲線（１５２）が示すレベルより
も低くなると、三方電磁弁（４３）が切れ、高圧容器の
ガスを乗員に与λ、警告信号（１４６＋を発する。呼吸
調整装置を希釈モードで運転している場合、濃縮装置生
成ガスの組成が、３３０ｍｍＨｇＰＯ２曲線（１５１１
および９０％酸素曲線ｆ１５４＋の、　　２３．０００
フィートより下の部分が示すレベルよりも低（なると、
高圧容器のガスを乗員に与え、警告信号（１４６）を発
する。高度検出器（１１７１が２３．０００フイートよ
りも高いことを検出すると、モード選択スイッチ（８９
）の位置に関係なく、呼吸調整装置は自動的に１００％
モードに切り換える。

酸素監視制御装置のピルトーイン−テスト（Ｂ　Ｉ　Ｔ
）機能により、飛行前の機構自己試験および酸素レベル
維持のための酸素センサー校正試験を行なうことができ
る１機構の走行前自己試験の目的は、監視制御装置が作
動しており、濃縮装置生成ガスの組成が最低値より低く
なったときに、低酸素警告信号を発し、自動的に高圧容
器に切り換えることを確認することである。

この機構をＯＮにして最少９０秒間の ウオームアツプ時間を経過した後、ＢＩＴスイッチ（８
８）を押せば、自己試験を開始することができる。同時
にセルフ−テストタイマｆｌ１２）が始動し、三方ＢＩ
Ｔ電磁弁（４２）が作動し、センサーを通して空気を流
し、ＢＩＴ灯（９１）が点滅して自己試験が進行してい
ることを示す、空気がセンサー（６６）に到達すると、
センサーの出力は低下し始め、警告レベル［５７）に近
付く、自己試験には、調整装置が希釈、または１００％
モードになっているかに関係なく、遅延を伴うモード選
択（１１３）が基準酸素レベル近似回路（１１４）に信
号を送り、２６３　ｍ＋ａＨｇ　　Ｐ　Ｏ２警告レベル
、Ｖ　ＲＥＦをレベル比較器に与える。センサー出力Ｖ
Ｏ２が警告レベルより下に低下した場合、レベル比較器
（１１８１は低酸素信号をライン（１２２）を通して論
理回路（１３１１に送る０次いで、論理回路は下記の内
容を開始する。

ａ、　ラッチ（３３３１の入力ｆ１３９１に信号を送り
、ＢＩＴ灯（９１）の点滅を停止し、試験に合格したこ
とを示し、直ちにＢ　ＯＳ　（１７］からの流れを起こ
し、操縦室内の警告灯（９３）を点灯し、低酸素を指示
する。

ｂ、　セルフ−テストタイマー（１１２１をリセットし
、 Ｃ９セルフ−テストタイマーのＯＲゲートへの出力を使
用し、三方セルフ−テスト弁（４２）を切り、生成ガス
を酸素センサー（６６）を通して流す。

警告灯（９３）は、センサー（６６］（ＶＯ２）の出力
（１５６１が、生成ガスの酸素濃度に相当する値への経
路の中で警告レベルを超えて増加するまで短期間（５秒
間未満）点灯する。自己試験を開始する際、センサー（
６６）の出力（１５６１が第６図に示すように２０秒間
以内に警告レベル（１５７）より下に低下しない場合、
自己試験は失敗したと見なされ、ＢＩＴ灯（９工）は、
第４図に示すようにラッチ（１３３１により制御される
ので、点灯し続ける。

また、自己試験は、電源変換器（１０７１＋こより給電
され、セルフ−テストタイマー（１１２）に信号を送る
パワーアップ回路（１３７１によっても自動的に開始さ
れる。この試験は、自己試験が失敗しない限り１３ｒＴ
灯（９１）が点灯しないこと以外は、上記と同じ段階を
たどる。

酸素センサー校正試験は、空気校正により行ない、合格
した場合は、酸素センサーの出力が２０〜９５％範囲の
酸素濃度に対して校正されていることを示す。この試験
は、校正試験スイッチ（７５）により開始する。

この試験が開始すると、校正試験タイマー（１３２１が
パルスを発生して三方弁（４２）を作動させ、酸素セン
サーを通して空気を２分間流し、発振器＋１３６１およ
びラッチ（１３３１を経由してＢＩＴ灯（９１）を点滅
させ、校正試験が進行中であることを表示する。試験中
にセンサーの出力（＋５６１が第７図に示す（１６２１
と（１６３１の間の校正閾内に落ちると、ラインｆ１２
３１　上にＣＡＩ。信号が生じ、センサーは校正試験に
合格したのである。

２分後１校正試験タイマー＋１３２１が三方弁（４２）
を切り、生成ガスが酸素センサー（６６）を通過する。

警告灯（９３）は、校正試験の終わりから点灯し続け、
センサー（６６）の出力が増加して２６３ｍｍＨｇ　Ｐ
　０２の警告レベルを超える時点で消灯し、試験は完了
する。

２分間の校正試験の終了時に、論理回路（１３１）によ
ってライン［１２３１上でＣＡＬ信号が検出されない（
つまりセンサー（６６）の出力が校正量に入ってそこに
留まらない）場合、そのセンサーは校正試験に不合格で
あり、警告灯（９３）は点灯し続ける。

以上、本発明を説明したが、当業者には各種の変形およ
び修正が可能であることは明らかであり、そのような変
形および修正は、請求項に記載する本発明の範囲に含ま
れる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａおよび１８図は、本発明に係わる酸素濃縮装置お
よびパネルに取り付けた調整器の模式図であり、 第２図は、本発明で使用する酸素センサーの断面図であ
り、 第３図は、ブースターコンプレッサーおよび隣接する高
圧容器の断面図であり、 第４Ａおよび４Ｂ図は、濃縮装置の監視制御装置および
パネルに取り付けた調整器の電気回路の模式図であり、 第５図は、監視制御装置の運転を支配する酸素濃度曲線
図であり、 第６図は、ピルトーイン−テスト中の、酸素センサーの
出力図であり、 第７図は、校正試験中の、酸素センサーの出力図である
。 Ｌ　　　　−−−Ｊ 操縦室圧力高度（Ｘ１００ＯＦＴ） Ｆ　ｉｇ　−５ センサー出力 ｉｇ−７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転弁により加圧空気を複数の分子篩い材料の床に
   交互に配送する酸素濃縮装置、 分子篩い床から酸素濃度の高い生成ガス を配送する濃縮装置出口、 濃縮装置が故障した場合に使用する、濃 縮装置出口から来る酸素濃度の高い生成ガ スを貯蔵するための高圧容器、および 高圧容器内に貯蔵するガスの量を増加す るために、高圧容器中の生成ガスの圧力を 高くするための圧力ブースター、 からなる航空機用酸素機構において、圧力 ブースターが、 駆動シリンダーおよび圧縮シリンダーの 中にそれぞれ位置する駆動ピストンおよび 圧縮ピストン、 駆動ピストンを圧縮ピストンに固く連結 している棒、 圧力ブースターを通してガスの流れを制 御する一連の弁、 濃縮装置中の回転弁から来る空気を駆動 シリンダーに接続する手段、 駆動シリンダーの両端に接続した一対の 空気入り口、 圧縮シリンダーの両端に接続した一対の 生成ガス入り口を含み、回転弁から来る空 気が駆動ピストンを駆動し、それによって、高圧容器中
   に貯蔵するために、圧縮ピスト ンが生成ガスの圧力を増加させる、濃縮装 置出口から来る酸素濃度の高い生成ガスを 圧縮シリンダーに接続するための手段、お よび 圧縮シリンダーの両端に接続した一対の 生成ガス出口 からなることを特徴とする酸素機構。 ２、一連の弁が、生成ガス入り口にある一対の一方向弁
   および生成ガス出口にある一対 の一方向弁からなり、圧縮シリンダーの一 端から離れていく圧縮ピストンの動きによ り、該一端中に生成ガスを取り込み、圧縮 シリンダーの該一端に向かう圧縮ピストン の動きにより、該一端中の生成ガスを圧縮 することを特徴とする請求項１記載の酸素 機構。 ３、さらに、 駆動シリンダーの各端から空気を排出す るための排出路、 その排出路を通る流れを制御するための、 その排出路の中にある制御弁、 高圧容器をその制御弁に接続する圧力 タップを含み、高圧容器内の予め選定した 圧力により、制御弁が排出路を閉じ、駆動 ピストンの作動を阻止することを特徴とす る請求項１記載の酸素機構。 ４、回転弁により加圧空気を複数の分子篩い材料の床に
   交互に配送する酸素濃縮装置、 分子篩い床から酸素濃度の高い生成ガス を配送する濃縮装置出口、 濃縮装置が故障した場合に使用する、濃 縮装置出口から来る酸素濃度の高い生成ガ スを貯蔵するための高圧容器、 高圧容器内に貯蔵するガスの量を増加す るために、高圧容器中の生成ガスの圧力を 高くするための圧力ブースター、および 生成ガスの酸素濃度が予め選定した基準 レベルよりも高い場合にのみ、貯蔵のため に高圧容器に生成ガスを配送する手段 からなることを特徴とする航空機用酸素機 構。 ５、さらに、 生成ガスの酸素濃度を測定するための酸 素センサー手段、 酸素センサー手段を、濃縮装置から来る 生成ガスに接続するための導管手段、 酸素センサーを急激な圧力変動から隔離 するための、導管内の流量抑制装置、およ び 周囲の圧力に依存する酸素センサー出力 の変動を防ぐために、酸素センサー手段の 所で一定圧力に保つ、絶対圧力調整器 を含むことを特徴とする請求項４記載の酸 素機構。 ６、さらに、酸素センサーを周囲の温度に関係なく、予
   め選定した温度に維持するため の加熱器手段を含むことを特徴とする請求 項５記載の酸素機構。 ７、予め選定した温度範囲が４００℃〜６００℃である
   ことを特徴とする請求項６記載の酸素 機構。 ８、酸素センサー手段がジルコニア電解質素子からなる
   ことを特徴とする請求項７記載 の酸素機構。 ９、回転弁により加圧空気を複数の分子篩い材料の床に
   交互に配送する酸素濃縮装置、 分子篩い床から酸素濃度の高い生成ガス を配送する濃縮装置出口、 濃縮装置が故障した場合に使用する、濃 縮装置出口から来る酸素濃度の高い生成ガ スを貯蔵するための高圧容器、 高圧容器内に貯蔵するガスの量を増加す るために、高圧容器中の生成ガスの圧力を 高くするための圧力ブースター、および 濃縮装置から来る生成ガスの酸素濃度が 航空機内で呼吸に必要な酸素濃度よりも低 い場合に、航空機内で使用するために高圧 容器から生成ガスを配送する手段 からなることを特徴とする航空機用酸素機 構。 １０、さらに、 濃縮装置出口又は高圧容器から生成ガス を配送するように配置することができる生 成ガス配送弁、および その生成ガス配送弁を制御するための酸 素センサー手段を含むことを特徴とする請 求項９記載の酸素機構。 １１、酸素センサー手段を、濃縮装置から来る生成ガス
   に接続するための導管手段、 酸素センサーを急激な圧力変動から隔離 するための、導管内の流量抑制装置、およ び 周囲の圧力に依存する酸素センサー出力 の変動を防ぐために、酸素センサー手段の 所で一定圧力に保つ、絶対圧力調整器 を含むことを特徴とする請求項１０記載の 酸素機構。 １２、さらに、酸素センサーを周囲の温度に関係なく、
   予め選定した温度に維持するため の加熱器手段を含むことを特徴とする請求 項１１記載の酸素機構。 １３、予め選定した温度範囲が４００℃〜６００℃であ
   ることを特徴とする請求項１２記載の酸 素機構。 １４、酸素センサー手段がジルコニア電解質素子からな
   ることを特徴とする請求項１３記 載の酸素機構。 １５、回転弁により加圧空気を複数の分子篩い材料の床
   に交互に配送する酸素濃縮装置、 分子篩い床から酸素濃度の高い生成ガス を配送する濃縮装置出口、 濃縮装置が故障した場合に使用する、濃 縮装置出口から来る酸素濃度の高い生成ガ スを貯蔵するための高圧容器、 生成ガスの酸素濃度が予め選定した基準 レベルよりも高い場合にのみ、貯蔵のため に高圧容器に生成ガスを配送する手段、 濃縮装置から来る生成ガスの酸素濃度が 航空機内で呼吸に必要な酸素濃度よりも低 い場合に、航空機内で使用するために高圧 容器から生成ガスを配送する手段、および 高圧容器内に貯蔵するガスの量を増加す るために、高圧容器中の生成ガスの圧力を 高くするための圧力ブースター、 からなる航空機用酸素機構において、圧力 ブースターが、 駆動シリンダーおよび圧縮シリンダーの 中にそれぞれ位置する駆動ピストンおよび 圧縮ピストン、 駆動ピストンを圧縮ピストンに固く連結 している棒、 圧力ブースターを通してガスの流れを制 御する一連の弁、 濃縮装置中の回転弁から空気を駆動シリ ンダーに接続する手段、および 濃縮装置出口から来る酸素濃度の高い生 成ガスを圧縮シリンダーに接続するための 手段 からなり、回転弁から来る空気が駆動ピス トンを駆動し、それにより、高圧容器中に 貯蔵するために、圧縮ピストンが生成ガス の圧力を増加させることを特徴とする酸素 機構。 １６、さらに、 濃縮装置出口又は高圧容器から生成ガス を配送するように配置することができる生 成ガス配送弁、および生成ガスの酸素濃度 を測定し、 該生成ガス配送弁を制御するための酸素 センサー手段 を含むことを特徴とする請求項１５記載の 酸素機構。 １７、酸素センサー手段を、濃縮装置から来る生成ガス
   に接続するための導管手段、 酸素センサーを急激な圧力変動から隔離 するための、導管内の流量抑制装置、およ び 周囲の圧力に依存する酸素センサー出力 の変動を防ぐために、酸素センサー手段の 所で一定圧力に保つ、絶対圧力調整器を含 むことを特徴とする請求項１６記載の酸素 機構。 １８、さらに、酸素センサーを周囲の温度に関係なく、
   予め選定した温度に維持するため の加熱器手段を含むことを特徴とする請求 項１７記載の酸素機構。 １９、酸素センサー手段がジルコニア電解質素子からな
   ることを特徴とする請求項１８記 載の酸素機構。 ２０、複数の高度における航空機用呼吸ガス中の酸素濃
   度を監視するための方法において、１、複数の高度にお
   ける最低酸素濃度を表 す第一の曲線Ｃ＿１を作成すること、 ２、第一の固定酸素分圧（Ｐ＿２）に対する、複数の高
   度における酸素濃度の、第一の曲 線Ｃ＿１よりも上にある、第二の曲線Ｃ＿２を作成する
   こと、 ３、呼吸ガスの酸素濃度および操縦室にお ける大気圧を監視し、この２つの量を乗じ て、積Ｐ＿２を得ること、および ４、Ｐ＿１とＰ＿２を比較して、Ｐ＿２がＰ＿１よりも
   大きいか、否かを決定すること からなることを特徴とする方法。 ２１、さらに、 １、希釈しない呼吸ガスを使用する場合、 請求項２０の方法を使用すること を含むことを特徴とする請求項２０記載の 方法。 ２２、さらに、 １、第二の固定酸素分圧（Ｐ＿２）に対する、複数の高
   度における酸素濃度の、第一の曲 線Ｃ＿１および第二の曲線Ｃ＿２よりも上にある、第三
   の曲線Ｃ＿３を作成すること、 ２、呼吸ガスの酸素濃度および操縦室にお ける大気圧を監視し、この二つの量を乗じ て、積Ｐ＿３を得ること、およびＰ＿１とＰ＿３を比較
   して、Ｐ＿３がＰ＿１よりも大きいか、否かを決定する
   こと からなることを特徴とする請求項２０記載 の方法。 ２３、さらに、 １、希釈した呼吸ガスを使用する場合、請 求項２２の方法を使用すること を含むことを特徴とする請求項２２記載の 方法。