JP4396971B2 - 航空機用の生命維持システム - Google Patents

Description

［発明の記載］
本発明は、航空機用の生命維持システム、及び生命維持システムを動作させる方法に関する。

周囲大気から生命を維持するのに十分な酸素分圧が供給されない高高度で飛行中の航空機は、生命維持を行う呼吸可能なガスを乗員及び全ての乗客に供給する手段を備えなければならない。民間航空機では、加圧されている、乗員キャビンまたは乗客キャビンを、設けることによってこの手段を達成しており、そのため、たとえば、呼吸マスクを介して各乗客及び乗員に局部酸素供給量を供給する必要がない。たとえば、キャビンの減圧が生じた場合などで、酸素または酸素富化ガス（oxygen enriched gas）の需要または強い需要があると、緊急時酸素供給量を使用できるようになっている。

そのような緊急時酸素供給量は、これまでは圧縮ガス貯蔵容器から、かつ／または化学反応によって供給されており、個別の呼吸マスクによって乗客及び乗員に供給される。緊急時酸素供給量は、乗員及び乗客が大気ガスを再び呼吸することができる待機高度までパイロットが航空機を降下させるのに十分な時間にわたって維持することができる。

たとえば、本出願人の国際特許出願第ＷＯ ０２／０４０７６号公報では、航空機緊急時酸素供給用の酸素または酸素富化ガスを、酸素富化ガスを限界なく供給することができる搭載型酸素発生システムから得ることを提案している。酸素供給装置は好ましくはモレキュラーシーブベッド型であり、これは、ゼオライトなどの物質のベッドに送られる加圧供給ガス（たとえば、エンジンコンプレッサから流出した空気）から非酸素ガスを吸着することによって機能する。ベッドから出るガスは、適当な動作状態でおそらくは９５％の酸素濃度まで酸素富化されている。ある供給量の酸素富化ガスを限界なく維持するために、複数のモレキュラーシーブベッドを使用する必要があり、１つまたは複数のベッドを動作させて、それを通過するガスを酸素富化する一方、残りのベッドを低圧大気に開放することによって、それから非酸素ガスを除去する。そのようにベッドを交互に使用することによって、酸素富化ガスの継続供給を維持することができる。

一般的に、ＭＳＯＧＳとして知られるモレキュラーシーブベッド型酸素供給装置または発生装置の構造及び動作は既知であり、そのようなＭＳＯＧＳの詳細な説明は本発明の理解に必要ないと考えられる。しかし、限界なく動作可能な他の種類の酸素富化ガス供給装置、たとえば、ガス透過膜型またはセラミック型もある。

国際特許出願第ＷＯ ０２／０４０７６号はまた、いかにモレキュラーシーブベッド型の主及び副酸素供給装置を使用して、純粋酸素または酸素富化ガスであり得る生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給して、たとえば、キャビンの減圧時などの緊急時に、最も早い時期に呼吸用に生成ガスが得られるようにして、搭乗者が生成ガスを呼吸し続けながら、航空機のパイロットが航空機を飛行し続けることができる高度まで安全に降下させることができるかを記載している。

減圧時に、ＭＳＯＧＳ酸素供給装置が稼働するまで、直ちに呼吸ガスを供給するために、（たとえば、加圧容器に入った）少量の供給量の酸素が依然として必要であろう。いずれにしても、いったんＭＳＯＧＳ装置が稼働すれば、乗客にＭＳＯＧＳ酸素供給装置から呼吸ガスを供給しながら、航空機はおそらくは約２０，０００ｆｔの待機高度で飛行し続けることができ、この高度は、限界なく動作することができる酸素供給装置がなければ航空機が降下しなければならない高度より相当に高い。

しかしながら、ほとんどの民間航空機が有する緊急時酸素供給源は、航空機が比較的低い安全待機高度へ降下するために、必要な時間だけ送出されるはずの、貯蔵された供給量の圧縮された純粋または準純粋酸素から動作することが意図されているという事情はそのままである。

航空機が緊急状態で高めの待機高度で飛行できるように航空機を変更するために、既存の緊急時酸素システムに大幅な変更を加える必要がなく、限界なく動作可能な酸素発生システム、たとえばＭＳＯＧＳを設け、それを従来型緊急時酸素供給システムに簡単に接続することができれば、望ましいであろう。

しかしながら、これには、圧縮貯蔵容器から得られるものに匹敵する酸素濃度で十分な酸素富化ガスを送り出す大容量のＭＳＯＧＳを追加して設ける必要があるであろう。そのような大容量ＭＳＯＧＳは重いと共にかさばり、このことは航空機には望ましくない。ＭＳＯＧＳは、約９５％までの酸素濃度の酸素富化ガスを供給することができるが、多数の乗客及び乗員などが搭乗している航空機で要求される量の呼吸ガスに対してこれを達成するためには、超大型ＭＳＯＧＳが必要になる。複数の小容量ＭＳＯＧＳを設けてもよいが、この場合も、望ましくないことに全体として重く、かさばるであろう。

本発明の一態様によれば、航空機用の生命維持システムであって、純粋酸素及び酸素富化ガスの一方である供給量が限定されている第１生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給する第１酸素供給装置と、酸素濃度が第１生成ガスより低い酸素富化ガスである供給量が永続している（durable supply of）第２生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給する第２酸素供給装置とを備えており、第２生成ガスは、第１生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給する圧力より高圧で呼吸ガス供給装置に供給される、航空機用の生命維持システムが提供される。

第１酸素供給装置は好ましくは、第１生成ガスを貯蔵する１つまたは複数の加圧容器を有するか、または化学試薬を反応させることによって第１生成ガスを供給するのに対して、第２酸素供給装置は好ましくは、モレキュラーシーブ型の酸素供給装置を有する。

本発明は、ＭＳＯＧＳに可能な最高酸素富化度(the maximum oxygen-enrichment)より低い酸素富化度で酸素富化生成ガスを供給するように動作する場合、ＭＳＯＧＳの性能をそれの重量やかさなどに対して最適化できるという概念に基づいている。酸素濃度を低くしたそのような生成ガスを、より高濃度の生成ガスの供給に使用される圧力より高圧で呼吸ガス供給装置に供給することによって、航空機搭乗者に十分な呼吸ガスを供給し続けるという点での有効性を維持することができる。言い換えると、第２生成ガスを低酸素濃度であるが高圧で呼吸ガス供給装置に供給することによって、使用するＭＳＯＧＳを小型化かつ軽量化することができる。

呼吸ガス供給装置は通常、個々の呼吸マスクにつながった１つまたは複数の呼吸ガス供給管を有する。各呼吸マスクは、オリフィスを介して供給管に接続することができ、オリフィスは、マスクに達する酸素質量分率を効果的に制御する。供給管内の圧力が増加すると、オリフィスを通ってマスクに送られる流量が増加し、そのため、供給管内のガスが低圧であるが酸素濃度が高い時と同一か、あるいはほぼ同一の酸素質量分率をマスクで得ることができる。

したがって、本発明は、民間航空機における従来型緊急時酸素供給源に、永続性があり、かつ限界がない供給源の酸素富化ガスが備わるように適応させることができ、それにより、キャビンの減圧の際に航空機を高めの待機高度で飛行させることができる。本発明を実行するために、第２酸素供給装置、好ましくはＭＳＯＧＳを、呼吸マスクにつながった呼吸ガス供給管（複数可）に接続して、第２酸素供給装置により、呼吸ガス供給管（複数可）が第１酸素供給装置（すなわち、酸素の加圧容器か、おそらくは化学反応酸素発生装置（複数可））から第１生成ガスを供給される時より高圧で第２生成ガスを供給されるようにする。

本発明はまた、航空機用の生命維持システムを動作させる方法であって、純粋酸素及び酸素富化ガスの一方である供給量が限定されている第１生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給するように第１酸素供給装置を動作させること、および酸素濃度が第１生成ガスより低い酸素富化ガスである供給量が永続している第２生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給するように第２酸素供給装置を動作させることを含み、第２酸素供給装置は、第１生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給する圧力より高圧で第２生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給するように動作する、航空機用の生命維持システムを動作させる方法を提供する。

好ましくは、生命維持システムの動作を緊急に必要とする場合、第１酸素供給装置が即座に動作し、続いて第２酸素供給装置が動作し、第２酸素供給装置は、第１生成ガス供給が尽きた時にも動作し続ける。

本発明の第三の態様によれば、本発明の第一の態様による生命維持装置を設置した航空機が提供される。

次に、添付図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

図１を参照すると、第１酸素供給装置Ａは、純粋酸素または準純粋酸素にすることができる第１生成ガス用の１つまたは複数の加圧貯蔵容器１０を備えている。この第１酸素供給装置Ａは、第１生成ガスを流量制御弁１１を介して１つまたは複数の呼吸ガス供給管に送り、その供給管の１つが１２で表されている。複数の呼吸マスク１３に各供給管１２からそれぞれのオリフィス１４を介して供給され、オリフィス１４は、マスクの使用時にマスク１３で適当な生命維持酸素濃度が維持されるように、マスク１３への流量を制御する。オリフィス１４の大きさは、管１２内に維持される圧力と調和した必要な酸素濃度がマスク１３に維持されるように選択される。

航空機キャビン圧力が急激に低下した場合、マスク１３が展開されて、それに酸素が供給される。通常、容器（複数可）１０内に貯蔵されている酸素量は、航空機のパイロットが、航空機を着陸できるまで乗客及び乗員が周囲大気を呼吸し続けることができる待機高度に航空機を降下させるのにかかる時間長さにわたって、マスク１３への供給量を維持するのに十分である。したがって、容器（複数可）１０から供給される量は限定的であり、従来ではその供給量は、パイロットが巡航高度から通常１０，０００ｆｔ以下の待機高度まで降下できるために必要になる量に限定されていた。

本発明によれば、第２酸素供給装置Ｂが設けられており、これは好ましくは、エンジン（図２のＥを参照）のコンプレッサからの１６の圧縮ガス（空気）を供給されるモレキュラーシーブ酸素発生システム１５（ＭＳＯＧＳ）である。理論的には、ＭＳＯＧＳ１５は出口１７で酸素濃度が約９５％までの酸素富化ガスを供給することができるが、民間航空機内に取り付けるのに妥当な寸法及び重量のＭＳＯＧＳは、酸素濃度が約８０％の生成ガスを送出するように構成されて動作することができる。この第２生成ガスは、弁１８を介して「Ｔ」継手１９で管１２に送られ、このガスは、第１酸素供給装置Ａの容器（複数可）１０から管１２に供給されるガスの圧力より高圧で送られる。弁１８は、コントローラによって操作される簡単な「オン」及び「オフ」弁でよく、第２酸素供給装置Ｂを稼働させようとする時、たとえば、初期ウォームアップ時間の後に開く。

これらの条件下で、大流量のガスがオリフィス１４を通ってマスク１３に送出され、その結果、供給管１２内のガスは、第１酸素供給装置Ａによってマスク１３に送出される第１生成ガスより低い酸素濃度であるが、マスク１３に送出される酸素の有効量は、第１生成ガスがマスク１３に送出される時の第１生成ガスと同一か、あるいはほぼ同一にすることができる。

ＭＳＯＧＳ１５は供給量が永続している酸素富化生成ガスを供給することができるので、航空機に搭乗している人がマスク１３を限界なく使用し続けることができ、その結果、航空機は、第１酸素供給装置Ａからの酸素供給量が尽きた時、マスク１３の使用を停止しなければならない場合に航空機が飛行しなければならない高度より相当に高い待機高度で飛行し続けることができる。同時に、それぞれがたとえば８０％の酸素濃度で、すなわち、理論的最高生成ガス酸素濃度より低い酸素濃度で生成ガスを供給するように動作することができるように１つまたは複数のＭＳＯＧＳ１５の寸法及び重量を選択することは、ＭＳＯＧＳの寸法の最適化を達成することができることを意味する。

図２を参照すると、図１のガス供給装置が、航空機Ｒ内に設置されて、呼吸ガスをマスク１３で乗客Ｐ及び乗員Ｃに送達しているところが例で示されている。

実際には、高圧の第２生成ガスが流量制御弁１１を通って容器１０に逆流するのを防止するために、逆止弁が必要であろうが、いずれにしても、これは従来から設けられている可能性があり、その場合、これに合わせて既存のガス供給システムを変更する必要がないであろう。代替的に、あるいはさらに、流量制御弁を「オフ」状態に切り換え可能にして、第２酸素供給装置Ｂの動作中は容器１０を切り離すことができるようにする。

もちろん、本発明は、既存のガス供給システムを応用することによって用いることができるが、本発明は、旧タイプまたは新タイプの航空機に新しい空気呼吸システムを設置する際に用いることができる。

上記説明または添付の特許請求の範囲または添付図面に開示されている特徴は、特定の形で、あるいは開示された機能を実行するための手段、または開示されている結果を達成するための方法または処理によって適宜表されているが、そのような特徴を個別に、あるいは任意に組み合わせて使用して、本発明を広範な形で実現することができる。

本発明に従ったガス供給装置の概略図である。 図１の装置を設置した航空機の説明図である。

Claims (9)

1. 航空機用の生命維持システムであって、
   純粋酸素及び酸素富化ガスの一方である、供給量が限定されている第１生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給する第１酸素供給装置と、
   酸素濃度が前記第１生成ガスより低い酸素富化ガスである、供給量が永続している第２生成ガスを前記呼吸ガス供給装置に供給する第２酸素供給装置と
   を備えており、
   前記第２生成ガスは、前記第１生成ガスを前記呼吸ガス供給装置に供給する圧力より高圧で前記呼吸ガス供給装置に供給される、航空機用の生命維持システム。
2. 前記第１酸素供給装置は、前記第１生成ガスを貯蔵する１つまたは複数の加圧容器を有する、請求項１に記載の生命維持システム。
3. 前記第１酸素供給装置は、化学試薬を反応させることによって前記第１生成ガスを供給する、請求項１に記載の生命維持システム。
4. 前記第２酸素供給装置はモレキュラーシーブ型である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生命維持システム。
5. 前記呼吸ガス供給装置は、それぞれのオリフィスを介して少なくとも１つの呼吸マスクにつながる少なくとも１つの呼吸ガス供給管を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の生命維持システム。
6. 航空機用の生命維持システムを動作させる方法であって、
   純粋酸素及び酸素富化ガスの一方である、供給量が限定されている第１生成ガスを呼吸ガス供給装置に供給するように第１酸素供給装置を動作させること、および
   酸素濃度が前記第１生成ガスより低い酸素富化ガスである、供給量が永続している供給量の第２生成ガスを前記呼吸ガス供給装置に供給するように第２酸素供給装置を動作させることを含み、
   前記第２酸素供給装置は、前記第１生成ガスを前記呼吸ガス供給装置に供給する圧力より高圧で、前記第２生成ガスを前記呼吸ガス供給装置に供給するように動作する、航空機用の生命維持システムを動作させる方法。
7. 前記生命維持システムの動作を緊急に必要とする場合、前記第１酸素供給装置が最初に動作し、その後に前記第２酸素供給装置が動作する、請求項６に記載の航空機用の生命維持システムを動作させる方法。
8. 前記第２酸素供給装置は、前記第１生成ガス供給が尽きた時にも動作し続ける、請求項６または７に記載の航空機用の生命維持システムを動作させる方法。
9. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の生命維持装置を設置した航空機。

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