항공기 산소 공급 시스템의 시험 방법

항공기 산소 공급 시스템의 시험 방법 {METHOD OF TESTING AN AIRCRAFT OXYGEN SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 항공기 내의 산소 공급 시스템의 성능을 시험하는 방법에 관한 것으로, 더욱이 필요한 경우에 선택적으로 시스템을 재조정(re-calibrating)하는 방법에 관한 것이다.

공지된 산소 공급 시스템은 공기를 산소가 농후한 생성 가스와 산소가 부족한 가스로 분리하고, 생성 가스를 들이마실 수 있는 압력으로 조절하기 위한 호흡 조절기로 제공하는 산소 농축 장치를 포함한다.

생성 가스의 시료는 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압을 모니터하는 모니터 수단에 공급된다. 제어 수단은 모니터 수단에 응답하여 산소 농축 장치로 제어 신호를 제공함으로써 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압이 제어될 수 있다. 제어 수단은 예를 들어, 항공기의 고도를 지시하는 제어 데이터 신호를 또한 수용할 수 있어서, 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압은 특정 고도에서 호흡하기에 적절하게 조절될 수 있다.

물론, 이러한 산소 공급 시스템이 제조될 때, 시스템은 적절한 제어 신호가 제어 수단에서 산소 농축 장치로 제공되어, 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압을 유지하거나 원하는만큼 증가 또는 감소시키도록 조정된다. 그러나, 사용 중에, 산소 농축 장치 및/또는 산소 모니터 수단의 성능은 변할 수 있다. 예를 들어, 높은 산소 농도 또는 부분압을 갖는 생성 가스를 만드는 산소 농축 장치의 성능은 산소 농축 장치의 오염으로 인하여 사용할수록 저하될 수 있다. 그러므로, 제어 수단에서 산소 농축 장치로의 특정 제어 신호는 생성 가스 내의 소정의 산소 농도 또는 부분압을 초래하지 못할 수도 있다.

미국 특허 제4,516,424호에서는, 산소 모니터 수단의 성능을 모니터하기 위한 장치가 개시되어 있다. 대기 공기와 같은 공지된 산소의 농도 또는 부분압을 갖는, 외부 공급원으로부터의 가스가 모니터 수단에 제공되어, 산소의 농도 자료가 공지되어진 것인가를 시험한다. 미국 특허 제4,516,424호에서, 시스템은 의료용으로 사용하기 위한 호흡 시스템이고 대기 공기가 시험을 목적으로 하는 모니터 수단에 공급될 수 있도록 하는 복잡하게 배열된 밸브들이 있다.

다른 해결책은 구성이 중복될 수 있는 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압을 외부에서 모니터하도록 하는 것이다.

이러한 이전의 제안은 가스의 외부 공급원 또는 외부 시험 장치를 제공하는 것이 요구되는 것에 그 단점이 있어서, 만일 시험이 규칙적으로 수행된다면 산소의 외부 공급원, 추가의 밸브와 같은 것, 및/또는 특히, 시스템이 항공기에 적용될 때 바람직하지 않게 무게를 추가하는 외부 시험 장비를 구비할 필요가 있다.

본 발명은 그 성능이 본 발명의 방법에 의해 시험될 수 있는 항공기용 산소 공급 시스템을 도시한 첨부 도면을 참고로 설명될 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 제어 신호에 응답하여 수요에 따라 생성 가스 내에서 농도를 변화시키면서 산소를 공급하도록 구성된 산소 공급 장치, 생성 가스 내의 산소 농도를 모니터하기 위한 모니터 수단 및 산소 공급 장치에 제어 신호를 제공하도록 모니터 수단에 응답하는 제어 수단을 포함하는 항공기 내의 산소 공급 시스템의 성능을 시험하기 위한 방법에 있어서, 상기 제어 수단은 산소 공급 장치에 소정의 제어 신호를 제공하고, 이에 응답하여, 상기 산소 공급 장치는 생성 가스 내의 공지된 산소 농도 또는 부분압을 공급하고 공급된 산소 농도 또는 부분압을 모니터하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

따라서, 본 발명의 방법을 이용함으로써, 제어 신호에 응답하는 산소 공급 시스템의 성능은 어떤 실질적인 외부의 장비 또는 부품 및 그에 따른 무게 추가 없이 시험될 수 있다. 단순히, 제어 수단은 시스템의 시험이 요구될 때 산소 공급 장치에 소정의 제어 신호를 제공하도록 수정될 수 있다.

비록 본 발명이 실제로 산소를 생성하는 산소 공급 장치 예를 들어, 세라믹 타입의 산소 생성기가 있는 산소 공급 시스템에 적용하더라도, 산소 공급 장치는 제어 신호에 응답하여 가스 흐름 예를 들어, 대기 공기로부터 산소를 분리하여 생성 가스 흐름 내의 산소 농도 또는 부분압을 증가시키도록 구성된 산소 농축기를 포함한다.

제어 수단은 통상의 사용시에 모니터 수단 및 제어 데이터에 응답하여 산소 공급 장치에 제어 신호를 제공하도록 구성되며, 상기 제어 신호는 산소 공급 장치가 제어 데이터에 의해 표시되는 산소에 대한 수요에 적절한 생성 가스 내의 농도 또는 부분압으로 산소를 공급하도록 제어 수단에 의해 결정된다.

따라서 예를 들어, 제어 데이터는 항공기 승무원에게 호흡할 공기를 공급하는 호흡 조절기에 의해 결정되는 산소의 수요뿐만 아니라 항공기의 고도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 그러나, 제어 데이터는 산소의 수요와 관련된 다른 정보를 포함할 수 있다.

시험 중에 산소 공급 장치에 제공된 소정의 제어 신호는 산소 공급 장치가 공급할 수 있는 생성 가스 내의 최대 또는 최소의 산소 농도 또는 부분압을 산소 공급 장치가 공급할 것이라고 예상되는 것일 수 있다.

따라서, 산소 농축 장치는 생성 가스 내의 산소 농도가 공기 중에 자연적으로 존재하는, 즉 약 21%이도록 산소를 분리하지 않고 대기 공기가 장치를 통하여 지나가는 것을 허용하도록 단순히 배치될 수 있다. 다르게는, 소정의 제어 신호는 산소 농축 장치가 제올라이트계의 압력 스윙 시스템 내에서 일반적으로 약 95%의 산소인 최대 가능 산소 농도 또는 부분압을 포함하는 생성 가스를 제공할 것이라고 예상되는 것일 수 있다.

상기 방법은 생성 가스 내에 최소 산소 농도를 얻기 위한 제어 신호를 먼저 제공하는 단계와, 그 다음 생성 가스 내에 최대 산소 농도를 얻을 것으로 예상되는 제어 신호를 산소 공급 장치에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

물론, 본 발명은 예를 들어, 다른 압력 스윙 시스템, 열 스윙 시스템 또는 전해 시스템과 같은 다른 산소 농축 장치에 또한 적용할 수 있다.

소정의 제어 신호에 응답하여 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압이 예상 대로 되지 않은 경우에, 제어 수단은 에러 신호를 알람 또는 모니터 게이지와 같은 표시 수단에 제공하기 위하여 배치될 수 있고, 또는 그 대신 제어 수단은 이어지는 통상의 사용 중에 산소 공급 장치가 산소 수요를 표시하는 제어 데이터에 응답하여 소정의 산소 농도 또는 부분압을 생성 가스 흐름 내에 공급하도록 시스템을 재조정하기 위하여 배치된다.

본 발명에 따른 시험 방법은 산소 공급 시스템 상에 어떤 희망하는 시간에 수행될 수 있으나, 특히 시스템의 통상 작동 중에 그리고/또는 시스템의 개시 및/또는 운전 정지 시에 간격을 두고 또는 수동 초기화에 의해 수행될 수 있다.

양호하게도, 상기 방법은 항공기가 이륙하기 전에 또는 적어도 산소 공급 시스템의 작동이 요구되기 전에 수행된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 제어 신호에 응답하여 생성 유체 흐름 내에서 농도를 변화시키면서 특정 유체를 공급하도록 구성된 유체 공급 장치와, 생성 유체 흐름 내의 특정 유체의 농도 또는 부분압을 모니터하기 위한 모니터 수단 및 유체 공급 장치에 제어 신호를 제공하도록 모니터 수단에 응답하는 제어 수단을 포함하는 유체 공급 시스템에 있어서, 제어 수단은 유체 공급 장치에 소정의 제어 신호를 제공하고, 이에 응답하여 상기 유체 공급 장치는 생성 유체 흐름 내에 특정 유체의 공지된 농도 또는 부분압을 제공하도록 구성되어 있다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 본 발명의 제1 태양에 따른 방법에 의해 작동되는 산소 공급 시스템을 갖는 항공기가 제공된다.

도면을 참조하면, 본 예에서 항공기 승무원의 마스크(11)에 산소를 함유하는 생성 가스를 공급하는데 사용되는 산소 공급 시스템(10)이 도시되어 있다.산소는 제어 라인(18)으로부터 산소 농축 장치(14)로 공급된 제어 신호에 응답하여 공급 대기 공기(12)를 산소가 풍부한 생성 가스(15)와 산소가 부족한 공기(16)로 분리하는 산소 농축 장치(14)로 공급되는 공급 대기 공기(12)로부터 얻어진다. 그리고, 산소를 포함하는 생성 가스는 고도와 항공기 승무원의 호흡량에 따라서 생성 가스의 공급을 제어하는 호흡 조절기(17)로 그리고 마스크(11)로 공급된다.

산소를 포함하는 생성 가스의 일부는 시료 추출 라인(19)을 통하여 본 예에서 20으로 표시된 결합된 유니트인 모니터 수단 및 제어 수단으로 공급된다. 유니트(20)의 모니터 수단은 시료 추출된 가스 내의 산소 농도 또는 부분압을 결정하고 또한 제어 수단은 명령 라인(21)을 따라서 유니트로 공급된 제어 데이터에 응답하여, 산소 농축 장치(14)로 라인(18)을 따라서 적절한 제어를 제공한다. 따라서, 조건이 바뀔 때, 예를 들어 항공기의 고도가 증가 또는 감소될 때, 또는 항공기 승무원의 호흡량이 변할 때, 유니트(20)의 제어 수단은 산소 농축 장치(14)로 다른 제어 신호를 제공하고, 이에 반응하여 생성 가스(15) 내의 산소 농도를 변화시킨다.

도면에서는, 출력 데이터를, 예를 들어 장착된 시험 장비 또는 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압을 나타내는 게이지 또는 다른 지시 수단으로 제공할 수 있는 출력 데이터 라인(22)이 도시되어 있다. 23으로 표시된 동력 라인은 동력을 모니터/제어 수단 유니트(20)로 제공한다.

지금까지, 시스템(10)은 사실상 종래의 것이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 시스템(10)의 성능은 장치(14)가 생성 가스(15)의 흐름 내에 공지된 산소 농도 또는 부분압을 공급하도록 할 것이라고 예상되는 소정의 제어 신호를 라인(18)을 따라서 산소 농축 장치(14)에 제공함으로써 유니트(20)의 제어 수단에 의해 시험될 수 있다.

예를 들어, 라인(18)을 따르는 제어 신호는 대기 공기를 산소가 풍부한 가스 성분과 산소가 부족한 가스 성분으로 분리하지 않고 대기 공급 공기(12)가 산소 농축 장치(14)를 통하여 지나가는 것을 허용하도록 산소 농축 장치(14)를 제어할 수 있다. 따라서, 생성 가스(15)는 예를 들어, 대체로 약 21%의 대기 공기 내의 산소 농도를 갖는 공지된 산소 농도 또는 부분압을 포함할 것이다. 그리고, 이 생성 가스(15)의 시료는 생성 가스(15) 내의 산소 농도 또는 부분압을 모니터하는 유니트(20)의 모니터 수단에 제공된다. 모니터된 산소 농도 또는 부분압이 예상대로 되지 않았을 경우, 이는 시스템이 그 조정에 따라서 수행하고 있지 않음을 나타낸다. 물론, 시료가 시험되기 전에 시스템을 깨끗이 하는 것이 요구된다.

특히, 생성 가스(15)가 대기 공기이고 유니트(20)의 모니터 수단이 생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압이 예상했던 것보다 크거나 작은 것을 판단한 경우에, 이는 유니트(20)의 모니터 수단의 결함을 나타낸다. 예를 들어, 이는 산소 농축 장치의 성능의 불안정 또는 어떤 다른 원인에 의할 수 있다.

다르게는, 또는 그 후에 또는 이전에도, 시스템(10)은 산소 농축 장치(14)를 최적으로 작동시킬 것으로 예상되는 소정의 제어 신호를 라인(18)을 따라서 산소 농축 장치(14)로 보내도록 배치함으로써 유니트(20)의 제어 수단에 의해 시험될 수 있다. 그리고, 생성 가스 내에 가능한 최대의 산소 농도 또는 부분압이 공급될 것으로 예상되고, 대체로 제올라이트계의 압력 스윙 산소 농축 장치(14)는 95%의 산소 농도까지 포함하는 생성 가스를 생성할 것으로 예상될 수 있다. 모니터 수단(20)이 소정의 제어 신호에 응답하여 생성 가스(15) 내에 더욱 작은 산소 농도 또는 부분압을 결정하는 경우에, 이는 산소 농축 장치(14)의 성능 및/또는 유니트(20)의 모니터 수단의 고장 상태 어느 것에 기인한 것일 수 있고, 이러한 모순에 대한 이유를 알아내는데 추가적인 연구가 필요하다.

생성 가스 내의 산소 농도 또는 부분압이 모니터 수단(20)에 의해 95% 이상으로 판단되는 경우에, 이는 결정된 산소 농도가 산소 농축 장치(14)에 의해 이론상 최대로 얻어지는 것보다 크기 때문에 단지 유니트(20)의 모니터 수단의 작동상 에러임을 나타낸다.

일 실시예에서, 시스템(10)이 시험에 부적합할 때, 만일 필요하다면 알람 수단을 가질 수 있는 표시 수단으로 라인(22)을 따라 신호가 단순히 보내질 수 있다. 대신, 모니터 수단(20)이 문제가 없는 것으로 예상되고, 또는 이러한 것이 예를 들어, 전술한 바와 같이 이미 모니터 수단(20)으로 대기 공기의 생성 가스를 제공함으로써 시험에 의해 확실시 된다면, 제어 수단(20)은 라인 내의 생성 가스(15)의 소정의 산소 농도 또는 부분압을 얻도록 라인(18)을 따라 제어 신호를 제공하기 위하여 시스템(10)을 재조정하도록 배치될 수 있다.

산소 농축 장치(14)로 공급되는 대기 공급 공기(12)는 항공기 내의 가스 터빈 여압으로부터 또는 그렇지 않으면 대기로부터 얻어질 수 있다. 호흡 조절기(17)는 고도에 따른 적절한 압력과 수요와 동일한 유량으로 항공기 승무원에게 호흡 공기를 공급하는 조절 밸브를 포함할 수 있다. 마스크(11)는 항공기 승무원에게 착용된 코와 입을 가리는 형태의 마스크일 수 있다.

유니트(20)의 모니터 수단에 의해 모니터되는 시료 추출된 가스는 유니트(20)의 모니터/제어 수단으로부터 배출 라인(25)을 통하여 대기로 배출될 수 있다.

유니트(20)의 모니터 수단은 펌프식 공동 세라믹 막 장치를 포함할 수 있으며, 산소 또는 생성 가스(15) 흐름 내의 다른 특정 가스의 농도 또는 부분압을 모니터하기 위한 어떤 다른 적절한 수단이 사용될 수도 있다.

제어 수단(20)에 의해 산소 농축 장치(14)로 보내지는 제어 신호는 산소 농축 장치(14)에 적절한 일련의 명령 또는 어떤 다른 제어 신호를 포함할 수 있다.

시험 중에 유니트(20)의 모니터 수단에 의해 모니터된 생성 가스(15) 내의 산소 농도 또는 부분압은 산소 공급 장치 또는 산소 농축 장치(14) 및 모니터 수단에서 발생한 동일하거나 상반되는 에러가 있는, 산소 공급 장치 또는 산소 농축 장치(14)로 공급된 소정의 제어 신호에 응답하여 예상된 것일 수도 있다. 그러나, 이러한 발생과 같은 것은 통계적으로 무의미하다는 것이 주지된다.

본 발명의 방법은 시스템, 특히 모니터 수단(20)의 산소 센서와 같은 모니터 수단의 성능이 모니터되고 산소 생성 장치(14)의 성능이 시험되는 것이 원하는 만큼 자주 가능하게 한다. 본 방법은 산소 생성 시스템의 개시 및/또는 종료 동안에 수행될 수 있고 비행시 시스템의 작동 중에 간격을 두고 수행될 수 있다.

다양한 변경은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.

예를 들어, 본 발명이 산소 공급 장치(14)가 산소의 농축기인 시스템과 관련하여 서술되어온 반면, 본 발명은 전해질 또는 세라믹 타입의 산소 생성기와 같이 산소 공급 장치(14)가 산소를 실제로 생성하는 시스템에 적용될 수 있다.

모니터/제어 수단(20)은 분리될 수도 있고 서술된 바와 같은 유니트(20)로 결합될 수 있다. 분리된 경우, 모니터 수단은 적절한 신호를 생성 가스 내의 모니터된 산소 농도 또는 부분압을 표시하는 제어 수단에 제공할 필요가 있다.

만일 필요하다면, 특히 서술된 시험 방법이 자주 수행되는 곳에서만이 아니라, 제어 신호에 응답하여 실제와 예상했던 산소 농도 또는 부분압 사이의 에러에 대한 시스템의 민감도는 조건에 따라 변할 수 있다.

예를 들어, 만일 시험이 최근에 개시된 시스템에서 수행되면, 어떤 이러한 에러는 예상될 수 있다. 따라서, 제어 수단은 이러한 조건에서 미소한 에러를 무시하도록 배치될 수 있으나, 다른 작동 조건에서 이러한 에러를 표시하고 그리고 가능하다면 시스템을 재조정하도록 배치될 수 있다.

개시된 결과를 이루기 위한 방법이나 과정 또는 개시된 기능을 수행하기 위한 수단의 특정한 형태 또는 용어로 서술된 앞에서의 설명, 후속하는 청구항 또는 첨부 도면에서 개시된 특징들은 개별적으로나 이러한 특징들의 결합으로 이들의 다양한 형태로 실현시키기 위하여 이용될 수 있다.