JP2007537914A - 旅客機及び貨物輸送機のキャビン内の空気加湿装置 - Google Patents

旅客機及び貨物輸送機のキャビン内の空気加湿装置 Download PDF

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Abstract

旅客機又は貨物輸送機のキャビン内の空気を個別に加湿することを可能にする加湿装置は、空調空気を吹き出しノズル(10)からキャビン内に吐出して利用可能にする。空調空気は構成要素として水を含み、この水は、吹き出しノズル(10)と空間的に非常に近い位置にある噴霧点で噴霧される。噴霧された水の気化によって生じるキャビン内の不所望な局所的冷却を避けるために、空調空気は吹き出しノズルに導かれる気流を含み、この気流中に水が噴霧される。この気流は、吹き出しノズルからの吐出後に、気流の所望の有効温度よりも所定量だけ高い温度で噴霧点に供給される。他の好適例では、空調空気は唯一の構成要素として水を含み、この水はキャビン温度よりも高い温度で噴霧される。

Description

本発明は、旅客機及び貨物輸送機の空気加湿装置に関するものである。
圧力制御された旅客機又は貨物輸送機のキャビン内では、飛行中に、相対湿度が数%、例えば3〜5%の非常に低い値に低下することがある。こうした低湿度は通常、航空機に搭乗中の乗客が不快に感じる、というのは、鼻粘膜の乾燥及び目の痒みを生じさせ得るからである。
例えば30%〜50%の相対湿度を確立するキャビン内の空気の加湿によって、より快適な空気環境を生成し、機上の快適感を増加させることができる。航空機内の空気加湿のための多くの概念が公知である。集中型システムでは、エンジンから取り出した高温空気との接触によって、水を導通する電流によって、あるいは他の手段によって水を気化させて、その結果生じた水蒸気を、航空機の空調システムによって利用可能にされる主気流と混合させるか、空調システムを迂回した追加気流と混合するかのいずれかを行う。このようにして集中的に加湿した主気流又は追加気流を、その後に多数の吹き出し口に分配し、これ等の吹き出し口を通して加湿空気がキャビン内に吹き込む。
こうした集中型システムにより、通常、加湿された空気は航空機の換気システム内を長距離移動する。水に含まれる凝縮物及び粒子が、換気システムに沿って、及び航空機の構造及び断熱材上に堆積する確率はそれだけ高くなる。
欧州特許 EP 0 779 207 A1
分散型システムは、欧州特許第0779207A1より公知である。このシステムでは、水をキャビン内に直接噴霧することによってキャビンの空気を加湿する。この水は、客席の後面又はキャビンの装飾パネルに内蔵された噴霧ノズルを通して噴霧する。これらの噴霧ノズルは、水が乗客の顔に直接噴霧されるように向けられている。水はコンテナからの圧力下で噴出する。こうした独立加圧の水コンテナは、各噴霧ノズルに割り当てられている。
欧州特許第0779207A1によるシステムは、特に所望の箇所、即ち直接、口、鼻、及び目の領域の空気湿度を上昇させることに特に有効であるが、熱的快適性にとっては不利になり得ることが判明している。特に乗客は顔の辺りを寒過ぎに感じることが多いことが判明している。室内に吹き出る空調空気の温度を上昇させることによってこのことに直接対処することは出来ない、というのは、そうすると乗客は体の残りの部分を暑過ぎに感じでしまうことがあるからである。
従って本発明の目的は、航空機のキャビン内における快適な湿度を保証すると同時に、搭乗中の人にとって高い温度快適性を保証することにある。
こうした効果を達成するに当たり、本発明は、吹き出しノズルからキャビン内に吐出される空調空気を利用可能にする、旅客機又は貨物輸送機のキャビン内の空気を加湿するための装置から始まり、空調空気は、吹き出しノズルに空間的に近い、特に非常に近い位置にある噴霧点で噴霧される水を含む。本発明の1つの態様よれば、空調空気が、吹き出しノズルに導かれる気流を含み、この気流中に水が噴霧され、この気流は、吹き出しノズルからの吐出後に、気流の所望の有効温度よりも所定量だけ高い温度で、上記水の噴霧点に供給される、ということが提供される。
本発明によれば、追加的な量の熱エネルギーが、所望の有効温度を上回る温度の形で搬送気流に加わる。この追加的な量の熱エネルギーは水の気化に利用することができ、このため、気化エネルギーをキャビン空気によって供給する必要は無く、そして水の気化は、乗客の顔に面する領域内の局所的な冷却を生じさせることはない。水の気化が部分的に、あるいは完全に吹き出しノズル外、即ちキャビン内で行われれば、キャビン空気から取り出された気化エネルギーは、明らかに知覚可能な顔領域内の局所的な空気の冷却となって現われ得ることが判明している。このことが欧州特許第0779207A1の説明における温度快適性の損失の原因であることが判明している。
有効温度とは、水の気化後に吐出された気流の温度のことを意味し、即ち、水の気化によって更なるエネルギーが気流から抽出されない際には、この気流は蒸発によって更に冷却されることはない。
気流が吹き出しノズルから吐出される前に水が完全に気化された場合には、有効温度は気流の吐出温度と同一視することができる。しかし本発明の関係では、水の気化は吹き出しノズルの上流で完全に行われる必要は無い。水の気化は、少なくとも部分的には、空調空気が吹き出しノズルを出た後に行うことができる。この場合には、気流が吹き出しノズルから出た後に、気流から熱が抽出され得るので、水が完全に気化した後の最終温度は、吹き出しノズルを出た直後の温度よりも低くなり得る。
例えば、気流を水の噴霧点から、所望の有効温度より5度〜40度高い温度で供給することが出来る。気流の温度が所望の有効温度を上回る度合いは、所望の相対湿度にほぼ依存する。例えば25%の相対湿度を所望する場合には、気流を約13.5度の超過温度で水噴霧点から供給すべきである。しかし50%の相対湿度を所望する場合には、この温度超過は約28〜29度とすべきである。必要な気流の超過温度を見積もれば、気化に必要なエネルギーは水1kg当たり約2500〜2600kJであると想定される。
気化装置は特に、気流を所望の有効温度以上の温度に加熱するための制御可能な気流加熱手段を含むことが出来る。気流をキャビン温度以上の温度で水噴霧点から供給することが出来、特にキャビン空気の冷却が生じないような方法で供給することが出来る。局所的に、又は全体的にキャビン温度を下げることが望ましい場合には、気流をキャビン温度を下回る温度で水噴霧点に供給することも出来る。
上述した水を気化させるための追加的な熱エネルギーは、水自体によってまかなうことができる。特に、空調空気はその唯一の構成要素として水を含むことが出来る。本発明の更なる態様によれば、この場合には、水はキャビン温度以上の温度で噴霧することが出来る。特にキャビン温度以上の温度まで水を加熱するために、加湿装置は特に、制御可能な水加熱手段を含むことが出来る。
水に含まれるミネラル物質がキャビン内に不所望に堆積することを避けるために、そして水に含まれる細菌によってあり得る感染の危険性も避けるために、加湿装置は噴霧する水を生物的及び/又は化学及び/又は物理的に処理する装置を含むことが出来る。
キャビン内部に突き出たホースのフレキシブルな(可撓性の)部分の自由端に吹き出しノズルを配置した構成によって、特に快適な個人適応が可能になる。ホースのこの部分を曲げることによって、乗客は吹き出しノズルを自分の好みに応じて向けることが出来る。
本発明を更に、図面を参照しながら以下に説明する。
図1に示す旅客機又は貨物輸送機の分散型個別キャビン空気加湿用の好適な構造では、キャビン空気を調和する空調空気を吐出する吹き出しノズルを10で示す。ここで、調和とは、少なくともキャビン空気の加湿を意味し、所望すれば、これに加えて、キャビン空気の温度への影響を伴う。空気供給路12は、吹き出しノズル10に至る。空気供給路12は、吹き出しノズル10から吹き出る気流を運ぶ。吹き出しノズル10と空間的に近い位置に、図式的に示す噴霧要素14によって水を噴霧し、噴霧された水は空気供給ライン12内の気流に乗せられ、キャビン内に搬送される。ここで、空間的に近い位置とは、水を吹き出しノズル10の近くで、あるいは吹き出しノズル10の所で直接噴霧することを意味する。吹き出しノズル10と噴霧要素14とは、構造的に一体化することが出来る。しかし、この目的のために別個の構成要素を使用することも出来る。水の噴霧点と吹き出しノズル10から空調空気が吐出される吐出点とは、例えば2、3ミリメートルから2、3センチメートルだけ分離することができる。水噴霧点と空調空気の吐出点との間の距離が2、3メートル又はそれ以上の範囲内にあることは、本発明の関係では、空間的に近い位置ではない。
噴霧される水は、水路18を経由してコンテナー16から噴霧要素14に供給される。水コンテナー16は、適切な充填インターフェースによって外部から充填可能な恒久設置型コンテナーとするか、必要に応じて、例えば飛行前又は他のものに交換する際に取り外し及び取り付けられる着脱可能なコンテナーとすることが出来る。このコンテナーは、水を圧力下で収容する圧力コンテナーとすることが出来る。しかし、このコンテナーは無加圧コンテナーとすることもできる。特に後者の場合には、及び水路18が比較的長く、かつ/あるいは細い状況では、噴霧要素14に水を供給可能な図1に図式的に20で示す供給ポンプを水路18に挿入することが有利である。例えば、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、又はターボポンプを、供給ポンプ20として使用出来る。
水路18は、内部に水が行き渡る圧力条件を満たすように設計する。更に、水路18は関連する衛生規則に適合することが好ましい。適切な材料は、例えば、プラスチック及び金属である。図1による構造では、時々水システムの洗浄を必要とするので、水路18はまた消毒薬及び洗浄剤に対する耐性を持つのが好ましい。洗浄のために、例えばコンテナー16に適切な洗浄溶剤を充填するか、あるいはこうした溶剤入りの別個のコンテナーを水路18に接続することが出来る。使用する洗浄溶剤の種類次第で、洗浄手順中に、空気供給路12内の気流を通気/遮断することができる。オゾン化された水を用い、気流と組み合わせて空気供給路12を洗い流すこともできる。塩素を含む溶剤では、気流を遮断して、例えば吹き出しノズル10に接続したホースのような回収要素を用いて溶剤を回収することを推奨する。特にコンテナー16と噴霧要素14又は吹き出しノズル10との間の距離が十分に短かい場合については、水路18はコンテナー16と共に交換可能にすることが出来る。
噴霧された水の気化エンタルピーを補って、噴霧された水の気化によるキャビン内の局所的な温度低下を生じさせないために、空気供給路12内の気流及び/又は水路18を搬送される水は個別に加熱することが出来る。図1の実施例では、この目的のために、水路18及び空気供給路12にそれぞれ関連する第1加熱装置22及び第2加熱装置24を図式的に示す。加熱装置22、24は、例えば熱交換器又は電気ヒーターとすることが出来る。これらは固定設定とするか、水又は気流へのエネルギー転送を調整するための制御閉ループの一部を形成することができる。こうした場合には、空気供給路12内の気流又は水路18内の水の実際温度を検出して、関係する加熱装置を調整する電子制御ユニットに検出結果を提供する温度センサー(図1に示さず)を関係する加熱装置の下流に配置することが出来る。この制御ユニットは、関係する加熱装置を制御するためのみに使用される独立した制御ユニットとすることが出来る。図1に示す構造の全ての制御可能な構成要素を制御する中央制御ユニットを使用することも出来る。こうした中央制御ユニットは、図1に図式的に26で示す。そして関連する制御ユニットは、供給される水又は空気温度の実際値から、関係する加熱装置に対する適切な修正値を決定する。
対応する加熱装置は図1の空調空気の両方の要素(気流及び水)に設けているが、代わりに、空気供給路12内の気流のみ、あるいは水路18内の水のみが加熱可能であることは自明である。このような場合には、空気供給路12又は水路18のどちらかに関連する単一の加熱装置で十分である。
吹き出しノズル10から吐出される気流は、例えば2〜20l/sの量のオーダーとすることが出来る。吹き出しノズル10における流速は、空調空気が吐出される向きの人の顔及び体において0.2m/s未満の値が確立されるような値にすることが好ましい。噴霧される水の量は、関係する人の顔の領域内で20%〜60%のオーダーの相対湿度を維持するのに十分な量であることが好ましい。
吹き出し口ノズル10は固定にするか、あるいは異なる方向に配向可能にすることが出来る。吹き出しノズル10から吐出される空調空気の体積流量に影響を与えるために、吹き出しノズル10の吹き出し断面は調整可能にすることが出来、特に閉鎖可能にすることが出来る。その代わりに、あるいはこれに加えて、空気供給路12内の空気の体積流量に影響を与えることが出来る。この場合には、空気供給路12内の空気の体積流量を変化させる際に同時に、噴霧される水の量を応分に変化させることを推奨する。この目的のために、空気供給路12内の空気の体積流量を決めるアクチュエーターと噴霧する水の量を決めるアクチュエーターとの間に機械的結合を存在させることが出来る。同様に、噴霧する水の量に影響を与えるために、噴霧要素14及び/又は供給ポンプ20は、例えば中央制御ユニットによって制御可能にすることが出来る。しかし、噴霧ノズル10は恒久的に開き、空気の体積流量は恒久的に事前設定され、その結果体積流量が可変ではない、ということはあり得ない。
噴霧要素14は、水を気流内に、気流に対して横方向又は縦方向に水を注入することが出来る。噴霧要素が水をキャビン内に直接吐出して、気流との組み合わせをこの箇所のみに生じさせることも出来る。噴霧要素は、例えばピエゾ(圧電)ノズル、超音波噴霧器、又はベンチュリ要素であることが出来る。
空気供給路12内の空気及び/又は水路18内の水を加熱するエネルギーは、例えば電気的に取得可能することが出来る。このエネルギーはまた、航空機の様々な電気、空気、又は油圧装置から消散される熱から取り出すことも出来る。燃料電池からの水が水蒸気の形で利用可能な場合には、この水蒸気はコンテナー16内に蓄積されている水の代わりに使用することが出来、熱交換器によって冷却することができる。これにより放出されるエネルギーは未使用のまま捨てることが出来る。しかし、このエネルギーは空気供給路12内の空気を加熱するために使用することが出来る。
気流内に導入される水は、ミネラルが除去され微生物学的に純粋であることが好ましい。ミネラルを含む水は、キャビン内に不所望なカルシウム堆積を生じさせることがあり、微生物を含む水は病気を発生させ得る。この理由により、水路18内に供給される水を物理学的及び/又は化学的及び/又は生物学的に処理する処理ユニット28を図1の空気加湿装置内に設ける。処理ユニット28は、例えば水の除菌を行うことが出来る。水が、ミネラルはないが完全に除菌されていなければ、処理ユニット28は微生物を死滅させる装置を含むことが出来る。除菌は、例えば水に紫外線を照射するか超音波を当てることによって物理的に行うことも可能である。これらの方法は、病原菌を殺すために必要な少量のエネルギーしか使用しない。
図1に図式的に示すバルブ30は、噴霧要素14への水の供給を妨げる可能性がある。バルブ30は手動操作可能にすることが出来る。しかし、図1に破線で示すように、バルブ30を制御ユニット26によって制御することが出来る。
他の図では、図1と同一の構成要素又は図1のものと同じ効果を有する構成要素は、同一参照番号に小文字の添字を付けて示す。反復を避けるために、前の図1の説明を参照する。以下で特に断わりのない限り、この説明は他の図に示す構成要素にも同様に当てはまる。
図2の実施例は、複数(図に示す実施例では2つ)の吹き出しノズル10aに、水及び空気を集中的に供給するシステムに関するものである。何十、何百、さらに何千あるいはそれ以上の吹き出しノズル10aに、共通の水及び空気供給源から供給可能にすることが考えられる。吹き出しノズル10a又は噴霧要素14aへの水の供給に個別に影響を与えることを可能にするために、各吹き出しノズル10aは、これに関連する別個の遮断バルブ32aを有し、これらのバルブは、中央水路18aから関連する噴霧要素14aに至る関連の分岐水路内に挿入される。遮断バルブ32aは、制御ユニット26aで制御することが出来る。適切な操作要素によって、乗客が遮断バルブ32aを制御可能にすることも考えられる。更に、遮断バルブ32aが存在する場合には、水路18a内のメインバルブ30aを省略することも出来る。
各場合において、制御ユニット26は、吹き出しノズル10aからの空調空気の吐出を、吹き出しノズル10a毎に個別に、あるいは複数の吹き出しノズル10aのグループ毎に制御すべく構成することができる。互いに独立した複数の制御ユニットを設けて、各制御ユニットが吹き出しノズルの一部のみを制御する役目を負うことも出来る。こうして、例えば、航空機キャビンの温度ゾーン毎に1つの制御ユニットを設けることができる。
図3に示す変形例では、空気供給路12a内の空気が加熱装置24aによって個別に加熱可能である図2の実施例とは異なり、複数(示した実施例では2つ)の空気吹き出し口10bに供給される空気を集中的に加熱する。この目的のために、個別の空気供給路12bが分岐して出る供給ライン34bに関連する加熱装置24bを設ける。空気を加熱するためのエネルギーは、図1に関連して前述したのと同じ供給源から取り出すことが出来る。エンジンから取り出した高温空気は、更なる供給源として考えることも出来る。エンジンから取り出した空気を、圧力調整後に、供給ライン34b内に供給される気流中に直接吹き込んで、この気流の温度を制御する。エンジンから取り出した空気の熱エネルギーを、熱交換器を経由して供給ライン34b内の気流に転送することも同様に可能である。管束型又はプレート熱交換器がこの目的に適している。明瞭にするために、個々の噴霧要素14bに関連するメインバルブも遮断バルブも図3には示していない。図2の実施例又は図3の変形例についても、こうしたバルブを設けることができることは自明である。
航空機キャビン内に吐出される空調空気は噴霧される水のみで構成することも出来る。このような構成では、噴霧される水を乗せる追加的な気流は省略する。従って、キャビン内の温度快適性を損なわないために、水をキャビン温度以上の温度に加熱しなければならない。
追加的な気流のない実施例を図4に示す。コンテナー16c内に蓄える水は、異なる方法で入手することが出来る。例えば、水をキャビンの空気からの凝縮によって得て、キャビンの加湿用に再利用することが出来る。しかしこの方法で得た水には、再び噴霧する前に入念な処理が必要である。吸着又は過飽和によって、キャビンの空気から水を凝縮させることが出来る。図4では、36cで図式的に示すインターセプターが設置されている。乾燥した排出空気38cは、航空機から捨てるか、従来の処理後に供給空気としてキャビン内に向けることが出来る。この空気は、キャビンの湿った空気が濃縮され得る航空機の構造的部分を乾燥及び加熱するために使用することも出来る。
図4に40cで示す好適な場合には、インターセプター36cから得られる液体の水は、水処理の第1段階を施される。この処理段階では、粒子及び/又は相(固相−液相、又は液相−液相)を分離する。粒子を分離するために、例えば50〜200μmの分離能力を有する水フィルターを使用する。準備段階40cでは、相の密度に応じた分離も実行することができる。例えば、ここでは遠心分離機を用いることが出来る。処理段階40cの関係では、廃棄質量流42cが生成されることがあり、これは常に除去される。
図4の44cで実行される水処理の最終的な第2段階では、溶解した構成要素及び/又は微生物学的汚染物質の分離を行う。この分離は、化学ポテンシャル又は粒径に応じて実行することができる。可能な分離方法は、微細濾過、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透及び電気透析のような膜技術、あるいは、例えば吸着、吸収、凝縮および電気泳動のような物理的/化学的技術である。吸着、吸収、又は凝縮装置を使用する場合には、物質流46cを装置に供給し、そして分離すべき構成要素を含む物質流48cは装置から廃棄しなければならない。異なる相の分離は、処理段階44cにおいて、例えば粒径及び/又は遠心力場におけるセトリング(整定)速度に応じて実行することができる。
インターセプター36cが水を取得して処理段階40c、44cを通してコンテナー16cに流すのに十分な重力上の傾斜がない場合には、インターセプター36cの液体の水を搬送するための供給ポンプ50cを設けることが出来る。この供給ポンプ50cは、例えばピストン型、ダイヤフラム型、あるいはターボポンプとすることが出来る。
ここでも明瞭にするために、制御ユニットも水路18c内の水流を遮断するバルブも図4には示していない。しかし、図1及び2の実施例の場合のように、図4の実施例でもこうした構成要素が存在し得ることは自明である。また、図4に示す種類の水取得及び処理は、本明細書で考察する他の実施例においても使用可能であることも自明である。
図5の実施例は、搭載された清水タンク52cからの飲料水を個別加湿用に利用可能にする方法で処理するシステム構成を示す。水処理技術については、図4の説明に関連する議論を参照されたい。
最後に、図6に、個別空気加湿の目的で吹き出しノズル10eを航空機内に設置することのできる種々の可能な位置を示す。1つの可能性は、図6に54eで示す、航空機キャビンの天井の装飾パネルである。他の可能性は、吹き出しノズル10eをキャビンの前面壁又は側壁56e内に取り付けることである。これに加えて、客席58eの背もたれの背面側を、吹き出しノズル10eの設置用に用いることができ、この背もたれの後ろに座る乗客はこのノズルを個別空気加湿用に用いることが出来る。また吹き出しノズル10eは、硬質であるがフレキシブルなホース60eの端に嵌め込み、このホースの他方の端は、例えばシート(座席)58eのヘッドレスト領域に固定することも出来る。ホース60eは、乗客の異なる体の大きさに適応すること、及び異なるシートポジションに適応することを可能にし、これにより例えば、着席している人の顔領域を正確に加湿することがすることがリクライニングポジションでも可能になる。吹き出しノズル10eから吐出される空調空気をより正確に乗客の顔に向けるほど、水をより有効に使用することが出来、全体的な水の消費の低減にとって好ましい。
図1は、第1実施例による、航空機のキャビン空気を加湿する装置を示す図である。 図2は、航空機のキャビン空気を加湿する第2実施例の装置を示す図である。 図3は、図2の変形例である。 図4は、航空機のキャビン空気を加湿する装置の更なる実施例を示す図である。 図5は、航空機のキャビン空気を加湿する装置の他の実施例を示す図である。 図6は、航空機のキャビン内の空調空気用の吹き出しノズルの可能な位置を示す図である。

Claims (9)

  1. 旅客機又は貨物輸送機のキャビン内の空気を加湿する装置であって、前記装置は空調空気を吹き出しノズル(10)からキャビン内に吐出して利用可能にし、前記空調空気は構成要素として水を含み、この水は、前記吹き出しノズル(10)に空間的に近い、特に非常に近い位置にある噴霧点で噴霧される空気加湿装置において、
    前記空調空気は前記吹き出しノズル(10)に導かれる気流を含み、前記水は前記気流中に噴霧され、前記気流は、前記吹き出しノズル(10)からの吐出後に、前記気流の所望の有効温度よりも所定量だけ高い温度で、前記噴霧点に供給されることとを特徴とする空気加湿装置。
  2. 前記気流は、前記所望の有効温度よりも5〜40℃高い温度で前記水の噴霧点に供給されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 前記気流を前記所望の有効温度よりも高い温度に加熱するための制御可能な気流加熱手段(24)を具えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。
  4. 前記気流は、キャビン温度よりも高い温度で前記水の噴霧点に供給されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の装置。
  5. 前記気流は、キャビン温度よりも低い温度で前記水の噴霧点に供給されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の装置。
  6. 前記空調空気は唯一の構成要素として水を含み、この水はキャビン温度よりも高い温度で噴霧されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  7. 噴霧される前記水をキャビン温度よりも高い温度に加熱するための制御可能な水加熱手段(22)を具えていることを特徴とする請求項6に記載の装置。
  8. 噴霧される前記水を生物学的及び/又は化学的及び/又は物理学的に処理する手段(28)を具えていることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の装置。
  9. 前記吹き出しノズル(10e)は、キャビン内に突出したフレキシブルなホース(60e)の自由端に配置されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の装置。
JP2007517031A 2004-05-18 2005-05-11 旅客機及び貨物輸送機のキャビン内の空気加湿装置 Expired - Fee Related JP4414463B2 (ja)

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