JP2023057547A - 航空機用の加湿システム - Google Patents

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Abstract

Figure 2023057547000001
【課題】経済的で、エネルギーの節約になり、コンパクトな航空機用加湿システムを提供する。
【解決手段】第1の空気流を導く第1のダクト6と、第2の空気流を導くように構成されている第2のダクト10であって、第2のダクト中の空気を加湿するための加湿装置28を備える、第2のダクトと、を備え、加湿システムは、第2の空気流の一部を第1のダクトに向けるための第1の導管8であって、第1のダクトに導き入れる第1の導管入口20と第2のダクトからの第1の導管出口22とを備える、第1の導管と、第1の空気流の一部を第2のダクトに向けるための第2の導管12であって、第2のダクトに導き入れる第2の導管入口34と第1のダクトからの第2の導管出口22と、をさらに備え、第1の導管出口は加湿装置の下流に配置され、第2の導管入口は第1の導管出口の下流に配置され、第1の導管入口は第2の導管出口の下流に配置されている、加湿システム1。
【選択図】図1

Description

本発明は、航空機加湿装置システムの分野に関し、特に、航空機の窮屈なスペース及び既存の環境制御システム(ECS)に設置されている航空機加湿装置システムに関する。
既存の航空機に加湿装置を提供する必要が存在する。現在使用されている沢山の民間航空機は、キャビン、乗務員スペース、コックピット等に輸送されるとともに提供される空気調節(AC)の空気用の加湿システムを備えずに組み立てられる。
既存の航空機への加湿システムの設置に対する関心は、しかしながら相当大きく、これによって、そうした加湿システムに対する技術的課題が提起される。係る技術的課題は、航空機の換気システムにおける制限されたスペースと、圧力問題に関する高い要求(特に圧力減少状態及び圧力増加状態での)を含む。
航空機では、典型的には、キャビンの空気は、ある種の供給空気によって供給される。供給空気は、リサイクルされたキャビンの空気と新鮮な外気との混合物である場合がある。あるいは、供給空気は、新鮮な外気のみから成る。供給空気は、通常、調整されて、ステム又はダクトを介してキャビンゾーン、コックピット及び/又は乗務員休憩エリアに分配される。航空機において既存の換気システムにおける加湿装置を設置するための1つの可能な解決策は、換気システムに大容量の加湿装置(サイズが比較的大きくなり得る)を設置することであると想像することができる。その場合、係る加湿装置は、空気流の任意の分割(異なるキャビンゾーン、コックピット、及び乗務員休憩エリアへの空気流等)の前に位置付けられる。係る解決策の1つの代案は、よりサイズの小さな別の加湿装置を消費者に(したがって、キャビン、コックピット、又は乗務員休憩エリア)に向かう各部分空気流において用いることである。述べたように、しかしながら多くの場合、1つの大きな加湿装置又はいくつかの小さな加湿装置のためのスペースは存在しない。その上、各空気流に対して多数のより小さな加湿装置が用いられるとすれば、保守上の懸念及び経済的懸念が生じる。なぜなら、多数の小さい加湿装置は故障に関する課題を時間を通じて導き、より高いコストを導くからである。
1つの可能性のある解決策は、部分空気流及びダクトを介した任意の分配の前に、空気流を比較的小さな加湿装置を通して導くことである。しかしながら、係る解決策はあまりに大きい圧力降下を生じ、技術的に容認可能な境界の外で動作する加湿システム及び換気システムを導くことが確実であり、それによって換気システムにおける問題を導き得る。
上記を考慮して、本発明の1つの目的は、経済的で、エネルギーの節約になり、コンパクトな航空機用加湿システムを提供することである。
別の目的は、既存の航空機に対して設置されることが可能で、航空機の換気システム及び/又は環境制御システム(ECS)の所与の技術的境界内で動作することが可能な加湿システムを提供することである。
本発明の発明者らは、スペース、圧力減少又は圧力増加、及び低エネルギー使用等の定められた複数のパラメータを考慮に入れることが可能で、航空機の既存のECS内の窮屈なスペースに設置可能な航空機用加湿システムを提供することが可能であることを発見するに至った。発明者が発見した基本概念は、消費者に向かう部分空気流の1つにおいて1つの単独の加湿装置を用い、係る部分空気流を過加湿し、その後係る過加湿された部分空気流をその消費者に向かって流れる選択された空気流に再分配することである。また同時に、この部分空気流中の湿度を、消費者に向かう他の複数の空気流(乾燥し暖かい空気を含む)からの空気を再分配することにより標準化することである。再分配は、任意の空気が消費者に到達する前に行われる。そうした加湿システムは上記問題及び欠点を解決する。
本明細書に開示されるのは、航空機用の加湿システムであって、
空気の流れである第1の空気流を導くように構成されている第1のダクトと、
空気の流れである第2の空気流を導くように構成されている第2のダクトであって、前記第2のダクト中の前記空気を加湿するための加湿装置を備える、第2のダクトと、
前記第2の空気流の一部を前記第1のダクトに向け、したがって前記第2のダクトを前記第1のダクトと相互に連結するための第1の導管であって、前記第1のダクトに導き入れる第1の導管入口と前記第2のダクトからの第1の導管出口とを備える、第1の導管と、
前記第1の空気流の一部を前記第2のダクトに向け、したがって前記第1のダクトを前記第2のダクトと相互に連結するための第2の導管であって、前記第2のダクトに導き入れる第2の導管入口と前記第1のダクトからの第2の導管出口と、を備え、前記第1の導管出口は前記加湿装置の下流に配置され、前記第2の導管入口は前記第1の導管出口の下流に配置され、前記第1の導管入口は前記第2の導管出口の下流に配置されている、加湿システムである。
加湿装置に到達する前に、第2のダクトは供給空気流を含んでよく、同様に第2の導管出口に到達する前に、第1のダクトは供給空気流を含んでよい。
前記実施形態による加湿システムは、航空機の既存のECS(及び新しいECS)に対して所定の圧力減少又は圧力増加境界内で、実質的な追加エネルギーを必要とせずに、かつ航空機機体における利用可能なスペース内に、設置されることが可能である。
前記実施形態による加湿システムは、更にスケール調整されることが可能であり、3つのダクト、4つのダクト等についても機能する。この場合、複数のダクトの各々は1つの消費者スペース(例えばコックピット、キャビン、調理室、及び/又は乗務員休憩エリア等)に向けて導かれるように設計される。
更なる一実施形態では、加湿システムは、乾燥した供給空気流を導くように構成されている空気供給ダクトと、前記空気供給ダクト、前記第1のダクト、及び前記第2のダクトに接続されている第1の2方向マニホールドとを備える。それにより、空気は前記空気供給ダクトから前記2方向マニホールドの中に流れ、次いで部分的に前記第1のダクト及び前記第2のダクトに流れ、前記第1の空気流及び前記第2の空気流を形成するように構成されている。
一実施形態では、加湿システムの加湿装置は断熱加湿装置であり、好ましくは断熱蒸発加湿装置であり、更により好ましくは断熱接触加湿装置である。
断熱加湿装置は、第2の空気流を加湿するために、給水により湿潤状態に保たれる接触加湿装置パッドを備えてよい。
断熱加湿装置は、第2の空気流に湿度を提供するためのエネルギーを必要としない。
一実施形態では、2方向マニホールドは、加熱された供給空気流を第1の空気流及び第2の空気流へと少なくとも概ね均等に分けるように構成されてよい。その上、第1の導管及び第2の導管は、第2の空気流及び第1の空気流を少なくとも概ね均等に分けるように構成されてよい。
これによって、均等な空気品質をコックピット及び乗務員休憩エリア及び化粧室を含むキャビン全体に提供することが補助される。
更なる一実施形態では、加湿システムは、第2のダクト上の加湿装置を迂回するように構成されているバイパス又はバイパスダクトを備えてよい。
そうしたバイパスは、実質的な圧力減少又は圧力増加が無いことを保証するために用いられてよい。その上、バイパスは、バイパスにおける空気の流れのバランスを取るように固定して設置されている絞りを備えてよい。代替の一実施形態では、バイパスは、迂回する空気を測定された圧力に従って調節するための電子的に制御される、また遠隔制御されることも可能である、制御要素を含んでよい。
本明細書に開示される制御要素はファン、バルブ又は絞りであってよく、前記絞りは、その場合、固定の又は調節可能な絞りであってよい。
第1のダクト及び第2のダクトのいずれか又は両方、又は第1の導管及び第2の導管のいずれかは、空気の流れのバランスを取るために絞りを備えてよい。絞りは固定して設置されている絞りであってもよく、調節可能な絞りであってもよい。
絞りは、板状、好ましくは、空気流が通過可能な複数の孔を有する円形板状要素として設計されてよい。そうした絞りは、導管又はダクトのいずれかにおいて設置されてよい。絞りが調節可能である場合、絞りは、空気流と平行から空気流に対して90度までになるように配置可能であるように、ダクト又は導管において旋回可能に設置されてよい。サーボモータは、調節可能な絞りの位置を制御するために用いられてよい。
第1のダクト及び第2のダクトのいずれか又は両方、又は第1の導管及び第2の導管のいずれかは、その上、コントローラに対して接続されている圧力センサを備えてよい。該コントローラは、次いで、加湿システムにおけるバルブ(特に、バイパスのバルブ)を操作及び調整する。
一実施形態では、第1の導管及び第2の導管は、1つのダクトに配置されてよい。この場合、前記1つのダクトは、両方の導管(第1の導管及び第2の導管)を収容するための1つの隔壁を備える。
これによってスペース効率を向上でき、加湿システムの設置及び取扱いを容易にできる。
別の実施形態では、加湿装置は、第2の空気流を加湿するための加湿パッドを備えていてよい。加湿パッドは、給水パイプ等により湿潤状態に保たれてよい。
加湿パッドの利点は、加湿装置に対し供給されるエネルギーが必要ないこと、また、バクテリア及び汚れはパッド上に保持され、航空機のECSに侵入しないことである。
一実施形態では、第1の空気流は、第1の導管入口の下流の加湿された空気を含み、第2の空気流は、第2の導管入口の下流の加湿された空気を含んでよい。
したがって、第1のダクト及び第2のダクトは、暖かく加湿された空気をキャビン、コックピット又は乗務員休憩エリアに供給する。
更に、第1のダクト及び/又は第2のダクトは、送達の前に消費者に対し供給される空気の温度を調節するために、加熱要素を備えてよい。第2のダクトでは、この加熱要素は加湿装置の上流に配置されてよい。
先行するクレームのいずれかによる加湿システムでは、第1の導管及び/又は第2の導管は制御要素を備える。
一実施形態では、第1のダクト及び/又は第2のダクトは、例えば、バルブ又はファンの形態により制御要素を備える。それらのバルブは、それぞれ第1のダクト及び第2のダクトに配置されている圧力センサに応じて、集中制御及び調節される。
第1のダクト及び/又は第2のダクトは、圧力を調査するために圧力センサを備えてよい。圧力センサは、制御ユニット等に接続されてよく、該制御ユニットはECSを操作する能力がある。
更なる一実施形態では、第1のダクト及び第2のダクトは、それぞれ第1の導管入口及び第2の導管入口の下流に混合要素を備えてよい。
それらの混合要素によって、第1のダクトの第1の導管入口の下流及び第2のダクトの第2の導管入口の下流における加湿された空気と加湿されていない空気との優れた混合が保証されることができる。
本明細書で用いられている「上流に(upstream)」及び「下流に(downstream)」という用語は、対象のダクト又は導管におけるその時の空気の流れ方向を常に指す。「下流に」とは空気流に沿って流れることを意味し、「上流に」とは空気流の流れ又は流れることに逆らうことを意味する。
本明細書に示される実施形態は組み合わされることができ、1つの実施形態の様々な特徴は他の実施形態に導入されることができる。1つの実施形態に示される特徴は別の実施形態に適用されてもよい。特徴のいずれも、本明細書に示される別の実施形態に採用される又は実施されることから特に除外されない。
ここで、例示の目的のため、一実施形態として、添付の図面を参照して、本発明についてより詳細に説明する。
本発明の一実施形態の概略図。 本発明の一実施形態の断面概略図。
図1は、本発明による加湿システム1の一般的な基本概念を示す。加湿システム1は、空気供給ダクト2と、2方向マニホールド4と、第1のダクト6と、第2のダクト10と、を備える。2方向マニホールド4は、空気供給ダクト2と、第1のダクト6と、第2のダクト10と、に対して接続されている。供給空気流は新鮮な外気とリサイクルされたキャビン空気とを含む。該供給空気流は暖かく乾燥しており、2方向マニホールド4において第1のダクト6における第1の空気流と第2のダクト10における第2の空気流とに分割される。第1の空気流及び第2の空気流は、同様又は同じ空気量、したがって空気流量を含んでよい。この空気流量は、しかしながら環境に応じて、またダクトの数と、加湿又は処理された空気の供給が必要とされる航空機内のスペースの数とに応じて構成及び変更されてよい。第2のダクト10は加湿装置28を備え、該加湿装置は断熱タイプでよく、前記加湿装置28は入口42と出口44とを有する。第2の空気流は、第2のダクト10に対し接続されている第1の導管入口22(第2のダクト10の加湿装置22の下流に位置付けられている)を有する第1の導管8を介して、第1のダクト6に対し接続されている第1の導管出口20に向けて再分配されるように、加湿装置28において高レベルに過加湿される。第2のダクト10における空気湿度のバランスを取るために、第2の導管12が提供される。第2の導管12は、第1のダクト6に対し接続されている第2の導管出口36と、第1の導管出口22の下流において第2のダクト10に対し接続されている第2の導管入口34とを備える。第2の導管出口36は、第1の導管入口20の上流に位置付けられている。第2の導管12及び第1の導管8は、さらに、消費者48に対して送達される複数の空気流が等しい品質(したがって、等しい湿度及び温度)であるように、第1のダクト6からの暖かい乾燥空気と第2のダクト10からの冷たい過加湿空気とを再分配する能力がある。
第2のダクト10はバイパス30を備える。該バイパス30により特定量の第2の空気流が加湿装置28を迂回することが可能となる。係るバイパス30は、通常動作では閉じているが、第2のダクト10のどこかで圧力減少がある場合には開放されることができる。上述のように、バイパス30は、換気システムのバランスを取るように構成されている、固定して設置されている絞りを備えてよい。そうした絞りを、本明細書では受動絞りと呼ぶ場合がある。
ダクト及び/又は導管のいずれかは、そうした受動絞りを備えてよい。
加湿システム1では、航空機の環境制御システム(ECS)の操作パラメータ(換気システム全体における圧力要件を含むがこれらに限定されない)が考慮されるので、ECSの正しい動作が維持される。制御装置と調査ツールとを更に提供するために、圧力センサ18及びバルブ、ファン又は絞り(固定の又は調節可能な)の形態の制御要素16は、加湿システム1の様々な位置に提供されている。圧力センサ18は必須でないが、加湿システム及びECSの正しい動作を調査するために、必要な場所に置かれることができる。圧力センサ18がシステムにおける圧力減少を検知した場合には、対応する制御要素16が関与してよく、バルブが更に開放されたり、ファン速度が増加されたりしてよい。圧力増加が圧力センサ18のいずれかによって検知された場合、それぞれの制御要素16が制限を受けてよく、したがってバルブ開度が減少したり、ファン速度が低下したりしてよい。
圧力センサ18は、例えばバイパス30、消費者48の上流における第1のダクト6、消費者48の上流における第2のダクト10において等、加湿システム1において戦略的に配置されてよい。各圧力センサ18は、一緒に配置されてよく、これに加えて、1つの制御要素16の近くに配置されてよい。制御要素16は、したがって、第1のダクト6及び/又は第2のダクト10において、消費者48の上流に配置されてよい。同様に、制御要素16及び圧力センサ18は、第1の導管8及び/又は第2の導管12に配置されてよい。
また、制御要素16及び圧力センサ18は、本発明の必須の解決策ではなく、加湿システム1は、これらの要素を備えずに機能するように設計されている。その上、バイパス30も必須の解決策ではなく、例えば、図2には示されていない。
図1中の矢印は、図1における空気流の一般的な流れ方向を示す。
図2には、本発明の別の実施形態を断面概略図により示す。図2の加湿システム1’は図1と同様の手法により示されているが、しかしながら制御要素及び/又は圧力センサは備えていない。図2のバイパス30’は、加湿装置28’内に配置されており、実際の加湿デバイス又は加湿要素(例えば、加湿パッドの形態の)を迂回する。バイパス30と加湿装置28’内に配置されているという事実とを示すために、破線により表されている。図2中の矢印は、図2の実施形態における空気の流れの向きを示す。
図2に示される実施形態は、2方向マニホールド4’に対し接続されている空気供給ダクト2’を示す。該2方向マニホールド4’は、次いで、供給空気流を第1のダクト6’における第1の空気流と第2のダクト10’における第2の空気流とに分ける。第1の導管8’及び第2の導管12’もよく示されており、また第1のダクト6の第1の導管入口20’と、第1の導管入口20’の上流に配置されている第1のダクト6’の第2の導管出口36’との第1のダクト6’での配列はよく視認可能である。また、第1の導管出口22’が加湿装置28’の下流に配置されており、第2の導管入口34’が第1の導管出口22’の下流に配置されている第2のダクト10’での配列もよく視認可能であり、よく示されている。これらの配列は、加湿システム1,1’の機能を保証するのに重要である。
図2は、第1のダクト6’内の第1の導管入口20’の上流に配置されているバッフル要素50と、第2のダクト10’において第2の導管入口34’の上流に配置されているバッフル要素50とをさらに示す。バッフル要素50は、穿孔板等又は乾燥空気流と過加湿空気流が合わさると空気流中に最適な空気流の混合のための乱流を生成する他の案内要素であり得る。
加えて、図2は、第1のダクト6’に配置されている受動絞りの形態の制御要素16’と、バイパス30’とを示す。受動絞り16’は、平らな要素、例えば穴のあいた(例えば中央に)円盤を備える。該円盤は、第1のダクト6’及び/又はバイパス30’内に配置されている。上述のように、受動絞りは、図1に示されている実施形態におけるのと同様に加湿システム1,1’内の任意の適切な位置に配置されてよい。1つの又はいくつかの絞りが第1のダクト6,6’及び/又は第2のダクト10,10’及び/又は第1の導管8,8’及び/又は第2の導管12,12’に配置されてもよく、絞りが配置されなくてもよい。絞りの量及び配置は、システムの要求及び設計に依存する。
図1及び図2の実施形態は互いに交換可能であり、これは図2に示されている任意の特徴が図1の実施形態において採用可能であること、また反対に、図1に示されている任意の特徴が図2の実施形態において採用可能であることを意味する。特に、バッフル要素50は図1の実施形態においても設置されてよく、図1の実施形態において示される制御要素16及び圧力センサ18は、図2の実施形態において完全に又は部分的に採用されてよい。前述の通り、制御要素16,16’は、ファン、バルブ又は受動絞り/能動絞りとして具体化されてよい。
図1及び図2に示されている実施形態のいずれかでは、第1の導管8,8’及び第2の導管12,12’は、第1の導管入口20,20’及び第2の導管出口36,36’及び第1の導管出口22,22’及び第2の導管入口34,34’の配列が守られている限りは、1つの空気パイプ等において組み合わせられてよい。
図1及び図2の実施形態は、両方とも2方向マニホールド4,4’と空気供給ダクト2,2’とを備えて示されているが、該2方向マニホールド4,4’及び空気供給ダクト2,2’は存在しなくてもよく、本発明はそれでも機能し、それでも用いられることができる。例えば、第1のダクト6,6’及び第2のダクト10,10’は、航空機の2つの異なるポート又はパッカーから取られた供給空気流を各々含むことが可能である。2方向マニホールド4,4’が存在しない場合には、第1のダクト6,6’は、加湿装置28,28’又はバイパス30,30’に到達する前に供給空気流を含んでよく、同様に、第2の導管出口36,36’に到達する前に、第1のダクト6,6’は供給空気流を含んでよい。

Claims (15)

  1. 航空機用の加湿システム(1)であって、
    空気の流れである第1の空気流を導くように構成されている第1のダクト(6,6’)と、
    空気の流れである第2の空気流を導くように構成されている第2のダクト(10,10’)であって、前記第2のダクト(10,10’)中の前記空気を加湿するための加湿装置(28,28’)を備える、第2のダクト(10,10’)と、を備え、
    前記加湿システムは、
    前記第2の空気流の一部を前記第1のダクト(6,6’)に向けるための第1の導管(8,8’)であって、前記第1のダクト(6,6’)に導き入れる第1の導管入口(20,20’)と前記第2のダクト(10,10’)からの第1の導管出口(22,22’)とを備える、第1の導管(8,8’)と、
    前記第1の空気流の一部を前記第2のダクト(10,10’)に向けるための第2の導管(12,12’)であって、前記第2のダクト(10,10’)に導き入れる第2の導管入口(34,34’)と前記第1のダクト(6,6’)からの第2の導管出口(36,36’)と、をさらに備え、前記第1の導管出口(22,22’)は前記加湿装置(28,28’)の下流に配置されており、前記第2の導管入口(34,34’)は前記第1の導管出口(22,22’)の下流に配置されており、前記第1の導管入口(20,20’)は前記第2の導管出口(36,36’)の下流に配置されている、加湿システム。
  2. 供給空気流を導くように構成されている空気供給ダクト(2,2’)と、前記空気供給ダクト(2,2’)、前記第1のダクト(6,6’)、及び前記第2のダクト(10,10’)に接続されている2方向マニホールド(4,4’)と、を備え、それにより前記空気が前記空気供給ダクト(2,2’)から前記2方向マニホールド(4,4’)の中に流れ、次いで部分的に前記第1のダクト(6,6’)及び前記第2のダクト(10,10’)の中に流れ、前記第1の空気流と前記第2の空気流とを形成するように構成されている、請求項1に記載の加湿システム。
  3. 前記加湿装置(28,28’)は断熱加湿装置である、請求項1又は2に記載の加湿システム。
  4. 前記第2のダクト(10,10’)の前記加湿装置(28,28’)を迂回するように構成されているバイパス(30,30’)をさらに備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の加湿システム。
  5. 前記バイパス(30)は制御要素(16,16’)を備える、請求項4に記載の加湿システム。
  6. 前記第1の導管(8,8’)及び前記第2の導管(12,12’)は1つのダクト又はパイプに配置されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の加湿システム。
  7. 前記加湿装置(28,28’)は、前記第2の空気流を加湿するための加湿パッドを備える、請求項1~6のいずれか一項に記載の加湿システム。
  8. 前記第1の空気流は、前記第1の導管入口(20,20’)の下流の加湿された空気を含み、前記第2の空気流は、前記第2の導管入口(34,34’)の下流の加湿された空気を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の加湿システム。
  9. 前記第1の導管(8,8’)、前記第2の導管(12,12’)、又はその両方は、制御要素(16,16’)を備える、請求項1~8のいずれか一項に記載の加湿システム。
  10. 前記第1のダクト(6,6’)、前記第2のダクト(10,10’)、又はその両方は、制御要素(16,16’)を備える、請求項1~9のいずれか一項に記載の加湿システム。
  11. 前記第1のダクト(6,6’)及び前記第2のダクト(10,10’)は、それぞれ前記第1の導管入口(20,20’)の下流及び前記第2の導管入口(34,34’)の下流に、バッフル要素(50)を備える、請求項1~10のいずれか一項に記載の加湿システム。
  12. 前記第1のダクト(6,6’)、前記第2のダクト(10,10’)、又はその両方は、1つ以上の圧力センサ(18)を備える、請求項1~11のいずれか一項に記載の加湿システム。
  13. 前記第1の導管(8,8’)、前記第2の導管(12,12’)、又はその両方は、1つ以上の圧力センサ(18)を備える、請求項1~12のいずれか一項に記載の加湿システム。
  14. 前記制御要素(16,16’)は、ファン、バルブ又は絞りのいずれかである、請求項5、9又は10のいずれか一項に記載の加湿システム。
  15. 前記制御要素(16,16’)、前記圧力センサ(18)、又はその両方は、航空機の環境制御システムを管理するように構成されている制御ユニットに対して接続されている、請求項5、9、10、12又は13のいずれか一項に記載の加湿システム。
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