JP4732520B2 - 航空機に加湿した雰囲気を供給するための構造 - Google Patents

Description

この発明は、航空機に加湿した雰囲気を供給するための構造に関連する。

現代の旅客機並びに貨物航空機において、航空機内の雰囲気の相対湿度を例えば２０から３０％またはそれよりも高い値に増加することのできる加湿システムを設置することは慣例となっている。航空機内の相対大気湿度は、乗客及び乗務員の快適性の重要な指標である。室内の空気が乾燥し過ぎていると、搭乗者は例えば目の粘膜の乾燥や目の痒みを発症する場合がある。しかしながら、特に高空では、大気は、強制的な加湿無しでは、航空機内に供給される快適な雰囲気条件に必要とされる相対大気湿度となる充分な水分を含んでいない。搭乗者数、雰囲気温度及び航空機内部の構造によるが、強制的な加湿なしでは、機内の相対大気湿度は通常では明らかに２０％以下であり、さらには１０％以下ということも多い。

米国特許第６，０９９，４０４号明細書により、熱交換器を用いて水を蒸発させる蒸発器を備えた航空機用加湿システムが公知である。この熱交換器は、航空機の客室の温度制御用空調システムの加熱空気主系統から取り出される加熱空気の供給を受ける。加熱空気は熱交換器を通った後、結果的に生じる蒸気と混合される。このようにして作られた蒸気流れは空調システムに送り戻される。航空機の客室では、適当な感知装置が雰囲気温度、相対大気湿度及び気圧を測定する。これらの測定された数値から、電子制御装置が客室の露点温度を求め、蒸発器への加熱空気の流量を決める調節弁を調整し、客室の露点温度を所定の値で実質的に一定に保つ。
米国特許第６，０９９，４０４号明細書

この発明の目的は、単純且つ頑丈でありながら適切な精度で稼動する、航空機の内部空気用加湿システムを提供することである。

この目的を達成するため、この発明によれば、
−供給空気を取り入れ、その供給空気を航空機の室内へ吹き入れる第１のライン構造と、
−航空機の必要室内圧力よりも高い所定の圧力値と同程度の圧力である蒸気流れを供給する蒸発装置と、
−前記蒸気流れを運び、前記第１のライン構造に通じる第２のライン構造と、
−蒸気流れの圧力を低下させるために前記第２のライン構造内に配置された開口構造、
を備える、加湿した大気を航空機に供給する構造が提供される。

この発明に従う解決手段は、航空機内の大気の効果的な加湿を可能にするものであり、蒸気流れの所定の圧力及び開口構造によって、室内に導入されるべき蒸気及び／又は上記と空気の混合物の量を十分に正確に定量可能にする。この発明に従う解決手段により、室内の周囲温度、相対大気湿度及び大気圧の測定用の高価なセンサ装置は不要となる。

また、第１のライン構造は、個別に温度調整可能な航空機の複数の室内区域の各々に関連付けられた供給空気用分岐を備えており、第２のライン構造は、各々が１つの供給空気用分岐に通じており、蒸発手段から発生した蒸気流れを運ぶ共通蒸気流れ集合ラインから供給を受ける複数の蒸気流れ用分岐を備えている。この場合の開口構造は、１つの開口を各々の蒸気流れ用分岐に備える。この形態の構成は、種々の開口によって、各室内区域に導入される水分量を個別に調整可能にする。

好適な実施形態において、蒸発装置は、蒸発タンクに収容されている水の蒸発のために加熱空気を供給する熱交換器を備えてもよい。特に、蒸気流れを発生させる蒸発装置は、生じた蒸気を前記加熱空気の全部又は一部と混合させてもよい。加熱空気は、航空機の既存の加熱空気系統から導かれてもよい。特に、この導かれる加熱空気は、蒸気流れの所定の圧力に略対応する実質的に一定の圧力で既に利用可能であると考えられる。しかしながら、蒸発装置自体が、電気加熱装置を用いて冷たい空気を加熱すると同時に、このようにして加熱された空気の必要な所定圧力を保証するように加熱空気を供給することも考えられる。

構成の代替的形態において、蒸発装置は、蒸発タンクに収容されている水を直接加熱し蒸発させる電気加熱手段を備える。この構成の形態において、蒸発タンク内に必要蒸気圧が得られるまで水を加熱する。蒸気圧を一定に保つために、水の温度調節が考えられる。

この発明を、添付の図面を参照しつつ、以下に詳細に説明する。図１は、この発明に従う、加湿した大気を航空機に供給する構造の実施形態を概略的に示す。

この図において、１０は、複数（図示の例では５個）の客室区域１２、１４、１６、１８、２０に再分割されている航空機の客室を示している。これらの客室区域のそれぞれは個別に空調されており、適切に温度制御された供給空気が、各々の空調された区域に供給空気用分岐２２により送り込まれる。図１には示していないが、供給空気用分岐２２に沿って運ばれる供給空気が、複数の噴射ノズルを介して関連する空調された区域に吹き込まれることは自明である。吹き込まれるべき供給空気の温度は、各供給空気用分岐２２毎に温度センサ２４にて測定され、このセンサは、電気信号線２６を通して電子制御装置２８に測定値を供給する。測定される噴射空気温度に基づき、さらには随意に測定される量に基づき、制御ユニット２８は、公知の手法で、供給空気ライン分岐２２により取り入れられる空気の温度を制御し、客室区域１２−２０においては、各空調区域で個別に定義可能な、周囲空気の設定温度を上げる。

客室区域１２−２０に噴射される供給空気の強制的な加湿に対して、全体として３０にて示される加湿システムは、水タンク３４から供給される水を蒸発させ蒸気流れを発生する蒸発器３２を備えており、この蒸気流れは、蒸発器３２から出て蒸気流れ集合ライン３６に沿って運ばれる。蒸気流れ集合ライン３６はディストリビュ−タ３８に接続され、そこから客室区域１２−２０の少なくとも幾つかに個別に関連付けられた蒸気流れライン分岐４０に広がる。図示の例において、客室区域１２、１４、１６、１８に関連付けられた合計で４本の蒸気流れライン分岐４０が設けられている。各蒸気流れライン分岐は、それぞれの供給空気用分岐内の噴射空気温度を測定する温度センサ２４の上流にある位置で、関連する客室区域用の供給空気ライン分岐２２に関連付けられる。蒸気流れライン分岐４０を介して、供給空気ライン分岐２２に取り入れられた供給空気はさらなる水分が富化され、これによって関連する客室区域内の相対湿度が相応に増加するという結果となる。このような強制的な加湿は、全ての客室区域に行うことができることは自明である。この場合、ディストリビュ−タ３８から分かれ、客室区域２０に関連付けられたさらなる供給空気ライン分岐に開口する蒸気流れライン分岐４０があってもよい。

水タンク３４を蒸発器３２に接続している入口ライン４２に設置されているのは、電子制御ユニット２８により制御可能なバルブ４４であり、それによって蒸発器３２への水の供給を制御可能である。さらなるバルブ４８が設置されている出口ライン４６は、蒸発器３２からの水を制御した状態で排出可能とする。また、バルブ４８は、電子制御ユニット２８により制御が可能である。レベルセンサ５０は蒸発器３２内の水位を測定し、対応する測定値を電子制御ユニット２８に供給する。測定された充満高さに基づいて、電子制御ユニット２８は水供給バルブ４４を制御する。

蒸発器３２は、発生した蒸気流れを集合ライン３６に沿って略所定の圧力で供給するが、この圧力は、客室１０及び／又は個別の客室区域１２−２０内の所望の室内圧力より高い。例えば、蒸発器３２はおおよそ１０００ｍｂａｒの圧力にて蒸気流れを発生させることができる。各々の蒸気流れライン分岐４０に設けられた開口５２は、集合ライン３６に沿って広がる高い圧力レベルから、低い圧力レベルへの減圧をもたらすが、開口５２は、蒸気流れライン分岐４０のそれぞれに対して、個別の減圧調整を可能とする。このようにして、強制加湿が行われる各々の客室区域１２−１８に対して、各々の状況にて送り込まれる水分量を個別に調整することができる。望ましくは、開口５２は、関連する客室区域において望まれる客室圧力にほぼ対応するレベルへの減圧をもたらす。標高の高いところでの飛行の場合、望ましい客室圧力は、例えば一般的には対気圧を若干下回る圧力、例えば約７５０ｍｂａｒである。開口５２が、調整不可能な開口径を有している場合、または調整可能な絞り弁又は弁の形をしている場合は、客室区域１２−１８の望ましい水分量に応じて、例えば同様に約７５０ｍｂａｒへの、またはそれよりも若干高い、例えば８００ｍｂａｒへの減圧をもたらすことができる。

飛行中に、開口５２は調整可能であり、電子制御ユニット２８により調整することができると基本的に考えられるが、好ましい構成の形態においては、定期飛行の開始前に、開口５２を校正し、その後はもはや変更しない。構成の段階で、例えば連続した試験を通して、特定の客室区域における望ましい相対湿度を達成するために必要な開口の寸法を確立しておくことが可能である。

蒸発器３２は、例えば、米国特許第６，０９９，４０４号の図で１により示されていような構成要素として開示されているような設計である。したがって、蒸発器３２は加熱空気が供給される熱交換器を含むことができ、加熱空気の熱エネルギーは、蒸発器３２に収容されている水を蒸発させるために使用される。加熱空気は、加熱空気供給ライン５４を通って蒸発器３２の底部領域に導入され、熱交換器を通過して蒸発器３２の上部領域にて生じた蒸気と混合されるので、集合ライン３６内を運ばれる蒸気流れは蒸気と空気の混合物となる。加熱空気供給ライン５４には調節弁５６を取り付けることができ、これによって蒸発器３２への加熱空気の流れが制御可能となる。この調節弁５６の制御は、同様に電子制御ユニット２８によって行うことができる。

加熱空気供給ライン５４に沿って利用可能な加熱空気は、加湿システム３０とは独立して存在する航空機の加熱空気回路から転用される。この場合、加熱空気を、例えばエンジン抽気、トリム空気または循環空気とすることができる。強制加湿無しの場合を含めた航空機用の従来の空調システムは、加熱空気回路で、これらの種類の空気の１種以上を運んでいる。

さらに航空機の既存の加熱空気回路は、加熱空気を加湿システムに適した圧力、すなわち、例えば約１０００ｍｂａｒの圧力にて供給することもある。この場合、加湿システム３０の機能性の一部として、使用可能な加熱空気に関る分圧規制に該当しなくすることができる。集合ライン３６内の所望の圧力よりも極めて高い圧力である、十分に高い圧力にて加熱空気が利用可能な場合には、供給された加熱空気を適切な減圧手段にて望ましい圧力にまで下げ、このようにして減圧した加熱空気を蒸発器３２に導入することが考えられる。減圧手段としては、従来の減圧弁とすることができる。図１に示す調節弁５６を、必要であれば、供給される加熱空気の意図的な減圧に用いることができる。

供給される加熱空気の圧力及び／又は集合ライン３６の圧力を測定する圧力測定手段であって、電子制御ユニット２８が測定された圧力に基づいて、加熱空気供給ライン５４に、例えばバルブ５６の形態で配置された圧力制御要素を制御して、測定された圧力が所望の設定圧力に対応するようにした圧力測定手段を設けることも考えられる。

航空機に既に存在する加熱空気の利用に関する変形として、加湿システム３０が、冷気を加熱することにより水の蒸発に必要な加熱空気を作り出すために、電気加熱手段（詳細には説明せず）を備えることが考えられる。冷気の加熱は、例えば、加熱空気供給ライン５４により蒸発器３２に接続されている分離した加熱チャンバ内で行うことができる。あるいは、加熱手段を供給ライン５４に沿って配設し、ライン５４内を運ばれる冷気が蒸発器３２への途中で加熱されるようにすることもできる。同様に、冷気を蒸発器内のみで、これに設けられた加熱空間で加熱することもできる。制御ユニット２８につながる圧力逃がし弁又は圧力調節回路により、蒸発器３２の熱交換器に導入される空気の圧力を同様に調節して、必要な客室圧力よりも高い所望の所定圧力が集合ライン３６内に広がる。

熱交換器及び加熱空気の使用を省くことも考えられるが、その代わりに、適当な電気加熱手段により蒸発器３２の中で水を熱することも考えられる。このような構成とした場合、結果として生じる蒸気は加熱空気と混合はされない。従って、集合ライン３６の中での蒸気流れは、実質的に水蒸気のみになる。ここでも、圧力逃がし弁構造または圧力調節回路により、集合ライン３６の中に放出される水蒸気は、例えば約１０００ｍｂａｒである所望の高圧を有することができる。

加湿した雰囲気を航空機に供給する構造を示す。

Claims (4)

1. 加湿した雰囲気を航空機に供給する構造であって、
   −供給空気を取り入れ、その供給空気を航空機の室内（１０）へ吹き入れる第１のライン構造（２２）と、
   −航空機の必要室内圧力よりも高い所定の圧力値と同程度の圧力である蒸気流れを供給する蒸発装置（３２）と、
   −前記蒸気流れを運び、前記第１のライン構造（２２）に通じる第２のライン構造（３６、３８、４０）と、
   −蒸気流れの圧力を低下させるために前記第２のライン構造（３６、３８、４０）内に配置された開口構造（５２）、
   を備え、
   前記第１のライン構造（２２）は、個別に温度調整可能な航空機の複数の室内区域（１２−１８）の各々に関連付けられた供給空気用分岐（２２）を備えており、前記第２のライン構造（３６、３８、４０）は、各々が１つの供給空気用分岐（２２）に通じており、蒸発手段から発生した蒸気流れを運ぶ共通蒸気流れ集合ライン（３６）から供給を受ける複数の蒸気流れ用分岐を備えており、前記開口構造は、１つの開口（５２）を各々の蒸気流れ用分岐（４０）に備えることを特徴とする構造。
2. 請求項１に記載の構造であって、
   前記蒸発装置（３２）が蒸発タンクに収容されている水の蒸発のための加熱空気を供給する熱交換器を備える構造。
3. 請求項２に記載の構造であって、
   蒸気流れを発生させる前記蒸発装置（３２）は、生じた水蒸気を前記加熱空気の全部又は一部と混合させる構造。
4. 請求項１に記載の構造であって、
   前記蒸発装置（３２）は、蒸発タンクに収納されている水を加熱し蒸発させる電気加熱手段を備える構造。

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