JP5047966B2 - 航空機用の構造的に統合された真空下水システムのためのタンクモジュール - Google Patents

Description

［関連出願の参照］
本出願は、２００５年８月９日に出願の独国特許出願第１０ ２００５ ０３７ ５７８．２号明細書、および２００５年８月９日に出願の米国仮特許出願第６０／７０６，５７６号明細書の出願日の利益を主張するものであり、その開示は参照によって本明細書に援用されている。

本発明は、一般に、航空機において液状媒体の供給および処理をする技術分野に関する。本発明は、具体的には、航空機胴体に独立部品の形で取り付けることができるタンクモジュールに関する。さらに、本発明は、航空機に関し、上述のタンクモジュールの形で液体媒体を収容する少なくとも１つのレセプタクルを提供する。

旅客機において廃水を処理するためには、真空廃水システムを利用するのが一般的であり、糞便物は、気流を用いてパイプラインによって便器から廃水収集タンクまで運ばれる。
航空機の飛行中には、気流は、外気とキャビン空気との間の差圧から生まれる。
このようにして収集した廃水は、航空機が地上に着陸した後、排水結合部品を通して処理することができる。

一般に、廃水収集タンクは、キャビンの圧力ゾーン（特に貨物エリア）において航空機構造にしっかりと取り付けられる、１つ以上のレセプタクルから成る。航空機の構造および装置を非常に長期にわたって組み立てる際に、廃水収集タンクのサイズに基づいて、あらかじめレセプタクルを設置しておく必要がある。
構造および装置を組み立てる際に、早期に廃水収集タンクを設置するので、廃水収集タンクは、この組立てステップならびに次のステップの間に、航空機の内部における更なる組立てに支障をきたす。さらにまた、航空機の構造に廃水収集タンクを取付けると、廃水収集タンク用の取付け部材の形として、およびタンクの重量を航空機の構造に安全に伝達するための更なる構造補強の形として、重量が増加し、航空機の全体重量の望ましくない増加をもたらす。

公知の廃水収集タンクに関連する上記の問題に基づいて、本発明は、上記の問題を低減するように、例えば廃水を収容するための適切なタンクをさらに開発することを目的する。

本発明の第１の態様によれば、航空機の胴体開口部に設置するように設計されるタンクモジュールが開示される。この場合、本発明のタンクモジュールは、少なくとも１つのレセプタクルならびにシェルセクションを基本的に備え、それらはタンクモジュールの外面を形成し、レセプタクルに連結される。シェルセクションは、例えば、コンテナの壁のセクションから成ってもよい。
１つの特定の実施形態によれば、レセプタクルの底部は、シェルセクションによって形成してもよい。もちろん、レセプタクルから一定の距離にシェルセクションを配置することも可能であり、その場合には、シェルセクションは、支持構造または接続構造によってレセプタクルに単に接続される。

構造および装置を組み立てる際に、航空機胴体の内部に本発明のタンクモジュールをあらかじめ設置しなければならないという要件を取り除くために、シェルセクションは、航空機胴体の胴体開口部の輪郭に対応する輪郭を有するので、シェルセクションを有する航空機胴体にタンクモジュールをいつでも取り付けることができる。
この場合、航空機胴体の外部の不連続性がまったく気づかれないように、タンクモジュールのレセプタクルは、航空機胴体の内部に配置され、胴体開口部は、シェルセクションによって完全に封止される。

上述の実施形態は、航空機胴体とは別にタンクモジュールを製造することが可能なので、航空機胴体の構造および装置の組立てを促進できることを示す。その理由は、例えば航空機胴体を最終的に組み立てるまでは、本発明のタンクモジュールを統合する必要がないからである。

「シェルセクション」という用語が本発明の状況において使用されるときには必ず、「シェル」という用語は、静力学の分野にて属する意味で常に理解すべきである。
従って、シェルセクションは、モノコック構造によって外部負荷を隣接する支持構造に転換できるモノコック部品、例えば航空機の胴体開口部などから成る。
一方では、シェルセクションは、航空機胴体から生じる負荷をモノコック構造によって吸収することができる。
従って、シェルセクションは、胴体開口部によって航空機胴体に生じる比較的重要な不連続性を補うことができるので、タンクモジュールを収容するための胴体開口部の結果として、航空機胴体がわずかに弱化するだけで済む。

上記のように、従来の廃水収集タンクは、一般に、廃水収集タンクから生じる負荷を航空機構造に安全かつ確実に転換するために、補助の取付け部材および更なる構造補強を用いて設置する必要がある。
一定の状況下において、航空機胴体の胴体開口部の中に、タンクモジュールの本発明の統合を行うことは、タンクモジュールを収容するための胴体開口部の領域において更なる構造補強を必要とすることがある。しかしながら、これらの構造補強によって加わる重量は、従来の廃水収集タンクの設置のために必要な取付け部材および更なる構造補強よりも少ないので、この更なる重量の大部分は、本発明によって償うことができる。

胴体開口部によって生じる航空機胴体の構造的な弱化を補うために、シェルセクションは、シェルセクションが胴体開口部に設置されるときにこの弱化を補うような寸法を有する。

航空機胴体の胴体開口部が航空機胴体の内部の圧力降下を引き起こすことを防止するために、シェルセクションは、航空機胴体の内部を外部から封止する。例えば、シェルセクションの外側の輪郭を、胴体開口部の内側の輪郭に非常に正確に適合させることによって、そのような封止を実現することができるので、これらの２つの輪郭面は、組み立てられた状態で互いに密接に隣接し、圧力の均等化が生じ得ない。
２つの輪郭面をそのように正確に合わせて適合させることは、非常に実現しにくいので、胴体開口部の輪郭、シェルセクションの輪郭の少なくとも一方に、周辺シーリング部材（例えば２つの輪郭面の考え得る寸法誤差を補うゴムシール）を提供することも可能である。

上記のように、タンクモジュールのシェルセクションは、例えばレセプタクル底部の形で、少なくとも１つのレセプタクルの下端を形成してもよい。その結果、タンクモジュールは、例えば、航空機胴体の下側に挿入することができ、この場合にはシェルセクションは航空機胴体の外壁面（スキン）の連続的な延長を形成する。

タンクモジュールのシェルセクションのモノコック構造を改善するために、少なくとも１つのレセプタクルおよびシェルセクションを、１つの部品で実現してもよい。例えば、レセプタクルおよびシェルセクションから成るタンクモジュールは、射出成形された部分の形として製造してもよい。
あるいは、レセプタクルおよびシェルセクションの統合された設計は、繊維材料（例えば炭素繊維強化プラスチック（略記ＣＦＲＰ）またはガラス繊維強化プラスチック（略記ＧＦＲＰ））から、これらの２つの部品を１つの部品として製造することによって達成することもできる。
そのような複合繊維材料は、重量が少ないにもかかわらず極めて強く、従って航空工学および宇宙飛行工学の分野における使用に特に適している。

本発明は、従来の廃水収集タンクに関連する上記の問題を取り除くことに基づくが、タンクモジュールの本発明の設計は、他のレセプタクル（例えば淡水レセプタクルまたは燃料タンク）に移転することもできる。
本発明のタンクモジュールの形で、廃水レセプタクル、淡水レセプタクル、または燃料タンクを実現することは、例えば、２つのフライト（飛行、便）の間に必要な整備時間を短くするというプラスの効果を有することがある。
２つのフライトの間における、航空機の給油、新たな給水の補給、および廃水の処理は、体積流量が非常に低いことが多いので、通常は非常に時間がかかる。

空の廃水レセプタクル、または補充された淡水レセプタクル、または燃料タンクを、例えば航空機の到着の前にすでに準備することができ、その結果、使用済みの廃水レセプタクル、淡水レセプタクル、または燃料タンクを単に交換するだけでよいので、本発明のタンクモジュールを利用することによって、液状媒体の補給および処理に必要な時間を短縮することができる。
従来の補給および処理のコンセプトとは対照的に、このことは、整備時間の間に著しい時間の節約を実現することを可能にする。すなわち、航空機の休止時間を低減することができ、飛行時間を最大限にすることができるので、総合効率が改善される。

本発明のタンクモジュールを迅速に交換するために、タンクモジュールの少なくとも１つのレセプタクルは、少なくとも１つのレセプタクルを航空機胴体の内部の給水管システムに結合するための結合部品を特徴とする。
この給水管システムは、レセプタクルのそれぞれの設計（廃水レセプタクル、淡水レセプタクルまたは燃料タンク）に依存して、トイレに接続される（真空）パイプシステム、厨房、洗面所および他の淡水消費者に接続される淡水パイプシステム、または個々の燃料消費者に供給できる燃料供給パイプシステムのいずれかから成る。

低い飛行高度において、または航空機が空港で休止中に、外気と内部のキャビン空気との間の差圧は、トイレからの糞便物を処理する気流を生み出すためには、存在しないかまたは不十分であるため、本発明のタンクモジュールは、必要な差圧を確立できる真空発生器をさらに備える。
この真空発生器は、レセプタクルにおいて、従って給水管システムにおいて、負圧を生み出すことができるので、トイレおよびパイプラインシステムからの糞便物を、タンクモジュールの少なくとも１つのレセプタクルに運ぶことができる。
約８０００〜１００００ｍの通常の飛行高度における通例の差圧は、約５７０ｈＰａであるが、「人工」差圧を生み出すためには、２５０〜２７０ｈＰａの最小限の差圧を生み出すことができる真空発生器を利用すれば十分である。

タンクモジュールの少なくとも１つのレセプタクルにおける充填レベルに関する最新情報を常に得るために、タンクモジュールは、瞬間的な充填レベルを測定できる装置をさらに備える。
そのような充填レベルゲージによって、整備時間および休止時間をさらに削減することができる。その理由は、それによってタンクモジュールにおそらく必要な交換に関する予測ができるからである。

タンクモジュールの廃水レセプタクルは、特に短距離フライトの間には、全容量までは使い切らないので、タンクモジュールの交換は、２〜３回のフライト（飛行、便）、またはさらに短距離のフライトの完了までは必要でないことがある。

本発明のタンクモジュールに対して実行する交換作業および保守作業を、ほとんど自動化する目的で、例えばすすぎ作業工程の形で、休止時間の間に洗浄作業工程を実施するために、タンクモジュールまたは少なくとも１つのレセプタクルに、洗浄装置を提供してもよい。

前述の開示によれば、進歩性あるタンクモジュールの少なくとも１つのレセプタクルの内部は、タンクモジュールのシェルセクションの形で、航空機胴体の外壁面（スキン）に直接に接する。
しかしながら、高い飛行高度においては外気温度が非常に低いので、少なくとも１つのレセプタクルの内容物は、高い飛行高度において非常に容易に凍結する傾向を有する。
この問題を解決するために、本発明のタンクモジュールは、少なくとも１つのレセプタクルを加熱するための少なくとも１つの装置をさらに備えてもよい。この装置は、例えば、少なくとも１つのレセプタクルの壁に統合される加熱ジャケットまたは加熱スパイラルから成ってもよい。

各タンクは、タンクモジュールの少なくとも１つのタンクを空にするための排水装置をさらに特徴とする。この排水装置は、例えば、対応する閉止弁を割り当てられる排水結合部品から成ってもよい。
タンクモジュールがいくつかのレセプタクルを備える場合には、各レセプタクルは、排水接続部品と割り当てられた閉止弁とを有する独立の排水装置を特徴としてもよく、すべての排水ユニットは、割り当てられた閉止弁を処理方向において有する共通の排水接続部品として一体になってもよいので、１つの接続部品のみを介してすべてのレセプタクルを空にすることができる。

前述の説明によれば、本発明のタンクモジュールは、異なる電気消費者を特徴としてもよいので、電気エネルギー供給が必要である。電気エネルギーは、特に、真空発生器、充填レベルゲージ、加熱装置、および、あてはまる場合には洗浄装置のために必要である。
これらの電消費者のための電源供給を確実にするために、タンクモジュールは、航空機胴体の内部の電源装置にタンクモジュールを接続するための接続部をさらに有することを特徴とする。

この接続部が電気用プラグタイプのコネクタの形で実現される場合、更なるにタンクモジュールの迅速な交換を更に促進するプラスの効果を有する。
航空機胴体からタンクモジュールを取り外すと、航空機胴体の内部におけるタンクモジュールと電源装置との間の電気プラグ接続部が自動的に切り離されることがあり、タンクモジュールが航空機胴体に設置されると、航空機の内部の電源装置との接続が自動的に回復する。

本発明のタンクモジュールは、航空機の休止時間および整備時間を顕著に短縮できるので、本発明がこのように航空機に直接的な影響を有するということを、前述の説明は明瞭に示している。
この点で、本発明の別の態様は、廃水レセプタクル、淡水レセプタクル、または燃料タンクとして利用される少なくとも１つのレセプタクルを特徴とする航空機に関し、タンクモジュールは、上記の特性に従って実現される。

図１は、必ずしも原寸大ではないが、定量的なサイズの関係を反映する。
添付の図面を参照して、下記に本発明を例示的な方法で記載する。

図１は、航空機胴体９の胴体開口部８に設置する直前の、本発明のタンクモジュール１を示す。
タンクモジュール１は、この場合に胴体シェルの形で実現されるシェルセクション５と、その内側においてシェルセクション５に一体的に接続されるレセプタクル１０とを基本的に備える。
透視図法のために１つのレセプタクル１０のみが見えるが、シェルセクション５の上に１つより多くのレセプタクルを配置することももちろん可能である。

上記のように少なくとも１つのレセプタクル１０にシェルセクション５を一体的に接続する代わりに、例えば、スペーサ部材を用いて、シェルセクション５をレセプタクル１０から一定距離だけ離して配置することも可能である。
しかしながら、図１に示すタンクモジュール１において、シェルセクション５は、レセプタクル１０の底部を形成するように配置する。

レセプタクル１０ならびにシェルセクション５は、例えば複合繊維材料（例えばＧＦＲＰまたはＣＦＲＰ）から製造してもよい。
レセプタクル１０およびシェルセクション５からなるタンクモジュールの統合された設計は、この場合にはシェルセクション５の補強に寄与するレセプタクル１０の側壁のプラスの効果を提供するので、シェルセクション５のモノコック構造がさらに改善される。

図１はまた、シェルセクションの外側の境界が胴体開口部８の輪郭に正確に適合するので、タンクモジュールをシェルセクション５に正確に合うように胴体開口部８に挿入することができ、レセプタクル１０が航空機胴体９の内部の貨物エリア６内に最終的に配置されることを示す。
タンクモジュール１が設置された状態で、シェルセクション５は、貨物エリア６を外気から封止し、シェルセクション５は、レセプタクル１０の下端を形成し、同時に胴体開口部８を封止する。

その上側において、レセプタクル１０は、航空機胴体の内部の給水管システムにレセプタクル１０を接続するためのパイプ接続部品４を提供される。
この接続部品４は、例えば、真空ライン接続部から成ってもよいので、レセプタクル１０において生み出される真空を用いて、航空機の内部の給水管システムを介して、糞便物を、吸入によって除去し、レセプタクル１０に運ぶことができる。

そのような真空を供給する流れを生み出すために、真空発生器３は、タンクモジュール１に配置され、レセプタクル１０を空にするように設計される。
真空発生器３は、レセプタクル１０から排出される空気を、外気接続部１１を介して外に運び出す。

レセプタクル１０の排気用に、高い飛行高度において存在する外気とキャビン空気との間の差圧を利用するために、タンクモジュール１は、真空発生器３を通過する平行気流を伝達できるバイパスライン１２をさらに提供される。
この措置によって、高い飛行高度における外気と内部キャビン空気との間の差圧は、この差圧によってレセプタクル１０を排気することを可能にするので、航空機が地上で休止中または低い飛行高度で飛行中のみに真空発生器３のスイッチを入れればよい。

さらに、レセプタクル１０にある糞便物を排水するために、タンクモジュール１は、吸入によってこの糞便物を外に除去するための排水装置２を特徴とする。

明確に図示されてはいないが、タンクモジュールは、レセプタクル１０における瞬間的な充填レベルを測定するための装置をさらに備えてもよい。
例えば、すすぎ作業工程の形で、レセプタクルの内部を洗浄する装置を提供することも可能である。

図１によれば、レセプタクル１０はシェルセクションの形で外壁面（スキン）５に直接に接するので、特に、高い飛行高度にて優勢な低温において、レセプタクル１０の主に液体の内容物は凍結する傾向を有する。
さらに、この凍結する危険を取り除くために、本発明のタンクモジュール１は、例えば、加熱ジャケットまたは加熱スパイラルの形で、レセプタクルの壁に統合できる、少なくとも１つのレセプタクル１０を加熱する装置を備えてもよい。

航空機胴体の胴体開口部に設置する際の、本発明のタンクモジュールを示す投影図である。

符号の説明

１…タンクモジュール、２…排水装置、３…真空発生器、４…（給水管コネクタ）、５…シェルセクション、６…貨物エリア、７…客室、８…胴体開口部、９…航空機胴体、１０…レセプタクル、１１…外気接続部、１２…バイパスライン

Claims (14)

1. 航空機胴体（９）の胴体開口部（８）内に設置されるタンクモジュール（１）であって、
   少なくとも１つのレセプタクル（１０）と、
   前記タンクモジュール（１）の外端部を形成して、前記レセプタクル（１０）に連結されるシェルセクション（５）とを含み、
   前記シェルセクション（５）は、前記胴体開口部（８）に対応する輪郭を有し、
   前記レセプタクル（１０）が前記航空機胴体の内部（６）に配置されるように、前記タンクモジュール（１）は、前記シェルセクション（５）とともに前記胴体開口部内に装着可能であり、
   前記航空機胴体（９）の前記内部（６）と、外側雰囲気との間の圧力平衡が起こり得ないように、前記シェルセクション（５）は、外部と関連して前記航空機胴体（９）の前記内部（６）を封止する、ことを特徴とするタンクモジュール。
2. 前記シェルセクション（５）は、前記胴体開口部（８）の下側内に装着するために、前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）の下端を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のタンクモジュール。
3. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）および前記シェルセクション（５）は、１つの部品で実現される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のタンクモジュール。
4. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）および前記シェルセクション（５）は、複合繊維材料から製造される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
5. 前記シェルセクション（５）は、前記シェルセクションが前記航空機胴体（９）の前記胴体開口部（８）内に設置される場合に、胴体開口部（８）によって生じる航空機胴体（９）の構造的弱体化を補うような寸法を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
6. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）は、廃水レセプタクル、淡水レセプタクルおよび燃料タンクからなる群のレセプタクルの形態で実現される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
7. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）は、前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）を前記航空機胴体（９）の前記内部（６）の供給管システムに連結するために設計されるコネクタ（４）を特徴づける、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
8. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）を介して前記供給管システムから前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）内に吸引気流を発生させるために設計される少なくとも１つの真空発生器（３）をさらに含む、ことを特徴とする請求項７に記載のタンクモジュール。
9. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）の瞬間的な充填レベルを測定するための少なくとも１つの装置をさらに含む、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
10. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）を洗浄するための少なくとも１つの装置をさらに含む、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
11. 前記レセプタクルの壁内に一体化されて前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）を加熱するための少なくとも１つの装置をさらに含む、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
12. 前記少なくとも１つのレセプタクル（１０）を空にするための少なくとも１つの排水装置（２）をさらに含む、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
13. 前記タンクモジュール（１）を前記航空機胴体（９）の前記内部（６）の電源装置に接続するための少なくとも１つの接続部をさらに含む、ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のタンクモジュール。
14. 廃水レセプタクル、淡水レセプタクル、および燃料タンクからなるレセプタクル群のレセプタクル（１０）を有し、
    前記レセプタクルは、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のタンクモジュール（１）の形態で実現される、ことを特徴とする航空機。

Images