JP7068915B2 - 航空機用として好適な加湿器 - Google Patents

Description

本発明は、空調設備に関し、特に、航空機の加圧ゾーンに同設備が設置される、航空機用の空調設備に関する。

航空機は、通常、人間が生存しえない環境で運航される。気圧が低くなり過ぎる高高度で人間が安全に旅行できるような環境を航空機内に生み出すことが目指されている。開発が進む中で、現代の航空機では、機内の気圧レベルは十分に高いため、客室内の気圧に関するさらなる改良はもはや不要であると考えられている。本発明の背景は、未解決の航空機内の環境に関する他の要素に対応することに関する。旅客の健康状態は、客室内の人間に適さないその他の条件によりしばしば損なわれる。その内には、非常に低い空気湿度の問題が含まれ、長年に亘って、より科学的に知られている。特に、眼、及び皮膚が刺激を受け、身体の露出した粘膜は高い率で乾燥し、様々な問題を引き起こす場合や、健康状態を著しく損なわせる場合もある。単純に、人は飛行の間と、その後とでは、同じ健康状態を経験することは無く、地上にいたのと同じではない。乾燥してかゆみのある皮膚、刺激を受けゴロゴロする眼に加えて、低い空気湿度は、バクテリア、及びウイルスに対する防御能力の低下を引き起こす。

人間には、鼻粘膜の感染に対する自然防御力が備わっている。粘膜には、ウイルス、バクテリア、胞子、及びアレルゲンに対する抗体が備わっており、粘膜下の組織、ひいては身体へ達することをも防止している。粘膜には、さらに、いわゆる粘膜繊毛クリアランスが備わっている。粘膜繊毛クリアランスは細毛からなり、モータータンパク質ダイニンによって、細毛の激しい動きをもたらし、これにより、粘膜が継続的に、捕捉した感染病原体、及び他の汚染物を鼻及び喉から遠ざけて、胃の酸で破壊されるように腹部へと送り出す。しかし、空気が乾燥している場合、粘液は乾燥し、したがって、感染に対する防御力が損なわれ、粘液は細毛によって効率的に動かすには濃くなり過ぎ、粘膜繊毛クリアランスが、大きく減速するだけでなく、乾燥空気中では完全に停止する可能性があることが実験的に示されている（バリー（Ｂａｒｒｙ）ら、１９９７年、サラ（Ｓａｌａｈ）ら、１９８８年）。勿論、このことは感染に対する防御力を阻害し、人間は、より病気になりやすい状態となる。ほとんどの感染は、粘膜を通じて人間に到達することから、感染の対策には、粘膜の良好な保護機能の働きが重要である。また、粘膜、及び眼の涙には人間を保護する働きがある。さらに、それらの最適な機能は適度な水分に依存している。涙の健康な膜は、最適な光学的質、栄養供給、及び眼における抗菌メカニズムにとって重要である。１時間を超える飛行での航空機客室内の典型的な相対湿度は、旅程の大部分の間は１０％未満の場合が多いが、より長距離の飛行では、相対湿度（ＲＨ）は、５％未満に落ちる場合が多い。また、高高度での航空機客室内の低い気圧は、身体の異なる部分に影響する脱水機構をさらに悪化させる。飛行機旅行が、飛行していない場合と比べ風邪の頻度を増加させることを示す研究（Ｍａｒｔｉｎ Ｂ.（Ｍａｒｔｉｎ Ｂ．）ら、２００４年）において、航空機内の環境と病原体に対する感受性の増加とが、旅行後しばらくしても疾患にかかることでの旅行者の労働損失と生活の質の低下との相間の原因となり得ること、また親族及び他者に対して感染した旅客が感染を拡げ得ることが証明されている。

飛行機旅行時に健康を損ねる他の原因は、オゾン、他の不要な気体、及び不適当な客室内温度による影響である。非常に強力な酸化剤であるオゾンは、例えば、咳、喉の刺激感、痛み、やけど、又は深呼吸した際の胸の不快感などの多数の不快感をもたらすとされる場合が多い。オゾンは、さらに、胸部全体への圧迫感、シューシュー音のする呼吸、及び呼吸困難をもたらす可能性があるとされている。オゾンは、水に溶解するが、溶解度は限定的であり、したがって、オゾンは、肺の最奥部まで達して、そこで細胞と反応し、多くの非健康的な結果をもたらす可能性がある。例えば、オゾンは、肺胞領域内の０．２μｍと薄い細胞表面のタンパク質と脂質と上皮液中で反応して、細胞を損傷させ、連鎖反応につながることがあり、特に、炎症を引き起こし得る。特に、これは、アメリカ連邦環境保護局が運営するウェブページｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ａｐｔｉ／ｏｚｏｎｅｈｅａｌｔｈで確認することができる。

オゾン量を低減しようとする先行技術は、オゾンを低減するいわゆるオゾンコンバータを含む。オゾンコンバータは、時間の経過とともに、その性能を維持できなくなることがさらに知られており、よって、新品又は調整済みの置き換え品と置き換える必要がある。また４００℃という高温がオゾンを分解するが、必ずしもその温度が達成されるものではないため、信頼性に欠ける。上述した不要な気体に関しては、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）とＳＶＯＣ（準揮発性有機化合物）に言及し得る。客室内の空気において、多少毒性のある気体が時折測定され、例えばトリクレジルフォスフェート、及び他の潤滑油汚染物質、及び、その熱分解残留物である。これらの気体が存在すると、人に様々なストレスを与え、最悪の場合、これらにより疾患に至る場合もある。不要な気体を除去しうる換気システム用のフィルタが提案されているが、今日の航空機では当該物は導入されていない。換気経路の始まりに設置されたフィルタは、旅客側にまで至る換気経路のさらに下流で生じる汚染物質も、空気が客室内に攪拌される際に生じる汚染物質も除去しない。汚染物質の例として、化学物質、プラスチック、又は例えばＶＯＣ、内装品、皮膚用オイルと反応するオゾンからの残留物からの気化物が挙げられる。

感染に対する防御がその環境により減少してしまうため、例えば、手を介した直接物理的伝染に加えて、航空機客室内では人の密度が高く、空気は客室内で攪拌され人の間で交じり合うため、空気を介した感染が起こり得る。感染は、特に、感染者の前方２列のシート及び後方２列のシートで報告されている。空気を経由して感染する疾患としては、例えば、結核、インフルエンザ、髄膜炎菌、麻疹、ＳＡＲＳがある。

航空機内の極めて低い空気湿度の問題を解決するため、様々な加湿方法の試みがなされており、例えばスプレーノズル、水をミスト化して液滴にする回転板、蒸気発生、及び断熱接触加湿器がある。水滴を用いる加湿器では、脱ミネラル水が入手できない場合、水中のミネラル分も移動させてしまい、また、水滴により、水中に存在し得る病原菌をも移動させてしまう。スプレーノズルにも、ノズル開口部の詰まりという問題があり、水の十分な蒸発という点では重大問題である。既存の蒸気加湿器及び接触型加湿器は両者とも、伝染性物質、又はミネラル分を空気中に移動させないため、無菌であると考えられている。しかし、全客室ゾーンを加湿するようにそれらが設置されても、水分量は、航空機構造内への結露の危険性を考慮すると、約２０％の相対湿度（ＲＨ）に限定され、さらに、全客室空間を加湿するには、水及び高グレードのエネルギーが消費される。

特許文献１は、航空機の客室用の湿度装置を開示している。この装置は、旅客席背面、天井、又は荷物棚内部に設置された噴霧ノズルを含む噴霧器を備える。本明細書に示された全ての実施形態において、水は、装置に接続された何らかの貯水槽から取り出された水の噴霧により、客室空気に対して供給される。

この既知の装置の欠点は、感染病原体及びミネラルのキャリアとして機能するエアロゾルを客室内に放出することである。さらに、この装置による、通常の気圧での５％ＲＨ、２４℃から３０％、２４℃に対応する水分量までの加湿では、例えば、約１４℃の温度低下が求められ、この方式でそのような量の水の蒸発が管理されていたとしても、この方法では多量の水を蒸発させることが困難なため、冷水シャワーとなってしまう。この方式で実際に供給できる限られた水の量は、より限定された相対湿度に対応するものとなり、１ｋｇの空気当たり１ｇの水の供給毎に、依然として２．５℃の温度低下がもたらされ、これは、すぐに寒いと感じられるものでもあり、この方式で、より多くの空気を加湿するように管理すれば、より冷却されるようになる。発明で開示された方法による実際に可能な加湿の程度は、この冷却効果によって非常に大きく限定される。

欧州特許第０７７９２０７号明細書（Ｂ６４Ｄ１３／００）

本発明の目的は、上記問題の幾つかあるいは全ての影響を排除あるいは大幅に軽減することである。
さらに本発明の目的は、湿度が高い空気と清浄な空気でもって局所的な雰囲気を提供することである。

さらに本目的は、その空気を所望に沿って冷却、加熱することを可能とすることである。
さらに本目的は、経済的な雰囲気解決方法を得るために周囲からの低グレードエネルギーを用いることを可能にすることである。

また、本目的は、小型の外形寸法を有するコンパクトで簡易なユニットを得るため電気を使用可能とすることである。
さらにまた、本目的は、加湿プロセスに好都合なエネルギー供給を得るため、任意選択的なエネルギー源の使用を可能にすることである。

加えて、本目的は、本発明の機器を多数の目標群で使用可能とすることである。

独立請求項に見られるような本発明によれば、上記目標は達成され、上記欠点は排除される。本発明の好適な実施形態が、独立請求項により定義される。
本発明は、正確な温度で比較的高い相対湿度（ＲＨ）を実現できる。冷却器を使用する代わりに、断熱加湿において非常に強力な冷却潜在力をもたらす乾燥空気と低い客室気圧が用いられ得る。加湿で得られる冷気は、熱交換器を通る高温の周囲空気流を減らすことにより、又は他の熱源が使用される場合には、加湿プロセスへのエネルギー供給を減らすことにより、提供され得る。また、冷却と加熱の両者を与えることができることは、有利に働く。通常、冷気は、熱交換器を通る熱い大気により、又は他の方式での加湿プロセスへのエネルギー供給の増加により低減され、また、これらに加え、さらなる加熱は、エネルギー供給により提供され得る。

本発明は、接触型加湿器を使用してもよく、よって無菌であると考え得る。現行の技術で可能であるものよりも、より高い水分レベルでの加湿の可能性を有する。達成可能なレベルは、メキシコシティ（おおよそ客室内と同じ大気圧である）夏の平均値に対応するかそれを超え、理論的には、夏のメキシコシティに対応する場所の地上に滞在するのに対応する快適さを得ることができる。最終温度での冷気は、多量の高グレードのエネルギーを使用することなく大きく制限され得る。加湿器は、客室内の空気において、低グレードであるエネルギーの使用により、よりコンパクトなユニット向けには電気加熱の手法により、又は、他の任意選択的なエネルギー源により、これら高いレベルにすることができる。加湿は、水の消費が低くなるとき局所に限定されたものである。高い空気湿度が局所に限定されており、局所的な湿潤空気は、後に、航空機内の乾燥した気流の残りによって希釈されるため、機内の残りの箇所に結露の問題を生じさせない。また、加湿器の冷却効果は、冷却器を用いない冷気による個別の温度制御として、再加熱装置有り又は無しで使用可能である。

本発明の実施形態では、機器は、集積型フィルタ、好ましくはＨＥＰＡフィルタ（高効率粒子捕集）とともに提供され、置換あるいは同等の層流の供給方法（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｒ ｅｖｅｎ ｌａｍｉｎａｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｅｔｈｏｄ）とともに、旅客を清浄な湿潤空気に配置し、他の清浄でない乾燥した空気の侵入を防止する。上記供給方法での空気は、自らの噴流内に、周囲の乾燥し汚染された空気を、共に噴出する傾向が低く、旅客に到達する空気の湿度と清浄度を最大にする。加えて、皮膚に最も近接して存在する、薄く、水分の多いマイクロ雰囲気を吹き飛ばして、脱水効果を生じさせないように、最適な控えめな気流を目的としている。粒子、バクテリア及びウイルス除去用の上記ＨＥＰＡフィルタは、また広範囲にオゾンを除去するために用意されてもよく、可視化された置換層流装置とともに、旅客に局所環境と、またより低いオゾン濃度を提供可能である。上記ＨＥＰＡフィルタは、また気体を除去するため、可視化された供給方法と共に用意されてもよく、ＨＥＰＡフィルタは、不要な気体の濃度のより低い局所環境を旅客に提供することが可能である。通常の旅客に加え、本発明は、例えば、パイロットに理想的な雰囲気を提供するために、乗員エリアの休憩所内において、また、ＶＩＰ用の航空機の特定の場所で使用することもできる。本発明は、いわゆるハイウオールスイートに良く適しており、局所的な、遮断された空間は、清浄な湿潤空気による有利な雰囲気の提供に理想的である。

本発明は、加湿器に、好ましくは航空機用の加湿器に関し、加湿器装置、出口ファン、熱交換器、及び熱交換器ファンを備える。あるいは、熱交換器ファンをもつ熱交換器に代わって電気ヒータが、よりコンパクトなデザインのために採用される。加湿器装置は、未加湿空気と再循環空気との混合気用の取り入れ口と、上記混合気用の出口とを備えて提供される。再循環ファンは、混合気の一部を加湿器装置に再循環させて戻すための、出口と取り入れ口との間の再循環ループ内に設置される。

本発明の一実施形態では、上記混合気の一部を、空気消費者、好ましくは航空機の旅客に運ぶために、出口ファンが出口に接続される。
本発明の一実施形態では、大気と再循環空気との間の熱交換のために、熱交換器、熱交換器ファン及び再循環ファンが再循環ループ内に設置される。あるいは、熱交換器ファンをもつ熱交換器に代わって電気ヒータが、よりコンパクトなデザインのために採用される。

本発明の一実施形態では、出口ファンは、再循環ループの外側に設置される。
本発明の一実施形態では、出口ファンと再循環ファンとが、共通ファンを形成する。
本発明の一実施形態では、ダクトシステムが加湿器の出口に接続され、ダクトシステムは、再循環ループとダクト表面が周囲から熱を吸収することで熱交換器とを形成する。そしてダクトは、例えば航空機の天冠空間にしばしば存在する熱負荷を吸収し、熱負荷を、加湿プロセスでそれを使用する空気に移動させる。

本発明の一実施形態では、少なくとも１つの消費者機器が、ダクトシステムに接続され、混合気が少なくとも１人の空気消費者あるいは１つの空気消費者の群に局所的に運ばれることを可能とする。

本発明の一実施形態では、局所雰囲気機器が、少なくとも１つの消費者機器に接続される。
本発明の一実施形態では、フィルタ、好ましくはＨＥＰＡフィルタが、空気加湿器において、全ての新しい未加湿空気をろ過するため、空気加湿器の導入口に、又は、全ての湿潤空気をろ過するため、空気加湿器の導出口に、設置される。

加えて、本発明は、飛行中に加圧客室内の高圧を、その外側の低圧から区切る加圧された航空機に関する。航空機は、上に記述された内容及び加圧ゾーンに設置されるものに従った加湿器を備える。

本発明の一実施形態では、加湿された空気の分配のため、ダクトシステムが加湿器に接続され、ダクトシステムは加圧ゾーンに設置される。ダクトシステムに対して、少なくとも１つの局所雰囲気機器が接続された少なくとも１つの消費者機器が接続され、これらの装置の全ては、加圧客室内に設置されている。

本発明の一実施形態では、加熱された客室空気を熱交換器に利用するため、加湿器の熱交換器は、加圧客室に接続されている。
さらに、本発明は、未加湿空気が、接触型加湿器パッドの取り入れ口に運ばれ、接触型加湿器パッドにおいて、この空気は、高い湿度レベルに加湿され、続いてこの空気は、再循環湿潤空気として再循環ループに運ばれ、繰り返しの加湿のために、接触型加湿器パッドの取り入れ口に再度運ばれ、再循環湿潤空気の一部は、再循環ループから外れて消費者にさらに運ばれる、加湿方法に関する。

本発明の一実施形態では、再循環湿潤空気は、再循環ループ内に設置された熱交換器を通って運ばれ、その熱交換器において、再循環湿潤空気が加熱される。代替的には、熱交換器に代わって電気ヒータがよりコンパクトなデザインのために採用され、例えば電気ヒータ、低いキュリー点を有するＰＴＣヒータ、あるいは他の任意選択的な熱源である。

本発明の一実施形態では、航空機内の加熱された客室空気が、熱交換器を通って運ばれる。
本発明の変形は、電気消費が許容される場合、電気ヒータを用いるものである。本発明の変形の１つは、熱を吸収する大きな側面を有する加湿器を形成することである。いわゆる、「個別空気ギャスパー」である、シートへの集中的な空気供給による航空機への応用において、全ての空気は、客室内に分配される前に処理される。よって従来の空気ギャスパーのノズルは、周囲の空気を処理済空気からより良好に遮断するための適当な流れを作る装置に置き換えられてもよい。この加湿された「トランク」からの引き出しは、この方法での処理された空気を必要とする、多くの異なる場所で使用され得る。あるいは、個別空気用のダクトシステムが再循環ループの一部となって、本発明における熱交換器として働いてもよい。そして、トランクの表面が広く、チューブは通常、熱絶縁されていないため、熱交換器効率は自動的に高くなる。トランクは、両方の場合において、航空機の天井の上方の空間から熱を除去することに貢献するため、冷却効果が一定でない場合であっても、またトランクの熱交換特性を改善でき、冷気は例えば電子機器の強い発熱に関連した多数の故障を低減可能である。空気ギャスパーのトランクであり得るループは、加湿器に加え、ループ内の空気周りを加湿器を通して駆動するファンを含む箱を通過する。ファンの回転速度がループ内の水分量に従って適合化され得るため、当該ファンは省エネである。例えば、消費者が少なく、かつ／又は、ループと周囲との間のエネルギー交換が大きい場合、水分レベルは上昇し、ファンは、この場合、再循環を減少させる。そうすることによって、ファンの運転と水の消費は、デマンドコントロール化される。システムに外部からの空気を提供する他のファンが、ループ内の特定の圧力を維持するため配置され、ファンの動作は、ループからどの程度の加湿された空気が抜けたかに依存し、これもまた、ファンのデマンドコントロール化された動作の実現に寄与する。

ここで、添付図面を参照しつつ、本発明がより詳細に説明される。図面は、本発明の理解を手助けすることを意図した説明的な略図に過ぎない。
本発明の第１の実施形態を示す。 本発明の第２の実施形態を示す。 本発明の第３の実施形態を示す。 従来の加湿器のプロセスを図表で示す。 本発明のプロセスを図表で示す。 本発明の加湿器の設置の例示的な略図を示す。 未加湿空気の供給が、圧縮ファンで取り扱われる模式的な応用を示す。 付属の熱交換器ファン有り又は無しでのヒータ／熱交換器の独立した配置を有する加湿器の模式的な図を示す。

図１は、本発明の、低グレードエネルギーあるいは他のエネルギーを使用して高レベルの加湿をする、再循環型の加湿器１００の第１の実施形態を示す。出口１における湿潤空気の全量は、任意の方法で浸漬された接触型加湿器パッド２を通過し、これにより、加湿されている。好ましくは、水は、専用容器あるいは淡水システムから加湿器に供給される。接触型加湿器パッド２への水は、好ましくは、槽からの水を循環させるポンプを用いて供給されるか、水容器あるいは淡水システムから水が直接、接触型加湿器パッド２へ持ち込まれる。本実施形態は、水供給の他の方法を限定するものではない。空気が接触型加湿器パッド２を通過すると、水が接触型加湿器パッド２から蒸発し、水と空気の温度が低下する。接触型加湿器パッド２のこのプロセスには、エネルギーが供給されることはほとんど無く、したがって、このプロセスは断熱的である。

接触型加湿器パッド２を出ると、出口１での湿潤空気の全量のうち一部が、再循環ファン４を用いて向きを変えられ、再循環湿潤空気３を形成する。出口１からの湿潤空気の全量のうちの残部が、再循環湿潤空気５として進み、消費者に達する。再循環湿潤空気３は、熱交換器ファン７によって周囲の空気からエネルギーを得る熱交換器６を通過し、再循環湿潤空気３は加熱され、接触型加湿器パッド２の取り入れ口８に戻り、消費者に向かう再循環湿潤空気５を置き換える新しい未加湿空気９と共に接触型加湿器パッド２内に向かう。よって、接触型加湿器パッド２の取り入れ口８に到着した空気は、新しい未加湿空気９と先に再循環された湿潤空気３の混合気である。図に示されるように、再循環ファン４は、再循環ループ１５の熱交換器６の後段に設置される。これらの流れ、及び部品寸法と性能を適したものに調整することで、熱供給無しでの、接触型加湿器パッド２による単一経路で可能であったものよりも、低グレードのエネルギー及び低温度レベルにて、より高い空気湿度とより高い温度が提供される。熱交換器及び熱交換器ファンは、よりコンパクトなデザインのため、電気ヒータに置き換えられてもよく、それは例えば、過温度を自動的に制限する低いキュリー温度を有する、いわゆるＰＴＣヒータである。任意選択的な熱源も、再循環空気を加熱するのに使用可能である。

出口ファン１１は、供給経路の最終端に設置されており、接触型加湿器パッド２のパッド湿潤器１２を通じ、再循環した湿った空気５を消費者に届ける。
図１に示すように、フィルタ１０が、図示の空気流経路の最初の段に設置され、新しい未加湿空気９は、このフィルタ１０を通過する。全てのオゾン、ＶＯＣ、粒子、ウイルス及びバクテリアの分離がこのフィルタ１０で行なわれる。フィルタ１０は経路の最終地点、すなわち出口ファン１１の前段又は後段に設置することもできる。

独立した冷却用に図１のシステムの使用が望ましい場合、熱交換器ファン７の速度あるいはヒータの電力は低減することができ、プロセスは、以下の図４に示した曲線によく似たものになるが、客室内の低い空気湿度を伴う低い圧力は、空気の非常に強い冷却を可能にする。再ヒータにより、温度を個別に上昇させてもよい。すなわち、独立した冷却器を使用することなく、同じユニットで広い範囲の温度にわたって独立した温度制御をすることが可能である。

図２は本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態は、上記消費者に幾分加熱された空気を送る再循環型の加湿器２００を示す。本実施形態の再循環型加湿器の構造は、図１に示す再循環型加湿器とは異なり、出口ファン１１が熱交換器６の後段に設置される一方で、再循環ファン４は熱交換器６の前段に設置される。他に関しては、機器は同一に構成されており、対応する番号指定が両図に適用される。

新しい未加湿空気９が、接触型加湿器パッド２の取り入れ口８に運ばれ、パッド湿潤器１２を通じた加湿のためにさらに接触型加湿器パッド２の中に入る。接触型加湿器パッド２の出口１からの湿潤空気の全量は、再循環ループ２５において熱交換器６の前段に設置された再循環ファン４により供給され、熱交換器ファン７を備える熱交換器６を経由して接触型加湿器パッド２の取り入れ口８に戻される。接触型加湿器パッド２への再循環湿潤空気３の再導入のため、出口１からの湿潤空気の全量は、再循環湿潤空気３と再循環湿潤空気５に分割され、後者は出口ファン１１によってさらに消費者に供給される。

対応して、図１に示すように、加湿回路の最初にフィルタ１０が設置されており、あるいはフィルタは、図１に示したのと同様な方法で加湿回路の最終段に設置してもよい。また第１の実施形態での独立した冷却の記載内容は、本第２の実施形態にも適用される。電気ヒータのような代替の加熱方法がまた本実施形態に適用される。

図３は、先に示した実施形態に対応する番号指定を有する、本発明の再循環型の加湿器３００の第３の実施形態を示す。本第３の実施形態では、接触型加湿器パッド２の直ぐ後段に湿潤空気１の全量を運ぶために設置された、組み合わせ型再循環ファン／出口ファン４、１１を示す。この組み合わせ型ファン４、１１を通った後、出口１での湿潤空気の全量は、上記ファン４、１１によってさらに消費者へと供給される再循環湿潤空気５と、上記ファンによりさらに再循環ループ３５に供給される再循環湿潤空気３とに分割される。組み合わせ型再循環ファン／出口ファン４、１１は、熱交換器６の後段にも設置してよい。図３の実施形態は、消費者５への駆動力として、組み合わせ型再循環ファン／出口ファン４、１１の下流での圧力低下に依存しており、圧力低下は固定あるいは可変の両方である。全ての実施形態は、冷却効果、加湿の程度、消費者への流量５を変化させるよう流れを変化させるため、ファンの回転速度が可変となっていることを特徴とする。

図４は、接触型加湿器パッドを通過し、加熱の形でエネルギーを供給されることなく消費者に直接供給される、湿潤空気の全量の、通常の直接加湿の原理のプロセスの一例の図である。ｙ軸は空気温度を示し、ｘ軸は空気の水分含有量を乾燥空気１ｋｇ当たりのｇ数で示す。斜めの直線は、Ｔ_０＝２４℃、空気１ｋｇ当たり１ｇの水分含有量から、この図に係る本例の接触型加湿器パッドから出る空気の最低温度に対応する、Ｔ_１＝９℃、空気１ｋｇ当たり７ｇの水分含有量へと進む加湿プロセスでの一定のエネルギー量を示す。

図５は、本発明の熱交換器を介して加熱された循環加湿の原理のプロセスの一例の図である。図の数字は、線の端点を示す。
点１から、空気は同じ効率で加湿されて点２に至り、空気は熱交換器を通過して水分量を保ったまま加熱されて点３に至る。

ここで、点３の空気は、新しく入ってきた空気（点１）と混合される。本例では、循環する空気が入ってくる空気に比べ三倍大きい流量を有しているため、混合気において点３が支配的になり、図中で点４が構成する混合気になる。これは点４が、点１と点３との間の距離の１／４だけ点３から離れ、３／４だけ点１から離れていることで分かる。これは混合比あるいは流量比と温度＋流れの水分含有量に対応する。図５の図では、近似測定が定規を用いて行なわれ得る。

混合気である点４は、ここで加湿され、上記により同じ効率で加湿され、点５に至り、その後、熱交換器で加熱されて点６に至る。
ここで、点６の空気は、点１の新しく入ってきた空気と混合される。本例では、循環する空気の量はまだ、入ってくる空気に比べ三倍大きい体積を有しているため、混合気において点６の混合気が支配的になり、図中で点７に対応する混合気になる。定規を用いて、点７が同様に、点６から１／４ずれ、点１から３／４ずれていることが分かる。

ここで、混合気である点７の空気は、上記により同じ効率で加湿器にて加湿されて点８に至り、その後、熱交換器で加熱されて点９に至る。点９での空気は、点１での空気と混合され、点１０の混合気になる。

点１０の混合気は、加湿されて点１１に至り、そして次に加熱され点１２になり、その後、点１の新しく入ってくる空気と混合され、点１３の混合気となる。
点１３の混合気は、加湿されて点１４に至り、そして加熱され点１５になり、点１の新しく入ってくる空気と混合され、点１６の混合気となる。

点１６の混合気は、加湿されて点１７に至り、そして加熱され点１８になり、点１の新しく入ってくる空気と混合され、点１９の混合気となる。そして、以下同様に続く。
最終の平衡結果は、図の最終点２１のすぐ右横に収束するが、明瞭にするため、これ以上のステップは繰り返されていない。反復は、加湿器の理論的な性能を確立し記述する方法である一方で、実際の性能は、エネルギー的に平衡に達したプロセスに等しく、点１で機器に入る空気は、図内で点２１のすぐ右横の位置に対応する温度と水分量を有する混合気として現れる。

図５の図、よって加湿器の性能は、以下に依存して異なって見える。
１．入力水分
２．入力温度
３．再循環流と新しく入ってくる乾燥空気との間の混合比（上で説明された例では、１、３及び４であった。）。

４．熱交換器に熱を与える周囲の空気温度。
５．熱交換器の効率。
６．どのぐらいの大気が熱交換器を通じ駆動されるか。

７．加湿器の効率。
他の熱源が使用される場合、例えば電気ヒータの使用によりプロセスは幾分異なって見える。点３、６、９－２１などがより高温で駆動され、よって最終的湿度が、より少ない再循環流でもより高くなり得るため、加熱はより効率的になる。

水及び機器内の空気は周囲より冷たいので、周囲の表面を介しプロセスは周囲から追加の熱を得る。
すなわち、図４及び５の図は、熱交換器がある場合の直接加湿及び循環加湿の原理を示したものである。

高温源が使用されないとき、例えば、電気加熱が供給される場合でも、本発明の図示の原理は、過剰な加湿及び行き過ぎた空気湿度により結果として生じる結露、及びカビのリスクに対し本質的に信頼性があり、熱交換器を熱源として使用しているため、過剰温度に対しても本質的に保護がなされている。例えば、もし電気ヒータが再循環の無い単一経路で使用される場合、より高い空気湿度に達し得るためには相対的に高い取り込み温度を必要とし、自然誤差あるいは取り扱いの不備により、結果としてパッド内に高すぎる温度を極度の湿度で生成し、あるいは水の不足により、消費者に対し高すぎる温度などが生じ得るが、これとは状況が異なる。加えて、電気ヒータは、過熱に対する広範な保護機構を必要とする。しかしながら、再循環があると、再循環流内のヒータでは、高い空気湿度に達するための空気の加熱はより限定的でよく、上記のヒータの問題点は、特に低いキュリー点を有する、いわゆるＰＴＣヒータを用いることにより最小化することができ、そのようなヒータを通じて流れる部分流にバイパスがある場合も、最大空気温度に堅固な制限が設けられる。

図６は、本発明の実施形態の応用を模式的に示しており、ここで、再循環式の加湿器１００が、航空機６０の加圧スペース６１の中央に設置されている。このスペースは、天井６２上あるいは加圧ゾーンの床下に位置していてもよい。明瞭にするため、再循環加湿器１００は、出口ファン１１のみを有して図示され、それが再循環湿潤空気５を消費者Ｆ_１、Ｆ_２、…Ｆ_ｎへと運ぶ。再循環加湿器１００から、再循環湿潤空気５がダクトシステム６４を通じて、個々の消費者機器Ｄ_１、Ｄ_２、…Ｄ_ｎに運ばれ、ここで、局所雰囲気機器Ｋ_１、Ｋ_２、…Ｋ_ｎは、各々の消費者Ｆ_１、Ｆ_２、…Ｆ_ｎにより使用のため個別に選択され得る。

図６の代替の実施形態では、空気はトランクからホースで客室の側面に沿って得られ、ホースは椅子と一体化し、旅客の前面で空気を噴出する。あるいは、各々のシート背面に転位ノズル（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｎｏｚｚｌｅ）があり、旅客に背面から空気を吹きかける。あるいは、旅客又は旅客が位置する空間に、適合したノズルで天井、又は他の適切な位置から吹きかける。

この低温プロセスの利点は、空気をそれほど高い温度まで加熱する必要が無いことである。あるいは、大気に代えて、例えば、最大で３０～４０度にしか維持しない、ＰＴＣ素子からなり得る、低温ヒータを熱交換器に設置することも可能である。

図７は、未加湿空気の供給が、圧縮ファンで取り扱われる模式的な応用を示す。加湿器の熱交換器６は、加湿器１００に戻る通風ダクト６４からなる。未加湿空気の供給は、圧力が通風ダクト６４内で保存される場合に、デマンドコントロール化され、消費者Ｄ_ｎ及びＫ_ｎで低く引き出すことにより、圧力の維持に必要なファンの回転速度はより小さくなる。Ｄ_ｎ及びＫ_ｎでの引き出しの程度は、再循環の必要性をも制御し、これもデマンドコントロール化され得る。

図８は、付属の熱交換器ファン有り又は無しでのヒータ／熱交換器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの独立した配置を有する加湿器４００の模式的な図を示す。図の他の表示は、先に使用した表示に対応し、新しい未加湿空気９は、フィルタ１０を通過し、さらに加湿器パッドの取り入れ口８に達し、さらにパッド湿潤器１２を有する接触型加湿器パッド２を通過する。加湿された空気が、出口ファン１１経由で加湿器４００から出る。先に説明したのと同様の方法で、再循環ループ１５が、再循環湿潤空気３用に再循環ファン４によって構成される。湿潤空気の全量の出口１を経由して、再循環湿潤空気５は、出口ファン１１によって加湿器から流れ出る。図に示したように、本発明の範囲内での熱交換器／ヒータ６の配置は、多数の代替位置で行うことができ、それらは、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅと指定される。好ましくは、図示の位置の内、１つのみが使用されるが、図示の配置によって、いくつかの熱交換器／ヒータを組み合わせてもよい。

以下の参照符号が、本説明で用いられた。

１：湿潤空気の全量の出口
２：接触型加湿器パッド
３：再循環湿潤空気
４：再循環ファン
５：再循環湿潤空気
６：熱交換器
７：熱交換器ファン
８：加湿器パッドの取り入れ口
９：新しい未加湿空気
１０：フィルタ
１１：出口ファン
１２：パッド湿潤器
１５、２５、３５：再循環ループ
６０：航空機
６１：加圧スペース
６２：天井
６３：加圧客室
６４：ダクトシステム
Ｄ_ｎ：個々の消費者機器
Ｆ_ｎ：空気消費者
Ｋ_ｎ：局所雰囲気機器
Ｐ_ｌ：低圧
Ｐ_ｈ：通常の客室空気圧力に対応する高圧
１００、２００、３００：再循環型加湿器

Claims (19)

1. 取り入れ口（８）、出口（１）を備える断熱接触加湿器装置（２）と、循環ファンを備え、かつ、熱源を備える、航空機用の加湿器（１００、２００、３００）であって、前記加湿器（１００、２００、３００）は、前記断熱接触加湿器装置（２）を通過する空気の一部が前記出口（１）から前記取り入れ口（８）へ戻される再循環空気（３）であり、前記出口（１）と前記取り入れ口（８）に接続された再循環ループ（１５、２５、３５）を備え、これにより、未加湿空気（９）と再循環空気（３）の混合気（３、９）が形成され、前記熱源は前記再循環ループ（１５、２５、３５）内に設置され、前記熱源は前記再循環空気（３）が通過する熱交換器（６）であり、該熱交換器（６）は加熱された客室の空気を利用するために前記航空機の加圧客室に接続されており、前記再循環空気（３）は前記熱源によって加熱されており、前記断熱接触加湿器装置（２）は接触型加湿器パッド（２）であり、前記再循環空気（３）の一部は、前記再循環ループ（１５、２５、３５）から外れて消費者（Ｆ１、Ｆ２、…Ｆｎ）にさらに運ばれる、加湿器。
2. 前記循環ファンは、前記再循環ループ（１５、２５、３５）内に設置される再循環ファン（４）である、請求項１に記載の加湿器。
3. 前記循環ファンは、一方では、前記再循環ループ（１５、２５、３５）内に設置された再循環ファン（４）、他方では前記出口（１）に接続された出口ファン（１１）からなる、請求項１に記載の加湿器。
4. 前記熱源として熱交換器ファン（７）が備えられる、請求項１～３のいずれか１項に記載の加湿器。
5. 前記熱交換器（６）、前記熱交換器ファン（７）及び前記再循環ファン（４）は、客室の空気と再循環空気（３）との間の熱交換のため、前記再循環ループ（１５、２５、３５）内に設置される、請求項４に記載の加湿器。
6. 前記出口ファン（１１）は、前記再循環ループ（１５、２５、３５）外に設置される、請求項３に記載の加湿器。
7. 前記出口ファン（１１）と前記再循環ファン（４）は、共通ファンを形成する、請求項３に記載の加湿器。
8. ダクトシステム（６４）が、前記加湿器の前記出口に接続されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の加湿器。
9. 前記再循環ループと前記熱交換器は、その環境から熱を吸収するダクトシステム（６４）を備える、請求項１～８のいずれか１項に記載の加湿器。
10. 前記混合気（３、９）が、少なくとも１人の空気消費者（Ｆ_１、Ｆ_２、…Ｆ_ｎ）、又は１つの空気消費者の群に局所的に運ばれることができるよう、少なくとも１つの消費者機器（Ｄ_１、Ｄ_２、…Ｄ_ｎ）が、前記ダクトシステム（６４）に接続されている、請求項８又は９に記載の加湿器。
11. 局所雰囲気機器（Ｋ_１、Ｋ_２、…Ｋ_ｎ）が、少なくとも１つの消費者機器（Ｄ_１、Ｄ_２、…Ｄ_ｎ）に接続されている請求項１０に記載の加湿器。
12. フィルタ（１０）、好ましくはＨＥＰＡフィルタが、前記空気加湿器において、新しい未加湿空気（９）をろ過するため、前記空気加湿器の導入口に、又は、再循環湿潤空気（５）をろ過するため、前記空気加湿器の導出口に、設置される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の加湿器。
13. 加圧スペース（６１）と加圧客室（６３）とを備える航空機（６０）であって、請求項１～１２のいずれか１項に記載の加湿器（１００、２００、３００）が、前記加圧客室（６３）の外側の前記加圧スペース（６１）に設置されることを特徴とする、航空機。
14. ダクトシステム（６４）が、加湿空気の分配のために前記加湿器（１００、２００、３００）に接続され、前記ダクトシステム（６４）は、前記加圧スペース（６１）に設置され、前記ダクトシステム（６４）には、少なくとも１つの局所雰囲気機器（Ｋ_１、Ｋ_２、…Ｋ_ｎ）が接続された少なくとも１つの消費者機器（Ｄ_１、Ｄ_２、…Ｄ_ｎ）が接続され、前記機器の全ては、前記加圧客室（６３）内に設置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の航空機。
15. 前記加湿器（１００、２００、３００）の前記熱交換器（６）は、前記加圧スペース（６１）内に設置され、加熱された加圧客室の空気を前記熱交換器（６）に集めることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の航空機。
16. 未加湿空気（９）が、加湿器装置（２）の取り入れ口に運ばれ、前記空気は、高い湿度レベルに断熱的に加湿され、続いて前記空気は、再循環湿潤空気（５）として循環ファンによって再循環ループ（１５、２５、３５）に運ばれ、繰り返しの断熱的な加湿のために、前記加湿器装置（２）の前記取り入れ口に再度運ばれ、前記再循環湿潤空気（５）の一部は、前記再循環ループ（１５、２５、３５）から外れて消費者（Ｆ_１、Ｆ_２、…Ｆ_ｎ）にさらに運ばれ、前記再循環湿潤空気（５）は前記再循環湿潤空気（５）が大気によって加熱される前記再循環ループ（１５、２５、３５）に配置される熱交換器（６）を通過して運ばれ、前記加湿器装置（２）は接触型加湿器パッド（２）であることを特徴とする、加湿方法。
17. 航空機（６０）内の加熱された客室空気が、前記熱交換器（６）を通って運ばれる、請求項１６に記載の加湿方法。
18. 前記再循環流（５）は、水分の需要により制御される、請求項１６又は１７に記載の加湿方法。
19. 未加湿空気の供給は圧力を一定にするように制御され、前記循環ファンのファン電力は、必要とする空気に応じて変化する、請求項１６又は１８に記載の加湿方法。

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