JPWO2008065709A1 - 航空機における調質空気の供給方法および供給システム - Google Patents

Abstract

航空機において調質空気を供給するに際し、酸素濃度および湿度の中の少なくとも一方が調整された調質空気を航空機において生成する。その生成された調質空気を、航空機のキャビン内に配置される複数の空気吹出口４０ａを介して、キャビン内の複数の着座位置における搭乗者Ｈの顔面配置領域それぞれに到達するように吹き出す。

Description

本発明は、固定翼機および回転翼機を含む航空機におけるキャビン内に、酸素濃度および湿度の中の少なくとも一方が調整された調質空気を供給するための方法およびシステムに関する。

現在運用されている航空機のキャビン内空気の調質に関してはいくつかの問題がある。例えば、高高度を飛行する航空機における機内圧力は与圧により機外圧力より高くされているが、機体の強度上の問題から、その与圧後の機内圧力は地上圧力よりも低く設定される。具体的には、運用上は２４３８ｍ（８０００ft）相当の圧力（７５．２７kPa)に設定することが認められている。しかし、そのような運用ではキャビン内空気の酸素分圧が地上での約３／４になる。また、上空においてはキャビン内空気の湿度が換気により低下する。そのようなキャビン内空気の酸素分圧の低下や湿度低下は搭乗者の快適性を低下させる。

そこで、機外から取り入れた空気を選択透過膜により酸素富化空気と窒素富化空気とに分離し、その酸素富化空気を空調用としてキャビン内に供給し、キャビン内の空気全体の酸素分圧を上昇させることや、キャビンから流出した空気に含まれる水分を回収し、その水分を再利用することでキャビン内空気の湿度を改善すること（特許文献１、２、非特許文献１参照）が提案されている。あるいは、キャビン内が減圧した際の緊急用や治療用としてキャビン内の各搭乗者に酸素マスクを介して酸素富化空気を供給すること（特許文献３参照）が提案されている。

米国特許第６６５５１６８号公報 米国特許第６６６６０３９号公報 米国特許第６９９７９７０号公報 斉藤英文外３名、「先進空調システム」、日本航空宇宙学会、日本航空技術協会、２００５年１０月、名古屋国際会議場、第４３回飛行機シンポジウム講演集、第５９４〜６００頁

従来技術によるキャビン内空気の調質に関しては以下の問題がある。
上記特許文献１、非特許文献１に記載の従来技術においては、酸素富化空気はキャビン内の空気全体の酸素分圧を上昇させるために用いられる。しかし、キャビン内に導入される酸素富化空気は換気のためにキャビン内に導入される機外空気により薄められてしまう。そのため、例えば航空機の飛行高度が２４３８ｍ（８０００ft）である時、キャビン内の空気全体の酸素分圧を高度２１３４ｍ（７０００ft）相当の酸素分圧に維持するのは容易であるが、高度１８２９ｍ（６０００ft）相当の酸素分圧に維持するには過大な酸素富化空気供給能力が必要になる。また、キャビン内全体の酸素分圧を改善すると、航空機の機内装備が難燃性であったとしても、搭乗者が持ち込む様々な物は必ずしも難燃性ではないことから火災に対する安全性の確証が得られない。
上記特許文献２に記載の従来技術においては、回収された水分を含む空気はキャビン内の空気全体の湿度を改善するために用いられる。そのため、上空で機外の低温が伝わる部位における結露が問題になる。さらに、調質空気を生成するための装置が大型化するだけでなく、調質空気を供給するための配管も大きくなるため製造コストが増大する。換言すれば、搭乗者の顔面の周囲における呼吸用空気や、目や鼻の粘膜に接する空気のみを改善すれば十分であるにも関わらず、酸素富化空気や加湿空気を供給する必要のない空間へ供給することによりコスト、火災に対する安全性の確証、結露等の問題を生じる。

上記特許文献３の従来技術において供給される酸素富化空気は、事故等による機内圧力の極端な低下時や病人の治療時に用いられるため、その酸素分圧は地上での空気中酸素分圧よりも高くなる。しかし、高高度において空気中酸素分圧が地上での空気中酸素分圧よりも高くなると、空気中酸素濃度が非常に高くなる。そうすると、航空機の機内装備が難燃性であったとしても明らかに燃え易くなる上、搭乗者が持ち込む様々な物は必ずしも難燃性ではないことから火災発生の可能性がさらに増大する。
本発明は、上記問題を解決することのできる航空機における調質空気の供給方法および供給システムを提供することを目的とする。

本発明による航空機における調質空気供給方法の特徴は、酸素濃度および湿度の中の少なくとも一方が調整された調質空気を航空機において生成し、その生成された調質空気を、前記航空機のキャビン内に配置される複数の空気吹出口を介して、前記キャビン内の複数の着座位置における搭乗者の顔面配置領域それぞれに到達するように吹き出す点にある。
本発明方法によれば、キャビン内における搭乗者の顔面配置領域それぞれに到達するように調質空気を集中的に吹き出すことで、キャビン内の空気全体の酸素分圧あるいは湿度を上昇させるのに比べて、酸素分圧あるいは湿度が改善された調質空気流量を大幅に少なくできる。しかも、酸素濃度を調整する場合に酸素濃度が増大する領域は一部のみであるので、火災発生の可能性を増大させることなく搭乗者の呼吸を楽にすることで快適性を向上でき、湿度を調整する場合に湿度が増大する領域は一部のみであるので結露発生の可能性を増大させることなく搭乗者の快適性を向上できる。
なお、顔面配置領域とは着座状態の搭乗者の顔面が通常配置される領域であり、通常は座席のヘッドレストにより頭部を受けられた状態の搭乗者の顔面が配置される領域である。
調質空気は、顔面配置領域に向かって吹き出されてもよいし、顔面配置領域の近傍に向かって吹き出されてもよいし、顔面配置領域と顔面配置領域の近傍の双方に向かって吹き出されてもよく、顔面配置領域に到達すれば足りる。

本発明方法において、前記調質空気は、地上での空気中酸素濃度よりも酸素濃度が高く且つ地上での空気中酸素分圧よりも酸素分圧が低くなるように調質されているのが好ましい。これにより、供給される酸素富化空気は地上の空気よりも酸素濃度は高いが酸素分圧は低くなるので、火災発生の可能性をより低減できる。この場合、飛行中の航空機のキャビン内圧力を測定し、測定された前記キャビン内圧力に地上での空気中酸素濃度割合を乗じた値を超え、且つ、地上での空気中酸素分圧以下となる目標分圧を求め、求められた前記目標分圧の酸素を含有する酸素富化空気を、前記航空機に設けられた酸素富化空気生成装置により前記調質空気として生成するのが好ましい。これにより、火災発生の可能性を増大させることなく搭乗者の呼吸を確実に楽にすることで快適性を向上できる。

本発明方法において、前記調質空気は、キャビン内の空気全体の平均湿度よりも湿度が高くなるように調質されるのが好ましい。これにより、搭乗者に加湿空気を供給することで快適性を増すことができる。

本発明による航空機における調質空気供給システムは、調質空気として酸素富化空気を航空機において生成する酸素富化空気生成装置と、前記航空機のキャビン内圧力の測定装置と、前記キャビン内圧力と目標分圧との間の予め設定された関係を記憶する記憶装置とを備え、前記関係は、前記目標分圧が前記キャビン内圧力に地上での空気中酸素濃度割合を乗じた値を超え、且つ、地上での空気中酸素分圧以下となるように設定され、前記関係と測定された前記キャビン内圧力とに基づき前記目標分圧を求める目標分圧決定装置と、生成される調質空気の酸素分圧が求められた前記目標分圧になるように前記酸素富化空気生成装置を制御する制御装置と、前記酸素富化空気生成装置に通じる複数の空気吹出口を有する配管とを備え、前記空気吹出口は、前記キャビン内の複数の着座位置における搭乗者の顔面配置領域それぞれに到達するように、前記調質空気を吹き出し可能な位置に配置されている。これにより、本発明システムによれば酸素濃度が調整された調質空気を本発明方法により供給できる。

本発明システムにおいて、前記配管は複数の分岐端を有し、前記航空機における複数の座席それぞれ又は機体に取り付けられる複数のダクトにより前記分岐端が構成され、前記各ダクトに前記空気吹出口が設けられ、前記各ダクトは、前記顔面配置領域に到達するように前記空気吹出口から前記調質空気を吹き出す使用姿勢と、前記キャビン内における搭乗者の移動領域と干渉しない領域に配置される退避姿勢との間で姿勢変更可能であるのが好ましい。この場合、前記空気吹出口からの調質空気の吹き出し方向は調整できるのがより好ましい。前記各ダクトは、前記使用姿勢と前記退避姿勢との間で姿勢変更可能なように、前記座席または前記機体に揺動可能に取り付けられるのが好ましい。あるいは、前記ダクトは、前記使用姿勢と前記退避姿勢との間で姿勢変更可能なように、フレキシブルチューブにより構成されるのが好ましい。これにより、搭乗者に必要時のみ調質空気を供給し、不要時に搭乗者の移動が妨げられるのを防止できる。なお、搭乗者の移動領域とはキャビン内で搭乗者が移動のために通常通過する領域をいう。さらに、搭乗者の顔面に装着可能なマスクと、前記マスクに接続される可撓性チューブとを備え、前記チューブは前記配管に対して取り外し可能に取り付けられ、前記配管に取り付けられた前記チューブに前記空気吹出口から導入される前記調質空気が、前記マスクを介して搭乗者に供給されることが選択できるのが好ましい。マスクに取り付けられるチューブは配管に対して取り外し可能に取り付けられるので、搭乗者の要望に応じて酸素富化空気をマスクを介して確実に供給でき、また、マスクを使い捨てにできるので衛生上好ましい。

本発明システムにおいては、前記配管は、前記航空機における複数の座席それぞれ又は機体に取り付けられる複数のノズルを有し、前記各ノズルに前記空気吹出口と補助空気吹出口とが設けられ、各ノズルにおいて、前記補助空気吹出口は前記顔面配置領域から外れた領域に向かい前記調質空気を吹き出す位置に配置され、前記空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量の増加時は前記補助空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量が減少し、前記空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量の減少時は前記補助空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量が増加するように、各ノズルに前記調質空気の吹き出し流量の調整機構が設けられているのが好ましい。これにより、搭乗者に必要な調質空気の流量を調整し、それ以外はキャビン内で散逸させることにより、酸素分圧や湿度が改善された空気の供給量をほぼ一定に保つことができ、その酸素分圧や湿度を安定させることができる。

前記酸素富化空気生成装置は、キャビン圧よりも高圧にした空気供給源から供給される高圧空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する選択透過膜と、前記選択透過膜により分離された酸素富化空気と前記選択透過膜により分離された酸素富化空気よりも酸素濃度の低い空気とが導入される調質チャンバと、前記調質チャンバに導入される酸素富化空気の流量制御バルブを有し、前記キャビンから排出される空気に含まれる水分を回収すると共に回収された水分により前記調質チャンバ内の空気を加湿する水分再生装置が設けられているのが好ましい。これにより、搭乗者に供給される酸素富化空気を加湿することで快適性を増すことができる。この場合、前記調質チャンバから前記配管に導入される酸素富化空気の酸素分圧を求める酸素分圧決定装置が設けられ、求められた前記目標分圧と求められた前記酸素分圧との偏差を低減するように、前記制御装置により前記流量制御バルブの開度が調整されるのが好ましい。これにより、酸素富化空気の酸素分圧を容易に制御できる。

本発明によれば、航空機におけるキャビン内空気を適度に改善することで、火災や結露の問題を生じることなく搭乗者の快適性を低コストで向上できる。

本発明の実施形態に係る航空機における調質空気の供給システムの構成説明図 本発明の実施形態に係る航空機における調質空気の供給システムの水分再生装置を示す斜視図 本発明の実施形態に係る航空機における調質空気の供給システムの制御構成を示す図 本発明の実施形態に係る航空機における調質空気の供給システムによる調質空気の供給状態を示す斜視図 本発明の第１変形例に係る航空機における調質空気の供給システムによる調質空気の供給状態を示す斜視図 本発明の第２変形例に係る航空機における調質空気の供給システムのダクトを示す図 本発明の第３変形例に係る航空機における調質空気の供給システムのノズルを示す部分破断斜視図 本発明の第４変形例に係る航空機における調質空気供給システムによる調質空気の供給状態を示す斜視図 本発明の第４変形例に係る航空機における調質空気供給システムによる調質空気の供給状態を示す平面図 本発明の第４変形例に係る航空機における調質空気供給システムのダクトを示す図

符号の説明

１…加圧空気供給装置、５ａ…コンプレッサ、８…キャビン、８ａ…機体、１６…酸素富化空気生成装置、１６ａ…選択透過膜、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ…流量制御バルブ、１６ｅ…調質チャンバ、１９…制御装置、４０…配管、４０Ａ…ダクト、４０ａ、１４０ａ、２４０ａ…空気吹出口、４２…圧力センサ、４３…座席、５０…マスク、５１…チューブ、８０…水分再生装置、１４０ｂ…補助空気吹出口、Ｈ…搭乗者

図１に示す航空機における調質空気の供給システムは、加圧空気供給装置１からの加圧空気をラム空気路２を通る機外空気により冷却するプリクーラ３を有する。加圧空気供給装置１としては、航空機のエンジンや航空機に搭載される電動コンプレッサを用いることができ、エンジンからの抽出空気やコンプレッサによる圧縮空気が加圧空気として供給される。プリクーラ３において冷却された空気は、流量制御バルブ４を介してラジアルコンプレッサ５ａに導かれることでほぼ断熱的に圧縮される。これにより、加圧空気供給装置１とラジアルコンプレッサ５ａが本発明の高圧空気供給源を構成する。ラジアルコンプレッサ５ａにより圧縮された空気はメインクーラ６ａと第１再生熱交換器６ｂにおいて冷却された後に水分捕捉のためにウォータセパレータ７に導かれる。航空機が地上にあってエンジンが停止している時は、機内の補助動力ユニットまたは機外の加圧空気供給ユニットにより構成される補助加圧空気供給装置１′によって圧縮された空気がラジアルコンプレッサ５ａに導かれる。

ウォータセパレータ７で水分除去された高圧空気の一部は酸素富化空気生成装置１６に導かれ、残部は膨張タービン５ｂに導かれる。酸素富化空気生成装置１６を構成する中空糸状の選択透過膜１６ａは、空気中の酸素の透過率が窒素の透過率よりも高くされている。これにより、高圧空気供給源から供給された空気は選択透過膜１６ａにより窒素富化ガスと酸素富化空気とに分離される。酸素富化空気生成装置１６においては、選択透過膜１６ａにより分離された酸素富化空気の一部を第１流量制御バルブ１６ｂを介して調質チャンバ１６ｅに導入し、残部を第２流量制御バルブ１６ｃを介して機外空間に放出できる。窒素富化ガスは、第３流量制御バルブ１６ｄを介して燃料周囲領域１５に導入された後に、放出路を通って機外空間に放出される。本実施形態においては、流量制御バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは調質チャンバ１６ｅに導入される酸素富化空気の流量制御バルブとして機能する。すなわち、流量制御バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの開度変化によって選択透過膜１６ａを通過する空気流量が変化し、調質チャンバ１６ｅに導入される酸素富化空気の流量が調節される。

膨張タービン５ｂに導かれた空気がほぼ断熱的に膨張されることで冷気が生成される。これにより、コンプレッサ５ａと膨張タービン５ｂによりエアサイクル式冷却装置５が構成されている。膨張タービン５ｂの膨張仕事は、シャフト５ｃを介してコンプレッサ５ａに伝えられることで圧縮動力として利用される。そのシャフト５ｃに、コンプレッサ５ａの駆動に必要な動力を補助するためのモータ５ｄが取り付けられている。エアサイクル式冷却装置５より生成された冷気は、第１再生熱交換器６ｂにおいて加熱され、一部はミキシングチャンバ１３を介して航空機のキャビン８に導入され、残部は流量制御バルブ１８を介して調質チャンバ１６ｅに導入される。なお、キャビン８は旅客用航空機の客室空間だけでなくコックピット空間を含んでもよい。

加圧空気供給装置１からの空気の一部は、上記エアサイクル式冷却装置５を通ることなくバイパス空気流路１１からホットエアモジュレートバルブ１２と調節バルブ１２ｂに導かれる。ホットエアモジュレートバルブ１２に導かれた空気はミキシングチャンバ１３からキャビン８に導入され、調節バルブ１２ｂに導かれた空気は調質チャンバ１６ｅに導入される。

キャビン８内の空気の一部は、流出空気流路２０から流出した後にフィルター２１により埃や匂いが除去され、流出空気流路２０から分岐する分岐流路２０ａを介してファンＦ１によりミキシングチャンバ１３に導かれた後にキャビン８に還流する。

フィルター２１を通過した空気の一部は、流出空気流路２０と流出空気流路２０から分岐する第１分岐空気流路２２を介して水分再生装置８０に接続される。
図２に示すように、水分再生装置８０においては、多数の水分吸着部８３が回転ドラム８０ａの内部にハニカム状に設けられ、その長手方向は回転ドラム８０ａの回転軸方向に延びる。各水分吸着部８３内に吸着剤が充填されている。水分吸着部８３を構成する吸着剤は、空気に含まれる水分を吸着し、また、吸着時よりも温度が上昇することで吸着した水分を放出するもので、例えばシリカゲルのような水分子吸着物質から構成できる。
回転ドラム８０ａの両端面にセパレータ８１が相対回転可能にシール部材（図示省略）を介して接合されている。各セパレータ８１は、外輪８１ａと内輪８１ｂとを２本のアーム８１ｃにより接続することで構成され、航空機の機体側に固定される。各セパレータ８１の内輪８１ｂにより、回転ドラム８０ａの中心シャフト８０ｂが軸受（図示省略）を介して回転可能に支持される。中心シャフト８０ｂにモータ８２が接続され、モータ８２が制御装置１９からの信号により駆動されることで回転ドラム８０ａは回転する。各セパレータ８１における外輪８１ａと内輪８１ｂとの間は、２本のアーム８１ｃにより２つの領域８１ｄ、８１ｅに区画されている。各セパレータ８１における一方の領域８１ｄは配管継手８４を介して第１分岐空気流路２２に接続され、他方の領域８１ｅは配管継手８５を介して流出空気流路２０に接続される。制御装置１９からの信号によりモータ８２が駆動されることで回転ドラム８０ａが回転し、各水分吸着部８３それぞれは第１分岐空気流路２２に接続される状態と流出空気流路２０に接続される状態との間で切替えられる。

第１分岐空気流路２２を流れる空気は、ファンＦ２により第２再生熱交換器２３に導かれ、例えば８０℃〜１２０℃に加熱される。キャビン８から流出空気流路２０に導かれる空気の温度は例えば２０℃〜３０℃になる。これにより、水分吸着部８３はキャビン８から流出空気流路２０を介して導入される空気が流れる時は低温になるので、吸着剤はキャビン８から流出される空気に含まれる水分子を吸収する。一方、水分吸着部８３は第１分岐空気流路２２を介して導入される空気が流れる時は高温になるので、吸着剤は第１分岐空気流路２２を介して導入される空気中に吸収した水分子を放出することで再生される。これにより、キャビン８から流出される空気中の水分子は、吸着剤により吸着された後に第１分岐空気流路２２を流れる空気中に放出され、吸着剤は再度利用できるように再生される。

第１分岐空気流路２２を流れる空気は、水分再生装置８０を通過した後に切替えバルブ２４に導かれる。切替えバルブ２４は、そこに導かれた空気を機外空間に放出する状態と、調質チャンバ１６ｅに導入する状態とに空気流路を切替え可能である。これにより水分再生装置８０は、キャビン８から排出される空気に含まれる水分を回収すると共に回収された水分により調質チャンバ１６ｅ内の空気を加湿できる。

流出空気流路２０は、水分再生装置８０の下流において、第２分岐空気流路２５と第３分岐空気流路２６とに分岐される。第２分岐空気流路２５は、モータ３０で駆動されるコンプレッサ３１に導かれ、水分吸着部８３により水分吸着された空気の一部が略断熱的に圧縮される。コンプレッサ１７により圧縮されることで昇温された空気は、第２再生熱交換器２３において第１分岐空気流路２２を流れる空気と熱交換され、放熱器３２においてラム空気路２を通る機外空気により冷却されることで常温近くまで冷却され、しかる後に切替えバルブ３３を介してラジアルコンプレッサ５ａとミキシングチャンバ１３とに選択的に導入される。第３分岐空気流路２６は切替えバルブ３４を介してアウトフローバルブ３５に接続される。切替えバルブ３４は、アウトフローバルブ３５を第３分岐空気流路２６に接続する状態と流出空気流路２０に接続する状態とに切り換える。

選択透過膜１６ａにより分離された酸素富化空気は、バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを介して調質チャンバ１６ｅに導入され、選択透過膜１６ａにより分離された酸素富化空気よりも酸素濃度の低い空気がバルブ１２ｂ、１８、２４を介して調質チャンバ１６ｅに導入される。これにより、選択透過膜１６ａにより分離された酸素富化空気の酸素分圧を調質チャンバ１６ｅにおいて調整することで、酸素富化空気生成装置１６は調質空気を生成する。

調質空気は調質チャンバ１６ｅから配管４０に導入され、その配管４０を介してキャビン８内に導入される。その配管４０を流れる調質空気の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４１が設けられている。図３に示すように、酸素濃度センサ４１は制御装置１９に接続されている。制御装置１９に、キャビン内圧力の測定装置として圧力センサ４２が接続され、キャビン内温度の測定装置として温度センサ４５が接続され、キャビン内湿度の測定装置として湿度センサ４６が接続されている。制御装置１９は、酸素濃度センサ４１により測定される調質空気の酸素濃度と圧力センサ４２により測定されたキャビン内圧力Ｐ_c とに基づき、調質チャンバ１６ｅから配管４０に導入される調質空気の酸素分圧Ｐ_a を求める酸素分圧値決定装置として機能する。

制御装置１９は、キャビン内圧力と目標分圧との間の予め設定された関係を記憶する憶装装置を含む。その記憶される関係は、目標分圧がキャビン内圧力に地上での空気中酸素濃度割合を乗じた値を超え、且つ、地上での空気中酸素分圧以下となるように設定される。すなわち、目標分圧をＰ^* 、キャビン内圧力をＰ_c 、地上での空気中酸素濃度割合をα（約０．２０９）、地上での空気中酸素分圧をＰ_g （約２１２ｈＰａ）として、αＰ_c ＜Ｐ^* ≦Ｐ_g の関係を充足する目標分圧Ｐ_a ^* を決定するための関係が設定される。具体的な関係は、搭乗者の快適性を向上できるように目標分圧Ｐ_a ^* が決定されるように実験により定めればよい。例えば、偏差（Ｐ_g −αＰ_c ）に予め定めた係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じたｋ（Ｐ_g −αＰ_c ）をαＰ_c に加算した値を目標分圧Ｐ_a ^* とする関係を記憶する。これにより、例えばキャビン内圧力Ｐ_c が高度２４３８ｍ（８０００ft）での圧力である場合、調質空気の酸素の目標分圧Ｐ_a ^* は高度１５２４ｍ（５０００ft）での空気の酸素分圧とされ、この場合の目標分圧Ｐ_a ^* は約２３．５％の酸素濃度に対応する。これにより調質空気は、地上での空気中酸素濃度よりも酸素濃度が高く且つ地上での空気中酸素分圧よりも酸素分圧が低くなるように調質される。

制御装置１９は、配管４０からキャビン８に導入される調質空気の酸素分圧が目標分圧Ｐ_a ^* になるように酸素富化空気生成装置１６を制御する。すなわち制御装置１９は、記憶した関係と圧力センサ４２により測定されたキャビン内圧力Ｐ_c とに基づき目標分圧Ｐ_a ^* を求める目標分圧値決定装置として機能し、求められた目標分圧Ｐ_a ^* と求められた酸素分圧Ｐ_a との偏差を低減するように流量制御バルブ１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの開度を調整する。これにより、選択透過膜１６ａから調質チャンバ１６ｅに導入される酸素富化空気の流量が調節される。

水分再生装置８０により調質チャンバ１６ｅ内の空気を加湿することで、キャビン８内の空気全体の平均湿度よりも湿度が高くなるように調質空気を調質できる。この場合、調質チャンバ１６ｅ内の空気の相対湿度を２０％以上に維持するのが好ましい。圧力センサ４２によるキャビン８内の検出圧力と航空機の制御機構から送られる高度情報に基づき、制御装置１９からの信号によりアウトフローバルブ３５を制御することで、キャビン８内の圧力が適正に維持される。なお、温度センサ４５によるキャビン８内の検出温度に基づき、制御装置１９からの信号により流量制御バルブ４、ホットエアモジュレートバルブ１２、流量制御バルブ１８、切替えバルブ３３を制御することで、キャビン８内の温度を調節できる。

上記配管４０はキャビン８内に配置される分岐端を有し、その分岐端それぞれに酸素富化空気生成装置１６に通じる空気吹出口４０ａが設けられている。各空気吹出口４０ａは、キャビン８内の複数の着座位置における搭乗者の顔面配置領域それぞれに到達するように調質空気を吹き出し可能な位置に配置されている。

すなわち図４に示すように、配管４０は分岐端それぞれを構成する複数のダクト４０Ａを有する。ダクト４０Ａは航空機における複数の座席４３それぞれに取り付けられ、各ダクト４０Ａに一つの空気吹出口４０ａが設けられている。なお、各ダクト４０Ａに空気吹出口４０ａを複数設けてもよい。本実施形態のダクト４０Ａは、略直管状の本体４０Ａ′と、本体４０Ａ′の一端側により支持される球殻状の先端部４０Ａ″とを有し、先端部４０Ａ″に空気吹出口４０ａが形成されている。

本体４０Ａ′は、座席４３のヘッドレスト４３ａの側面に、その他端側が座席４３の幅方向に沿う第１軸４３ｕ中心に揺動可能かつ摩擦やクリック等により位置決め可能に取り付けられている。先端部４０Ａ″は本体４０Ａ′にボールジョイントを介して、第１軸４３ｕに直交すると共に本体４０Ａ′の長手方向に沿う第２軸４３ｖ中心に回転可能かつ摩擦やクリック等により位置決め可能に支持され、さらに、第２軸４３ｖに直交する第３軸４３ｗ中心に揺動かつ摩擦やクリック等により位置決め可能に取り付けられている。これによりダクト４０Ａは、第１軸４３ｕ中心に揺動することで、図４において実線で示す使用姿勢と鎖線で示す退避姿勢との間で姿勢変更可能とされている。

ダクト４０Ａが使用姿勢である時、調質空気は配管４０の座席４３内配置部分からダクト４０Ａの本体４０Ａ′に導入され、先端部４０Ａ″を通って空気吹出口４０ａから矢印αで示すように吹き出される。すなわち、ダクト４０Ａが使用姿勢である時、先端部４０Ａ″が着座位置における搭乗者Ｈの顔面配置領域の近傍に配置されることで、その顔面配置領域に到達するように空気吹出口４０ａから調質空気を吹き出すことができる。また、先端部４０Ａ″を本体４０Ａ′に対して第２軸４３ｖ中心に回転させ、第３軸４３ｗ中心に揺動させることで、調質空気の吹き出し方向を調整できる。これにより、調質空気を顔面配置領域に向かって吹き出すこともできるし、顔面配置領域の近傍に向かって吹き出すこともできるし、顔面配置領域と顔面配置領域の近傍とに向かって吹き出すこともできる。ダクト４０Ａが退避姿勢である時、ダクト４０Ａはヘッドレスト４３ａの側面に沿うことで、キャビン８内における搭乗者Ｈの移動領域と干渉しない領域に配置される。
なお、座席４３が窓際やキャビン８内の壁際等に配置されている場合、ダクト４０Ａを座席４３ではなく航空機の機体に取り付けてもよい。

上記実施形態によれば、飛行中の航空機のキャビン内圧力Ｐ_c を測定し、測定されたキャビン内圧力Ｐ_c に地上での空気中酸素濃度割合αを乗じた値を超え、且つ、地上での空気中酸素分圧Ｐ_a 以下となる目標分圧Ｐ_a ^* を求め、求めた目標分圧Ｐ_a ^* の酸素を含有する酸素富化空気を酸素富化空気生成装置１６により生成し、この生成された酸素富化空気を調質空気として、複数の空気吹出口４０ａを介して、キャビン８内の複数の着座位置における搭乗者Ｈの顔面配置領域それぞれに到達するように吹き出すことができる。また、その調質空気の湿度をキャビン８内の空気全体の平均湿度よりも湿度が高くできる。その調質空気をキャビン８内において搭乗者Ｈの顔面配置領域それぞれに到達するように集中的に吹き出すことで、キャビン８内の空気全体の酸素分圧および湿度を上昇させるのに比べて、酸素分圧および湿度が改善された調質空気流量を大幅に少なくできる。また、火災発生の可能性を増大させることなく搭乗者の呼吸を楽にすることで快適性を向上できる。さらに、結露発生の可能性を増大させることなく搭乗者の快適性を向上できる。例えば、搭乗者Ｈの顔面の周囲に湿分のある空気が存在することで、口や鼻の粘膜の乾燥やコンタクトレンズの落下を防止できる。調質空気は地上の空気よりも酸素濃度は高いが酸素分圧は低いので、火災発生の可能性をより低減できる。各ダクト４０Ａは使用姿勢と退避姿勢との間で姿勢変更可能であるので、搭乗者Ｈに必要時のみ調質空気を供給し、不要時に搭乗者Ｈの移動が妨げられるのを防止できる。しかも、調質チャンバ１６ｅに導入される酸素富化空気の流量を制御することで調質空気の酸素分圧を容易に制御でき、調質チャンバ１６ｅ内の酸素富化空気を水分再生装置８０により回収した水分により加湿することで快適性を増すことができる。

図５の第１変形例においては、搭乗者Ｈの顔面に装着可能なマスク５０と、マスク５０に接続されるチューブ５１が設けられている。

マスク５０は、搭乗者Ｈの口元に空間ができる一般的な立体形状を有し、その口元の空間に通じる配管接続具５０ａと、搭乗者Ｈの耳に引っ掛けられる開口部５０ｂを有する。マスクは通気性のある不織布等の布製とし、配管接続具５０ａは軽量プラスチックから成形するのが好ましい。チューブ５１はポリエチレンフィルム等の軽量の可撓性を有する材料から成形するのが好ましい。

チューブ５１の一端は、配管接続具５０ａの開口周縁から延びる環状部に取り外し可能に嵌め合わされることでマスク５０に取り付けられている。チューブ５１の他端は、配管４０の空気吹出口４０ａの周縁から延びる環状部４０ａ′に取り外し可能に嵌め合わされることで配管４０に取り付けられている。これにより、チューブ５１に空気吹出口４０ａから導入される調質空気が、マスク５０を介して搭乗者Ｈに供給される。

チューブ５１は配管４０に対して取り外し可能に取り付けられるので、搭乗者Ｈの要望に応じて調質空気をマスク５０を介して確実に供給でき、また、マスク５０を使い捨てにできるので衛生上好ましい。マスク５０を通気性材製とすることで、余剰の調質空気や呼気をマスク５０と顔面との間から放出できる。調質空気を、フィルタ等により除菌や塵埃除去することで浄化した後にマスク５０を介して搭乗者Ｈに供給することで、キャビン８内でのウイルス感染等を予防できる。他は上記実施形態と同様とされる。

図６に示す第２変形例においては、ダクト４０Ａをフレキシブルチューブにより構成することで、使用姿勢と退避姿勢との間で姿勢変更可能とし、また、調質空気の吹き出し方向を調整可能としている。他は上記実施形態と同様とされる。

図７に示す第３変形例に示す配管４０は、複数のダクト４０Ａに代えて、分岐端それぞれを構成する複数のノズル１４０を有する。ノズル１４０が航空機における機体または座席４３それぞれに取り付けられる。

本変形例のノズル１４０は外筒１４１、内筒１４２、およびコーン１４３を有する。外筒１４１はフランジ１４１ａを介して、例えばキャビン８の天井を構成する機体８ａに取り付けられる。なお、キャビン８の天井が高い場合等は、ノズル１４０を例えば座席４３の背もたれの背面部に取り付け、その背もたれの背面に対向する座席における搭乗者Ｈの顔面配置領域に到達するように調質空気を吹き出してもよい。外筒１４１の内周に形成される雌ねじ１４１ｂと内筒１４２の外周に形成される雄ねじ１４２ａを介して、内筒１４２は外筒１４１にねじ合わされる。コーン１４３の基端部はスペーサ１４３ａを介して外筒１４１の内周に固定される。コーン１４３の先端部外周はテーパ面１４３ｂとされ、テーパ面１４３ｂに対向する内筒１４２の内周に円錐面に沿う傾斜面１４２ｂが形成されている。内筒１４２の先端に空気吹出口１４０ａが設けられる。内筒１４２の先端側外周を摘まみ易いようにローレット溝１４２ｄが形成されている。

生成された調質空気は、外筒１４１の内周とコーン１４３の外周との間の流路からノズル１４０内に導入され、傾斜面１４２ｂとテーパ面１４３ｂとの間の流路を通り、空気吹出口１４０ａからキャビン８内の複数の着座位置における搭乗者Ｈの顔面配置領域それぞれに到達するように吹き出される。内筒１４２は、外筒１４１に対するねじ合わせ量の変化により軸方向移動し、これにより傾斜面１４２ｂとテーパ面１４３ｂとの間の流路面積が変化するので、空気吹出口１４０ａからの調質空気の吹き出し流量を調整できる。すなわち、空気吹出口１４０ａからの調質空気の吹き出し流量の調整機構１４５が設けられている。

外筒１４１の周壁に形成される外側開口１４１ｃと内筒１４２の周壁に形成される内側開口１４２ｃとにより補助空気吹出口１４０ｂが構成されている。空気吹出口１４０ａからの調質空気の吹き出し流量が最大である時、外側開口１４１ｃは内筒１４２の周壁により閉鎖され、内側開口１４２ｃは外筒１４１の周壁により閉鎖される。外筒１４１に対する内筒１４２の軸方向移動によって空気吹出口１４０ａからの調質空気の吹き出し流量が減少するに伴って、外側開口１４１ｃと内側開口１４２ｃのオーバーラップ面積が次第に増加し、補助空気吹出口１４０ｂからの調質空気の吹き出し流量が次第に増加する。すなわち各ノズル１４０において、空気吹出口１４０ａからの調質空気の吹き出し流量の増加時は補助空気吹出口１４０ｂからの調質空気の吹き出し流量が減少し、空気吹出口１４０ａからの調質空気の吹き出し流量の減少時は補助空気吹出口１４０ｂからの調質空気の吹き出し流量が増加するように、調質空気の吹き出し流量が調整可能とされている。補助空気吹出口１４０ｂは搭乗者Ｈの顔面配置領域から外れた領域に向かい調質空気を吹き出す位置に配置される。これにより、搭乗者Ｈに必要な調質空気の流量を調整し、それ以外はキャビン内で散逸させることにより、酸素分圧や湿度が改善された空気の供給量をほぼ一定に保つことができ、その酸素分圧や湿度を安定させることができる。他は上記実施形態と同様とされる。

図８〜図１０に示す第４変形例においては、ウィング部４３ａ′を有するヘッドレスト４３ａの左右端部にダクト４０Ａが設けられている。本変形例における各ダクト４０Ａは、円筒状の本体２４０と、本体２４０の両端にそれぞれ取り付けられる連結部２４１、２４２を有する。両連結部２４１、２４２がウィング部４３ａ′に固定され、本体２４０は両連結部２４１、２４２により回転可能に支持されている。本体２４０にルーバー状の空気吹出口２４０ａが形成されている。生成された調質空気は、配管４０の接続配管４０Ｂを介して座席に入り、座席４３内配置部分からダクト４０Ａの連結部２４１、２４２に導入され、本体２４０を通って空気吹出口２４０ａから図９において矢印αで示すように顔面配置領域の近傍に向かって吹き出される。両空気吹出口２４０ａから吹き出された調質空気は、ヘッドレスト４３ａにより受けられた搭乗者Ｈの頭部の両側から中央に向かい顔面に沿ってゆっくり流れ、中央において互いにぶつかり、搭乗者Ｈの顔面に到達する。本体２４０は連結部２４１、２４２に対して自身の軸中心に回転可能とされ、これにより調質空気の吹き出し方向を調整でき、調質空気を顔面配置領域に向かって吹き出すこともできるし、顔面配置領域と顔面配置領域とに向かって吹き出すこともできるし、他は上記実施形態と同様とされる。

本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、上記実施形態における調質空気は酸素濃度および湿度の双方が調整されているが、酸素濃度のみが調整されてもよいし、湿度のみが調整されてもよい。調質空気の湿度のみが調整される場合は上記実施形態において選択透過膜１６ａにより分離された酸素富化空気を調質チャンバ１６ｅに導入する構成は不要であり、調質空気の酸素濃度のみが調整される場合は上記実施形態において水分再生装置８０により回収された水分により調質チャンバ１６ｅを加湿する構成は不要である。また、酸素富化空気生成装置において酸素の透過率が窒素の透過率よりも低い選択透過膜を用いてもよい。

Claims (10)

1. 酸素濃度および湿度の中の少なくとも一方が調整された調質空気を航空機において生成し、その生成された調質空気を、前記航空機のキャビン内に配置される複数の空気吹出口を介して、前記キャビン内の複数の着座位置における搭乗者の顔面配置領域それぞれに到達するように吹き出す航空機における調質空気供給方法。
2. 前記調質空気は、地上での空気中酸素濃度よりも酸素濃度が高く且つ地上での空気中酸素分圧よりも酸素分圧が低くなるように調質されている請求項１に記載の航空機における調質空気供給方法。
3. 飛行中の航空機のキャビン内圧力を測定し、
   測定された前記キャビン内圧力に地上での空気中酸素濃度割合を乗じた値を超え、且つ、地上での空気中酸素分圧以下となる目標分圧を求め、
   求められた前記目標分圧の酸素を含有する酸素富化空気を、前記航空機に設けられた酸素富化空気生成装置により前記調質空気として生成する請求項２に記載の航空機における調質空気供給方法。
4. 前記調質空気は、キャビン内の空気全体の平均湿度よりも湿度が高くなるように調質される請求項１に記載の航空機における調質空気供給方法。
5. 調質空気として酸素富化空気を航空機において生成する酸素富化空気生成装置と、
   前記航空機のキャビン内圧力の測定装置と、
   前記キャビン内圧力と目標分圧との間の予め設定された関係を記憶する記憶装置とを備え、
   前記関係は、前記目標分圧が前記キャビン内圧力に地上での空気中酸素濃度割合を乗じた値を超え、且つ、地上での空気中酸素分圧以下となるように設定され、
   前記関係と測定された前記キャビン内圧力とに基づき前記目標分圧を求める目標分圧決定装置と、
   生成される調質空気の酸素分圧が求められた前記目標分圧になるように前記酸素富化空気生成装置を制御する制御装置と、
   前記酸素富化空気生成装置に通じる複数の空気吹出口を有する配管とを備え、
   前記空気吹出口は、前記キャビン内の複数の着座位置における搭乗者の顔面配置領域それぞれに到達するように、前記調質空気を吹き出し可能な位置に配置されている航空機における調質空気供給システム。
6. 前記配管は複数の分岐端を有し、前記航空機における複数の座席それぞれ又は機体に取り付けられる複数のダクトにより前記分岐端が構成され、
   前記各ダクトに前記空気吹出口が設けられ、
   前記各ダクトは、前記顔面配置領域に到達するように前記空気吹出口から前記調質空気を吹き出す使用姿勢と、前記キャビン内における搭乗者の移動領域と干渉しない領域に配置される退避姿勢との間で姿勢変更可能な請求項５に記載の航空機における調質空気供給システム。
7. 搭乗者の顔面に装着可能なマスクと、
   前記マスクに接続される可撓性チューブとを備え、
   前記チューブは前記配管に対して取り外し可能に取り付けられ、
   前記配管に取り付けられた前記チューブに前記空気吹出口から導入される前記調質空気が、前記マスクを介して搭乗者に供給される請求項５に記載の航空機における調質空気供給システム。
8. 前記配管は、前記航空機における複数の座席それぞれ又は機体に取り付けられる複数のノズルを有し、
   前記各ノズルに前記空気吹出口と補助空気吹出口とが設けられ、
   各ノズルにおいて、前記補助空気吹出口は前記顔面配置領域から外れた領域に向かい前記調質空気を吹き出す位置に配置され、
   前記空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量の増加時は前記補助空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量が減少し、前記空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量の減少時は前記補助空気吹出口からの前記調質空気の吹き出し流量が増加するように、各ノズルに前記調質空気の吹き出し流量の調整機構が設けられている請求項５に記載の航空機における調質空気供給システム。
9. 前記酸素富化空気生成装置は、高圧空気供給源から供給される高圧空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離する選択透過膜と、前記選択透過膜により分離された酸素富化空気と前記選択透過膜により分離された酸素富化空気よりも酸素濃度の低い空気とが導入される調質チャンバと、前記調質チャンバに導入される酸素富化空気の流量制御バルブとを有し、
   前記キャビンから排出される空気に含まれる水分を回収すると共に回収された水分により前記調質チャンバ内の空気を加湿する水分再生装置が設けられている請求項５に記載の航空機における調質空気供給システム。
10. 前記調質チャンバから前記配管に導入される酸素富化空気の酸素分圧を求める酸素分圧決定装置が設けられ、
    求められた前記目標分圧と求められた前記酸素分圧との偏差を低減するように、前記制御装置により前記流量制御バルブの開度が調整される請求項９に記載の航空機における調質空気供給システム。

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