WO2008065709A1 - Method and system for supplying conditioned air in airplane - Google Patents

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Hidefumi Saito
Kay Takao
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Shimadzu Corporation
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method and system for supplying conditioned air in which at least one of oxygen concentration and humidity is adjusted, in a cabin of an aircraft including a fixed wing aircraft and a rotary wing aircraft.
  • the in-flight pressure of an aircraft flying at high altitude is higher than the out-of-flight pressure due to pressurization, but the in-flight pressure after pressurization is set lower than the ground pressure due to the strength of the aircraft. .
  • it is allowed to set a pressure equivalent to 2438 m (8000 ft) (75.27 kPa) for operation.
  • the oxygen partial pressure of the cabin air is about 3Z4 on the ground.
  • the humidity of the cabin air decreases due to ventilation. Such a decrease in the oxygen partial pressure and humidity in the cabin air reduces passenger comfort.
  • the air taken in from the machine is separated into oxygen-enriched air and nitrogen-enriched air by a selective permeable membrane, and the oxygen-enriched air is supplied into the cabin for air conditioning.
  • the entire air in the cabin To improve the humidity of the cabin air by increasing the oxygen partial pressure of the engine, or recovering the moisture contained in the air flowing out of the cabin and reusing the moisture (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 1) ) Has been proposed.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 6,655,168
  • Patent Document 2 US Pat. No. 6,666,039
  • Patent Document 3 US Pat. No. 6,997,970
  • Non-Patent Document 1 Hidefumi Saito, 3 people, "Advanced Air Conditioning System", Japan Aerospace Society, Japan Aeronautical Technology Association, October 2005, Nagoya International Conference Hall, Lecture at the 43rd Airplane Symposium Pp. 594-600
  • oxygen-enriched air is used to increase the oxygen partial pressure of the entire air in the cabin.
  • the oxygen-enriched air introduced into the cabin is diluted by the outside air introduced into the cabin for ventilation. Therefore, for example, when the flight altitude of an aircraft is 2438 m (8000 ft), it is easy to maintain the oxygen partial pressure of the entire air in the cabin at an oxygen partial pressure equivalent to 2134 m (7000 ft), but the altitude 1829 m ( To maintain an oxygen partial pressure equivalent to 6000 ft), an excessive oxygen-enriched air supply capacity is required.
  • the oxygen-enriched air supplied in the prior art of Patent Document 3 is used when the in-flight pressure is extremely lowered due to an accident or the like, or when treating a sick person. Therefore, the oxygen partial pressure is in the air on the ground. It becomes higher than the oxygen partial pressure. However, when the oxygen partial pressure in the air becomes higher than the oxygen partial pressure in the air at high altitude, the oxygen concentration in the air becomes very high. Then
  • the conditioned air supply method in an aircraft according to the present invention is characterized in that conditioned air in which at least one of oxygen concentration and humidity is adjusted is generated in an aircraft, and the generated conditioned air is The point is that the air is blown out through a plurality of air outlets arranged in the cabin of the aircraft so as to reach each of the face placement areas of the occupant at the plurality of seating positions in the cabin.
  • the conditioned air is intensively blown out so as to reach each of the occupant's face arrangement areas in the cabin, compared with increasing the oxygen partial pressure or humidity of the entire air in the cabin. Therefore, the conditioned air flow with improved oxygen partial pressure or humidity can be greatly reduced.
  • the oxygen concentration there is only a part of the region where the oxygen concentration increases, so comfort can be improved by reducing the breathing of the passenger without increasing the possibility of fire, and humidity can be reduced.
  • only a part of the area where the humidity increases can improve passenger comfort without increasing the possibility of condensation.
  • the face arrangement area is an area in which the face of the seated passenger is normally arranged, and is usually an area in which the face of the passenger in a state where the head is received by the headrest of the seat is arranged.
  • the conditioned air may be blown out toward the face arrangement area, may be blown out near the face arrangement area, or toward both the face arrangement area and the vicinity of the face arrangement area. It suffices to reach the face placement area that can be blown out.
  • the conditioned air is conditioned so that the oxygen concentration is higher than the oxygen concentration in the air on the ground and the oxygen partial pressure is lower than the oxygen partial pressure in the air on the ground. It is preferable.
  • the oxygen-enriched air supplied has a higher oxygen concentration than the air on the ground, but the oxygen partial pressure is lower, so the possibility of a fire can be further reduced.
  • the cabin pressure of the aircraft in flight is measured, and exceeds the value obtained by multiplying the measured cabin pressure by the oxygen concentration ratio in the air on the ground, and below the oxygen partial pressure in the air on the ground.
  • the target partial pressure is determined, and oxygen-enriched air containing oxygen of the determined target partial pressure is generated as the conditioned air by an oxygen-enriched air generator provided in the aircraft.
  • oxygen-enriched air generator provided in the aircraft. This can improve comfort by ensuring that passengers can breathe comfortably without increasing the likelihood of a fire.
  • the conditioned air is preferably conditioned so that the humidity is higher than the average humidity of the entire air in the cabin.
  • the comfort can be increased by supplying humidified air to the passenger.
  • the conditioned air supply system for an aircraft includes an oxygen-enriched air generating device that generates oxygen-enriched air as conditioned air in an aircraft, a cabin internal pressure measuring device, and an interior of the cabin. And a storage device for storing a preset relationship between the pressure and the target partial pressure, wherein the target partial pressure is a value obtained by multiplying the cabin internal pressure by the oxygen concentration ratio in the air on the ground.
  • a target partial pressure determination device that is set to exceed the partial pressure of oxygen in the air and is equal to or lower than the ground, and that calculates the target partial pressure based on the relationship and the measured cabin internal pressure.
  • a control device that controls the oxygen-enriched air generating device so that the oxygen partial pressure of the conditioned air becomes the determined target partial pressure, and a pipe having a plurality of air outlets that communicate with the oxygen-enriched air generating device And with The air outlet is to reach the respective passenger's face arrangement region of the plurality of seating positions within the cabin are arranged in a position capable of blowing the tempering air.
  • the pipe has a plurality of branch ends, and each of the plurality of seats in the aircraft or a plurality of ducts attached to the fuselage constitutes the branch ends, and the air blows to the ducts.
  • An outlet is provided, and each of the ducts is disposed in an area where the air blowing force force blows the conditioned air so as to reach the face arrangement area and an area that does not interfere with a passenger movement area in the cabin. It is preferable that the posture can be changed between the retracted posture. In this case, it is more preferable that the conditioned air blowing direction from the air outlet can be adjusted.
  • Each duct can swing on the seat or the airframe so that the posture can be changed between the use posture and the retracted posture.
  • the duct is preferably constituted by a flexible tube so that the posture can be changed between the use posture and the retracted posture.
  • the passenger movement area refers to the area in which the passenger normally passes for movement in the cabin.
  • a mask that can be attached to the face of the passenger and a flexible tube connected to the mask are provided, the tube being detachably attached to the pipe, and the tube attached to the pipe.
  • the conditioned air introduced from the air outlet can be selected to be supplied to the passenger through the mask. Since the tube attached to the mask is detachably attached to the piping, oxygen-enriched air can be reliably supplied through the mask according to the passenger's request, and the mask can be disposable, which is preferable in terms of hygiene.
  • the pipe has a plurality of nozzles attached to each of a plurality of seats or a fuselage in the aircraft, and each of the nozzles is provided with the air outlet and the auxiliary air outlet.
  • the auxiliary air outlet is arranged at a position where the conditioned air is blown out toward the area where the face arrangement region force is off, and the flow rate of the conditioned air from the air outlet is increased.
  • each nozzle is provided with a mechanism for adjusting the flow rate of the conditioned air so that the flow rate increases.
  • the oxygen-enriched air generating device includes a selectively permeable membrane that separates the supplied high-pressure air into oxygen-enriched air and nitrogen-enriched air that has a higher pressure than the cabin pressure.
  • a tempering chamber into which oxygen-enriched air separated by a permeable membrane and air having an oxygen concentration lower than that of oxygen-enriched air separated by the permselective membrane are introduced, and an oxygen-enriched gas introduced into the tempered chamber
  • the air flow control valve is used to discharge the cabin force. It is preferable to provide a moisture regeneration device that collects moisture contained in the air and humidifies the air in the tempering chamber with the collected moisture. As a result, the comfort can be increased by humidifying the oxygen-enriched air supplied to the passenger.
  • an oxygen partial pressure determining device for determining the oxygen partial pressure of the oxygen-enriched air introduced from the tempering chamber into the pipe is provided, and the obtained target partial pressure and the obtained oxygen partial pressure It is preferable that the opening degree of the flow control valve is adjusted by the control device so as to reduce the deviation. Thereby, the oxygen partial pressure of oxygen-enriched air can be easily controlled.
  • passenger comfort can be improved at low cost without causing problems of fire and condensation by appropriately improving the air in the cabin of the aircraft.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a conditioned air supply system in an aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a moisture regeneration device of a conditioned air supply system in an aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a control configuration of a conditioned air supply system in an aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a supply state of conditioned air by a conditioned air supply system in an aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a supply state of conditioned air by a conditioned air supply system in an aircraft according to a first modification of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a duct of a conditioned air supply system in an aircraft according to a second modification of the present invention.
  • FIG. 7 is a partially broken perspective view showing a nozzle of a conditioned air supply system in an aircraft according to a third modification of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a supply state of conditioned air by a conditioned air supply system in an aircraft according to a fourth modification of the present invention.
  • FIG. 9 Conditioning by the conditioned air supply system in an aircraft according to the fourth modification of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a duct of a conditioned air supply system in an aircraft according to a fourth modification of the present invention.
  • the conditioned air supply system in an aircraft shown in FIG. 1 has a precooler 3 that cools pressurized air from a pressurized air supply device 1 using outside air passing through a ram air path 2.
  • a pressurized air supply device an aircraft engine or an electric compressor mounted on an aircraft can be used, and air extracted from the engine or compressed air from the compressor is supplied as pressurized air.
  • the air cooled in the precooler 3 is compressed almost adiabatically by being guided to the radial compressor 5a through the flow control valve 4.
  • the pressurized air supply device 1 and the radial compressor 5a constitute a high-pressure air supply source of the present invention.
  • the air compressed by the radial compressor 5a is cooled by the main cooler 6a and the first regenerative heat exchanger 6b, and then guided to the water separator 7 for moisture capture.
  • the hollow fiber-shaped permselective membrane 16a constituting the oxygen-enriched air generating device 16 has a higher oxygen permeability in air than a nitrogen permeability.
  • the air supplied from the high-pressure air supply source is separated into nitrogen-enriched gas and oxygen-enriched air by the selectively permeable membrane 16a.
  • the oxygen-enriched air generation device 16 a part of the oxygen-enriched air separated by the permselective membrane 16a is partly supplied to the first flow control valve.
  • the flow control valves 16b, 16c, 16d function as flow control valves for oxygen-enriched air introduced into the tempering chamber 16e. That is, the flow rate of air passing through the permselective membrane 16a is changed by changing the opening of the flow rate control valves 16b, 16c, 16d, and the flow rate of oxygen-enriched air introduced into the refining chamber 16e is adjusted.
  • the air guided to the expansion turbine 5b is expanded almost adiabatically to generate cool air.
  • the air cycle type cooling device 5 is constituted by the compressor 5a and the expansion turbine 5b.
  • the expansion work of the expansion turbine 5b is transmitted to the compressor 5a through the shaft 5c and used as compression power.
  • a motor 5d for assisting power necessary for driving the compressor 5a is attached to the shaft 5c.
  • the cold air generated by the air cycle cooling device 5 is heated in the first regenerative heat exchanger 6b, partly introduced into the aircraft cabin 8 through the mixing chamber 13, and the remainder through the flow control valve 18. And introduced into the tempering chamber 16e.
  • Cabin 8 may include not only passenger cabin space but also cockpit space.
  • a part of the air from the pressurized air supply device 1 is led from the bypass air flow path 11 to the hot air modulation valve 12 and the adjustment valve 12b without passing through the air cycle cooling device 5.
  • the air guided to the hot air modulation valve 12 is introduced into the cabin 8 from the mixing chamber 13 force, and the air guided to the control valve 12b is introduced into the tempering chamber 16e.
  • a part of the air that has passed through the filter 21 is connected to the moisture regeneration device 80 via the outflow air passage 20 and the first branch air passage 22 that branches from the outflow air passage 20.
  • a large number of moisture adsorbing portions 83 are provided in a honeycomb shape inside the rotating drum 80a, and the longitudinal direction thereof is the rotational axis direction of the rotating drum 80a. It extends in the direction.
  • Each moisture adsorbing portion 83 is filled with an adsorbent.
  • the adsorbent that constitutes the moisture adsorbing unit 83 adsorbs moisture contained in the air and releases the adsorbed moisture when the temperature rises higher than at the time of adsorption. It can be composed of substances.
  • Separators 81 are joined to both end faces of the rotating drum 80a via seal members (not shown) so as to be relatively rotatable.
  • Each separator 81 is configured by connecting an outer ring 81a and an inner ring 81b with two arms 81c, and is fixed to the aircraft body side.
  • the center shaft 80b of the rotary drum 80a is rotatably supported by the inner ring 81b of each separator 81 via a bearing (not shown).
  • a motor 82 is connected to the center shaft 80b, and the motor 82 is driven by a signal from the control device 19, whereby the rotary drum 80a rotates.
  • each separator 81 the outer ring 81a and the inner ring 81b are divided into two regions 81d and 81e by two arms 81c.
  • One region 8 Id in each separator 81 is connected to the first branch air flow path 22 via the pipe joint 84, and the other area 81 e is connected to the outflow air flow path 20 via the pipe joint 85.
  • the motor 82 is driven by a signal from the control device 19, the rotating drum 80a rotates, and each moisture adsorbing portion 83 is connected to the first branch air flow path 22 and to the outflow air flow path 20. Switched between the states to be performed.
  • the air flowing through the first branch air flow path 22 is guided to the second regenerative heat exchanger 23 by the fan F2, and is heated to, for example, 80 ° C to 120 ° C.
  • the temperature of the air led from the cabin 8 to the outflow air flow path 20 is, for example, 20 ° C to 30 ° C.
  • the moisture adsorbing part 83 becomes low temperature when the air introduced from the cabin 8 through the outflow air flow path 20 flows, so that the adsorbent absorbs water molecules contained in the air flowing out of the cabin 8. To do.
  • the moisture adsorbing part 83 becomes hot when the air introduced through the first branch air flow path 22 flows, so that the adsorbent is absorbed into the air introduced through the first branch air flow path 22. It is regenerated by releasing the water molecules. As a result, water molecules in the air flowing out from the cabin 8 are adsorbed by the adsorbent and then released into the air flowing through the first branch air flow path 22, and the adsorbent is regenerated so that it can be used again. .
  • the air flowing through the first branch air flow path 22 is guided to the switching valve 24 after passing through the moisture regeneration device 80.
  • Switching nozzle 24 releases the air led to the outside space.
  • the air flow path can be switched between a state in which the air is introduced and a state in which the air is introduced into the tempering chamber 16e.
  • the moisture regenerating device 80 can collect moisture contained in the air discharged from the cabin 8 and humidify the air in the tempering chamber 16e with the collected moisture.
  • the outflow air passage 20 is branched into a second branch air passage 25 and a third branch air passage 26 downstream of the moisture regeneration device 80.
  • the second branch air flow path 25 is guided to the compressor 31 driven by the motor 30, and a part of the air having the moisture adsorbed by the moisture adsorbing portion 83 is compressed almost thermally.
  • the air heated by being compressed by the compressor 17 is heat-exchanged with the air flowing through the first branch air flow path 22 in the second regeneration heat exchange, and the outside air passing through the ram air path 2 in the radiator 32. Then, it is cooled to near normal temperature, and after being forced, is selectively introduced into the radial compressor 5a and the mixing chamber 13 via the switching nozzle 33.
  • the third branch air flow path 26 is connected to the outflow valve 35 via the switching valve 34.
  • the switching valve 34 switches the state where the outflow valve 35 is connected to the third branch air flow path 26 and the state where it is connected to the outflow air flow path 20.
  • the oxygen-enriched air separated by the selectively permeable membrane 16a is introduced into the tempering chamber 16e through the valves 16b, 16c and 16d, and the oxygen concentration is higher than the oxygen-enriched air separated by the selectively permeable membrane 16a. Is introduced into the tempering chamber 16e through the valves 12b, 18, 24.
  • the oxygen-enriched air generating device 16 generates conditioned air by adjusting the oxygen partial pressure of the oxygen-enriched air separated by the permselective membrane 16a in the tempering chamber 16e.
  • the conditioned air is introduced from the tempering chamber 16 e into the pipe 40 and is introduced into the cabinet 8 through the pipe 40.
  • An oxygen concentration sensor 41 for detecting the oxygen concentration of the conditioned air flowing through the pipe 40 is provided. As shown in FIG. 3, the oxygen concentration sensor 41 is connected to the control device 19.
  • a pressure sensor 42 is connected to the control device 19 as a cabin internal pressure measuring device, a temperature sensor 45 is connected as a cabin internal temperature measuring device, and a humidity sensor 46 is connected as a cabin humidity measuring device.
  • the control device 19 uses the conditioned air introduced from the tempering chamber 16e to the pipe 40. Of oxygen partial pressure P
  • the control device 19 includes a storage device for storing a preset relationship between the cabin internal pressure and the target partial pressure. The stored relationship is set so that the target partial pressure exceeds the value obtained by multiplying the cabin pressure by the ratio of oxygen concentration in the air on the ground and is equal to or lower than the partial pressure of oxygen in the air on the ground. That is, the target partial pressure is P *, the cabin pressure is P, the oxygen concentration ratio in the air is ⁇ (approximately 0.209), and the oxygen partial pressure in the air is ⁇ (approximately 212 hPa).
  • the specific relationship is the target partial pressure P so as to improve passenger comfort.
  • the quality air is conditioned so that the oxygen concentration is higher than the oxygen concentration in the air on the ground and the oxygen partial pressure is lower than the oxygen partial pressure in the air on the ground.
  • the control device 19 controls the oxygen-enriched air generating device 16 so that the oxygen partial pressure of the conditioned air introduced from the pipe 40 into the cabin 8 becomes a target partial pressure P. That is, the control device 19
  • It functions as a target partial pressure value determination device that calculates the target partial pressure P * based on the stored relationship and the cabin pressure P measured by the pressure sensor 42, and the calculated target partial pressure P * and the calculated oxygen Openings of flow control valves 16b, 16c, 16d to reduce deviation from partial pressure P a
  • the conditioned air can be conditioned so that the humidity is higher than the average humidity of the entire air in the cabin 8. In this case, it is preferable to maintain the relative humidity of the air in the tempering chamber 16e at 20% or more.
  • the pressure in the cabin 8 is properly maintained by controlling the outflow valve 35 with a signal from the control device 19 based on the detected pressure in the cabin 8 by the pressure sensor 42 and the altitude information sent from the aircraft. Is done.
  • the flow control valve 4 and the hot air module are controlled by a signal from the control device 19.
  • the rate valve 12 the flow control valve 18, and the switching valve 33
  • the pipe 40 has a branch end disposed in the cabin 8, and an air outlet 40a leading to the oxygen-enriched air generating device 16 is provided at each branch end.
  • Each air outlet 40a is arranged at a position where conditioned air can be blown out so as to reach each of the passenger's face arrangement areas at a plurality of seating positions in the cabin 8.
  • the pipe 40 has a plurality of ducts 40A that constitute the respective branch ends.
  • the duct 40A is attached to each of the plurality of seats 43 in the aircraft, and one air outlet 40a is provided in each duct 40A.
  • a plurality of air outlets 40a may be provided in each duct 40A.
  • the duct 40A of the present embodiment has a substantially straight tubular main body 40A ′ and a spherical shell-shaped tip portion 40A ⁇ supported by one end side of the main body 40A ′, and the air outlet 40a is provided at the tip portion 40A ⁇ . Is formed.
  • the main body 40A ' is mounted on the side surface of the headrest 43a of the seat 43 so that the other end can swing around the first shaft 43u centered along the width direction of the seat 43 and can be positioned by friction, clicking, or the like.
  • the tip 40A is supported on the main body 40A 'via a ball joint so that it can be rotated around the second axis 43v perpendicular to the first axis 43u and along the longitudinal direction of the main body 40A' and can be positioned by rubbing, clicking, etc. Further, it is attached to the center of the third shaft 43w orthogonal to the second shaft 43v so that it can be positioned by sliding and friction or clicking.
  • the duct 40A swings about the center of the first shaft 43u, whereby the posture can be changed between the use posture shown by the solid line and the retracted posture shown by the chain line in FIG.
  • the conditioned air is also introduced into the main body 40A 'of the duct 40A by the partial force disposed in the seat 43 of the pipe 40, passes through the tip 40A ⁇ and the arrow ⁇ from the air outlet 40a. Blow out as shown in. That is, when the duct 40 ⁇ is in the use posture, the tip 40 ⁇ "is arranged in the vicinity of the passenger's face arrangement area at the seating position, so that the air outlet 40a reaches the face arrangement area. The conditioned air can be blown out, and the tip 40A "can be rotated around the second axis 43v relative to the main body 40A ', and swung around the third axis 43w. You can adjust the direction.
  • the conditioned air can be blown out toward the face placement area, or in the vicinity of the face placement area. It can be blown out toward the face, or it can be blown out toward the face arrangement area and the vicinity of the face arrangement area.
  • the duct 40A When the duct 40A is in the retracted position, the duct 40A is disposed along the side surface of the headrest 43a so that it does not interfere with the movement area of the passenger H in the cabin 8.
  • the duct 40A may be attached to the aircraft body instead of the seat 43.
  • the cabin pressure P of the aircraft in flight is measured, and exceeds the value obtained by multiplying the measured cabin pressure P by the air oxygen concentration ratio ⁇ on the ground.
  • the target partial pressure ⁇ * which is less than or equal to the oxygen partial pressure in the air above, is obtained, and oxygen-enriched air containing oxygen with the determined target partial pressure ⁇ * is generated by the oxygen-enriched air generation device 16, and this Using the generated oxygen-enriched air as conditioned air, it is blown out through the air outlets 40a so as to reach each of the face arrangement areas of the passenger H at a plurality of seating positions in the cabin 8. Can do. Further, the humidity of the conditioned air can be made higher than the average humidity of the entire air in the cabin 8.
  • the conditioned air flow with improved oxygen partial pressure and humidity can be greatly reduced.
  • comfort can be improved by making passengers' breathing easier without increasing the possibility of a fire.
  • passenger comfort can be improved without increasing the possibility of condensation.
  • the presence of humid air around the face of passenger H can prevent the mucous membrane of the mouth and nose from drying and the contact lens from falling.
  • the conditioned air has a higher oxygen concentration than the ground air !, but has a lower oxygen partial pressure! This reduces the possibility of fire.
  • each duct 40A can be changed in posture between the use posture and the retracted posture, the conditioned air is supplied to the occupant H only when necessary, and the movement of the occupant H can be prevented from being obstructed when not needed.
  • the oxygen partial pressure of the conditioned air can be easily controlled by controlling the flow rate of the oxygen-enriched air introduced into the conditioned chamber 16e, and the oxygen-enriched air in the conditioned chamber 16e can be regenerated.
  • the comfort can be increased by humidifying the water collected by the device 80.
  • a mask 50 that can be worn on the face of the passenger H, and the mask 50 A tube 51 to be connected to is provided.
  • the mask 50 has a general three-dimensional shape with a space at the mouth of the passenger H, and has a pipe connector 50a that leads to the space at the mouth and an opening 50b that is hooked on the ear of the passenger H. To do.
  • the mask is preferably made of a non-woven fabric such as a breathable nonwoven fabric, and the pipe connector 50a is preferably formed of a lightweight plastic cutter.
  • the tube 51 is preferably molded from a lightweight flexible material such as polyethylene film.
  • One end of the tube 51 is attached to the mask 50 by being detachably fitted to an annular portion extending from the opening periphery of the pipe connector 50a.
  • the other end of the tube 51 is attached to the pipe 40 by being detachably fitted to an annular portion 40a ′ extending from the periphery of the air outlet 40a of the pipe 40.
  • the conditioned air can be reliably supplied through the mask 50 according to the demands of the passenger H, and the mask 50 can be disposable. It is preferable for hygiene.
  • the mask 50 made of a breathable material, excess conditioned air and exhaled air can be released from between the mask 50 and the face.
  • virus infection in the cabin 8 can be prevented. The rest is the same as in the above embodiment.
  • the duct 40A is formed of a flexible tube, so that the posture can be changed between the use posture and the retracted posture, and the direction of blowing the conditioned air is changed. Adjustable. The rest is the same as in the above embodiment.
  • a pipe 40 shown in the third modified example shown in FIG. 7 has a plurality of nozzles 140 constituting the branch ends instead of the plurality of ducts 40A.
  • a nozzle 140 is attached to each aircraft or seat 43 in the aircraft.
  • the nozzle 140 of this modification has an outer cylinder 141, an inner cylinder 142, and a cone 143.
  • the outer cylinder 141 is attached to, for example, the body 8a constituting the ceiling of the cabin 8 via the flange 141a. If the cabin 8 has a high ceiling, for example, the nozzle 140 is attached to the back of the back of the seat 43, for example, so as to reach the face arrangement area of the passenger H in the seat facing the back of the back. You can blow out conditioned air. Formed on the inner circumference of outer cylinder 141
  • the inner cylinder 142 is screwed to the outer cylinder 141 through the female screw 141b and the male screw 142a formed on the outer periphery of the inner cylinder 142.
  • the base end portion of the cone 143 is fixed to the inner periphery of the outer cylinder 141 via a spacer 143a.
  • the outer periphery of the tip of the cone 143 is a tapered surface 143b, and an inclined surface 142b along the conical surface is formed on the inner periphery of the inner cylinder 142 facing the tapered surface 144b.
  • An air outlet 140 a is provided at the tip of the inner cylinder 142.
  • a knurled groove 142d is formed so that the outer periphery on the front end side of the inner cylinder 142 can be easily picked.
  • the generated conditioned air is also introduced into the nozzle 140 between the inner periphery of the outer cylinder 141 and the outer periphery of the cone 143, and flows between the inclined surface 142b and the tapered surface 143b.
  • the air is blown out from the air outlet 140a so as to reach each of the face placement areas of the passenger H at a plurality of seating positions in the cabin 8 through the road.
  • the inner cylinder 142 moves in the axial direction due to a change in the screwing amount with respect to the outer cylinder 141, which changes the flow path area between the inclined surface 142b and the tapered surface 143b. Therefore, the conditioned air from the air outlet 140a is changed. Can be adjusted. That is, an adjustment mechanism 145 for the flow rate of the conditioned air from the air outlet 140a is provided.
  • An auxiliary air outlet 140b is configured by the outer opening 141c formed in the peripheral wall of the outer cylinder 141 and the inner opening 142c formed in the peripheral wall of the inner cylinder 142.
  • the outer opening 141c is closed by the peripheral wall of the inner cylinder 142
  • the inner opening 142c is closed by the peripheral wall of the outer cylinder 141.
  • the overlap area of the outer opening 141c and the inner opening 142c gradually increases, assisting The flow rate of conditioned air from the air outlet 140b gradually increases.
  • the flow rate of the conditioned air from the auxiliary air outlet 140b decreases and the conditioned air from the air outlet 140a decreases.
  • the flow rate of conditioned air can be adjusted so that the flow rate of conditioned air from the auxiliary air outlet 140b increases.
  • the auxiliary air outlet 140b is arranged at a position where the conditioned air is blown out toward an area outside the face arrangement area of the passenger H. This adjusts the flow rate of conditioned air required for Passenger H, and dissipates the rest in the cabin, thereby reducing the partial pressure of oxygen and humidity. As a result, the air supply can be kept almost constant, and the oxygen partial pressure and humidity can be stabilized.
  • the rest is the same as in the above embodiment.
  • ducts 40A are provided at the left and right ends of the headrest 43a having the wing 43a ′.
  • Each duct 40A in the present modification includes a cylindrical main body 240 and connecting portions 241 and 242 attached to both ends of the main body 240, respectively. Both connecting parts 241 and 242 are fixed to the wing part 43a ′, and the main body 240 is rotatably supported by both connecting parts 2 41 and 242.
  • a louver-shaped air outlet 240a is formed in the main body 240.
  • the conditioned air thus generated enters the seat through the connection pipe 40B of the pipe 40, and the partial force disposed in the seat 43 is also introduced into the connecting parts 241 and 242 of the duct 40A and passes through the main body 240 and the air outlet 240a. From FIG. 9, the air is blown out in the vicinity of the face arrangement area as indicated by the arrow ⁇ .
  • the conditioned air blown out from both air outlets 240a slowly flows along the face from both sides of the head of the passenger H received by the headrest 43a toward the center, collides with each other in the center, and the passenger H's Reach the face.
  • the main body 240 can be rotated about its own axis with respect to the connecting parts 241 and 242. This makes it possible to adjust the blowing direction of the conditioned air and to blow out the conditioned air to the face placement region.
  • the face placement area and the face placement area can be blown out with force, and the rest is the same as in the above embodiment.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment and modification examples.
  • both the oxygen concentration and the humidity are adjusted, but only the oxygen concentration may be adjusted, or only the humidity may be adjusted.
  • the configuration in which the oxygen-enriched air separated by the selectively permeable membrane 16a in the above embodiment is introduced into the conditioned chamber 16e is unnecessary, and only the oxygen concentration of the conditioned air is limited.
  • the configuration in which the tempering chamber 16e is humidified by the moisture recovered by the moisture regeneration device 80 in the above embodiment is not necessary.
  • the oxygen permeability is lower than the nitrogen permeability, and a permselective membrane may be used.

Description

明 細 書
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
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 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. 27 kPa)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 3Z4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。
[0003] そこで、機外力 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 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!、る。
[0004] 特許文献 1 :米国特許第 6655168号公報
特許文献 2：米国特許第 6666039号公報
特許文献 3：米国特許第 6997970号公報
非特許文献 1 :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
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 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 、ことから火災に対する安全性の確証が得られな 、。 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ヤ 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ぐ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。
[0006] 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。
課題を解決するための手段
[0007] 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、顔面配置領域に向力つて吹き出されてもよいし、顔面配置領域の近 傍に向力つ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ぐ顔面配置領域に到達すれば足りる。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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力 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。
[0012] 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 面配置領域力 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
[0013] 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力 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、前記キャビン力 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。
発明の効果
[0014] 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。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]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
[図 2]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
[図 3]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
[図 4]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
[図 5]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
[図 6]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
[図 7]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
[図 8]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
[図 9]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
[図 10]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
[0016] 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、 40Α· · ·ダク卜、 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
発明を実施するための最良の形態
[0017] 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 换器 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' によつ 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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 力らキャビン 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。
[0021] 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。
[0022] 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 8 Id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。
[0023] 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°C〜120°C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°C〜30°C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。
[0024] 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。切替えノ レブ 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。
[0025] 流出空気流路 20は、水分再生装置 80の下流にお 、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 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、 し力る後に切替えノ レブ 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。
[0026] 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 ヤンバ 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。
[0027] 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を介してキヤビ 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。 [0028] 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、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 Ρ (約 212hPa)として g
、 α Ρ < Ρ*≤Ρの関係を充足する目標分圧 Ρ *を決定するための関係が設定され e g a
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 - α Ρ )に予め定めた係数 k(0<k g C
< 1)を乗じた k (P - α Ρ )を α Ρに加算した値を目標分圧 Ρ *とする関係を記憶す g c c a
る。これにより、例えばキャビン内圧力 P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 Ίま高度 1524m (5000ft)での空気の酸素分圧 とされ、この場合の目標分圧 P *は約 23. 5%の酸素濃度に対応する。これにより調 a
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。
[0029] 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 Ίこ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、 a
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とに基づき目標分 圧 P *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 *と求めら a a れた酸素分圧 P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 a
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。
[0030] 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力 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ノ レブ 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。
[0031] 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 、る。
[0032] 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 4 0A〃 に空気吹出口 40aが形成されている。
[0033] 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 43 u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中心に摇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。
[0034] 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内配置部分力もダク 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 40Αが使用姿勢である時、先端部 40 Α" が着座位置における搭乗者 Η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 4 3w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力つ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。
[0035] 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を測定し、測定され たキャビン内圧力 P 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 Ρ以下となる目標分圧 Ρ *を求め、求めた目標分圧 Ρ *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!、が酸素分圧は低!、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。しカゝも、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。
[0036] 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 、る。
[0037] 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 タカも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 ヽ。
[0038] 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 40 a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。
[0039] 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ィ匕した後にマスク 50を介して搭乗者 Hに供給することで、キ ャビン 8内でのウィ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。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 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 14 1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 ヽ。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の基端部はスぺーサ 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 1 43b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 V、ようにローレット溝 142dが形成されて 、る。
[0043] 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カもノズ 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。
[0044] 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。
[0045] 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 4 3a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 2 41、 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 2 40a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内配置部分力もダクト 40Aの連結部 241、 242に導入され、本体 2 40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 近傍に向力つて吹き出される。両空気吹出口 240aから吹き出された調質空気は、へ 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つ 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 2 40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力つて吹き出すことも できるし、顔面配置領域と顔面配置領域とに向力つ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。
[0046] 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!、選択透過膜を用いてもょ 、。

Claims

請求の範囲
[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 Vヽ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 質空気力 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、
前記キャビン力 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。
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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