(57)【要約】  本発明の実施形態は、化粧室を通過する水流を管理し、且つ、一連の処理工程を通して排水を浄化するシステムを提供する。浄化された水は、手洗いに再利用されるかまたは飲用に適した水としての他の用途のために、蛇口に再びもたらされるかまたは、洗浄水として便器にもたらされ得る。洗浄水は、飲用に適した水と同じ水準に処理される必要がないので、水の最終的な用途に応じて、処理工程は変更される。また、本発明のシステムは、システムの各構成要素に十分な水を供給するように微調整された、一連の電子制御装置、バルブ、及びセンサによって与えられる一連の論理命令を介して、機能し得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛇口やシンク及び便器を有する化粧室を備えた乗客輸送手段のための水流及び水処理システムであって、前記システムは、
（ａ）前記シンクからの使用済の手洗い水を捕えるように位置付けられた排水貯留器と
（ｂ）前記排水貯留器からの前記使用済の手洗い水の少なくとも一部を受けるように、且つ、前記使用済の手洗い水を第１の所望の水質水準に処理するように構成された飲用水処理スタックと
（ｃ）前記飲用水処理スタックと連動し、且つ、前記飲用水処理スタックから出てきた水の質を試験するように構成された水質サンプリングシステムと
（ｄ）前記排水貯留器からの前記使用済の手洗い水の少なくとも一部を受けるように、且つ、第１の所望の水質水準よりも低い第２の所望の水質水準に、前記使用済の手洗い水を処理するように構成された洗浄水処理スタックとを備え、
（ｅ）前記飲用水処理スタックは、前記飲用水処理スタックを出ていく水を、前記化粧室の前記蛇口や前記シンクに運び、且つ／又は、調理室で用いるために前記調理室に運び、
（ｆ）前記洗浄水処理スタックは、前記洗浄水処理スタックを出ていく水を、前記化粧室の前記便器に運ぶシステム。
【請求項２】
一つの化粧室に一つ備えられている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
一つ以上の化粧室にわたって使用可能である請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記乗客輸送手段は航空機を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
水の必要性に応じて、前記飲用水処理スタックまたは前記洗浄水処理スタックに、前記使用済の手洗い水を運ぶように構成されたバルブをさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記水の必要性は、請求項８に記載の論理によって決定される請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記飲用水処理スタック及び前記洗浄水処理スタックに、水位センサをさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
乗客輸送手段の、蛇口やシンク及び便器を備える化粧室用の、水流論理システムであって、前記水流論理システムは、
（ａ）前記シンクからの使用済の手洗い水を捕えるように位置付けられた排水貯留器と
（ｂ）前記排水貯留器からの前記使用済の手洗い水を受けるように、且つ、前記使用済の手洗い水を第１の所望の水質水準に処理するように構成された飲用水処理スタックと
（ｃ）前記飲用水処理スタックと連動し、且つ、前記飲用水処理スタックから出てきた水の質を試験するように構成された水質サンプリングシステムと
（ｄ）前記排水貯留器からの前記使用済の手洗い水を受けるように、且つ、第１の所望の水質水準よりも低い第２の所望の水質水準に、前記使用済の手洗い水を処理するように構成された洗浄水処理スタックと
（ｅ）前記飲用水処理スタック内の第１水位センサと
（ｆ）前記洗浄水処理スタック内の第２水位センサとを備え、
（ｇ）前記使用済の手洗い水を、前記飲用水処理スタックまたは前記洗浄水処理スタックのどちらに運ぶか、水の必要性に基づいて決定する水流論理システム。
【請求項９】
前記水の必要性は、第１水位センサ及び第２水位センサによって決定される請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記使用済の手洗い水は、前記飲用水処理スタック及び前記洗浄水処理スタックのうち、より低い水位を有する方に運ばれる請求項８または９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記水の必要性は、例えば、地上走行、離陸、着陸、シートベルト着用サインの照明状況、食事時間、またはそれらの組み合わせなど、飛行スケジュールの出来事によって決定される請求項８〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年７月１８日に出願され「排水を飲用に適した水に変えるシステム及び方法」と題された米国仮特許出願第６１／６７２，８２６号の優先権を主張し、その開示全てをここに援用して本文の記載の一部とする。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に、使用済みの水（すなわち排水）が乗客輸送手段の機内で、どのように且つどの程度まで処理されるのかを決定する処理システム及び付随する論理（ロジック）に関する。
【背景技術】
【０００３】
水は、その密度の高さ、及び、飛行中に（特に国際線において）大量に消費されることから、例えば航空機のような乗客輸送手段の機内に保管するのに、費用のかかる資源である。例えば、１０時間の飛行を任務とするＢ７７７型航空機の機内では、乗客によってシンク（流し台、洗面台）の蛇口から飲用に適した水が使用されると、フライトごとに約５１１リットル（約１３５ガロン）の水が化粧室（トイレ）のシンクを流れることになり、それは飛行中の水の消費量の約４０％を占める。この水は、一般に、「排水（ｇｒｅｙ  ｗａｔｅｒ）」と呼ばれており、汚れてはいるが、汚物または「下水（ｂｌａｃｋ  ｗａｔｅｒ）」を含まない水のことを指す。排水は、手洗いに用いられた使用済みの水であり、例えば石鹸または他の洗剤などの汚染物質を含み得る。
【０００４】
排水を再生利用するための方法またはシステムは、定員数が多い航空機に利益をもたらすであろう。例えば、水の全消費量を減らすであろう。フライト毎に運搬が必要な水の量（ｍａｓｓ）を減らすであろう、そのことは、水ではなく代替の有料荷重（ｐａｙｌｏａｄ）を運ぶ能力を生み出すことができるであろう。また、航空会社が、環境に優しく且つ資源の保護に関心があると宣伝することを可能にするであろう。排水から飲用に適した水を生成する現代技術は、航空機用に設計されておらず、それらは、重く且つ大型である傾向があるかまたは、実に長い輸送任務である１０時間の飛行時間にとっても、処理が長くかかりすぎる。都市の水処理の原理を用いて、輸送機関の化粧室規模の、小規模処理装置が設計されている。典型的には、重力によって大型の沈殿プールで除去される浮遊固形物は、排水濾過技術を用いて除去されるであろう。生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）に貢献する化学物質は、都市の曝気槽で発生する大規模な分解とは対照的に、小規模の生物散水ろ床によって、迅速に除去されるであろう。最後の浄化工程は、さらなる濾過及び活性炭を用いて終えられるであろう。また、紫外線を用いた殺菌工程は、都市用水を完成させるのに用いられる大型の沈殿塩素接触槽の代わりになるであろう。
【０００５】
従って、本発明者らは、同時に排水の無駄を削減しながら、上述の問題を克服し且つ各フライトの重量をかなり減じる可能性を有する、排水を飲用に適した水にするシステムを開発しようと努めた。
【発明の概要】
【０００６】
ここに記載の本発明の実施形態では、一連の処理工程を通して排水を浄化し、蛇口及び／又はトイレで新たな飲用に適した水として再び用いるためのシステムが提供される。（その水は十分に処理されて、機内のコーヒーメーカー又は飲用に適した水としての他の用途にもたらされることができることも想定されている。）このようにして、化粧室ごとに量が設定された水を、飛行中に連続して使用することができる。このシステムは一連の論理命令を介して機能し、その論理命令は、システムの各構成要素に十分な水を供給するために微調整された一連の電子制御装置、バルブ、及びセンサによって与えられる。
【０００７】
このシステムは、排水が乗客輸送手段の機内で、どのように且つどの程度まで処理されるのかを決定する論理も含み得る。飛行中、化粧室が頻繁に使用される時間帯においては、一部の排水の処理の程度をより低くして、洗浄水用として便器にもたらしてもよい。その一方で、他の排水は、より高い衛生上の規格水準に処理して、手洗い用の水としてシンクにもたらしてもよい。別の例としては、調理室で水が多く使用される時間帯においては（例えば、コーヒー及び／又はエスプレッソがいれられる離陸時間及び食事時間など）、排水は飲用に適した水質になるように処理されて、調理室にもたらされてもよい。この論理は、飛行時間及び／又は種々の処理スタックにおける水位に基づいて、どのように、そして、いつ処理をすべきなのかを決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に従う水処理スタックの概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態に従う、代替の水処理スタック構成の概略図である。
【図３】種々の要因に応じて排水の流れを案内する論理のフローチャートである。
【図４】種々の要因に応じて排水の流れを案内する論理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、排水変換システム１０の一実施形態の一般的な流れ（ワークフロー）を示している。人の手、顔などを洗うのに用いられる水は、蛇口１２からもたらされ、その後シンク１４から排出される。次いで、この水は、電子信号が処理対象の排水貯留器１６の内容物に与えられるまで、排水貯留器１６に保存される。排水は、（処理スタック２０に示された）ポンプ１８によって、常に圧力を加えられることができるかまたは、要求に応じて圧力をもたらされることができる。どちらにしても、バルブが開かれて、水処理スタック（ＷＴＳ）２０に排水を放出する。この処理スタック２０は一連の水浄化工程を含み、排水を、アメリカ国立科学財団による関連する安全基準に準拠する再利用可能な（場合によっては飲用に適した）水に変換する。
【００１０】
最初の処理は、大きい浮遊固形物及び泡立った石鹸を除去するための濾過工程１からなるであろう。濾過媒体は、排水の十分な濾過作用を保ちつつ、十分な流れを許容するように設計されるであろう。濾過媒体モジュールは、濾過後の残渣物を除去するための定期的な逆流洗浄を必要としてもよく、且つ、媒体を再充電してもよい。このメンテナンスは、航空機がドッキングされているときに、定期的な水の注排及び廃棄物システムと平行して予定されることができる。航空機のメンテナンスは、費用がかかることがあるので、フィルタ掃除またはフィルタ交換の時間間隔を最大にすることが望ましい。フィルタの寿命を延ばす手段の一つは、フィルタ媒体を逆流洗浄するための真空廃棄物システムで利用できる真空を、利用することである。
【００１１】
第２工程では、残留した浮遊有機物及び溶解有機物と反応するように生物媒体コラム（生物媒体柱状構造）が利用され、流入した排水がさらに処理されるであろう。流入水はそのコラムの上端から入り、重力によってその媒体を流れ落ちていくであろう。その媒体は、排水用の蛇行した経路を確保し、十分な接触時間を確保するであろう。その媒体は、かなりの量の溶解した有機物を流入水から食物として吸収する、有益な微生物系の成長を支える。いずれの微生物成長の残骸を捕えるために、浄化貯蔵所が用いられる。
【００１２】
残留した浮遊固形物及び高分子は、流入水が一連の膜フィルタ３を通過するときに除去されるであろう。先の処理工程からの損失水頭（液体がシステムを進む際の液体の全水頭における減少量）は、予測されるニーズ及び必要な上部圧力に従って作られたポンプで対処されるであろう。
【００１３】
有機分子の大部分は、処理過程におけるこの時点で濾過され取り除かれているだろうが、病原体の移動の可能性は無視できない。従って、いずれの有機物の殺菌が、紫外線システム４または紫外線／光触媒システム４を用いて成し遂げられるであろう。滞留時間及び紫外線強度は、最大の有効性及び最小の電力消費をもとに、最適化されるであろう。
【００１４】
処理スタックの最終工程から出た水は、飲用に適していると考えられることが望ましい。追加の安全手段としては、この水の質を、水質サンプリング部２２で、ここでもアメリカ国立科学財団の基準との関連で検査し得る。迅速な水質測定を利用して、処理された水の質及び安全性が証明されるであろう。もし、その水が設定された基準に準拠していない場合は、この再生水のさらなる使用を中止することができ、その代わりに完全に新鮮な水のタンクを使用し得る。さらに、水の濾過システムに問題点があることを、航空機に搭乗している乗務員やメンテナンススタッフに知らせるために、彼らに警報を送ることができる。従って、その問題点が解決されるかまたは、航空機に搭乗している乗客に悪影響を与えないよう基準に準拠していない水が隔離されるように、必要な手段をとることができる。あるいは、基準に準拠していない水は、さらに後程説明されるように、洗浄水貯留タンクにもたらされてもよい。最終工程から出た水が水質サンプリング工程を通過するならば、いずれの警報を始動させることなく通過し、無事に飲用水貯留器２４に入るであろう。
【００１５】
その個別の貯留器２４内の飲用に適した水は、排水貯留器１６の機能と同じように、システムの別のモジュールによって必要とされるまでそのままにされるであろう。この場合、別のモジュールは蛇口１２または便器２６である。再生水は、排水貯留タンク１６と同じように、ポンプ２８から常に圧力を加えられることができるかまたは、要求に応じて圧力をもたらされることができる。どちらにしても、バルブが開かれて、洗浄された水を蛇口１２または便器２６に向かわせる。飲用に適した水は、圧力をかけられることによって、所望の行き先に運ばれる。
【００１６】
図２に示す代替の実施形態においては、水は排水貯留器１６に保存され、飲用水処理スタックＡ（ＰＷＴＳ  Ａ）３０または洗浄水処理スタックＢ（ＦＷＴＳ  Ｂ）３２に運ばれる。飲用水処理スタック３０は、図１について上述したように機能する。洗浄水処理スタック３２は、便器にもたらされる際に見苦しくないようにするための、水の表面的な処理をするに過ぎない。この点において、その水は飲用に適している必要がないため、飲用水処理スタックの資源を保つことができ、搭乗している乗客がより多くの飲用に適した水を手にいれることになる。洗浄水処理スタック３２は、１つ以上の水処理から構成されることができ、（図２における工程５、６、７、及び／または８として言及され得る）臭気の軽減、微粒子の除去、及び色の変換を含むがこれらに限定されない。処理後の洗浄水貯留器３４は、処理後の洗浄水が即時に使用される必要がないならば、それを保存するために使用され得る。排水を使用し、保存し、且つ処理するための排水洗浄システムの種々の例が、譲受人による種々の同時係属中の出願に記載されている。
【００１７】
システム１０は、シンク１４、排水貯留器１６、処理スタック３０又は３２、及び、飲用水貯留器２４又は処理後の洗浄水貯留器３４の間において、必要に応じて水を洗浄し且つ水を運ぶことによって、連続して動くであろう。これにより、さらなる水を必要とすることなく、一定量の水が化粧室及びそれに付属する処理スタックを流れるように、航空機の特定の化粧室で用いられる水の特定の量を明らかにすることができる。この循環式システムは、運ばれる必要がある水の量を大幅に減らすことができる。例えば、手洗いやシンク用の水と洗浄水との両方について、最初に割り当てられる水量を決定してもよく、すると、その同量の水がシステム１０を流れ続けることになる。
【００１８】
しかしながら、流出、蒸発、便器洗浄などに起因して、システムから水が失われる可能性がある。このような場合には、水の不足に起因するシステム故障が起こらないようにするために、水を補充する必要がある。失われた水を自動的にシステム１０に補うために、センサを設けて、コントローラに信号で知らせてもよい。補充用の水は、機内のメインの水タンクから引き出されてもよい。１つの排水処理ループで、通常の均衡合計水量を維持することが、一般に望ましい。（排水貯留器内の使用可能な水の水位を検出するセンサは、貯留器の壁に設けられてもよく、精度及び確実性を最大限にする検知技術及び設計を用いてもよい。例えば、腐食している可能性がある流入水に曝されないように、且つ、正確な液体の水位を提供するように、非侵入型容量水位センサを排水貯留器の壁に設けてもよい。）
【００１９】
このように、化粧室の大きさ、航空機、及び／又は飛行時間に応じて、化粧室ごとに処理スタック及び配管構造を設計して、飛行中ずっとまたは飛行の一部の間、化粧室をサポートするであろう水流路を形成し得る。別の実施形態においては、そのシステムは、局在する化粧室施設内の全ての化粧室に有用な大きさにし得る。そのために、多数のパイプを追加して、処理された水を、飲用水処理スタック３０または洗浄水処理スタック３２から、近くの化粧室のシンク及び便器に運ぶようにしてもよい。
【００２０】
さらなる実施形態においては、処理対象の排水をどこに運ぶかを、すなわち水が飲用水処理スタック３０または洗浄水処理スタック３２のどちらに行くべきかを、排水貯留器１６に指示する論理システムが提供される。図３は、論理の一種の概略図である。飲用水処理スタック３０及び洗浄水処理スタック３２のそれぞれには、水位センサ４０を設けてもよい。水位センサ４０は水位を示し、且つ、使用時に最適な流れをもたらすための所望の水量を決定するようにプログラムされることができる。洗浄水が必要とされる場合には、水は処理スタックＢ（洗浄水処理スタック３２）に運ばれる。このスタックにおいては、水はより速く処理されてもよい。なぜなら、工程はほとんど必要なく、処理された水は洗浄水の用途で便器にもたらされるからである。しかし、もしこの時点で洗浄水が必要とされないならば、論理システムはシンク用や手洗い用の水が必要とされているかどうかを照会する。尚、洗浄水が必要とされているかどうかは、各処理スタックの水位センサによってまたは図４に示す代替の論理システムを介して決定されることができる。シンク用や手洗い用の水が必要な場合は、水は処理スタックＡ（飲用水処理スタック３０）に運ばれる。ここでは、水は手洗い水としての用途に十分であるように処理される。すなわち、乗客はシンクからの水を一般には飲まないであろうから、それは完全に飲用（すなわち飲用に適した水）である必要はないが、無菌であり且つ澄んでいるように、手洗い水としての用途に十分であるように処理される。これは、多くの方法で決定されることができる。例えば、一実施形態では、水質サンプリングシステムを配置して、清浄度レベルを示すようにしてもよい。清浄度レベルは、例えば、飲用可能な水、または完全に飲用可能でないにしても、飲用水以外の用途に十分であり、洗浄水よりも高い水準に処理された水などである。
【００２１】
シンク用や手洗い用の水が必要とされない場合は、論理システムは、水が、例えばコーヒーやエスプレッソを淹れるために、調理室で必要とされているかどうかを照会する。必要とされている場合は、水は処理スタックＡ（飲用水処理スタック３０）に運ばれる。水が十分に飲用に適していることを確実にするために、追加の処理工程を通して水を運ぶことによって、所望ならばより高い水質になるように水を処理することができる。これもまた、水質サンプリング工程で決定されることができる。そして水は、調理室に運ばれる。照会時に調理室で水が必要とされていない場合は、必要とされるまで、排水を中間排水収容タンク（図示されていないが、空間を節約するために、一般には化粧室から離れて位置付けられている）に運ぶことができるかまたは、排水を排水貯留器１６（シンクの下かまたはその近く）に残しておいてもよい。
【００２２】
代替の論理システムが図４に提供される。この論理は、特定の水のニーズではなく、飛行のタイミングに基づいている。飛行スケジュールにおいて通常発生している出来事に応じて、その論理システムは、その出来事が発生しているときのユーザの一般的なニーズについて事前にプログラムされた情報に基づき、水をどこに運ぶかを決定する。例えば、地上走行、離陸、及び着陸の間は、化粧室は閉鎖されているため、洗浄水及び手洗い水のニーズは一般に低い。しかし、コーヒーを淹れるための水のニーズは、典型的に、そうした時に高くなる。一方、機長が「シートベルト着用“ｆａｓｔｅｎ  ｓｅａｔ  ｂｅｌｔ”」サインを消すと、乗客は、化粧室を使おうと立ち上がることが多くなり、そのことは、洗浄水のニーズが増加するであろうことを意味する。同様に食事時間中は、通常、乗客は席に着いたままであるが、この時には追加の水が調理室で必要とされ得る。そして、食事が出された後、乗客はまた化粧室を使おうと立ち上がる。これは、化粧室の利用頻度の高い別の時間であり、このとき、水は洗浄水処理スタックに戻されることになる。
【００２３】
飲用水処理スタックは、完全に飲用可能になるように水を処理できるが、種々の水準の処理を提供することが望ましいかもしれない。最高水準の処理は、調理室での使用を意図された水に対して行われる。所望ならば、第３処理スタックをシステムに追加してもよく、それによって、調理室用の、さらに高い水質サンプリング水準を有することができる。
【００２４】
本発明の前述の説明は、当業者が本発明の種々の実施形態を作り且つ用いることを可能にする。当業者は、ここに記載の特定の実施形態、方法、及び例の、変種（ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）、組み合わせ、及び、同等物の存在を理解するであろう。上述されそして図示された構造及び方法に対する変更、改変、追加、及び削除は、本発明の範囲または精神及び以下の請求の範囲から逸脱しない範囲でなされ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2015525709.tif 000007
2015525709.tif 000008