(57)【要約】  本発明の実施形態は、航空機のための改良された空間活用コンセプトを、特に、エアステアシステムを収容するために設計されたエンベロープによって創出された床下空間の使用をもたらす。例えば、この空間に一つ又は複数の燃料電池システム、及び／又は水素タンク及び／又は燃料電池本体などの燃料電池システムの構成部品を収容及び統合して、燃料電池システムが、航空機の様々な機能を支援するため有益な副生成物を送達可能となるように、この空間を使用し得る。追加的に又は代替的に、この空間はその他の構成部品を収容するために使用出来る。
2015530951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアステアが取り付けられていないか又はエアステアが取り外されたエアステアエンベロープを有する航空機であって、
ａ）前記エアステアエンベロープに設置された、燃料電池システムの少なくとも一つの構成部品と、
ｂ）前記航空機内部から前記エアステアエンベロープへのアクセスをもたらすための、前記航空機の乗客デッキの床に設けられたサービスパネルとを備えた航空機。
【請求項２】
前記エアステアエンベロープに置かれた、ごみ圧縮機、ごみ収容部、冷却機又はインバータの少なくとも一つをさらに備える請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
前記エアステアエンベロープに置かれた、予備の枕、毛布、飲料アイテム、又は食品貯蔵アイテムの少なくとも一つをさらに備える請求項１又は２に記載の航空機。
【請求項４】
少なくとも一つの水素タンクが前記エアステアエンベロープに収容されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項５】
燃料電池本体が前記エアステアエンベロープに収容されており、
複数の水素タンクが離れて収容されており、前記燃料電池本体と前記複数の水素タンクのうち少なくとも一つの水素タンクとが流体接続されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項６】
複数の水素タンクが航空機調理室上方の頭上空間に収容されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項７】
前記航空機は乗客デッキ床を有し、
前記燃料電池システムの構成部品の少なくとも一つが熱を生成し、
前記生成された熱は、別個に加温された床パネルを必要とすることなく前記乗客デッキ床の一部を加熱するために用いられる請求項１〜６のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項８】
前記航空機は貨物室を有し、
前記燃料電池システムの構成部品の少なくとも一つが熱を生成し、
前記生成された熱は前記貨物室に送られる請求項１〜７のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項９】
前記航空機は調理室又は洗面所を有し、
前記燃料電池システムの構成部品の少なくとも一つが熱を生成し、
前記生成された熱は前記調理室及び前記洗面所の少なくとも一方に送られる請求項１〜８のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項１０】
乗客室天井及び航空機外皮を有する航空機であって、
ａ）前記乗客室天井と前記航空機外皮との間の空間に設置された燃料電池システムの少なくとも一つの構成部品を備える航空機。
【請求項１１】
少なくとも一つの水素タンクが前記空間に収容されている請求項１０に記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の情報：本願は２０１２年８月１４日に出願され、「航空機用設備コンセプト」と題された米国仮出願第６１／６８２,９３６号の優先権を主張し、その開示全体を参照により援用して本願の記載の一部とする。
【０００２】
本発明の実施形態は一般的に、航空機のための改良された空間活用コンセプトに関し、特に、エアステアシステムを収容するために設計されたエンベロープ（外囲）によって創出された床下空間の使用に関する。例えば、この空間に一つ又は複数の燃料電池システム、及び／又は水素タンク及び／又は燃料電池本体などの燃料電池システムの構成部品を収容及び統合して、燃料電池システムが、航空機の様々な機能を支援するため有益な副生成物を送達可能となるように、この空間を使用し得る。追加的に又は代替的に、その他の調理室関連の製品や物品（アイテム）、例えば予備（臨時）のごみ収容部、ごみ圧縮機の構成部品、及び／又は冷却機の構成部品を収容するために、さらには暖房管理システム、流体成分（気体又は液体）、又はインバータなどその他の電力用構成部品を収容するために、この空間を使用し得る。また、この空間を使用しなければ航空機の別の場所における貴重な空間を使うであろうその他の構成部品を組み込むために、この空間を使用し得ることも予見される。この空間はまた、暖房管理を支援する構成部品を収容することも出来る。
【背景技術】
【０００３】
エアステアとは、乗客（及び航空機の乗務員及び保守チームの人員）が航空機に搭乗できるように定期旅客機に組み込まれた階段である。エアステアは商業用、ビジネス用及び貨物用の航空機において使用出来る。多くの場合、エアステアは航空機におけるクラムシェル型の扉に組み込まれる。一般的にエアステアは、航空機が地上インフラ又は地上サービスが限定された空港の滑走路への着陸を予定している場合に取り付けられる。エアステアは、外部構造を用いることなく航空機にアクセスすることを可能とするために配備出来る。そのため、乗客は航空機への乗り降りの際に可動式の階段又はジェットウェイ（商品名）を用いる必要がなくなり、仮に地上サービスが利用出来る場合でも、航空機（及び航空会社）には地上サービスに対するより高い独立性が与えられる。地上サービスのコストがより高くなるにつれ、いくつかの航空会社は、地上サービスのコストを制限するという選択肢をもたらすために、エアステア用の外囲（エアステアエンベロープ）を航空機に組み込むことを選択しつつある。例えば、大空港においては、乗客のための地上サービス、駐機、及び空港における地上支援業務（グランドハンドリング）にかかる時間が、エアステアを設置することによって生じる追加重量及び追加空間と比較して重要となり得る。それゆえに、ますます多くの航空機製造業者が、地上オペレーションの時間とコストを低減するために、エアステアを選択的に（オプションで）取り付けることのできるエアステアエンベロープを航空機に含めることを提案している。
【０００４】
しかしながら、エアステアの重量は航空機の航行中における燃料消費に大きな影響を及ぼす。航空機の重量はキログラム単位で考慮されており、そのため、いくつかの航空機製造業者がエアステアを取り外すこと、又はエアステアエンベロープ／エアステア空間にエアステアを一切取り付けないことを決めている。換言すれば、航空機は、換価荷重（すなわち、換価荷重分の乗客及び／又は運送貨物）を搭載して飛行し、一方でその他のコスト（すなわち、燃料コスト等）を低減出来て初めてコスト競争力を持てるため、もしも航空機にエアステアが取り付けられているものの、在来のジェットウェイを介して航空機の乗降が可能であるという理由で目下エアステアを使用していないのであれば、航空会社はエアステアを航空機から取り外すことを決めるかもしれない。したがって、航空機は依然としてエアステアエンベロープ／エアステア空間を有しているかもしれないが、エアステアによる追加重量は取り除かれている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明者らは、もしもエアステアがエアステアエンベロープ空間に取り付けられていないか又はエアステアエンベロープ空間から取り外されている場合に、エアステアエンベロープ空間をより有益かつ有用なものにする方法を探し求めてきた。一つの具体的な実施形態において、本発明者らは、様々な燃料電池システムの構成部品及び／又は燃料電池システムからの電力及びその他の副生成物を使用する電子アイテムを収容するためにエアステアエンベロープを用いることを求めた。本文に記載された本発明の実施形態は、したがって、燃料電池システムをエアステアエンベロープに組み入れて統合するための独特な方法を提供する。例えば、本発明の実施形態は、エアステア空間に統合された（サブシステムに分割可能な）燃料電池システムであって、生成された電気及びその他の副生成物（水、電気、酸素減損空気（酸素枯渇空気）及び／又は熱）を、航空機におけるその他の用途及びシステムによる使用のために送達可能な燃料電池システムを含む。本発明の実施形態はまた、例えば、ゴミ関連のアイテム、ゴミ圧縮機、冷却機、及び／又は燃料電池用のインバータの収容といったエアステア空間のその他の使用法にも関するが、上述機器及びアイテムの全ては航空機の動力、発電機の出力（航空機が地上にある場合）、又は燃料電池システムを介して電力が供給され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、航空機に備えられたエアステアエンベロープを上面から見た平面図である。
【０００７】
【図２】図２は、エアステアエンベロープに配置される航空機用構成部品の、ある用い得る構成の側面斜視図である。
【０００８】
【図３】図３は、航空機を、乗降扉を通して側面から見た斜視図であり、乗客デッキの下のエアステア空間を示す。
【０００９】
【図４】図４は、エアステアエンベロープにアクセスするためのアクセスパネルの場所の一実施形態を示す。
【００１０】
【図５】図５は、燃料電池の付随物又は燃料電池システムの構成部品などの航空機構成部品の収容の代替的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
航空機の機内に搭載されている多数の構成部品が作動するためには電力が必要である。これらの構成部品の多くは、航空機を運航するために実際に必要とされる電気的構成部品（例えば、方向誘導システム、燃料計、飛行制御システム及び水圧（油圧）システム）からは分離されている。例えば、航空機はまた、ケータリング（配膳）設備、加熱／冷却システム、洗面所、パワーシート（電動により位置調整が可能な座席）、温水器、ヒータ付き床パネル、及びその他の、同様に動力を要求する構成部品を有している。
【００１２】
しかしながら、これらの構成部品についての重要な事項の一つは、そのエネルギー消費量である。これらのシステムへの動力供給は、航空機のエンジンにより駆動される発電機、又はケロシン燃焼補助動力装置（ＡＰＵ）、（もしくは飛行機がまだ離陸していない場合には地上の電源ユニット）等の付加的な電源に依存するよりはむしろ、個別に行うことが望ましいであろう。さらに、航空機の動力を使用することで騒音が発生し、二酸化炭素が排出されるが、この両者は低減されることが所望されている。従って、上記の構成部品に動力を与えるための革新的な方法をもたらして、燃料効率及び動力管理を改善するための方法を特定することが望ましい。機内に搭載された構成部品を稼働させるべく発電を行うための、加えてこの発電の有益な副生成物を航空機におけるその他の用途に利用するための、新規な方法が開発されつつある。
【００１３】
燃料電池の比較的新しい技術は、航空機にすでに搭載されているエネルギー源を補足するための、よりクリーンで騒音の少ない有望な手段を提供する。燃料電池は、電力に加えていくつかの出力物（産出物）を有しているが、これらのその他の出力物は多くの場合利用されていない。しかしながら、これらのその他の出力物を利用して、燃料電池システムによって生成される電力以外の利用可能なエネルギー源（例えば、熱出力、電力、及び／又は空圧力）の損失を防ぐことが出来る。燃料電池システムは、圧縮水素である燃料源を空気中の酸素と結合させ、電力と熱出力を主生成物として作り出す。水、熱、及び酸素減損（枯渇）空気（ＯＤＡ：ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｐｌｅｔｅｄ  ａｉｒ）が副生成物として作り出されるが、これらは現存の航空機における発電プロセスによる二酸化炭素の排出よりもはるかに害は少ない。燃料電池を航空機その他の輸送機関に搭載して使用するという提案は比較的新しいものであるため、燃料電池システムに適した適切な収容システムが常に存在するとは限らない。
【００１４】
したがって、本発明の実施形態は、燃料電池の構成部品のための独特な収容位置（保管場所）を提供するとともに、航空機内の、これまで使用されていなかった空間を用いるための方法を特定する。一つの具体的な実施形態において、エアステア空間（エアステアエンベロープ）１０が燃料電池システム１２を収納するために用いられる。図１は、航空機１４の機体下部に配置されたエアステア空間１０を上面から見た平面図であり、このエアステア空間１０は図３にも示されている。この設置場所は、航空機内の前方部、後方部、又はその他の許容される位置であってよい。図１はまた、航空機の中心フロア（メインレベル）に設置された調理室１６及び洗面所１８の場所をも示している。エアステア空間１０は、航空機の胴体部において、中心フロアの下に設けられた空きスペース（又はその外囲）であり、エアステアが取り付けられていない場合又はエアステアが取り外されている場合に存在する。
【００１５】
図２は追加の構成部品がその中に配置されたエアステア空間１０の側面斜視図である。圧縮水素タンク２０及び燃料電池本体２２などの、燃料電池システム１２を形成する構成部品が備えられている。図２はまた、代替的な実施形態を示しており、この実施形態では、エアステア空間１０は、ごみ圧縮機２４もしくはごみ圧縮機の構成部品、冷却機２６もしくは冷却機の構成部品、及び／又はインバータ２８もしくはインバータの構成部品、及び／又は私用又は商業用航空機内で使用されるその他の一般的な構成部品を収容するために用いられる。例えば、この空間はまた、予備の枕及び毛布、予備の水もしくはソーダ水のボトル、予備のコップもしくはその他のサービス用アイテム、圧縮されたごみ、又は収容してもよいがすぐにアクセスする必要のないその他のアイテムを収容するためにも用いられてよい。
【００１６】
以下において、燃料電池システム１２を収容する実施形態について述べる。燃料電池システム１２はその内部に組み込まれた（一体化した）水素貯蔵部、又は、本件と同時係属中の、２０１３年３月１３日に出願され「航空機などの乗客輸送機関に搭載された取り外し可能な水素貯蔵部」と題された国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０５１９８４号に記載されているような、分散された（非集中型の）水素貯蔵部を有することが出来る。この国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０５１９８４号の開示全体を援用により本願の記載の一部とする。水素貯蔵部はエアステア空間の与圧されていない領域に配置されてもよいし、エアステア空間の与圧された領域に配置されてもよい。エアステア空間は使用されていない空間であるため、水素タンク貯蔵部のための好適な設置場所がもたらされる。
【００１７】
水素貯蔵は液状、ガス状又は固体状とすることが出来る。図示されているように、水素タンク２０は燃料電池２２に直接接続されてよい。代替的に、燃料電池本体２２をエアステア空間１０に配置し、配管又はその他の導管を介して水素タンク（エアステア空間１０から離れた領域に位置するほかの場所に備えられており、そのように所望される場合又はその必要がある場合は、与圧されていない領域に備えられている）に接続してもよい。これによって水素タンクは、燃料電池に対して（同様に、航空機内のその他の場所に配置され得る他の燃料電池本体に対して）水素を送達することが可能となる。（例えば、ある実施形態においては、水素タンクは、本件と同時係属中の、２０１３年３月１３日に出願され「燃料電池を動力源とする車両用座席」と題された国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０５１９７９号に記載されているような、個々の座席に配置された燃料電池に水素を送達してもよい。この国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０５１９７９号の開示全体を援用により本願の記載の一部とする。）
【００１８】
燃料電池からの電力を変換するためのインバータ２８を使用することも、直流電圧を使用する機器であるか交流電圧を消費する機器であるかに応じて選択可能である。燃料電池システム１２は直流電力を作り出す。もし交流電流を消費する機器が航空機に設置されている場合には、インバータ２８を燃料電池システム１２に取り付けてよい。燃料電池システム１２は、必要に応じて分配可能な一般電力を送達出来るように、航空機に搭載された電力系統に相互接続されてよい。代替的に、燃料電池システム１２は自律型であってよく、燃料電池システム１２に差し込み接続された電力消費機器に直接に電力を供給してもよい。このコンセプトは、現存する燃料電池技術に限定されず、将来利用可能となるいかなる技術によっても用いられることが出来る。
【００１９】
図２はまた、エアステア空間１０に置かれたごみ圧縮機２４を示している。このごみ圧縮機２４は実際のごみ圧縮機であってもよく、又はごみ圧縮機の、一つもしくは複数の、電気式もしくは機械的な構成部品であってよい。図２はさらに、エアステア空間１０に置かれた冷却機２６を示している。冷却機２６は一つもしくは複数の調理室１６、又は冷気を必要とする他の任意の製品に冷気を供給することが出来る。その他の調理室用の構成部品も、このエアステア空間１０に置かれた一つ又は複数の構成部品を有し得る。一つ又は複数のこれらの調理室用の構成部品をエアステア空間１０に統合する（組み込む）ことによって、調理室内の追加のフロアスペース作り出すことができ、又はより多くの乗客席を加えるためのフロアスペースを作りだすことができ、及び／又はより多くの食品及び飲料をこの節約されたスペースに貯蔵することができる。
【００２０】
上述されたように、燃料電池１２によって作り出される副生成物は、電気、熱、水（Ｈ２Ｏ）及び酸素減損空気である。燃料電池の副生成物の少なくとも一つ（好ましくは複数）を、航空機の構成部品によって使用することができる。例えばこれらの副生成物は、調理室において（例えば、オーブン、冷却機、ごみ圧縮機、飲料メーカー等によって）使用でき、洗面所において（例えば、水洗用の動力を与えるため、水を温めるため、照明への電気供給のためなどに）使用でき、座席レベルで（例えば、座席制御、充電器システム、座席暖房等のために）使用でき、及び／又は燃料電池によって作り出される生成物の少なくとも一つを使用可能なその他の任意の製品によって使用され得る。この構成は、図２に示されるように最適化され得る。
【００２１】
副生成物の床レベルでの具体的な使用は、床暖房器具の必要性を低減するために燃料電池の作用による熱を送達することである。現在は、航空機の扉付近のひやりとするような感覚（肌寒い感覚）を緩和するために、加温された床パネルが用いられている。図２に示された実施形態では、冷却機２６と燃料電池システム１２の両方が熱を作り出す。したがって、これらのシステムのうち少なくとも一つによって作り出された熱を、床を暖めるために使用することが出来る。図３は、航空機を乗降扉を通して見た斜視図であり、乗降扉が取り外された状態を示す。この図面は、作り出された熱を利用するために、床面に載置された構成部品をどのように配置するかを示している。
【００２２】
具体的な一実施形態において、床暖房は、燃料電池システムによって作り出された熱、例えば加熱空気（加熱ガス）及び／又は加熱液体を用いて達成出来る。床及び出入り口エリア全般を暖めるために、加温された床パネルを用いる代わりに熱を上に向けて送達してよい。この熱上昇は、「Ｈ」と符号が付された矢印によって示されている。追加的に又は代替的に、熱（空気又は液体を介した熱）は、使用のために、航空機の調理室又は洗面所がある区域に送られてよく、又はオプションとして乗客室のその他の領域に送られてよい。追加的に又は代替的に、熱（空気又は液体を介した熱）は、集められた熱が有益であり得る、貨物室又はその他の領域に送られてよい。
【００２３】
図３はまた、エアステア空間１０内の単数又は複数の水素タンク２０又はその他のアイテムを詰め替える（補充する）ために乗客デッキの床３６に組み込まれ得るサービスパネル（アクセスパネル）３０を示す。また、船外排出表示器をサービスパネル３０に配置することも可能である。（また、バーストディスク又は船外排出部を、各種の安全規則、法規、ガイドライン、及び／又は航空機の機体設計要件に基づいた別の場所に設置することも可能である。）サービスパネル３０の別の使い方は次の通りである。すなわち、エアステア空間１０をごみ空間（トラッシュコンパートメント）として使用したとき、及び／又はエアステア空間１０をごみ圧縮のために使用したとき、ごみを出し入れするためにごみエリアに容易にアクセスできる。さらに、エアステア空間１０は、飛行中に有用であるがすぐにアクセスする必要はないかもしれないその他のアイテムを収容するために使用し得る。例えば、枕及び毛布、予備のコップもしくは皿、予備の飲料（水のボトル、ソーダ水、粉コーヒー、及びその他の飲料）を、そうでなければ使用されていなかったこの空間に収容し得る。
【００２４】
さらに、サービスパネル３０によって、エアステア空間１０に配置された燃料電池システムのメンテナンス、又はごみ圧縮機、冷却機、インバータもしくはその他の構成部品のメンテナンスが容易になる。図４は乗客デッキの床上及び床下の、サービスパネル３０を位置付けられ得る場所の例を示す。サービルパネル３０は、客室の頭上荷物収納コンパートメントと同様の開閉機構を有してよい。代替的に、サービスパネル３０のための他の任意の固定システムを用いてよい。
【００２５】
代替的な一実施形態では、図５に示されているように、調理室１６の上方に燃料電池システムが配置されている（図５は調理室を示しているが、洗面所の天井における空間を用いてもよいことが理解されるべきである）。水素は空気よりも軽く、水素が蓄積して爆発性の雰囲気が作りだされることを防止することが好ましい。したがって、安全目的及び安全規程のために、水素センサを設けてもよい。乗客室天井３２と航空機外皮３４との間に燃料電池システム１２の一つ又は複数の構成部品を位置付けることによっても、スペースを省略できる。一実施形態において、水素タンク２０の全ての構成部品を図５の位置に取り付けることが可能であるとともに、燃料電池の電気システム又はその他のサブシステムを床下に取り付けることが可能である。別の実施形態において、全ての構成部品は調理室（又は洗面所）の上方に配置される。更なる実施形態において、全ての構成部品はエアステア空間１０に配置されるか、又はこれらのオプションの組み合わせを使用し得る。
【００２６】
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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【図５】
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【国際調査報告】
2015530951.tif 000008
2015530951.tif 000009
2015530951.tif 000010