客室の空気を浄化するシステムを改善
10月21日、アメリカン航空729便がロンドンのヒースロー空港からフィラデルフィアに向けて飛び立った時、エアバスA330-300の客室で強力な異臭騒ぎが起こり、乗務員の要請でダブリンに向かい、無事に着陸しました。メディアによると、乗客は焼けるような目の痛みと皮膚の痒みを訴えていました。乗客287人と乗務員12人を乗せた同機では、乗務員2人と乗客1人が病院に緊急搬送され、その日のうちに退院しました。
刺激臭の原因は、床にこぼれていたクリーニング剤でした。
異臭騒ぎはめったに起こりませんが、客室の空気に潜在的な健康リスクがあることを喚起しました。ほぼすべてのタービン駆動の航空機内に、新鮮な空気と再循環空気が混合されて供給されることで起こります。新鮮空気は、エンジン抽気で客室に供給されます。現在、唯一の例外はボーイング787であり、抽気を使わない別のシステムを使っています。いったん機内に空気が入ると、その空気が再循環される時にフィルタを通過して病原体と臭気を除去します。
ロンドンに本社を置くGlobal Cabin Air Quality Executiveの共同創設者であるTristan Loraine氏によると、「オイルシールが漏れると—また全てのエンジンシールが漏れると、主にコンプレッサーベアリング装備品から出たエンジンオイルが抽気に含まれる」。
「近年、抽気からの煙と異臭騒ぎによる健康リスクへの関心が高まっている。時にそれは、エンジンオイルシールの不具合によって引き起こされた」、と彼は指摘します。
さらに、それ以外に抽気からの吸入危険物は油圧用作動油である、とLoraine氏は発表し、その約70%がリン酸エステルであると指摘します。HEPA(高性能粒子捕捉)フィルターが、再循環空気からバクテリアとウイルスを除去するのに効果的であることを証明してきた、とLoraine氏は付け加えながらも、それらの交換に関する規制がない—あるのは指針のみ—と指摘します。「再循環空気から[volatile organic compounds (VOC)]を除去するのに、デュアルHEPA／活性炭フィルターを取り付ける航空会社もある」、と彼は述べています。
事実、航空機の環境制御システム(ECS)のサプライヤーにとって、機内空気の浄化という領域に参入する機会であり、それらを生かす技術を開発しています。
Pall Aerospaceは、昨年9月にロンドンで開催されたAircraft Cabin Air International Conferenceで、自社の航空宇宙チームが、Purecabin Total Air Filtration Systemの地上における全システム試験に初めて成功したと発表しました。Pall Aerospaceは、同社のシニアマーケティングディレクターであるSteve Simpson氏によると、客室とコックピット内に新鮮な空気を取り入れるフィルターシステムとして、2020年半ばまでに、エアバスA320 ファミリーにPurecabinを搭載する認証を受けることを目的としています。Pall Aerospaceは、2020年半ばまでに、空気供給にエンジンオイルや油圧用作動油、除氷液を検知するセンサーを承認するつもりであると、彼は付け加えました。そのセンサーはフィルターシステムと連動あるいは独立して作動します。Simpson氏によると、Purecabinはフィルターを通過した抽気を初めて客室に取り込みます。
それは「高性能の炭素複合材」を使用しています。Simpson氏の説明によると、それは、幅広い化学分野に対抗して、独立研究所によって繰り返しテストされてきました。
「当社は、この炭素複合が、客室に空気を供給する際に生じるリン酸トリクレジルやTCPなど化学薬品の存在を緩和させることを立証してきた」と、彼は指摘します。「新鮮空気フィルターであるMist and Vapor Eliminators (MaVE) も、機外から生じた臭気やシステム異状による臭気を除去する。」
彼によると、そのシステムは最軽量で手間のかからない方法で設計されています。「既存の航空機システムに組み込む必要がある場合、Purecabinについて検討する上で重量と整備は重要である」、と彼は説明します。
Simpson氏は、数多くの新しい技術が今後のフィルトレーションについて検討中であることを確認します。「しかし、当社は一つの問題を解決することで、また別の問題を引き起こさないよう注意する要がある」、と彼は述べています。「例えば、触媒は、いくつかのケースで、現在取り入れているシステムよりも多くの懸念する汚染物質を排出するかもしれないが、有効になりえる。」
Pall Aerospaceは抽気のフィルトレーションに、すでに十分な実績があります。同社は、DHL AviationのためにSTCが承認した、ボーイング757-200フレイター—特にロールスロイス社製のRB211-535を搭載、のコックピットのレトロフィットとして新鮮空気フィルターを製造しました。既存のエアダクトに取り入れたコックピットのフィルターは、2012年以来、欧州航空安全機関(EASA)による設計と性能の宣言(DDP)の承認の下で、製造に際して完全承認を得てきました。Simpson氏は立場上公表していないが、DHL以外の航空会社はそれを検討しているにもかかわらず、DHL の757-200フライターが、これまでで唯一、そのシステムを取り入れました。
アメリカン航空の機体エンジニアリングのマネージングダイレクターであるStacy Morrissey氏の報告によると、同社は、新鮮空気のフィルターシステムを、数年間にわたりフィルター製造業者と共同開発してきました。さらに、航空機や設備、地上おけるフルスケール試験の支援を提供してきました。しかし、その技術に見込みはあるが、レトロフィットは容易でも安価でもない、と彼女は警告します。
「多くのプロジェクトのように、克服すべき技術上の問題がある。例えば、このプロジェクトについて、客室への空気の流れと温度制御するシステムの性能は、取り入れたフィルターにほとんど影響を及ぼしていないことを、当社は確認する必要がある」、とMorrissey氏は述べています。
その一方、マネージングメンバーであるMallie Seckinger氏によると、サバンナに本社を置くAviation Clean Air (ACA)が開発した、客室の空気を浄化する新しい方法だと、航空機の客室とコックピットに高額のフィルターを使う必要がありません。ACAは2012年に設立され、Aviation Clean Airの名前を冠した装備品を開発・販売してきました。Southern Aviation Parts and Service (SAPS)、およびACAの認証取得したエンジニアパートナー、過半数の株主からSTCの下でレトロフィットが可能です。
Seckinger氏が説明しているように、Aviation Clean Air社のACA装備品は「100％グリーン技術」です。完全な電子部品であり、化学薬品を使わず、臭気も有害な副生成物も発生させません。「技術は電子イオン化を通じて、自然の天然由来の洗浄、臭気除去、消毒プロセスを再現して進展させる」、と彼は述べています。
航空機のECSをオンにすると、アクティベーションが始まります。そして、空気がエアダクトを通って、客室とコックピットに流れ始めます。Seckinger氏は、そのシステムがフィルターではなく、フィルターシステムの構造的な特徴も備えていない、と強調します。「この装備品はエアダクトにシームレスに取り入れられ、摩耗する作動部品を有さず、定期点検の必要もない」、と彼は述べます。システムの重量は取り付け具を含めて2ポンドです。装備品数は既存のダクトシステムの設計に応じて、航空機ごとに必要です。「例えば、ガルフストリームG550は2台、ボーイング737は4台を要する」、と彼は述べています。
Seckinger氏の指摘によると、ACA装備品は、表面浄化と同時に空気質を継続的に改善させるよう設計されています。「わずか数秒以内で、積極的にかつ効率的に、既存の臭いだけでなくVOCなど新たに生じた臭いも制御する。これに限定されないが、化石燃料や燃料プロセスに関連する臭いも含む」、と彼は述べます。「さらに、空気が到達する取り付けられたECSのどこにでも、調理や掃除、淀んだ空気の臭いを除去する。」
Seckinger氏は次のように述べます。ACA装備品は病原体の存在も、新たに発生した病原体も排除します。それらは、接触、せきやくしゃみを介して、航空機の整備員や乗客、乗務員から機内—コックピットや客室全体—に持ち込まれて広がります。それらを排除することで、とりわけ、機内で後天性疾患が発生する可能性をかなり減少させます。
ACA装備品が、FAAのForm 337のReturn to Serviceの下で、修正や変更の後、2014年、ファルコン2000に初めて取り入れられました。その後、STCやForm 337によって、生産中あるいは運用中のガルフストリームジェット—とりわけ、G450やGV、G550、G650、G650ERで承認されています。さらに、レオナルド社製のAW169ヘリコプターに承認されたことは、民間航空会社で初の適用になります。
「VIP仕様のいくつかの航空機、とりわけボーイング737-800と737 BBJ、737 マックス8、エアバスA320とA330-200には、ACA装備品が含まれていた」と、Seckinger氏は説明します。「当社は航空市場を成長のチャンスと見ており、事実、航空機のレトロフィットについて航空会社2社と話を進めている。」
彼はこれらの航空会社名を公表できないが、A320と737に注目しているとコメントしました。ACAは、見取り図を使って航空要件を満たす装備品を関連施設に個別に販売することができる、あるいは同社のベンダーが導入に必要なあらゆるハードウェアを製造することができる、とSeckinger氏は発表します。
Collins Aerospaceの航空機の客室内空気質のチーフエンジニアであるLance Bartosz氏は、自社が大型民間航空機—現在はボーイング787に、唯一の100％新鮮空気用ECSを供給していることを確認します。彼の説明によると、エンジンによって供給されるそれまでの加圧抽気は、電動モーター駆動のコンプレッサーに置き換えられます。それは外気を取り込み、客室に高圧空気を供給します。「これは客室内の空気から完全にエンジン抽気を遮断し、あらゆるオペレーションモードを通じて航空機に必要な空気流量を正確に調整して、燃費を減らしつつ、客室の快適性を向上させる」、とBartosz氏は述べています。
航空機の電動化に伴い、それまでのニューマティックシステムとシステムの電動化を両立している、とBartosz氏は説明します。「駆動以外の目的で、エネルギーをエンジンで発生させることを減らして以来、抽気を利用することで燃費の悪化が懸念されている。例えば、航空機とECSの構成によっては、電動コンプレッサーを用いて、より効果的に加圧された空気を発生させることができた。」
彼によると、Collins Aerospaceは、かねてよりフィルトレーションを、自社パートナーと共同開発しています。そして、ECSを最適化し、空気質や湿度、温度、新鮮空気の流量の点で乗客の快適性を向上させる方法を開発し続けています。
「場合によっては、当社は客室環境を改善するために、新たな設備の追加を検討する必要がある。しかし、既存の航空機に追加フィルターなど新たな装備品を追加することは、そのシステムが適切に動かない場合、逆に客室の状態に影響を及ぼす。当社は、追加装備品に関連する配備と追加重量を最小化するよう努めるが、ゼロネットインパクトになることはありえない」、と彼は述べています。
When American Airlines Flight 729 took off from London’s Heathrow Airport on a routine flight to Philadelphia on Oct. 21, a strong odor engulfed the cabin of the Airbus A330-300, prompting the flight crew to divert to Dublin, where it landed safely. News media reported that passengers complained of burning eyes and itchy skin. Of the 287 customers and 12 crew onboard, two crew members and one customer were taken to the hospital for evaluation, and all were released the same day.
The source of the fumes was a cleaning solution that spilled in the galley.
While fume events are rare, they are a reminder that cabin air has potential health risks. This is because the air supply on nearly all turbine-driven aircraft is a combination of fresh and recirculated air. The fresh air pumped into the cabin is engine bleed air. Currently, the only exception is the Boeing 787, which uses a separate, bleed-free system. Once in the cabin, that air is filtered to screen out pathogens and odors as it is recirculated.
“It is the bleed air that will be contaminated with engine oils, mainly from the compressor bearings compartment, as the oil seals leak—and all engine seals leak,” says Tristan Loraine, cofounder of the London-based Global Cabin Air Quality Executive.
“In recent years, there has been growing concern about the health risks of smoke and fume events from the bleed air, sometimes generated by the failure of an engine oil seal,” he notes.
Loraine also reports that another inhalation hazard from bleed air is hydraulic fluid, which, he points out, is about 70% organophosphate. Although he adds that HEPA (high-efficiency particulate arrestance) filters have proven very effective at removing bacteria and viruses from recirculated air, Loraine points out that no regulations—only guidelines—exist as to when they should be replaced. “Some airlines are installing dual HEPA/activated carbon filters to remove [volatile organic compounds (VOC)] from the recirculated air,” he says.
In fact, suppliers of aircraft environmental control systems (ECS) see opportunities in the field of cleaning cabin air and are developing technologies to pursue them.
At the Aircraft Cabin Air International Conference in London last September, Pall Aerospace Corp. announced that its aerospace team completed the first full-system ground test of its Purecabin Total Air Filtration System. Pall Aerospace aims for certification of Purecabin on the Airbus A320 family by mid-2020 as a full fresh air cabin and cockpit filtration system, according to Steve Simpson, senior marketing director. He adds that by mid-2020, Pall Aerospace expects to certify a sensor that will detect the presence of engine oil, hydraulic and deicing fluid in the air supply. The sensor will work in conjunction with, or independent of, the filtration system. Purecabin, Simpson says, will bring filtered bleed air to the passenger cabin for the first time.
It employs a “high-performance synthetic carbon” which, Simpson explains, has been extensively tested by an independent laboratory against a wide range of chemicals.
“We have demonstrated that this synthetic carbon will mitigate the presence of chemicals that may be found in the cabin air supply, including tricresyl phosphate, or TCP,” he notes. “The Mist and Vapor Eliminators (MaVE) fresh air filters will also remove odors that originate from outside the aircraft or those that are due to system malfunction.”
He says the system has been designed with a minimum-weight, low-maintenance approach. “Weight and maintenance were an important consideration for Purecabin, since it has to be integrated into an existing aircraft system,” he explains.
Simpson confirms that a number of new technologies are under consideration for future filtration. “However, we have to be careful that by solving one problem, we do not create another,” he says. “For example, catalysis can be effective, although in some cases it may produce contaminants of more concern than those currently entering the system.”
Pall Aerospace already has a successful track record with bleed air filtration. The company created a fresh air filter for cockpit retrofit on the Boeing 757-200 freighter—specifically powered by the Rolls-Royce RB211-535—certified by an STC for DHL Aviation. Installed in an existing air duct, the cockpit filter has had full production approval since 2012, under European Union Aviation Safety Agency (EASA) declaration of design performance (DDP) approval. To date, the DHL 757-200 freighters are the system’s only application, although other airlines, which Simpson is not at liberty to disclose, are considering it.
Stacy Morrissey, managing director of fleet engineering for American Airlines, reports that the carrier has been working with filter manufacturers for the past several years on fresh air filtration systems by providing aircraft, facilities and support for full-scale ground tests. However, she cautions that while the technology is promising, retrofits are not expected to be easy or inexpensive.
“As with many projects, there are technical issues that must be overcome. For this project, for example, we need to make sure that airflow to the cabin and the ability of the system to control temperature is not appreciably affected with the filters installed,” says Morrissey.
In the meantime, a new approach to cabin air purification by Savannah-based Aviation Clean Air (ACA) could make it unnecessary to use the more expensive filters in aircraft cabins and cockpits, according to Mallie Seckinger, managing member. ACA was established in 2012 to develop and market its eponymous Aviation Clean Air component, which is available for retrofit under an STC from Southern Aviation Parts and Service (SAPS), ACA’s certification engineering partner and majority shareholder.
As Seckinger explains, Aviation Clean Air’s ACA component is “100% green technology” since it is completely electronic, uses no chemicals and produces no odors or harmful byproducts. “The technology replicates and accelerates nature’s natural cleansing, odor-elimination and pathogen disinfection process through an electronic ionization process,” he says.
Activation commences when the aircraft’s ECS is switched on, and air begins flowing into the cabin and cockpit through the air ducts. Seckinger stresses that the system is not a filter and has no filter-system structural characteristics. “The component is quickly installed seamlessly in the air ducts, has no moving parts to wear out and requires no scheduled maintenance,” he remarks. The system weighs 2 lb., including mounting hardware. The number of components needed per aircraft depends upon the layout of the existing duct system. “As examples, a Gulfstream G550 requires two, while a Boeing 737 requires four,” he says.
The ACA component, Seckinger points out, was designed to achieve continuously improved air quality, along with surface purification, simultaneously. “Within just a few seconds, it proactively and effectively controls both existing as well as newly created odors, such as VOCs, including those associated with, but not limited to, fuel emissions and the fueling process,” he says. “It also eliminates cooking, cleaning and stale air odors, wherever the conditioned ECS air reaches.”
Seckinger says that the ACA component also kills existing as well as newly created pathogens brought into the aircraft and spread by aircraft servicing personnel, passengers or crew members through touching, coughing or sneezing—throughout the cockpit and cabin—significantly reducing the likelihood of flight-acquired diseases.
Initially installed on a Falcon 2000 in 2014 under an FAA Form 337 Return to Service following an alteration or modification, the ACA component is certified on in-production and in-service Gulfstream jets—specifically the G450, GV, G550, G650 and G650ER, either under an STC or Form 337. Also certified on the Leonardo AW169 helicopter, it is now on the verge of a commercial air carrier application for the first time.
“The ACA component has been included with some airliner VIP configurations, specifically on the Boeing 737-800, 737 BBJ, 737 MAX 8, Airbus A320 and A330-200,” Seckinger explains. “We see the airline market as a growth opportunity, and, in fact, we are in talks with two airlines about a fleet retrofit.”
While he could not disclose those airlines’ names, he did comment that the focus is on the A320 and 737. Seckinger reports that ACA can either sell the components individually to meet the airline requirements per their drawings for installation, or the vendor can manufacture any required hardware for the installation.
Lance Bartosz, chief engineer for aircraft cabin air quality at Collins Aerospace, confirms that the company provides what is still the only 100% fresh air ECS on large commercial aircraft—currently the Boeing 787. As he explains, the traditional pressurized bleed air provided by the engine is replaced by electric-motor-driven compressors that take in outside ambient air and provide pressurized air for the cabin. “This completely decouples the engine bleed air from the cabin air and precisely tailors air flow to aircraft requirements throughout all modes of operation, increasing cabin comfort while reducing fuel consumption,” says Bartosz.
With the arrival of more-electric aircraft, Bartosz explains that there is now a tradeoff between traditional pneumatic or a more electric function. “Bleed air usage is considered a fuel penalty since it takes away some energy generated by the engine for a purpose other than propulsion. Depending on the aircraft and ECS configuration, for example, it could be more efficient to generate pressurized air using an electric compressor.”
Collins Aerospace, he says, continues to work with its filtration partners to develop ways to optimize the ECS and improve passenger comfort with air quality, humidity, temperature and fresh air flow rate.
“In some cases, we may consider the addition of new equipment to improve the cabin environment. But adding new components such as additional filters to an existing aircraft can adversely affect the cabin conditions if the system is not properly engineered. While we try to minimize the additional weight and maintenance associated with adding components, inevitably it is unlikely to result in a zero net impact,” he says.