おしえて№685 投稿者 クレイマーさん
 エベレストなどの高い山に登る時、気圧が低いため酸欠になる人がいますよね。でも、飛行機はエベレストより高いところを飛ぶのに、飛行機に乗って酸欠になる人って聞いたことありません。 何でですかね。教えて下さい。
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Tsuneさん ←疑問投稿者からのご推薦です。

 まずは、酸欠と気圧の低下について、分離しておく必要があります。
 酸欠というのは、空気中に有る酸素の割合が減った状態であり、地上でも起こります。(閉め切った部屋で、開放燃焼式の暖房器具を長時間使用した場合などに起こり ます。)

 一方、疑問の中にあるように、高山に登ったときには、「気圧」が低くな り、結果的に空気が希薄になり、相対的に地上よりも酸素の量が減ったことになるの です。一方、飛行機の飛ぶ高度で、何も措置をしなければ当然気圧が低くなり、高山病の ような低気圧の状態が発生し、ひどい場合には耳が痛くなったり、色々な障害が起こ ります。

 それも、上空1万メートルあたりまで十数分で、行ってしまうのですから、登山の ときのように徐々に変化しているのに比べ更に激しい変化になります。ですから、このような状態をそのまま放って置くはずは有りません。

 では一体何をしているのか?
 「与圧」をしているのです。エンジンの動力を利用し、外部の希薄な空気を圧縮し て、機内にくみ上げているのです。ですから、いつでも新鮮な圧力のかかった、(ほ ぼ一気圧;地上と同等の)空気を得ることが出来るのです。


 まあここまでは、機体内部にいる人間のためのことですが、一方飛行機にとって は、外部の低い気圧と、内部の与圧された高い気圧の圧力差にさらされるわけで、こ こに大きな力がかかることになります。このため、飛行機はこの大きな力に耐えるた め、断面が、円形をしているのです。

 そして、1985年8月12日に発生した、日航機墜落事故、これは、後部の圧力 隔壁(プレッシャーバルクヘッド)が何度もの離着陸による金属疲労により、破壊さ れ、これに伴って垂直尾翼が破壊され、操縦不能に陥り、御巣鷹山に墜落したもので す。このとき歌手の坂本九さんが亡くなったことを記憶していらしゃる方も多いかと 思います。

 このように、飛行機内部には、与圧し、外部に対し、圧力の上がった、空気があり ます。このため、上空1万メートル以上を飛行する場合にでも、快適に過ごすことが 出来るのです。しかし、その裏には、飛行機の構造がしっかりしていて、圧力差に充 分耐えられることが基本的な条件なのです。
 航空会社には、機体をしっかり整備していただいて、16年前のような悲惨な事故 を二度と起こしてほしくないと思う次第です。
乱気流さん

 航空機は上昇限界はあるものの高高度を巡航した方が気圧が低いため空気密度が減って抵抗が少ないのでスピードが出しやすく燃費が良いと同時に天候が安定しているというメリットがある反面、人間にとっては気圧の低下が体調に悪影響を与えたり酸素欠乏症に繋がったりし、或いは高度差が上昇時約120m/分、下降時約100m/分を超過すると急激な気圧差によって耳が痛くなる等の不快感を生じる等のデメリットがあります。

 一般に酸素供給せずに長時間飛行に耐えられる高度は2000〜2400mとされ、また小型軽飛行機や小型ヘリコプターの巡航高度は2000〜3500mなので短時間飛行ならば酸素欠乏症の心配はないとされています。

 一方、最近では巡航高度8000m級の小型の高性能機も存在しますし、ジャンボジェットなど大型機では巡航高度10000m以上が前提になっているので、人間にとってのデメリットである気圧低下と急激な気圧変化を解消するために、これら高高度を飛行する民間航空機には例外なく「与圧装置」が装備されていて、高度10000mを超過する飛行をしても機内の気圧を一定(通常は高度2400m相当)に保ったり、気圧変化を最小限に抑える役割を果たしています。

 ジェット機を与圧するには、機内を気密にして、エンジンの空気取入口から空気を抽入→圧縮機で圧縮/高温・高圧→1次熱交換器/冷却→エア・サイクル・マシン(ACM)/圧縮→2次熱交換器/冷却→ACM/膨張・低温エア→高温エアと混合・適温化25℃前後など複雑な経路を経た空気を客室等に送り込みます。

 人間は通常1分間に6〜8Lの空気を必要とし、ジャンボ機に500人乗れば、その合計は4KLになりますが、機内に送り込まれる空気は1分間に200KLにもなり、4〜7分間で全部入れ替わるようになっていて、余った空気はアウト・フロー・バルブから機外に排出します。その排出量を加減すれば、機内の気圧が調整可能なので、アウト・フロー・バルブで機外に流れる空気を調整し、また定められた機内と機外の差圧を維持するため必要に応じて自動的に開閉されています。
参考図書『世界大百科事典・平凡社』 『図解・飛行機のメカニズム(柳生一著)講談社ブルーバックス
のんきさん

飛行中の機内は、地上に比べて酸素が薄く、気圧も低いため、標高2,000〜2,500メートル(富士山の5合目程度)の山に登っているのと等しい状況です。また、着陸時には、通常15〜30分の間に大きな気圧の変化が生じます。また国際線は国内線より高度が高いので、気圧が国内線より下がります。
ちなみに、飛行機というのは飛行中の気圧を保つため密室状態にしてフィルターでひたすら空気を入れ替えています。気圧を保つとは言っても完全に1気圧までは上げられないので、最近の機種では酸欠にならないよう、酸素の濃度をちょっと高めになるように設定しているそうです。これは出発(ハッチが閉まった時)から離陸するまでの間にボンベからエアコンに向かって噴射するのですが、普通はエンジン音で気がつかないようですね。この操作によって、酸素の濃度は通常より高くなり、燃える物に対して敏感な環境になっているのです。
とっちんさん

  高空を飛んでいるのですから何もしなければ当然気圧は下がり高い山に登った時と同様に酸欠になる人がいても不思議ではありません。 が、それでは操縦士まで酸欠状態になり飛行機の操縦どころでな無くなってしまいます。

 よく映画などで航空機内で銃撃戦があり壁に穴が空いた途端に、穴は大きくなり機内の物や人が機外へ吸い出されるシーンがありますが、これは航空機の中と外の気圧に差があるために起こりうる現象です。 機内は地上(1気圧)よりもちょっと高めにしていると思います。

 その理由は・・他の回答者が正答を出してくれると思いますよ、 詳しい説明付きでネ (^_^)。
トキヲさん

 高度が高くなると空気が薄くなりそのままでは酸欠になります。そこで高度の高い場所を飛行をする飛行機は機内の気圧が高度2000mと同じ程度になるように調整されているそうです(与圧している)。

 つまりは上空10000mを飛行中の飛行機の機内の圧力は地面と同じではないけれども外よりは高いということになります。 機内の気圧を高める(与圧する)ために機内には大量の空気が常に送り込まれているんですね。 ちなみに貨物室も客室と同様の与圧されていて空調管理がなされているので、気圧変化による荷物の破損や温度低下による凍結などは心配無用。 以前にニュース番組か何かで、飛行機の脚(タイヤ)の格納室に潜り込んだ密航者が酸素不足と気温の低下で死にそうになったというのを見ました。(記憶違いかも知れないのですが)
こちらのURLに詳しく載っていました。 「飛行機の不思議発見」
http://village.infoweb.ne.jp/~fwik7912/wonder.htm
keyさん

酸欠にならないのは機内の温度と圧力の調整を行う
1.客室与圧装置
2.空気調整装置 が装備されているためです。この装置とエンジンの圧縮空気を取り入れることによって暖かい空気と冷たい空気を混合させ快適な温度にして客室内を快適に保っています。


 ちなみに酸欠は無くても耳が痛くなるのは誰でも経験しているのではないでしょうか。 これは、機械で調整しているとはいえ機内の気圧は地上より低いためです。高度1万メートル。気圧は地上の1/4、気温は-50度の世界。
参考URL JASキャビンアテンダントのホームページ
http://www.jas.co.jp/ca/cavol14/top0012.htm
トピカルパーク http://home4.highway.ne.jp/~t-park/tp/index.html
空の旅 http://www3.famille.ne.jp/~yokota/sky/index.html
浜ちゃん

 飛行機の客室には、動力で地表に近い(地表の85%程度の)圧力をかけているためです。 貨物室や機械室は外気と同じですから低圧力低温になり、密航者が死体で発見されるというような事件が起こったりします。

 客室後部にある客室の圧力を保つための壁である「圧力隔壁」が破壊したために、客室内の空気が噴出して尾翼および油圧制御系を吹き飛ばしてしまい墜落して多数の死者が出た日航機事故のニュースは毎年お盆前に報道されるのでご存知かと思います。そのぐらいの圧力が実は客室にかかっているということです。
ぶひぃーさん

 飛行機内は気密性が高いので、空気が漏れません。窓も何重にもなっているし、機体自体も何層にも重なっています。ドアも圧力をかけて、めったなことでは開かないようにしてあると聞いたことがあります。ひびが入ったりして空気が漏れたら、乗客が酸欠になる前に墜落してしまいます。私には酸欠よりも、墜落の方が心配です。
matsumotoさん

 旅客機などの気密性の高い飛行機では、内部の気圧はほぼ1気圧、酸素の比率は約20%と地上と同じ条件に保たれています。したがって酸欠になるようなことはありません。
596さん

  飛行機内は密室だからです。空気が外に漏れ出さないからです。飛行場に有った空気をそのまま密閉しますから、酸素が十分に有り酸欠になることはありません。 もしも飛んでいる飛行機に穴が開いたら空気が漏れ出して酸欠になります。
かっくん

 気密性に優れてるからですね 酸素もそうですが気圧なんかも一定に保たれてると思います そうしないと死んじゃいますからね
超な兄貴さん

 飛行機の中の気圧があるていど保たれているからです。 だから,窓にひび割れなんかが入ったらえらいことになります。
クレイマーさんからの感想メールです。

さっちゃん、ステキなサイトをどうもありがとうございます。

皆さんの答えを読んで、ナルホドと納得しました。誰かにこの事を聞かれたら、「えっ、そんなことも知らないの?」と知ったかぶりしてしてやろうかと間抜けなことを考えています。

一番分かりやすかったのは、Tsuneさんでした。とてもシンプルで分かりやすかったです。

乱気流さんのはより専門的で勉強になりました。「高々度を飛んだ方が空気抵抗が低いのでより速く飛べる」の書き込みにははっと気ずかされました。

のんきさん、とっちんさん、トキヲさん、Keyさん、浜ちゃん、ぶひぃーさん、matsumotoさん、596さん、かっくん、超な兄貴さん、皆さんありがとうございました。とお伝え下さい。

また近いうちに質問しますね。それではまた。

 飛行機の窓も、やはり圧力などに耐えられるように小さく丸いわけですね。 あれって景色が見れなくてイヤなんですけど仕方ないのですね。ちなみに船の窓も丸いけど..いろいろな方向から、きしむ力がかかるので丸くなってるようです。
正答者の方々です。本当にありがとうございました。
超な兄貴さん・乱気流さん・とっちんさん・ぶひぃーさん・トキヲさん・そくらちゃん・keyさん・596さん・浜ちゃん・matsumotoさん・かっくん・のんきさん・Tsuneさん・Tsuneさん・Tsuneさん

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