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エアロック[ a ]とは、気圧や組成が異なる環境間の移動を可能にしながら、異なる環境間の気圧や組成の変化を最小限に抑える部屋または区画のことです。
エアロックは、通常は直列に配置された2つの気密扉または開口部を備えたチャンバーで構成され、これらの扉または開口部は同時には開きません。エアロックは、発酵などに用いられるような小型のものから、前室の形をとることが多い大型のものまであります。
エアロックは、潜水艦などの圧力容器内の空気環境と外部の水環境との間の通路を確保するために、水中でも使用されることがあります。このような場合、エアロックには空気または水のいずれかを封じ込めることができます。これは浸水式エアロックまたは水中エアロックと呼ばれ、潜水艦や水中居住施設への水の侵入を防ぐために使用されます。
外部または周囲圧力環境からエアロックに入り、密閉し、圧力を均等化して内側のドアを通過する手順は、ロックインと呼ばれます。逆に、ロックアウトは、圧力を均等化し、外側のドアの密閉を解除してから、ロックコンパートメントから出て周囲環境に入る手順です。ロックオンとロックオフは、圧力を均等化してロックインまたはロックアウトを行う前に、2つのチャンバーが物理的に接続または切断される、加圧下での移送を指します。
いずれかのドアを開ける前に、エアロック室内の気圧を隣のドアの向こう側の環境気圧と等しくします。段階的な圧力変化により、空気温度の変動が最小限に抑えられ、結露や曇りの発生が軽減され、エアシールへの負荷が軽減され、重要な機器の安全な検証が可能になります。
加圧服を着用していない人が、圧力が大きく異なる環境間を移動する場合、エアロックによって圧力が徐々に変化し、体内の空気腔の平衡を保ち、減圧症を予防します。これは水中潜水において非常に重要であり、潜水士や圧縮空気作業員は、減圧スケジュールに従って数時間エアロック内で待機しなければならない場合があります。同様の仕組みは、気密性の高いクリーンな空間、汚染された空間、または呼吸不可能な雰囲気へのアクセスにも使用できますが、必ずしも圧力差を伴うとは限りません。このような場合、圧力変化の手順の代わりに、除染手順とフラッシングが用いられます。
最初のエアロック特許は、地下トンネル建設を容易にするためのアイデアを考案したトーマス・コクランに1830年に付与されました。これは1879年にハドソン川の下にトンネルを掘る試みの際に使用されました。[ 1 ] [ 2 ]
アポロ計画では、エアロック技術の開発が行われました。月面の大気は薄いため、エアロックは、月面で人間が宇宙船に出入りする際に、空気の損失を最小限に抑えるために不可欠な装置だからです。
1969年のアポロ11号ミッションでは、エアロックとして設計された部屋はなく、代わりにキャビンをエアロックとして使用しました。ドアを開ける前にキャビンを避難させて減圧する必要があり、ドアを閉じた後は、宇宙服なしで安全にキャビンに戻る前に再び加圧する必要がありました。[ 3 ]
1989年、エアロックを備えたクヴァント2モジュールが、ソ連が組み立てていたミール宇宙ステーションに追加された。 [ 4 ]サリュート宇宙ステーションからの以前の船外活動は、専用のエアロックなしで行われていた。
国際宇宙ステーション（ISS）が2000年11月に初めて人間を収容し始めたとき[ 5 ] 、エアロックは設置されておらず、 2001年7月にクエスト共同エアロックモジュールが設置されるまで[ 7 ] 、すべての船外活動はスペースシャトルのエアロック[ 6 ]によって行われなければなりませんでした。
史上初の商用宇宙エアロックは、 2020年12月に国際宇宙ステーション（ISS）に設置されたナノラックス・ビショップ・エアロックです。ベル型をしており、ISS内部から宇宙空間へペイロードを移送するように設計されています。2023年7月現在 これは宇宙ステーションで最大のエアロックであり、「冷蔵庫ほどの大きさのペイロード」を収容できる。[ 8 ]
エアロックは、さまざまな理由で空気対空気環境において使用されますが、そのほとんどは、空気中の汚染物質がエリアに出入りするのを防ぐこと、または内部チャンバーの気圧を維持することに関係しています。
エアロック技術の一般的な用途の一つとして、クリーンルームが挙げられます。クリーンルームでは、正圧（つまり、室内を周囲よりも高い圧力に保つこと）とその他の対策を組み合わせることで、有害物質やその他の望ましくない微粒子を排除できます。逆に、原子炉、生化学実験室、医療センターなどの危険な環境では、室内を負圧（室内を周囲よりも低い圧力に保つこと）にすることで、微粒子が外部に漏れるのを防ぎます。これにより、空気（および空気中に含まれる微粒子）が容易に外部に漏れ出すことができなくなります。
エアロックのあまり知られていない用途の一つに建築分野があります。膨張式建築物や加圧ドームなどの空気支持構造物では、構造物が崩壊しないように内部の空気圧を特定の範囲内に維持する必要があります。エアロックは、こうした構造物への人の出入りを可能にする最も費用対効果の高い方法と言えるでしょう。
エアロックは、電子顕微鏡内部をほぼ真空状態に保ち、空気が電子の経路に影響を与えないようにするために使用されます。アルコール醸造などで使用される発酵ロックは、発酵容器からガスを排出しつつ空気を遮断するタイプのエアロックです。パラシュートのエアロックは、減圧による翼の崩壊が危険な高度低下につながる可能性があるため必要です。
1980年代以降、エアロック技術は、空気汚染による内容物の分解を防ぐために、エジプトのピラミッドで新たに発見された部屋の調査に使用されてきた。 [ 9 ]
土木工事において、作業現場への水や泥の侵入を防ぐために空気圧を利用する場合、ケーソンや密閉トンネル内の加圧された作業現場と外部の常圧環境との間で、人員、機器、資材を移動させるためにエアロックが使用されます。エアロックは、作業シフト全体を同時に収容できる十分な大きさが必要となる場合があります。
ロックインは通常、数分で完了する迅速な手順ですが、ロックアウトに必要な減圧には数時間かかる場合があります。
水中用途には以下が含まれます。
飽和潜水において、エアロックは極めて重要な安全要素です。エアロックは加圧された通路として機能し、飽和潜水システム（居住区）と潜水鐘（潜水士を水中作業現場まで運ぶ装置）の間で、潜水士と支援要員を安全に移動させる役割を果たします。
飽和潜水におけるエアロックには、圧力計、手動オーバーライド、インターロックなどの安全機能が備えられています。
飽和潜水システムには通常、物資の移送用エアロックや、医療物資の安全な搬入・緊急避難用エアロックなど、様々なエアロックが備えられています。作業深度に応じて異なる圧力レベルの潜水士を配置する複雑な「分割式」システムでは、追加のエアロックが必要になる場合があります。
潜水後の減圧は段階的なプロセスであり、多くの場合1週間かかります。この間、エアロックによってダイバーは減圧室へ移動し、そこで徐々に水面レベルまで減圧されます。緊急時には、エアロックを使用することで、大きな圧力変化を起こさずに高圧脱出室や救命ボートへ移送することができます。
複数人を収容できる高圧酸素治療室で、加圧中に人や機器を室内に出入りさせる必要がある場合は、エアロックが使用されます。通常、治療室の入口には1人以上を収容できる大型のエアロックがあり、医療用品や食料を保管し、廃棄物を排出するための小型の医療用エアロックが備えられています。
宇宙空間、特に有人宇宙飛行では、宇宙船や宇宙ステーションから人が出入りする際に、内部の居住可能な環境を維持するためにエアロックが使用されます。エアロック（またはスーツポートなどの類似の技術）がない場合、ボイルの法則で説明されているように、呼吸可能な空気を構成するガスの膨張性により、ドアを開けると内部の空気が急速に失われます。エアロック室は、宇宙飛行士が船外活動の準備のために特殊な宇宙服を着た後に減圧し、帰還時に再加圧するために必要です。[ 6 ]ナノラック社のビショップエアロックなどのエアロックは、ペイロードを最小限の空気損失で宇宙空間に放出することもできます。
スカイラブ軌道ワークショップには、加圧された居住区画から非加圧の廃棄物タンクへゴミを移送するための手動操作式のゴミ処理エアロックが備えられていた。[ 10 ]
現在宇宙空間で使用されているエアロックの他の例としては、クエスト・ジョイント・エアロックや、国際宇宙ステーション（ISS）のモジュールであるきぼうのエアロックなどが挙げられる。
スパルタン・スペースとエアバスは、塵の軽減など、月面での使用に特化した機能を備えたエアロック設計を採用している。[ 11 ]
ウィキメディア・コモンズにあるエアロック関連のメディア