JP2000065432A - 航空機用空気調和装置 - Google Patents

航空機用空気調和装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】大型化や信頼性の低下を招くことなく、システ
ムの燃費を有効に向上させる。 【解決手段】エンジン1からの抽気Xを調温、調圧して
予圧室2に供給するための空調部3を、抽気Xをラムエ
アLによって予冷するための熱交換器4と、この熱交換
器4を通過した抽気Xを更に冷却するためのベーパサイ
クルシステム5とから構成したので、抽気Xをエンジン
1の低圧段から取ることが出来、抽気量を半減すること
ができると同時に、エアサイクルシステムとベーパサイ
クルシステムとを並設する場合のように容量や部品点数
が倍増することを効果的に回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機内に予圧用空気
を供給し、同時に機内の冷房、暖房、換気を行い得るよ
うにした航空機用空気調和装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】航空機は、居住室や電子機器室等の予圧
室に適温、適圧の調和空気を供給すべく、一般に空気調
和装置を備えている。この空気調和装置は、調温、調圧
以外にも、除湿の役割、予圧室に酸素を送り込む役割、
筐体から漏れる空気を補う役割など、様々な役割を兼ね
ている。そして、これらの役割を果たすために、外気の
取り込みが不可欠なものである。
【0003】このような外気の取り込みに際して、全て
をラムエア換気に頼ったのでは多大なドラッグ損失が発
生し、また高高度飛行中は希薄なラムエアから予圧に必
要な圧力等を得ることは期待できない。このため、常に
十分な圧力と量の外気が存在するエンジン又は補助動力
部から高温、高圧の抽気を得、これを調温、調圧して、
調和空気として予圧室に供給するエアサイクルシステム
(ACS)が確立されている。
【0004】このエアサイクルシステムは、タービンと
コンプレッサを単軸結合したエアサイクルマシン(AC
M)を主体として構成されるもので、抽気を1次熱交換
器でラムエアとの熱交換により冷却した後にコンプレッ
サで圧縮し、更に2次熱交換器でラムエアとの熱交換に
より冷却した後にタービンで断熱膨脹させるようにした
ものであり、ハイプレッシャ・ウォータ・セパレーティ
ング方式を用いる場合は、抽気をタービン入力前に除湿
し、タービン出口温度を氷点下に下げることができるよ
うにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、エアサイク
ルシステムはエンジンの高圧段から抽気するため、常時
冷房に必要な空気量{例えば100人乗り旅客機で約1
00(lb/min)}を供給すると、抽気量が大量と
なる。そして、燃費は抽気量に敏感であるため{例えば
1.1(lb/hr・Fuel)/(lb/min・抽
気)}、抽気の増大は燃費の悪化に直結することとな
る。
【0006】一方、エアサイクルシステムとは別にベー
パサイクルシステム(VCS)等を設置して予圧室を別
途に冷却するようにし、これによりエアサイクルシステ
ムの抽気量を減らす事も考えられるが、このようにする
と全く別個独立した冷却機構が2系統必要になるため、
システムが大型複雑化し、部品点数が増える分だけ信頼
性低下も避け難いものとなる。
【0007】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、抽気量を抑え、それにより燃費を向
上し、しかも簡易な構成で所要の冷却能力を発揮し得る
ようにした航空機用空気調和装置を提供することを目的
としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。すなわち、本発明に係る航空機用空気調和装置は、
航空機のエンジン又は補助動力部から高温高圧の抽気を
得、これを空調部で調温、調圧した後、予圧室に供給す
るようにしたものにおいて、前記空調部を、抽気をラム
エアによって予冷するための熱交換器と、この熱交換器
を通過した抽気を更に冷却するためのベーパサイクルシ
ステム(VCS)とから構成してなることを特徴とす
る。
【0009】このような構成により、抽気の冷却を主と
してベーパサイクルシステムにより行えば、ベーパサイ
クルシステムはエアサイクルマシンを使うエアサイクル
システムと違ってエンジンの高圧段から抽気する必要は
なく、低圧段から最低必要新鮮換気量だけ抽気すればよ
いので、エアサイクルマシンを主体として構成したエア
サイクルシステムを使用する場合に比べて抽気圧力が低
く抽気量が少なくて済み、これによりエンジン推力への
影響を大巾に低減して、燃費向上を図ることができる。
しかも、このような構成は、エアサイクルシステムとベ
ーパサイクルシステムの双方を採用して冷却を分担する
場合に比べて、ベーパサイクル自体の容量は大きくなら
ざるを得ないものの、2つの冷却系統を別途独立に構成
する場合に比べれば、全体の容積を確実に低減すること
ができ、また部品点数が少なくなる分だけ信頼性向上も
図ることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図1〜図4を参
照して説明する。この実施例の航空機用空気調和装置
は、図1に示すように、エンジン1と、居住室や電子機
器室等の予圧室2との間を、空調部3を介して接続した
ものであり、この空調部3を、抽気Xを予冷するための
熱交換器4と、この熱交換器4及びその下流に配置した
調圧弁8を通過した後の抽気Xを更に冷却するためのベ
ーパサイクルシステム5とから構成している。
【0011】具体的に説明すると、エンジン1から取り
出された抽気Xは、先ず抽気調圧弁6で調圧され、プリ
クーラ7及び熱交換器4で予冷却される。プリクーラ7
及び熱交換器4は、抽気XをラムエアLとの熱交換によ
り冷却するもので、ラムドア4a、7aの開閉により必
要な流量のみが流れ、不必要に過大なラムエアLを流す
ことによるラムペナルティが抑えられる。駐機時、若し
くは低速飛行時においては、熱交換器4におけるラムエ
アLの取り込みはファン4bにより行われる。
【0012】一方、ベーパサイクルシステム5は、エバ
ポレータ5a、コンプレッサ5b、コンデンサ5c、リ
ザーバタンク5d及び膨脹弁5eを順次通過するように
閉成された冷媒循環回路5Xを主体とし、次のようなベ
ーパサイクルを通じて前記エバポレータ5aに導入され
る抽気Xを冷却するようにしている。すなわち、冷媒循
環回路5Xには、代替フロン等の冷媒Cが封入されてお
り、この冷媒Cがエバポレータ5a内で抽気Xの保有す
る熱を奪って蒸発することにより抽気Xを冷却する。エ
バポレータ5aを出た冷媒Cは、コンプレッサ5bによ
り圧縮され、コンデンサ5cでファン5c1により取り
込まれるラムエアLとの熱交換により凝結する。凝結し
た冷媒Cはリザーバタンク5dに蓄えられ、必要な分だ
け膨脹弁5eにて膨脹し、低温の気体ー液体混合状態に
なって、再びエバポレータ5aに導かれる。これに対し
て、エバポレータ5aを通過して冷却された抽気Xは、
下流に配置したウォータセパレータ9にて水分を除去さ
れた後、予圧室2に導かれる。
【0013】なお、抽気Xの流量は最低必要新鮮換気量
にまで減らしてあるので、抽気Xのみをエバポレータ5
aにて冷却し、与圧室2へ供給する方式にて冷房能力を
満足させようとすると、与圧室2への供給空気は非常に
低温(氷点下)であることが必要であり、直接与圧室2
へ供給するには冷たすぎる。従って、調圧弁8の下流に
ミキシングチャンバ10を設けるとともに、ファン11
aを有する再循環ライン11を介して予圧室2から排気
を取り出してミキシングチャンバ10に入力するように
構成し、ここで抽気Xに排気を混合して、エバポレータ
5aにて冷却され与圧室2へ供給される調和空気の流量
を、抽気Xの4倍程度の量まで増やすことにより、与圧
室2へ直接供給するのに適した温度(45°F程度)の
調和空気を供給して、必要な冷房能力を満足できるよう
にしている。図中、符号12で示すものはウォータセパ
レータ9からの排水を排出するためのラインであり、符
号13で示すものはアウトフローバルブである。
【0014】以上のような構成により、抽気Xの冷却を
主としてベーパサイクルシステム5により行えば、ベー
パサイクルシステム5はエアサイクルマシンを使うエア
サイクルシステムと違ってエンジン1の高圧段から抽気
する必要はなく、低圧段から最低必要新鮮換気量だけ抽
気すればよいので、エアサイクルマシンを主体として構
成したエアサイクルシステムを使用する場合に比べて抽
気圧力が低くて済む(例えば40psia→20psia)。ま
た、例えば100人乗り旅客機の場合は、抽気量を約1
00(lb/min)から50(lb/min)に半減
することができ、これらによりエンジン推力への影響を
大巾に低減して燃費を約2倍程度にまで向上させること
が可能となる。なお、ベーパサイクルシステム5におい
ては、電動コンプレッサ5b及びラムエア用ファン5c
1を使うので、電力が必要であるが、電力を使うことに
よる燃費への影響は、同じ冷房をエアサイクルシステム
のみで行うことによる抽気抽出による燃費への影響の約
1/10程度以下であり、大勢に影響はない。しかも、
本実施例のような構成は、エアサイクルシステムとベー
パサイクルシステムの双方を採用して冷却を分担する場
合に比べて、ベーパサイクル5自体の容量は大きくなら
ざるを得ないものの、2つの冷却系統を別途独立に構成
する場合に比べれば、全体の容積を2/3程度にまで確
実に低減することができ、また部品点数が2/3程度に
まで少なくできる分だけ信頼性を約1.5倍程度にまで
確実に向上させることが可能となる。図2〜図4はこれ
らの比較例を示しているものである。
【0015】なお、各部の具体的な構成は、上述した実
施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、図5に
示すように、調圧弁8及びミキシングチャンバ10をウ
ォータセパレータ9の下流に配置し、予圧室2から再循
環ライン11を介して取り出される排気をエバポレータ
5aを通さずに再循環させるようにしてもよい。また、
抽気は、エンジン以外に補助動力部から取り出すように
しても構わない。
【0016】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、抽気を
調温、調圧するための空調部を、抽気をラムエアによっ
て予冷するための熱交換器と、この熱交換器を通過した
抽気を更に冷却するためのベーパサイクルシステムとか
ら構成したものである。このため、抽気圧力と流量を減
らして低燃費を実現することができる上に、エアサイク
ルシステムとベーパサイクルシステムを独立に設置する
場合に比べて、小型で信頼性の高いシステムとすること
ができる。
【0017】また、高高度を巡行する場合等は、エンジ
ン抽気の冷却は予冷用の熱交換器のみで十分に行えるの
で、ベーパサイクルシステムはアイドル状態で動作させ
ることができ、より一層の燃料消費削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略的なシステム図。
【図2】同実施例の作用を説明するための図。
【図3】同実施例の作用を説明するための図。
【図4】同実施例の作用を説明するための図。
【図5】本発明の変形例を示す概略的なシステム図。
【符号の説明】
1…エンジン 2…予圧室 3…空調部 4…熱交換器 5…ベーパサイクルシステム L…ラムエア X…抽気

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】航空機のエンジン又は補助動力部から高温
    高圧の抽気を得、これを空調部で調温、調圧した後、予
    圧室に供給するようにしたものにおいて、 前記空調部を、抽気をラムエアによって予冷するための
    熱交換器と、この熱交換器を通過した抽気を更に冷却す
    るためのベーパサイクルシステムとから構成してなるこ
    とを特徴とする航空機用空気調和装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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