JP2000203497A - 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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JP2000203497A
JP2000203497A JP11005662A JP566299A JP2000203497A JP 2000203497 A JP2000203497 A JP 2000203497A JP 11005662 A JP11005662 A JP 11005662A JP 566299 A JP566299 A JP 566299A JP 2000203497 A JP2000203497 A JP 2000203497A
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JP
Japan
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air
cycle machine
driven
engine
electric motor
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JP11005662A
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English (en)
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Koichi Obara
孝一 小原
Masanao Ando
昌尚 安藤
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
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    • B64D13/06Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
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    • B64D2013/0644Environmental Control Systems including electric motors or generators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】駐機中の機内冷却能力を有効に高める。 【解決手段】エアサイクルマシン3をエンジン1からの
抽気R以外に電動モータMによっても駆動し得るように
構成しているため、エンジン1がアイドル状態にあると
きにもエアサイクルマシン3のコンプレッサCに十分な
外気を取り込んで圧縮し、冷却の用に供することができ
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
うにした航空機用の空気調和装置(以下、「空調装置」
と略称する)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】航空機は、キャビンやコクピット等の予
圧室に適温、適圧の調和空気を供給すべく、一般に空調
装置を備えている。この空調装置は、通常、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、エンジンからの抽気を駆動
源とし、その抽気をコンプレッサによる圧縮及びタービ
ンによる膨脹を通じて適温適圧の調和空気にして、与圧
室に供給するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、航空機が駐
機している最中は、エンジンがアイドル状態のため、空
調装置の駆動源であるエンジン抽気の圧力が低く、流量
も少ない。したがって、駐機中の冷却能力が不足し、搭
乗者に快適な居住性を与えることが難しいという問題が
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解消する
ために、本発明は、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、請求項1に係る本発明の空調装置は、エ
アサイクルマシンをエンジン抽気によって駆動し得るよ
うに構成するとともに、エンジン抽気以外に電動モータ
によっても駆動し得るように構成していることを特徴と
している。
【0005】このようにすれば、駐機中はエアサイクル
マシンを電動モータによって駆動することができるの
で、エンジンがアイドル状態にあっても、エアサイクル
マシンを高速回転させて十分な外気を圧縮して取り込
み、機内冷却を有効に行って駐機時の居住性を有効に高
めることができる。しかも、駐機中は機体外ユニットか
ら給電や制御を行うこともできるので、航空機内の動力
源を不必要に消費することを防止することが容易であ
り、また既存航空機にも最低限エアサイクルマシンの改
修のみで本発明を適用することが可能になる。勿論、飛
行中はエンジン抽気を動力として機内冷却を従来どおり
適正に行うことができるのは言うまでもない。
【0006】一方、請求項2に係る本発明の空調装置
は、エアサイクルマシンを与圧室の排気によって駆動し
得るように構成するとともに、排気以外に電動モータに
よっても駆動し得るように構成していることを特徴とし
ている。このようにすれば、上記請求項1と同様、駐機
中の機内冷却を外部動力源によって適正に行うことがで
きるほか、飛行中の機内冷却は適宜モータ動力で補助し
ながら基本的には従来は単に廃棄されていたに過ぎない
与圧室からの排気を動力源として有効に行うことができ
るので、エンジン抽気を不要にして推力の低下を防ぎ、
燃料ペナルティの削減を図ることが可能になる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。 <第1実施例>この実施例に係る航空機は、図1に示す
ように、エンジン1と、キャビンやコクピット等の予圧
室2との間を、エアサイクルマシン3を主体として構成
される空調装置Aを介して接続したものである。
【0008】エアサイクルマシン3は、タービンTとコ
ンプレッサCをシャフトSを介して単軸結合したもの
で、エンジン抽気Pを新鮮空気としてコンプレッサCに
取り込んで圧縮した後、熱交換器4で外気Qとの熱交換
に供し、引き続き再生熱交換器5の1次側、コンデンサ
6の1次側及びウォータセパレータ7を通過した後、再
び前記再生熱交換器5の2次側を経てタービンTに入力
するようにしている。そして、このタービンTから出た
新鮮空気Pを前記コンデンサ6の2次側を通過後に与圧
室2に移送するようにしている。すなわち、再生熱交換
器5では熱交換器4を出た新鮮空気PとタービンTに入
力される前の新鮮空気Pとの熱交換を行い、コンデンサ
6では再生熱交換器5の1次側を出た新鮮空気Pとター
ビンTを出た新鮮空気Pとの熱交換を行うようにしてお
り、上記のエアサイクルを通じて新鮮空気Pを与圧室2
の環境に適した適温適圧の空気にするようにしている。
【0009】このような構成に加えて、本実施例は、前
記エアサイクルマシン3のシャフトSを電動モータMに
よっても駆動し得るようにしている。すなわち、上記構
成において、エンジン1が高回転状態にあって十分な抽
気が得られるときは、抽気を新鮮空気Pとしてタービン
Tに入力することにより該タービンTを回転駆動し、そ
の回転動力をシャフトSを介しコンプレッサCに伝達し
て、エアサイクルマシン3全体を作動させるが、抽気が
上記に満たない量でもエアサイクルマシン3が作動し得
るように、シャフトSに電動モータMを付帯させて新鮮
空気を大量に取り込み得るようにしたものである。そし
て、この電動モータMに、機体に設けたインターフェー
ス8を介して、機外に外部ユニットとして設けたモータ
コントローラ9をケーブル10を介して接続し、このモ
ータコントローラ9から前記電動モータMに対する給電
と回転制御とを行い得るようにしている。
【0010】すなわち、本実施例の空調装置Aは、エア
サイクルマシン3をエンジン抽気Pだけでなく電動モー
タMによっても駆動し得るように構成しているものであ
る。このようにすれば、駐機中はエアサイクルマシン3
を電動モータMによって駆動することができるので、エ
ンジン1がアイドル状態にあっても、エアサイクルマシ
ン3を高速回転させて十分な外気を圧縮して取り込み、
機内冷却を有効に行って駐機時の居住性を有効に高める
ことができる。しかも、駐機中は機体外ユニットである
モータコントローラ9からモータMに対する給電や制御
を行うことができるので、エンジン1や発電機等の航空
機内の動力源を不必要に消費することを防止して、飛行
能力が駐機中に低下することを有効に回避することがで
きる。さらに、既存航空機にも最低限エアサイクルマシ
ン3の改修のみで本発明を適用することができるので、
適用範囲を有効に広げることができる。勿論、飛行中は
エンジン抽気を動力として機内冷却を従来どおり適正に
行うことができるのは言うまでもない。 <第2実施例>この実施例に係る航空機は、図2に示す
ように、機外から新鮮空気として取り込んだラムエアR
を、エアサイクルマシン103を主体として構成される
空調装置Bを介してキャビンやコクピット等の予圧室1
02に供給するようにしているものである。
【0011】エアサイクルマシン103は、タービンT
とコンプレッサCをシャフトSを介して単軸結合したも
ので、ラムエアRを新鮮空気としてコンプレッサCに取
り込んで圧縮した後、熱交換器104で外気との熱交換
に供し、調圧弁105で調圧した後、与圧室内空気Tを
一旦室外に引き出して再び与圧室102内に導入するよ
うに構成された再循環回路106に供給するようにして
いる。この再循環回路106は、与圧室102から取り
出した空気Tをファン106aを介して再循環させる間
に新鮮空気を混合し、一般にエアサイクルシステムより
もエネルギ効率の高いベーパサイクルシステム107に
より冷却するようにしているものである。具体的には、
このベーパサイクルシステム107は、エバポレータ1
07a、モータ駆動のコンプレッサ107b、コンデン
サ107c及び膨脹弁107dを順次通過するように閉
成された冷媒循環回路107X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107aに導
入される循環空気T及び新鮮空気Rの混合空気Uを冷却
するようにしている。すなわち、冷媒循環回路107X
には、代替フロン等の冷媒Vが封入されており、この冷
媒Vがエバポレータ107a内で混合空気Uの保有する
熱を奪って蒸発することにより混合空気Uを冷却する。
エバポレータ107aを出た冷媒Vは、コンプレッサ1
07bにより圧縮され、コンデンサ107cでファン1
07e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Vは膨脹弁107d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107aに導かれる。このようにして、エバポレー
タ107aを通過して冷却された混合空気Uは、与圧室
102に供給される。前記コンデンサ107cにおいて
冷媒VをラムエアLにより冷却する目的は、コンプレッ
サ107bの圧縮比を小さくして消費電力を削減するこ
とにある。
【0012】ところで、従来から与圧室102内の空気
Tは、50%を再循環し、残りの50%の空気を排気W
として単に機外に排出していたに過ぎないものである
が、本実施例ではその残り50%の排気Wを、前記エア
サイクルマシン103のタービンTに導入し、このター
ビンTを出た排気Wを、再循環回路106に向かう新鮮
空気Rと熱交換器108において熱交換させた後、機外
に排出するようにしている。すなわち、与圧室102か
らの排気Wの一部を利用してタービンTを回転駆動する
ようにしている。また、前記実施例と同様、この実施例
も、エアサイクルマシン103のシャフトSを電動モー
タMによっても駆動し得るようにしている。すなわち、
上記構成において、与圧室102からの排気Wは、ター
ビンTの回転駆動源として用いられ、その回転動力をシ
ャフトSを介しコンプレッサCに伝達して、エアサイク
ルマシン103全体を作動させるものであるが、その動
力を補助し得るように、シャフトSに電動モータMを付
帯させて作動させることにより新鮮空気Rをより大量に
取り込み得るようにしたものである。この電動モータM
に対する給電や制御の態様は前記実施例と同様である。
【0013】このようにすれば、前記実施例と同様、駐
機中の機内冷却を外部動力源によって適正に行うことが
できるほか、飛行中の機内冷却は適宜モータ動力で補助
しながら基本的には従来は単に廃棄されていたに過ぎな
い与圧室102からの排気を動力源として有効に行うこ
とができるので、エンジン抽気を不要にして推力の低下
を防ぎ、燃料ペナルティの削減を有効に図ることが可能
になる。
【0014】なお、この実施例ではタービンTから出た
排気Wを再循環回路106に導入される前の新鮮空気R
の冷却に利用しているが、図3に示すように、ベーパサ
イクルシステム107の冷媒循環回路107X中を流れ
る冷媒Vを冷却するために機外から導入されるラムエア
Lの冷却に用いるように構成することも有効である。そ
の他、各部の具体的構成は、図示実施例に限定されるも
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。
【0015】
【発明の効果】本発明の航空機用空調装置は、以上説明
した構成であるから、次に述べる効果が奏される。先
ず、請求項1に係る発明は、エアサイクルマシンを主体
として構成するに際して、エアサイクルマシンをエンジ
ン抽気によって駆動し得るように構成するとともに、エ
ンジン抽気以外に電動モータによっても駆動し得るよう
に構成したものである。このため、飛行中のみならず駐
機中の機内冷却をも有効に行って与圧室の居住性をより
有効に高めることができ、しかも、機体外ユニットを有
効利用することで航空機内の動力源を不必要に消費する
ことを防止し、本発明の既存航空機への適用もエアサイ
クルマシンの改修のみの簡単なものにすることができる
という優れた効果が奏される。
【0016】一方、請求項2に係る本発明は、エアサイ
クルマシンを主体として構成するに際して、エアサイク
ルマシンを与圧室の排気によって駆動し得るように構成
するとともに、排気以外に電動モータによっても駆動し
得るように構成したものである。このため、上記請求項
1と同様、駐機中の機内冷却を外部動力源によって適正
に行うことができるほか、飛行中の機内冷却を適宜モー
タ動力で補助しながら基本的に与圧室からの排気によっ
て行うことができ、これによりエンジン抽気を不要にし
て推力の低下を防ぎ、燃料ペナルティの削減も有効に果
たすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す概略的なシステム
図。
【図2】本発明の第2実施例を示す概略的なシステム
図。
【図3】図2の変形例を示す図。
【符号の説明】
1…エンジン 3、103…エアサイクルマシン 102…与圧室 A…空調装置 C…コンプレッサ L…ラムエア M…電動モータ P…エンジン抽気 T…タービン W…排気

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タービンとコンプレッサを単軸結合したエ
    アサイクルマシンを主体として構成されるものにおい
    て、 前記エアサイクルマシンをエンジン抽気によって駆動し
    得るように構成するとともに、エンジン抽気以外に電動
    モータによっても駆動し得るように構成していることを
    特徴とする航空機用空気調和装置。
  2. 【請求項2】タービンとコンプレッサを単軸結合したエ
    アサイクルマシンを主体として構成されるものにおい
    て、 前記エアサイクルマシンを与圧室の排気によって駆動し
    得るように構成するとともに、排気以外に電動モータに
    よっても駆動し得るように構成していることを特徴とす
    る航空機用空気調和装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2009292368A (ja) * 2008-06-06 2009-12-17 Shimadzu Corp 航空機における燃料電池用空気の供給システムおよび供給方法
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JP2018178999A (ja) * 2017-04-03 2018-11-15 ハミルトン・サンドストランド・コーポレイションHamilton Sundstrand Corporation タービン支援キャビン空気圧縮機

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