JP2002096799A - 航空機用空気調和装置 - Google Patents
航空機用空気調和装置Info
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- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 7
- 108010066114 cabin-2 Proteins 0.000 abstract 1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
- B64D13/06—Arrangements 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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- B64D2013/0603—Environmental Control Systems
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- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】空気調和のために必要なエンジン燃料の消費を
低減する。 【解決手段】抽気タービン５とコンプレッサ４からなる
エアサイクルマシン６に、与圧室２からの排気を導入し
て駆動される排気タービン１１を加えて同一軸のシャフ
ト１５に各翼車を連結すると共に、排気タービン１１を
出た冷却空気を１次熱交換器１４、２次熱交換器１７の
冷却用に用いる。これにより、エンジン抽気圧力を低下
させることができ、エンジン消費燃料を低減することが
できる。
低減する。 【解決手段】抽気タービン５とコンプレッサ４からなる
エアサイクルマシン６に、与圧室２からの排気を導入し
て駆動される排気タービン１１を加えて同一軸のシャフ
ト１５に各翼車を連結すると共に、排気タービン１１を
出た冷却空気を１次熱交換器１４、２次熱交換器１７の
冷却用に用いる。これにより、エンジン抽気圧力を低下
させることができ、エンジン消費燃料を低減することが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機に搭載され
る航空機用空気調和装置に関する。
る航空機用空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の航空機用空気調和装置に最も一般
的に用いられているシステムは、図２のシステム構成図
に示されるような３ホイール、ＨＰＷＳ（ハイプレッシ
ャ・ウオータ・セパレータ）方式と呼ばれるエアサイク
ルシステム（ＡＣＳ）である。このＡＣＳはエンジン又
は補助動力装置（ＡＰＵ）からの高圧・高温空気を１次
熱交換器１４でラムエア１６により冷却し、エアサイク
ルマシン（ＡＣＭ）６ａを構成するコンプレッサ４で圧
縮し、再度２次熱交換器１７で冷却、ＨＰＷＳと呼ばれ
るリヒータ１８、コンデンサ１９、ウオータエキストラ
クタ２０から成る除湿機構１０で除湿した後、エアサイ
クルマシン６ａの抽気膨張タービン（以後、抽気タービ
ンと称す）５で冷却空気を得ている。この抽気タービン
５の動力は、コンプレッサ４及びラムエア１６を引込む
ファン２２の駆動に利用される。前記冷却空気は与圧室
２を循環する空気とミキシングチャンバ２５で混合され
適度な温度で与圧室２に供給される。与圧室２内での圧
力を一定に保つために、ＣＰＣＳ（Ｃａｂｉｎ Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）が作動し
ており、アウトフローバルブ１２から機外へ空気が排出
されている。
的に用いられているシステムは、図２のシステム構成図
に示されるような３ホイール、ＨＰＷＳ（ハイプレッシ
ャ・ウオータ・セパレータ）方式と呼ばれるエアサイク
ルシステム（ＡＣＳ）である。このＡＣＳはエンジン又
は補助動力装置（ＡＰＵ）からの高圧・高温空気を１次
熱交換器１４でラムエア１６により冷却し、エアサイク
ルマシン（ＡＣＭ）６ａを構成するコンプレッサ４で圧
縮し、再度２次熱交換器１７で冷却、ＨＰＷＳと呼ばれ
るリヒータ１８、コンデンサ１９、ウオータエキストラ
クタ２０から成る除湿機構１０で除湿した後、エアサイ
クルマシン６ａの抽気膨張タービン（以後、抽気タービ
ンと称す）５で冷却空気を得ている。この抽気タービン
５の動力は、コンプレッサ４及びラムエア１６を引込む
ファン２２の駆動に利用される。前記冷却空気は与圧室
２を循環する空気とミキシングチャンバ２５で混合され
適度な温度で与圧室２に供給される。与圧室２内での圧
力を一定に保つために、ＣＰＣＳ（Ｃａｂｉｎ Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）が作動し
ており、アウトフローバルブ１２から機外へ空気が排出
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の航空機用空気調
和装置に用いられているＡＣＭは抽気のエネルギーによ
ってのみ駆動され、空気調和の動力源は抽気のエネルギ
ーにほとんど全て依存しており、また、アウトフローバ
ルブから排気される与圧室空気は、有効に利用されてい
ない。このため、空気調和装置が作動するために必要な
冷却エネルギーを併せて発生するエンジンに大きな負担
が掛かり、空気調和のためにエンジンが消費する燃料の
量も多くなるという問題がある。本発明は、このような
事情に鑑みてなされたものであって、消費するエンジン
燃料を低減することができる航空機用空気調和装置を提
供することを目的とする。
和装置に用いられているＡＣＭは抽気のエネルギーによ
ってのみ駆動され、空気調和の動力源は抽気のエネルギ
ーにほとんど全て依存しており、また、アウトフローバ
ルブから排気される与圧室空気は、有効に利用されてい
ない。このため、空気調和装置が作動するために必要な
冷却エネルギーを併せて発生するエンジンに大きな負担
が掛かり、空気調和のためにエンジンが消費する燃料の
量も多くなるという問題がある。本発明は、このような
事情に鑑みてなされたものであって、消費するエンジン
燃料を低減することができる航空機用空気調和装置を提
供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の航空機用空気調和装置は、エンジン抽気を
冷却して機内与圧室に供給するエアサイクル方式の空気
調和装置において、与圧室からの排出空気により駆動さ
れると共に、エアサイクルマシンを構成する抽気膨張タ
ービンからコンプレッサへの駆動軸に翼車を連結してな
る排気膨張タービンを設けたことを特徴とするものであ
る。本発明の航空機用空気調和装置は上記の構成を用い
ることにより、例えば３５０００ｆｔの高々度での機外
圧力（約３．５ｐｓｉａ）と機内圧力（約１１ｐｓｉ
ａ）との圧力差を利用して、排気膨張タービンで機内圧
力空気を機外圧力まで膨張させその動力をコンプレッサ
への駆動軸に加えることにより、エンジンの抽気圧を低
減し、エンジン消費燃料を低減することができる。
め、本発明の航空機用空気調和装置は、エンジン抽気を
冷却して機内与圧室に供給するエアサイクル方式の空気
調和装置において、与圧室からの排出空気により駆動さ
れると共に、エアサイクルマシンを構成する抽気膨張タ
ービンからコンプレッサへの駆動軸に翼車を連結してな
る排気膨張タービンを設けたことを特徴とするものであ
る。本発明の航空機用空気調和装置は上記の構成を用い
ることにより、例えば３５０００ｆｔの高々度での機外
圧力（約３．５ｐｓｉａ）と機内圧力（約１１ｐｓｉ
ａ）との圧力差を利用して、排気膨張タービンで機内圧
力空気を機外圧力まで膨張させその動力をコンプレッサ
への駆動軸に加えることにより、エンジンの抽気圧を低
減し、エンジン消費燃料を低減することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例の航空機用空気調
和装置を図面により詳細に説明する。図１は本実施例の
構成を示すシステム構成図である。なお、図１におい
て、図２と同じ機能を有するものには同符号を付してい
る。本実施例の航空機用空気調和装置は、エンジン抽気
１を冷却して与圧室２にその冷却空気を供給するもの
で、コンプレッサ４、抽気タービン５、排気膨張タービ
ン（以後、排気タービンと称する）１１等からなるエア
サイクルマシン６と、コンプレッサ４の入口４ａに抽気
を導入する抽気ライン７と、コンプレッサ４の出口４ｂ
と抽気タービン５の入口５ａとを接続するブートストラ
ップ回路８と、抽気タービン５の出口５ｂから出た空気
を与圧室２に移送するための給気ライン９と、与圧室２
からの排気を排気タービン１１に導入するための排気ラ
イン１３と、ブートストラップ回路８及び給気ライン９
を利用して構成される除湿機構１０とを具備している。
和装置を図面により詳細に説明する。図１は本実施例の
構成を示すシステム構成図である。なお、図１におい
て、図２と同じ機能を有するものには同符号を付してい
る。本実施例の航空機用空気調和装置は、エンジン抽気
１を冷却して与圧室２にその冷却空気を供給するもの
で、コンプレッサ４、抽気タービン５、排気膨張タービ
ン（以後、排気タービンと称する）１１等からなるエア
サイクルマシン６と、コンプレッサ４の入口４ａに抽気
を導入する抽気ライン７と、コンプレッサ４の出口４ｂ
と抽気タービン５の入口５ａとを接続するブートストラ
ップ回路８と、抽気タービン５の出口５ｂから出た空気
を与圧室２に移送するための給気ライン９と、与圧室２
からの排気を排気タービン１１に導入するための排気ラ
イン１３と、ブートストラップ回路８及び給気ライン９
を利用して構成される除湿機構１０とを具備している。
【０００６】前記エアサイクルマシン６は、コンプレッ
サ４、抽気タービン５、排気タービン１１及びラムエア
１６を吸入するためのファン２２の各翼車をシャフト１
５で単軸結合した４ホイールタイプの構成を有するもの
で、抽気タービン５と排気タービン１１の発生動力を前
記シャフト１５に併せて伝達することにより、コンプレ
ッサ４及びファン２２に動力を供給するようにしてい
る。また、ブートストラップ回路８は、コンプレッサ４
で圧縮し昇温させた空気をラムエア１６との熱交換によ
って効率良く冷却するための２次熱交換器１７を具備
し、この２次熱交換器１７を通過した空気を抽気タービ
ン５に入力して、該抽気タービン５において断熱膨張仕
事をさせるようにしている。
サ４、抽気タービン５、排気タービン１１及びラムエア
１６を吸入するためのファン２２の各翼車をシャフト１
５で単軸結合した４ホイールタイプの構成を有するもの
で、抽気タービン５と排気タービン１１の発生動力を前
記シャフト１５に併せて伝達することにより、コンプレ
ッサ４及びファン２２に動力を供給するようにしてい
る。また、ブートストラップ回路８は、コンプレッサ４
で圧縮し昇温させた空気をラムエア１６との熱交換によ
って効率良く冷却するための２次熱交換器１７を具備
し、この２次熱交換器１７を通過した空気を抽気タービ
ン５に入力して、該抽気タービン５において断熱膨張仕
事をさせるようにしている。
【０００７】前記除湿機構１０は、ブーストラップ回路
８に配置したリヒータ１８、コンデンサ１９及びウオー
タエキストラクタ２０からなり、高圧空気中にて露点を
高くして水分を凝縮させるＨＰＷＳ方式により除湿を行
っている。前記コンデンサ１９は、ブートストラップ回
路８においてコンプレッサ４で圧縮された露点の上がっ
た空気を効率良く冷却して水分を凝縮させる目的と、給
気ライン９において抽気タービン５の出口５ｂから流出
する空気の極端な低温状態を解消する目的とを兼ねて、
両空気を熱交換させるものである。
８に配置したリヒータ１８、コンデンサ１９及びウオー
タエキストラクタ２０からなり、高圧空気中にて露点を
高くして水分を凝縮させるＨＰＷＳ方式により除湿を行
っている。前記コンデンサ１９は、ブートストラップ回
路８においてコンプレッサ４で圧縮された露点の上がっ
た空気を効率良く冷却して水分を凝縮させる目的と、給
気ライン９において抽気タービン５の出口５ｂから流出
する空気の極端な低温状態を解消する目的とを兼ねて、
両空気を熱交換させるものである。
【０００８】また、前記ウオータエキストラクタ２０
は、内部に流入した空気を旋回流状態にすることができ
る内部構造を有したもので、コンデンサ１９で水分を凝
縮させた空気を導いて旋回流により比重の大きい水分の
みを遠心分離器で分離し主として除湿した空気のみを流
出させ得るものである。リヒータ１８は、ブートストラ
ップ回路８の上流にあってコンデンサ１９に向かう空気
の予冷と、同回路８の下流にあってウオータエキストラ
クタ２０を出た空気を抽気タービン５の出口５ｂで氷結
させないための予熱とを兼ねて、両空気を熱交換させる
ものである。
は、内部に流入した空気を旋回流状態にすることができ
る内部構造を有したもので、コンデンサ１９で水分を凝
縮させた空気を導いて旋回流により比重の大きい水分の
みを遠心分離器で分離し主として除湿した空気のみを流
出させ得るものである。リヒータ１８は、ブートストラ
ップ回路８の上流にあってコンデンサ１９に向かう空気
の予冷と、同回路８の下流にあってウオータエキストラ
クタ２０を出た空気を抽気タービン５の出口５ｂで氷結
させないための予熱とを兼ねて、両空気を熱交換させる
ものである。
【０００９】また、本実施例では、与圧室２の排気の一
部を循環させるリサイキュレーション部２３を設けてい
る。このリサイキュレーション部２３は、一旦与圧室２
の空気の一部をファン２４により取り込んで前記給気ラ
イン９の末端付近に配置したミキシングチャンバ２５に
導き、新たに導入される低温空気と合流させるようにし
たもので、与圧室２に極端に低い空気が導入されること
を防ぐ温度調整機能を主目的としている。
部を循環させるリサイキュレーション部２３を設けてい
る。このリサイキュレーション部２３は、一旦与圧室２
の空気の一部をファン２４により取り込んで前記給気ラ
イン９の末端付近に配置したミキシングチャンバ２５に
導き、新たに導入される低温空気と合流させるようにし
たもので、与圧室２に極端に低い空気が導入されること
を防ぐ温度調整機能を主目的としている。
【００１０】次に、この航空機用空気調和装置の作動に
ついて説明する。先ず、プレッシャレギュレーター及び
流量制御バルブ（図示せず）により一定圧力、一定流量
に制御された、約２００℃のエンジン抽気１は、１次熱
交換器１４を通して１００℃程度に冷却された後、エア
サイクルマシン６のコンプレッサ４に導入され圧縮され
る。このコンプレッサ４を出た約１８０℃の空気は、２
次熱交換器１７で効率良く約４５℃に冷却され、リヒー
タ１８で更に約３５℃に冷却された後、コンデンサ１９
に導入されて水分を凝縮される。その水分は、次段に配
置したウオータエキストラクタ２０で除去され、除湿後
の空気がリヒータ１８により適度に昇温されて抽気ター
ビン５に導入される。そして、抽気タービン５で断熱膨
張仕事をすることによって、自ら自冷した空気は、コン
デンサ１９を通過した後、ミックスチャンバ２５で与圧
室２の循環空気と合流することにより適温となり与圧室
２に導入される。
ついて説明する。先ず、プレッシャレギュレーター及び
流量制御バルブ（図示せず）により一定圧力、一定流量
に制御された、約２００℃のエンジン抽気１は、１次熱
交換器１４を通して１００℃程度に冷却された後、エア
サイクルマシン６のコンプレッサ４に導入され圧縮され
る。このコンプレッサ４を出た約１８０℃の空気は、２
次熱交換器１７で効率良く約４５℃に冷却され、リヒー
タ１８で更に約３５℃に冷却された後、コンデンサ１９
に導入されて水分を凝縮される。その水分は、次段に配
置したウオータエキストラクタ２０で除去され、除湿後
の空気がリヒータ１８により適度に昇温されて抽気ター
ビン５に導入される。そして、抽気タービン５で断熱膨
張仕事をすることによって、自ら自冷した空気は、コン
デンサ１９を通過した後、ミックスチャンバ２５で与圧
室２の循環空気と合流することにより適温となり与圧室
２に導入される。
【００１１】この与圧室２内の空気の一部は排気ライン
１３を通して排気タービン１１に導かれ、外気圧近くま
で膨張し、内部の翼車を回転する動力を発生する。この
動力は、翼車を介して前記抽気タービン５と同一軸のシ
ャフト１５に伝達され、抽気タービン５の発生する動力
と併せてコンプレッサ４及び外気吸入用のファン２２を
回転駆動する。そして、排気タービン１１を出た冷却空
気はラムエアダクト２１に導入され、ラムエア１６と共
に、１次熱交換器１４及び２次熱交換器１７を冷却す
る。
１３を通して排気タービン１１に導かれ、外気圧近くま
で膨張し、内部の翼車を回転する動力を発生する。この
動力は、翼車を介して前記抽気タービン５と同一軸のシ
ャフト１５に伝達され、抽気タービン５の発生する動力
と併せてコンプレッサ４及び外気吸入用のファン２２を
回転駆動する。そして、排気タービン１１を出た冷却空
気はラムエアダクト２１に導入され、ラムエア１６と共
に、１次熱交換器１４及び２次熱交換器１７を冷却す
る。
【００１２】以上のような構成からなる本実施例の空気
調和装置を、排気タービン１１を有しない従来システム
構成と比較した場合、図１に示したように、与圧室２か
ら排出された空気が排気タービン１１によって外気圧力
まで膨張され、翼車を介して得られる動力でシャフト１
５が駆動されるため、抽気タービン５の発生動力を減ら
すことができることと、排気タービン１１から排出され
た低温空気により１次熱交換器１４及び２次熱交換器１
７が冷却されるため、ラムエアの取り込み量を減らして
機体進行に対する抗力の増加を抑制することができ、そ
の分エンジン抽気１の圧力を低減でき、必要な機体推力
を低燃費でまかなうことが可能になる。
調和装置を、排気タービン１１を有しない従来システム
構成と比較した場合、図１に示したように、与圧室２か
ら排出された空気が排気タービン１１によって外気圧力
まで膨張され、翼車を介して得られる動力でシャフト１
５が駆動されるため、抽気タービン５の発生動力を減ら
すことができることと、排気タービン１１から排出され
た低温空気により１次熱交換器１４及び２次熱交換器１
７が冷却されるため、ラムエアの取り込み量を減らして
機体進行に対する抗力の増加を抑制することができ、そ
の分エンジン抽気１の圧力を低減でき、必要な機体推力
を低燃費でまかなうことが可能になる。
【００１３】
【発明の効果】本発明の航空機搭載用空気調和装置は上
記のように構成されており、排気タービンの追加によ
り、エンジン抽気圧力を従来システムに比べて低減する
ことができる。また、排気タービンの膨張により排気さ
れる低温空気を１次、２次熱交換器の冷却に利用するた
め、従来システムに比べて必要なラムエア流量が少なく
なり、ラムエアの取り込みによる機体進行に対する抗力
の増加を抑えることができる。そして、これらにより、
エンジンの燃料の消費量を少なくすることができる。
記のように構成されており、排気タービンの追加によ
り、エンジン抽気圧力を従来システムに比べて低減する
ことができる。また、排気タービンの膨張により排気さ
れる低温空気を１次、２次熱交換器の冷却に利用するた
め、従来システムに比べて必要なラムエア流量が少なく
なり、ラムエアの取り込みによる機体進行に対する抗力
の増加を抑えることができる。そして、これらにより、
エンジンの燃料の消費量を少なくすることができる。
【図１】本発明の実施例の構成を示すシステム図であ
る。
る。
【図２】従来の航空機用空気調和装置のシステム図であ
る。
る。
１…エンジン抽気 ２…与圧室 ４…コンプレッサ ４ａ、５ａ…入口 ４ｂ、５ｂ…出口 ５…抽気タービン ６、６ａ…エアサイクルマシン ７…抽気ライン ８…ブートストラップ回路 ９…給気ライン １０…除湿機構 １１…排気タービン １２…アウトフローバルブ １３…排気ライン １４…１次熱交換器 １５…シャフト １６…ラムエア １７…２次熱交換器 １８…リヒータ １９…コンデンサ ２０…ウオータエキストラクタ ２１…ラムエアダクト ２２、２４…ファン ２３…リサイキュレーション部 ２５…ミキシングチャンバ
Claims (1)
- 【請求項１】エンジン抽気を冷却して機内与圧室に供給
するエアサイクル方式の空気調和装置において、与圧室
からの排気により駆動されると共に、エアサイクルマシ
ンを構成する抽気膨張タービンからコンプレッサへの駆
動軸に翼車を連結してなる排気膨張タービンを設けたこ
とを特徴とする航空機用空気調和装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000288773A JP2002096799A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 航空機用空気調和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000288773A JP2002096799A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 航空機用空気調和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002096799A true JP2002096799A (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=18772300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000288773A Pending JP2002096799A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 航空機用空気調和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002096799A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006290021A (ja) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Misuzu Kogyo:Kk | 航空機用エアサイクル式空気調和装置 |
| 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 |
| CN109552643A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-02 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种节能型液体冷却系统 |
-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000288773A patent/JP2002096799A/ja active Pending
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