JP2003042578A - 航空機用空調システム - Google Patents
航空機用空調システムInfo
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- JP2003042578A JP2003042578A JP2001226956A JP2001226956A JP2003042578A JP 2003042578 A JP2003042578 A JP 2003042578A JP 2001226956 A JP2001226956 A JP 2001226956A JP 2001226956 A JP2001226956 A JP 2001226956A JP 2003042578 A JP2003042578 A JP 2003042578A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 空調システムに高温空気としてエンジン抽気
を取り込むことなしに、コンデンサにおいて氷結によっ
て抽気流路を塞ぐことを防止できる航空機用空調システ
ムの提供。 【解決手段】 エンジン抽気のコンプレッサ１と、その
圧縮された抽気から水分を分離するウォータセパレータ
７と、その水分を分離された抽気を膨張させることで低
温空気とする膨張タービン８とを備え、ウォータセパレ
ータ７の手前で抽気流路を流れる抽気を冷却する手段と
して、そのコンデンサ６と膨張タービン８との間の抽気
流路を流れる高温抽気とその膨張タービン８の出口に接
続される低温空気流路を流れる低温空気との間で熱交換
を行わせるコンデンサ６を有しており、膨張タービン８
を通過後の低温空気であってコンデンサ６で熱交換され
た後の一部を、リターン流路９を介して、膨張タービン
８とコンデンサ６との間のジェットポンプ１０に導入す
る。
を取り込むことなしに、コンデンサにおいて氷結によっ
て抽気流路を塞ぐことを防止できる航空機用空調システ
ムの提供。 【解決手段】 エンジン抽気のコンプレッサ１と、その
圧縮された抽気から水分を分離するウォータセパレータ
７と、その水分を分離された抽気を膨張させることで低
温空気とする膨張タービン８とを備え、ウォータセパレ
ータ７の手前で抽気流路を流れる抽気を冷却する手段と
して、そのコンデンサ６と膨張タービン８との間の抽気
流路を流れる高温抽気とその膨張タービン８の出口に接
続される低温空気流路を流れる低温空気との間で熱交換
を行わせるコンデンサ６を有しており、膨張タービン８
を通過後の低温空気であってコンデンサ６で熱交換され
た後の一部を、リターン流路９を介して、膨張タービン
８とコンデンサ６との間のジェットポンプ１０に導入す
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、航空機用の空調シ
ステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】航空機の空調システムにおいて空気中に
含まれている水分を除去する方式として、低圧除湿方式
と高圧除湿方式の２種類がある。 【０００３】図３に示す従来の高圧除湿方式の空調シス
テムは、コンプレッサ１０１により圧縮したエンジン１
０２からの抽気を、熱交換器１０３におけるラム空気と
の熱交換により冷却し、その冷却した抽気をリヒータ１
０５における熱交換によりさらに冷却した後に、コンデ
ンサ１０６における低温空気との熱交換により冷却する
ことで、その抽気中の水分を露点以下に冷却し、その水
分をウォータセパレータ１０７において遠心力を利用し
て分離している。その水分を分離された抽気を、リヒー
タ１０５における水分分離前の抽気の冷却に用いた後
に、膨張タービン１０８において膨張させることで低温
空気とする。この低温空気をコンデンサ１０６における
抽気の冷却に用いた後に航空機のキャビンに送り出して
いる。なお、抽気が膨張して膨張タービン１０８を回転
させることで、回転軸Ｓを介してコンプレッサ１０１の
駆動力としても作用している。 【０００４】また、その膨張タービン１０８とコンデン
サ１０６との間にバルブ１０９を介して高温のエンジン
抽気を導入可能とすることで、コンデンサ１０６の抽気
流路での水分の氷結を解消している。 【０００５】上記高圧除湿方式によれば、膨張タービン
１０８の上流で抽気の除湿を行うことで、膨張タービン
出口温度を低圧除湿方式よりも下げ、キャビン等へ供給
する空気を低温にできる。その膨張タービン１０８の出
口温度における空気温度を低くすることで、同じ冷房能
力を達成するために必要な抽気流量を低減できるので、
空調システムを作動させるために必要な燃料の消費量を
低減できる。さらに、その高圧除湿方式によれば、低圧
除湿方式において必要とされるコアレッサが不要になる
ので機体の整備が容易になる。 【０００６】ところが、高圧除湿方式の空調システムに
おいては、リヒータ１０５通過後の抽気中に含まれる水
分がコンデンサ１０６において氷結して抽気流路を塞ぐ
ことにより、十分な低温空気をキャビン等へ供給できな
くなる惧れがある。そこで、例えば、高温のエンジン抽
気を膨張タービン１０８の下流に導入して低温空気と混
合して温度を高め、上記したようなコンデンサにおける
氷結を防止している。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、氷結防止のために、高温のエンジン抽気を使
用することは、キャビンに送り出す空気温度が上昇する
ため、冷却能力が低下し、必要な冷却能力を得るための
空調システム全体として使用するエンジン抽気の抽気流
量が増加し、それに伴って、必要な燃料の消費量も増加
するので、ひいては、空調システムのエネルギー効率を
低下させることの原因となった。 【０００８】そこで、本発明では、エンジン抽気で加熱
しなくても、コンデンサにおいて氷結によって抽気流路
が塞がれることを防止できる航空機用空調システムを提
供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の航空機用空調シ
ステムは、エンジン抽気の圧縮手段と、その圧縮された
抽気から水分を分離する水分分離手段と、その水分を分
離された抽気を膨張させることで低温空気とする膨張手
段とを備え、水分分離手段の手前で抽気流路を流れる抽
気を冷却する冷却手段として、その圧縮手段と膨張手段
との間の抽気流路を流れる抽気とその膨張手段の出口に
接続される低温空気流路を流れる低温空気との間で熱交
換を行わせる熱交換部を有しており、低温空気流路を流
れる低温空気であって熱交換部で熱交換された後の一部
を、リターン流路を介して、膨張手段と熱交換手段との
間の低温空気流路に導入することを特徴とする。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１に示す高圧除湿方式の航空機
用空調システムは、空気冷凍サイクルにより低温空気を
得るもので、エンジン２からの抽気を、遠心型コンプレ
ッサ１により圧縮し、熱交換器３により機体外から導入
されるラム空気との熱交換により冷却した後、リヒータ
５における熱交換により冷却し、コンデンサ６において
冷却する。そのリヒータ５およびコンデンサ６における
冷却により抽気中の水分を凝縮させる。その凝縮された
水分をウォータセパレータ７において遠心力を利用して
分離して取り去る。そして、その水分を分離された抽気
を、リヒータ５における水分分離前の抽気の冷却に用い
た後に膨張タービン８に導入し、その膨張タービン８に
おいて膨張させることで低温空気とする。この低温空気
はコンデンサ６における抽気の冷却に用いられた後に調
和空気として航空機のキャビン等の室内に供給されてい
る。なお、そのコンプレッサ１は、起動後は膨張タービ
ン８から取り出される動力により回転軸Ｓを介して駆動
される。 【００１１】また、コンデンサ６においては、そのコン
プレッサ１と膨張タービン８との間の抽気流路を流れる
抽気と、その膨張タービン８の出口側で次に説明するジ
ェットポンプ１０を通過して流れる低温空気との間で熱
交換を行わせることでエンジン抽気を冷却する。 【００１２】さらに、抽気中に含まれる水分がコンデン
サ６において氷結して抽気流路を塞ぐのを防止するた
め、コンデンサ６でエンジン抽気と熱交換された後、キ
ャビンへ供給される調和空気の一部をタービン出口に設
けられたジェットポンプへ還流させるリターン流路９が
設けられる。 【００１３】また、ジェットポンプ１０は、膨張タービ
ン８の出口の低温空気が高速気流となって通過する際、
ジェットポンプ１０のノズル１１周囲に負圧が発生する
ことで、周囲の空気を引き込む。すなわち、別途ポンプ
等の吸引によらなくても、リターン流路９を介して、キ
ャビンへ供給されるコンデンサ６通過後の調和空気を還
流させることができ、膨張タービン出口８を通過後の低
温空気とコンデンサ６を通過後の調和空気とを混合する
ことができる。 【００１４】このように、膨張タービン８の出口を通過
後の低温空気に対して、コンデンサ６で熱交換されるこ
とで加熱化された後、キャビンへ供給される調和空気と
混合することで、キャビンへ供給される調和空気はキャ
ビンへ供給するのに適した温度で膨張タービン８の出口
通過後の低温空気より温度が高いので、コンデンサ６に
おける過度な冷却を抑制し、リヒータ５側から導入され
るエンジン抽気中に含まれる水分が氷結することを防止
する。 【００１５】しかも、高温空気としてエンジン抽気を取
り込むことがないので、空調システムを作動させるため
に必要な燃料の消費量を低減でき、空調システムの効率
低下を招くことがない。 【００１６】なお、リターン流路９の途中に流量制御弁
を設けて、膨張タービン８の出口を通過後の低温空気に
対して混合される調和空気の流量を調整できるよう構成
してもよい。これにより、コンデンサ６で抽気中に含ま
れる水分が氷結することを防止すると共に、キャビンに
より適した温度の空気を供給することもできる。 【００１７】また、本実施例では、ジェットポンプ１０
を膨張タービン８の出口に設け、リターン流路９をジェ
ットポンプ１０に接続したが、ジェットポンプの代わり
に、リターン流路９中の任意の場所に、ファン等の吸引
手段を設け、調和空気の一部を、膨張タービン８の出口
を通過した後の低温空気に混合するよう構成してもよ
い。 【００１８】さらに、図２に示すように、コンデンサ６
通過後の調和空気で、例えば、航空機制御用の電子機器
を冷却するための冷媒液を、液冷熱交換器１２を通過さ
せて冷却する場合、冷媒液を冷却した後の空気をリター
ン流路９で膨張タービン８の出口へ還流するよう構成し
てもい。この場合、本実施例よりも、膨張タービン８の
出口へ還流する空気の温度が高く、コンデンサ６におけ
る氷結防止により有効となる。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、膨張タービンの下流
に、高温空気としてエンジン抽気を取り込む必要がなく
なり、空調システムを作動させるために必要な燃料の消
費量を低減でき、空調システムの効率低下を防止でき
る。
ステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】航空機の空調システムにおいて空気中に
含まれている水分を除去する方式として、低圧除湿方式
と高圧除湿方式の２種類がある。 【０００３】図３に示す従来の高圧除湿方式の空調シス
テムは、コンプレッサ１０１により圧縮したエンジン１
０２からの抽気を、熱交換器１０３におけるラム空気と
の熱交換により冷却し、その冷却した抽気をリヒータ１
０５における熱交換によりさらに冷却した後に、コンデ
ンサ１０６における低温空気との熱交換により冷却する
ことで、その抽気中の水分を露点以下に冷却し、その水
分をウォータセパレータ１０７において遠心力を利用し
て分離している。その水分を分離された抽気を、リヒー
タ１０５における水分分離前の抽気の冷却に用いた後
に、膨張タービン１０８において膨張させることで低温
空気とする。この低温空気をコンデンサ１０６における
抽気の冷却に用いた後に航空機のキャビンに送り出して
いる。なお、抽気が膨張して膨張タービン１０８を回転
させることで、回転軸Ｓを介してコンプレッサ１０１の
駆動力としても作用している。 【０００４】また、その膨張タービン１０８とコンデン
サ１０６との間にバルブ１０９を介して高温のエンジン
抽気を導入可能とすることで、コンデンサ１０６の抽気
流路での水分の氷結を解消している。 【０００５】上記高圧除湿方式によれば、膨張タービン
１０８の上流で抽気の除湿を行うことで、膨張タービン
出口温度を低圧除湿方式よりも下げ、キャビン等へ供給
する空気を低温にできる。その膨張タービン１０８の出
口温度における空気温度を低くすることで、同じ冷房能
力を達成するために必要な抽気流量を低減できるので、
空調システムを作動させるために必要な燃料の消費量を
低減できる。さらに、その高圧除湿方式によれば、低圧
除湿方式において必要とされるコアレッサが不要になる
ので機体の整備が容易になる。 【０００６】ところが、高圧除湿方式の空調システムに
おいては、リヒータ１０５通過後の抽気中に含まれる水
分がコンデンサ１０６において氷結して抽気流路を塞ぐ
ことにより、十分な低温空気をキャビン等へ供給できな
くなる惧れがある。そこで、例えば、高温のエンジン抽
気を膨張タービン１０８の下流に導入して低温空気と混
合して温度を高め、上記したようなコンデンサにおける
氷結を防止している。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、氷結防止のために、高温のエンジン抽気を使
用することは、キャビンに送り出す空気温度が上昇する
ため、冷却能力が低下し、必要な冷却能力を得るための
空調システム全体として使用するエンジン抽気の抽気流
量が増加し、それに伴って、必要な燃料の消費量も増加
するので、ひいては、空調システムのエネルギー効率を
低下させることの原因となった。 【０００８】そこで、本発明では、エンジン抽気で加熱
しなくても、コンデンサにおいて氷結によって抽気流路
が塞がれることを防止できる航空機用空調システムを提
供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の航空機用空調シ
ステムは、エンジン抽気の圧縮手段と、その圧縮された
抽気から水分を分離する水分分離手段と、その水分を分
離された抽気を膨張させることで低温空気とする膨張手
段とを備え、水分分離手段の手前で抽気流路を流れる抽
気を冷却する冷却手段として、その圧縮手段と膨張手段
との間の抽気流路を流れる抽気とその膨張手段の出口に
接続される低温空気流路を流れる低温空気との間で熱交
換を行わせる熱交換部を有しており、低温空気流路を流
れる低温空気であって熱交換部で熱交換された後の一部
を、リターン流路を介して、膨張手段と熱交換手段との
間の低温空気流路に導入することを特徴とする。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１に示す高圧除湿方式の航空機
用空調システムは、空気冷凍サイクルにより低温空気を
得るもので、エンジン２からの抽気を、遠心型コンプレ
ッサ１により圧縮し、熱交換器３により機体外から導入
されるラム空気との熱交換により冷却した後、リヒータ
５における熱交換により冷却し、コンデンサ６において
冷却する。そのリヒータ５およびコンデンサ６における
冷却により抽気中の水分を凝縮させる。その凝縮された
水分をウォータセパレータ７において遠心力を利用して
分離して取り去る。そして、その水分を分離された抽気
を、リヒータ５における水分分離前の抽気の冷却に用い
た後に膨張タービン８に導入し、その膨張タービン８に
おいて膨張させることで低温空気とする。この低温空気
はコンデンサ６における抽気の冷却に用いられた後に調
和空気として航空機のキャビン等の室内に供給されてい
る。なお、そのコンプレッサ１は、起動後は膨張タービ
ン８から取り出される動力により回転軸Ｓを介して駆動
される。 【００１１】また、コンデンサ６においては、そのコン
プレッサ１と膨張タービン８との間の抽気流路を流れる
抽気と、その膨張タービン８の出口側で次に説明するジ
ェットポンプ１０を通過して流れる低温空気との間で熱
交換を行わせることでエンジン抽気を冷却する。 【００１２】さらに、抽気中に含まれる水分がコンデン
サ６において氷結して抽気流路を塞ぐのを防止するた
め、コンデンサ６でエンジン抽気と熱交換された後、キ
ャビンへ供給される調和空気の一部をタービン出口に設
けられたジェットポンプへ還流させるリターン流路９が
設けられる。 【００１３】また、ジェットポンプ１０は、膨張タービ
ン８の出口の低温空気が高速気流となって通過する際、
ジェットポンプ１０のノズル１１周囲に負圧が発生する
ことで、周囲の空気を引き込む。すなわち、別途ポンプ
等の吸引によらなくても、リターン流路９を介して、キ
ャビンへ供給されるコンデンサ６通過後の調和空気を還
流させることができ、膨張タービン出口８を通過後の低
温空気とコンデンサ６を通過後の調和空気とを混合する
ことができる。 【００１４】このように、膨張タービン８の出口を通過
後の低温空気に対して、コンデンサ６で熱交換されるこ
とで加熱化された後、キャビンへ供給される調和空気と
混合することで、キャビンへ供給される調和空気はキャ
ビンへ供給するのに適した温度で膨張タービン８の出口
通過後の低温空気より温度が高いので、コンデンサ６に
おける過度な冷却を抑制し、リヒータ５側から導入され
るエンジン抽気中に含まれる水分が氷結することを防止
する。 【００１５】しかも、高温空気としてエンジン抽気を取
り込むことがないので、空調システムを作動させるため
に必要な燃料の消費量を低減でき、空調システムの効率
低下を招くことがない。 【００１６】なお、リターン流路９の途中に流量制御弁
を設けて、膨張タービン８の出口を通過後の低温空気に
対して混合される調和空気の流量を調整できるよう構成
してもよい。これにより、コンデンサ６で抽気中に含ま
れる水分が氷結することを防止すると共に、キャビンに
より適した温度の空気を供給することもできる。 【００１７】また、本実施例では、ジェットポンプ１０
を膨張タービン８の出口に設け、リターン流路９をジェ
ットポンプ１０に接続したが、ジェットポンプの代わり
に、リターン流路９中の任意の場所に、ファン等の吸引
手段を設け、調和空気の一部を、膨張タービン８の出口
を通過した後の低温空気に混合するよう構成してもよ
い。 【００１８】さらに、図２に示すように、コンデンサ６
通過後の調和空気で、例えば、航空機制御用の電子機器
を冷却するための冷媒液を、液冷熱交換器１２を通過さ
せて冷却する場合、冷媒液を冷却した後の空気をリター
ン流路９で膨張タービン８の出口へ還流するよう構成し
てもい。この場合、本実施例よりも、膨張タービン８の
出口へ還流する空気の温度が高く、コンデンサ６におけ
る氷結防止により有効となる。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、膨張タービンの下流
に、高温空気としてエンジン抽気を取り込む必要がなく
なり、空調システムを作動させるために必要な燃料の消
費量を低減でき、空調システムの効率低下を防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の航空機用空調システムの概略構成図。
【図２】本発明の航空機用空調システムの変形例の部分
図。 【図３】従来の航空機用空調システムの概略構成図。 【符号の説明】 １ コンプレッサ ６ コンデンサ ７ ウォータセパレータ ８ 膨張タービン ９ リターン流路 １０ ジェットポンプ
図。 【図３】従来の航空機用空調システムの概略構成図。 【符号の説明】 １ コンプレッサ ６ コンデンサ ７ ウォータセパレータ ８ 膨張タービン ９ リターン流路 １０ ジェットポンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小原 孝一
京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会
社島津製作所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 エンジン抽気の圧縮手段と、その圧縮さ
れた抽気から水分を分離する水分分離手段と、その水分
を分離された抽気を膨張させることで低温空気とする膨
張手段とを備え、前記水分分離手段の手前で抽気流路を
流れる抽気を冷却する冷却手段として、その圧縮手段と
膨張手段との間の抽気流路を流れる高温抽気とその膨張
手段の出口に接続される低温空気流路を流れる低温空気
との間で熱交換を行わせる熱交換部を有する航空機用空
調システムにおいて、前記低温空気流路を流れる低温空
気であって前記熱交換部で熱交換された後の一部を、前
記膨張手段と前記熱交換手段との間の前記低温空気流路
に導入するリターン流路を設けたことを特徴とする航空
機用空調システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001226956A JP2003042578A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 航空機用空調システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001226956A JP2003042578A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 航空機用空調システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042578A true JP2003042578A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19059683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001226956A Pending JP2003042578A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 航空機用空調システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003042578A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105620758A (zh) * | 2014-10-31 | 2016-06-01 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种小冲压空气流量的空气制冷循环装置 |
| CN110920915A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-27 | 南京航空航天大学 | 一种飞机燃油系统自适应热管理控制装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09170833A (ja) * | 1995-12-20 | 1997-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 空気冷凍サイクルおよび蓄冷剤冷却装置 |
| WO1997037890A1 (en) * | 1996-04-08 | 1997-10-16 | United Technologies Corporation | Integrated environmental control system |
| JPH1144463A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Shimadzu Corp | 航空機用空気調和装置 |
| JP2000318695A (ja) * | 1999-05-11 | 2000-11-21 | Shimadzu Corp | 航空機用空気調和装置 |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001226956A patent/JP2003042578A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09170833A (ja) * | 1995-12-20 | 1997-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 空気冷凍サイクルおよび蓄冷剤冷却装置 |
| WO1997037890A1 (en) * | 1996-04-08 | 1997-10-16 | United Technologies Corporation | Integrated environmental control system |
| JPH1144463A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Shimadzu Corp | 航空機用空気調和装置 |
| JP2000318695A (ja) * | 1999-05-11 | 2000-11-21 | Shimadzu Corp | 航空機用空気調和装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105620758A (zh) * | 2014-10-31 | 2016-06-01 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种小冲压空气流量的空气制冷循环装置 |
| CN110920915A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-27 | 南京航空航天大学 | 一种飞机燃油系统自适应热管理控制装置及方法 |
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