JP2005539192A - 地上の飛行機に予備調整空気を供給する装置 - Google Patents

Abstract

地上で飛行機に予備調整空気を供給する装置（１０）には、圧縮空気入口（１６）と、圧縮空気入口（１６）に連結された第１の端部及び遠隔の地上圧縮空気装置に連結するための反対側の第２の端部を有する圧縮空気ホース（３４）とが備わる。圧縮空気入口（１６）の下流には、圧縮空気を膨張させて、圧力と温度を低下させるためのエキスパンダ手段（１４）が設けられている。装置（１０）にはさらに、周囲空気入口（２４）と、エキスパンダ手段（１４）の下流において、周囲空気入口（２４）と連通している混合室（２２）とが備わり、周囲空気と膨張された冷気との混合が、所望温度で予備調整空気が生成されるように制御される。連結ホース（２８）は、第１の端部がこの混合室と連通し、第２の端部が地上の飛行機に連結されるようになっている。

Description

本発明は概略的には、地上の飛行機に予備調整空気を供給するための装置に関する。

飛行機が地上に駐機している間には、機内蔵の空調システムは止められるがその際、高密度の乗客、内部照明、多数の窓及び厚く絶縁された機体の全てが機室の温度を不快なレベルまで上げる一因となる。従って、従来予備調整空気が、飛行機の客室換気装置に直接供給される。これは、飛行機を遠隔空調装置、又は飛行機の近くまで牽引される可搬式空調装置のいずれかに連結することでなされている。

飛行機を遠隔地上空調装置に連結する場合、予備調整空気を飛行機に供給するのに長いホースが用いられる。このようなホースは例えば、おおよそ直径が３００ｍｍで、長さが２０〜３０ｍである。このホースの一端は、機体の外側に設けられ且つ客室換気装置と連通するコネクタに連結されている。このホースの他端は、独立した空調装置又は空港の空調装置の予備調整空気出口、即ち空港ターミナルビルの近く、例えば搭乗ゲートの近くに設けられた予備調整空気出口に連結される。だが、ホースの寸法が大きいため、大きな圧力低下と温度変動が伴う。その上、不使用時のホースの取り扱いと保管が難しい。

例えば、米国特許５０３１６９０に記載されているような、飛行機の近くまで牽引される可搬式空調装置を用いると、その時用いられるホースの長さが短いため、長いホースと関係する問題が除かれる。そのような可搬式空調装置では、一般的に、ディーゼルエンジンで冷媒圧縮機を駆動する従来の蒸気サイクル冷媒系が冷却機能を果たしている。周囲空気は空調装置に吸入され、冷媒系の蒸発器に流され、この空気から熱を取り除いている。この冷たい予備調整空気を飛行機に所望のフロー条件で供給するため、ブロワが用いられる。このような空調装置の不都合は、冷媒系と、冷媒系の作動のためにディーゼルエンジンを要する等、コンセプトが比較的複雑なことである。その結果、これらの装置は比較的重く、スキッド式又はトラック式のいずれかにする必要がある。その上、ディーゼルエンジンからの排気ガスが空調装置に吸い込まれ、その結果搭乗者に不快な臭いを与えることがある。かかる空調装置のもう一つの不都合は、従来の蒸気サイクル冷媒装置では、環境に悪影響を及ぼすものとして知られるＣＦＣがその作動に用いられていることである。

本発明は、地上で飛行機に予備調整空気を供給するための、簡単で、且つ環境に優しい装置を提供することにある。この目的は、請求項１に記載の装置によって達成される。

本発明によれば、地上で飛行機に予備調整空気を供給する装置は、圧縮空気入口と、上記圧縮空気入口の下流にあって、圧縮空気を膨張させて圧力と温度を低下させ、それにより冷気を得るエキスパンダ手段（膨張器）を備える。このエキスパンダ手段の下流には、周囲空気入口と連通する混合室が設けられる。この混合室で、周囲空気と膨張冷気の混合が、所望の温度で予備調整空気を生成するように制御される。装置にはさらに、上記混合室と連通する第１の端部と、駐機中の飛行機に連結するための第２の端部を有する連結ホースが備わる。本装置には、上記圧縮空気入口に連結された第１の端部と、遠隔地上圧縮空気装置に連結するための反対側の、第２の端部を有する圧縮空気ホースが備わることが理解されよう。従って、冷却効果のために用いられる圧縮空気は、装置内で生成されるのではなく、遠隔圧縮空気装置から供給されるのである。

従って、本発明は、予備調整空気の生成に所謂「空気サイクル」を用いるのである。冷媒として空気を用いることは、気体がある温度から等エントロピー的に膨張するとき、新たな圧力における最終温度はずっと低くなると云う原理に基づく。本装置では、生成された冷気が、開放系で冷媒として直接用いられる。換言すれば、冷気は熱変換器を通らず、被冷却空間、即ち飛行機の客室に導入される。本装置では、周囲空気が膨張冷気と混合されるので、飛行機に供給可能な予備調整空気の体積を増大することができ、且つ遠隔圧縮空気装置からの圧縮空気の必要性を低減している。

従って、本装置における冷却機能は、遠隔位置（即ち、装置自体の内部又は近傍に無い）で生成された圧縮空気を膨張させることにより達成される。これにより、圧縮機や圧縮機を駆動するエンジンの必要性（装置内に設ける）を無くしている。その結果、本装置は、例えば米国特許５０３１６９０に記載の装置のような従来の可搬式空調装置より軽く、コンセプトが簡単である。このことは、本装置が、軽量で、寸法が小さく、駐機場で簡単に操作できる自蔵空調装置として設計できることを意味する。また、本装置は、（１）無料で、安全且つ無害の空気を作動流体とする；（２）ＣＦＣ、ＨＣＦＣ等の環境破壊冷媒を必要としない；（３）空気サイクル装置は信頼性が極めて高く、維持費を低減できると云う意味で有利であることが分かる。

上記のように、本装置で用いられる圧縮空気は、例えば空港ビルの内部又は隣に設置される、遠隔の圧縮空気装置に由来し、圧縮空気ホースを介して本装置に供給され、圧縮空気入口を通して本装置に入る。圧縮空気は比較的高圧で、且つ例えば周囲温度で装置に供給されることになろう。圧縮空気ホースは直径が比較的小さい、例えば約３０ｍｍのもので良い。圧縮空気が圧縮空気ホース内で移動中に温度や圧力に変化を生じても、そのような変化は本装置内の膨張及び／又は混合過程で補償できることから、予備調整空気温度に影響しないことに注目すべきである。

本装置は、好ましくは転動支持体を備えている。この場合、軽量であることから、本装置は地上技術員により容易に引っ張られ、牽引を要しない。或いはまた、本装置をトラック式にしても良い。

予備調整空気を所望のフロー条件、即ち圧力及び速度で飛行機に供給するには、フロー制御手段を連結ホースの上流に設けるのが有利である。そのようなフロー制御手段は、例えば混合室の下流側に設けた、例えば遠心ファン又、はエジェクタを含んでいても良い。

好適実施態様においては、エキスパンダ手段はタービンエキスパンダ、回転スクリューエキスパンダ又はピストンエキスパンダである。従って、圧縮空気がエキスパンダを通して膨張して流れるため、外部仕事の生成を伴う圧力及び温度低下をもたらす。この外部仕事は例えば、エキスパンダを発電機に連結することにより電気エネルギーへの変換が可能になる。或いはまた、エキスパンダを周囲空気圧縮機に連結することができる。この場合、周囲空気を圧縮し、エキスパンダに導入することにより、装置の性能を高めることができる。これにより、空気溜めを通る全空気流が増大し、地上圧縮機容量の必要性が低減されることになる。また、流入空気が乾燥され、乾いた冷気が飛行機に導入される。

好ましくは、エキスパンダ手段が膨張室に開口し、膨張冷気が膨張室を通った後、混合室に入るようにする。エキスパンダ手段と膨張室を絶縁ケーシング内に設けるのが有利である。絶縁の効率に応じて、膨張室内の空気は理論上、大気圧で−９０℃〜−１００℃程度の低い温度に達することができる。本発明を実施する場合、一般に−２０℃〜−４０℃の温度が得られる。

好ましくは、混合室では冷気を、所望温度の予備調整空気の生成に要する量の周囲空気と混合する。

圧縮空気入口を遠隔の圧縮空気装置に連結する圧縮空気ホースを取り扱い易くするには、圧縮空気ホースを巻き取り及び繰り出すための回転可能なリールを本装置が備えるようにするのが有利である。ケーブル又はホースアセンブリは、その第２の端部から繰り出すことができるようにリールに巻き取られる。

実際上、不使用時に装置は、一般にターミナルビルに近接して、遠隔圧縮空気ホースが連結される圧縮空気装置の近くに、そこで圧縮空気ホースをリールに略完全に巻き取った状態で、保管される。予備調整空気を駐機中の飛行機に供給しようとするとき、装置はホースをリールから繰り出しながら飛行機の近くに移動させられる。

好適実施例において、装置は２つの圧縮空気ホースを有し、その各々がエキスパンダ手段の上流で圧縮空気入口に連結される。その場合、飛行機に供給することのできる空気量を増大すれば、装置の冷却能力を増大する。この場合には、２つの回転可能なリールを、圧縮空気ホース毎に一つずつ設けることになる。

好ましくは、各リールハブに連結して、圧縮空気ホースを巻き取り・繰り出すように、リールを回転できるギアボックスを装置をさらに備えるようにする。各ギアボックスには、電気モータを連結することができる。電気モータの作動に要する電力は、回転スクリューエキスパンダに連結された発電機が発生するようにするのが有利である。或いはまた、ホースリールの回転は、各リールを液圧又は空気圧モータに連結しても得られる。このようにして、リールの運動が支援され、それが地上技術員の作業を簡単にし、ホースの適切な取り扱いを確実にする。

実施態様

本発明を以下、添付図面を参照して例示する。

地上での飛行機に予備調整空気を供給する装置の好適実施例が全体として符号１０を付して、図１に示されている。駐機中の飛行機に予備調整空気、即ち冷気を供給して客室を快適な温度に保つため、本装置１０は駐機中の飛行機の隣に運ばれるようになっている。従って、装置１０は、４輪１２を備える転動支持体１１を有するようにするのが有利である。公知の可搬式空調装置、例えば米国特許５０３１６９０に記載のような装置とは違って、本装置１０の冷却機能は蒸気サイクル冷媒系を用いず、「空気サイクル」原理に基づいて作動する。これは、気体がある温度から等エントロピー的に膨張すると、新たな圧力のもとでのその最終温度はずっと低くなると云う事実に基づく。

従って、本装置１０には、圧縮空気入口１６の下流に、全体として符号１４で示されているエキスパンダ手段が設けられ、圧縮空気入口を通して圧縮空気が装置１０に供給される。エキスパンダ手段１４を通ることにより、圧縮空気は膨張し、温度と圧力を低下させる。図１に見られるように、エキスパンダ手段１４には膨張室１７に開口する出口１５が設けられている。本例の場合、圧縮空気は略周囲温度で且つ例えば３〜１０のバールの圧力で、又は液体状態でエキスパンダ手段１４に入る。膨張室１７とエキスパンダ手段１４は両方共、好ましくは絶縁されたケーシング１８内に設けると良い。絶縁の程度に応じて、膨張室１７内の空気温度は理論的には大気圧で−９０〜−１００℃程度まで低くなり得る。実際は、−４０〜−２０℃の温度が膨張室１７内で作られる。

次いで、冷気が、膨張室１７から低温ダクト２０を通って、一対の周囲空気入口２４に連通する混合室２２内に流れる。装置１０に入る周囲空気の浄化のため、好ましくはエアフィルタ２６が周囲空気入口２４内に設けられている。混合室２２では、一般に約＋５℃の所望温度の予備調整空気を生成するために冷気と周囲空気との混合を行うように、周囲空気のながれが制御される。

予備調整空気を駐機中の飛行機に送り出すため、可撓性の連結ホース２８が本装置１０に結合される。従って、連結ホース２８の第１の端部には飛行機機体上の予備調整空気口に連結されるコネクタ３０が設けられ、その第２の端部は混合室２２と連通している。機体上の空気口は飛行機の換気装置に連通しているので、予備調整空気を客室に直接導入できるようになっている。かかる連結ホースは図１に休止位置で示されており、長さが例えば２〜３ｍ（又はそれ以上）で、直径が例えば３００ｍｍで良い。

本装置１０では、周囲空気が膨張冷気と混合されるので、飛行機に送り出される予備調整空気の体積を増大でき、遠隔圧縮空気装置からの圧縮空気の必要性を低減できることに注目すべきである。好ましくは、飛行機に供給される予備調整空気が、６０〜８０％、より好ましくは７０％の膨張冷気と、残部である周囲空気とから構成されるように、周囲空気と膨張冷気とを混合する。

参照符号３２は、混合室２２内にその下流側に設けられたブロワ手段（送風機）、好ましくは遠心ブロワを表す。ブロワ手段３２により、連結ホース２８内の予備調整空気の流れが制御可能となる。遠心ブロワ３２の稼動状態を調整することにより、所望の圧力及び速度の予備調整空気を飛行機に供給することができる。図には示されていないが、所望の設定点に基づき混合温度と送風条件を監視・調整する電子制御装置とセンサを装置１０が備えるようにするのが有利である。

本装置が少なくとも一本の圧縮空気ホースを備え、これを通して圧縮空気が遠隔圧縮空気装置から装置１０に供給されるようにするのが有利であることに注目すべきである。本実施例においては、好ましくは圧縮空気入口１６に連通する一対の可撓性圧縮空気ホース３４を装置１０が備えている。従って、これらのホースの各々が空気入口１６と連通する第１の端部と、例えば空港ターミナルビルの隣に設置された圧縮空気装置（図示せず）に連結される反対側の、第２の端部を有している。圧縮空気ホース３４は、長さが例えば２０〜４０ｍｍで、内径が例えば３０ｍｍで良い。

ホース３４を取り扱いやすくするため、装置１０は、各ホース３４と連携し、それを巻き取り・繰り出しする回転可能なリール３６を備えるようにするのが有利である。本実施例においては、装置１０の各側に一つのリール３６が装着されている。各ホース３４は、第２端部、即ち圧縮空気装置に連結される端部から繰り出されるようにリール３６に巻き取られる。図から分かるように、圧縮空気ホース３４の第１の端部が、好ましくは、支持ドラム３８を通り、圧縮空気スイベルジョイント（回転継手）４０及び配管４１を介して圧縮空気入口１６に連通するようにすると良い。

実際において、不使用時に装置１０は、一般にターミナルビルに隣接して、圧縮空気ホース３４が連結される圧縮空気装置の圧縮空気出口の近くに、圧縮空気ホース３４をリール３６に略完全に巻き取った状態で保管される。従って、ホース３４は、飛行機や他の乗り物の通路から遠ざけられる。予備調整空気を駐機中の飛行機に供給しようとするとき、装置１０は地上技術員により、飛行機の隣まで引かれる。技術員が装置１０を飛行機に向かって引っ張るに従って、圧縮空気ホース３４は繰り出される。従って、飛行機への装置１０の移動中に、ホース３４は引きずられことなく、地面に敷置されていくことになり、摩擦によるホース３４の損傷を回避することができる。

なお、本実施例において、エキスパンダ手段１４を好ましくは回転スクリューエキスパンダとし、圧縮空気の膨張流動の結果、外部仕事が生成されるようにすることに注目すべきである。この外部仕事は、ベルト４２を介してタービンエキスパンダ１４に連結されている発電機４３により電気エネルギーに変換される。

発電機４３の発生する電気はその場合、例えば、ベルト４６を介して遠心ブロワ３２に連結されている電気モータ４４を付勢するのに用いられる。

さらに、この電気をリール３６の回転を助けるのに用いるのが有利である。従って、各リール３６には、ギアボックス４８と、発電機４３により付勢される電気モータ５０とが設けられている。このようにして、ホース３４を自動的に巻き取り又は繰り出しすることができ、地上技術員の作業を簡単化することができる。

電気モータ５０の代わりに圧縮空気モータを用いて、ギアボックス４８と遠心ブロワ３２を駆動することもできる。

装置はさらに、回転スクリューエキスパンダ１４により駆動される周囲空気圧縮機（ブースター圧縮機）を備え、例えば周囲空気入口からの周囲空気を圧縮し、圧縮周囲空気を回転スクリューエキスパンダ１４に注入するようにしても良いことに注目すべきである。これにより、装置１０を通る空気量が増大し、且つ周囲空気中の水分を低減することができる。

本発明による、予備調整空気を供給するための装置の好適実施例の部分縦断面図である。 図１の装置の部分断面図である。

記号の説明

１０ 装置
１１ 転動支持体
１２ 車輪
１４ エキスパンダ手段
１５ エキスパンダ出口
１６ 圧縮空気入口
１７ 膨張室
１８ 絶縁ケーシング
２０ 冷気ダクト
２２ 混合室
２４ 周囲空気入口
２６ エアフィルタ
２８ 連結ホース
３０ コネクタ
３２ ブロワ手段
３４ 圧縮空気ホース
３６ 回転自在リール
３８ 支持ドラム
４０ スイベルジョイント
４１ 配管
４２ ベルト
４３ 発電機
４４ 電気モータ
４６ ベルト
４８ ギアボックス
５０ 電気モータ

Claims (12)

1. 地上で飛行機に予備調整空気を供給する装置であって、
   圧縮空気入口と、
   上記圧縮空気入口に連結された第１の端部と、遠隔地上圧縮空気装置に連結するための反対側の、第２の端部とを有する圧縮空気ホースと、
   上記圧縮空気入口の下流にあって、圧縮空気を膨張させて圧力と温度を低下させるエキスパンダ手段と、
   周囲空気入口と、
   上記エキスパンダ手段の下流にあり且つ上記周囲空気入口と連通する混合室であって、周囲空気と膨張冷気との混合が、所望の温度で予備調整空気を生成するように制御されるようにして成る混合室と、
   上記混合室と連通する第１の端部と、地上の飛行機に連結されるための第２の端部を有する連結ホースとを備えている、装置。
2. 前記連結ホースの上流に設けられ、前記連結ホースを通して所望の流量の予備調整空気流を供給するための流量制御手段を含んでいる、請求項１に記載の装置。
3. 前記流量制御手段が遠心ブロワ又はエジェクタを含んでいる、請求項２に記載の装置。
4. 前記エキスパンダ手段がタービンエキスパンダ、回転スクリューエキスパンダ及びピストンエキスパンダの一つである、請求項１乃至３の何れか一つに記載の装置。
5. 前記エキスパンダ手段に連結された発電機又は周囲空気圧縮機を含んでいる、請求項４に記載の装置。
6. 前記周囲空気圧縮機の出口が前記エキスパンダ手段に連結されている、請求項５に記載の装置。
7. 前記装置が転動支持体を含んでいる、請求項１乃至６の何れか一つに記載の装置。
8. 各々が圧縮空気入口に連結された第１の端部と、前記地上圧縮空気装置に連結するための反対側の、第２の端部とを有する２つの圧縮空気ホースと、
   上記圧縮空気ホースを巻き取り及び繰り出すための２つの回転可能なリールを含んでいる、請求項１乃至７の何れか一つに記載の装置。
9. 電気式、液圧式又は空気圧式モータが各回転可能なリールにギアボックスを介して連結されている、請求項８に記載の装置。
10. 前記周囲空気入口の下流にエアフィルタを設けている、請求項１乃至９の何れか一つに記載の装置。
11. 前記エキスパンダ手段が膨張室に開口している、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の装置。
12. 前記エキスパンダ手段と前記膨張室とが絶縁性ケーシング内に設けられている、請求項１１に記載の装置。
    
    

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