JP2007516887A - 航空機内で冷気を必要とする種々のシステムを冷却するための冷気の送給 - Google Patents

Abstract

航空機の外部から、冷気を必要とする航空機内の少なくとも２つの装置（３８，４４，５６）へ冷気を送給するための航空機用冷気送給システム（１０）を、空気吸気口（１２）と、この空気吸気口（１２）に連通する空気路（１６）と、冷気を必要とする少なくとも２つの装置（３８，４４，５６）へ空気を分配する空気分配装置（３０，３２，３４）とをもって設計し、前記空気吸気口（１２）は冷気を必要とする少なくとも２つの装置（３８，４４，５６）の最大冷気要求を満足すような大きさとする。

Description

本発明は、航空機内で冷気を必要とする少なくとも２つの装置に、航空機の外部から冷気（冷却用空気）を送給する航空機用冷気送給システムに関するものである。

航空機構造の分野では、航空機内の種々の機能のユニットに冷気を送給する必要がある。従来、航空機内で冷気を必要とする装置の様々な条件を満足させるために、冷気を必要とする個々の装置に対してそれぞれ適合させた別々の冷気送給システムを設けていた。このようにすることにより、冷気を必要とする個々の装置に、十分な量の冷気が送給されたが、このようにすることにより冷気送給システムが複雑化し、これら冷気送給システム全体が航空機の重量を著しく重くしてしまうとともにこれに関連して製造費及び維持費を高くしてしまう。更に、複数の空気吸気口と複数の空気排気口とを航空機の外皮に設けなければならず、それにより航空機の構造を弱めるとともに航空機の空気抵抗（抗力）を比較的多く付加してしまうことになる。又、種々の冷気送給システムの結果として、航空機内部のかなりの量の構造空間が占められることになる。

本発明の目的は、高い有効性をもち及び低コストであり、上述した従来技術に関する欠点を回避するよう製造でき、高効率及び廉価とした上述した種類の冷気送給システムを提供することにある。

この目的は、航空機内の冷気を必要とする少なくとも２つの装置へ航空機外部から冷気を送給する、航空機用の冷気送給システムであって、空気吸気口とこの空気吸気口に連通する空気路と、冷気を必要とする少なくとも２つの装置へ空気を分配する空気分配装置とを具えている当該冷気送給システムにより達成される。本発明による冷気送給システムによれば、空気吸気口が冷気を必要とする少なくとも２つの装置の最大冷気必要量を満足すようにこの空気吸気口を設計する。

従って、本発明によれば、完全に１つの空気吸気口により且つ一体化した冷気送給システムにより、冷気を必要とする装置に冷気を送給することができる。このようにして、複数個の別々の冷気送給システムを設けることに関連する前述した従来技術による欠点を有効に排除しうる。特に、本発明による一体化した冷気送給システムを用いることによって、もはや多数の構成素子が不要になり、従って冷気送給システムの重量がかなり軽減される。又空気吸気口がただ１つしか必要としないという事実によって、航空機の付加的な空気抵抗（抗力）もかなり軽減しうる。更に、このことは航空機の構造を、上述した従来技術の場合よりも弱めないですむということも意味する。又、本発明による冷気送給システムは、設置及び管理をより簡単にしうるという利点をも提供する。

本発明による前記冷気送給システムの更なる開発によれば、航空機の外皮における空気吸気口をＮＡＣＡの空気吸気口の形態にすることを提案する。既知のように、ＮＡＣＡ（全米航空諮問委員会）の空気吸気口の空気抵抗は比較的低く、同時に、その空気吸気性能は高い。このことに関連して、種々の冷気送給システムに対して従来技術で用いられているように、小さなＮＡＣＡの空気吸気口を多数個用いるよりも、１つの大きなＮＡＣＡの空気吸気口を用いる方がより効率的であることを本発明において認識した。

本発明の有利な更なる実施例によれば、前記空気吸気口に連通する空気路が拡散器を具えることを提案する。この拡散器では、ラム空気吸気口に高速で入ってくる空気が減速される。このようにすることにより、ラム空気吸気口に高速で入ってくる空気の運動エネルギーが静止エネルギーに変換され、圧力が回復される。

航空機が地上にある場合でも、冷気を十分に送給することを保証しうるようにするために、本発明のさらなる開発によれば、少なくとも１つの空気圧縮機、好ましくは通風機が前記拡散器内に、又は前記拡散器から続く第１の迂回路の１つ内に設けられているようにする。このようにすることにより、冷気が前記拡散器を経由して空気圧縮機から吸引されて、冷却すべき装置へ送給されるようにしうる。この空気圧縮機は電動、又はターボコンプレッサの形態にしうる。

本発明の更なる開発によれば、前記拡散器内に又はこの拡散器から続く第２の迂回路の１つ内に逆止め弁を設け、この逆止め弁により冷気が前記拡散器へ逆流しないように冷気を阻止するようにする。前記第１の迂回路と前記第２の迂回路とは並行配置して、前記空気圧縮機によって航空機外部から吸引された冷気が不所望に逆流しないようにするのが好ましい。

本発明によれば、前記拡散器へは、好ましくは前記第１及び第２の迂回路の並行配置に後続するように冷気収集室を連結するようにすることができる。更に、少なくとも１つの冷気送給ラインを冷気収集室と冷気を必要とする各装置との間に配置しうる。冷気を必要とする装置に対応させて冷気を拡散するために、本発明の更なる開発によれば、冷気送給ラインにスロットル装置、好ましくはシャッタが設けられているようにする。スロットル装置は可変調節しうる。あるいはまた、スロットル装置、特にシャッタをその設置時に冷気を必要とする種々の装置に適合させるようにすることもできる。

本発明によれば、冷気を必要とする装置は、非加圧（加圧のない）空気調節空間のための通風装置（Unpressurized Bay Ventilation ；ＵＢＶ）又は機上酸素生成システム（ＯＢＯＧＳ）又は機上不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）或いはこれらの任意の組み合わせにすることができる。これに関連して、又本発明の有利な更なる開発の枠内で、冷気を必要とする装置、特に機上酸素生成システム（ＯＢＯＧＳ）及び機上不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）の双方又はいずれか一方が、冷気を用いて熱を除去する熱交換器を具えるようにすることもできる。

冷気の排気に関しては、本発明による冷気送給システムの更なる開発において、放出空気管を用いることによって、冷気を必要とする少なくとも２つの、好ましくは全ての装置を共通の冷気排気口と連結させる。

本発明は、上述した種類の冷気送給システムを具えるように設計された航空機にも関するものでもある。

下記において、本発明の例を、本発明による冷気送給システム１０が線図的に示されている添付図面の図１を参照して説明する。

本発明による前記冷気送給システム１０は、航空機の外皮１４の位置にあるＮＡＣＡ空気吸気口を具えている。ＮＡＣＡ空気吸気口１２は拡散器１６へ通じ、その拡散器１６の終端には互いに並行に配置されている直線状区分１８及び迂回路２０が設けられている。直線区分１８内には、逆止め弁２２が配置され、この逆止め弁２４は矢印２４の方向に空気を流すが、その逆の方向の空気の流れを阻止する。迂回路２０内にはターボコンプレッサ２６が設けられており、このターボコンプレッサもまた、動作時に空気を矢印２４の方向に流す。

直線状区分１８には、冷気収集室２８が連結している。この冷気収集室からは数本の冷気送給ライン３０、３２及び３４が導出されている。

航空機が巡航高度で飛行している際には、ほぼ−５０℃の温度の外気が矢印Ｐの方向に従ってＮＡＣＡ空気吸気口１２へ流れ込む。外気はＮＡＣＡ空気吸気口１２を経て拡散器１６へ入り、逆止め弁２２を通り冷気収集室２８へ流れ込む。

地上での動作中は、ターボコンプレッサ２６を用いて冷気が拡散器１６を経て冷気収集室２８へ送給され、この際、逆止め弁２２は冷気が大気中に逆流するのを防止する。

冷気送給ライン３０は、これと冷気収集室２８との接合部付近にしっかりと取り付けられたシャッタ３６を具えており、このシャッタ３６により冷気の流れの横断面積を制限する。冷気送給ライン３０は送給システム３８に連通し、この送給システム３８により、非加圧空調空間の通風装置（Unpressurized Bay Ventilation ；ＵＢＶ）に矢印４０及び４２の方向で冷気を送給する。

冷気送給ライン３２もまた、冷気の流れの横断面積を制限する、しっかりと取り付けられたシャッタ３９を具えている。このシャッタは、冷気を冷気収集室２８から、機上酸素生成システム（ＯＢＯＧＳ）に割り当てられている熱交換器４４へ取り込む。この熱交換器４４を用いることによって、機上酸素発生システムのライン４６内で運ばれた加熱流体がその熱を冷気に放出しうる。この加熱された冷気はその後、熱交換器４４から放出空気管４８を経て空気排気管５０へ流れ込む。この空気排気管５０は空気排気口５２で終端しており、この空気排気口は航空機の外皮１４に設けられているとともに航空機の外部に開口している。

冷気送給ライン３４もまたシャッタ５４を具えている。この冷気送給ライン３４は、機上不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）に割り当てられている他の熱交換器５６へ連通している。この熱交換器５６を用いることによって、機上不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）のライン５８によって運ばれた加熱流体を冷却でき、その熱は熱交換器５６を通って流れる冷気へ放出させることができる。この熱交換器５６から放出される加熱冷気はその後放出空気管６０を経て空気排気管５０へ流れ込み、共通の空気排気口５２によって大気中へ排出されうる。

本発明によれば、空気吸気口と空気排気口とをそれぞれ１つしか必要とせず、しかもそれにもかかわらず冷気を必要とする多数の種々の装置に十分な量の冷気を送給しうる冷気送給システムを提供することができる。このことは、従来技術で説明した欠点を回避しうることを意味する。特に、本発明による冷気送給システムの重量を比較的軽くすることができる。更に、本発明による冷気送給システムでは、空気吸気口と空気排気口とがそれぞれ１つだけであるという事実の為に、航空機の空気抵抗が僅かしか増加せず、又航空機の構造も僅かしか弱めない。本発明によるシステムの設計は簡単化されている為、廉価で製造でき、又より簡単に低価格で設置しうる。

図１は、本発明の冷気送給システムの一例を示す線図である。

Claims (17)

1. 航空機内で冷気を必要とする少なくとも２つの装置（３８，４４，５６）へ航空機の外部から冷気を送給する航空機用の冷気送給システム（１０）であって、当該冷気送給システム（１０）が空気吸気口（１２）と、この空気吸気口（１２）に連通する空気路（１６）と、冷気を必要とする前記少なくとも２つの装置（３８，４４，５６）へ空気を分配する空気分配装置（３０，３２，３４）とを具え、前記空気吸気口（１２）は冷気を必要とする前記少なくとも２つの装置（３８，４４，５６）の最大冷気要求量を満足すような大きさとなっている冷気送給システム。
2. 請求項１に記載の冷気送給システム（１０）において、前記空気吸気口（１２）は、航空機の外皮（１４）におけるNACA空気吸気口（１２）の形態をしていることを特徴とする冷気送給システム。
3. 請求項１又は２に記載の冷気送給システム（１０）において、前記空気吸気口（１２）に連通する前記空気路が、拡散器（１６）を具えていることを特徴とする冷気送給システム。
4. 請求項３に記載の冷気送給システム（１０）において、前記拡散器（１６）内に又はこの拡散器（１６）から続く第１の迂回路の一つ（２０）内に、通風機とするのが好ましい少なくとも1つの空気圧縮機（２６）が設けられていることを特徴とする冷気送給システム。
5. 請求項４に記載の冷気送給システム（１０）において、前記空気圧縮機（２６）が電動式である、又はターボコンプレッサであることを特徴とする冷気送給システム。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、前記拡散器（１６）内に又はこの拡散器（１６）から続く第２の迂回路の一つ（１８）内に逆止め弁（２２）が設けられ、この逆止め弁（２２）が前記拡散器（１６）への冷気の逆流を防止するようになっていることを特徴とする冷気送給システム。
7. 請求項６に記載の冷気送給システム（１０）において、前記第１の迂回路（２０）と前記第二の迂回路（１８）とが互いに並行に配置されていることを特徴とする冷気送給システム。
8. 請求項３〜７のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、前記拡散器（１６）へは、好ましくは前記第１及び第２の迂回路（２０，１８）の並行配置に後続するように冷気収集室（２８）が連結していることを特徴とする冷気送給システム。
9. 請求項８に記載の冷気送給システム（１０）において、前記冷気収集室（２８）と、冷気を必要とする前記装置（３８，４４，５６）の各々との間に少なくとも１つの冷気送給ラインが配置されていることを特徴とする冷気送給システム。
10. 請求項９に記載の冷気送給システム（１０）において、前記冷気送給ライン（３０，３２，３４）にはシャッタとするのが好ましい絞り弁装置（３６，３９，５４）が設けられていることを特徴とする冷気送給システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、冷気を必要とする前記装置（３８）がパックベイ通風システムであることを特徴とする冷気送給システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、冷気を必要とする前記装置（３８）が非加圧ベイ通風システム（ＵＢＶ）であることを特徴とする冷気送給システム。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、冷気を必要とする前記装置が機上酸素生成装置（ＯＢＯＧＳ）（４４）であることを特徴とする冷気送給システム。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、冷気を必要とする前記装置が機上不活性ガス生成装置（ＯＢＩＧＧＳ）（５６）であることを特徴とする冷気送給システム。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、前記機上酸素生成装置（ＯＢＯＧＳ）及び前記機上不活性ガス生成装置（ＯＢＩＧＧＳ）の双方又はいずれか一方とするのが好ましい、冷気を必要とする前記装置が、冷気を用いて熱を除去する熱交換器（４４，５６）を具えていることを特徴とする冷気送給システム。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）において、冷気を必要とする少なくとも２つの装置が放出空気管（４８，６０，５０）を介して共通の冷気排気口（５２）と連結していることを特徴とする冷気送給システム。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の冷気送給システム（１０）を具えていることを特徴とする航空機。
    
    

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