JP2010505696A - 空調装置において並行配置された外気流出口の最適化された霜取り調節 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の空調装置における氷結の危険性を低減すること。
【解決手段】本発明は、航空機のパイプライン接続を除氷する配置構成であって、この配置構成は、空調装置の全ての外気流出口に接続され、この構成は、複数のタービンおよび熱交換器の機能を備え、第１のタービン（ＴＡ）に接続される第１のパイプライン１と、第２のタービン（ＴＢ）に接続される第２のパイプライン２とを有し、これら２つのタービン（ＴＡ、ＴＢ）からそれぞれ下流にあって接続され、それらのタービンの流出口において処理空気が供給される２つのパイプライン（１、２）は、パイプ端部において接続され、第３のパイプライン（３）を用いて中継される、配置構成に関する。
【選択図】図４

Description

（関連出願の参照）
本出願は、２００６年１０月１３日に出願された独逸国特許出願第１０ ２００６ ０４８ ６２２．６号明細書、および２００６年１０月１３日に出願された米国特許仮出願第６０／８２９，３４８号明細書の優先権の利益を主張し、これらの出願の開示は、本明細書において引用することにより援用される。

本発明は、航空機のパイプライン接続の配置構成および航空機のパイプライン接続の処理空気温度の調節方法に関する。

現在の旅客機において、一方で冷たい周囲空気と、他方で航空機のエンジンのいわゆる抽気（ｂｌｅｅｄ ａｉｒ）系統からの熱い排気とが、客室の空調のために用いられている。周囲空気は、乗客への外気の供給と、航空機の客室の温度調整とのために、航空機の客室へと供給される。冷たい外気は混合チャンバにおいて熱いブリード空気と混合され、それにより温度が調整され、そして航空機の客室に供給される。

対応の冷却要件を満たすために、０℃未満の温度の周囲空気または調整された空気が航空機の空調のためにしばしば用いられる。この氷点未満の冷たい温度と、同時に存在する自由水および／または周囲の水分のために、下流のパイプラインおよび設置されている装置またはバルブが、水分を含む冷たい外気に触れると、それらの氷結が生じる場合がある。このことが、チェックバルブの機能を妨げ、バルブを損傷させ、例えば、対応の装置の機能停止またはパイプラインへの損傷を生じさせる場合がある。氷結はおよそ−８℃からおよそ０℃の温度範囲においてが特に臨界温度であるといわれている。なぜならば、比較的自由水の比率が高いために、しばしば結晶を形成する場合があるからである。

氷結を防ぐ、および／または既にある氷結を取り除く（アンチアイスコントロール）など、様々な調節アルゴリズムが公知である。したがって、例えば、空調流出口のパイプライン、および／またはセンサ、チェックバルブなど、パイプラインに設置された装置において存在し得る、現行の氷または氷粒子を取り除くために所定の期間内において、周期的に、すなわち、一時的に、実質的に、０℃以上に、空調装置における流出空気の温度を熱することができる。

広範な調節アルゴリズムにおいては、空調装置の流出空気の温度は、常に０℃以上に保たれている。氷結はこのようにして防ぐことができ、その結果、空調の空気流出のパイプラインおよび／またはパイプラインに設置された装置に氷または氷粒子は形成されない。０℃以上の温度が維持される場合、冷却能力の低減が生じる。温度差（ｄＴ）への依存は、式Ｑ＝ｍ×ｄＴ×ｃｐに基づいて明らかである。これは、空調装置の全冷却能力（Ｑ）に対して一次効果を有する。

空調装置の全冷却能力は、空調の流出空気の温度の周期的な加熱、または実質的に０℃以上の温度を恒常的に維持することによって実質的に低減される。したがって、混合チャンバ内において熱いブリード空気と混合された後、十分な冷却能力は、もはや適用し得なくなり、その結果、航空機の客室の温度は上昇し、客室内の快適さが低減する。

さらなる調節アルゴリズムにおいて、−８℃から０℃の臨界範囲は、空調装置の流出空気の温度の特別な調節によって、見逃され、および／または急速に越されてしまう場合がある。空調装置は、０℃以上の熱い空気および−８℃以下の冷たい空気を周期的に搬送し、それらの空気は後に混合チャンバ内で混合される。臨界的な温度範囲を見逃すことによって、氷または氷粒子は、空調装置の流出空気のパイプ、および／またはパイプに設置された装置において、殆ど形成されない。−８℃から０℃の臨界領域を通り過ぎず、および／または急速に超えないこれらの空調装置は、空調装置の流出空気のパイプライン、および／またはパイプラインに設置された装置において、氷の形成および／または氷粒子の形成のリスクはより少ない。

しかしながら、臨界温度範囲を急速に通過し、異なる温度で空気供給を周期的に変化させるために、客室内において温度の変化が生じる。その結果、継続した温度変化は客室内において検出可能である。これが客室内の快適さを低減させる結果となる。空調装置の流出空気の低い温度に対する調節のために、空調装置は、冷却するために、航空機の客室内に、必要とされるよりも高い冷却能力を送る。空調装置の流出空気の冷たい温度のために、例えば、動力装置の空気、補助動力装置の空気、すなわち、いわゆるグランド・カート（ｇｒｏｕｎｄ ｃａｒｔ）を介してなど、複雑でコストのかかる方法において加熱される必要がある。このようにして、空調装置の全体的な効率性は低減される。

とりわけ、航空機の空調装置における氷結の危険性を低減することが本発明の目的であってもよい。

本発明の目的は、航空機のパイプライン接続を除氷する配置構成、および独立の請求項に係る特徴を有する航空機のパイプライン接続を用いて搬送される処理空気の温度の調節方法によって達成される。

本発明の例示的実施形態によれば、航空機のパイプライン接続を防氷するための配置構成が提供される。この配置構成は、空調装置、タービン、または熱交換器の全ての外気流出口を有する。空調装置の構成はまた、複数のタービンおよび熱交換器の機能を備えてもよい。この配置構成は、第１のタービンに接続される第１のパイプラインと、第２のタービンに接続される第２のパイプラインとを有する。これら２つのタービンからそれぞれ下流にあって、そのタービンの流出口側において処理空気が供給される２つのパイプラインは、パイプ端部において接続され、第３のパイプラインによって中継される。この配置構成によって、第４のパイプラインがその流出口に接続され、熱い空気源からの温度が低下した外気が供給される、第１の熱い空気源へ、航空機の抽気系統からの（熱い）外気は供給されるという特徴がある。第４のパイプラインは、そのパイプ端部において接続される２つのさらなるバルブ調節したパイプラインを備え、これら２つのパイプラインから、第５または第６のパイプラインが第１または第２のパイプラインに接続され、これら２つのパイプラインを通して、温度が低下した外気が第１および／または第２のパイプラインに、搬送され、バルブ調節されて供給される。

さらなる例示的実施形態によれば、航空機のパイプライン接続を用いて搬送される処理空気の温度を調節するための方法が特定され、当該方法において、パイプライン接続の接続が、処理空気を、空調装置、タービン、または熱交換器の全ての外気流出口に導く。空調装置の構成はまた、複数のタービンおよび熱交換器の機能を備えてもよく、これらに従って、処理空気は、流出口側において、第１および第２のタービンに提供され、次いで、圧力下において、各々のタービンから下流において接続された第１および第２のパイプラインに各々供給される。この方法は、工程（ａ）において、まず、第１の熱い空気源が航空機の抽気系統から熱い外気を供給され、流出口において、加圧され温度が低下した外気が提供され、これが第１の熱い空気源の流出口において接続された第４のパイプラインに供給され、このパイプラインを介して搬送されることを特徴とする。工程（Ｂ）において、温度が低下した外気は、第４のパイプラインのパイプ端部に取り付けられた第５のパイプラインおよび第６のパイプラインに案内される。次いで、この温度が低下した外気の搬送は、工程（Ｃ）において、これらの２つのパイプラインを介して、第５および第６のパイプラインの各々から分岐された、温度が低下した外気の外気要素を用いて中継される。工程（Ｄ）において、処理空気はバルブ調節された第５および第６のパイプラインを去り、第１または第２のパイプラインに交互に供給される。工程（Ｅ）において、空気の搬送は、残りのパイプライン部分を介して中継され、工程（Ｄ）による供給点に進み、第１および第２のパイプラインに留まり、それにより混合された処理空気が生成される。工程（Ｓ）において、この混合された処理空気は、第１および第２のパイプラインの後、それらのパイプ端部において中継される第３のパイプラインに供給され、この第３のパイプラインへ接続される航空機の下流のユニットに供給される。

本発明による配置構成および方法を用いると、空調システムの構成要素が氷結するリスクは、空調装置の流出口において、温度変化を生じさせることなく、低減し得る。熱い外気および／または航空機の抽気系統のブリード空気を有する、第１のタービンおよび第２のタービンの排気を別個に混合することを用いると、異なる温度制御を有する２つの空気の流れが提供される。これに続く、第３のパイプラインにおける、異なる温度制御を有する空気の流れの混合を制御し、一定の温度を提供する。この第３のパイプラインにける温度は恒常的に０℃以上を保つので、下流の構成要素が氷結することを回避する。

本発明において、熱い空気源は、温度が低下した外気を提供する。第５のパイプラインは第１のタービンに接続され、第６のパイプラインは第２のタービンに接続される。したがって、熱い空気源の、温度が低下した外気は、第１のタービンの排気または第２のタービンの排気のうちの特定の空気要素と混合されてもよい。この混合された空気は、第１のパイプラインまたは第２のパイプラインをさらに用いて搬送される。第１のタービンと第５のパイプラインとの温度の混合は第１のパイプライン内に生じ、第２のタービンと第６のパイプラインとの空気の混合は第２のパイプライン内に生じる。第１のパイプラインと第２のパイプラインにおける空気の混合は異なる温度を有する。第１のパイプラインからの混合された空気および第２のパイプラインからの混合された空気は、各々第３のパイプラインに放出されてもよい。第１のパイプラインの混合された空気と第２のパイプラインの混合された空気とを混合することによって、第３のパイプラインにおける空気は恒常的に一定の温度に保たれてもよい。第３のパイプラインにおける温度が恒常的に０℃以上に保たれる場合、下流の構成要素の氷結は回避されてもよい。第３のパイプラインにおける一定の空気の温度のため、第３のパイプラインが客室の温度制御のために空気を提供する場合、その空気の温度は継続して一定を保ち得るので、航空機の客室領域内における温度変化は小さく保たれてもよい。

この手順により、空調装置流出口のパイプラインおよび／または第３のパイプライン、ならびに例えば空調装置のチェックバルブなど、空気の流れの後に続く設置ユニットは、氷および／または氷粒子が形成されないことが保証される。第２のパイプラインおよび第１のパイプラインにおいて、空気は、−８℃以下または０℃以上の温度を有する場合があり、その結果、−８℃から０℃、−１２℃から０℃、−１６℃から０℃、または−２０℃から０℃の臨界範囲は除外される。第１のパイプラインおよび第２のパイプラインからの空気が制御して混合するため、第３のパイプライン内の温度および／または航空機における客室の温度は一定に保たれ得る。

さらなる例示的実施形態において、熱い空気源は熱交換器を備える。航空機の抽気系統からの熱い外気は熱交換器へ提供されてもよい。この熱交換器は、温度が低下した外気を第４のパイプラインに提供するように適合される。抽気系統の熱い排気は、熱交換器において調節され、温度が低下した外気を形成し、第５および第６のパイプラインに分配される。それゆえ、温度が低下した外気の規定された排出温度が設定されてもよい。

さらなる例示的実施形態によると、熱い空気源は空調装置を備える。この空調装置は、温度が低下した外気を提供するように適合される。したがって例えば、空調装置の熱の力または余熱を利用して、温度が低下した外気を提供してもよい。

さらなる例示的実施形態によると、熱い空気源は外部熱源を含む。外部熱源は、温度が低下した外気を提供するように適合される。外部熱源は、例えば電熱器または空気式熱器（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｈｅａｔｅｒ）を含んでもよい。

さらなる例示的実施形態によると、第１のパイプラインおよび第２のパイプラインは電熱器を含む。電熱器は、例えばパイプラインの周囲に巻き付けられた電熱マットを含んでもよい。

さらなる例示的実施形態によると、２つのパイプラインが、パイプの端部において、第１のパイプラインの分岐部に接続され、この第１のパイプラインの分岐部は第３のパイプラインと中継される。このパイプラインの分岐部は、第１のパイプラインおよび第２のパイプラインから混合された空気を混合するために用いられてもよい。それゆえ、このパイプラインの分岐部を用いて、第１のパイプラインおよび／または第２のパイプラインからの空気量が調節されてもよく、したがって、規定された温度が第３のパイプライン内に設定されてもよい。

本発明のさらなる例示的実施形態によると、第４のパイプラインは、パイプ端部において、第２のパイプラインの分岐部に接続され、このパイプラインの分岐部は第５および第６のパイプラインに接続される。したがって、熱交換器からの熱い空気流量は、第２のパイプラインの分岐部を用いて、第５のパイプラインおよび第６のパイプラインに分散されてもよい。第２のパイプラインの分岐部を用いて、熱交換器の排気は、所定の空気流量の割合において、第５および第６のパイプラインに分散されてもよく、その結果例えば、第１のタービンまたは第２のタービンの排気と後に混合するために、この目的に対して必要とされる熱交換器の排気の空気流量が提供されてもよい。例えば、冷たすぎる第１または第２のタービンの空気流量が提供される場合、第５または第６のパイプラインにおける混合のために、より熱い空気が提供されてもよい。

さらなる例示的実施形態によると、第５のパイプラインは第３のパイプラインの分岐部に接続され、この第３のパイプラインの分岐部は第５のパイプラインと第１のパイプラインとの間に接続されている。第６のパイプラインは第４のパイプラインの分岐部に接続され、この第４のパイプラインの分岐部は第２のパイプラインと第６のパイプラインとの間に接続されている。

さらなる例示的実施形態によると、温度が低下した外気の空気流量を調節するように適合された空気流量調節バルブは、第５のパイプラインおよび第６のパイプラインに各々一体化される。

さらなる例示的実施形態によると、第１または第２の空気流量調節バルブは、時間遅延要素を備え、その結果、双方の空気流量調節バルブは、温度が低下した外気の流量を、時間遅延によって調節することを提供してもよい。

さらなる例示的実施形態によると、チェックバルブは第３のパイプラインに一体化される。

この配置構成の実施形態は本方法に対して適用され、且つその逆に対しても適用される。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、工程（Ｅ）に係る混合された処理空気は、タービン流出口に提供される処理空気、および温度が低下した外気の分岐された外気要素からなる。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、処理空気は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の、バルブ調節された外気要素を交互に供給することによって、可変の方法において温度制御される。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、第５および第６のパイプラインに供給される特定の外気要素の搬送は、第５および／または第６のパイプラインに一体化された特定の空気流量調節バルブを用いて制御される。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、第５または第６のパイプラインを介した特定の外気要素の搬送は時間遅延を伴って生じ、関連の空気流量調節バルブに一体化された時間遅延要素を用いて実装される。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、第６のパイプラインを介して流れる第２の外気要素は、第５のパイプラインを介して流れ、基準外気要素として見なされる第１の外気要素と比較して、時間遅延を伴って搬送されるか、または、その逆もまた同様である。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、工程（ｆ）において、第１および第２のタービンは、まずタービンの流出口において処理空気を提供し、処理空気の温度は、０℃から−８℃の部分負荷範囲の第１の期間Ａ−Ｂにおいて作動し、同様に、空調装置動作の作動時間の間、温度が低下した外気は、工程（ａ）に係る第１の熱交換器の流出口において提供され、外気の温度は３０℃から１００℃の負荷範囲において作動する。

さらに、工程（ｇ）において、
第１のタービンの処理空気の温度は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の外気要素をバルブ調節して供給することによって、少なくとも３０℃から４５℃に上昇し、それにより、処理空気の経路に一体化されたタービンおよびバルブから下流に接続された全ての処理空気の経路は防氷される。同時に、第２のタービンの処理空気の温度は最大冷却能力となり、それにより、処理空気の経路内または経路上におけるさらなる氷の蓄積は回避され、２つのタービンのこれらの処理空気の温度は、第２の期間Ｂ−Ｃ内において、一定の温度の値に保たれる。

工程（ｈ）において、
第１のタービンおよび第２のタービンの処理空気の温度は、次いで、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の外気要素のバルブ調節した供給によって、通常の処理空気の温度となり、この処理空気の温度は、工程（ｆ）に係る温度に対応する。第１のタービンおよび第２のタービンのこの処理空気の温度は、第３の期間Ｃ−Ｄ内において一定の温度の値に保たれる。

第１のタービンの処理空気の温度は工程（ｉ）において最大冷却能力となる。同時に第２のタービンの処理空気の温度は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の外気要素をバルブ調節した供給によって３０℃から４５℃に上昇する。第２のタービンから下流に接続された第２のパイプライン内またはその上の氷の蓄積は回避される。さらに、そのパイプラインに接続されたパイプライン、およびそのパイプラインに一体化されたバルブは、氷の蓄積が回避される。２つのタービン、つまり第１のタービンおよび第２のタービンのこれらの処理空気の温度は、第４の期間Ｄ−Ｅ内において一定の温度の値に保たれる。

工程（ｊ）において、２つのタービンの処理空気の温度が、第５の期間Ｅ−Ａ内において段階的に一定の温度の値に保たれる制限を用いて、工程（ｈ）の測定が繰り返される。

工程（ｆ）において、第１の期間における温度は、例えば、０℃から−８℃、０℃から−１０℃、０℃から−１２℃、および０℃から−２０℃の温度の範囲を有してもよい。

工程（ｇ）において、処理空気の温度は、第２のタービンの最大冷却能力を用いて生成された温度を有してもよい。さらに、処理空気の温度は、第２のタービンの部分負荷範囲を用いて生成される温度を有してもよい。

工程（ｉ）において、処理空気の温度は、第１のタービンの最大冷却能力を用いて生成される温度を有してもよい。さらに、処理空気の温度は、第１のタービンの部分負荷範囲を用いて生成される温度を有してもよい。

工程（ｆ）から工程（ｊ）は、任意に選択されてもよく、および／または任意の順序において実行されてもよい。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、工程（ｇ）において、温度が低下した外気の特定の外気要素のバルブ調節する絞りは、第６のパイプラインと一体化された第２の空気流量調節バルブを用いて実行され、時間遅延を伴って作動する。このように、第５のパイプラインに一体化された第１の空気流量調節バルブによってバルブ調節された第５のパイプラインを通過する、温度が低下した外気の外気要素を用いて、第１のタービンの処理空気の温度が上昇される場合、最大冷却能力が達成されるまで、第２のタービンの処理空気の温度が所定の時間遅延を伴って低下される。

処理空気の温度は、第２のタービンの最大冷却能力を用いて生成される温度を有してもよい。さらに、処理空気の温度は、第２のタービンの部分負荷範囲を用いて生成される温度を有してもよい。

さらなる例示的実施形態によると、工程（ｉ）において、温度が低下した外気の特定の外気要素のバルブ調節する絞りは、第５のパイプラインと一体化された第１の空気流量調節バルブを用いて実行され、時間遅延を伴って作動する。第６のパイプラインに一体化された第２の空気流量調節バルブによってバルブ調節された第６のパイプラインを通過する、温度が低下した外気の外気要素を用いて、第２のタービンの処理空気の温度が上昇される場合、最大冷却能力が達成されるまで、第１のタービンの処理空気の温度が所定の時間遅延を伴って低下される。

処理空気の温度は、第１のタービンの最大冷却能力を用いて生成される温度を有してもよい。さらに、処理空気の温度は、第１のタービンの部分負荷範囲を用いて生成される温度を有してもよい。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、工程（ｆ）から工程（ｊ）は、主として航空機が地上にある間に実行され、特定の順序において任意に繰り返される。

本方法のさらなる例示的実施形態によると、工程（ｆ）から工程（ｊ）の実行は、航空機の離陸段階および着陸段階の間隔、または飛行中で、１５０００フィート以下の非常に低い高度の間に関連する期間に関連される。本発明によると、従来技術から公知の目的の達成における不利点は低減されてもよい。例えば、空調装置の流出口における要素内の温度が、所定の期間内で周期的に０℃以上に熱せられて、現行の氷または氷粒子を取り除く場合、空調装置の全冷却能力は低減されてもよい。このように、冷却能力は、もはや航空機の客室において十分ではなく、客室の温度を一定に保つことができない場合がある。

しかしながら、反対に、０℃以上の恒常的な空気流出口の温度を有する空調装置は、低減された冷却能力を有する。温度（ｄＴ）への依存は、式Ｑ＝ｍ×ｄＴ×ｃｐに基づいて明らかである。なぜなら、これは、空調装置の全冷却能力（Ｑ）に対して一次効果を有するからである。空調装置が用いられ、その調節が、−８℃から０℃の臨界範囲を通り過ぎず、および／または急速に超えない場合、空調装置の流出口のパイプライン、および／またはパイプラインに設置された装置において、氷または氷粒子の蓄積のリスクはより少ない場合がある。しかしながら、空調装置の流出口の温度におけるこれらの急転は、客室の温度に対して殆ど直接的な影響を及ぼす場合があり、客室の快適さを低減させる結果となっている。空調の流出口を低い温度に調節することによって、空調装置は、航空機の客室において冷却に必要とされるよりも高い冷却能力を実行する。この複雑でコストがかかって生成される冷却能力は、今度は、さらなる加熱によって補われなければならない。このような場合、空調装置の全体の効率は低減される場合がある。

本発明のさらなる態様は、第１の冷たい空気の流れを有する第１の冷たい空気源と、第２の冷たい空気の流れを有する第２の冷たい空気源と、熱い空気の流れを有する熱い空気源とを備える空調システムを提供することに見出されてもよい。さらに、空調システムは、第１の混合チャンバ、第２の混合チャンバ、および第３の混合チャンバを備える。第１の混合された空気を生成するための第１の混合チャンバは、第１の冷たい空気の流れおよび熱い空気の流れが第１の混合チャンバに提供されてもよいように設定される。第２の混合チャンバは、第２の冷たい空気の流れおよび熱い空気の流れが第２の混合チャンバに提供されてもよいように設定される。第１の混合された空気および第２の混合された空気は、第３の混合された空気を生成するために、第３の混合チャンバに供給されてもよい。

本発明のさらなる態様において、第３の混合された空気を調節する方法が提供される。熱い空気源は、航空機の抽気系統の熱い空気が備わっている。この熱い空気は第１の混合チャンバに供給されて、第１の混合された空気と混合され、その結果第１の混合された空気となる。さらに、熱い空気は第２の混合チャンバに供給されて、第２の混合された空気と混合され、その結果第２の混合された空気となる。この第１の混合された空気と第２の混合された空気とが、第３の混合チャンバに供給されて、第３の混合された空気を生成する。第３の混合された空気は航空機の器具に供給される。

空調システムの実施形態はまた、第３の混合された空気を調節する方法、およびその逆にも適用される。

混合チャンバは、制御可能な調節バルブを備えてもよく、そのような制御バルブは、混合される空気の温度に従って、入ってくる空気の流れの空気流量を制御する。

第１および第２の冷たい空気源は、例えば、タービンまたは航空機の空気流入口の迂回する流れ（ｂｙｐａｓｓ ｆｌｏｗ）を有してもよい。熱い空気源は、例えば、タービンおよび／または航空機の抽気系統を備える。

ブリード空気は、航空機の動力装置の迂回する流れ（第２、冷たい）および／またはコアの流れ（第１、熱い）からの流れ出た空気（ｔａｐｐｅｄ ａｉｒ）として理解される。この流れ出た空気は、エンジンまたは、例えば空調などの航空機システム全体を調節および制御するために用いられる。とりわけ、ターボファンまたはＡＰＵのガスタービンは、例えばこの流れ出た空気を用いることに対して考慮する。この目的に対する航空学において通常用いられる国際的な用語は、ブリード空気、すなわち略してＢＡである。

それゆえ、客室の温度は一定に保たれることができ、それにもかかわらず氷結のリスクもまた、例示的実施形態によって低減されることができる。異なって温度制御され、第１の冷たい空気の流れまたは第２の冷たい空気の流れと熱い空気の流れとを混合させることによって提供される、２つの第１および第２の混合された空気の流れは、そのいずれかが、−８℃より冷たく、または０℃よりも熱い温度を有し、その結果、氷結のリスクは低減される。また、第１および第２の混合された空気の流れを制御して混合するので、第３の混合された空気の一定の空気温度が提供されてもよく、その結果、客室の温度は一定に保たれてもよい。

以下において、例示的な実施形態が、本発明をさらに説明し、且つより良く理解するために、添付の図面を参照して、さらに詳細に記載される。

従来技術にて公知である空調ユニットの略図を示す。 異なる方法において温度制御された空気の流れの混合を有する、本発明に係る配置構成の例示的実施形態の略図を示す。 異なる方法において温度制御された処理空気が２つの空調装置から提供される、本発明の例示的実施形態の略図を示す。 熱い空気が航空機の抽気系統を介して提供される、本発明の例示的実施形態の略図を示す。 混合された空気の例示的な温度調節の略図を示す。

異なる図面における同様または類似の構成要素は同一の参照符号と共に提供される。図面での説明は、略図であり、縮尺通りではない。

図１は、客室１８を冷却および／または暖めるために、外気を乗客に供給する公知の配置構成を示す。混合チャンバ１６を用いて、冷たい外気が航空機の客室１８に送られる。空調装置１７の冷たい外気は、対応のパイプライン３を介して混合チャンバ１６へと供給される。パイプが破裂した場合、客室の気圧が低下してしまう場合があるので、チェックバルブ１５がパイプライン３において配置されてもよい。冷たい空気は０℃以下でパイプライン３へ導入されるので、チェックバルブ１５などの構成要素が氷結する危険がある。

図２および図３は、本発明に係る基本的な原則の例を示す。図２は、パイプ１および２における２つの空気流出口を有する空調システムを示す。パイプライン１内で空調の空気流出温度を周期的に０℃以上に加熱し、そして、パイプライン１および２における２つの空気流出口に起因して、例えば、パイプライン２において、空気流出温度を−８℃以下に冷却することができる。パイプライン１および２からの空気の流れは混合されて、第３のパイプライン３において０℃以上の温度に保たれる。パイプライン３における混合された空気は０℃以上なので、チェックバルブ１５などの構成要素は氷結しない。一定の温度が、第３のパイプライン３における空気の流れ１および２の目標とされた混合を介して設定されてもよい。

図３は、並行に設置された２つの空調装置１１７および２１７を別にすれば、図２に記載された動作と類似するモードを示す。２つの空調装置１１７および２１７を用いて、２つの異なる流出温度が、チェックバルブ１５における混合温度が変化することなく、互いに独立して提供されてもよい。

本発明の例示的な実施形態を図４に記載する。図４に示すように、この配置構成は、第１の処理空気を有する第１のタービンＴＡおよび第２の処理空気を有する第２のタービンＴＢを示す。さらに、この配置構成は熱交換器１１を備え、これは、例えば、航空機のタービンの抽気系統から熱い外気を取り込み、その熱を、温度が低下した外気へと流す。第４のパイプライン４は、温度が低下した外気を第２のパイプラインの分岐部８へと搬送し、この分岐部８は、温度が低下した外気を第５のパイプライン５および第６のパイプライン６へと送る。第１のタービンの第１の処理空気は、第３のパイプラインの分岐部９において、第５のパイプライン５の、温度が低下した外気と混合され、第１のパイプライン１へ流される。第６のパイプライン６の、温度が低下した外気は、第４のパイプラインの分岐部１０において、第２のタービンＴＢの第２の処理空気と混合され、第２のパイプライン２に供給される。第１のパイプライン１の第１の混合された空気および第２のパイプライン２の第２の混合された空気は第１のパイプラインの分岐部７に供給されて、第３のパイプライン３に中継される。第３のパイプライン３は、第３の混合された空気を、航空機の客室、または、チェックバルブ１５などの、他の空調の構成要素へと運ぶ。空気流量をより良く制御するために、第１または第２の空気流量調節バルブ１２および１３は、それぞれ、第５のパイプライン５および第６のパイプライン６に配置されてもよい。

処理空気温度の一連の調節方法は図５を用いて記載してもよい。第１の期間Ａ−Ｂ内において、第１のタービンＴＡは第１の処理空気を提供し、第２のタービンＴＢは第２の処理空気を提供し、それぞれは、０℃から−８℃の温度範囲を有する。第１の熱交換器１１の流出口において、温度が低下した外気が提供され、例えばその温度は３０℃から１００℃である。次に、第１のタービンＴＡの第１の処理空気は、熱交換機１１の温度が低下した外気のバルブ調節された供給により、その温度は３０℃から４５℃に上昇していてもよく、それゆえ、例えば第１のパイプライン１など、タービンより下流の全ての処理空気の経路は氷結しない。

同時に、第２のタービンＴＢの第２の処理空気の温度は最大冷却能力となってもよく、それにより、例えば第２のパイプライン２などの、処理空気の経路内または経路上におけるさらなる氷の蓄積は回避される。なぜならば、０℃から−８℃の臨界領域は超えないからである。それゆえ、第１のタービンＴＡの第１の処理空気の温度および第２のタービンＴＢの第２の処理空気の温度は、第２の期間Ｂ−Ｃ内において、一定の温度に保たれてもよい。期間Ｃ−Ｄにおいて、双方の処理空気の温度は、再び、０℃から−８℃の範囲となってもよい。次に、第２のタービンＴＢの処理空気の温度は、３０℃から４５℃の温度範囲となってもよく、第１のタービンＴＡの第１の処理空気の温度は−８℃よりも冷たい、最大冷却能力となってもよい。それゆえ、第２のタービンＴＢは、０℃より高い温度にて、第１の処理空気を用いて除氷されてもよい。温度範囲の変化に関わらず、第１および第２のパイプライン１および２における特定の下流の構成要素は周期的に除氷され、一定の第３の混合空気は、処理空気の温度と、温度が低下した外気とを混合することによって得られてもよい。このようにして、客室の温度変化が回避されてもよい。

さらに、「含む、備える、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の用語は、他の要素または工程を排除せず、「１つの（ａ）」または「１つの（ｏｎｅ）」の用語は複数を排除しないことに留意されたい。さらに、上述の例示的実施形態のうちの１つを参照して記載されている特長または工程は、上述された他の例示的実施形態の他の特徴または工程と組み合わせて用いられてもよいことに留意されたい。特許請求の範囲における参照符号は、限定として考えられるべきではない。

１ 第１のパイプライン
２ 第２のパイプライン
３ 第３のパイプライン
４ 第４のパイプライン
５ 第５のパイプライン
６ 第６のパイプライン
７ 第１のパイプラインの分岐部
８ 第２のパイプラインの分岐部
９ 第３のパイプラインの分岐部
１０ 第４のパイプラインの分岐部
１１ 第１の熱交換器（第１ＨＸ）
１２ 第１の空気流量調節バルブ
１３ 第２の空気流量調節バルブ
１４ 第３の空気流量調節バルブ
１５ チェックバルブ
１６ 混合チャンバ
１７ 空調装置
１８ 航空機胴体
１１７ 第１の空調装置
２１７ 第２の空調装置
ＴＡ 第１のタービン
ＴＢ 第２のタービン

Claims (22)

1. 航空機のパイプライン接続を除氷する配置構成であって、
   前記配置構成は、空調装置、タービン、または熱交換器の全ての外気流出口を有し、
   前記配置構成は、第１のタービン（ＴＡ）に接続される第１のパイプライン（１）と、第２のタービン（ＴＢ）に接続される第２のパイプライン（２）とを有し、前記２つのタービン（ＴＡ、ＴＢ）からそれぞれ下流にあって、それらのタービンの流出口において処理空気が供給される前記２つのパイプライン（１、２）は、パイプ端部において第３のパイプライン（３）に接続され、前記第３のパイプライン（３）によって中継され、
   第１の熱い空気源（１１）は、その流出口において、温度が低下した外気が前記熱い空気源（１１）から供給される第４のパイプライン（４）に接続され、
   前記第４のパイプライン（４）は、そのパイプ端部において接続された、２つのさらなるバルブ調節パイプライン（５、６）を有し、１つの第５または１つの第６のパイプライン（５、６）は、各々前記第１または前記第２のパイプライン（１、２）に接続され、前記温度が低下した外気は前記第１および／または第２のパイプライン（１、２）へ、搬送され、バルブ調節されて供給される、配置構成。
2. 前記熱い空気源は熱交換器（１１）を備え、
   前記航空機の抽気系統から熱い外気が前記熱交換器（１１）に提供可能であり、
   前記熱交換器（１１）は、前記温度が低下した外気を前記第４のパイプライン（４）に提供するように適合されている、請求項１に記載の配置構成。
3. 前記熱い空気源は空調装置（１７）を有し、
   前記空調装置は、前記温度が低下した外気を提供するように適合されている、請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の配置構成。
4. 前記熱い空気源は外部熱源を有し、
   前記外部熱源は、前記温度が低下した外気を提供するように適合されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配置構成。
5. 前記第１のパイプライン（１）および前記第２のパイプライン（２）は発熱体を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配置構成。
6. 前記２つのパイプライン（１、２）は、それらのパイプ端部において、第１のパイプラインの分岐部（７）に接続され、前記第１のパイプラインの分岐部（７）は前記第３のパイプライン（３）によって中継される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の配置構成。
7. 前記第４のパイプライン（４）は、そのパイプ端部において、第２のパイプラインの分岐部（８）に接続され、前記第２のパイプラインの分岐部（８）は前記第５および前記第６のパイプライン（５、６）に接続される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の配置構成。
8. 前記第５のパイプライン（５）は、前記第１のパイプライン（１）と相互接続された第３のパイプラインの分岐部（９）に接続され、前記第６のパイプライン（６）は、前記第２のパイプライン（２）と相互接続された第４のパイプラインの分岐部（１０）に接続される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の配置構成。
9. 前記温度が低下した外気の空気流量を調節するように適合された空気流量調節バルブ（１２、１３）は、各々、前記第５のパイプライン（５）および前記第６のパイプライン（６）と一体化される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の配置構成。
10. 第１および／または第２の空気流量調節バルブ（１２、１３）は時間遅延要素を備え、それにより、双方の前記空気流量調節バルブ（１２、１３）は、前記温度が低下した外気の流量の時間遅延した調節を達成するように適合される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の配置構成。
11. チェックバルブ（１５）が前記第３のパイプライン（３）において一体化される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の配置構成。
12. 航空機のパイプライン接続において、搬送された処理空気の温度の調節方法であって、
    前記処理空気を導く前記パイプライン接続は、外気流出口、空調装置、タービン、または熱交換器に接続され、前記処理空気は第１および第２のタービン（ＴＡ、ＴＢ）の流出口において、前記パイプライン接続に提供され、次に、前記処理空気は、加圧下で、前記タービンから下流において接続された、第１および第２のパイプライン（１、２）に各々供給され、
    前記方法は、まず
    （ａ）第１の熱い空気源（１１）が、前記航空機の抽気系統から熱い外気を供給され、温度が低下し加圧された外気が、前記第１の熱い空気源（１１）の流出口において提供されて、前記第１の熱い空気源（１１）の前記流出口に接続された第４のパイプライン（４）に供給され、前記パイプラインを介して搬送される工程と、
    （ｂ）前記温度が低下した外気は次いで、前記第４のパイプライン（４）のパイプ端部に接続された第５および第６のパイプライン（５、６）に導入される工程と、
    （ｃ）前記搬送は次いで、これら２つのパイプライン（５、６）を介して、前記第５および第６のパイプライン（５、６）から各々分岐された、温度が低下した外気の外気要素を中継する工程と、
    （ｄ）次いで、バルブ調節された前記第５および第６のパイプライン（５、６）を去り、前記処理空気に加えて、前記第１または前記第２のパイプライン（１、２）に交互に供給される工程と、
    （ｅ）次に、前記空気の搬送が、残りのパイプラインの部分を介して、工程（ｄ）に従った供給点に進み、前記第１および第２のパイプライン（１、２）内に留まって、混合された処理空気を生じる、工程と、
    （ｆ）次いで、前記第１および第２のパイプライン（１、２）のパイプ端部において中継される第３のパイプライン（３）へ供給され、前記第３のパイプライン（３）に接続された前記航空機の下流のユニットに供給される工程と
    を含む、方法。
13. 工程（ｅ）に係る前記混合された処理空気は、前記タービンの流出口、および温度が低下した外気の前記分岐された外気要素において提供される前記処理空気からなる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記処理空気は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の前記バルブ調節した圧力要素を交互に供給することによって、可変的に温度制御される、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. 前記第５および第６のパイプライン（５、６）に供給される特定の前記外気要素の搬送は、前記第５および第６のパイプライン（５、６）の各々に一体化された空気流量調節バルブ（１２、１３）を用いて制御される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第５または第６のパイプライン（５、６）を介した前記特定の外気要素の搬送は時間遅延を伴って生じ、前記個々の空気流量調節バルブ（１２、１３）に一体化された時間遅延要素を用いて実現される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第６のパイプライン（６）を介して流れる第２の外気要素は、前記第５のパイプライン（５）を介して流れ、基準外気要素と見なされる第１の外気要素と比較して、時間遅延を伴って搬送されるか、または、その逆もまた同様である、請求項１６に記載の方法。
18. （ｆ）前記第１および第２のタービン（Ｔ、Ｂ）は、まず前記タービンの流出口において処理空気を提供し、前記処理空気の温度は、０℃から−８℃の部分負荷範囲の第１の期間Ａ−Ｂにおいて作動し、同様に、前記空調装置動作の作動時間の間、温度が低下した外気は、工程（ａ）に係る前記第１の熱い空気源（１１）の流出口において提供され、前記外気の温度は３０℃から１００℃の負荷範囲において作動する、工程と、
    （ｇ）前記第１のタービン（ＴＡ）の前記処理空気の温度は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の外気要素をバルブ調節して供給することによって、少なくとも３０℃から４５℃に上昇し、それにより、前記処理空気の経路に一体化された前記タービンおよびバルブから下流に接続された全ての処理空気の経路は防氷され、同時に、前記第２のタービン（ＴＢ）の前記処理空気の温度は冷却能力となり、それにより、前記処理空気の経路内または経路上におけるさらなる氷の蓄積は回避され、前記２つのタービン（ＴＡ、ＴＢ）のこれらの処理空気の温度は、第２の期間Ｂ−Ｃ内において、一定の温度の値に保たれる、工程と、
    （ｈ）次いで、前記第１のタービン（ＴＡ）および前記第２のタービン（ＴＢ）の前記処理空気の温度は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の外気要素のバルブ調節した供給によって、通常の処理空気の温度となり、この処理空気の温度は、工程（ｆ）に係る温度に対応しており、前記第１のタービン（ＴＡ）および前記第２のタービン（ＴＢ）のこの処理空気の温度は、前記第３の期間Ｃ−Ｄ内において一定の温度の値に保たれる、工程と、
    （ｉ）次いで、前記第１のタービン（ＴＡ）の処理空気の温度は最大冷却能力となり、同時に前記第２のタービン（ＴＢ）の処理空気の温度は、工程（ｄ）に係る、温度が低下した外気の外気要素をバルブ調節した供給によって３０℃から４５℃に上昇し、それにより、前記第２のタービン（ＴＢ）から下流に接続された前記第２のパイプライン（２）、および前記第２のパイプラインに接続されたパイプライン、ならびに前記パイプラインに一体化されたバルブ内またはその上の氷の蓄積は回避され、前記２つのタービン（ＴＡ、ＴＢ）のこの処理空気の温度は、第４の期間Ｄ−Ｅ内において一定の温度の値に保たれる、工程と、
    （ｊ）前記２つのタービン（ＴＡ、ＴＢ）の前記処理空気の温度が、第５の期間Ｅ−Ａ内において段階的に一定の温度の値に保たれる制限を用いて、工程（ｈ）の測定が繰り返される、工程と
    を含む、請求項１２に記載の方法。
19. 工程（ｇ）において、温度が低下した外気の前記特定の外気要素のバルブ調節する絞りは、
    前記第６のパイプライン（６）と一体化された第２の空気流量調節バルブ（１３）を用いて実行され、
    前記第１のタービン（ＴＡ）の前記処理空気の温度が前記第５のパイプライン（５）に一体化された第１の空気流量調節バルブ（１２）によってバルブ調節された前記第５のパイプライン（５）を通過する、温度が低下した外気の外気要素を用いて上昇される場合、前記最大冷却能力が達成されるまで、前記第２のタービン（ＴＢ）の前記処理空気の温度が所定の時間遅延を伴って低下されるように、時間遅延を有して作動する、請求項１２から請求項１４および請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
20. 工程（ｉ）において、温度が低下した外気の前記特定の外気要素のバルブ調節する絞りは、
    前記第５のパイプライン（５）と一体化された第１の空気流量調節バルブ（１２）を用いて実行され、
    前記第２のタービン（ＴＢ）の前記処理空気の温度が前記第６のパイプライン（６）に一体化された第２の空気流量調節バルブ（１３）によってバルブ調節された前記第６のパイプライン（６）を通過する、温度が低下した外気の外気要素を用いて上昇される場合、前記最大冷却能力が達成されるまで、前記第１のタービン（ＴＡ）の前記処理空気の温度が所定の時間遅延を伴って低下されるように、時間遅延を有して作動する、請求項１２に記載の方法。
21. 工程（ｆ）から工程（ｊ）は、主として前記航空機が地上にある間に実行され、特定の順序において任意に繰り返される、請求項１８に記載の方法。
22. 工程（ｆ）から工程（ｊ）の実行は、前記航空機の離陸段階および着陸段階の間隔、または飛行中で、１５０００フィート以下の非常に低い高度の間に関連する期間に関連される、請求項１４に記載の方法。

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