JP2010528222A - 噴射断面積可変の気体混合エジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、気体混合キャビティ（１）と、前記混合キャビティ（１）内に開口し、ＨＰおよびＩＰ気体を前記混合キャビティ（１）に供給する供給ダクト（２、３）と、混合された気体の出口ダクト（３）と、ＨＰ気体を供給する前記供給ダクト（２）内に配設された空圧アクチュエータ（１０）であって、前記ダクト（２）内における位置が前記混合キャビティ（１）に向かうＨＰ気体の通過断面積を決定するプラグ（１２）と連動する可動ピストンを備えるアクチュエータ（１０）と、前記可動ピストンの位置を決定する圧力の供給を受けるように構成された前記可動ピストンの制御チャンバ（１３）と、圧力源と前記制御チャンバ（１３）との間に配設された空圧回路とを備えるエジェクタにおいて、前記空圧回路が、前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力を可変できる空圧回路にリークを発生させるように配設された１以上のリーク弁（２２）を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、噴射断面積が可変の気体、とりわけ空気混合エジェクタに関する。

空気混合エジェクタは、たとえば、航空機の空調システムにおいて、圧力の異なる２つの空気流から一定圧力の１つの空気流をエジェクタ出口に供給するために使用される。

すでに（たとえば、ＵＳ２００３／０２０５０４９から）、
− 空気混合キャビティと、
− 混合キャビティ内に開口し、第１の圧力にされたＨＰ空気と呼ばれる空気をチャンバに供給する第１の供給ダクトと、
− 混合キャビティ内に開口し、第１の圧力よりも低い第２の圧力にされたＩＰ空気と呼ばれる空気をキャビティに供給する第２の供給ダクトと、
− ＨＰ空気の第１の供給ダクト内に配設された可動ピストンを備える空圧アクチュエータであって、可動ピストンが、混合キャビティへのＨＰ空気の流入を妨げる閉位置と呼ばれる位置と、混合キャビティへのＨＰ空気の流入を可能にする開位置と呼ばれる位置との間で変位するように構成された空圧アクチュエータと、
を備える断面積可変のエジェクタが知られている。

こうしたエジェクタは、航空機の飛行段階にかかわらず、すなわちＨＰおよびＩＰそれぞれのダクト内の空気圧の値にかかわらず、エジェクタ出口で一定圧力の混合空気が得られるように、混合キャビティに供給されるＨＰ空気の量を変えることができる。

さらに、こうしたエジェクタは、航空機の主エンジンから取り出されるＨＰ空気の量を制限することができ、それによって、とりわけ、主エンジンの性能および信頼性を向上させ、燃料消費を制限し、こうした混合エジェクタを装備した航空機の性能全般を向上させることができる。

混合キャビティ出口における空気の圧力は、混合キャビティに供給されるＨＰ空気とＩＰ空気の比率に依存する。この比率は、キャビティにＨＰ空気を供給する供給ダクト内における可動ピストンの位置に依存する。したがって、エジェクタ出口の圧力の値は、ＨＰ空気の供給ダクトにおける可動ピストンの位置に直接に依存する。

ＵＳ ２００３／０２０５０４９によれば、ＨＰ空気をキャビティに供給する供給ダクト内における空圧制御式アクチュエータの可動ピストンの位置は、混合キャビティ出口の混合空気の圧力によって自動的に調整される。この目的のため、ＵＳ ２００３／０２０５０４９では、可動ピストンの案内を果たすように構成されたアクチュエータ本体を含むアクチュエータによって変位を生じる可動ピストンが設けられる。このアクチュエータ本体は閉鎖チャンバをさらに含み、この閉鎖チャンバが、混合キャビティ出口とこの閉鎖チャンバとの間に配設されたフィードバックダクトを介して、混合キャビティ出口から取られる空気の供給を受ける。アクチュエータは、可動ピストンとアクチュエータ本体との間に配設された閉鎖ばね、および吐出し口をさらに含む。そこで、可動ピストンは、各瞬間毎に、とりわけ閉鎖チャンバの圧力、ばねの剛性、吐出し口の寸法などによって決まる平衡位置を取る。

こうしたエジェクタは、混合キャビティにＨＰ空気およびＩＰ空気を供給する供給ダクトを流れる空気の圧力の値にかかわりなく、エジェクタ出口に一定の公称圧力を得ることを可能にする。

さらに、こうしたエジェクタは、公称圧力に到達したときは、エジェクタ出口から取られる空気による操作を受けて可動ピストンが閉位置に変位することによってＨＰ空気の利用を自動的に制限することができる。

最後に、こうしたエジェクタ、とりわけ、空圧アクチュエータは、５００℃に達し得るエンジンから取ったＨＰ空気の温度に耐えることができるものであると同時に、エジェクタ出口の空気の圧力が公称値に達したときには、エンジンから取るＨＰ空気への依存を制限することができる利用可能なエネルギー資源を用いることができる。

その一方で、こうした既知のエジェクタは、公称圧力と異なる圧力を混合キャビティ出口に供給するように制御することができない。この圧力は、ダクトの断面積、アクチュエータのばねの剛性、および一般にエジェクタの特徴全体に依存する。換言すれば、ＵＳ２００３／０２０５０４９によるエジェクタは、ＨＰおよびＩＰ圧力の値にかかわりなく、所定の公称圧力をもつ空気をエジェクタ出口に供給できるようにその製造時点で設計されていなければならず、その後、その公称圧力は調整することができない。そのため、そのようなエジェクタを適用できるのは、そのエジェクタがそれに合わせて設計された特定の用途に限定される。

また、エジェクタ出口に供給される圧力は、ダクトの断面積、ばねの剛性、吐出し口の寸法等、エジェクタの特徴に密接に関係する。これらの特徴は、設計事務所で、たとえばバーチャルモデルを作製することによって決定される。理論的特徴とそれに対応する実際の特徴との間のずれは、エジェクタ出側で実際に得られる公称圧力の変化をもたらす。言葉を換えれば、こうしたエジェクタはその特徴に関して十分な許容度がない。

本発明は、そうした不都合に対処し、エジェクタ出口に供給される空気圧の値を指令値に従って変化させることが可能な噴射断面積可変の気体混合エジェクタを提案することを目的とする。

本発明は、また、エジェクタの給気圧力の値に左右されない空気圧をエジェクタ出口にもたらすようなエジェクタを提案することを目的とする。

本発明は、また、その特徴に関して十分な許容度のある噴射断面積可変の気体混合エジェクタを提案することを目的とする。

本発明は、また、あらゆる種類の航空機への設置が可能で、取付けに構成され得るようなエジェクタを提案することを目的とする。

本発明は、また、超高温の気体を給気することができるようなエジェクタを提案することを目的とする。

本発明は、また、量産が可能で、あらゆる種類の航空機への取付けのために調整することができる噴射断面積可変のエジェクタを提供することを目的とする。

本発明は、また、エジェクタ出口の圧力を微細かつ正確に調節することができる噴射断面積可変のエジェクタを提供することを目的とする。

そこで、本発明は、
− 気体混合キャビティと、
− 前記混合キャビティ内に開口し、第１の圧力にされたＨＰ気体と呼ばれる気体を前記キャビティに供給する第１の供給ダクトと、
− 前記混合キャビティ内に開口し、前記第１の圧力とは異なる第２の圧力にされたＩＰ気体と呼ばれる気体を前記キャビティに供給する第２の供給ダクトと、
− 前記キャビティに接続され、前記混合キャビティによって混合された出側気体と呼ばれる気体の出口ダクトであって、前記出側気体が、前記混合キャビティに供給されるＨＰ気体とＩＰ気体の比率に依存する前記第１の圧力と前記第２の圧力の中間の圧力をもつ出口ダクトと、
− ＨＰ空気を供給する第１の供給ダクト内に配設された空圧アクチュエータであって、
・ 前記供給ダクト内におけるその位置が前記混合キャビティに向かうＨＰ気体の通過断面積を決定するプラグと連動する可動ピストンであって、前記ピストンの位置の変化がその通過断面積の変化をもたらすピストンと、
・ 与圧ダクトによって圧力が供給される前記可動ピストンの制御チャンバであって、その内部の圧力が前記可動ピストンの位置を決定する制御チャンバと、
を備える空気アクチュエータと、
− 第１の圧力源と呼ばれる圧力源と与圧ダクトとの間に配設された空圧回路である動力回路であって、制御圧力と呼ばれる圧力を与圧ダクトを通して制御チャンバに供給するように構成された動力回路と、
を備える、噴射断面積可変の気体、とりわけ空気混合エジェクタにおいて、
動力回路が、第１の圧力源と与圧ダクトとの間に配設されて動力回路にリークを生じるように構成された少なくとも１つのリーク弁を備え、調整可能なそのリーク流量の値がアクチュエータの制御チャンバに供給される圧力を決定することを特徴とするエジェクタに関する。

本発明によるエジェクタは、アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力を操作することで混合キャビティ内の気体混合物のＨＰ／ＩＰ比率を変えることができる。この圧力は、空圧アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力の値を、したがってエジェクタ出口の気体混合物の圧力の値を調整することを可能にするリークを動力回路に生じるように構成されたリーク弁を備える動力回路によって供給される。

有利には、本発明によれば、前記リーク弁は、開位置と呼ばれる少なくとも１つの位置と閉位置と呼ばれる少なくとも１つの位置との間で変位するように構成されており、動力回路によって前記アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力は、リーク弁が開位置にあるときは、前記リーク弁が閉位置にあるときよりも小さい。

エジェクタ出口の圧力を下げる必要がある場合は、リーク弁を閉位置にすることによって動力回路のリークを減らして、空圧アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力が高くなるようにすると、その制御チャンバが膨張し、ＨＰ気体の通過断面積がプラグによって減らされる位置への可動ピストンの変位をもたらし、それによって混合チャンバに供給されるＨＰ空気の量が制限される。すると、エジェクタ出口の新たな混合物は、リーク弁の閉鎖以前よりもＨＰ気体の比率が小さくなり、それによって混合物の圧力は低下することになる。反対に、エジェクタ出口の圧力を上げる必要がある場合は、リーク弁を開位置にすることによって空圧回路のリークを増やして、アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力が下がるようにすると、その制御チャンバが収縮し、ＨＰ気体の通過断面積が広がる位置への可動ピストンの変位をもたらし、それによって混合チャンバに供給されるＨＰ空気の量が増える。すると、エジェクタ出口の新たな混合物は、リーク弁の開放以前よりもＨＰ気体の比率が大きくなり、それによって混合物の圧力は増大することになる。

有利には、本発明によれば、前記リーク弁は、制御チャンバに供給される圧力が第１の圧力源の圧力となる全閉位置と呼ばれる閉位置と、リーク弁が最大限に開いた状態に相当する、全開位置と呼ばれる開位置との間で変位するように構成される。

本発明によるエジェクタは、少なくとも１つのリーク弁を備えた空圧アクチュエータの制御チャンバに対して供給を行う空圧回路を具備しており、そのため、パラメータ化可能な指令圧力をエジェクタ出口にもたらすことができる。

本発明によるエジェクタの空圧回路は１つまたは複数のリーク弁を備えることができる。それぞれのリーク弁は様々な形態および構造で実現することができる。本発明によるリーク弁は、全閉全開リーク弁であっても、比例弁であってもよい。

しかし、本発明によれば、有利には、少なくとも１つのリーク弁は、リーク流量の連続的な変化を可能にするために最大開放位置と呼ばれる開位置と前記閉位置との間で連続的に変位できるように構成された比例弁である。

本発明のこの変形形態によるエジェクタは、そうしたリーク弁によって発生するリーク流量を連続的かつ正確に加減することができるものであり、それによって、アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力を連続的かつ正確に調整し、したがってＨＰ気体供給ダクト内でプラグの連続的かつ正確な位置決めを行うことができる。したがって、エジェクタ出口で得られる気体混合物はＨＰ気体およびＩＰ気体を正確に配合したものであることができ、そのために、ＨＰ気体の圧力に近い値とＩＰ気体の圧力との中間の、連続的な調整が可能なあらゆる値を取りうる所定の圧力を得ることができる。

ＨＰ気体供給ダクトを完全に塞げば、エジェクタ出口の気体はＩＰ気体圧力と同じ圧力をもつことができる。それに対して、ＩＰ気体ダクトは塞ぐことができないため、そうしたエジェクタがエジェクタ出口に供給することができる最大圧力はＨＰ気体の圧力の値よりも小さい。

リーク弁の開閉は、機械、空圧、電気など、様々な手段によって行うことができる。

有利には、本発明によるエジェクタは、前記リーク弁を前記全開位置と前記全閉位置との間で相互に変位させることができるように構成された電動機を備える。

有利には、本発明によるエジェクタは、
− エジェクタ出口に配設され、前記出側気体の圧力を表す圧力測定信号と呼ばれる信号を送出するように構成された圧力センサと、
− エジェクタがエジェクタ出口に供給すべき指令圧力の値を表す指令信号および圧力センサによって送出される圧力測定信号を受け取るように構成された電気制御ユニットであって、前記リーク弁の開閉をもたらすように構成された制御を電動機に与えることで制御チャンバに供給される圧力の値を変え、それによってプラグがＨＰ気体供給ダクト内で変位でき、エジェクタがエジェクタ出口に前記指令圧力で出側気体を供給するように構成された電気制御ユニットと、
を備える。

そのようなエジェクタは、エジェクタ出口の指令圧力および圧力測定値を受け取るように構成された電気制御ユニットを備え、エジェクタがエジェクタ出口に指令圧力の気体混合物を提供することを可能にする個々のリーク弁の変位を電動機がもたらすように電動機に伝送すべき電動機制御の評価を行うことができる。

したがって、そうしたエジェクタはエジェクタ出口圧力の調節を行うことが可能である。この調節は、個々のリーク弁の開閉を直接または間接的にもたらすように構成された電動機の利用によって微細かつ正確となりうる。

したがって、この実施形態によるエジェクタは、電動機と、そのエジェクタによって供給される圧力を、エジェクタが約５００℃の温度にさらされる場合も含め、調整することができる電気的制御とを備える。これは、電気的な制御と空圧による制御とを切り離すことによって可能となったものである。とりわけ、動力回路は空圧アクチュエータの制御チャンバに圧力を供給する。この動力回路は、リーク断面積の調整によって流量の調整が可能なリーク弁を有する。このリーク断面積は、電動機によって直接または間接的に制御される。そのため、電動機は、圧力および温度に関して混合エジェクタの厳しい環境に直接にさらされることがない。

この変形形態によるエジェクタは圧力が監視される。しかし、温度監視を設けることを妨げるものはない。

そこで、有利には、本発明によるエジェクタは、
− エジェクタ出口に配設され、前記出側気体の温度を表す温度測定信号と呼ばれる信号を送出するように構成された温度センサと、
− エジェクタがエジェクタ出口に供給すべき指令温度の値を表す指令信号および温度センサによって送出される温度測定信号を受け取るように構成された電気制御ユニットであって、前記リーク弁の開閉をもたらすように構成された制御を電動機に与えることで制御チャンバに供給される圧力の値を変え、それによって前記プラグが前記第１のダクト内で変位でき、エジェクタがエジェクタ出口に前記指令温度で出側気体を供給するように構成された電気制御ユニットと、
を備える。

もう１つの変形形態によれば、エジェクタは圧力センサと温度センサを同時に備えることができ、制御ユニットは温度および圧力の測定値に応じて制御を評価することができる。

有利には、本発明によれば、前記リーク弁は三方弁であり、第１の流路は前記与圧ダクトに接続され、第２の流路は前記第１の圧力源に接続され、第３の流路は、前記第１の圧力源の圧力よりも低い圧力のリークタンクに接続される。

そうした三方リーク弁は、アクチュエータの制御チャンバに供給される圧力の値を２つの圧力値の間で加減することを可能にする。

有利には、本発明によれば、前記三方リーク弁は、前記第１の流路が前記第２の流路と直接に連通して前記制御チャンバに供給される圧力が前記第１の圧力源の圧力となる前記全閉位置に相当する位置と、前記第１の流路が第３の流路と直接に連通して制御チャンバに供給される圧力が前記リークタンクの圧力となる前記全開位置に相当する位置との間で連続的に変位するように構成された弁体を備える。

有利には、本発明によれば、前記第１の圧力源と前記リークタンクの圧力との中間で前記アクチュエータの前記制御チャンバに供給される前記圧力の変化が得られるように前記弁体を変位させることができるように前記電動機が構成される。

本発明のこの変形形態によれば、リーク弁の位置は、リーク弁内部に配設された弁体の位置によって決まる。この弁体の変位は電動機によって条件づけられる。

電動機は、弁体に直接に作用することも、制御回路を介して弁体に間接的に作用することも、あるいはリーク弁の制御回路の一部をなすこともできる。

有利には、本発明によるエジェクタは前記リーク弁の制御回路を備え、前記制御回路は、
− ２つのチャンバの境界を画定するダイアフラムであって、２つのチャンバが、調整圧力と呼ばれる圧力の供給を受けるように構成された調整チャンバと、前記ダイアフラムに結合された調圧ばねを含む調圧チャンバであり、前記ダイアフラムの平衡位置が前記調整圧力および前記調圧ばねの剛性に依存するダイアフラムと、
− 前記ダイアフラムの変位が前記リーク弁の前記弁体の変位をもたらすように前記ダイアフラムおよび前記弁体に結合された剛体の棒と、
を備える空圧レギュレータを備える。

ダイアフラムの変位は、調圧ばねによって与えられる力と調整圧力によって加えられる圧力との間の平衡によってもたらされる。ダイアフラムの平衡がリーク弁の弁体位置を決定する。弁体の位置は制御チャンバに供給される制御圧力を決定する。

本発明によるエジェクタのレギュレータは、単動レギュレータまたは複動レギュレータのどちらでもよい。

有利には、本発明によれば、前記リーク弁の制御回路は、
− 第３の圧力源と呼ばれる圧力源と、
− 前記第３の圧力源と前記調整チャンバとの間に配設され、前記調整チャンバに調整圧力と呼ばれる圧力を供給するように構成された少なくとも１つのダクトと、
− 該ダクトにリークを生じ、それにより前記調整チャンバに供給される前記調整圧力を変化させることができるように構成された少なくとも１つのリーク弁と、
を備える。

制御回路のリーク弁は、アクチュエータの制御チャンバに対して供給を行う動力回路のリーク弁と同様、様々な構造で実現することができる。

有利には、本発明によれば、前記制御回路の前記リーク弁は、ダクトに設けられたオリフィスとそのオリフィスと対向して設けられた可動翼とによって構成され、前記翼の変位が前記調整チャンバに供給される前記調整圧力の変化を果たす。

レギュレータの調整チャンバに対する調整圧力供給の原理は、アクチュエータの制御チャンバに対する制御圧力供給の原理と同一である。とりわけ、この制御回路は、圧力源と調整チャンバとの間に設けられたリーク弁を含み、制御回路のそのリーク弁は制御回路にリークを生み出し、それによって調整チャンバに供給される圧力の値を変えることができるように構成されている。制御回路のこのリーク弁は、好ましくはノズル／翼型のシステムによって実現される。

有利には、本発明によれば、前記電動機は、前記制御ユニットによる制御を受けて前記翼の変位を果たし、それによって前記レギュレータの調整チャンバに供給される圧力を変えることで前記リーク弁を開閉させることができるように構成される。

この有利な変形形態によれば、電動機は翼を直接に回転駆動する。翼は好ましくは電動機の軸に固定される。

制御回路は、前記第３の圧力源とレギュレータの調整チャンバとの間に配設された一定数のダクトを備える。この制御回路は、本発明のこの変形形態によれば、ダクトの１つに設けられたオリフィスを備え、このオリフィスは少なくとも部分的に翼によって塞がれる。翼の変位は制御回路のリーク断面積を変化させることができ、したがって前記調整チャンバに供給される調整圧力を変化させることができる。

本発明のこの変形形態によれば、電動機は、翼を配設した軸を備える。電動機の軸の回転は翼の回転をもたらし、それによってそのリークの断面積を増大または減少させることができ、したがって調整チャンバに供給される圧力を減少または増大させることができる。

そこで、動力回路のリーク弁の制御は次のような一連のステップの結果として得られる。すなわち、電動機が制御回路の翼の位置を変化させ、その位置変化が調整チャンバに供給される調整圧力の値の変化をもたらし、その圧力値の変化がレギュレータのダイアフラムの変位をもたらし、ダイアフラムの変位がそのダイアフラムに接続された動力回路のリーク弁の弁体の変位をもたらす。

エジェクタ出口の指令圧力および圧力測定値を受け取るように構成された本発明によるエジェクタの電気制御ユニットは、さらに、電動機に伝送すべき電動機制御の評価を行うことができる。

本発明によるエジェクタの電動機はどのような種類のものでもよい。

ただし、有利には、本発明によれば、前記電動機は直流トルクモータである。そうしたトルクモータの制御はきわめて容易である。制御ユニットは、前記電動機に電流による指令を伝送し、それによって電動機軸の回転がもたらされ、したがってリークの断面積の変化がもたらされる。

アクチュエータの制御チャンバに圧力を供給するように構成された動力回路を備え、リーク弁と、そのリーク弁の位置を制御するように構成された制御回路とを備える本発明によるエジェクタにおいては、動力と制御が分離されている。

この分離は、従来技術のエジェクタがもち得なかった一定数の利点をもつ。とりわけ、空圧制御を空圧動力から分離することで、特に、アクチュエータのチャンバに供給するための動力気体の圧力よりも低い圧力の制御気体を含む制御回路を配置することができる。この低い圧力であることによって、限られた動力を発生する単純な電動機の利用が可能となるが、アクチュエータのチャンバに供給される動力気体の圧力に電動機がさらされる場合にはそうは行かない。こうした分離により、エジェクタのダクトを流れるＨＰ気体およびＩＰ気体の圧力差による制約も受けずにすませることができる。一般に、本発明によるエジェクタは航空機に装備されるものであり、ＨＰ気体はその航空機のエンジンから取り出される空気である。そのため、ＨＰ空気はエンジン定格の変化に影響される。

制御回路に対する供給源となる第３の圧力源はどのような種類のものでもよい。

ただし、有利には、本発明によれば、前記制御回路の前記第３の圧力源は、エジェクタ出口から取られた気体から所定の圧力を供給するように構成された減圧弁によって与えられる。

三方弁が空圧アクチュエータの制御チャンバに高圧と低圧との間の中間圧力の供給を行うことを可能にする高圧および低圧の圧力源はどのような種類のものでもよい。

有利には、本発明によれば、前記三方弁に接続される前記圧力源は周囲空気および前記ＨＰ気体である。

この変形形態によれば、高圧力源はＨＰ気体であり、低圧力源は周囲空気である。

本発明によるエジェクタの空圧アクチュエータはどのような種類のものでもよい。

好ましくは、このアクチュエータは単動空圧アクチュエータである。

有利には、本発明によれば、前記空圧アクチュエータは、
− 前記可動ピストン式プラグを備え、可動ピストンの案内手段を有するアクチュエータ本体と、
− 前記アクチュエータ本体および前記可動ピストンによって境界を画定される前記制御チャンバと、
− 前記アクチュエータ本体および前記可動ピストンによって境界を画定され、前記制御チャンバと対向し、前記ＨＰ気体を供給されるように構成された第２のチャンバと、
− 前記制御チャンバ内に配設され、制御チャンバの圧力と協働して可動ピストンを変位させる力を前記可動ピストンに対して及ぼすように構成された閉鎖ばねと、
を備える。

閉鎖ばねは、基本的に、制御チャンバに供給される制御圧力と協働して、可動ピストンの変位操作を行うことを可能にする。

本発明によるエジェクタは様々な形態および寸法を取ることができる。同様に、ＨＰ気体およびＩＰ気体の混合キャビティの供給ダクトも様々な形態および寸法を取ることができる。

有利には、本発明によれば、ＨＰ気体およびＩＰ気体の前記供給ダクトは前記混合キャビティ内に同心状に開口する。

そのため、ＨＰ気体混合キャビティの供給ダクトはＩＰ気体キャビティの供給ダクトの内部に収まる。そこで、ＩＰ気体供給ダクトの断面は環状である。

こうした構造設計は噴射断面積可変エジェクタの外形寸法を制限し、混合キャビティ入口での気体の混合に有利に作用することができる。

有利には、本発明によれば、前記混合キャビティの前記供給ダクトは円錐形であり、空圧アクチュエータの可動ピストンに剛結合した前記プラグは、円錐形の前記供給ダクト内に広がる円錐形のニードル弁である。

こうした形状の協働により、混合キャビティ内のＨＰ気体噴射断面積を変化させることができる。

本発明による混合エジェクタは、とりわけ航空機の空調システムに装備するためのものである。

そこで、有利には、本発明によれば、前記ＨＰ気体は航空機のエンジンから取り出された高圧空気であり、前記ＩＰ気体は航空機の客室内から取られた機内圧力の空気である。

本発明は、さらに、上記または下記の特徴のすべてまたは一部を組み合わせたものを特徴とする噴射断面積可変エジェクタに関する。

本発明のその他の特徴、目的および利点は、添付の図面を参照しながら本発明の一実施形態を非限定的な例として示す以下の説明を読むことで明らかになるであろう。

アクチュエータ、リーク弁およびそのリーク弁の制御回路を含む本発明の一実施形態によるエジェクタの概略図である。 本発明の別の実施形態によるエジェクタの概略図である。 リーク弁が開位置にある、本発明の一実施形態によるエジェクタのアクチュエータおよびリーク弁の概略図である。 リーク弁が閉位置にある、本発明の一実施形態によるエジェクタのアクチュエータおよびリーク弁の概略図である。 本発明の別の実施形態によるエジェクタの概略図である。

本発明によるエジェクタは、図１に示すように、気体混合キャビティ１を備える。この気体混合キャビティ１には、キャビティ１内に開口するダクト２によってＨＰ気体と呼ばれる高圧気体が、また、キャビティ１内に開口するダクト３によってＩＰ気体と呼ばれる低圧気体が供給される。

混合キャビティ１は、ダクト２、３によって混合キャビティ１に供給されるＨＰ気体とＩＰ気体の混合によって生じる出側気体を出口ダクト４に供給する。出口ダクト４によって供給されるこの出側気体は、圧力ＩＰと圧力ＨＰとの中間の圧力をもつ。

本発明によるエジェクタは、ダクト２に配設された空圧アクチュエータ１０をさらに備える。この空圧アクチュエータ１０は、ダクト２内における位置によって混合キャビティ１に向かうＨＰ気体の通過断面積が決まるプラグ１２と連動する可動ピストン１１を備える。ピストン１１の位置の変化はその通過断面積の変化をもたらす。アクチュエータ１０はさらに可動ピストン１１の制御チャンバ１３を備える。この制御チャンバ１３は与圧ダクト１４によって圧力の供給を受けるように構成される。この制御チャンバ１３内の圧力が可動ピストン１１の位置を決定し、したがってダクト２におけるプラグ１２の位置を決定する。プラグ１２の位置の変化はキャビティに向かうＨＰ空気の通過断面積の変化を、したがって出側気体の圧力の変化をもたらすものなので、制御チャンバ１３内の圧力が出側気体の圧力を決定する。

本発明によるエジェクタは、第１の圧力源２１と呼ばれる圧力源と前記与圧ダクト１４との間に配設された動力回路２０と呼ばれる空圧回路をさらに備える。この動力回路２０は制御圧力と呼ばれる圧力を与圧ダクト１４を経由して制御チャンバ１３に供給するように構成される。

この動力回路２０は第１の圧力源２１と与圧ダクト１４との間に配設された少なくとも１つのリーク弁２２を備える。このリーク弁２２は、アクチュエータ１０の制御チャンバ１３に供給される圧力を変えることを可能にする動力回路２０にリークを生じさせるように構成される。

動力回路２０のリーク弁２２は既知のどのような種類のものでもよい。ただし、好ましくは、リーク弁２２は比例弁、たとえば三方比例弁である。この三方比例弁２２は、図示するように、与圧ダクト１４と接続された第１の流路２３、第１の圧力源２１と接続された第２の流路２４、およびリーク流路の役割を果たす第３の流路２５を備える。

この第３の流路２５は、図１に示すように、リーク弁２２周辺の大気雰囲気に開口することができる。

図２に示すような別の実施形態によれば、その第３の流路２５は、第１の圧力源２１の圧力より低い圧力のリークタンク２６に接続することができる。このリークタンク２６は第２の圧力源の役割を果たす。

そこで、この実施形態によるエジェクタのリーク弁２２は、第１の圧力源２１の圧力とリークタンク２６の圧力との中間の制御圧力である圧力を空圧アクチュエータ１０の制御チャンバ１３に供給することができる。

三方リーク弁２２の制御は、好ましくは、第１の流路２３が第２の流路２４と直接に連通するリーク弁２２の全閉位置に相当する位置と、第１の流路２３が第３の流路２５と直接に連通するリーク弁２２の全開位置に相当する位置との間で連続的に変位するように構成された弁体２７を介して伝達される。

リーク弁２２が全閉位置にあるとき、制御チャンバ１３に供給される圧力は第１の圧力源２１の圧力である。

リーク弁２２が全開位置にあるとき、制御チャンバ１３に供給される圧力はリークタンク２６の圧力である。

リーク弁２２が全開位置と全閉位置の中間位置にあるとき、制御チャンバ１３に供給される圧力は第１の圧力源２１の圧力とリークタンク２６の圧力との中間である。

本発明の特に有利な一実施形態によれば、リーク弁２２の弁体２７の変位はリーク弁２２の制御回路４０によって制御される。

リーク弁２２のこの制御回路４０は空圧レギュレータ３１を備える。この空圧レギュレータ３１は、図示するように、２つのチャンバの境界を画定するダイアフラム３２と、調整圧力と呼ばれる圧力の供給を受けるように構成された調整チャンバ３３と、ダイアフラム３２と結合された調圧ばね３５を含む調圧チャンバ３４とを備える。ダイアフラム３２の平衡位置は調整圧力および調圧ばね３５の剛性に依存する。このばね３５は、たとえば平線コイルばねなど、どのような種類のものでもよい。

こうしたレギュレータ３１は、ダイアフラム３２およびリーク弁２２の弁体２７と連動する剛体の棒３０をさらに備える。

そこで、ダイアフラム３２の変位は弁体２７の変位をもたらす。したがって、弁体２７の変位は調整チャンバ３３に供給される調整圧力に依存する。

そのため、制御回路４０は、第３の圧力源２８と呼ばれる圧力源と、第３の圧力源２８と調整チャンバ３３との間に配設された少なくとも１つのダクトと、調整チャンバ３３に供給される圧力を変化させることができる制御回路４０のダクト１５にリークを発生させるように構成されたリーク弁４１とをさらに備える。

制御回路４０のこのリーク弁４１は、有利な一実施形態によれば、図示するとおり、ダクト１５に設けられたオリフィス４２と、そのオリフィス４２と対向して配設された可動翼４３とによって構成される。翼４３の変位は、リークの断面積の変化を、したがって調整チャンバ３３に供給される調整圧力の変化をもたらす。

この翼４３の変位は、本発明の有利な一実施形態によれば、電動機７によって行われる。

たとえば、翼４３は、電動機７の軸に取り付けて、電動機軸を動かしたとき、制御回路４０のリークの断面積の増減を行うように翼４３を少なくとも数度回転させることができるようにすることができる。

本発明の有利な一実施形態によれば、エジェクタは、翼４３の変位をもたらすように構成された制御を電動機７に与えるように構成された制御ユニット８をさらに備える。翼４３の変位は、レギュレータ３１の調整チャンバ３３に供給される圧力を変化させることができる。この圧力変化はダイアフラム３２の変位をもたらす。ダイアフラム３２のこの変位は剛体の棒３０の変位をもたらす。棒３０のこの変位は弁体２７の変位をもたらす。弁体２７のこの変位は制御チャンバ１３に供給される圧力を変化させることができる。この圧力変化はダクト２内のプラグ１２の変位をもたらす。プラグのこの変位は、混合キャビティ１内のＨＰ／ＩＰ気体の比率の変化をもたらす。比率のこの変化は出口ダクト４における出側気体の圧力の変化をもたらす。

電動機７は、たとえば、制御ユニット８から与えられる直流電流による制御を受けるように構成されたトルクモータである。制御ユニットは、たとえば、数ｍＡから３５０ｍＡの範囲の直流電流を供給するように構成された直流モータの制御ユニットである。

制御ユニット８によって電動機７に与えられる制御は、本発明のこの実施形態によるエジェクタの圧力調整を行うことを可能にする。

この実施形態によるエジェクタは、図示するとおり、エジェクタ出口に配設され、エジェクタ出口の気体の圧力を表す圧力測定信号と呼ばれる信号を前記制御ユニット８に送るように構成された圧力センサ４５をさらに備える。このセンサ４５は既知のどのような種類のものでもよい。

制御ユニット８は、さらに、リンク４６によって伝達される指令信号を受け取るように構成される。この指令信号は、エジェクタがエジェクタ出口において供給しなければならない指令圧力値を表すものとすることができる。リンク４６は、有線リンクでも、無線リンクでも、さらに一般的に電気信号を制御ユニットに伝送するように構成されたあらゆる種類のリンクでもよい。

その上で制御ユニット８は、圧力センサ４５から与えられる圧力値と指令圧力値を比較し、電動機７がエジェクタ出口の圧力を変える一連の動作を開始できるようにする電動機制御を決定することができる。

本発明の一実施形態によれば、アクチュエータ１０は、内部にプラグ１２と連動するピストン１１が収められたアクチュエータ本体１６を備える。アクチュエータ本体１６は、可動ピストン１１が自由に平行移動するための案内手段をさらに備える。

アクチュエータは、アクチュエータ本体１６および可動ピストン１１によって画定される制御チャンバ１３をさらに備える。この制御チャンバ１３には、与圧ダクト１４によって制御チャンバ１３に供給される圧力と協働する力を可動ピストン１１に作用させるように構成されたばね１７が装備される。

アクチュエータは、可動ピストン１１に関して制御チャンバ１３と反対側に位置する第２のチャンバ１８をさらに備える。この第２のチャンバ１８はＨＰ気体が供給されるように構成される。

したがって、可動ピストン１１の位置は、制御チャンバ１３内の圧力、ばね１７の剛性、および第２のチャンバ１８のＨＰ圧力に依存する。

図３および４は、リーク弁２２の弁体２７の位置とアクチュエータ１０の可動ピストン１１の位置の関係について２つの例を示したものである。

図３では、弁体２７は、与圧ダクト１４が圧力源２１の高圧による供給を直接に受ける位置にある。したがって、制御チャンバ１３はその高圧による供給を受ける。それにより、可動ピストン１１は完全に押し出された位置にある。そのため、プラグ１２は混合キャビティ１に向かうＨＰ気体の通過断面積を最大限減少させ、それによってエジェクタ出口の気体圧力を下げることができる。

図４では、弁体２７はリークが最大となる位置にある。そのため、制御チャンバ１３に供給される圧力は最小となる。制御チャンバ１３と、プラグ１２にかかる動的圧力場に第２のチャンバ１８が加わったものとの圧力差が可動ピストン１１を完全に引き込まれた位置に変位させる。そのため、プラグは、混合キャビティ１に向かうＨＰ気体の通過断面積が最大となる位置に変位する。それにより、気体出口の気体圧力が上がる。

ダクト２およびプラグ１２は様々な形状を取ることができる。

本発明の有利な一実施形態によれば、図示するように、混合キャビティ１の供給ダクト２は円錐形であり、プラグ１２は円錐形のニードル弁で、プラグの変位が混合キャビティ１に向かうＨＰ気体の通過断面積を連続的に変化させるようにそのダクト２内に広がる。

本発明によるエジェクタは、圧力の異なる様々な気体の混合を可能にする。

本発明によるエジェクタは、とりわけ航空機の空調回路に装備するためのものである。そこで、ＨＰ気体は航空機のエンジンから取り出される高圧空気であり、ＩＰ気体は航空機の客室内から取られる空気である。

ただし、本発明によるエジェクタに給気するためにその他の空気源を用意することを妨げるものは何もない。

同様に、第１、第２および第３の圧力源はどのような種類のものでもよい。

本発明の有利な一実施形態によれば、第１の圧力源はＨＰ気体が流れるダクト２であり、第２の圧力源はエジェクタ近傍の周囲空気であり、第３の圧力源はエジェクタ出口の混合気体に由来する。

この第３の圧力源は、有利には、図５に示すように、エジェクタ出口の気体から一定圧力を供給するように構成された減圧弁４８を介して得られる。この減圧弁４８は、高圧または中圧の圧力源から減圧した圧力を供給するための既知のあらゆる手段によって実現することができる。

本発明によるエジェクタは、ここに記載しない多数の変形形態の対象となり得る。

とりわけ、本発明によるエジェクタは、複数のリーク弁およびそれらリーク弁の複数の制御電動機を備えることができる。

本発明によるエジェクタはエジェクタ出口の圧力を正確に調整することができる。とりわけ、本発明によるエジェクタは、一定でない２つの圧力源からエジェクタ出口に一定の圧力を供給することができる。

したがって、本発明によるエジェクタはエンジンからのＨＰ空気の取り出しへの依存を抑えることができ、それによりとりわけ燃料の使いすぎを抑えることが可能になる。さらに、こうしたエジェクタは空調システムへの装備を目的としているため、典型的には航空機のエンジンと一次熱交換器との間に配設される予冷却装置を小型化することが可能である。

本発明によるエジェクタでは、航空機のエンジンからの空気の取り出しが制限されるので、エンジンの出力を増大させることもできる。

本発明によるエジェクタは、さらに、航空機のエンジンの寿命を延ばすこともできる。これは、こうしたエジェクタによって空気の取り出しを減らすことができるため温度が引き下げられることによるものである。

さらに、本発明によるエジェクタでは、航空機のエンジンの無負荷運転時により高い圧力が利用可能となるので、空圧アクセサリ類の重量を減らすことが可能となる。

Claims (17)

1. 気体混合キャビティ（１）と、
   前記混合キャビティ（１）内に開口し、第１の圧力にされたＨＰ気体と呼ばれる気体を前記混合キャビティ（１）に供給する第１の供給ダクト（２）と、
   前記混合キャビティ（１）内に開口し、前記第１の圧力とは異なる第２の圧力にされたＩＰ気体と呼ばれる気体を前記混合キャビティ（１）に供給する第２の供給ダクト（３）と、
   前記混合キャビティ（１）に接続され、前記混合キャビティ（１）によって混合された出側気体と呼ばれる気体の出口ダクト（４）であって、前記出側気体が、前記混合キャビティ（１）に供給されるＨＰ気体とＩＰ気体の比率に依存する前記第１の圧力と前記第２の圧力の中間の圧力をもつ出口ダクト（４）と、
   ＨＰ気体を供給する第１の供給ダクト（２）内に配設された空圧アクチュエータ（１０）であって、
   前記第１の供給ダクト（２）内における位置が前記混合キャビティ（１）に向かうＨＰ気体の通過断面積を決定するプラグ（１２）と連動する可動ピストン（１１）であって、前記ピストン（１１）の位置の変化がその通過断面積の変化をもたらすピストン（１１）と、
   与圧ダクト（１４）によって圧力が供給される前記可動ピストン（１１）の制御チャンバ（１３）であって、その内部の圧力が前記可動ピストン（１１）の位置を決定する制御チャンバと、
   を備える空気アクチュエータ（１０）と、
   第１の圧力源（２１）と呼ばれる圧力源と前記与圧ダクト（１４）との間に配設された空圧回路である動力回路（２０）であって、制御圧力と呼ばれる圧力を前記与圧ダクト（１４）を通して前記制御チャンバ（１３）に供給するように構成された動力回路（２０）と、
   を備える噴射断面積可変の気体、とりわけ空気の混合エジェクタにおいて、
   前記動力回路（２０）が、前記第１の圧力源（２１）と前記与圧ダクト（１４）との間に配設されて前記動力回路（２０）にリークを生じるように構成された少なくとも１つのリーク弁（２２）を備え、調整可能なそのリーク流量の値が前記空圧アクチュエータ（１０）の前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力を決定することと、
   前記エジェクタが、
   全開位置と呼ばれる位置であって、前記リーク弁が最大限に開いた状態に相当する位置と、全閉位置と呼ばれる位置であって、前記制御チャンバに供給される圧力が前記第１の圧力源の圧力となる位置との間で前記リーク弁（２２）を変位させることができるように構成された電動機（７）と、
   エジェクタ出口に配設され、前記出側気体の圧力を表す圧力測定信号と呼ばれる信号を送出するように構成された圧力センサ（４５）と、
   前記エジェクタがエジェクタ出口に供給すべき指令圧力の値を表す指令信号および前記圧力センサ（４５）によって送出される圧力測定信号を受け取るように構成された電気制御ユニット（８）であって、前記リーク弁（２２）の開閉をもたらすように構成された制御を前記電動機（７）に与えることで前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力の値を変え、それによって前記プラグ（１２）が前記第１のダクト（２）内で変位でき、前記エジェクタがエジェクタ出口に前記指令圧力で出側気体を供給するように構成された電気制御ユニット（８）と、
   を備えることを特徴とするエジェクタ。
2. 前記リーク弁（２２）が、前記リーク弁（２２）が最大限に開いた状態に相当する前記全開位置と、前記リーク弁（２２）が最大限に閉じた状態に相当する前記全閉位置との間で連続的に変位できて、リーク流量の連続的な変化が可能となるように構成された比例弁であることを特徴とする、請求項１に記載のエジェクタ。
3. エジェクタ出口に配設され、前記出側気体の温度を表す温度測定信号と呼ばれる信号を送出するように構成された温度センサと、
   前記エジェクタがエジェクタ出口に供給すべき指令温度の値を表す指令信号および前記温度センサによって送出される温度測定信号を受け取るように構成された電気制御ユニット（８）であって、前記リーク弁（２２）の開閉をもたらすように構成された制御を前記電動機（７）に与えることで前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力の値を変え、それによって前記プラグ（１２）が前記第１のダクト（２）内で変位でき、前記エジェクタがエジェクタ出口に前記指令温度で出側気体を供給するように構成された電気制御ユニット（８）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のエジェクタ。
4. 前記リーク弁（２２）が三方弁であり、第１の流路（２３）は前記与圧ダクト（１４）に接続され、第２の流路（２４）は前記第１の圧力源（２１）に接続され、第３の流路（２５）は、前記第１の圧力源（２１）の圧力よりも低い圧力のリークタンク（２６）に接続されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のエジェクタ。
5. 前記三方リーク弁（２２）が、前記第１の流路（２３）が前記第２の流路（２４）と直接に連通して前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力が前記第１の圧力源（２１）の圧力となる前記全閉位置に相当する位置と、前記第１の流路（２３）が前記第３の流路（２５）と直接に連通して前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力が前記リークタンク（２６）の圧力となる前記全開位置に相当する位置との間で連続的に変位するように構成された弁体（２７）を備えることを特徴とする、請求項４に記載のエジェクタ。
6. 前記第１の圧力源（２１）と前記リークタンク（２６）の圧力との中間で前記アクチュエータ（１０）の前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力の変化が得られるように前記弁体（７）を変位させることができるように前記電動機（７）が構成されることを特徴とする、請求項５に記載のエジェクタ。
7. 前記エジェクタが前記リーク弁（２２）の制御回路（４０）を備え、前記制御回路（４０）が、
   ２つのチャンバの境界を画定するダイアフラム（３２）であって、前記２つのチャンバが、調整圧力と呼ばれる圧力の供給を受けるように構成された調整チャンバ（３３）と、前記ダイアフラム（３２）に結合された調圧ばねを含む調圧チャンバ（３４）であり、前記ダイアフラム（３２）の平衡位置が前記調節圧力および前記調圧ばね（３５）の剛性に依存するダイアフラム（３２）と、
   前記ダイアフラム（３２）の変位が前記リーク弁（２２）の前記弁体（２７）の変位をもたらすように前記ダイアフラム（３２）および前記弁体（２７）に結合された剛体の棒（３０）と、
   を備える空圧レギュレータ（３１）を具備することを特徴とする、請求項５または６に記載のエジェクタ。
8. 前記制御回路（４０）が、
   第３の圧力源（２８）と呼ばれる圧力源と、
   前記第３の圧力源（２８）と前記調整チャンバ（３３）との間に配設され、前記調整チャンバ（３３）に調整圧力を供給するように構成された少なくとも１つのダクト（１５）と、
   前記制御回路（４０）の前記ダクト（１５）にリークを生じそれにより、前記調整チャンバ（３３）に供給される前記調整圧力を変化させることができるように構成されたリーク弁（４１）と、
   を備えることを特徴とする、請求項７に記載のエジェクタ。
9. 前記制御回路（４０）の前記リーク弁（４１）が、前記ダクト（１５）に設けられたオリフィス（４２）と、そのオリフィス（４２）と対向して配設された可動翼（４３）とによって構成されることを特徴とする、請求項８に記載のエジェクタ。
10. 前記電動機（７）が、前記制御ユニット（８）による制御を受けて前記翼（４３）の変位を果たし、それによって前記レギュレータ（３１）の前記調整チャンバ（３３）に供給される圧力を変えることで前記動力回路（２０）の前記リーク弁（２２）を開閉させることができるように構成されることを特徴とする、請求項９に記載のエジェクタ。
11. 前記制御回路（４０）の前記第３の圧力源（２８）が、エジェクタ出口から取られた気体から所定の圧力を供給するように構成された減圧弁（４８）によって与えられることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載のエジェクタ。
12. 前記三方リーク弁（２２）に接続される前記第１の圧力源（２１）が前記ＨＰ気体であることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載のエジェクタ。
13. 前記空圧アクチュエータ（１０）が、
    内部に前記可動ピストン（１１）が配設されたアクチュエータ本体（１６）であって、前記可動ピストン（１１）の自由な平行移動を案内する手段を有するアクチュエータ本体（１６）と、
    前記アクチュエータ本体および前記可動ピストンによって境界を画定される前記制御チャンバ（１３）と、
    前記アクチュエータ本体（１６）および前記可動ピストン（１１）によって境界を画定され、前記制御チャンバ（１３）と対向し、前記ＨＰ気体を供給されるように構成された第２のチャンバ（１８）と、
    前記制御チャンバ（１３）内に配設され、前記制御チャンバ（１３）に供給される圧力と協働して前記可動ピストン（１１）の変位を果たす力を前記可動ピストン（１１）に対して及ぼすように構成された閉鎖ばね（１７）と、
    を備えることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエジェクタ。
14. ＨＰ気体およびＩＰ気体の前記供給ダクト（２、３）が前記混合キャビティ（１）内に同心状に開口することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のエジェクタ。
15. 前記ＨＰ気体が航空機のエンジンから取り出された高圧空気であり、前記ＩＰ気体が航空機の客室内から取られた機内圧力の空気であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のエジェクタ。
16. 前記混合キャビティ（１）の前記第１の供給ダクト（２）が円錐形であること、および、前記プラグ（１２）が前記第１の供給ダクト（２）内に広がる円錐形のニードル弁であることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
17. 前記電動機（７）が直流トルクモータであることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載のエジェクタ。

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