JP5819814B2 - 可変周波数駆動による事前調節式空気ユニット - Google Patents

Description

本発明は、事前調節された空気、すなわち加熱された空気もしくは冷却された空気を、地上に停留された航空機に対して供給する事前調節式空気ユニットに関する。

地上において、航空機は典型的に、空気調節機器を駆動して該航空機の客室(cabin)を、旅客に対して快適な温度まで冷却または加熱すべく補助動力ユニット・エンジン(APU)を使用する。しかし、APUの動作は、ジェット燃料の消費、発生する音響的ノイズ、CO₂の放出などに関して高コストである。たとえば、A320航空機のAPUは、１時間当たり約160リットルの燃料を消費する。概略的な空気汚染に加え、１リットルのジェット燃料の消費は大気中への2.5kgのCO₂の放出に繋がるので、上記APUは１時間の動作当たりで約400kgのCO₂を放出する。

地上でのAPUの動作を回避するために、停留された航空機に対し、必要な事前調節された空気を供給する事前調節式空気ユニットが提供されている。上記事前調節式空気ユニットは、該当する空港にて利用可能な商用電源供給源から給電される。

公知の事前調節式空気ユニットにおいては依然として、コスト効率、融通性、および、保守性が問題である。

地上に停留された航空機に対して事前調節された空気を供給する新規な事前調節式空気ユニットが提供される。該新規な事前調節式空気ユニットは、典型的には−5℃〜＋5℃の範囲の温度であるという低温へと調節されるべき周囲空気を取入れるための空気取入口と、停留された航空機に対してたとえば一本以上のホースにより接続されて該停留された航空機に対して調節済み空気を供給する空気吐出口と、を備える流れダクトを画成する各壁部を備えるハウジングを有する。冷却損失を回避するために、上記流れダクトの外壁部は、断熱材料の層を備え得る。

上記事前調節式空気ユニットは、上記ハウジング内に収容された送風機であって、上記空気取入口から上記空気吐出口に向かう空気流を生成するために上記流れダクトに対して接続されたという送風機を更に備える。上記送風機は好適には、高効率の遠心ファンである。上記送風機には、好適には消振ダンパが組み付けられると共に、該送風機は、柔軟な接続構造により上記流れダクトに対して取付けられる。

上記新規な事前調節式空気ユニットは、少なくともひとつの冷却システムであって、その各々が、少なくともひとつのコンプレッサと、少なくともひとつの凝縮器と、少なくともひとつの膨脹バルブと、冷媒を含む冷媒流回路中に接続された少なくともひとつの蒸発器とを備える、という少なくともひとつの冷却システムを更に備える。

上記少なくともひとつの冷却システムの少なくともひとつのコンプレッサは、可変周波数ドライバから給電され得る。習用の事前調節式空気ユニットにおいて、コンプレッサは商用電源供給源から、すなわち、欧州においては50HzかつUSAにおいては60HzのAC電圧により給電される。故に、上記コンプレッサの最大容量は、商用電源供給源の周波数により決定される。好適には、上記新規な事前調節式空気ユニットにおける可変周波数ドライバの出力電圧および周波数は、現在の作動要件に従い上記少なくともひとつのコンプレッサを制御するために変更される。好適には、上記可変周波数ドライバは上記出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する。この様にして、上記少なくともひとつの冷却システムの各々は連続的に動作し得、すなわち、上記可変周波数ドライバの出力電圧および周波数は、夫々の少なくともひとつの蒸発器と相互作用している空気流を上記少なくともひとつのコンプレッサが制御設定値に従い冷却するために該コンプレッサにより必要とされるレベルまで、調節され得る。これにより、習用のon/off制御と比較して、上記少なくともひとつの冷却システムの寿命が増大され且つその電力消費量が減少される。

更に、可変周波数ドライバにより駆動されるコンプレッサの最大容量は、商用電源供給源から直接的に給電される同一のコンプレッサと比較して増大され得る。たとえば、75Hzの出力周波数を有する供給電圧によりコンプレッサを給電すると、欧州における商用電源供給源から直接的に給電される同一のコンプレッサと比較して、50％だけ該コンプレッサの冷却容量が増大される。

好適には、上記可変周波数ドライバの制御器(以下においては“VFD制御器”)は、上記可変周波数ドライバを、たとえば0Hzから上記コンプレッサの最大定格までに亙る可変的な出力周波数へと制御し得ることから、上記可変周波数ドライバから給電されるひとつ以上のコンプレッサは、たとえば上記流れダクト内の空気流の温度および流量に応じて、可変的な冷却容量の提供に対して制御され得る。

夫々のコンプレッサの電力供給のために複数の可変周波数ドライバが配備され得、たとえば、上記コンプレッサの各々は、夫々のコンプレッサの冷却容量を個別的に制御し且つ可能的に調節し得るという別体的な可変周波数ドライバから給電され得る。

各可変周波数ドライバは、上記ハウジング内の任意の適切な位置に配置され得ると共に、必要とされるひとつ以上のコンプレッサに対して電力供給のために適切に接続され得る。

上記事前調節式空気ユニットは、上記少なくともひとつの冷却システムの少なくともひとつの凝縮器と相互作用する凝縮器用空気流を生成することで上記少なくともひとつの凝縮器の除熱容量を増大する少なくともひとつの凝縮器用ファンを更に備え得る。

上記少なくともひとつの凝縮器用ファンの各々は、上記ハウジング内で凝縮器用空気流を提供するために該ハウジング内の任意の適切な位置に配置され得る。上記少なくともひとつの凝縮器用ファンの各々は、上記ハウジング内の空気吐出口を通して外方へと凝縮器用空気流を生成するために上記吐出口に隣接して配置され得ると共に、上記少なくともひとつの凝縮器の各々は、周囲温度において生成された凝縮器用空気流と相互作用するために空気取入口に隣接して配置され得る。明らかに、凝縮器用空気流の方向は反転され得るが、その場合に凝縮器用空気流は、上記少なくともひとつの凝縮器と相互作用する前に、上記ハウジング内の内部構成要素により加熱されることがある。

上記少なくともひとつの凝縮器用ファンの内の少なくともひとつは、可変周波数ドライバから給電され得る。習用の事前調節式空気ユニットにおいて、凝縮器用ファンは商用電源供給源から、すなわち、欧州においては50HzかつUSAにおいては60HzのAC電圧により給電されることから、凝縮器用ファン性能は商用電源供給源の周波数に対して固定される。好適には、上記VFD制御器は、上記少なくともひとつの凝縮器内の現在圧力などの如き現在の作動要件に従い上記少なくともひとつの凝縮器用ファンを制御するために、上記可変周波数ドライバの出力電圧および周波数を変更し得る。好適には、上記可変周波数ドライバは上記出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する。上記出力周波数は、0Hzから、上記少なくともひとつの凝縮器用ファンの最大定格周波数までにわたり得る。夫々の凝縮器用ファンの電力供給のために複数の可変周波数ドライバが配備され得、たとえば、上記凝縮器用ファンの各々は、別体的な可変周波数ドライバであって、夫々凝縮器用ファンにより生成された凝縮器用空気流量の制御により、該凝縮器用ファンの冷却容量を個別的に制御し且つ可能的に調節し得るという別体的な可変周波数ドライバから給電され得る。

各可変周波数ドライバは、上記ハウジング内の任意の適切な位置に配置され、必要とされるひとつ以上の凝縮器用ファンに対して電力供給のために適切に接続され得る。

上記事前調節式空気ユニットは更に、上記送風機に対して電力供給のために接続された可変周波数ドライバを更に備え得る。好適には、上記VFD制御器は、基本的には上記事前調節式空気ユニットに対して現在接続されている種類の航空機において受容され得る空気の量であるという現在の作動要件に従い上記送風機を制御するために、上記可変周波数ドライバの出力電圧および周波数を変更し得る。好適には、上記可変周波数ドライバは上記出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する。上記出力周波数は、0Hzから、上記送風機の最大定格周波数までにわたり得る。

上記新規な事前調節式空気ユニットは、主要ユニットと、該主要ユニット内に組み付けられたひとつ以上の自給式冷却モジュールを備え得る。上記主要ユニットは、上記各自給式冷却モジュールを受容して保持する複数の区画室を有するハウジングを含む。上記自給式冷却モジュールの各々は、上記少なくともひとつの冷却システムの内の少なくともひとつを備える。

上記少なくともひとつの冷却システムの各々は、公知の冷却機の原理に従い、且つ、地球温暖化の可能性が低いR134aの如き公知の冷媒により、動作する。

上記少なくともひとつの冷却システムの上記少なくともひとつの蒸発器は、上記流れダクト内の空気流と相互作用して該空気流を冷却するために、上記事前調節式空気ユニットの上記ハウジング内に組み付けられる。たとえば、上記少なくともひとつの蒸発器の冷却表面は、上記流れダクト内の空気流に対して大きな表面積にわたり直接接触するために、上記流れダクトの内側に位置決めされ得る。

上記少なくともひとつの冷却システムのひとつ以上のVFD制御器は更に、たとえば、上記少なくともひとつの蒸発器および上記少なくともひとつの凝縮器の上流および下流における空気流の温度を検知する各温度センサ、上記少なくともひとつの冷却システム内の冷媒の圧力を検知する各圧力センサなどの、上記少なくともひとつの冷却システムの各センサにより検知されたパラメータ値のデータ収集を実施し得る。

好適には、上記事前調節式空気ユニットは、該事前調節式空気ユニットの動作を制御すべく構成された中央制御器を有している。該中央制御器は、ユーザからのユーザ命令を受信するユーザ・インタフェースであって、ユーザに対してメッセージを出力するというユーザ・インタフェースに対して接続され得る。上記事前調節式空気ユニットは、以下の少なくともひとつを備え得る：入力キーおよびディスプレイを備えたユーザ・インタフェース・パネル、リモコン、コンピュータ・インタフェース、ネットワーク・インタフェース、スピーカなど。たとえば、基本的なユーザ入力のひとつは、上記事前調節式空気ユニットにより供給されるべき航空機の形式を指定する。この情報は、ユーザ・パネルの入力キーを使用して、もしくは、乗客搭乗ブリッジからリモコンを使用して入力され得るか、または、空港の建物管理システムから送信され得る。

上記中央制御器は更に、上記事前調節式空気ユニットの各VFD制御器の個別的な制御のために、該VFD制御器の幾つかまたは全てに対して接続され得る。たとえば、もし上記事前調節式空気ユニットが複数の冷却システムを備えるなら、上記中央制御器は上記冷却システムの各々のVFD制御器に対して個別的な温度設定値を出力し、且つ、上記個別的な温度設定値に応じ、VFD制御器の各々は、必要に応じて夫々の少なくともひとつのコンプレッサの冷却容量を制御することで、対応する少なくともひとつの蒸発器と相互作用した空気流の温度を調節し得る。

更に、上記冷却システムの各々は、複数の冷却システムの内のひとつが故障した場合に、故障した冷却システムは上記中央制御器に対して故障信号を送信すると共に、必要であれば作動停止し得る様に、故障検出に対して構成され得る。上記故障信号に応じて上記中央制御器は、上記事前調節式空気ユニットの内で適切に動作している残りの冷却システムの間において必要な冷却の量を自動的に調節すべく作動し得る。

上記中央制御器は、上記VFD制御器、および、上記流れダクト内のヒータを制御するSCRモジュールの如き可能的な他の被制御デバイスの幾つかもしくは全てに対し、CANバスの如きデータ／制御バスによりインタフェースされ得る。

上記事前調節式空気ユニットは更に、各可変周波数ドライバに対する給電のためにDC電圧電源を生成すべく該事前調節式空気ユニットの商用電源入力部に対して接続された整流器を有し得る。

上記商用電源供給源の歪みおよび劣化を抑制するために、上記整流器回路は、12パルス整流器または18パルス整流器または24パルス整流器などを備え得る。

上記事前調節式空気ユニットは、商用電源のコンセントを、地上電源車、ケーブル・コイル、運航体充電器などの、停留した航空機における他の機器と共有し得る。共有された商用電源のコンセントのピーク電力要件を低下させるために、上記事前調節式空気ユニットは、該事前調節式空気ユニットの電力消費量の制御のために電力共有制御入力部を備える。たとえば、該電力共有制御入力部は、たとえば上記地上電源車が大きな供給電流を吸引するときに上記事前調節式空気ユニットにより提供される冷却容量を低下させることにより、上記地上電源車の高負荷の動作の間において該事前調節式空気ユニットの電力消費量を低下させるべく動作され得る。上記地上電源車は典型的に、それが航空機から接続解除されるまで、ゲートから引き戻される前の短時間の間における最大負荷においてのみ動作し、接続解除された時点で、航空機自体の空気調節システムが引き継ぎを行う。それ以前に、上記航空機の旅客室(passenger cabin)は既に暫くの間は冷却されていたことから、引き戻しの前の短時間に亙る冷却容量の低下は、此処でも、上記事前調節式空気ユニットの全体的性能を深刻に低下させることはない。概略的に、短時間にわたり上記冷却容量を低下させても、上記事前調節式空気ユニットの全体的性能は深刻には低下されない。

上記事前調節式空気ユニットは、乗客搭乗ブリッジの下方もしくは頂部上に組み付けられ得ると共に、ブリッジ起動により自由に移動し得る。代替的に、上記事前調節式空気ユニットは、駐機場もしくは格納庫における該事前調節式空気ユニットの箇所の融通性のために台座脚部を備え得る。

上記の新規な事前調節式空気ユニットの複数台が、停留された航空機に対して事前調節された空気を協働して供給するために相互接続され得る。たとえば、２台の新規な事前調節式空気ユニットがマスタ／スレーブ構成で並列に結合され得、その場合に事前調節式空気ユニットの各々の出力は、停留された航空機に対して接続された共通ホースであって、上記航空機にて、事前調節された空気に対する該航空機の可能的には個別的な複数の入力部に対して供給を行う２本以上のホースへと可能的に分割されるという共通ホースに対して供給を行い得る。上記マスタは、該２台の事前調節式空気ユニットが、実質的に同一の温度における実質的に同一の量の事前調節された空気を停留された航空機に対して供与する如き様式で、上記スレーブを制御し得る。他の制御原理もまた適用され得る。たとえば、協働する各事前調節式空気ユニットのCANバスが、該協働ユニット間の制御共有の融通性のために相互接続され得る。

本発明の上記のおよび他の特徴および利点は、その好適実施形態を添付図面に関して詳細に記述することにより、当業者に対して更に明らかとなろう。

頂部が取り外された事前調節式空気ユニットの平面図である。 ２つの自給式冷却モジュールが夫々の区画室から引き出された事前調節式空気ユニットの斜視図である。 自給式冷却モジュールの斜視図である。 フォークリフト車による自給式冷却モジュールの操作法を示す図である。 組み付けの準備ができた事前調節式空気ユニットの斜視図である。 上記事前調節式空気ユニットの種々のモジュールおよび下位アセンブリの電気的な相互接続を示すブロック図である。 上記事前調節式空気ユニットのユーザ用インタフェース・パネルを示す図である。 頂部が取り外された別の事前調節式空気ユニットの上方からの図である。 マスタ／スレーブ構成で並列に結合された２台の事前調節式空気ユニットの平面図である。

次に本発明は本明細書にて以下において、本発明の好適実施形態が示される添付図面を参照して更に十分に記述される。但し、本発明は、異なる形態にて具現され得ると共に、本明細書中に示される実施形態に限定されると解釈されるべきでない。寧ろ、これらの実施形態は、この開示内容が十分かつ完全であると共に、本発明の有効範囲を当業者に対して十分に伝える様に提供されるものである。

図１は、地上に停留された航空機に対し、事前調節された空気を供給する新規な事前調節式空気ユニット10の好適実施形態の平面図を示している。事前調節式空気ユニット10は、流れダクト20を画成する(不図示の)頂壁部および底壁部に加え、壁部14a、14b、14c、14d、16a、16b、18を備えたハウジング12を備えた主要ユニットを有している。周囲空気は、ハウジング12の側壁部24における空気取入口22を通り、流れダクト20に進入する。流れダクト20はハウジング12の内側にて、事前調節式空気ユニット10の動作の間において空気が逆方向に流れるという２個の部分へと壁部16a、16bが該流れダクトを分割する様に折返される。上記側壁部はまた、停留された航空機に対して調節済み空気を供給するために、たとえば一本以上のホースにより、停留された航空機に対して接続される空気吐出口25も有している。空気流の方向は、矢印26a、26b、26c、26d、26eにより表される。空気は、空気取入口22の全体にわたり組み付けられた容易に交換可能なフィルタ28を通して吸引される。冷却損失を回避するために、上記流れダクトの外壁部14a、14b、14c、14dおよび頂壁部は、50mm厚の断熱材料の層を備えている。上記流れダクトの底部にて、断熱は、凝縮物を収集するための(不図示の)プレートの下方にて実現される。

流れダクト20に対しては、空気取入口22から空気吐出口25に向かう必要な空気流の生成のために送風機30が接続される。図示された事前調節式空気ユニット10において、送風機30は高効率の遠心ファンである。送風機30には消振ダンパが組み付けられると共に、該送風機は、柔軟な接続構造により流れダクト20に対して取付けられる。流れダクト20は、自由湿気の付随を阻止するために、低い空気速度に対して寸法設定される。

流れダクト20内には選択的なヒータ32が組み付けられることで、低い周囲空気温度の場合に事前調節式空気ユニット10が周囲空気を加熱することが許容される。

図２において最も明確に示された如く、図示された事前調節式空気ユニット10は、４つの夫々の個別的な自給式冷却モジュール36を受容して保持する４つの同様の区画室34を有している。

図３に示された如く自給式冷却モジュール36の各々は冷却システムを備え、該冷却システムは、たとえば、約40℃の上限の周囲温度における動作に対して選択されたR134aなどの、該当する空港の予想される上限の周囲温度に従い選択された冷媒を収容する冷媒流回路内に直列に接続された、コンプレッサ38、凝縮器40、膨脹バルブ42、および、蒸発器44を含んでいる。上記冷媒流回路は、閉じられてシールされたループを形成する。自給式冷却モジュール36の各々は、公知の冷却機の原理に従い動作する。

自給式冷却モジュール36の各々は、事前調節式空気ユニット・ハウジング12内における各自給式冷却モジュール36の組立ておよび取り外しが、冷却システムの分野における特殊な技術の無い対象者により実施され得る様に、各モジュール36の冷却システムに対する干渉なしで上記主要ユニットのハウジング12内に設置され得る。各自給式冷却モジュール36は、概略的に空港の地上機器の製造に特に適した別体的な現場における上記主要ユニットのハウジング12との後続的な一体化のために、冷却システムの製造に特に適したひとつの現場にて製造されることにより、事前調節式空気ユニット10の製造の融通性を高め且つその製造コストを減少し得る。更に、自給式冷却モジュール36は冷媒を含む予備部品として保存され得ることから、上記事前調節式空気ユニットから冷媒を完全排出するという面倒な作業を実施する必要なしで該事前調節式空気ユニットの補修が可能とされる。

事前調節式空気ユニット10の電源、制御回路機構およびユーザ・インタフェースによれば、該事前調節式空気ユニット10は設置された任意の台数の自給式冷却モジュール36により動作することが許容され、すなわち、図示された事前調節式空気ユニット10は、任意に選択された区画室34内に設置された単一の自給式冷却モジュール36により、または、夫々の任意に選択された区画室34内に設置された２つの自給式冷却モジュール36により、または、夫々の任意に選択された区画室34内に設置された３つの自給式冷却モジュール36により、または、夫々の任意に選択された区画室34内に設置された４つの自給式冷却モジュール36により、動作し得る。この様にして、各事前調節式空気ユニット10の生産ラインが提供されることで、同一の構成要素に基づき、異なる冷却容量を以て４種類の異なる事前調節式空気ユニット10が利用可能とされる。これにより、構成要素毎の購入コストと、構成要素毎のおよび完成された事前調節式空気ユニット10毎の両方に対する保存および操作コストを低減させることで、製造コストが低減される。更に、設置された４台より少ない自給式冷却モジュール36により空港において既に使用されている事前調節式空気ユニット10は、未積載の区画室34内に１台以上の自給式冷却モジュール36を設置することにより現場でアップグレードされ得る。

好適には各自給式冷却モジュール36は、該冷却モジュール36が主要ユニット10のハウジング12内に挿入されるときに、たとえば、該自給式冷却モジュール36の各々をハウジング12に対して締着するためのネジ、ナットおよびボルトを利用すると共に、(不図示の)電気コネクタを利用して上記冷却モジュールとハウジング12との間の必要な電気的相互接続を確立することにより、上記主要ユニットのハウジング12内に取外し可能に設置されることで、設置された自給式冷却モジュールをハウジング12から分離することが容易化される。

図２は、主要ユニット10から２つの自給式冷却モジュール36が引き出された図１の事前調節式空気ユニットを斜視にて示している。図５は、主要ユニット10のハウジング12内に２つの自給式冷却モジュール36が挿入かつ設置された図１および図２の事前調節式空気ユニットを斜視で示している。

モジュール36の取り外し性によれば事前調節式空気ユニット10の保守性が増進される、と言うのも、可能的に不調である自給式冷却モジュールは、該主要ユニット10のハウジング12から分離されると共に、該事前調節式空気ユニット10の最小限の不稼働時間を以て、機能するモジュール36により交換され得るからである。ひとつの冷却モジュール36は、約20分で交換され得る。また、不調である冷却モジュール36の代用のために、機能する冷却モジュール36が利用できない場合、事前調節式空気ユニット10は残りの冷却モジュール36を以て動作を継続し、すなわち、該事前調節式空気ユニット10は、低減された冷却容量を以てではあるが、完全に動作し続ける。更に、不調であるモジュール36は、補修のために、冷却システムの補修に対して特に適した別体的な現場に移動され得る。同様に、冷却回路の補修のために事前調節式空気ユニットの全体の取り外しおよび移動の可能的な要件が、このことにより低減される。好適には、自給式冷却モジュール36は図４に示されたフォークリフト車47による移動に対して適した物理的寸法を有することから、たとえば、保存、事前調節式空気ユニット10内への組み付け、および、保守のためのモジュール36の搬送が容易化される。たとえば、不調であるモジュール36は、フォークリフト車47によりハウジング12から取り外され得ると共に、適切に機能しているモジュール36がフォークリフト車47によりハウジング12内に設置され得る。

図示された事前調節式空気ユニット10において、各自給式冷却モジュール36の蒸発器44は、上記主要ユニットのハウジング12内に設置されるときに、流れダクト20内の空気流との最適な熱交換のために、壁部14a、14b、14c、14dにおけるスロットを通し、該ダクト20の内側に位置決めされる。蒸発器44はダクト20内に空気流の通過のための多数のチャネルを有することで、冷却システムの分野において公知である如く、該蒸発器44の内側を流れる空気流と冷媒との間における熱交換の大きな表面を提供する。壁部14a、14b、14c、14dにおけるスロットは、夫々の自給式冷却モジュール36が各区画室34内の夫々の作動位置に取付けられたときに、シールされる。自給式冷却モジュール36が無い場合、上記スロットはカバー・プレートによりシールされる。

複数の自給式冷却モジュール36により提供される多段階の冷却によれば、空気の湿気が効率的に凝縮されると共に、最後の下流の蒸発器44が結氷することが防止される。(不図示の)ステンレス鋼の凝縮パンおよび(不図示の)一体化された凝縮ポンプによれば、凝縮湿気が制御様式で除去されることが確実とされる。

上記冷却空気は、１本もしくは２本の14インチ・ホースを通して、図示された事前調節式空気ユニットを離脱する。

各自給式冷却モジュール36のコンプレッサ38の各々は、同様にして夫々の自給式冷却モジュール36内に配置された可変周波数ドライバ46から給電され得る。習用の事前調節式空気ユニットにおいて、上記コンプレッサは、商用電源供給源から、すなわち、欧州においては50HzかつUSAにおいては60HzのAC電圧により給電される。故に、上記コンプレッサの容量は、商用電源供給源の周波数により制限される。この制限は、上記の新規な事前調節式空気ユニットにおいては存在しない。好適に、上記可変周波数ドライバのVFD制御器は、現在の冷却要件に従いコンプレッサ38を制御するために、可変周波数ドライバ46の出力電圧および周波数を変更し得る。図示された事前調節式空気ユニットにおいて、可変周波数ドライバ46は上記出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する。

可変周波数ドライバ46により供給される出力電圧および周波数は、可変周波数ドライバの分野において公知である様式で上記VFD制御器により制御される。好適には、上記VFD制御器は、可変周波数ドライバ46を、たとえば0Hzからコンプレッサ38の最大定格周波数までに亙る可変的な出力周波数へと制御し得ることから、夫々の可変周波数ドライバ46から給電されるコンプレッサ38の各々は、可変的な冷却容量の提供に対して制御され得る。

上記自給式冷却モジュールの各々は、該モジュール36の上記VFD制御器に対して電気接続された温度センサ(図６における39)であって、蒸発器44の上流および下流の空気流の夫々の温度を検知し且つ検知された温度値を上記VFD制御器に対して送信するという温度センサを有し、且つ、上記VFD制御器は、検知されて各温度に応じて各コンプレッサ38の冷却容量を制御する。

自給式冷却モジュール36の各々は連続的に動作し、すなわち、可変周波数ドライバ46の出力電圧および周波数は、蒸発器44と相互作用した空気流を、コンプレッサ38が実質的に温度設定値まで冷却するために該コンプレッサにより必要とされるレベルまで調節される。これにより、コンプレッサ38のon/off制御と比較して、各冷却モジュール36の寿命が増大され且つその電力消費量が減少される。

事前調節式空気ユニット10は更に、凝縮器用空気流を生成するために側壁部50における開孔の全体にわたり組み付けられた２つの凝縮器用ファン48を備えることで、周囲空気は、各凝縮器40の熱交換表面からの除熱のために、矢印52a〜fにより示された如く、凝縮器40により覆われた自給式冷却モジュール36における開孔を通してハウジング12に進入せしめられる。

各凝縮器用ファン48は、１個の可変周波数ドライバ54から給電される。好適に、可変周波数ドライバ54の上記VFD制御器は、単一もしくは複数の凝縮器内の現在の圧力、効率などの如き現在の作動要件に従い各凝縮器用ファン48を制御するために、可変周波数ドライバ54の出力電圧および周波数を変更し得る。好適には、可変周波数ドライバ54は、上記出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する。上記出力周波数は、0Hzから、各凝縮器用ファンの最大定格周波数までにわたり得る。事前調節式空気ユニット10は更に、送風機30に対して電力供給のために接続された可変周波数ドライバ56を備える。好適には、可変周波数ドライバ56のVFD制御器は、基本的には上記事前調節式空気ユニットに対して現在接続されている種類の航空機において受容され得る空気の量であるという現在の作動要件に従い上記送風機を制御するために、可変周波数ドライバ56の出力電圧および周波数を変更し得る。好適には、可変周波数ドライバ56は上記出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する。好適には、可変周波数ドライバ56の制御器は、該可変周波数ドライバ56を、たとえば0Hzから上記送風機の最大定格周波数までに亙る可変的な出力周波数へと制御し得ることから、可変周波数ドライバ56から給電される送風機30は、たとえば、たとえば航空機の種類などのユーザ制御命令に応じて流れダクト20における空気流の可変的流量の提供に対して制御され得る。

事前調節式空気ユニット10は、該事前調節式空気ユニット10の動作を制御すべく構成された中央制御器60を有している。該中央制御器60は、ユーザ命令を受信するために、且つ、ユーザ・インタフェースのスピーカにより当該ユーザ・インタフェース・パネル58のディスプレイ上にてユーザに対してメッセージを出力するために、ユーザ・インタフェース・パネル58に対して接続される。

中央制御器60は、事前調節式空気ユニット10の全てのVFD制御器の個別的な制御のために、該VFD制御器に対して接続される。たとえば、上記中央制御器は事前調節式空気ユニット10のVFD制御器の各々に対して個別的な温度設定値を出力し、且つ、上記個別的な温度設定値に応じ、VFD制御器の各々は、必要に応じて夫々のコンプレッサ38の冷却容量を制御することで、対応する蒸発器44と相互作用した空気流の温度を調節する。更に、設置された各自給式冷却モジュール36の内のひとつが故障した場合、故障した冷却モジュールは故障信号を中央制御器60に対して送信して作動停止する。上記故障信号に応じ、中央制御器60は、事前調節式空気ユニット10にて残存する正常に動作する自給式冷却モジュール36間における必要な冷却の量を自動的に調節すべく動作する。

図６は、事前調節式空気ユニット10の種々のモジュールと下位アセンブリとの間の電気的相互接続を示すブロック図である。

図示された事前調節式空気ユニット10は、DC電圧電源の生成のために該事前調節式空気ユニット10の商用電源入力部64に接続された12パルス整流器62を有している。可変周波数ドライバを使用すると、商用電源入力の高調波歪みを引き起こすことがある。上記商用電源入力の歪みを最小化するために、商用電源の三相は、非調整12パルス完全ブリッジ整流器62において整流される六相へと変換される。12パルス整流器62、および、関連する変圧器66および入力フィルタ68の組み合わせによれば、商用電源への高調波フィードバックが低減される。更に、12パルス整流器62は、突入電流を制限するソフトスタート回路機構を含んでいる。そして更に、12パルス整流器62を利用すると、大きな入力力率、すなわち、たとえば0.96などの0.8より大きい力率に帰着し、これは商用電源からの少ない入力電流に帰着する。

フィルタリングされたDC電圧電源は、夫々の区画室34内に設置されたときにおける自給式冷却モジュール36の可変周波数ドライバ46の各々の電力供給のために、区画室34の各々へと経路設定される。

フィルタリングされたDC電圧電源は更に、送風機30の電力供給のために可変周波数ドライバ56へと、且つ、２つの凝縮器用ファン48の電力供給のために可変周波数ドライバ54へと経路設定される。

中央制御器60は、可能的な外部および内部の障害の調整、管理および診断を協働して行うマイクロコントローラおよびデジタル信号プロセッサに基づいている。これに加え、各可変周波数ドライバ46、54、56は、マイクロコントローラを備えることで、該当する可変周波数ドライバに対して接続されたデバイスの個別的な制御を実施する。更に、自給式冷却モジュール36の各々のVFD制御器は、夫々の冷却システムを監視すると共に、冷媒圧力が低すぎるもしくは高すぎるならば、冷却容量を減少するか冷却を停止する。

中央制御器60は自動的に、事前調節式空気ユニット10により実施される冷却を、選択された種類の航空機、周囲温度、湿度、客室温度、該事前調節式空気ユニット10から出射する空気流などに対して調節する。

中央制御器60と、可変周波数ドライバ46、54、56と、ヒータ32を制御するSCRモジュール70とは、図示された例においてはCANバスであるというデータ／制御バスに対してインタフェースされる。

事前調節式空気ユニット10は、商用電源のコンセントを、地上電源車、ケーブル・コイル、運航体バッテリ充電器などの、停留した航空機における他の機器と共有し得る。共有された商用電源のコンセントのピーク電力要件を低下させるために、事前調節式空気ユニット10は、該事前調節式空気ユニット10の電力消費量の制御のために(不図示の)電力共有制御入力部を備える。たとえば、該電力共有制御入力部は、たとえば高負荷の地上電源車動作の間において事前調節式空気ユニット10により提供される冷却容量を低下させることにより、地上電源車の高負荷の動作の間において該事前調節式空気ユニット10の電力消費量を低下させるべく動作され得る。上記地上電源車は典型的に、それが航空機から接続解除されるまで、ゲートから引き戻される前の短時間の間における最大負荷においてのみ動作し、接続解除された時点で、航空機自体の空気調節システムが引き継ぎを行う。それ以前に、上記航空機の旅客室は既に暫くの間は冷却されていたことから、引き戻しの前の短時間に亙る冷却容量の低下は、事前調節式空気ユニット10の全体的性能を深刻に低下させることはない。概略的に、短時間にわたり上記冷却容量を低下させても、事前調節式空気ユニット10の全体的性能は深刻には低下されない。

図７は、事前調節式空気ユニット10のユーザ・インタフェース・パネル58を示している。該ユーザ・インタフェース・パネル58は、全ての天候条件において視認可能なLCDディスプレイ72であって、全ての関連動作データを表示するというLCDディスプレイ72を含んでいる。上記ディスプレイは異なる複数のレベルにて情報を提供する：既定モードにおいて、該ディスプレイは、航空機の種類、客室温度などの、事前調節式空気ユニット10のステータスを示し；警告モードにおいて、該ディスプレイは、警告の種類、および、警告の履歴を示し；設定モードにおいて、該ディスプレイは調節され得る種々のパラメータを示す。

上記事前調節式空気ユニットは、該事前調節式空気ユニット10の遠隔制御、および、保守作業に対するデータ・ダンプなどの監視のために、ガルバニック絶縁されたRS485ポート、TCP/IPイーサネット・ポートなどの如きデジタル入力／出力ポートを含んでいる。

事前調節式空気ユニット10は、駐機場の駆動ブリッジの下側もしくは頂部に組み付けられると共に、ブリッジ起動と共に自由に移動され得る。代替的に、事前調節式空気ユニット10は、固定されたブリッジおよび格納庫の用途に対して該事前調節式空気ユニットの箇所の融通性のために、台座脚部を備え得る。

添付の各請求項の有効範囲内において、他の事前調節式空気ユニットが提供され得る。たとえば、モジュール式でない他の事前調節式空気ユニットが提供され得る。同様に、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個などの冷却システムの如き、異なる個数の冷却システムを備えた事前調節式空気ユニットも提供され得る。

図１、図２、図４、図５および図６に図示された例において、各冷却システムは直列に動作する。他の事前調節式空気ユニットは、並列に動作する複数の冷却システム、または、並列および直列の両方で動作する複数の冷却システムを備え得る。

たとえば、図８は、２組の自給式冷却モジュール36a、36bおよび36c、36dを備えた新規な事前調節式空気ユニット10の平面図を示している。地上に停留された航空機に対して事前調節空気を供給するために、各組において、夫々の自給式冷却モジュールは並列に動作し、且つ、２組の自給式冷却モジュールは直列に動作する。

図８に示された事前調節式空気ユニット10は、流れダクト20を画成する(不図示の)頂壁部および底壁部に加え、壁部14a、14b、14c、14d、18a、18bを備えたハウジング12を備えた主要ユニットを有している。周囲空気は、ハウジング12の側壁部24における空気取入口22を通り進入する。空気は、空気取入口22の全体にわたり組み付けられた容易に交換可能なフィルタ28を通して吸引される。空気取入口22には選択的なヒータ32が組み付けられることで、低い周囲空気温度の場合に事前調節式空気ユニット10が周囲空気を加熱することが許容される。

流れダクト20に対しては、空気取入口22から空気吐出口25に向かう必要な空気流の生成のために送風機30が接続される。図示された事前調節式空気ユニット10において、送風機30は高効率の遠心ファンである。送風機30には消振ダンパが組み付けられると共に、該送風機は、柔軟な接続構造により流れダクト20に対して取付けられる。流れダクト20は、自由湿気の付随を阻止するために、低い空気速度に対して寸法設定される。

流れダクト20は、並列に動作している各凝縮器40を通過するために空気流を拡開させるマニフォルド21を有する。空気流の方向は、矢印26a、26b、26c、26d、26eにより表される。冷却損失を回避するために、上記流れダクトの頂壁部を含む外壁部14a、14b、14c、14d、18a、18bは、50mm厚の断熱材料の層を備えている。上記流れダクトの底部にて、断熱は、凝縮物を収集するための(不図示の)プレートの下方にて実現される。

図示された事前調節式空気ユニット10は、４つの夫々の自給式冷却モジュール36を受容して保持する４つの同様の区画室34を有している。図８において左右とされた並列的な各自給式冷却モジュールは、図８に示された結果的な構成を実現するために、対応構成要素を相互に関して異なる様に位置決めし乍ら、異なるレイアウトを有することを銘記すべきである。並列に動作する自給式モジュールの蒸発器の幾何学配置も異なっている、と言うのも、空気流は夫々の蒸発器を、冷却回路に関して逆方向に通過するからである。

図８に示された事前調節式空気ユニット10の残りの構成要素および動作は、先行する各図に示された事前調節式空気ユニットに関して既に説明されており、此処では反復されない。

図９は、マスタ／スレーブ構成で並列に結合された２台の新規な事前調節式空気ユニット10a、10bを示している。事前調節式空気ユニット10a、10bの各々の空気吐出口25a、25bは、共通のホース74に対して接続される。停留された航空機の近傍にて、共通のホース74は、該航空機の対応する個別的な入力部に対して事前調節された空気を供給する２本のホース76、78へと分割される。マスタ10aは、停留された航空機に対して、２つの事前調節式空気ユニットが、実質的に同一の温度において実質的に同一の量の事前調節された空気を供与する如き様式で、スレーブ10bを制御し得る。

Claims (17)

1. 地上に停留された航空機に対して事前調節された空気を供給する事前調節式空気ユニットであり、ハウジングを備えるという事前調節式空気ユニットであって、
   前記ハウジングは、
   周囲空気に対する空気取入口と、前記停留された航空機に対して接続される空気吐出口と、を備える流れダクトと、
   前記空気取入口から前記空気吐出口に向かう空気流を生成するために前記流れダクトに対して接続された送風機と、
   複数の冷却システムであって、その各々が、少なくともひとつのコンプレッサと、少なくともひとつの凝縮器と、少なくともひとつの膨脹バルブと、冷媒を含む流れ回路中に接続された少なくともひとつの蒸発器であって前記流れダクト内の空気流と相互作用するという少なくともひとつの蒸発器と、前記少なくともひとつのコンプレッサの電力供給のための少なくともひとつの可変周波数ドライバと、を含むという複数の冷却システムと、
   前記複数の冷却システムの夫々の可変周波数ドライバを含む当該事前調節式空気ユニットの動作を制御すべく構成された中央制御器とを収容する、事前調節式空気ユニット。
2. 前記ハウジングは、前記複数の冷却システムの前記少なくともひとつの凝縮器の内の少なくともひとつと相互作用する空気流を生成するために位置決めされた少なくともひとつの凝縮器用ファンを更に収容する、請求項１に記載の事前調節式空気ユニット。
3. 前記ハウジングは、前記複数の冷却システムの前記凝縮器の内の少なくともひとつと相互作用する空気流を生成するための少なくともひとつの凝縮器用ファンに対して電力供給のために接続された少なくともひとつの可変周波数ドライバを更に収容する、請求項１に記載の事前調節式空気ユニット。
4. 前記ハウジングは、前記送風機に対して電力供給のために接続された可変周波数ドライバを更に収容する、請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
5. 前記少なくともひとつの可変周波数ドライバは、該少なくともひとつの可変周波数ドライバの出力周波数を変更すべく構成された制御器を有する、請求項１から請求項４のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
6. 前記制御器は、前記少なくともひとつの可変周波数ドライバの前記出力周波数を、当該事前調節式空気ユニットの商用電源供給源の周波数よりも高く変更すべく構成される、請求項５に記載の事前調節式空気ユニット。
7. 前記可変周波数ドライバの前記制御器は更に、該制御器に接続されたセンサ出力に応じて前記出力周波数を調節すべく構成される、請求項５または請求項６に記載の事前調節式空気ユニット。
8. 前記少なくともひとつの可変周波数ドライバは、出力電圧と周波数との間の比率を実質的に一定に維持することで、出力周波数の範囲の全体にわたり大きなモータ・トルクを維持する、請求項５から請求項７のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
9. 前記中央制御器は、前記少なくともひとつの可変周波数ドライバの少なくともひとつの制御器に対して接続される、請求項５から請求項８のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
10. 前記中央制御器は、当該事前調節式空気ユニットの電力消費量を制御する電力共有制御入力部を有する、請求項１から請求項９のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
11. 前記中央制御器は自動的に、当該事前調節式空気ユニットにより実施される冷却を、選択された種類の航空機、周囲温度、湿度、客室温度、および、該事前調節式空気ユニットから出射する空気流、の内の少なくともひとつに対して調節する、請求項１から請求項１０のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
12. 前記複数の冷却システムの内の各冷却システムは、該冷却システムのひとつが故障した場合、故障した冷却システムが故障信号を前記中央制御器に対して送信する様に構成される、請求項１から請求項１１のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
13. 前記中央制御器は更に、前記故障信号に応じ、前記複数の冷却システムの内で残存する正常に動作する冷却システム間における必要な冷却の量を自動的に調節すべく構成される、請求項１２に記載の事前調節式空気ユニット。
14. 前記ハウジングは、DC電圧電源を生成するために、当該事前調節式空気ユニットの商用電源入力部に対して接続された整流器を更に収容する、請求項１から請求項１３のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
15. 前記整流器は、12パルス整流器、18パルス整流器、および、24パルス整流器から成る群から選択される、請求項１４に記載の事前調節式空気ユニット。
16. 入力キーおよびディスプレイを備えたユーザ・インタフェース・パネル、リモコン、コンピュータ・インタフェース、ネットワーク・インタフェース、および、スピーカの内の少なくともひとつを更に備える、請求項１から請求項１５のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。
17. 前記流れダクト内にヒータを更に備える、請求項１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の事前調節式空気ユニット。

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