JPH04506498A - 高度の空気循環装置を備えた環境制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高度の空気循環装置を備えた環境制御装置（技術分野） 本発明は新規な空気循環装置を備え、高度に半閉鎖された逆ブライトン型の空気 循環ループが具備されることを特徴とする環境制御装置に関する。この空気循環 装置にはコンプレッサに対し駆動可能に連結された２個のタービンが包有される 。空気循環装置内では、２個のタービンの内の一方が直接エンジンからの流動空 気を導入しこの流動空気から有効な仕事を抽出すべく連結される。環境制御装置 （ＥＣ８）により主エンジンから必要な流動空気量が最小限にされ得、既存の空 気循環式環境制御装置より流動空気量が最大６０パーセントだけ減少される。

（背景技術） 環境制御装置（ＥＣ３）は閉鎖空間、例えば航空機のキャビンあるいはコックビ ットに調整された空気を供給するために広く使用されている。現在、騒動率的な 環境制御装置は多コンプレッサ段を有するジェットエンジン内の中間あるいは高 コンプレッサ段から取り出した流動空気で作動される。流動空気は先ず主熱交換 器内において予め冷却され、熱がラム空気に対し放出されっ＼更にダクトを介し コンプレッサへ案内される。圧縮された後、空気は一連の熱交換器及び復水器を 経てタービンを通過せしめられて膨張され、更にキャビンにダクトを介し送られ る。タービンはコンプレッサに対しこれを駆動するように連結されている。環境 制御装置内にはキャビンへ送る空気の温度を調整すべく各種バイパス管、弁、制 御装置が設けられている。

最新の高性能の航空機においてはまた、航空電子装置を冷却する必要がある。こ の冷却負荷はコックビットまたはキャビンに送るに必要な冷却負荷以上になる。

実際上航空電子装置は冷却液の循環により冷却されることが好ましい。従って航 空機に対し所定の冷却を行うべく各種のデュアル空気／空気冷却装置が提案され ている。

本発明には１個のコンプレッサを駆動する２個のタービンからなり、共通のシャ フトに総てが装着される３ホイール形空気循環装置が採用される。空気循環装置 は多段コンプレッサタービンエンジンの高圧段からの圧縮された流動空気で動作 する環境制御装置内に設けられる。エンジンの高圧段からの流動空気は中間段か ら取り出した流動空気より相当に高温である。従って環境制御装置を駆動する流 動空気のエネルギは大きく、相対的に少量の流動空気を用いてキャビンおよび大 きな航空電子装置を冷却し圧縮出来る。

高圧の流動空気のエネルギを最大限に利用するため、空気はまず高速で高温のタ ービンへ送られる。次に空気は第１のタービンにより駆動される高速コンプレッ サにより再び圧縮される。この圧縮により空気の温度が上昇され、この空気は主 熱交換器の高温側に通過させる。主熱交換器の低温側は外気またはラム空気若し くは航空燃料を含む他の放熱部材に曝される。空気は別の熱交換器、復水器並び に水抽出器へ送られ、更に第２の膨張タービンへ送られる。第２の膨張タービン も高速コンプレッサと駆動可能に連結されている。第２の膨張タービンを出た空 気は過度に冷却されているため、閉鎖キャビン空間にダクトを介し送る前に再び 加熱する必要がある。従って本発明の別の目的は高い熱効率を与える高度の空気 循環装置を内蔵した環境制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は以下の説明に沿い添付図面に沿っての説明が進むにつれ当業 者には明らかであろう。

（図面の簡単な説明） 第１図は本発明による多段エンジン・環境制御装置の簡略図、第２図は第１図の 環境制御装置の部分断面図、第３図は第１図の空気循環装置の詳細な断面図、第 ４図は第１図の空気循環装置の別の実施例の詳細な断面図である。

（発明を実施するための最良の形態） 第１図を参照するに、多段のタービンエンジンＩＯおよびこれに関連する環境制 御装置（ＥＣＳ）５０が簡略に示されている。

タービンエンジン１０には、第１、第２、第３及び第４のコンプレッサ段Ｉ２． １４．１６．１８と少なくとも１本のシャフト装置２８を介し連結された第１、 第２、第３及び第４のタービン段とが包有される。

タービンエンジン１０の動作中、外気３０が第１のコンプレッサ段１２に導入さ れ圧縮され、ダクト３２を経て送出され第２のコンプレッサ段１４へ送られる。

同様にダクト３４及びダクト３６を介して、第２及び第３のコンプレッサ段１４ ．１６からの圧縮された空気が夫々第３及び第４のコンプレッサ段Ｉ６、Ｉ８の 導入部へ送出される。第４のコンプレッサ段Ｉ８から放出された空気はダクト３ ８を経て燃焼器４０へ送られ、ここで高圧縮空気が燃焼器４０に導入された燃料 と混合され、連続的に燃焼される。燃焼器４０から放出された膨張された燃焼ガ ス４２は軸方向にタービン段２０．２２．２４．２６へ順次送られ、シャフト装 置２８に回転力を与え、その後タービンエンジン１０かラターヒン段２６の直ぐ 下流の放出通路４４を経て大気中に放出される。

更に、流動空気路４６内には流量計４８が設けられ、流動空気路４６には最後段 の第４のコンプレッサ段１８から高圧、高温の空気が導入されこの流動空気が環 境制御装置５０へ送られる。

環境制御装置５０内において流動空気は直ちに空気循環装置５２、特に空気循環 装置５２内の第１のタービン５４に送られる。空気循環装置５２内の第１のター ビン５４はコンプレッサ５６及び第２のタービン５８は共通に装着される、即ち これらの総てがシャフト６０に共に装着されている。従ってコンプレッサ５６は 第１のタービン５４及び第２のタービン５８により駆動される。

流動空気は先ず第１のタービン５４を経て膨張され、潜熱エネルギが回転出力に 変換される。第１のタービン５４内で膨張された後、空気はダクト６２を経てコ ンプレッサ５６の導入部に送られ、ここで空気は再び圧縮される。ダクト６２に 連結された減圧弁６３により過剰の圧力が外気に放出される。次に空気はコンプ レッサ５６からダクト６４を経て主熱交換器６６の高温側に送られ、主熱交換器 ６６の冷却側を通るラム空気により冷却される。次いで流動空気は再生熱交換器 ６８に通過させられて再循環される流動空気により冷却され、次に凝縮器７０で 更に冷却された流動空気により露点以下の温度まで冷却される。

次いで流動空気に含まれる水分は更に水抽出器７２で除去される。流動空気は再 熱器７４内で再び加熱されて第２の膨張タービン５８へ送られる。この場合ダク ト７６．７８．８０および８２を介して、空気が再生熱交換器６８、凝縮器７０ 、水抽出器７２、再熱器７４及び第２のタービン５８へそれぞれ連続的に送られ ることになる。

第２の膨張タービン５８内では、流動空気は膨張されて過剰冷却されコンプレッ サ５６が駆動される。過剰冷却された空気は第２のタービン５８からダクト８４ を経て凝縮器７０の冷却側へ送られ、更にダクト８６及び流量制御弁８８を経て 閉鎖キャビン９０へ送られる。流動空気により圧力調整された空気が与えられ閉 鎖キャビン９０が冷却されて圧力も調整される。

調整された流動空気によって満足し得るレベルのキャビン９０の冷却の外に、液 体循環装置９１によって航空電子パッケージ９２を冷却する必要がある。液体循 環装置１ｆ９１においては冷却剤が航空電子パッケージ９２から冷却剤路９３を 経て冷却剤ポンプ９４へ循環される。冷却剤ポンプ９４により冷却剤が冷却剤路 ９５、再熱器７４の高温側、冷却剤路９６、液体・空気熱交換器９７の高温側を 経て再び冷却剤路９８へ戻される。従って航空電子パッケージ９２において加熱 された冷却剤は再熱器７４内で第２のタービン５８の直ぐ上流の流動空気と熱交 換されて冷却される。冷却剤は冷却側で第２のタービン５８の下流からの過剰に 冷却された流動空気を導入する液体・空気熱交換器９７内で更に冷却される。

上記の空気循環システムは、再循環ダクト１０２．１０４により一部閉鎖された ループをなす。即ち再循環ダクト１０２．１０４により、ダクト８６からの調整 された空気の一部が再生熱交換器６８へ分流され、コンプレッサ５６の上流に位 置するダクト６２内の流動空気と混合される。キャビン９０への空気を流量制御 弁８８を介して調整することにより、空気循環装置５２が背圧されて空気循環装 置５２の回転速度が安定化される。従って空気を流量制御弁８８を介して調整す ることにより、空気循環装置５２に対し騒動率の速度を維持する簡潔な方法が提 供される。

第２図には第１図の環境制御装置５０の空気循環装置５２を更に幾分詳細に示し である。第１のタービン５４は半径方向流入型タービンであり、渦巻きＲ１０１ により流動空気が第１のタービン５４の周囲を円周方向に移動される。第１のタ ービン５４内に導入される流動空気は可変ノズル装置１０３により制限され制御 される。第１のタービン５４からダクト６２を経て送出される流動空気は再循環 されて流入する流動空気と混合されてタクト６２を経、コンプレッサ５６へ送ら れる。流動空気を好適に向ける羽根１０５、ｌ０７（第３図併照）が更にコンプ レッサの上流及び下流に設けられ、圧縮された空気のダイナミックヘッドが吸収 される。コンプレッサ５６の周部に設けられた渦巻き部１０９にも流動空気が導 入され、この渦巻き部ＩＱ９にはダクト６４が付設される。ダクト８２はタービ ン渦巻き部１１１に付設され、且つタービン渦巻き部１１１は第２のタービン５ ８の円周方向に向けて設けられている。最終的に流動空気（↓ダクト８２を経て 空気循環装置５２に再び導入される。

第３図には第１図及び第２図の空気循環装置５２の詳細な断面図が示されるが、 図示のようにコンプレッサ５Ｇは好ましくは軸方向コンプレッサ１１３と遠心コ ンプレッサ１１５との２段のコンプレッサ段から構成される。シャフト６０は第 １のタービン５４から軸方向コンプレッサ１１３及び遠心コンプレッサ１１５を 経て第２のタービン５８へ延びている。更に、第１のベアリングスリーブ１１７ は第１のタービン５４と軸方向コンプレッサ１１３との間において空気を分離し 、圧縮するように配置され、一方第２のベアリングスリーブ１１９は遠心コンプ レッサ１１５と第２のタービン５８との間において空気を分離し圧縮するように 配置される。従って、空気循環装置５２の回転装置１２１には、第１のタービン ５４と第１のベアリングスリーブ１１７と軸方向コンプレッサ１１３と遠心コン プレッサ１１５と第２のベアリングスリーブ１１９とタービン５８とが包有され ることになり、これらは総て−の引張シャフト６０に装着される。

空気循環装置５２の回転装置１２１はハウジング装置１２３内に閉鎖され支承さ れている。ハウジング装置１２３には夫々第１、第２、第３、第４及び第５のハ ウジング部１２５．１２７．１２９．１３１、１３３が包有される。第１の）＼ ウジング部１２５には渦巻き部１０１及びダクト６２を係合する取付フランジ１ ３５が包有される。

且つ可変ノズル装置１０３が第１の／％ウジング１３５にハウジング装置１２３ の一部内に延長されるように付設される。

第２のハウジング部１２７は第１のハウジング部１２５に装着され、第２のハウ ジング部１２７により第１のベアリングスリーブｌ１７が囲繞される。第２のハ ウジング部１２７にはダクト６２の対向部を係合するフランジ１３７が包有され る。第２のハウジング部１２７には更に、ダクト６２からの流動空気を導入しコ ンプレッサ５６へ案内する充気室１３９が具備される。第２のハウジングＩＨｏ 内の円筒ベアリングレース１４１に対し、ジャーナルベアリング１４３が回転装 置１２１の第１のベアリングスリーブ１１７を中心に収容し装着するように設け られる。

第３のハウジング部１２９は遠心コンプレッサ１１５を中心に第２のハウジング 部１２７近傍に装着される。第３のハウジング部１２９には遠心コンプレッサ１ １５から圧縮された流動空気を導入する渦巻き部１０９が包有される。第３のハ ウジング部１２９にも、遠心コンプレッサ１１５の直ぐ上流の放射方向内側に延 びるステータ羽根１０５と遠心コンプレッサ１１５の直ぐ下流の第２の組のステ ータ羽根ＩＱ７とが包有されている。第３のハウジング部１２９には更にダクト ６４を係合し渦巻き部１０９と連通ずるフランジ１４４が包有される。

第４のハウジング部１３１は第３のハウジング部１２９に対し装着され、第４の ハウジング部１３１により第２のベアリングスリーブ１１９が囲繞される。第４ のハウジング部１３１には内部円筒ベアリングレース１４５が包有され、内部円 筒ベアリングレース１４５により第２のジャーナルベアリング１４７が収容され 装着される。更に、第４のハウジング部１３１にはディスク形のスラストベアリ ングレース１４９が包有されており、スラストベアリングレース１４９が内部円 筒ベアリングレース１４５かう半径方向外側へ延びている。

第５のハウジング部１３３は第２のタービン５８を中心に第４のハウジング部１ ３１に対し装着される。第５のハウジング部１３３には第２のタービン５８を囲 繞し空気を第２のタービン５８へ供給する第２のタービン渦巻き部１１１が包有 される。更に、第５のハウジング部１３３には第１のフランジ１５１及び第２の タービン５８の下流の第２の廃棄フランジ１５３とが包有され、第１のフランジ １５１によりダクト８２が収納され、第１のフランジ１５１は第２のタービン渦 巻き部１１１と連通され、第２の廃棄フランジ１５３にダクト８４が受容される 。

第１、第２、第３、第４及び第５のハウジング部１２５．１２７．１２９．１３ １．１３３は例えばボルト、リベット溶接等、それ自体は周知の方法により互い に隣接するハウジング部に対し装着される。各ハウジング部１２５．１２７．１ ２９．１３１．１３３は鋳造、スリップ鋳造あるいは粉末冶金法により金属合金 あるいは新型セラミックのような高温高強度の材料で形成されることが好ましい 。

第４のハウジング部１３１及び第５のハウジング部１３３の内部間においてハウ ジング装置１２３の内部には段付ディスク形のスラストベアリング部材１５５が 設けられる。スラストベアリンク７Ｗ材１５５の外径部はスラストベアリングレ ース１４９に対シ装着され、その間にディスク形空洞部１５７が区画される。ス ラストベアリングディスク１５９は回転装置１２１の第２のベアリング面ＩＪ− ７’ｌ１９から半径方向外側へ延び、ディスク形空洞部＋５７内に収納される。

第１のスラストベアリング装置１６１はスラストベアリングレース１４９とスラ ストベアリングディスク１５９との間のディスク形空洞部１５７内に配設され、 スラストベアリング装置１６３はスラストベアリングディスク１５９とスラスト アリング部材１５５の一部との間に配置される。スラストベアリングディスク１ ５９及びスラストベアリング装置ｔ１６１．１６３との協働により、回転装置１ ２１に作用する軸方向の力がハウジング装置１２３に同かって作用する。

空気循環装置５２内では、ジャーナルベアリング１４３．１４７及びスラストベ アリング装置１６１．１６３は回転装置１２１が接触することなく自在に走行す るタイプの流体力学的、静水及びハイフリット・流体力学・静水的スラストベア リングを含む群から選択されることが好ましい。従って動作中、回転装置１２１ はハウジング装置１２３内において半径方向及び軸方向に物理的に接触すること なく支承され得る。

空気循環装置５２の回転部材群のコンパクトな構成と非接触ベアリングの利用構 成との組み合わせにより、空気循環装置５２と環境制御装置５０の信頼性及び寿 命が増大されることは理解されよう。この構成は特に高Ｇ動作し得る高性能航空 機内に適合出来る。回転装置に高Ｇ力が働くと高いトルクモーメント負荷がベア リングに伝達される。空気循環装置５２の回転部材群の全長が減少されるので、 この高いＧ負荷も最小限にされる。更に本発明の非接触ベアリングは回転装置１ ２１と接触することなく減少されたＧ力を吸収可能に寸法法めされる。

従ってベアリング面に摩耗が生じず装置の信頼性が高められる。

第４図には第１図及び第２図の空気循環装置の別の実施例が示されており、この 場合第３図と同一の部材には同一の参照番号を付しである。第４図の実施例と第 ３の実施例との主な相違は、第１のタービン５４′とコンプレッサ５６′とシャ フト６０’　ト第２のハウジング部１２７°及び第３のハウジング部１２９’の 構成にある。第１のタービン５４′　及びコンプレッサ５６′　は共に開口部を 有しないハブ部１６７．１６９を有する。更にシャフト６０°　はコンプレッサ ５６′　と一体に形成され、好ましくは摩擦溶接法により第１のタービン５４′ に固着され、一体装置１７１が構成される。一体装置１７１を収納するため、第 ２のハウジング部１２７′及び第３のハウジング部１２９′　自体は軸平面に沿 って２個の半部に分割され、一体装置】ア１を中心に配置して組み立てられる。

この構成をとり、第１のタービン５４′　及びコンプレッサ５６′　の構造的一 体性を増大させることによって高い動作速度及び動作温度で耐用する環境制御装 置が得られる。

本発明の環境制御装置５０の利点を表すため、下表１に現在Ｆ１５航空機に搭載 された環境制御装置と本発明による環境制御装置とを比較して示される。更に説 明するに、３個の基準、即ち、システム重量、ラム空気量及び流動空気量に対し 各システムに必要な燃料重量（ボンド単位）が示される。特定の航空機の機動部 では、各ファクタに関連する燃料消費ペナルティファクタを有する。この比較で は、重量ベナルイファクタはボンド重量当たり０．０６４６ポンド、ラム空気ベ ナルイファクタはポンドラム空気量たり０．２８３５ボンド、流動空気ベナルイ ファクタはポンド流動空気量たり１．３１０４である。システムは構成されマツ ハ０．８５の速度で高度４５．０００フイートで飛行すルＦ　１５飛行機での使 用の結果を比較した。２つのシステムの比較において、本発明による高度のＥＣ ３によれば、機動部内において消費される燃料が約６７ポンド減少された。

燃料の大巾な節約はエンジンから導入される流動空気量が減少され、多少ラム空 気及び環境制御装置５０のシステム重量が減少されることに起因することは下表 １から理解されよう。

即ち本発明によれば、高温の流動空気の使用量が低減され、有効仕事量を最大限 に抽出出来るので、消費燃料を大巾に節約し且つ重量大巾に低減し得る。

表１ 燃料消費（単位ポンド） （周知）　燃料　（本発明）　燃料 既存ＥＣ５ポンＦ　高ＥＣ３ｊンド 重　ｊｌ　４０１　２５．９　３７１　２４．０（０，０６４６） ラム空気　１５０，６　４２．７　６７．７　１９．２（０，２８３５） 流動空気ダクト　８Ｇ−４１Ｑ５．４　４８−８　旧１．３１０４ 全燃料　１０７．１ １７４、０ 低高度飛行アイドル状態から高度６０．　Ｇｏｏフィートでの高マツハ数での飛 行：エンジンの流動空気温度及び圧力が２５０°Ｆで５０ｐｇｉから１２０００ ”Ｆで３００ｐｓ　ｉ以上に、ラム空気温度も一７０’　Ｆから４００°Ｆに変 化する。エンジンにより圧縮された流動空気によるＥＣＳ設計は常に低い流動空 気圧力のため低速飛行モー気量に関係無く維持され得、流動空気圧力変化の影響 が低減される。

第１のタービン５４は選択されたエンジンコンプレッサ段から直接導入される高 圧高温の流動空気で作動され、プリクーラを必要としないよう構成されているの で、最大エネルギが流動空気から抽出される。更に下流で圧力調整し、特に流動 空気の圧力が高い反面、所定の冷却容量より低い時に流量調整に必要な可変圧力 調整特性が与えられる。正常な動力調整では、第１のタービン５４の導入ノズル 面積が変化され、所定の冷却容量と入手される流動空気圧力とが整合される。低 い流動空気圧力では必要な空気流量が高くなり、一方高い流動空気圧力では、必 要な空気流量が低くなる。導入温度、圧力比及び空気流量の組み合わせを表すタ ービン動力は熱負荷と整合させる必要がある。熱負荷、即ちキャビン閉鎖空間お よび航空電子装置は高空気の燃料あるいはラム空気を用いて放熱温度レベルにさ れる。放熱部材としてラム空気を使用する場合、放熱条件が上昇されるので、シ ステムが特に高空気速度の上昇に敏感になる。

本発明の更に別の利点は流動空気の温度及び圧力の過渡変化が第１のタービン５ ４、次いで熱交換器により容易に吸収され得ることは理解されよう。ジェットエ ンジンの高コンプレッサ段から取り出される流動空気の温度は約５００°Ｆから １２００゜２以上に変化し、一方流動空気の圧力は約１００ｐｓｉから３ＱＯｐ ｓｉに変化する。現在ジェットエンジン内において使用されるタービンは１２０ Ｑ’Ｆより相当高い温度で動作される。更に可変ノズル装置１０３の動作により 第１のタービン５４は導入部の温度及び圧力の変化に容易に適合し得、且つ有効 仕事量を最大限に抽出出来る。

熱交換器において最飯の環境の１は高性能航空機内のエンジンの直ぐ下流にある 。この個所では高温導入マニホルドでの温度が上述したように数秒台で５００° Ｆから１２００″Ｆへ変化する。これらの条件下では高温のマニホルド出口部の 温度が約１００°Ｆから５００°Ｆになろう。一方熱交換器の低温鋼は３５０° Ｐ（高マック速度で）から外気温度まで変化するラム空気圧下に曝される。マニ ホルドの高温側導入部と出口部との温度差と高温路を通り熱交換器の冷却部の組 み合わせにより熱応力が大幅に増加し熱交換器が急速に故障することにある。

本発明によれば、流動空気の極限の温度は第１のタービン５４、再循環空気及び 主熱交換器６６の上流のコンプレッサ５６により適度に調整される。従って高温 のマニホルド導入部は約１０００°Ｆの最大温度に制限され得る。また本発明に よれば、マニホルドの導入部の大きな温度変化の時間区間が延び熱膨張応力が減 少される。この好適な作用によりＥＣＳの信頼性が大幅に増大され、主熱交換器 ６６のコストも減少される。

従って本発明によれば、多段タービンエンジンからの流動空気を調整し冷却し且 つ加圧する空気を制御対象の閉鎖空間に送る方法も提供される。この方法におい ては多段タービンエンジンの高圧段から加圧された高温流動空気を抽出する第１ の工程と、第１のタービンへ流動空気を直接送る第２の工程と、第１のタービン を通し流動空気を膨張させ潜熱エネルギを回転動力に変換する第３の工程と、過 剰の圧力を圧力制御弁を経て逃すことにより第１のタービンと次のコンプレッサ との開の圧力を調整する第４の工程と、第１のタービンからの膨張された流動空 気をコンプレッサへ送る第５の工程と、コンプレッサ内の流動空気を再び加圧す る第６の工程と、コンプレッサの下流の主熱交換器内の再加圧された流動空気を ラム空気と熱交換して冷却する第７の工程と、第２のタービンの上流の再加圧さ れ冷却された流動空気を冷却して含まれた水分を凝縮し第２のタービンと閉鎖空 間との間のダクト内の冷却通路と主熱交換器及び第２のタービンの中間の高温通 路とを有する復水器内の第２のタービンの下流の過度に冷却された空気を再生的 に過熱する第８の工程と、復水器及び第２のタービンの中間に配置された水抽出 器内の流動空気から凝縮された水分を除去する第９の工程と、主熱交換器の下流 に設けられコンプレッサを駆動すべく一体に装着される第２のタービンを介し再 加圧され冷却された流動空気を膨張し流動空気のエネルギを回転力に変換し流動 空気を調整する第ｉｃ＋の工程と、調整された流動空気を第２のタービンから閉 鎖空間へ送る最終工程とが包有される。更に、この方法には、ダクト及びコンプ レッサと連通する導管を介し調整された所定量の流動空気をコンプレッサへ循環 させる工程と、主熱交換器及び復水器の間の高温通路と導管内の低温通路とを有 する再生熱交換器内の循環空気を再生的に加熱し更に膨張タービンの上流の再加 圧され冷却された流動空気を冷却する工程とが包有される。別の方法には、閉鎖 空間に送る空気の温度を制御し調整された流動空気の量を調整して第１及び第２ のタービン及びコンプレッサを背圧して回転速度を調整することが包有される。

本発明は従来の環境制御装置及び空気循環装置に比べ多くの利点を有することは 以上の説明から明らかであろう。以上の説明は特に好ましい実施例に沿って図示 し説明したが、本発明においては多様の設計変更が以上の説明から当業者には可 能であることは理解されよう。従って本発明はここに開示した特定の実施例に限 定されず、添付の特許請求の範囲のみに限定されることが好適である。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温ガス流から有効な仕事を抽出する第１のタービン装置（５４）と、第 １のタービン装置（５４）からのガス流を導入し、より高圧にするコンプレッサ 装置（５６）と、コンプレッサ装置（５６）の下流位置においてガス流にコンプ レッサ装置（５６）から圧縮されたガス流を導入し有効な仕事を抽出する第２の タービン装置（５８）と、第１のタービン装置（５４）、コンプレッサ装置（５ ６）及び第２のタービン装置（５８）を連結するシヤフト装置（６０）とを備え 、第１のタービン装置（５４）、コンプレッサ装置（５６）は第１及び第２のタ ービン装置（５４、５８）の双方により直接駆動されてなる環境制御装置（５０ ）内に使用される空気循環装置（５２）。
2. （２）更に、シヤフト装置（６０）を非接触で軸方向且つ半径方向に支承するガ スフォイルベアリング装置（１４３、１４７、１６１、１６３）を備えてなる特 許請求の範囲第１項記載の空気循環装置（５２）。
3. （３）コンプレッサ装置（５６）には軸流コンプレッサホイール（５６）が包有 されてなる特許請求の範囲第１項記載の空気循環装置（５２）。
4. （４）第１のタービン装置（５４）が開口部を有しないハブ部（１６７）を具備 した半径方向内向き且つ軸方向外向き流を生じるタービン（５４）である特許請 求の範囲第１項記載の空気循環装置（５２）。
5. （５）コンプレッサ装置（５６）が半径方向内向き且つ軸方向外向き流を生じる ２段コンプレッサ（１６９）である特許請求の範囲第１項記載の空気循環装置（ ５２）。
6. （６）２段コンプレッサ（１６９）が開口部を有しないハブ部を具備した単一部 材を具備してなる特許請求の範囲第５項記載の空気循環装置（５２）。
7. （７）第１のタービン装置（５４）第２のタービン装置（５８）及びコンプレッ サ装置（５６）の中央に配置される部材が高強度金属合金でシヤフト装置（６０ ）と一体に形成されてなる特許請求の範囲第１項記載の空気循環装置（５２）。
8. （８）シヤフト装置（６０）が更に、第１のタービン装置（５４）、コンプレッ サ装置（５６）及び第２のタービン装置（５８）を貫通するトーシヨンシヤフト 部材（６０）と、第１のタービン装置（５４）及びコンプレッサ装置（５６）間 に押圧されて配置される第１のベアリングスリーブ（１１７）と、コンプレッサ 装置（５６）及び第２のタービン装置（５８）間に押圧されて配置される第２の ベアリングスリーブ（１１９）とを備え、第１及び第２のベアリングスリーブ（ １１７、１１９）の外面がベアリングランナとして動作可能に設けられてなる特 許請求の範囲第１項記載の空気循環装置（５２）。
9. （９）更に、第１のベアリングスリーブを中心に装着され半径方向を支承する第 １のガスフォイルベアリング（１４３）と、第２のベアリングスリーブを中心に 装着され、半径方向に加わる力を支承する第２のガスフォイルベアリング（１４ ７）とを備えてなる特許請求の範囲第１項記載の空気循環装置（５２）。
10. （１０）更に、第１及び第２のターピン装置（５４、５５）、コンプレッサ装置 およびシヤフト装置（６０）を囲設し支承するハウジング装置（１２３）と、ハ ウジング装置（１２３）内に区画されるディスク形空洞部（１５７）と、シヤフ ト装置（６０）に対し一体に装着されハウジング装置（１２３）のディスク形空 洞部（１５７）内に配置されるスラストベアリングディスク（１５９）と、スラ ストベアリングディスク（１５９）及びガスフォイルベアリング（１６１、１６ ３）の反対側部にディスク形空洞部（１５７）内においてハウジング装置（１２ ３）に対し装着され、シヤフト装置を軸方向に支承する１対のガスフォイルベア リング（１６１、１６３）とを備え、第１のタービン装置（８４）、第２のター ビン装置（５８）及びコンプレッサ装置（５６）の中央部に配置される部材を少 なくとも囲繞するハウジング装置（１２３）が前記の部材を中心に置いて組み立 てられる少なくとも２個の部分を含む分割ハウジング装置を有してなる特許請求 の範囲第１〜９項記載の空気循環装置。