JPH1144463A - 航空機用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジン推力に影響を及ぼさずに空調機能を高
める。 【解決手段】予圧室２と空調部３の入口とを電動コンプ
レッサ２６を有する再循環ライン２７を介して接続し、
予圧室２から排出される空気の一部を圧縮して空調部３
に導き再循環させるようにしたので、エンジン又は補助
動力部１からの抽気を減らしても空調部３における効率
の良い空調が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として輸送機や
旅客機等のように比較的大容量の空調を必要とする航空
機に好適に適用される航空機用空気調和装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】航空機は、居住室や電子機器室等の予圧
室に適温、適圧の調和空気を供給すべく、一般に空気調
和装置を備えている。この空気調和装置は、調温、調圧
以外にも、除湿の役割、予圧室に酸素を送り込む役割、
筐体から漏れる空気を補う役割など、様々な役割を兼ね
ている。そして、これらの役割を果たすために、外気の
取り込みが不可欠なものである。

【０００３】このような外気の取り込みに際して、全て
をラムエア冷却に頼ったのでは多大なドラッグが発生
し、また高高度飛行中は希薄なラムエアから予圧に必要
な圧力等を得ることは期待できない。このため、常に十
分な量の外気が存在するエンジン又は補助動力部のブリ
ードエアの一部を抽気し、これを調温、調圧して、調和
空気として予圧室に供給するシステムが確立されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特に外気温
が異常に高い日の離着陸前後、或いは低速低空飛行時等
には、予圧室に大量の冷熱を持ち込む必要がある。この
ような場合でも、予圧室の入口に極端に低い温度の空気
を流入させることはできないため、従来より、ある程度
低温にした調和空気を大量に導入することで所要量の冷
熱の持ち込みを可能にしている。そして、このためにエ
ンジンから大量のブリードエアを抽出しており、エンジ
ン推力に大きな悪影響が及び、燃費の大巾な低下を招い
ている実状がある。このような不具合は、特に輸送機や
旅客機等のように航空機の熱負荷が大きいものほど顕著
なものとなっている。

【０００５】本発明は、このような問題点に着目してな
されたものであって、抽気量を極力抑制しつつ、予圧室
に対する効果的な冷却等が行えるようにした航空機用空
気調和装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。すなわち、本発明に係る航空機用空気調和装置は、
航空機のエンジン又は補助動力部から高温高圧の圧縮空
気を抽出し、これを空調部で調温、調圧した後、予圧室
に供給するようにしたものにおいて、予圧室と空調部の
入口とを電動コンプレッサを有する再循環ラインを介し
て接続し、予圧室から排出される空気の一部を圧縮して
空調部に導き再循環させるようにしたことを特徴とす
る。

【０００７】このような構成を流量的に見れば、予圧室
から排出される空気を利用する分だけ、全てを抽気に頼
る場合に比べて抽気量を減らすことができる。このた
め、エンジン又は補助動力部への影響を低減し、必要な
推力を低燃費でまかなうことが可能になる。しかも、高
温高圧の抽気を調温、調圧、除湿等する場合に比べれ
ば、予圧室から排出される空気は一旦空調されたもので
あり、抽気を一から空調する場合に比べれば空調部に掛
かる負荷は遙かに軽くなる。このため、本発明は抽気量
を低減するだけでなく、空調全体の効率をも大巾に向上
させ、空調部の構成品の一部を小型化することが可能に
なる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１及び図２を
参照して説明する。この実施例の航空機用空気調和装置
は、エンジン又は補助動力部１と、居住室や電子機器室
等の予圧室２との間を、空調部３を介して接続したもの
で、空調部３は、コンプレッサ４、タービン５及びファ
ン２２からなるエアサイクルマシン６と、コンプレッサ
４の入口４ａに抽気を導入する抽気ライン７と、コンプ
レッサ４の出口４ｂとタービン５の入口５ａとを接続す
るブートストラップ回路８と、タービン５の出口５ｂか
ら出た空気を予圧室２に移送するための給気ライン９
と、ブートストラップ回路８および給気ライン９の一部
を利用して構成される除湿機構１０とを具備してなる。

【０００９】抽気ライン７には、抽気が異常な高温状態
で空調部３に流入することを防ぎ、空調部３を適正に作
動させるとともに空調部３に向かう配管を鉄等の重厚な
ものに代えて軽量であるが融点の低いアルミニウム等で
まかなうことを可能にするプリクーラ１１と、エンジン
１の運転状態に関わりなく一定圧、一定流量の抽気を確
保するためのプレッシャレギュレータ１２及び流量制御
バルブ１３と、その抽気をラムエア１６との熱交換に供
して冷却するための１次熱交換器１４とが配置してあ
る。

【００１０】エアサイクルマシン６は、コンプレッサ４
とタービン５の間をシャフト１５で単軸結合した構成か
らなるもので、タービン５の発生動力をコンプレッサ４
に入力するようにしている。ブートストラップ回路８
は、コンプレッサ４で圧縮し昇温させた空気をラムエア
１６との熱交換によって効率良く冷却するための２次熱
交換器１７を具備し、この２次熱交換器１７を通過した
空気をタービン５に入力して、該タービン５において断
熱膨脹仕事をさせるようにしている。

【００１１】給気ライン９は、タービン５の出口５ｂと
予圧室２との間を連通させるものである。除湿機構１０
は、前記ブートストラップ回路８に配置したリヒータ１
８、コンデンサ１９及びウオータエキストラクタ２０か
らなる。コンデンサ１９は、ブートストラップ回路８に
おいてコンプレッサ４で圧縮され露点の上がった空気を
効率良く冷却して水分を凝縮させる目的と、給気ライン
９においてタービン５の出口５ｂから流出する空気の極
端な低温状態を解消する目的とを兼ねて、両空気を熱交
換させるものである。ウオータエキストラクタ２０は、
内部に流入した空気を旋回流状態にすることができる内
部構造を有したもので、コンデンサ１９で水分を凝縮さ
せた空気を導いて旋回流により比重の大きい水分のみを
遠心力で分離し主として除湿した空気のみを流出させ得
るものである。リヒータ１８は、ブートストラップ回路
８の上流にあってコンデンサ１９に向かう空気の予冷
と、同回路８の下流にあってウオータエキストラクタ２
０を出た空気をタービン５の出口５ｂで氷結させないた
めの予熱とを兼ねて、両空気を熱交換させるものであ
る。

【００１２】なお、前記両熱交換器１４、１７に供すべ
きラムエア１６は、ラムエアダクト２１に配置したファ
ン２２によって取り込まれるものであり、本実施例では
このファン２２を前記エアサイクルマシン６のシャフト
１５によって駆動するようにしている。このように単一
のシャフト１５にコンプレッサ４、タービン５及びファ
ン２２の３つの翼車を取り付けたエアサイクルマシン構
造を、本明細書において３ホイールタイプと称する。一
方、高圧空気中にて露点を高くして水分を凝縮させる上
記のような除湿機構１０はＨＰＷＳ（ハイプレッシャ・
ウオータ・セパレータ）方式と称される。

【００１３】また、本実施例では、予圧室２の排気の一
部を循環させるリサイキュレーション部２３を設けてい
る。このリサイキュレーション部２３は、一旦予圧室２
から排気された空気の一部をファン２４により取り込ん
で前記給気ライン９の末端付近に配置したチャンバ２５
に導き、新たに導入される低温空気と合流させるように
したもので、予圧室２に極端に低い空気が導入されるこ
とを防ぐ温度調整機能を主目的としている。

【００１４】以上のような構成に加え、本実施例は、予
圧室２と空調部３の入口である抽気ライン７とを電動コ
ンプレッサ２６を有する再循環ライン２７を介して接続
し、予圧室２から排出される空気の一部を圧縮して空調
部３に導き再循環させるようにしている。電動コンプレ
ッサ２６は、モータ２８でシャフト２９を駆動可能と
し、このシャフト２９の両端に一対の翼車３０、３０を
軸着した構成からなるもので、予圧室２から排出される
空気の一部を両翼車３０を通すことによって空調部３の
入口圧以上にまで昇圧させる役割を担っている。

【００１５】次に、この航空機用空気調和装置の作動に
ついて説明する。先ず、エンジン１からの抽気は抽気ラ
イン７の始端にあるプリクーラ１１で降温され、プレッ
シャレギュレター１２及び流量制御バルブ１３で一定
圧、一定量とされて、１次熱交換器１４で冷却された後
にエアサイクルマシン６のコンプレッサ４に入力され、
圧縮される。このコンプレッサ４を出た空気は、２次熱
交換器１７で効率良く冷却され、リヒータ１８で更に冷
却された後、コンデンサ１９に入力されて水分を凝縮さ
れる。その水分は、次段に配置したウオータエキストラ
クタ２０で除去され、除湿後の空気がリヒータ１８によ
り適度に昇温されてタービン５に入力される。その後、
タービン５で断熱膨脹仕事をすることによって自ら自冷
した空気は、コンデンサ１９を通過した後、チャンバ２
５で予圧室２の循環空気と合流することにより適温とな
って予圧室２の入口より該予圧室２に導入される。

【００１６】一方、前記導入量に略等しい量の空気が予
圧室２から常時排出される。そして、その排気の一部は
再循環ライン２７に取り込まれ、電動コンプレッサ２６
で圧縮された後、空調部３のプレッシャレギュレータ１
２と流量制御バルブ１３との間から抽気ライン７に導入
される。この空気は、エンジン１から新たに抽出される
空気と合流して、再び上記空調部３に供給される。図２
は、このような循環が定常的に行われるときの図１の各
地点Ａ〜Ｊにおける空気の温度、圧力及び流量の値を例
示している。また、このとき電動コンプレッサ２６は予
圧室２から排出される１４．７psiaの空気を圧縮比３．
５で圧縮する。

【００１７】以上のような構成からなる本実施例の空気
調和装置を、再循環ラインを有しない従来システム構成
と比較した場合、図２に示したように、予圧室２から排
出される空気を有効利用する分だけエンジン１からの抽
気量を１００lb/minから５０lb/minに減らすことができ
るため、エンジン１への影響を低減して必要な推力を低
燃費でまかなうことが可能になる。図２の例の場合、エ
ンジン１からの抽気量は従来型の空調装置の半分で済む
ことになっているが、エンジン１からの抽気量は、予圧
室２に送り込む必要のある酸素量と、筐体から漏れる空
気を補うために必要な外気の取り込み量とから決定され
る下限値まで減らすことができる。本実施例では電動コ
ンプレッサ２６を駆動する電力を生成する必要がある点
は否めないが、この程度の仕事が燃費にさほど影響を及
ぼさない事を勘案すれば、これを差し引いてもシステム
全体の低燃費化が確実に果たせることは明らかである。

【００１８】しかも、高温高圧の抽気を調温、調圧、除
湿等する場合に比べれば、予圧室２から排出される空気
は一旦空調されたものであり、抽気を一から空調する場
合に比べれば空調部３に掛かる負荷は遙かに軽くなる。
このため、特に本実施例のように除湿機構１０にＨＰＷ
Ｓ方式を用いている場合、抽気のみを空調部３に流す従
来システム構成に比べて、空調部３に入る空気の温度及
び湿度が下がることと空調部３を出る空気の温度及び湿
度が下がることとが相乗的に作用して、システム全体の
冷却能力が高まり、リヒータ１８およびコンデンサ１９
の容量を小さくしても効果的な空調が可能になる。ま
た、エンジン１からの抽気は少なくなるので、プリクー
ラ１１も小型化することが可能になる。このため、シス
テム全体の軽量化、これに伴う搭乗者数や貨物搭載量の
増大等が見込めるものとなる。

【００１９】なお、各部の具体的な構成は、図示実施例
のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形が可能である。例えば、電動コン
プレッサは、高圧縮比翼車を用いて１段で構成すること
もできる。また、エンジンに代えて補助動力部から抽気
を得るようにしても事情は全く同様である。さらに、上
記実施例ではエアサイクルマシン６に３ホイールタイプ
を用い、除湿機構１０に露点を高くして水分を凝縮させ
るＨＰＷＳを採用したが、図３〜図６に示す各システム
に本発明を適用しても勿論構わない。

【００２０】図３に示すものは、除湿機構１０として単
にタービン５の出口５ｂにウオータセパレータ３１を配
置しておくだけのＬＰＷＳ（ロープレッシャ・ウオータ
・セパレータ）を採用し、これを図１と同様の３オイー
ルタイプのエアサイクルマシン６と組み合わせてシステ
ムを構成したものである。図４に示すものは、除湿機構
１０としてＬＰＷＳ方式を用い、エアサイクルマシン６
としてファンを有さずタービン４及びコンプレッサ５の
みをシャフト１５に取り付けた２ホイールタイプを採用
したものである。同図中、符号３２で示すものはファン
に代替して使用されるエゼクタで、ノズルの集合体であ
り、抽気の一部をラムエアダクト２１内に高速で噴出さ
せ、これにより周囲の空気を巻き込んで必要なラムエア
１６の流れを作るものである。

【００２１】図５に示すものは、２ホイールのエアサイ
クルマシン６とＨＰＷＳタイプの除湿機構１０とを組み
合わせたものである。図６は、３ホイールタイプのエア
サイクルマシン６のシャフト１５にもう１つタービン３
３を翼車として追加した４ホイールタイプを示してい
る。この構成は、初段のタービン５の出口温度を上げ
て、コンデンサ１９のフィン表面における氷結を防ぎ、
最終的に次段の前記タービン３３で所要の冷却を行うよ
うにしたものである。

【００２２】これら何れのシステムにおいても、本発明
の電動コンプレッサを有する再循環ラインを付加するこ
とによって上記実施例に準じた作用効果を得ることがで
きるのは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
航空機の飛行性能を犠牲にすることなく、エンジン又は
補助動力装置からの抽気量を減らすことができ、又、シ
ステムの効率化、これによる軽量化も図ることができ
る。したがって、航空機に適用した場合に燃費を従来に
比べて格段に向上させることができ、これに伴い搭乗員
数や貨物搭載量の増大も有効に見込めるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシステム図。

【図２】同実施例における各地点での空気の圧力、温度
状態、流量を説明するための図。

【図３】本発明の変形例を示すシステム図。

【図４】本発明の変形例を示すシステム図。

【図５】本発明の変形例を示すシステム図。

【図６】本発明の変形例を示すシステム図。

【符号の説明】

１…エンジン ２…予圧室 ３…空調部 ２６…電動コンプレッサ ２７…再循環ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】航空機のエンジン又は補助動力部から高温
   高圧の圧縮空気を抽出し、これを空調部で調温、調圧し
   た後、予圧室に供給するようにしたものにおいて、 予圧室と空調部の入口とを電動コンプレッサを有する再
   循環ラインを介して接続し、予圧室から排出される空気
   の一部を圧縮して空調部に導き再循環させるようにした
   ことを特徴とする航空機用空気調和装置。