JPS5824736A - 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】 本発明は、航空機のキャビンの如き密閉空間のための暖
房〉空調／加圧装置の如き環境制御装置に係り、更に詳
細にはその温度及び圧力制御に係る。

航空機のキャビンなどの如き包囲体のための環境制御装
置は、航空−が遭遇する種々の温度及び圧力気候条件に
於て電客を安楽な状態に維持すべく、航空機のキャビン
の暖房、空調、加圧をなし得るものでなければならない
。ガスタービンエンジンにより竺進される航空機に於て
は、環境制御装置のための空気はガスタービンエンジン
の圧縮機セクションの吐出空気の一部をブリードするこ
とにより与えられる。この加圧された空気は一般に２０
０〜５００°、Ｆ（約９３〜２６０℃）の範囲の温度に
あり、従って気候条件がキャビンが暖房される必要のあ
るような場合に於ける適宜な暖温空気源である。環境制
御装置は空気サイクル又はフレオン冷却系の如き冷却系
・を採用していることが多く、これにより気候条件がキ
ャビンが冷却される必要のあるような場合に圧縮機ブリ
ード空気を冷却し得るようになっている。

冷房及び暖房能力を有する環境制御装置とすべく、従来
より圧縮機ブリード空気流を分割し、圧縮機ブリード空
気の一部が冷却系により冷却され、任縮機ブリード空気
の残りの空気が冷却系をバイパスして導かれ且冷却され
た空気と混合された後航空機のキャビンへ排出されるよ
うになっている。

一般にバイパス空気流路にはバイパス空気の質量８１量
を制御するための弁が組込まれており、その弁はキャビ
ン内の空気が冷却される必要のある時には閉じてバイパ
ス空気流がキャビンへ流れることを制限し、またキャビ
ンの空気が加熱される必要がある時には、開弁してバイ
パス空気の流れが冷却された空気の流れを上回るように
なっている。

また環境制御装置を経てキャビンへ流入する全空気流量
を制限すべくベンチュリが採用されており、これにより
ガスタービンエンジンに対しオーバブリードが行なわれ
ることが回避されるようになっていることが多い。

かかる従来の環境制御装置には幾つかの欠点がある。例
えば冷却された空気の流−は制御されないので、キャビ
ンの暖房が不充分であることが多く、冷却セクションを
バイパスして冷却セクション内に於ける空気の過剰冷却
を補償するためには多量の暖温ブリード空気が必要であ
る。かかる暖温ブリード空気が過剰に流れることはベン
チュリなどの如き流量制限装置により阻止されるが、か
かる流量制、限装置により環境制御装置内に実質的な量
の圧力降下が導入され、これにより環境制御装置の効率
が更に低下される。またキャビンへ供給される冷却され
た空気の流量は制御されないので、そのことにより環境
制御装置のキャビン暖房能力に対し悪影響が及ぼされる
。例えば低高度域に於ては、高高度域に於ける加熱より
も冷却に要する空気流量が大きくなる。しかし従来の環
境制御装置に於ては、環境制御装置を流れる最適空気流
量は低高度域に於ける冷却の場合に得られるよう設定さ
れていれば、高高度域に於ける加熱は既に冷却されてい
る空気を昇温させる必要がない場合に比して多量の空気
を必要とし、これにより実質的な量のブリード空気が浪
費されることとなり、またエンジンの性能に対し悪影響
が及ぼされる。

従来の環境制御装置に於ける上述の如き欠点の幾つかは
、それぞれ冷却された空気の流量及び暖瀉のバイパス空
気の流量の両方を制御する互いに独立した弁を設けるこ
とによって排除される。米国特許第２．５６２．９１８
号にはかかる互いに独立した制御弁を組込むことが開示
されている。

しかしこの米国特許に於ては、キャビンの圧力は圧力制
御弁により制御されるようになっており、この場合圧力
制御弁は乗客を安楽にするに要する圧力要件を基準にキ
ャビン内の圧力を維持するのではなく、バイパス空気の
流量ＩＩＪｗ弁の入口に於ける圧力を一定に維持するよ
うになっており、従ってキャビン内の空気の加圧は温度
要件に基いてのみ行なわれるものである。このことは上
述の米国特許に開示された従来の環境制御装置に於ける
一つの欠点である。かくして上述の米国特許に開示され
た環境制御装置の如き環境制御装置によれば、何らかの
理由によりエンジンの圧縮機吐出空気の圧力が低下し、
また冷却の必要性が増大した場合には、冷却系を通過す
る空気の流量（この流―が増大されることが最も好まし
い）が増大されるのではなく、バイパス空気の流量が増
大される。

更に、前述の米国特許に於て採用されているバイパス制
御弁及び冷却制御弁は互いに極く僅かしかオーバラップ
して作動しない。即ち極く限られた状況に於ける場合を
除きこれら二つのｌ１１１ｍ弁の一方の調節を行なって
も他方の制御弁の調節を行なうことはできない。かくし
て成る特定の設定状態より冷却をより強力に行なう必要
が生じた場合にも、冷却の増大はバイパス制御弁を閉弁
し且これと同時に冷却制御弁を開弁することによるので
はなく、バイパス制御弁のみを閉弁することによって行
なわれ、従って必要とされる低温の空気の流量を増大さ
せることができない。

従って本発明の主要な目的は、環境制御装置の吐出空気
の温度が実質的に環境制御装置の吐出空気の圧力とは独
立して所要の値に維持される環境制御装置を提供するこ
とである。

本発明の他の一つの目的は、環境制御装置による冷房の
調節が暖温空気の流量によっては悪影響を受けずに行な
われる環境制御装置′を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、環境制御装置による暖
房の調節が環境制御装置を流れる冷却された空気の流量
により悪影響を受けずに行なわれる環境制御装置を提供
することである。

本発明の更に他の一つの目的は、最小限の圧縮機吐出空
気しか使用せずにキャビンの温度及び圧力要件を効率良
く達成する環境制御＠習を提供することである。

これらの目的は、本発明によれば、冷却装置又は空調装
置を流れる空気の流量を制御する制御弁と、冷却装置を
迂回して流れる空気の流量を制御する他の一つの制御弁
であって、これらの制御弁は一方の制御弁の開度を変化
することにより他方の制御弁の開度が反比例的に変化さ
れるよう互いに他に対する位相が定められ且同期駆動さ
れるよう構成された二つの制御弁を組込むことによって
達成される。かくして暖房又は冷房が必要とされる場合
には、必要とされる暖温又は′低温空気の流量が増大さ
れるよう対応する制御弁が開弁され、これと同時に低温
又は暖温の空気の流量を低減すべく、他方の制御弁が閉
弁される。また他の一つの制御弁が設けられており、こ
の制御弁は各瞬間に於けるキャビンの温度要件とは独立
して周囲圧力に応答して環境制御装置の全供給圧力を制
御し、これにより温度の調節が圧力には悪影響を与えず
、。

また逆に圧力の調節が温度には恩−影響を与えないよう
になっている。従って本発明による環境制御装置は温度
及び圧力を最適の状態に維持しつつ最も効率的な！！鎖
にてエンジンブリード空気を使用するものである。

以下に添付の図を参照−しつつ、本発明を実施例につい
て詳細に説明する。

添付の第１図に本発明による環境制御装置１０が図示さ
れている。環境制御装置１１０は図にて左端に於て環境
制御装置により温度及び圧力を制御されるべき航空機の
キャビン（図示せず）の如き密閉空間に空気を排出する
主供給導管１５を含んでいる。環境制御装置１０への導
入空気はガスタービンエンジンの圧縮機セクションの如
き適当な源より、図にて右端に於て主供給導管１５を経
て供給される。環境制御装置１０は主供給導管１５内に
配置された第一の圧力制御弁２０を含んでいる。この制
御弁２０の設定により主供給導Ｉ！１５の実効通路断面
積が制御され、従って空気源より主供給導管を通過する
空気の流量が制御される。

−図示の如く、制御弁２０は弁軸上にビニオン２５を有
するバタフライ弁である。ビニオン２５は弁アクチユエ
ータ３５に接続されたうツク３０と係゛　合している。

尚この制御弁２９は当技術分野に於て良く知、られてい
、る如り１、クランクにより作動されるよう構成されて
もよい。アクチュエータ３５は第一のシリンダ４０と第
二のシリンダ４５とを含んでおり、第−及び第二のシリ
ンダ４０及び４５内にはそれぞれ第−及び第二のピスト
ン５０及び５５が受けられてい′る。ピストン５０及び
５５は０ツド６０によって互いに接続されており、小さ
い方のピストン５０はリング６５によりシリンダ４０に
対しシールされており、コネクティングロッド７０の如
き適当な手段によりラック３０に接続されている。大き
い方のピストン５５はローリングダイヤフラム７５によ
りシリンダ４５に対しシールされている。ピストン５０
の図にて左側の室は導管８０により、環境１ＩＪｉｌｌ
ｌ装置１０の空気入口に近接した位置にて主供給導管１
５と連通接続されている。ピストン５５の図にて右側の
室は導管８５により環境制御装置１０の空気入口と連通
接続されている。導ｌｌ８５はオリフィス９０、及びソ
レノイド１００により作動され平常時には弁座１０５よ
り離脱した状態にある球型弁９５を介して導管８０と連
通している。導管８５内の空気の一部はその端部にボー
ト１１０を有する枝管１’０７ｅ経て導管８５より連続
的にブリードされるようになっている。ボート１１０の
実効通路断面積はフラッパ１１５により選択的に調節さ
れるようになっている。

定常運転条件下に於ては、ピストン５ｏの左側に畔制御
弁２０より上流側の空気圧が作用し、これによりピスト
ン５ｏはその空気圧に比例した圧力にて図にて右方へ付
勢される。同様にピストン５５には主供給ｉ管１５の空
気入口の圧力が作用し・これによりピストン５５は図に
て左方へ付勢され、枝管１０７を経てブリードされる空
気によって両方のピストン５０及び５５が実質的に等大
月逆方向の力を互いに他に対し及ぼすよう、ピストン５
５の直径が大きいことを補償する。従って環境制御装置
１１０への導入空気の圧力が一定である時には、ピスト
ン５ｏ及び５５は平衡状態に留まり、制御弁２０は成る
特定の設定状態に留まる。

例えば圧縮機吐出空気の圧力が増大することなどによっ
、て環境制御装置１ｏへ導入される空気の圧力が変化す
ると、その変化はまずピストン５゜に作用する。このき
オリフィス９０はピストン５５に作用する圧力が増大す
ることを遅延させる。

かくして圧縮機吐出空気の圧力が増大するとピストン５
０及び５５に作用する力に不釣合が生じ、増大された圧
力はまずピストン５０に作用してピストン５０を図にて
右方へ駆動し、これによりラック３０を駆動して制御弁
２０を部分的に閉じる。

そして増大された圧力はオリフィス９ｏにより圧力の影
響の遅延が導入された後シリンダ４５内にも現れ、ピス
トン５５に作用する力を増大してピストン５０及び制御
弁２０がそれ以上運動することを阻止し、かくしてボー
ト１１０よりブリードされる空気によって環境制御装置
１０の平衡状態が再度確立される。

制御弁２０は環境制御装＠１０への導入空気の圧力のみ
ならず周囲圧力（高度）にも応答する。

第１図に於て、フラッパ１１５は枢軸１１７上に装着さ
れて声り、アクチュエータ１２０により作動されるよう
にな゛つている。アクチュエータ１２０はシリンダ１２
５及び１３０を含んでおり、シリンダ１２５及び１３０
内にはそれぞれピストン１３５及び１４０が受けられて
いる。ピストン１３５及び１４０はローリングダイヤフ
ラムによりそれぞれ対応するシリンダ１２５及び１３０
に対しシールされている。フラッパ１１５にはそのフラ
ッパを周囲圧力（Ｐａｇ＋ｂ）に応答する真空ベロー１
５０及びピストン１３５の両方に対し付勢するばね１４
５のばね力が作用するようになっている。ピストン１３
５の図にて上側の室は導管１６０により制御弁２０より
下流側の主供給導管１５と連通接続されており、ピスト
ン１４’Ｏの図にて下側の室は導管１６０及び１６５に
より制御弁２０より下流側の主門給導管１５に連通接続
されている・導！’１６５には較Ｑ１７０が設けられて
い゛　る。

定常運転条件下に於ては、制御された環境制御装置空気
圧（Ｐｒｅｇ）は周囲圧力（高度）が一定であ！′！″
″！　！′−，＆を一定１留まる・し“５高度が変化す
ると周囲圧力（Ｐａｍｂ）も変化し、これにより環境制
御装置１０の吐出圧力を調節する必要が生じる。従って
周囲圧力が変化するとそれに対応して真空ベロー１５０
に作用する圧力も変化し、これによりフラッパ１１５の
調節が行なわれ、これによりボート１１０の実効間ｒ！
１（ブリード空気流量）の増減が行なわれる。このこと
によりピストン５５に作用する圧力が調節され、アクチ
ュエータ３５に作用する力が不平衡を生じ、これにより
肚力制御井２０が環境制御装置１０の吐出圧力が所要の
値となる位置に調節される。制御された圧力（Ｐｒｅｏ
）の変化はすぐにシリンダ１２５に現れ、ピストン１３
５に作用して周囲圧力の変化によるフラッパ１１５に作
用する力の変化を消去する。調節された制御された圧力
はしかる後導管１６５及び較り１７０を経てピストン１
４０にも作用し、これによりボート１１０め実効開度が
再調節され、これによりピストン５０及び５５の両側に
作用する力の平衡化が行なわれて制御弁２０の゛運動が
安定化さ゛れる。　゛ 制御弁２０の作動に対する高度の影響が第２図に例示さ
れて□おり、この第２図に於゛ては制御弁２０より下流
側の制御された圧力ｐ　ｒｅｇが高度の増大に応答して
制御弁２０が閉じることにより低下するよう図示されて
いる。上述の如く、また第２図に示されている如く、キ
ャビンの空気が暖められなければならない高高度域に於
ては、キャビンの圧力を上げることによってのみ充分な
冷却を確保することができる低高痩域に比して、加圧は
実質的に小さなものであってよい。

ソレノイド１００をその閉弁位置へ駆動することにより
、ピストン５５に作用する圧力がボート１１０を経て空
気が排出されることによって低下−され、かくしてシリ
ンダ４０内の空気圧がピストン５０を図にて右方へ付勢
し得るようになり、これにより制御弁２０を閉じて環境
Ｉｌｌ　ＩＩＩ　装置１０の作動が停止する。

かくして本発明による環境制御装置１０によれば、第一
の制御弁２０及び豪のアクチュエータ３５により、温度
制御とは独立して圧力制御が行なわれる。同様に、本発
明に於ては、それぞれ冷却ダクト１８３及びバイパスダ
クト１８５に内に配置された第二の制御弁１７５及び第
三の制御弁１８０により、圧力の制御とは独立して温度
の制御が行なわれる。図示の如く、冷却ダクト１８３は
主供給導管１５の延在部を含んでいてよく、また内部に
当技術分野に於て公知の種々の空気サイクル又はブレオ
ン冷却系の如き任意の型式の空調パッケージ１９０又は
冷却装置を含んでいる。冷却ダクト１８３を経て供給さ
れる空気は空調パッケージ１９０内に於て冷却された後
、航空機のキャビン内へ排出される。バイパスダクト１
８５を経て分流された空気は環境制御装置１１０内へ流
入された時点に於ける温度と実質的に同一の混陳に留ま
り、空調パッケージ１９０を迂回して、空−パッケージ
１９０の下流側に於て冷却された空気と混合され、しか
る後航空機のキャビンへ排出される。

本発明による環境制御装置１０より排出された空気の温
度は、第二の′制御弁１７５及び第三の制御弁１８０の
開度により決定される。サー゛モスタットの如きキャビ
ン温度コントローラ１９５−がキャビンの温度を検出し
、その温度を所要のＩ！痕と比較し、コントローラ１９
５の要求を満足するよう第二の制御弁１７５及び第三の
制御弁１８００開度を決定する共通のアクチュエータ２
０’０へ信号を出力する。第二及び第三の制御弁１ニア
５及び１８０は弁リンク２１５及び２２０を含むリンク
機構２１０を介して共通の７クチユエータ２００により
作動されることにより同期駆動されるようになっている
。リンク２１５及び２２０はそれぞれその一端に於て対
応する制御弁１７５及び１８０の弁軸に剛固に接続され
ており、またその他端に於てそれぞれ主リンク２２５及
び２３０に枢着されている。アクチュエータ２００を作
動することにより（この場合アーム２０５を枢動するこ
とにより）、主リンク２２５及び２３０が実質的に垂直
方向に運動し、弁リンク２１５及び２２０が枢動し、こ
れにより第二の制御弁１７５及び第三の制御弁１８０の
開度の設定が行なわれる。図示の如く第二及び第三の制
御弁１７５及び１８０は同期駆動されるだけでなく、ア
クチュエータ２００により第二及び第三の制御弁の一方
の調節が行なわれるとそれと同時に且それに反比例して
他方の制御弁の調節が行なわれるよう、互いに他に対す
る位相が決定されている。

、第３図に示されている如く、 制御弁の互いに他に対する位相及び同期駆動により、第
三の制御弁１８０を含むバイパスダクト１８５！Ｌび空
調パッケージ１９０と第二の制御弁１７５を含む冷却ダ
クト１８３の゛実効流路抵抗（実効通路断面積の合計）
が第二及び第三の１１制御′弁１７５及び１８０の開度
の如何に拘らず実質的に一定に維持される。

第３図に於て、第三の制御弁１８０が種々のアクチュエ
ータ位ｗ１（種々の弁開度位置）にある時に於けるバイ
パスダクト１８５の実効通路断面積が曲１１２３５によ
り示されている。また第二の制御弁１７５が種々のアク
、チュエータ位置（種々の弁開度位置）にある場合に於
ける冷却ダクト１８いる。

曲線２４０より一定の曲線２４５により示された空調パ
ッケージ１９０の実効絞りを、減算することにより、冷
却ダクト１８３と第二の制御弁１７５と空調パッケージ
１９０を通る通路の全てのアクチュエータ位置について
の実効通路＊＠積を示す曲線２５０が得られる。全実効
通路断面積は曲線２３５と曲線２５０の合計であり、実
質的に一定の値を示す曲線２５５である。従って全ての
アクチュエータ位１に於て、環境制御装置１０を流れる
空気の流量は実質的に一定である。かくして航空機が成
る一定の烏度にあるときには、キャビンの温度の調節は
キャビンへ供給される空気の流量に変化をきたすことな
く行なわれる。第１図に於ては第二及び第三の制御弁１
７５及び１８０は最大の冷却が行なわれる位置に設定さ
れている。

即ち第三の制御弁１８０は閉じられ、第二のＩＩＪＩｌ
弁１７５は完全に開かれている。作動に於ては、例えば
、キャビンの［１ｍが昇温される必要があることを示す
温度コントローラ１９５からの信号によりアクチュエー
タ２００が作動され、アーム２０５が反時計廻り方向に
枢動され、これによりリンク２２５及び２３０が実質的
に上方へ引き寄せられ、これによりリンク２１５及び２
２０が反時計廻り方向へ枢動される。このことにより第
二の制御弁１７５が閉じられ、これと同時に第三の制御
弁１８０が開かれる。かくしてキャビンの温度が昇温さ
れることに対する要求は、バイパスダクト１８５内を流
れる空気の流量を増大させるだけでなく、空調パッケー
ジ１９０内を流れる空気の流量をそれに比例して減少さ
せる。かくして冷却ダクト１８３及びバイパスダクト１
８５内を流れる空気の流量は何れも他方の流量を圧倒す
るものであってはならず、エンジンブリード空気を浪費
せず且キャビンの圧力を安定な状態に維持した状態にて
キャビンの温度が所要の温度とされる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による環境制御装置を示す解図である。 如２図は本発明による環境制御装置に於て採用されてい
る圧力制御弁の作動特性を示す解図的グラフである。 第３図は本発明による環境制御装置に於て採用されてい
る濃度制御弁の作動特性を示す解図的グラフである。 １０・・・環境制御装置、１５・・・主供給導管、２０
・・・制御弁、３０・・・ラック、３５・・・アクチュ
エータ。 ４０・・・第一のシリンダ、４５・・・第二のシリンダ
。 ５０・・・第一のピストン、５５・・・第二のピストン
。 ６０・・・ロッド、６５・・・リング、７０・・・コネ
クティングロッド、７５・・・ローリングダイヤフラム
、８０．８５・・・導管、９０・・・オリフィス、９５
・・・ボール型弁、１００・・・ソレノイド、１’０５
−・・弁座、１０７・・・枝管、　ｉ　ｉ　’ｏ−・・
ポート、１１５−・・フラッパ。 １１７・・・枢軸、１２０−・・アクチュエータ、１２
５．１３０・・・シリンダ、１３５．１４０・・・ピス
トン。 １４５・・・ばね、１５０・・・真空ベロー、１６０．
１６５・・・専管、１７０・・・絞り、１７５・・・第
二のＩＩ御弁、１８０・・・第三の制御弁、１８３・・
・冷却ダクト。 １８５・・・バイパスダクト、１９０・・・空調ノクツ
ケージ、１９５・・・キャビン温度コントローラ、２０
０・・・アクチュエータ、２０５・・・アーム、２１０
・・・１リンク機構、２１５．２２０・・・りンク、２
２５．２３０・・・主リンク 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加圧４空気源と、加圧空気の一部を冷却する冷却装置と
   、前記加圧空気源と連通し前記加圧空気の残りを前記冷
   却装置を迂回して導く導管とを含み、更に、 温度とは独立して高度に応答して前記加圧空気源よりの
   全空気滝壷を制御する第一の制御弁と、前記冷却ｖＲＩ
   Ｉと直列に設けられ前記冷却装置へ導入される空気の流
   量を制御する第二の制御弁と、前記バイパス導管内に設
   けられ前記バイパス導管内を流れる空気の流量を制御す
   る第三の制御弁と、 前記第二及び第三の制御弁は圧力とは独立して空気流の
   温度に応答し、一方の制御弁の開度の調節により他方の
   制御弁の調節が同時に且反比例的に行なわれる杢う、同
   期駆動され且互いに他（対する位相が、決定さ、れてお
   り、これにより前記冷却装置及び前記バイパス導管内を
   流れる空気流の流−及び温度が互いに独立して制御され
   得るよう構格されていることと、 を含んでいることを特徴とする環境制御装置。