JPS60159565A - ヒ−トパイプ熱交換器を有する航空機用空調装置 - Google Patents

ヒ−トパイプ熱交換器を有する航空機用空調装置

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JPS60159565A
JPS60159565A JP1313984A JP1313984A JPS60159565A JP S60159565 A JPS60159565 A JP S60159565A JP 1313984 A JP1313984 A JP 1313984A JP 1313984 A JP1313984 A JP 1313984A JP S60159565 A JPS60159565 A JP S60159565A
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JP
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air
heat exchanger
aircraft
heat
heat pipe
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JP1313984A
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菱川 靖男
末藤 敏一
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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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】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、冷却媒体として航空燃料等の機内保有物を利
用するようにしたヒートパイプ熱交換器を有する航空機
用空調装置6に関する。
(ロ)従来技術 航空機に使用される空調装置は、キャビンをq−圧室に
するための与圧装置と131用されるとともに、通常エ
ンジンから抽出した高温高圧の空気いわゆるブリードエ
アを圧力調整弁によって減圧し、ついで熱交換器、冷却
タービンなどによって適度に温度調整してキャビンに供
給するエアサイクル方式がその主流となっている。そし
て、この種従来方式のものでは、熱交換器でブリートエ
アから熱を奪い冷却するだめの冷奴として、飛11中は
ラムエアスクープを介して大気から取り込んだ冷気を用
いることも通例となっている。
ところが□、ブリードエアの冷奴としてかかる外気(ラ
ムエア)を用いるものでは、このラムエアを取り入れる
ことによって機体に対する抵抗いわゆるISラグ損失を
り−え、それだけ燃料消費ψを増大させる問題がある。
また、このラムエアを取り入れるために専用の複雑なラ
ム回路を設ける必要−があることから、機内構造をそれ
だけ複雑化することかある。さらに、この種方式のもの
にあっては、駐機中はACM (エアサイクルマシン)
のファンにより外気を取り入れなければならないから、
これに伴ないACMをそれだけ大型のものにしなければ
ならない不都合もある。
(ハ)目的 本発明はこのような事情に着目してなされたものであり
、熱交換器の冷奴としてラムエアを使用しないで済む一
ヒートバイブ熱交換器を開発することにより、機体にド
ラグ損失が無く、シたがって燃料効率の向1−1省エネ
ルギー化が図られるとともに、航空機に広汎に適用し得
る小型軽量化された空調装置1提供することを目的とす
る。
(ニ)構成 未発明は、かかる目的を達成するために、エンジンから
抽出した高温高圧空気を冷却し、さらに圧縮機によりシ
1圧した後、熱交換器により(【)度冷却し、ついで前
記圧縮機を回転駆動する膨張タービンに供給し、このタ
ービンにより断熱膨張させて冷却した空気をミキシンク
チェ〉′パーを介してキャビンに送り込みキャビンの空
気調和をわなうようにした航空機用空調装置において、
前記圧縮機から前記1彫張ターヒンへの高温高圧空気の
流通通路と機内に存在する冷却媒体との間にヒートパイ
プを配設し、このヒートパイプを介して前記高温高圧空
気の保イイする熱品を前記冷却媒体に移送するようにし
たヒートバイブ熱交換器で構成したことを特徴とするも
のである。
(ホ)実施例 以下、本発明の一実施例を図面に掲げて説明するう 図面は実施例装置の主波部構成を模式的に示す。図にお
いて、1.1はエンジン、2はそれから1111温高圧
、例えば260℃、7 Kg/ cm2absの空気(
ブリードエア)の抽出部をなす油気管、3はこのブリー
トエアの取入れ部をなす取入れ管、4は取入れ管3の途
中に介設した一次熱交換器である。5はこの一次冷却さ
れたエアを)4圧する圧縮機(ターボブロア)、6はそ
れを回転駆動する11彰弓長タービン(グーリングター
ビン)、7はこの圧縮機5か61膨張タービンへのエア
流通通路をな′t′4込管8込合8した一゛1次熱交換
器、9は高圧水分回器である。10はタービンで冷却さ
れたコールド゛エアとホットエア等とを混合するミキシ
ングチェンバー(プレナム)、11はここで調整された
′・′r気が送り出されるキャビン(り一圧室)を示す
。なオ、nif記ミキシングチェン/< −101,:
 fi、前記取入れ管3から直接ホットエアを導入する
/へrパス通路12が/ヘルプ13を介して連通され、
温度センサ14を介してキャビン温度を検知するコント
ローラ15がそのアクチュエータ16を作動してホ71
− エアの流量を自動的に調整するように構成しである
。また、前記ミキシ/グチエンへ−1Oには、キャビン
11から一部空気が送り戻される。
前記−・成熱交換器4と二次熱交換器7は、いずれもそ
の冷媒として航空機に搭載された航空燃料およびキャビ
ン11から機外に排出Sれる排出空気を用いたヒートパ
イプ熱交換器で構成されている。まず、−成熱交換器4
は、前記取入れ管3と燃料供給系統、例えば、燃料タン
ク17あるいは燃料移送管との間にヒートパイプ18を
配設し、取入れ管3側に吸熱部18a、タンク17側に
放熱部18bを設置して構成される主筒系統と、前記取
入れ管3とキャビン空気の排気系統、例えば排出管19
との間にヒートパイプ20を配設し、取入れ管3側に吸
熱部20a、排出管19側に放熱部20bを設置して構
成される副筒系統との結合体からなる。また二次熱交換
器7は、前記導通管8とやはり燃料タンク17等との間
にヒートパイプ21を配設し、導通管8側に吸熱部21
a、タンク17側に放熱部21bを設置して構成される
主筒系統と、前記導通管8とやはり排出管19との間に
ヒートパイプ22を配設し、導通管8側に吸熱部22a
、排出v:19側に放熱部22bを、位置して構成され
る副路系統との結合体からなる。これらのヒートパイプ
18.20.21.22には、それぞれ使用温度に適合
する作動液が封入されているとともに、航空機の姿勢変
更にも対応できるように適宜の還流手段を具備している
そして各ヒートパイプは、その吸熱部(蒸発器)の部分
で作動液が気化し吸熱する一方、その放熱1fB(9縮
器)の部分で作動液が凝縮して放熱することにより、ブ
リードエアのもつ熱竜を冷媒たる燃料およびキャビン排
出空気に移送する。
このような空気装置の動作について説明する。
この装置を備えた航空機のエンジン作動状態で。
エンジン1.lから抽出された高温高圧の空気(ブリー
ドエア)は、まず油気管2.2、取入れ管3を経て一次
熱交換器4に導入される。ここにおいて、前記土鈴系統
および副路系統の協動作用の一ドに、ブリードエアは燃
料およびキャビン排出空気を冷媒としてその保有熱が奪
われ、冷却される。この−軟冷却されたブリードエアは
、−部前記バイパス通路12に導通される流量を除き、
圧縮機5で断熱圧縮される。そし゛て、この昇圧昇温さ
れたブリートエアは、二次熱交換器7に導入されて、や
はりその前記土鈴系統および副路系統の協働作用の下に
燃料およびキャビ/排出空気を冷媒として効果的に+t
r冷却される0次いで二次冷却されたブリートエアは高
圧水分離器9で水分が除去された後、膨張タービン6で
断熱膨張され、例えは−10°C程度の充分低い温度に
まで冷却されてミキシングチェンへ−10に送られる。
そして、ミキ・ンングチェニ/パー10では、キャビ゛
ン11の温度等の条件に応じて所定酸にホットエア等と
均一に混合され、このチェンバ−10から温度および湿
度調整されたエアがキャビン11に供給される。なお、
一次および二次熱交換器における土鈴系統の冷媒をなす
燃料については、タンク17等の供給系統で若干昇温さ
れて順次エンジン1.1に給送され消費される。また一
方、−次および二次熱交換器における副路系統の冷媒を
なすキャビン排を圧空気については、排出管19等の排
気系統で使続的に加熱されて機外に放出されることにな
る。
すJ−のようtこ本発明に係る空調装置でlオ、所要の
熱交換器として必要な筒所にもヒートパイプを配設する
だけで足りるものであるから重量および構ahの制約を
受けることなく種々の航空機に広汎に搭載り能であると
ともに、その冷媒として機内存在する燃料を利用するも
のであるから原則としてラムエアの取入れを全く必要と
せず、したがってトラグ損失の無いのが特長である。す
なわち、旅客機のような大型機種にあっては、ラムエア
冷却にようなくとも十分な冷房性能が発揮できる。また
、ラムエア冷却を廃1Fできることがらラムドアや複雑
なラム回路の設置が不要になること、駐機中におけるラ
ムエアの取込みのためのファン等の付帯装置部材を除去
できることから装置のACM本体をそれ自体小型軽量化
できる効果も得られる。
また、前記の実施例のもののように、熱交換器σ冷媒と
して機外へのキャビン排出空気も併用利用するものでは
、それに与えられる熱量分だけ排出速度か増し機体にス
ラスト効果を付与して相当の惟力(qJ復を期待するこ
ともできる。
なお1例えば戦闘機のような機種に適用する場合では、
従来のラムエアによる冷却方式と本発明に係る冷却方式
を併用してブリードエアを冷却するようにすることもで
きる。その場合でも、ラムエアの取入れ邦が少なくて済
むからドラグ損失が低減される。また、実施例の場合に
あっては、その−成熱交換器と二次熱交換器の双方に本
発明を適用しているが、条件によっては前記ブリードエ
アの抽出系統(実施例では一次熱交換器)の位置に熱交
換器を設置しなくてもよい場合があるし、また、ブリー
ドエアが最も昇温されるのは圧縮機5で断熱圧縮された
後であるから、少なくとも圧縮機5から膨張タービン6
へのエア流通通路(実施例では二次熱交換器)の位置で
本発明に係るヒートパイプ熱交換器を配設するようにす
ればよい。
かくの如く、未発明の空調装置ではブリードエアの冷却
媒体として、従来のようなラムエアの利用に依存するも
のとは異なり、航空燃料のような航空機が本来的に必要
としかつ機内に存在されるものを積極的もこ利用するこ
とを本質としている。
したがって、条件的に許容されれば、他の保有物5例え
ば洗面所の洗浄水あるいはファン空気等を冷却媒体とし
て利用することもiif能である。また 機体それ自身
、例えば外壁プレートに熱!l−を移1xシ放出せしめ
る余地も残されている。なお、燃J′■を冷却媒体とし
て利用するのが最も簡単かつ効果的であるか、この場合
勿論ブリードエアと燃料とはヒーしパイプを介して間接
的に熱交換されるので、両名が接触する危険性も完全に
排除できる。
(へ)効果 本発明は1以上述べたように、ブリードエアを冷却する
ための熱交換器として、搭載燃料のような機内に存イ「
するものを冷却媒体として用いるヒートパイプ熱交換器
を配設して構成されるものであるから、原則としてラム
エアの取入れを必要とせず、したがってドラグ損−矢の
無い燃料効率の改善と省エネルギー化の達成できた航空
機用空調装置を提供できる。また、ラムエア取入れの廃
止に伴い、空調装置の構造簡易化と一層の小型軽微化も
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例装置の要部構成を示す模式説明図で
ある。 1.1・・・エンジン 4営幸響−i M交m W5・
・・圧縮機 6・・・膨張タービン7・・・二次熱交換
器 lO令−・ミキシングチェンバー 1111110キヤビン 17・争Φ燃料夕/り18.
20.21.22・嗜・ヒートパイプ18a、20a、
21a、22a・・−吸熱部(蒸発器) isb、20b、21b、22b−壷や放熱部(凝縮器
) 代理人 弁理士 赤澤−博

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エンジンから抽出した高温高圧空気を冷却し、さ
    らに圧縮機により側圧した後、熱交換器により再度冷却
    し、ついで前記圧縮機を回転駆動する膨張タービンに供
    給し、このタービンにより断熱膨張させて冷却した空気
    をミキシングチェンバーを介してキャビンに送り込みキ
    ャビンの空気調和を行なうようにした“装置において、
    前記熱交換器を、前記圧縮機から前記1彫張タービンへ
    の高温高圧空気の流通通路と機内に存在する冷却媒体と
    の間にヒートパイプを配設し、このヒートパイプを介し
    て前記高温高圧空気の保有する熱量を前記冷却媒体に移
    送するようにしたヒートパイプ熱交換器で構成したこと
    を特徴とす′るヒートパイプ熱交換器を有する航空機用
    空調装置。
  2. (2)機内に存在する冷却媒体がエンジンの航空燃料で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のヒー
    トパイプ熱交換器を有する航空機用空調装置。
JP1313984A 1984-01-26 1984-01-26 ヒ−トパイプ熱交換器を有する航空機用空調装置 Granted JPS60159565A (ja)

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