KR102129153B1 - 항공기용 공조 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항공기의 가압 캐빈에 대한 공조 시스템에 관한 것이다. 시스템(1)은 항공기의 외측으로부터 주변 공기를 회수하도록 구성된 공기 회수 모듈(3), 회수 공급 유동(F1)을 압축하도록 구성된 공기 압축 모듈(5) 및 냉각 유체에 의해 압축된 공기 유동을 냉각시키도록 구성되고 하나 이상의 냉각 유체의 보관을 위한 수단을 포함한 공기 냉각 모듈(10)을 포함한다. 공기 냉각 모듈(10)은 공기 유동으로부터 물을 응축시키기 위한 응축기(12), 상기 물을 추출하기 위한 물 추출기(13), 물 추출기(13)에 의해 방출된 건조한 공기 유동을 냉각시키기 위한 냉각기(14) 및 극저온 유체를 위한 탱크(15)를 포함하고, 상기 극저온 유체에 의해 공기 유동으로부터의 물이 응축기(12) 내에서 응축되고 추출기에 의해 방출된 건조한 공기가 냉각기(14) 내에서 냉각된다.
Description
본 발명은 항공기 내에서의 공조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 항공기의 가압 캐빈을 제공하기 위한 공조에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 구체적으로는 항공기용 공조 시스템 및 방법, 및 이 유형의 시스템을 포함하는 항공기에 관한 것이다.
항공기의 순항 고도에서, 예를 들어, 10,000 미터의 고도에서, 외부 주변 공기의 압력은 일반적으로 대략 0.2바 내지 0.3바이고, 이의 온도는 -20°C 내지 -60°C인 반면, 항공기의 가압 캐빈 내의 압력은 대략 0.8바이고 캐빈 공조 모듈의 입구에서의 온도는 대략 -15°C이다.
공기를 가압 캐빈에 공급하기 위하여, 공조하고 그 뒤에 캐빈 공조 모듈에 이 공지를 유도하기 위하여 주 엔진의 영역에 공기를 회수하는 것으로 알려졌다.
고온이고 가압되는 압축된 공기 유동은 이에 따라 주 엔진의 압축기 스테이지로부터 회수되고 그 뒤에 사전-냉각기에 의해 냉각되며, 이의 출구에서 상기 공기의 압력은 대략 2바이고 이의 온도는 대략 200°C이다. 상기 공기는 그 뒤에 재차 냉각되고 동시에 탈습되고 냉각 모듈에서 팽창되며, 이의 출구에서 상기 공기의 압력은 대략 0.8바에서 캐빈의 압력에 근접하고, 상기 공기의 온도는 대략 -15°C이다. 그 뒤에, 이에 따라 공조되는 공기는 청결 공기의 공급 및 이의 열 조절을 보장하기 위하여 항공기의 캐빈 공조 모듈로 유도된다. 이 종류의 시스템은 그러나 다수의 단점을 갖는다.
첫째로, 회수 공기의 압력이 높기 때문에, 공기는 항공기의 캐빈 공조 모듈의 입구에서 요구된 압력 수준에 도달되도록 팽창되어야 한다. 이러한 팽창은 제1 단점인, 시스템의 구조를 더욱 복잡하게 하고 에너지를 소모하는 복수의 열 교환기 및 터보차져를 포함하는 냉각 모듈의 사용을 필요로 한다.
게다가, 이 종류의 시스템의 사전-냉각기는 항공기의 주 엔진의 압축기 스테이지에서 고온 공기 회수를 냉각하기 위하여 회수되는 저온에서 추가 공기를 필요로 한다. 항공기의 상이한 영역으로부터 이 종류의 수차례 공기 회수는 공조 시스템을 구성하고, 이에 따라 연료 소모 및 드래그가 증가되도록 항공기의 내부 구조를 더욱 복잡하게 하며, 이는 제2 단점이다.
게다가, 이 종류의 시스템은 주 엔진의 설치 및 작동가능성을 복합하게 하며, 이는 이의 성능을 감소시킬 수 있고, 이는 제3 단점이다.
게다가, 주 엔진의 압축기 스테이지에서 공기를 회수함에 따라 항공기의 추진을 위해 사용될 수 있는 공기의 양이 이에 따라 감소하며, 이에 따라 연료 소모가 증가하며, 이는 제4 단점이다.
최종적으로, 엔진 속도의 변화가 공기 회수의 불변 최소 수준을 보장하기 위하여 복합적인 시스템을 필요로 하고 이는 제4 단점이다.
본 발명은 공조 및 더욱 일반적으로 항공기의 구조를 단순화시키고 항공기의 에너지를 절약하기 위하여 항공기용 현존 공조 시스템을 향상시키는 데 있다.
이에 따라서, 본 발명의 목적은 항공기의 가압 캐빈을 위한 공조 시스템으로서, 상기 공조 시스템은 항공기의 외측으로부터 주변 공기를 회수하도록 구성된 공기 회수 모듈, 회수 공급 유동을 압축하도록 구성된 공기 압축 모듈 및 냉각 유체에 의해 압축된 공기 유동을 냉각시키도록 구성되고 하나 이상의 냉각 유체의 보관을 위한 수단을 포함한 공기 냉각 모듈을 포함한다.
용어 "주변 외부 공기"는 항공기 엔진 내에서 유동하는 공기와 상반되게 항공기 외측의 개방 공기를 의미한다.
이에 따라 냉각된 공기는 그 뒤에 항공기의 캐빈의 공조 모듈로 유도될 수 있고, 그 뒤에 차가운 공기를 캐빈에 공급하기 위하여 캐빈 셋팅에 따르는 공기 유동의 온도를 조절한다.
압축 모듈은 항공기의 외측으로부터 회수된 주변 공기를 압축할 수 있고, 이의 압력과 온도가 일반적으로 캐빈 공조 모듈의 입구에서 요구되는 압력과 온도의 수준보다 일반적으로 낮다. 이 종류의 압축은 캐빈에서 필요한 압력 수준, 예를 들어, 0.8바로 공기의 압력을 증가시킬 수 있다. 회수된 주변 외부 공기의 압력이 대략 0.2 또는 0.3바이기 때문에, 캐빈 내에서 필요한 수준에 근접한 압력, 예를 들어, 0.8바를 수득하기 위하여 이 종류의 압력과 연계된 압축 비율이 예를 들어 대략 3 또는 4로 감소되고 이에 따라 더 작은 에너지가 필요하다. 압축은 항공기의 공조 모듈과 공기 압축 모듈 사이에서 열 손실과 연계된 공기 압력을 강하시킬 수 있도록 캐빈 내에서 요구된 압력보다 다소 낮은 값, 예를 들어, 0.9바로 수행될 수 있다.
압축이 캐빈 공조 모듈의 입구에서 필요한 수준을 초과하도록 회수 공기의 온도를 증가시킬 때, 냉각 모듈은 그 뒤에 압축된 공기의 유동을 수용하고 캐빈 공조 모듈의 입구에서 필요한 온도 수준, 예를 들어 -15°C로 압축된 공기의 유동을 냉각시킨다. 냉각된 공기는 그 뒤에 항공기의 가압 캐빈으로의 냉각된 공기의 공급 및 열 조절을 보장하기 위하여 항공기의 공조 모듈에 제공된다.
본 발명에 따른 시스템은 단지 주변 외부 공기만을 회수한다. 따라서, 주 엔진의 압축기 스테이지에서 공기를 회수할 필요가 없고, 이에 따라 이이 효율이 개선되고 항공기의 엔진 속도의 변화와 독립적으로 공조 시스템이 구성된다. 특히, 현존 해결방법과 대조적으로, 본 발명에 따른 시스템의 공기 회수 모듈은 이에 따라 예를 들어, 제어가능 밸브 또는 동적 공기 입구에 의해 형성될 수 있는 공기를 회수하기 위한 단일의 수단을 포함할 수 있다.
게다가, 드래그 및 이에 따라 연료 소모를 감소시킬 수 있고 구조를 단순화시키는 항공기의 상이한 영역에서 그리고 상이한 온도로 회수되는 공기를 증가시킬 필요가 없다.
이 유형의 시스템의 구조는 단순하고 공기를 냉각시키기 위해 복수의 열 교환기 및 터보차져를 사용하는 것이 방지된다. 게다가, 엔진의 설치, 작동가능성 및 유지보수가 더 용이해진다.
냉각제를 저장하기 위한 수단이 이에 따라 항공기를 유지보수하면서 쉽사리 교체될 수 있다. 이 종류의 냉각 축적기(cold accumulator)는 주변 외부 공기의 제2 유동을 회수할 필요 없이 제1 공기 유동의 온도를 감소시킬 수 있다. 추가로 공기는 캐빈 내에서 요구되는 값 또는 시스템 내에서 헤드 손실을 보상하기 위해 상기 값을 다소 초과하는 값으로 압축되며, 이에 따라 상기 압축을 위해 필요한 에너지가 상당히 제한된다. 따라서, 냉각은 공기를 팽창시키지 않고 구현되며, 이에 따라 팽창 모듈을 사용하여 방지되는 바와 같이 시스템의 구조가 단순화된다.
냉각 모듈은 바람직하게는 자가-수용식이다. "자가-수용식"은 공기가 또 다른 공급원으로부터의 유체를 사용하지 않고 저장 수단 내에 저장된 냉각제에 의해서 전적으로 냉각되는 것을 의미한다.
본 발명의 양태에 따라서, 냉각제를 저장하기 위한 수단은 압축된 공기 유동이 냉각될 수 있는 저온, 예를 들어 -180°C 미만의 온도로 유체를 저장하도록 구성된다.
냉각제는 바람직하게는 극저온 유체, 선호적으로 극저온 액체이다.
냉각제를 저장하기 위한 수단이 바람직하게는 극저온 유체 탱크의 형태이다. 이 종류의 극저온 유체는 예를 들어, 액체 질소, 액체 공기, 액체 헬륨 등일 수 있다.
냉각 모듈은 바람직하게는 가스상 유체, 예를 들어, 가압된 질소 가스를 전달하도록 구성되고, 이의 온도는 바람직하게는 기계적 에너지를 제공하고 터빈에 제공할 수 있는 압축된 공기의 온도보다 낮다.
본 발명의 양태에 따라서, 공조 시스템은 가열 모듈을 향하여 가스상 유체의 유동 및 냉각 모듈을 향하여 냉각되고 압축된 공기 유동을 유도하고 냉각 모듈에 의해 전달된 가스상 유체의 유동에 의해 공기 압축 모듈로부터 수용된 압축된 공기 유동을 냉각하도록 구성되며, 냉각 모듈과 공기 압축 모듈 사이에 배열된 열 교환 모듈을 포함한다. 이 유형의 루프는 열 교환기에 의해 압축된 공기 유동을 사전-냉각하기 위하여 냉각 모듈에 의해 전달된 가스상 유체의 열 에너지를 사용할 수 있다.
본 발명의 양태에 따라서, 공조 시스템은 압축된 공기의 온도가 캐빈의 공조 모듈의 입구에서 요구되는 온도보다 낮을 때 가열 모듈을 향하여 또는 압축된 공기의 온도가 캐빈의 공조 모듈의 입구에서 요구되는 온도보다 높을 때 공조 모듈을 향하여 공기 압축 모듈에 의해 압축된 공기 유동을 배향하도록 구성되고, 냉각 모듈과 압축 모듈 사이에 배열된 공기 유동 배향 모듈을 포함한다.
공기 유동 배향 모듈은 바람직하게는 2-웨이 밸브의 형태이다.
바람직하게는, 시스템은 예를 들어, 열 교환 모듈로부터 유입되는, 가열되는 가스상 유체의 유동, 또는 공기 유동 배향 모듈로부터 유입되는 공기 유동을 수용하기 위한 가열 모듈을 포함한다.
본 발명의 양태에 따라서, 가열 모듈은 터빈을 향하여 또는 캐빈 공조 모듈을 향하여 가열된 공기를 유도한다.
시스템은 바람직하게는 전류를 공급하는 제너레이터를 제공하고, 예를 들어, 항공기의 장치를 제공하고, 가열 모듈로부터 가스상 유체의 유동을 수용하도록 구성된 터빈을 포함한다. 이 유형의 터빈으로부터 배출되는 유동은 또한 화재의 위험이 상당히 감소되도록 대기를 불활성 상태로 만들고 및/또는 항공기(엔진이 설치되는 챔버인 엔진 베이)의 엔진 베어(들)를 냉각시킬 수 있다. 이에 따라 냉각 모듈에 의해 전달된 가스상 유체의 회수에 따라 저비용으로 추가 에너지를 생성할 수 있다.
압축 모듈은 바람직하게는 부하 압축기, 예를 들어, APU(auxiliary power unit)이다.
본 발명의 양태에 따라서, 냉각 모듈은 공기 유동으로부터 물을 응축시키기 위한 응축기, 상기 물을 추출하기 위한 물 추출기, 건조한 공기 유동을 냉각시키도록 구성된 냉각기, 및 얼음에 의한 막힘의 위험성 없이 냉각기에 의해 건조된 공기를 음의 온도로 냉각하고 응축기에 의해 유동으로부터 물의 응축을 허용하도록 구성된, 액체 질소, 액체 공기, 액체 헬륨 등과 같은 극저온 액체와 같은 냉각제를 포함한다.
냉각 모듈은 바람직하게는 수용되고 압축된 공기 유동을 탈습하도록 구성된다.
본 발명의 양태에 따라서, 가열 모듈은 환열기, 예를 들어 열 교환기이다.
본 발명은 또한 전술된 바와 같이 공조 시스템을 포함하는 항공기에 관한 것이다.
본 발명은 또한 캐빈에 대한 공조 모듈 및 가압 캐빈을 포함하는, 전술된 바와 같이 항공기 내에서의 공조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
-항공기 외측으로부터 주변 공기를 회수하는 단계,
-회수된 공기 유동을 압축하는 단계,
-극저온 유체에 의해 압축된 공기 유동을 냉각하는 단계,
-항공기의 캐빈 공조 모듈을 향하여 냉각된 공기 유동을 유도하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 바람직하게는 압축 단계와 냉각 단계 사이에, 압축된 공기의 온도가 캐빈의 공조 모듈의 입구에서 요구되는 온도보다 낮을 때 가열 모듈을 향하여 또는 압축된 공기의 온도가 캐빈의 공조 모듈의 입구에서 요구되는 온도보다 높을 때 공조 모듈을 향하여 공기 압축 모듈에 의해 압축된 공기 유동을 배향하는 단계를 포함한다.
본 발명의 양태에 따라서, 상기 방법은 가열 모듈을 통하여 회수 터빈을 향해 가스상 냉각제의 유동을 전송하는 단계를 추가로 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 공조 시스템의 도면.
도 2는 도 1의 시스템의 냉각 모듈의 도면.
도 3은 본 발명에 다른 공조 방법을 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 시스템의 냉각 모듈의 도면.
도 3은 본 발명에 다른 공조 방법을 도시하는 도면.
항공기 내에서, 공조 시스템은 외측으로부터 공기를 가압 캐빈(pressurised cabin)에 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템의 설명
도 1에 도시된 본 발명에 따른 공조 시스템(공조 system, 1)의 실시 형태는 공기 회수 모듈(air withdrawal module, 3), 공기 배향 모듈(7), 열 교환 모듈(9), 냉각 모듈(10), 열 회수 모듈(20), 터빈(30), 및 항공기의 가압 캐빈의 공조 모듈(40)을 포함한다.
공기 회수 모듈(3)
공기 회수 모듈은 항공기의 외측으로부터 주변 공기를 회수하도록 구성된다. 공기 회수 모듈(3)은 예를 들어, 동적 공기 입구 입구 타입의 하나 이상의 주변 외측 공기 입구, 바람직하게는 단일의 공기 입구를 포함한다. 공기 입구는 포획된 공기로부터의 운동 에너지를 압력으로(셧-오프 압력 또는 동적 압력)으로 변환시킬 수 있을 때 동적인 것으로 지칭된다(정적 공기 입구과 상반됨). 이 타입의 동적 공기 입구는 항공기의 APU(auxiliary power unit)의 것일 수 있다. 대안의 실시 형태에서, 공기 회수 모듈은 하나 이상의 제어가능 공기 회수 밸브로 형성될 수 있다.
공기 압축 모듈(5)
공기 압축 모듈(5)은 예를 들어, 항공기의 APU의 부하 압축기일 수 있는 하나 이상의 압축기를 포함한다. 이 유형의 유닛은 부하 압축기(5) 및 터빈(30)과 제너레이터(35) 또는 모터를 포함하는 터빈 엔진을 포함한다. 부하 압축기(5)는 공기 배향 모듈(7)로 압축된 공기 유동(F2)을 유도하고 상기 공기 유동을 압축하는 회수 모듈(3)에 의해 공기 유동(F1) 회수를 수용하도록 구성된다.
공기 배향 모듈(7)
공기 배향 모듈(7), 예를 들어 2-웨이 밸브는 열 회수 모듈(20)을 향하여 또는 열 교환 모듈(9)을 향하여 압축된 공기 유동(F2)을 배향하도록 구성된다. 공기 배향 모듈(7)은 공기 압축 모듈(5)로부터 유입되는 압축된 공기 유동(F2)의 온도를 측정하기 위한 수단 및 캐빈 공조 모듈(40)의 입구에서 요구되는 수준에 대응하는 기준 값과 측정된 값을 비교하기 위한 수단을 포함한다. 따라서, 공기 배향 모듈(7)은 압축된 공기의 측정된 온도가 공조 모듈(40)의 입구에서 요구되는 수준보다 높을 때 공기 유동을 냉각시키기 위하여 열 교환 모듈(9)을 향하여 압축된 공기 유동(F2)을 배향하도록 구성된다. 공기 배향 모듈(7)은 또한 압축된 공기의 측정된 온도가 공조 모듈(40)의 입구에서 요구되는 수준보다 낮을 때 공기 유동을 재가열시키기 위하여 열 회수 모듈(20)을 향하여 압축된 공기 유동을 배향하도록 구성된다.
열 교환 모듈(9)
열 교환 모듈(9)은 냉각 모듈(10)로부터 유입되는 가스상 유체(F5)의 유동과 공기 배향 모듈(7)로부터 수용되는 압축된 공기 유동(F2) 간의 열 교환을 허용하도록 구성된 하나 이상의 열 교환기를 포함한다.
냉각 모듈(10)
냉각 모듈(10)은 열 교환 모듈(9)을 통과하며 공기 배향 모듈(7)로부터 유입되는 공기 유동(F3)을 수용하고 상기 수용된 유동(F3)을 냉각하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 모듈은 응축기(12), 물 추출기(water extractor, 13), 냉각기(14), 극저온 유체, 예를 들어, 10바로 압축된 액체 질소의 탱크(15), 극저온 유체 탱크(15)와 응축기(12) 사이에 배열된 제1 조절 밸브(16), 및 냉각기(14)와 극저온 유체 탱크(15) 사이에 배열된 제2 조절 밸브(17)를 포함한다. 응축기(12)는 냉각될 공기 유동, 예를 들어, 가능한 습도, 캐빈 압력에서 최대 100°C의 온도, 예를 들어 대략 0.8바의 압축된 공기 유동을 수용하도록 구성된다. 응축기(12)는 또한 출구에서 양의 온도를 유지시킴으로써 이의 아이싱(icing)을 방지하면서 수용되고 압축된 공기 유동 내에 수용된 수증기를 응축시키도록 구성된다. 물 추출기(13)는 응축기(12)에 의해 응축된, 공기 유동으로부터의 물을 추출하도록 구성되며, 이의 물 유동(F8)은 그 뒤에 예를 들어, 항공기의 수 시스템으로부터 제거되거나 또는 이 내로 주입될 수 있다. 냉각기(14)는 제2 조절 밸브(17)를 통하여 탱크(15)로부터 수용되는 극저온 유체에 의해 물 추출기(13)로부터 수용되는 건조 공기 유동을 냉각하고 캐빈 공조 모듈(50)을 향하여 수득되고 건조하며 냉각된 공기 유동(F4)을 유도하도록 구성된다. 이에 따라, 탱크 내에 저장된 액체 극저온 유체는 응축기(12) 및 냉각기(14) 둘 모두에 의해 사용된다. 응축기(12) 및 냉각기(14) 내에서 외부로 이어지는 열 교환기를 따라 가스상 형태로 이동하는 냉각제는 열 교환 모듈(9)을 향하여 유도됨으로써 재순환되어 열 교환 모듈(9)을 통과하고 공기 배향 모듈(7)로부터 유입되는 압축된 공기 유동(F2)이 냉각된다.
가열 모듈(20)
가열 모듈(20)은 예를 들어, APU의 배기부 내에 배열된 환열기(thermal recuperator)의 형태일 수 있다. 가열 모듈(20)은 제1 기능 모드에서 공기 배향 모듈(7)로부터 수용된 공기 유동(F2)을 가열하고 그 뒤에 캐빈 공조 모듈(40)을 향하여 상기 공기 유동을 유도하고, 제2 기능 모드에서 열 교환 모듈(9)로부터 수용된 가스상 냉각제(F5)의 유동을 가열하고 터빈(30)을 향하여 상기 유동을 전송하도록 구성된다. 상기 가열 모듈을 우회하는 루트는 공기 유동(F2)을 가열하기 위한 열 에너지를 조절하기 위해 제공될 수 있다.
터빈(30)
터빈(30)은 가열 모듈(20)로부터 가스상 유체의 유동을 수용하도록 구성된다. 가스상 유체의 수용된 유동으로부터 터빈(30)에 의해 제공된 기계적 에너지는 예를 들어 APU의 기어박스 내로 주입될 수 있거나 또는 알터네이터를 구동하거나 또는 더욱 적절한 임의의 다른 용도로 사용될 수 있다. 배출되는 가스상 유동(F7)은 유체가 예를 들어 질소 가스인 경우 대기를 불활성 상태로 만들고 및/또는 항공기의 엔진 베이를 냉각시키기 위해 재차 사용될 수 있다.
항공기의 가압 캐빈의 공조 모듈
공조 모듈(40)은 냉각 모듈(10)로부터 냉각된 공기 유동(F4)을 수용하고 원하는 제어 온도에서 공기 유동을 캐빈에 제공하기 위하여 캐빈으로부터 공기와 상기 공기를 혼합하도록 구성된 혼합기(도시되지 않음)를 포함한다.
본 발명에 따른 시스템은 또한 시스템 모듈(공기 회수 모듈, 공기 압축 모듈, 공기 배향 모듈, 냉각 모듈, 공조 가열 터빈 등)들 중 하나 또는 모두를 제어하도록 구성된 제어 수단 및 캐빈(도시되지 않음)의 압력을 조절하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템의 사용
제1 단계(E1)에서, 공기 회수 모듈(3)은 주변 외부 공기를 회수하고 공기 압축 모듈(5)을 향하여 회수 주변 공기(F1)의 유동을 유도한다.
단계(E2)에서, 공기 압축 모듈(5)은 회수 공기(F1)를 압축하고 공기 배향 모듈(F7)을 향하여 압축된 공기 유동(F2)을 전송한다.
단계(E3)에서, 공기 배향 모듈(7)은 압축된 공기 유동(F2)의 온도가 공조 모듈(40)의 입구에서 요구되는 수준과 연계된 기준 값보다 크거나 또는 작은지를 결정한다.
압축된 공기 유동의 온도가 기준 값보다 클 때, 공기 배향 모듈(7)은 단계(E4)에서 열 교환 모듈(9)을 향하여 냉각되는 압축된 공기 유동(F2)을 유도한다. 압축된 공기 유동(F2)은 그 뒤에 단계(E5) 중에 냉각 모듈(10)로부터 유입되는 가스상 유체(F5)에 위해 제1 냉각을 겪는 열 교환 모듈(9)을 통과한다. 압축된 공기 유동(F3)은 그 뒤에 단계(E6) 중에 제2 냉각을 겪는 냉각 모듈(10)로 유도된다.
더욱 구체적으로, 압축된 공기 유동(F3)은 단계(E61)에서 응축기(12)를 통과하고 이 중에, 공기 유동 내에 존재할 수 있는 수증기가 응축된다. 응축기(12)는 아이싱 없이 수증기의 응축을 허용하기 위하여 예를 들어, 2°C인 단지 양의 온도로 공기 유동의 온도를 감소시키도록 극저온 유체 탱크(15)로부터 제1 밸브(16)를 통하여 수용된 극저온 유체를 사용한다. 극저온 유체와 공기 유동 간의 열 교환에 의해 생성된 가스상 유체(F5)는 그 뒤에 열 교환 모듈(9)을 향하여 유도된다.
물은 그 뒤에 단계(E62)에서 물 추출기(13)에 의해 공기 유동으로부터 추출되고 그 뒤에 공기 유동은 단계(63)에서 예를 들어, -15°C인 공조 모듈(40)의 입구에서 필요한 온도의 수준으로 건조 공기 유동의 온도를 감소시키기 위하여 제2 밸브(17)를 통하여 수용된 극저온 유체를 사용하는 냉각기(14)로 유도된다. 극저온 유체와 공기 유동 간의 열 교환에 의해 생성된 가스상 유체는 또한 열 교환 모듈(9)을 향하여 유도된다.
냉각된 건조 공기 유동(F4)이 그 뒤에 단계(E7)에서 캐빈 공조 모듈(40)로 유도된다. 캐빈 내에서 요구되는 온도가 그 뒤에 공조 모듈(40)의 혼합기에 의해 수득될 수 있다. 게다가, 캐빈 압력을 조절하기 위한 수단이 예를 들어, 0.8바로 캐빈을 압축된 상태로 유지시킬 수 있다.
냉각기(14) 및 응축기(12) 내에서 열 교환에 의해 방출된 가스상 유체(F5)는 단계(E8) 중에 피드백 루프를 통하여 열 교환 모듈(9)로 유도되고 이 열 교환 모듈은 공기 배향 모듈(7)로부터 유입되는 압축된 공기 유동(F2)의 제1 냉각을 수행하기 위해 사용된다.
열 교환이 열 교환 모듈(9)에서 수행되면, 가스상 유체의 유동이 단계(E10)에서 APU의 터빈(30)을 향하여 유체를 전송하기에 앞서 단계(E9)에서 이의 온도를 증가시키는 가열 모듈(20)로 유도된다. 터빈(30)은 그 뒤에 예를 들어, 제너레이터를 제공하고 전기를 생성하기 위하여 가스상 유체(F6)의 유동을 이용할 수 있다.
가스상 유체(F7)의 유동 온도가 1/30(one-thirtieth)°C인 기준 값보다 낮을 때, 유동은 단계(E11)에서 대기를 불활성 상태로 만들고 및/또는 항공기의 엔진 베이를 냉각시키기 위하여 사용될 수 있다.
압축된 공기 유동(F2)의 온도가 기준 값보다 낮을 때, 공기 배향 모듈(7)은 단계(E12)에서 가열 모듈(20)을 향하여 가열되는 압축된 공기 유동(F2)을 유도한다.
가열 모듈(20)은 그 뒤에 단계(E13) 중에 공기 유동의 온도를 증가시키고 그 뒤에 단계(E14) 중에 캐빈 공조 모듈(40)을 향하여 상기 공기 유동을 유도한다. 캐빈 내에서 요구되는 온도가 그 뒤에 공조 유닛(40)의 혼합기를 사용하여 수득될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템의 간략화된 실시 형태에서, 열 교환 모듈(9)이 생략될 수 있고 압축된 공기 유동(F2)이 그 뒤에 공기 배향 모듈(7)로부터 냉각 모듈(10)로 직접 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 시스템은 항공기 외측의 주변 공기로부터 회수된 공기 유동을 예를 들어 상당한 에너지를 필요로 하지 않는 3 또는 4의 압축 비율로 캐빈 내에서 필요한 압력의 값에 근접한 값으로 압축시킬 수 있다. 그 뒤에, 냉각 모듈은 캐빈 공조 모듈의 입구에서 요구되는 수준으로 공기 유동의 온도를 감소시키기 위하여 공기 유동을 냉각시킬 수 있다.
Claims (7)
- 항공기의 가압 캐빈을 위한 공조 시스템으로서,
상기 공조 시스템은 항공기의 외측으로부터 주변 공기를 회수하도록 구성된 공기 회수 모듈(3), 회수 공급 유동(F1)을 압축하도록 구성된 공기 압축 모듈(5) 및 극저온 유체에 의해 압축된 공기 유동(F2, F3)을 냉각시키도록 구성된 공기 냉각 모듈(10)을 포함하고, 상기 공기 냉각 모듈(10)은 공기 유동으로부터 물을 응축시키기 위한 응축기(12), 상기 물을 추출하기 위한 물 추출기(13), 물 추출기(13)에 의해 방출된 건조한 공기 유동을 냉각시키기 위한 냉각기(14) 및 극저온 유체를 위한 탱크(15)를 포함하고, 상기 극저온 유체에 의해 공기 유동으로부터의 물이 응축기(12) 내에서 응축되고 추출기에 의해 방출된 건조한 공기가 냉각기(14) 내에서 냉각되는 공조 시스템. - 제1항에 있어서, 공기 냉각 모듈(10)은 자가-수용식(self-contained)인 공조 시스템.
- 제1항에 있어서, 공기 냉각 모듈(10)은 극저온 유체에 의해 터빈(30)에 공급되도록 가스상 유체를 전달하는 공조 시스템.
- 제1항에 있어서, 공조 시스템(1)은 가열 모듈(20)을 향하여 가스상 유체(F5)의 유동 및 공기 냉각 모듈(10)을 향하여 냉각되고 압축된 공기 유동(F3)을 유도하고 공기 냉각 모듈(10)에 의해 전달된 가스상 유체(F5)의 유동에 의해 공기 압축 모듈(5)로부터 수용된 압축된 공기 유동(F2)을 냉각하도록 구성되며, 공기 냉각 모듈(10)과 공기 압축 모듈(5) 사이에 배열된 열 교환 모듈(9)을 포함하는 공조 시스템.
- 제1항에 있어서, 공조 시스템(1)은 압축된 공기의 온도가 캐빈의 공조 모듈(40)의 입구에서 요구되는 온도보다 낮을 때 가열 모듈(20)을 향하여 또는 압축된 공기의 온도가 캐빈의 공조 모듈(40)의 입구에서 요구되는 온도보다 높을 때 공기 냉각 모듈(10)을 향하여 공기 압축 모듈(5)에 의해 압축된 공기 유동(F2)을 배향하도록 구성되고, 공기 냉각 모듈(10)과 압축 모듈(5) 사이에 배열된 공기 유동 배향 모듈(7)을 포함하는 공조 시스템.
- 제1항에 있어서, 공조 시스템(1)은 가스상 유체(F5)의 유동을 열 교환 모듈(9)로부터 수용하고 터빈(30)을 향하여 상기 유동을 유도하거나 또는 압축된 공기 유동(F2)을 공기 배향 모듈(7)로부터 수용하고 항공기의 캐빈의 공조 모듈(40)을 향하여 상기 유동을 유도하도록 구성된 가열 모듈(20)을 포함하는 공조 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는 항공기.
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