KR20150069513A - 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위한 에어 사이클 머신 팩 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 가지는 항공기를 위한 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템이 제공된다. ACM 팩 시스템은 ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈과 기계적으로 결합된 적어도 하나의 압축기를 가지는 에어 사이클 머신(ACM)을 가진다. ACM 팩 시스템은 ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기를 더 가진다. ACM 시스템은 ACM에 병렬 작동 경로로 결합되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리와 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 가진다. 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 ACM 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리에 의하여 추출된 에너지를 ACM으로 전달하여, ACM 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기한다.

Description

낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위한 에어 사이클 머신 팩 시스템 및 방법{AIR CYCLE MACHINE PACK SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING LOW INLET PRESSURE COOLING PERFORMANCE}
본 발명은 일반적으로 항공기 에어 조절 시스템들(aircraft air conditioning systems) 및 방법들에 관한 것이고, 더 구체적으로는 블리드 에어(bleed air) 기반 항공기 에어 조절 시스템에서 기초되는 에어 사이클 머신(ACM, air cycle machine) 팩 시스템의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
항공기 에어 조절 시스템의 전형적인 항공기 에어 사이클 머신 패키지 (ACM 팩(pack), aircraft air cycle machine package)는 하나 이상의 열 교환기들(heat exchangers), 압축기(compressors) 및 하나 이상의 터빈들(turbines)을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들은 지상에서와 운항 중 양쪽 모두에서의, 다양한 냉각 및 에어 플로우 기준을 위하여 크기를 바꾼다. ACM 팩을 작동하기 위한 파워는 요구되는 항공기 선실 압력에 의하여 정해지는 출구 압력(outlet pressure)과 함께 흡입구와 출구의 압력 차이로부터 얻을 수 있다. 따라서, 이용 가능한 흡입구 압력이 감소함에 따라, ACM 팩의 성능 포텐셜(potentioal)도 또한 감소한다.
더 높은 고도들(higher altitudes)에서 작동할 때, 항공기의 엔진 블리드 에어 시스템(aircraft? engine bleed air system)의 상대적으로 고정된 압력 비를 빠져나가는 감소된 외부의 주위 에어 압력 때문에 이용 가능한 흡입구 압력이 감소된다. 이러한 흡입구 압력이 팩의 냉각(pack's cooling)과 에어 플로우 성능(airflow performance)의 한계들로 감소됨에 따라, 요구되는 차가운 출력 온도를 유지하기 위하여 에어 플로우가 감소될 수 있거나, 또는 터빈(들) 주위의 얼마간의 플로우를 바이패싱(bypassing)함으로써 요구되는 에어 플로우를 유지하기 위하여 출력 온도가 증가될 수 있다. 그러나, ACM 팩을 통과하는 파워가 감소될수록, 압축기와 터빈(들)은 그것들의 가장 바람직한 설계 포인트들을 벗어나서 더 비효율적일 수 있고, 감소된 흡입구 압력 때문에 파워 손실이 더 악화될 수 있다. 이것은 흡입구의 압력의 감소와 함께 ACM 팩의 성능에서 더 큰 손실을 야기할 수 있다.
항공기의 승객실에서의 승객 당 최소 에어 플로우에 관한 최근의 FAR(Federal Aviation Regulation) 요구들은, 흡입구 압력들이 감소될 때 만약 에어 플로우가 감소된다면 그것은 화물과 같이 비승객(non-occupant) 사용으로 감소되어야 한다는 점에서, 냉각 성능과 에어 플로우 사이의 문제를 복잡하게 한다. 따라서, ACM 팩들은 풀 다운 성능(pull down performance)을 만족시키는 것뿐만 아니라 고도에서 보여지는 낮은 흡입구 압력에서 냉각 및 에어 플로우 요구들을 만족시키기 위하여 설계될 필요가 있다. 이러한 것은 열 부하들, 승객 수 및/또는 화물 때문에 ACM 팩 요구상에 한계를 두는 것에 대비하여 더 가능한 팩의 증가된 크기 및 무게를 트레이딩(trading)하는 것을 요구할 수 있다.
결과적으로, 필요한 것은 필수적인 에어 플로우를 유지하는 동안에 항공기 에어 조절 시스템에 기초되는 블리드 에어에서 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위한 향상된 항공기 시스템 및 방법이다.
향상된 항공기 시스템 및 방법의 이러한 필요성은 충족된다. 아래의 구체적인 설명에서 논의될 바와 같이, 이런 향상된 항공기 시스템 및 방법의 실시예들은 현재의 시스템들 및 방법들을 뛰어넘는 중요한 이점들을 제공할 수 있다.
제 1 실시예에서, 항공기를 위한 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템이 제공된다. ACM 팩 시스템은 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 가진다. ACM 팩 시스템은 ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 포함한다. ACM 팩 시스템은 ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통(fluid communication)되는 팩 열 교환기를 더 포함한다.
ACM 시스템은 병렬 작동 경로로 ACM에 결합되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 더 포함한다. 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(bypass air flow regulating element)를 가진다. 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 ACM 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리(bypass air flow assembly)는 바이패스 에어 플로우 어셈블리에 의하여 추출되는 에너지를 ACM으로 전달하여, ACM 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기한다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 항공기 엔진들을 포함하는 항공기를 제공하고, 각각의 항공기 엔진은 블리드 에어를 발생시키기 위한 블리드 에어 시스템을 가진다. 항공기는 항공기 선실과 항공기 선실로부터 이격되는 팩 베이(pack bay)를 가지는 내부 용적(interior volme)을 정하는 기체(fuselage)를 포함한다.
항공기는 그리고 항공기 선실에 유체 연통되고 팩 베이 내에 위치하는 항공기 에어 조절 시스템(aircraft air conditioning system)을 더 포함한다. 항공기 에어 조절 시스템은 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 포함한다.
ACM 팩 시스템은 ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 포함한다. ACM 팩 시스템은 ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기(pack heat exchanger)를 더 포함한다. ACM 팩 시스템은 병렬 작동 경로로 ACM 에 결합되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 더 포함한다. 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 병렬 터빈 밸브(parallel turbine valve)를 가진다. 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 ACM 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 바이패스 에어 플로우 어셈블리에 의하여 추출되는 에너지를 ACM으로 전달하여, ACM 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기한다.
다른 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 항공기의 항공기 에어 조절 시스템에서 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 설치하는 단계를 포함한다. ACM 팩 시스템은 ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 포함한다. ACM 팩 시스템은 ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기를 더 포함한다. ACM 팩 시스템은 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 가지고 ACM에 결합되도록 배열되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 더 포함한다.
본 방법은 병렬 작동 경로로 바이패스 에어 플로우 어셈블리와 ACM을 결합하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 추출된 에너지를 얻기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 가로질러 흐르는 바이패스 에어 플로우로부터 에너지를 추출하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 이용하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 추출된 에너지를 ACM으로 전달하는 단계를 포함하여, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기한다.
앞서 논의된 특징들(features), 기능들(functions)과 이점들(advantages)은 독립적으로 본 발명의 다양한 실시예들에서 성취될 수 있고, 아래의 설명과 도면들과 관련하여 보여질 수 있는 것의 더욱 구체적인 다른 실시예들에서 결합될 수 있다.
도 1은 항공기의 항공기 에어 조절 시스템에서 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 실시예들 중 하나를 포함할 수 있는 항공기의 개략도이다.
도 2는 삼륜팩(three wheel pack)으로 병렬 터빈을 가지는 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 3은 사륜팩(four wheel pack)으로 병렬 터빈 밸브 어셈블리를 가지는 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 삼륜팩으로 터보-압축기(TC) 어셈블리의 제 1 실시예를 가지는 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 5는 삼륜팩으로 터보-압축기(TC) 어셈블리의 제 2 실시예를 가지는 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6은 삼륜팩으로 터보-압축기(TC) 어셈블리의 제 3 실시예를 가지는 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 실시예를 포함할 수 있는 항공기 에어 조절 시스템을 도시하는 항공기의 실시예의 기능적인 블록도이다.
도 8은 본 발명의 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 항공기 제조 및 서비스 방법의 흐름도이다.
도 10은 항공기의 블록도이다.
본 발명은 선택되고 예시적인 실시예들을 도시하였으나 필연적으로 일정한 비율로 도시되지 않은 첨부된 도면들과 연관된 아래의 구체적인 설명과 관련하여 더 잘 이해될 수 있다.
개시되는 실시예들은 개시된 실시예들이 완전히 다 도시되지는 않은 첨부된 도면들과 관련하여 본 명세서에서 더욱 충분하게 설명될 것이다. 실제로, 몇몇의 다른 실시예들이 제공될 수 있고, 앞선 실시예들에 의하여 제한될 수 없다. 더 정확히 말하자면, 이러한 실시예들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 범위가 완전히 전달될 것이고, 이해될 것이다.
도면들과 관련하여, 도 1은 항공기(12)의 항공기 에어 조절 시스템(40)에서 본 발명의 에어 사이클 머신 패키지(ACM 팩) 시스템(10)의 실시예들의 하나를 포함할 수 있는 항공기(12)의 개략도이다. 아래에서 구체적으로 논의 될, ACM 팩 시스템(10) (도 2 내지 6 참조)은 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위하여 설계된다. 게다가, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)(도 2 내지 6 참조)의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키기 위한 방법(250)(도 8 참조)이 개시된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 항공기(12)는 내부 용적(15)을 정하는 기체(13)를 가진다. 내부 용적(15)은 바람직하게는 승객들 또는 화물을 위한 항공기 선실(14), 바람직하게는 조종사 또는 다른 조종 승무원들을 위한 조종실(flight deck, 16), 포워드 일레드로닉스(forward electronics)와 이?먼트 베이(equipment bay, 18), 포워드 화물칸(forward cargo compartment, 20), 꼬리 날개 쪽 화물칸(aft cargo compartment, 22), 및 벌크 화물칸(bulk cargo compartment, 24)을 포함할 수 있다. 항공기(12)의 내부 용적(15)은 추가적인 화물칸들 또는 영역들을 더 포함할 수 있다. 항공기 선실(14)과 조종실(16)은 가압 에어(pressurized air)를 가지는 가압 영역(pressurized areas)이고, 포워드 일렉트로닉스와 이?먼트 베이(18), 포워드 화물칸(20), 꼬리 날개 쪽 화물칸(22) 및 벌크 화물칸(24)은 선택적으로 가압 에어를 가지는 가압 영역이 될 수 있다.
항공기(12)는 윙 박스(28, 도 1 참조)를 더 포함하고, 윙 박스로부터 하나 이상의 날개들(30, wings)이 뻗어있다(도 1 참조). 도 1은 윙 박스(28)로부터 뻗어 있는 하나의 날개(30)를 도시하고, 다른 날개(30, 미도시)는 바람직하게는 윙 박스(28)의 반대편으로부터 바깥 방향으로 뻗어있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 날개(30)는 가스 터빈 엔진들(gas turbine engines)과 같은 하나 이상의 엔진들(23)을 가진다. 각각의 엔진(32)은 엔진(32) 내에 결합되는 하나 이상의 블리드 에어 시스템들(34, 도 1 참조)을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 항공기(12)의 내부 용적(15)은 적어도 하나의 팩 베이(36)를 더 포함한다. 바람직하게는, 항공기(12)는 각각의 날개(30) 아래에 위치하는 하나의 팩 베이(36)를 가지는 두 개의 팩 베이들(36)을 가진다. 그러나, 항공기(12)는 추가적인 팩 베이들(36)을 가질 수 있고, 팩 베이들(36)은 항공기(12)의 다른 적절한 영역에 배치될 수 있다. 팩 베이(36)는 가압되지 않은 에어를 가지는 가압되지 않은 영역이다. 팩 베이(36)의 내부는 윙 투 바디(wing-to-body) 항공기 페어링(fairing)과 같은 항공기 페어링(38, 도 1 참조)의 내부쪽으로 뻗을 수 있고, 이는 기체(13) 아래와 날개들(30) 사이에 위치되는 항공기(12) 상의 구조이다.
팩 베이(36)와 항공기 페어링(38)은 항공기 에어 조절 시스템(40)을 수용한다(도 1 참조). 도 1에 도시된 바와 같이, 항공기 에어 조절 시스템(40)은 흡입구(41), 에어 사이클 머신(ACM, 42), 및 팩 열 교환기(HX, 44)를 가지는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 실시예를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 항공기 엔진(32)의 블리드 에어 시스템(34, 즉 공압식 시스템)으로부터의 블리드 에어(50)는 블리드 에어 관들(bleed air ducks, 52)을 통하여 항공기 에어 조절 시스템(40), 구체적으로는 항공기 에어 조절 시스템(40)의 ACM 팩 시스템(10)으로 전달될 수 있다. 이러한 적용의 목적을 위하여, "블리드 에어(bleed air)"는 항공기 가스 터빈 엔진과 같은 항공기 엔진 안으로 끌려들어온 외부 에어를 의미하고, 블리드 에어는 항공기 엔진의 압축기에서 압축되고, 항공기 에어 조절 시스템의 에어 사이클 머신(ACM) 팩과 항공기 에어 조절 시스템으로 에너지 또는 파워의 소스로서 사용되고, 또한 항공기에서 다른 시스템들 또는 요소들에서 사용될 수 있다. 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, ACM 팩 시스템(10)과 항공기 에어 조절 시스템(40)은 시스템들에 기초되는 블리드 에어로 나타낼 수 있다.
일단 블리드 에어(50, 도 1 참조)가 항공기 에어 조절 시스템(40)에서 조절되면, 항공기 내부 온도와 습도 제어, 통풍 및 가압을 위하여 블리드 에어는 제어되는 에어 공급(46, 도 1 참조)으로서 에어 관들(53, 도 1 참조)을 통하여 항공기 선실(14, 도 1 참조)과 항공기(12, 도1 참조)의 다른 내부 용적들(15, 도 1 참조) 내로 분포될 수 있다. 조절 에어 공급(46, 도1 참조)은 외부 주위 환경으로 방출될 수 있거나, 항공기 에어 조절 시스템(40, 도 1 참조)으로 재순환되어 돌아갈 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 항공기(12)는 유출 에어(48a, 48b)가 항공기(12)의 외부로 흐르는 것을 허용하는 하나 이상의 유출 에어 밸브들(47a, 47b)을 더 포함한다. 유출 에어(48a, 48b, 도 1참조)는 객실 유출 에어 및/또는 항공기(12)의 다른 영역들로부터의 다른 유출 에어를 포함할 수 있다(도 1 참조).
도 1에서 더 도시되는 바와 같이, 램 에어(ram air, 60)는 램 에어 시스템(ram air system, 58)을 통하여 항공기(12)의 외부로부터 항공기 에어 조절 시스템(40)의 ACM 팩 시스템(10)으로 끌려들어갈 수 있다. 램 에어(60, 도 1 참조)는 ACM 팩 시스템(10, 도 1 참조)으로 끌려들어오는 블리드 에어(50, 도 1 참조)를 냉각하는 데 사용되고, 결과적으로 램 에어는 항공기 선실(14, 도 1 참조)로 조절되는 에어 공급(46, 도 1 참조)을 냉각할 수 있다. 이러한 적용의 목적을 위하여, "램 에어(ram air)"는 항공기의 움직임에 의해서 생성되는 항공기의 외부의 주위 공기를 의미하고, 램 에어는 램 에어 흡입구(ram air inlet)를 통하여 항공기 안으로 들어오고, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템으로 끌려들어온 블리드 에어를 냉각하는데 사용되고, 결과적으로 항공기 선실로 조절되는 에어 공급을 냉각하는데 사용될 수 있다. 램 에어(60, 도 1 참조)는 램 에어 시스템(58, 도 1 참조)을 위하여 팩 열 교환기(HX, 44, 도 1 참조)에 대한 히트 싱크(heat sink)로서 역할을 할 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 램 에어 시스템(58)은 램 흡입구 에어(60a, 도 2 참조)와 같은 램 에어(60)를 ACM 팩 시스템(10)으로, 구체적으로는 램 에어(60)를 팩 열 교환기(HX, 44)안으로 통과하여 끌어당기거나 밀어내기 위한 램 에어 흡입구(62)와 램 에어 흡입구 관(64)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 램 에어 시스템(58)은 램 출구 에어(60b, 도 2 참조)와 같이 램 에어(60)를 ACM 팩 시스템(10), 구체적으로는 팩 열 교환기(HX, 44)의 외부로 방출시키기 위하여 램 에어 출구관(66)과 램 에어 출구(68)를 더 포함한다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 항공기(12)는 ACM 팩 시스템(10)을 제어하고 작동하기 위하여, 필요에 따라 ACM 팩 시스템(10)에 연결되거나 사용 가능하게 결합되는 하나 이상의 제어 시스템들(54, 도 1 및 7 참조)을 더 포함한다. 하나 이상의 제어 시스템들(54, 도 1 참조)은 조종실(16, 도 1 참조)에 다른 적절한 위치에 위치할 수 있다. 하나 이상의 제어 시스템들(54, 도 1 참조)은 예를 들어, 밸브들, 스위치들(switches), 팬들(fans), 및 다른 다양한 요소들을 이용할 수 있게 하고 이용하지 못하도록 사용될 수 있고, 예를 들어 에어 플로우의 양, 에어 플로우의 온도 및 압력, 습도(humidity), 통풍(ventilation), 및 다른 사용할 수 있는 특징들을 제어하고 조절하기 위한 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 시스템(54, 도 1 참조)은 통합된 에어 공급 제어 시스템(integrated air supply control system)과 선실 에어 컨디서닝(cabin air conditioning)을 가지는 하나 이상의 환경 제어 시스템(environmental control system), 기계적인 제어 시스템(mechanical control system), 공압식 제어 시스템(pneumatic control system), 유압식 제어 시스템(hydraulic control system), 전자 제어 시스템(electrical control system) 또는 다른 적절한 제어 시스템을 포함할 수 있다.
제어 시스템(54)은 바람직하게는 하나 이상의 제어부들(56, 도 1 및 7 참조)을 포함한다. 또한 제어부(56, 도 1 참조)는 조종실(16, 도 1 참조) 또는 항공기(12, 도 1 참조) 내에서 다른 적절한 위치에 위치할 수 있다. 제어 시스템(54, 도 1 참조)과 제어부(56, 도 1 참조)는 하나 이상의 유선의 제어 라인들(lines, 미도시) 또는 무선의 결합들 또는 연결들(미도시)을 통하여 ACM 팩 시스템(10, 도 1 참조)으로 결합되거나 연결될 수 있다. 제어부(56, 도 1 참조)는 관련된 소프트웨어를 가지는 하나 이상의 컴퓨터 프로세싱 장치, 관련된 소프트웨어를 가지는 통합된 에어 시스템 제어부, 디지털 컴퓨터와 관련된 소프트웨어를 가지는 디지털 전자 제어부(digital electronic controller), 아날로그 컴퓨터와 관련된 소프트웨어를 가지는 아날로그 전자 제어부(analog electronic controller), 릴레이 로직 회로들(relay logic circuits)과 프로그램 작동이 가능한 로직 제어부들 또는 컴퓨터들을 가지는 공압식 제어부, 하드웨어에 내장된 릴레이 로직 및 프로그램 작동이 가능한 로직 제어부들 또는 컴퓨터들을 가지는 유압식 제어부 또는 다른 적절한 제어부를 포함할 수 있다.
항공기(12, 도 1 참조)는 ACM 팩 시스템(10, 도1 참조)의 하나 이상의 요소들로 파워를 제공할 수 있는 하나 이상의 파워 시스템들(57, 도 7 참조)을 더 포함한다. ACM 팩 시스템(10)의 하나 이상의 요소들을 구동하는 하나 이상의 파워 시스템들(57)은 기계식 또는 축 파워, 공압식 파워, 전자 파워, 유압식 파워 또는 다른 적절한 파워 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 항공기(12, 도 2 내지 6 참조)를 위한 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)을 제공한다. ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 7 참조)은 향상된 낮은 흡입구 압력의 냉각 성능(168, 도 7참조)을 가진다. 도 2 내지 6에서는 항공기(12, 도 1 내지 6 참조)의 팩 베이(36, 도 1 참조)내에 바람직하게는 항공기 에어 조절(AC) 시스템(40)에 설치되는 독창적인 ACM 팩 시스템(10)의 다양한 실시예들을 도시한다. ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)은 바람직하게는 에어 조절 시스템에 기초하여 블리드 에어용으로 사용하기 위하여 설계된다. 구체적으로, 항공기(12, 도 1 참조)가 순항 모드 동안일 때와 같이, 블리드 에어(50, 도 7 참조)의 흡입구 압력(166, 도 7 참조)이 낮을 때 ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)이 유용하다.
ACM팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)은 에어 조절 시스템에 기초하여 블리드 에어를 사용하는 새로운 항공기에 설치될 수 있거나, 또는 에어 조절 시스템에 기초하여 블리드 에어를 사용하는 존재하는 항공기 안으로 새로 장착될 수 있다. 다른 것을 커버하는 ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)의 일 실시예의 구체적인 적용은 항공기가 새로운 설계이든 존재하는 설계이든 항공기의 구성(architecture) 및 크기, 또는 항공기의 설계고려사항에 좌우될 수 있다.
도 2 내지 6은 에어 사이클 머신(ACM, 42)을 가지는 ACM 팩 시스템(10)과 팩 열 교환기(HX, 44)의 실시예들을 도시한다. ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)은 ACM 축(78a, 도 2 내지 6 참조) 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈(74, 도 2 내지 6 참조)에 기계적으로 결합된 적어도 하나의 압축기(72, 도 2 내지 6 참조)를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM, 42, 도 2 내지 6 참조)을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "에어 사이클 머신(ACM) 팩(air cycle machine (ACM) pack)"은 항공기로 공급되려는 가압된 공기를 조절하는 장치 또는 시스템을 의미하고, 여기서 가압된 공기가 냉각 사이클 시스템(cooling cycle system)을 통하여 온도가 조절되고, 가압된 공기가 습도 제어 시스템을 통하여 습도에 대하여 조절된다. ACM 팩 시스템(10)은 밸브들, 관들(ducts), 제어부들 및 본 발명이 속하는 기술 분야에서 알려진 다른 요소들과 같은 요소들을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 항공기 에어 조절 시스템(40, 도 1 참조)의 실시예들에서 사용되는 ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)은 해면(sea lavel) 및 순항 레벨(cruise level)을 포함하는 항공기의 전체 작동 내내 항공기(12, 도 1 참조)로 가압, 통풍 및 온도와 습도 제어를 제공한다.
도 2에 도시되는 바와 같이 일 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(28) 상에서 직렬로 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 하나의 압축기(72)를 가지는 삼륜팩(three wheel pack, 70)을 포함한다. 도 3에 도시되는 바와 같이 다른 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78a)상에서 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기(72)를 가지는 사륜팩(120), 제 1 터빈(74a), 및 제 2 터빈(74b)를 포함한다.
팩 열 교환기(HX, 44, 도 2 내지 6 참조)는 바람직하게는 ACM(42, 도 2 내지 6 참조)의 적어도 하나의 압축기(72, 도 2 내지 6 참조)에 결합되고 유체 연통된다. 팩 열 교환기(44, 도 2 내지 6 참조)는 바람직하게는 주요 열 교환기(primary heat exchanger, PHX, 92, 도 2 내지 6 참조)와 제 2의 열 교환기(secondary heat exchanger, SHX, 94, 도 2 내지 6 참조)를 포함한다. 추가적인 열 교환기들은 또한 ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 6 참조)에서 사용될 수 있다.
ACM 팩 시스템(10, 도 2 내지 7 참조)은 병렬 작동 경로(84, 도 2 및 3 참조)로 ACM(42, 도 2 및 3 참조)에 결합되는 바이패스 에어 플로우(BAF) 어셈블리(bypass air flow assembly, 11, 도 2 내지 7 참조)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 및 3 참조)는 기계식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11a, 도 7 참조)이다. 다른 실시예에서는, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 내지 6 참조)는 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11b, 도 7 참조)이다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7참조)는 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)와 같은 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(86)를 가진다. 낮은 흡입구 에어 압력과 같은 낮은 흡입구 압력(167, 도 7 참조)에서 냉각 성능의 측면에서 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 도 2 내지 7 참조)을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)에 의하여 추출된 에너지를 ACM(72, 도 2 내지 7 참조)으로 전달하고, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 도 2 내지 7 참조)의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능(168, 도 7 참조)을 야기한다. ACM 팩 시스템(10, 도 1 참조)의 흡입구(41, 도 1 참조)에서 항공기(12, 도 1 참조)가 운항 중 순항 모드일 때, 낮은 흡입구 압력(167)은 일반적으로 약 30 프사이(psi, pounds per square inch)이거나 또는 그보다 낮다. 이러한 운항 중 순항 모드는 30,000피트가 넘는 높은 고도의 순항일 수 있다. 그러나, 흡입구(41, 도 1 참조)에서의 낮은 흡입구 압력(167, 도 7 참조)은 항공기(12, 도 1 참조)의 추력과 작동 조절들에 달려있을 수 있다. ACM 팩 시스템(10, 도 1 참조)의 흡입구(41, 도 1 참조)에서의 흡입구 압력(166, 도 7 참조)은 항공기(12, 도 1 참조)가 지상 모드일 때, 일반적으로 약 50 프사이(psi)일 수 있다.
도 2는 삼륜팩(70)의 병렬 터빈(75)을 가지는 ACM 팩 시스템(10a)과 같이 본 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 실시예의 개략도이다. 도 2에 도시되는 바와 같이 이러한 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78a)과 같은 축(78) 상에 직렬로, 제 1 터빈(74a)과 같은 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 하나의 압축기(72)를 가지는 삼륜팩(70)을 포함한다.
도 2에 도시되는 바와 같이 이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)는 터빈 축(78b)과 같은 축(78)에 기계적으로 결합되는 제 2 터빈(74b)과 같은 터빈(74)를 포함한다. 바람직하게는, 터빈(74, 도 2 참조)은 병렬 터빈(75, 도 2 참조)이다.
이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 참조)는 병렬 작동 경로(84, 도 2 참조)로 ACM(42, 도 2 참조)의 제 1 터빈(74a, 도 2 참조)과 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 참조)의 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 구동하기 위하여 ACM 축(78a, 도 2 참조)으로 터빈 축(78b, 도 2 참조)을 연결하는 기계식 구동 엘리먼트(mechanical drive element, 80, 도 2 참조)를 더 포함한다. 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조)는 기계식 축(80a, 도 2 참조), 체인기어 축(80b, 도 2 참조) 또는 제 1 터빈(74a, 도 2 참조)과 같은 ACM(42, 도 2 참조)의 터빈(74, 도 2 참조)과 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 기계적으로 구동하기 위한 다른 적절한 요소의 형식일 수 있다. 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조)는 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)를 병렬 터빈(75, 도 2 참조)으로부터 ACM(42, 도 2 참조)의 압축기(72, 도 2 참조)로 전달하는 수단을 제공한다. 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조)는 파워의 전환을 허용하기 위하여 제 1 터빈(74a, 도 2 참조)과 병렬 터빈(75, 도 2 참조)를 구동하기 위한 수단들을 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 병렬 작동 경로(84)로 ACM(42)의 터빈(74)과 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)의 병렬 터빈(75)을 구동하고, 기계식 에너지(170a)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)에서 ACM(42)으로 전달하기 위하여 기계식 구동 엘리먼트(80)의 제 1 말단(82a)은 터빈 축(78b)에 연결되고, 기계식 구동 엘리먼트(80)의 제 2 말단(82b)은 ACM 축(78a)에 연결된다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 참조)는 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 가로지르는 바이패스 에어 플로우(172, 도 2 참조)로서 흡입구 에어(96, 도 2 참조)를, 주요 열 교환기(92, 도 2 참조)로부터 방향을 전환하는 바이패스 관(90, 도 2 참조)을 포함하는 다양한 연결 바이패스 관들을 더 포함한다. PTV 바이패스 관(88, 도 2 참조)은 병렬 터빈(75, 도 2 참조)으로부터 ACM(42)과 제 1 터빈 흡입구 에어 관(114a)에 추가될 수 있고, PTV(86a, 도 2 참조)는 바람직하게는 PTV 바이패스 관(88)에 결합된다(도 2 참조).
이러한 실시예에서, 바람직하게는, 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a, 도 2 참조)와 같은 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(86, 도 2 참조)는 PTV 바이패스 관(88, 도 2 참조)을 통하여 병렬 터빈(75, 도 2 참조)에 결합된다. PTV(86a, 도 2 참조)는 병렬 터빈(75, 도 2 참조)이 제 1 터빈(74a, 도 2 참조)과 함께 병렬로 작동하도록 하기 위하여 열 때, PTV(86a, 도 2 참조)는 터빈 축(78b)로부터 ACM 축(78a)으로의 파워의 전환을 제공한다.
병렬 터빈(75, 도 2 참조)은 압축기(72, 도 2 참조)가 더 효율적인 설계 세팅(setting)에서 작동하도록 한다. 더 많은 에어 플로우가 블리드 에어(50, 도 2 참조)에 의하여 제공될 때, 그것은 바이패스 에어 플로우(172)로서 병렬 터빈(75, 도 2 참조)으로 전환되고, 추출된 에너지(170, 도 7 참조)는 압축기(72, 도 2 참조) 또는 ACM 팩 시스템(10, 도 2 참조)내에서의 다른 요소들을 작동하기 위하여 사용되도록 회복된다.
그래서, 병렬 터빈(75, 도 2 참조)은 압축기(72, 도 2 참조) 또는 ACM 팩 시스템(10, 도 2 참조)내에서의 다른 요소들 내로 추가적인 에너지 또는 파워를 공급하고, 압축기(72, 도 2 참조)가 보통 그것이 가지는 에너지 또는 파워보다 높은 에너지 또는 파워의 증가량을 얻었을 때, 압축기(72, 도 2 참조)는 동일한 흡입기 압력(166, 도 7 참조)에서 항공기 엔진(32, 도 2 참조)으로부터 오는 블리드 에어(50, 도 2 참조)로부터 더 많은 에어 플로우를 당기거나 끌어당길 수 있다. 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 가로질러 바이패스 에어 플로우(172)가 흐르는 것에 의한 추가적인 에너지 또는 파워는 ACM(42, 도 2 참조) 또는 ACM 팩 시스템(10)에서의 다른 요소들로 돌아갈 수 있고, 그래서, 이는 ACM 팩 시스템(10)이 향상된 효과 및 향상된 냉각 성능을 가지도록 한다.
도 2는 항공기 엔진(32)에서 블리드 에어 시스템(34)으로부터 블리드 에어 관(52)을 통과하여 주요 팩 열 교환기(44)로부터 주요 열 교환기(92)로 흐르는 블리드 에어(50)를 도시한다. 도 2 에 더 도시되는 바와 같이, 흡입구 에어(96)는 관(98)을 통과하여 ACM(42)의 압축기(72)로 흐른다. 흡입구 에어(96, 도 2 참조)는 압축기(72, 도 2 참조)에서 압축되고, 관(102)을 통하여 압축기 흡입구 에어(100, 도 2 참조)로서 방출된다. 도 2 에 더 도시되는 바와 같이, 압축기 흡입구 에어(100)는 제 2의 열 교환기(94)안으로 흐르고 팬(76)에 의하여 선택적으로 더 자극되는 램 출구 에어(60b)로서 흘러나오는 램 흡입구 에어(60a)에 의하여 제 2의 열 교환기(94)에서 냉각된다.
도 2는 관들(104a, 104b, 104c)을 통하고 콘덴서 열 교환기(condenser heat exchanger, 108)와 물 포집부(water collector, 110)를 포함하는 물 분리 시스템(water separation system, 106)을 통과하여 흐르고, 에어 관(53)을 통하여 항공기 선실(14)로 흐르는 조절된 에어 공급(46)을 얻기 위하여 제 1 터빈(74a)을 통과하여 확장되고 제 1 터빈 출구 에어(114a)로 방출되는 제 1 터빈 흡입구 에어(112a)로서 방출되는 냉각된 압축기 출구 에어(100a)를 도시한다.
도 3은 사륜팩(120)으로 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118)를 가지는 ACM 팩 시스템(10b)과 같은 본원 발명의 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 다른 실시예의 개략도이다. 도 3에서 도시되는 바와 같은 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 압축기(72)를 가지는 사륜팩(120)과 제 1 터빈(74a)과 제 2 터빈(74b)과 같은, ACM 축(78A) 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 두 개의 터빈들(74)을 포함한다.
이러한 실시예에서, 바이패스 기계식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11a, 도 7 참조)와 같이 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 1 참조)는 ACM(42, 도 3 참조)에 결합되는 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)를 포함한다. 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3참조)는 바람직하게는 압축기 바이패스 밸브(CBV, 122, 도 3 참조), 분리 밸브(isolation valve, ISOV, 128, 도 3 참조), 사륜팩 체크 밸브(132a, 도 3 참조)와 같은 체크 밸브(132, 도 3 참조) 및 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a, 도 3 참조)와 같은 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(86, 도 3 참조)를 포함한다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 3 참조)는 주요 열 교환기(92, 도 3 참조)로부터 제 1 터빈(74a, 도 3 참조)을 가로지르고 바이패스 에어 플로우(172, 도 3 참조)로 출구 에어(96, 도 3 참조)를 전환시키는 CBV 바이패스 관(124, 도 3 참조)을 포함하는 다양한 연결 바이패스 관들을 더 포함한다. CBV(122, 도 3 참조)는 바람직하게는 CBV 바이패스 관(124)에 결합된다. PTV 바이패스 관(126, 도 3 참조)은 추가될 수 있고, 이는 제 1 터빈(74a, 도 3 참조)으로부터 조절된 에어 공급(46)이 되는 제 2 터빈 출구 에어(114b)를 가지는 에어 관(53)으로 바이패스 에어 플로우(172)를 전환하는 것이다. PTV(86a, 도 3 참조)는 바람직하게는 PTV 바이패스 관(126, 도 3 참조)에 결합된다.
도 3에 도시된 ACM 팩 시스템(10b)을 수용하는 항공기(12)가 순항 모드 일 때, ISOV(128)는 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118)가 병렬로 작동될 준비가 될 때까지 열린다. 제 1 터빈(74a)을 가로질러 바이패스 에어 플로우(172)를 흐르도록 하기 위하여 HAV(136, 도 3 참조)가 열림과 함께, ISOV(128, 도 3 참조)가 닫히고, CBV(122, 도 3 참조)가 열리고, 그리고 에어 플로우를 유지하는 동안의 출구 압력이 감소함에 따른 냉각의 손실을 미리 방지하기 위하여 PTV(86a, 도 3 참조)는 서서히 열린다. 체크 밸브(132, 도 3 참조)는 에어 플로우가 잘못된 경로로 가지 않은 것을 확실하게 하기 위하여 체크한다. PTV(86a, 도 3 참조)는 열릴 때, 제 1 터빈(74a)과 제 2 터빈(74b)을 실질적으로 일렬로 놓이게 한다. 그래서, HAV(136, 도 3 참조)가 열릴 때 사용되지 않는 제 1 터빈(74a, 도 3 참조)은 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)에 의하여 병렬로 사용되고 다시 새로운 역할을 하게 된다. CBV(122, 도 3 참조)와 PTV(86a, 도 3 참조)가 열렸을 때, ISOV(128, 도 3 참조)가 닫힌다.
도 3은 항공기 엔진(32)에서 블리드 에어 시스템(34)으로부터 블리드 에어 관(52)을 통하여 팩 열 교환기(44)의 주요 열 교환기(92)로 흐르는 블리드 에어(50)를 도시한다. 도 3에 더 도시되는 바와 같이, 출구 에어(96)는 관(98)을 통과하여 ACM(42)의 압축기(72)로 흐른다. 출구 에어(96, 도 3 참조)는 압축기(72, 도 3 참조)에서 압축되고, 관(102, 도 3참조)을 통하여 압축기 출구 에어(100, 도 2 참조)로 방출된다. 도 3에 더 도시되는 바와 같이, 압축기 출구 에어(100, 도 3 참조)는 제 2의 열 교환기(94, 도 3 참조)로 흐르고 팬(76)에 의하여 선택적으로 자극될 수 있는 램 출구 에어(60b, 도 3 참조)로 흘러 나오는 램 흡입구 에어(60a, 도 3 참조)에 의하여 제 2의 열 교환기(94, 도 3 참조)에서 냉각된다.
도 3은 관들(104a, 104b, 104c)을 통하여 콘덴서 열 교환기(108)와 물 포집부(110)을 포함하는 물 분리 시스템(106)을 통과하여 흐르고, 제 1 터빈(74a)으로 가는 제 1 터빈 흡입구 에어(112a) 또는 제 2 터빈(74b)으로 가는 제 2 터빈 흡입구 에어(112b) 중 어느 하나로서 방출되는 냉각된 압축기 출구 에어(100a)를 포함한다. 제 1 터빈 흡입구 에어(112a, 도 3 참조)는 ISOV(128, 도 3 참조)가 열리고 HAV(136, 도 3 참조)가 닫힐 때, ISOV 관(130, 도 3 참조)을 통하여 ISOV(128, 도 3 참조)를 통과하여 흐른다. 제 1 터빈 흡입구 에어(112a, 도 3 참조)는 제 1 터빈(74a, 도 3 참조)을 통과하여 확장되어 제 1 터빈 출구 에어(114a, 도 3 참조)로 방출되고, 체크 밸브 관(134, 도 3 참조)을 통하여 사륜팩 체크 밸브(132a, 도 3 참조)와 같은 체크 밸브(132, 도 3 참조)를 통과하여 흐른다.
제 2 터빈 흡입구 에어(112b, 도3 참조)는 ISOV(128, 도 3 참조)가 닫히고HAV(136, 도 3 참조)가 열릴 때, HAV 관(138, 도 3 참조)을 통하여 흐른다. 에어 관(53, 도3 참조)을 통하여 항공기 선실(14, 도 3 참조)로 흐르는 조절된 에어 공급(46, 도 3 참조)을 얻기 위하여 제 2 터빈 흡입구 에어(112b, 도3 참조)는 제 2 터빈(74b, 도 3 참조)을 통과하여 확장되고 제 2 터빈 출구 에어(114b, 도 3 참조)로 방출된다.
도 4는 삼륜팩(70)의 터보-압축기(TC) 어셈블리(150)의 제 1 실시예를 가지는 본 발명의 ACM 팩 시스템(10)과 같은 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4에 도시되는 바와 같은 이러한 실시예에서는, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78a)과 같은 축(78) 상에 직렬로 제 1 터빈(74a)과 같은 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 제 1 압축기(72a)와 같은 하나의 압축기(72)를 포함한다.
이러한 실시예에서, 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11b, 도 7 참조)와 같은 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 참조)는 재생 열 교환기(regeneration heat exchanger, 156)와, 삼륜팩 체크 밸브(132b)와 같은 체크 밸브(check valve, 132)에 결합되는 터보-압축기(TC) 어셈블리(150)를 포함한다. TC 어셈블리(150), 재생 열 교환기(156) 및 체크 밸브(132)는 모두 ACM(42)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)와 같은 플로우 조절 엘리먼트(86)는 PTV 관(88)을 통하여 TC 어셈블리(150)에 결합된다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 참조)는 출구 에어(96, 도 4 참조)를 주요 열 교환기(92, 도 4 참조)로부터 TC 터빈(77, 도 4 참조)을 가로지르는 바이패스 에어 플로우(172a, 도 4 참조)로 전환하는 바이패스 관(152, 도 4 참조)을 포함하는 다양한 연결 바이패스 관들을 더 포함한다. PTV 바이패스 관(88, 도 4 참조)은 TC 터빈(77, 도 4 참조)으로부터 ACM(42, 도 4 참조)과 제 1 터빈 출구 에어(114a) 관으로 추가될 수 있고, PTV(86a, 도 4 참조)가 바람직하게는 PTV 바이패스 관(88, 도 4 참조)으로 결합된다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 참조)는 TC 압축기(73, 도 4 참조)를 통과하고 관(158)을 통하여 재생 열 교환기(156)를 통과하는 바이패스 에어 플로우(172b, 도 4 참조)로 주요 열 교환기(92, 도 4 참조)로부터의 출구 에어(96, 도 4 참조)를 전환하는 바이패스 관(154, 도 4 참조)을 더 포함한다. 하나 이상의 재생 열 교환기들(156)은 압축기(72a)를 더 효율적으로 만들기 위하여 압축기(72a, 도 4 참조)에서의 온도를 감소시키기 위하여 추가될 수 있다.
이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우(172a, 도 4 참조)는 바이패스 관(152)을 통하여 TC 터빈(77, 도 4 참조)을 가로질러서 흐르고, 이는 공압식 파워 또는 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)로부터 ACM(42, 도 4 참조)으로 전달한다. 추가로, 바이패스 에어 플로우(172b)는 바이패스 관(152)을 통하여 TC 터빈(77, 도 4 참조)을 가로질러서 흐른다. 재생 열 교환기(156, 도 4 참조)는 제 1 압축기(72a, 도 4 참조)가 더 낮은 흡입구 온도(도 4 참조)를 얻고, 재생 열 교환기(156, 도 4 참조)를 또한 더 효과적으로 만드는 제 1 터빈(74a, 도 4 참조)으로 들어가는 에어를 가열하도록 열(162(Q), 도 4 참조)을 전달한다.
삼륜팩(70, 도 4 참조)에 터보-압축기 어셈블리(150, 도 4 참조)가 추가된 이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우(172a, 도 4 참조)는 주요 열 교환기(92, 도 4 참조) 이후의 포인트(point, 44, 도 4 참조)에서 당겨진다. 이러한 공압식 에너지(170b, 도 7 참조) 전달 실시예와 함께, PTV(86a, 도 4 참조)는 플로우를 유지하는 동안 흡입구 압력 감소에 따른 냉각의 손실을 미리 방지하기 위하여 서서히 열린다.
도 4는 항공기 엔진(32) 내의 블리드 에어 시스템(34)으로부터 블리드 에어 관(52)를 통하여 팩 열 교환기(44)의 주요 열 교환기(92)로 흐르는 블리드 에어(50)를 도시한다. 도 4에 더 도시되는 바와 같이, 출구 에어(96)는 관(98)을 통과하고, 삼륜팩 체크 밸브(132b)와 같은 체크 밸브(132)를 통과하여 제 1 압축기(72a)와 같은 ACM(42)의 압축기(72)로 흐른다. 출구 에어(96, 도 4 참조)는 압축기(72, 도 4 참조)에서 압축되고, 관(102, 도 4 참조)을 통하여 압축기 출구 에어(100, 도 4 참조)로 방출된다. 도 4에 더 도시되는 바와 같이, 제 2의 열 교환기(94)로 흐르고, 팬(76)에 의하여 선택적으로 더 자극될 수 있는 램 출구 에어(60b)로 바깥으로 흐르는 램 흡입구 에어(60a)에 의하여 제 2의 열 교환기(94)에서 압축기 출구 에어(100)가 냉각된다.
도 4는 관들(104a, 104b, 104c)을 통하고 콘덴서 열 교환기(108)와 물 포집부(110)를 포함하는 물 분리 시스템(106)을 통과하여 흐르고, 제 1 터빈(74a)을 통과하여 확장되고 에어 관(53)을 통하여 항공기 선실(14)로 흐르는 조절된 에어 공급(46)을 얻기 위하여 제 1 터빈 출구 에어(114a)로 방출되는 제 1 터빈 흡입구 에어(112a)로 방출되는 냉각된 압축기 에어(100a)를 더 도시한다.
도 5는 삼륜팩(70)으로의 터보-압축기(TC) 어셈블리(150)의 제 2 실시예를 가지는 본원 발명의 ACM 팩 시스템(10d)과 같은 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 다른 실시예의 개략도이다.
도 5에 도시되는 바와 같은 이러한 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78a)과 같은 축(78) 상에 직렬로 제 1 터빈(74a)과 같은 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 제 1 압축기(72a)와 같은 하나의 압축기(72)를 가지는 삼륜팩을 포함한다.
이러한 실시예에서, 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11b, 도 7 참조)와 같은 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 5 참조)는 재생 열 교환기(156)와, 삼륜팩 체크 밸브(132b)와 같은 체크 밸브에 결합된 터보-압축기(TC) 어셈블리(150)를 포함한다. TC 어셈블리(150), 재생 열 교환기(156) 및 체크 밸브(132)는 모두 ACM(42)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)와 같은 플로우 조절 엘리먼트(86)는 PTV 관(88)을 통하여 TC 어셈블리(150)에 결합된다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 5 참조)는 주요 열 교환기(92, 도 5 참조)로부터의 출구 에어(96, 도 5 참조)를 TC 압축기(73, 도 5 참조)를 통과하고 관(158)을 통하여 재생 열 교환기(156)를 통과하는 바이패스 에어 플로우(172b, 도 5 참조)로 전환하는 바이패스 관(154)을 포함하는 다양한 연결 바이패스 관들을 더 포함한다. 하나 이상의 재생 열 교환기들(156)은 압축기(72a)를 더욱 효과적으로 만들기 위하여 압축기(72a, 도 5 참조)에서 온도를 낮추기 위하여 추가될 수 있다.
PTV 바이패스 관(88, 도 5 참조)은 TC 터빈(77, 도5 참조)으로부터 ACM(42, 도 5 참조)과 제 1 터빈 출구 에어(114a) 관으로 추가될 수 있고, 그리고 PTV(86a, 도 5 참조)는 바람직하게는 PTV 바이패스 관(88, 도 5 참조)에 결합된다.
게다가, 바이패스 관(164, 도 5 참조)은 제 2의 열 교환기(94, 도 5 참조)로부터 냉각된 압축기 출구 에어(100a, 도 5 참조)를 TC 터빈(77, 도 5 참조)을 가로지르는 바이패스 에어 플로우(172a, 도 5 참조)로 전환하는 제 2의 열 교환기(94)로부터 추가될 수 있다.
이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우(172a, 도 5 참조)는 바이패스 관(164)을 통하여 TC 터빈(77, 도 5 참조)을 가로질러 흐르고, 이는 공압식 파워 또는 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)로부터 ACM(42, 도 5 참조)으로 전달한다. 게다가, 바이패스 에어 플로우(172b)는 바이패스 관(154)을 통하여 TC 압축기(73)로 흐르고, 제 1 압축기(72a)로 올라갈 만큼의 압력 증가량을 얻는다. 재생 열 교환기(156, 도 5 참조)는 제 1 압축기(72a, 도 5 참조)가 낮은 흡입구 온도(도 5 참조)를 얻고, 재생 열 교환기(156, 도 5 참조)가 또한 재생 열 교환기를 더 효과적으로 만드는 제 1 터빈(74a, 도 5 참조)으로 가는 에어를 가열하도록 열(162(Q), 도 5 참조)를 전달한다.
삼륜팩(70, 도 5 참조)에 터보-압축기 어셈블리(150, 도 5 참조)를 추가한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우(172a, 도 5 참조)는 에어 플로우가 더 냉각되고 낮은 압력일 때, 제 2의 열 교환기(94, 도 5 참조) 후의 포인트(146, 도 4 참조)에서 당겨진다. 이러한 공압식 에너지(170b, 도 7 참조) 전달 실시예와 함께, PTV(86a, 도 5 참조)는 플로우를 유지하는 동안 출구 압력이 감소함에 따른 냉각의 손실을 미리 방지하기 위하여 서서히 열린다.
도 5는 항공기 엔진(32)에서의 블리드 에어 시스템(34)으로부터 블리드 에어 관(52)을 통하여 팩 열 교환기(44)의 주요 열 교환기(92)로 흐르는 블리드 에어(50)를 도시한다. 도 5에서 더 도시되는 바와 같이, 출구 에어(96)는 관(98)을 통과하고, 삼륜팩 체크 밸브(132b)와 같은 체크 밸브(132)를 통과하여 제 1 압축기(72a)와 같은 ACM(42)의 압축기(72)로 흐른다. 출구 에어(96, 도 5 참조)는 압축기(72, 도 5 참조)에서 압축되고, 관(102, 도 5 참조)을 통하여 압축기 출구 에어(100, 도 5 참조)로 방출된다. 도 5에서 더 도시되는 바와 같이, 제 2의 열 교환기(94)로 흐르고 팬(76)에 의하여 선택적으로 더 자극될 수 있는 램 출구 에어(60b)로 흘러나오는 램 흡입구 에어(60a)에 의하여 제 2의 열 교환기(94)에서 압축기 출구 에어(100)는 냉각된다.
도 5는 관들(104a, 104b, 104c)을 통하고 콘덴서 열 교환기(108)와 물 포집기(110)를 포함하는 물 분리 시스템(106)을 통과하여 흐르고, 재생 열 교환기(156)를 통과하고, 관(160)을 통하여 흐르고 제 1 터빈 흡입구 에어(112a)로 방출되는 냉각된 압축기 출구 에어(100a)를 도시한다. 제 1 터빈 흡입구 에어(112a)는 제 1 터빈(74a)을 통과하여 확장되고, 에어 관(53)을 통하여 항공기 선실(14)로 흐르는 조절된 에어 공급(46)을 얻기 위하여 제 1 터빈 출구 에어(114a)로 방출된다.
도 6은 삼륜팩(70)에 터보-압축기(TC) 어셈블리(150)의 제 3 실시예를 가지는 본원 발명의 ACM 팩 시스템(10e)과 같은 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6에 도시되는 바와 같은 이러한 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78a)과 같은 축(78) 상에 직렬로 제 1 터빈(74a)과 같은 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 제1 압축기(72a)와 같은 하나의 압축기(72)를 가지는 삼륜팩(70)을 포함한다.
이러한 실시예에서, 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11b, 도 7 참조)와 같은 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 6 참조)는 재생 열 교환기(156)에 결합되는 터보-압축기(TC) 어셈블리(150)와 삼륜팩 체크 밸브(132b)와 같은 체크 밸브(132)를 포함한다. TC 어셈블리(150), 재생 열 교환기(156)와 체크 밸브(132)는 ACM(42)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)와 같은 플로우 조절 엘리먼트(86)는 PTV 관(88)을 통하여 TC 어셈블리(150)에 결합된다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 6참조)는 주요 열 교환기(92, 도 6 참조)로부터 출구 에어(96, 도 6 참조)를 TC 압축기(73, 도 6 참조)를 통과하고 관(158)을 통하여 재생 열 교환기(156)을 통과하는 바이패스 에어 플로우(172b, 도 6 참조)로 전환하는 바이패스 관(154, 도 6 참조)을 포함하는 다양한 연결 바이패스 관들을 더 포함한다. 하나 이상의 재생 열 교환기들(156)은 압축기(72a)를 더욱 효과적으로 만들기 위하여 압축기(72a, 도 6 참조)에서 온도를 낮추기 위하여 추가될 수 있다.
PTV 바이패스 관(88, 도 6 참조)은 TC 터빈(77, 도 6 참조)으로부터 ACM(42, 도 6 참조)과 제 1 터빈 출구 에어(114a) 관으로 추가될 수 있고, PTV(86a, 도 6 참조)는 바람직하게는 PTV 바이패스 관(88, 도 6 참조)으로 결합된다.
게다가, 바이패스 관(161, 도 6 참조)은 주요 열 교환기(92), 제 2의 열 교환기(94) 및 재생 열 교환기(156)을 포함하는 열 교환기들 후에 추가되고, 이는 제 1 터빈 흡입구 에어(112a, 도 6 참조)를 물 분리 시스템(106)과 재생 열 교환기(156, 도 6 참조)로부터 TC 터빈(77, 도 6 참조)을 가로지르는 바이패스 에어 플로우(172a, 도 6 참조)로 전환한다.
이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우(172a, 도 6 참조)는 바이패스 관(161)을 통하여 TC 터빈(77, 도 6 참조)을 가로질러 흐르고, 이는 공압식 파워 또는 에너지(170b, 도 7 참조)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)로부터 ACM(42, 도 6 참조)으로 전달한다. 게다가, 바이패스 에어 플로우(172b)는 바이패스 관(154, 도 6 참조)을 통하여 TC 압축기(73, 도 6 참조)로 흐르고, 제 1 압축기(72a, 도 6 참조)로 올라갈 만큼의 압력 증가량을 얻는다. 재생 열 교환기(156, 도 5 참조)는 제 1 압축기(72a, 도 6 참조)가 낮은 흡입구 온도(도 6 참조)를 얻고, 재생 열 교환기(156, 도 6 참조)는 또한 더 효율적으로 만드는 제 1 터빈(74a, 도 6 참조)으로 들어가는 에어를 가열하도록 열(162(Q), 도 6 참조)을 전달한다.
삼륜팩(70, 도 6 참조)에 터보-압축기 어셈블리(150, 도 6 참조)를 더한 것을 가지는 이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우(172a, 도 6 참조)는 에어 플로우가 가장 낮은 압력에 있을 때, 재생 열 교환기(156, 도 6 참조)의 이후의 포인트(148, 도 6 참조)에서 당겨진다. 이러한 공압식 에너지(170b, 도 6 참조) 전달 실시예와 함께, PTV(86a, 도 6 참조)는 플로우를 유지하는 동안 흡입구 압력이 감소됨에 따른 냉각의 손실을 미리 방지하기 위하여 서서히 열린다.
도 6은 항공기 엔진(32) 내에 블리드 에어 시스템(34)로부터 블리드 에어 관(52)을 통하여 팩 열 교환기(44)의 주요 열 교환기(92)로 흐르는 블리드 에어(50)를 도시한다. 도 6에서 더 도시되는 바와 같이, 출구 에어(96)는 관(98)을 통하고, 삼륜팩 체크 밸브(132b)와 같은 체크 밸브(132)를 통하여, 제 1 압축기(72a)와 같은 ACM(42)의 압축기(72)로 흐른다. 출구 에어(96, 도 6 참조)는 압축기(72, 도 6 참조)에서 압축되고, 관(102, 도 6 참조)을 통하여 압축기 출구 에어(100, 도 6 참조)로 방출된다. 도 6에 더 도시되는 바와 같이, 압축기 출구 에어(100)는 제 2의 열 교환기(94)로 흐르고 팬(76)에 의하여 선택적으로 더 자극될 수 있는 램 출구 에어(60b)로 흐르는 램 흡입구 에어(60a)에 의하여 제 2의 열 교환기(94)에서 냉각된다.
도 6은 관들(104a, 104b, 104c)를 통하고 콘덴서 열 교환기(108)와 물 포집부(110)를 포함하는 물 분리 시스템(106)을 통과하여 흐르는 냉각된 압축기 출구 에어(100a)를 도시하고, 이는 관(160)을 통하여 흐르고, 제 1 터빈 흡입구 에어(112a)로 방출된다. 제 1 터빈 흡입구 에어(112a, 도 6 참조)는 제1 터빈(74a, 도 6 참조)을 통과하여 확장되고, 에어 관(53, 도 6 참조)을 통하여 항공기 선실(14, 도 6 참조)로 흐르는 조절된 에어 공급(46, 도 6 참조)을 얻기 위하여 제 1 터빈 출구 에어(114a, 도 6 참조)로 방출된다. 이와 달리, 제 1 터빈 흡입구 에어(112a, 도 6 참조)는 제 1 터빈(74a, 도 6 참조)을 바이패스하고, 바이패스 관(161, 도 6 참조)을 통하여 TC 터빈(77, 도 6 참조)과 같은 제 2 터빈(74b, 도 6 참조)으로 바이패스 에어 플로우(172a, 도 6 참조)로 흐른다. 바이패스 에어 플로우(172a, 도 6 참조)는 에어 관(53, 도 6 참조)을 통하여 항공기 선실(14, 도 6 참조)로 흐르는 조절된 에어 공급(46)을 얻기 위하여 제 2 터빈(74b, 도 6 참조)을 가로지르고, PTV(86a, 도 6 참조)를 통과하여 ACM(42, 도 6 참조)와 제 1 터빈 출구 출구 에어(114a, 도 6 참조)로 흐른다.
다른 실시예에서, 앞서 언급된 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 실시예를 가지는 항공기(12)를 제공한다. 도 7은 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)의 하나 이상의 실시예들을 포함할 수 있는 항공기 에어 조절 시스템(40)을 도시하는 항공기(12)의 실시예들 중 하나의 기능적 블록도이다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 항공기(12)는 하나 이상의 항공기 엔진(32)을 포함하고, 각각의 항공기 엔진(32)은 바람직하게는 블리드 에어(50)를 발생시키는 블리드 에어 시스템(34)을 가진다. 항공기(12)는 적어도 하나의 날개(30)를 더 포함할 수 있다. 그러나, 항공기(12)는 로터들(rotors)을 가지고 날개들은 없는 로터크래프트(rotorcraft)를 또한 포함한다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 항공기(12)는 항공기 선실(14)과 항공기 선실(14)로부터 이격되는 팩 베이(36)를 가지는 내부 용적(15, 도 1 참조)을 정하는 기체(13)를 더 포함한다. 도 7에 더 도시되는 바와 같이, 항공기(12)는 항공기 선실(14)에 유체 연통되고 팩 베이(36)에 배치되는 항공기 에어 조절 시스템(40)을 더 포함한다. 항공기 에어 조절 시스템(40)은 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10)을 포함한다.
앞서 언급한 바와 같이 ACM 팩 시스템(10)은 ACM 축(78a) 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기(72)를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM, 42)을 포함한다. ACM 팩 시스템(10)은 ACM(42)의 적어도 하나의 압축기(72)에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기(44)를 더 포함한다. ACM 팩 시스템(10)은 ACM(42)에 병렬 작동 경로(84)로 결합되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)를 더 포함한다. 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)는 병렬 터빈 밸브(86a)를 가진다. 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)는 낮은 흡입구 에어 압력과 같은 낮은 흡입구 압력(167, 도 7 참조)에서의 냉각 성능에 있어 ACM 팩 시스템(10)을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)에 의하여 추출된 에너지를 ACM(42)으로 전달하여, ACM 팩 시스템(10)의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능(168, 도 7 참조)을 야기한다.
앞서 언급한 바와 같이, 도 2에 도시된 일 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78) 상에서 직렬로 하나의 터빈(74)에 기계적으로 결합되는 하나의 압축기(72)를 가지는 삼륜팩(70)을 포함한다. 도 3에서 도시되는 것과 같은 다른 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM, 42)은 ACM 축(78a) 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기(72), 제 1 터빈(74a), 및 제 2 터빈(74)을 가지는 사륜팩(120)을 포함한다
도 2에서 도시되는 바와 같은 일 실시예에서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)는 터빈 축(78b)으로 결합되는 병렬 터빈(75)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)는 병렬 작동 경로(parallel operation path, 84)로 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)의 병렬 터빈(75)과 ACM(42)의 터빈(74)을 구동하기 위하여, 그리고 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)로부터 ACM(42)으로 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)를 전달하기 위하여, 터빈 축(78b)을 ACM 축(78a)으로 연결하는 기계식 구동 엘리먼트(80)를 더 포함한다. 기계식 구동 엘리먼트(80)는 ACM(42)의 터빈(74)과 병렬 터빈(75)을 기계적으로 구동하기 위한 기계식 축(mechanical shaft, 80a), 체인기어 축(geared shaft, 80b), 또는 다른 적절한 요소를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 바람직하게는, 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)와 같은 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(86)는 병렬 터빈(75)에 결합된다.
도 3에 도시되는 바와 같이 다른 실시예에서, 바이패스 기계식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11a)와 같은 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)는 ACM(42)에 결합되는 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118)를 포함하고, 여기서 ACM(42)은 사륜팩(120)이다. 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118)는 바람직하게는 압축기 바이패스 밸브(CBV, 122), 분리 밸브(ISOV, 128), 체크 밸브(132a) 및 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)를 포함한다. 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118)는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)로부터 ACM(42)으로 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)를 전달한다.
도 4에서 도시되는 바와 같이 다른 실시예에서, 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11b)와 같은 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)는 재생 열 교환기(156)와 체크 밸브(132b)에 결합되는 터빈 압축기 어셈블리(150)를 포함하고, 이것들은 모두 ACM(42)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 병렬 터빈 밸브(PTV, 86a)와 같은 플로우 조절 엘리먼트(86)는 터보-압축기 어셈블리(150)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 터보-압축기 어셈블리(150)는 공압식 에너지(170b)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11)로부터 ACM(42)으로 전달한다.
다른 실시예에서, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 도 1 내지 7 참조)의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능(168, 도 7 참조)을 향상시키기 위한 방법(150)이 제공된다. 도 8은 본원발명의 방법(250)의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 방법(250)은 항공기(도 1 및 7 참조)의 항공기 에어 조절 시스템(40, 도 7 참조)에서 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 1 내지 7 참조)을 설치하는 단계(252)를 포함한다. 앞서 구체적으로 언급된 바와 같이, ACM 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 1 내지 7 참조)은 ACM 축(78a, 도 2 내지 7 참조) 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈(74, 도 2 내지 7 참조)에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기(72, 도 2 내지 7 참조)를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM, 42, 도 1 내지 7 참조)을 포함한다. ACM 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 1 내지 7 참조)은 적어도 하나의 압축기(72, 도 2 내지 7 참조)에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기(HX, 44, 도 1 내지 7 참조)를 포함한다. ACM 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 1 내지 7 참조)은 ACM(도 1 내지 7 참조)에 결합하고 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(86, 도 2 내지 7 참조)를 가지는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)를 더 포함한다.
일 실시예에서, 설치하는 단계(252)는 ACM 축(78a, 도 2, 및 4 내지 6 참조) 상에서 하나의 터빈(74, 도 2및 4 내지 6 참조)에 직렬로 기계적으로 결합되는 하나의 압축기(72, 도 2, 및 4 내지 6 참조)를 가지는 삼륜 팩(70, 도 2, 및 4 내지 6 참조)을 포함하는 ACM(42, 도 2, 및 4 내지 6 참조)을 설치하는 것을 포함한다. 설치하는 단계(252)는 바이어스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2, 및 4 내지 6 참조)를 삼륜팩(70, 도 2, 및 4 내지 6 참조)에 설치하는 것을 더 포함한다. 일 실시예에서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 참조)는 터빈 축(78b, 도 2 참조)에 결합된 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 포함한다. 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조)는 바람직하게는 병렬 터빈(75, 도 2 참조)과 ACM(42, 도 2 참조)의 사이에 설치된다. 더욱 바람직하게는, 병렬 작동 경로(84, 도 2 참조)에서 ACM(42, 도 2 참조)의 터빈(74, 도 2 참조)과 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 참조)의 병렬 터빈(75, 도2 참조)을 구동하고, 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 참조)로부터 ACM(42, 도 2 참조)으로 전달하기 위하여 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조)의 제 1 말단(82a, 도 2 참조)이 터빈 축(78b, 도 2 참조)에 연결되고, 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조)의 제 2 말단(82b, 도 2 참조)이 ACM 축(78a, 도 2 참조)에 연결된다.
바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 내지 6 참조)를 삼륜팩(70, 도 4 내지 6 참조)으로 설치하는 다른 실시예에서, 설치하는 단계(252)는 터보-압축기(TC) 어셈블리(150, 도 4 내지 6 참조)를 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 내지 7 참조)를 삼륜팩(70, 도 4 내지 6 참조)으로 설치하는 것을 더 포함할 수 있다. TC 어셈블리(150, 도 4 내지 6 참조)는 바람직하게는 재생 열 교환기(HX, 156, 도 4 내지 6 참조)와 체크 밸브(132b, 도 4 내지 6 참조)에 결합되고, 이들은 모두 ACM(42, 도 4 내지 6 참조)에 결합된다. 게다가, 병렬 터빈 밸브(86a, 도 4 내지 6 참조)를 포함하는 플로우 조절 엘리먼트(86, 도 4 내지 6 참조)는 TC 어셈블리(150, 도 4 내지 6 참조)에 결합된다.
다른 실시예에서, 설치하는 단계(252)는 ACM 축(78a, 도 3 참조) 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 하나의 압축기(72, 도 3 참조), 제 1 터빈(74a, 도 3 참조), 및 제 2 터빈(74b, 도 3 참조)을 가지는 사륜팩(70, 도 3 참조)을 포함하는 ACM(42, 도 3 참조)을 설치하는 것을 포함한다. 이러한 실시예에서, 설치하는 단계(252)는 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)를 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)를 ACM(42, 도 3 참조)으로 결합하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 3 참조)를 설치하는 것을 더 포함한다. 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)는 압축기 바이패스 밸브(122, 도 3 참조), 분리 밸브(130, 도 3 참조), 체크 밸브(132a, 도 2 참조), 및 병렬 터빈 밸브(86a, 도 3 참조)를 포함하는 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(86, 도 3 참조)를 포함한다. 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)는 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 3 참조)로부터 ACM(42, 도 3 참조)으로 전달한다. 도 3에 더 도시되는 바와 같이, 높은 고도 밸브(HAV, 138)가 설치될 수 있다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 방법(250)은 병렬 작동 경로(84, 도 2 내지 7 참조)로 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)와 ACM(42, 도 1 내지 7 참조)을 결합하는 단계(254)를 더 포함한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 방법(250)은 추출된 에너지(170, 도 7 참조)를 얻기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)를 가로질러 흐르는 바이패스 에어 플로우(172, 도 7 참조)로부터 에너지를 추출하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)를 이용하는 단계(256)를 더 포함한다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 방법(250)은 낮은 에어 흡입구 압력과 같은 낮은 흡입구 압력(도 7 참조)에서 냉각 성능 측면으로 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 1 내지 7 참조)을 지원하기 위하여 추출된 에너지(170, 도 7 참조)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 내지 7 참조)로부터 ACM(42, 도 1 내지 7 참조)으로 전달하는 단계(258)를 더 포함하여, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 1 내지 7 참조)의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기한다. 전달하는 단계(258)는 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 2 및 3 참조)로부터 ACM(42, 도 2 및 3 참조)으로 전달하거나 또는 공압식 에너지(170b, 도 4 내지 6 참조)를 바이패스 에어 플로우 어셈블리(11, 도 4 내지 6 참조)로부터 ACM(42, 도 4 내지 6 참조)으로 전달하는 것 중 하나를 포함한다.
도 9는 항공기 제조와 서비스 방법(300)의 흐름도이다. 도 10은 항공기(316)의 블록도이다. 도 9 및 10에 따라, 본 발명의 실시예들은 도 9에 도시되는 바와 같이 항공기 제조 및 서비스 방법(300)과 도 10에 도시되는 바와 같이 항공기(316)의 맥락에서 설명될 수 있다. 생산 전 동안에, 예시적인 항공기 제조 및 서비스 방법(300)은 항공기의 사양 및 설계(302)와 자재 조달(304)을 포함할 수 있다. 생산 동안에, 구성 요소 및 서브 어셈블리 제조(306)와 항공기(316)의 시스템 통합(308)이 일어난다. 그러므로, 항공기(316)는 서비스(312) 중에 놓여지기 위하여 인증 및 인도(310)를 거칠 수 있다. 고객에 의하여 서비스(312) 중일 동안, 항공기(316)는 변경, 구조변경, 재연마 및 다른 적절한 서비스들을 또한 포함할 수 있는 일반적인 유지보수 및 점검(314)에 대하여 스케쥴이 잡힐 수 있다.
항공기 제조와 서비스 방법(300)의 각각의 프로세스들은 써드 파티(third party) 및/또는 오퍼레이터(즉, 고객), 시스템 통합자(system integrator)에 의하여 수행되거나 실시될 수 있다. 이 설명의 목적들을 위하여 시스템 통합자는 제한 없이, 많은 항공기 제조자 및 주요 시스템 서브컨덕터들을 포함할 수 있고; 써드 파티는 제한없이 많은 판매자들, 서브컨덕터들(subcontractors) 및 공급자들을 포함할 수 있고; 오퍼레이터는 항공사, 리스 회사, 군사단체, 서비스 기구 및 다른 적절한 오퍼레이터들일 수 있다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 예시적인 항공기 제조 및 서비스 방법(300)에 의하여 제조되는 항공기(316)는 복수의 하이-레벨(high-level) 시스템들(320)과 내부(322)를 가지는 기체(318)를 포함할 수 있다. 복수의 하이-레벨 시스템(300)의 예들은 하나 이상의 추진 시스템(324), 전기 시스템(326), 유압 시스템(328) 및 환경 시스템(330)을 포함할 수 있다. 많은 다른 시스템들이 또한 포함될 수 있다. 우주항공적인 예가 도시되지만, 본 발명의 원리들은 선박 및 자동차 산업과 같은 다른 산업에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 구체화된 시스템들 및 방법들은 임의의 하나 이상의 제조 및 서비스 방법(300)의 단계들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 구성요소와 서브 어셈블리 제조(306)에 해당하는 구성요소들 및 서브 어셈블리들은 항공기(316)가 서비스 중(312)일 동안 생산된 구성요소들 또는 서브 어셈블리와 유사한 방법으로 제작되거나 제조될 수 있다. 또한 하나 이상의 장치 실시예들, 방법 실시예들 또는 이들의 조합은 예를 들어 항공기(316)의 조립을 현저하게 가속화시키거나, 항공기(316)의 비용을 현저하게 감소시킴으로써, 구성요소 및 서브 어셈블리 제조(306)와 시스템 통합(308) 동안 이용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 장치 실시예들, 방법 실시예들, 또는 이들의 조합은 항공기(316)가 서비스 중(312)인 동안, 예컨대 제한 없이 유지보수 및 점검(314)에 이용될 수 있다.
에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 2 내지 7 참조)과 방법(250, 도 8 참조)의 기재된 실시예들은 순수 바이패스의 경로에서 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 가로지르는 주요 터빈 바이패스 플로우와 같은 바이패스 에어 플로우(172, 도 7 참조)를 보내기 위하여 삼륜팩(70, 도 2 참조)에 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을, 삼륜팩(70, 도 4 내지 6 참조)에 터보-압축기 어셈블리(150, 도 4 내지 6 참조)를 또는 사륜팩(120, 도 3 참조)에 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)를 추가하여 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키는 수단을 제공한다. 이러한 병렬 터빈(75, 도 2 참조)을 가로질러서 바이패스 에어 플로우(172, 도 7 참조)를 보내는 것은 압축기(72, 도 2 참조)를 구동하는 추가적인 파워를 추출하고, 팩 냉각 성능을 돕는 것 모두, 출구 에어를 냉각한다. 추가적으로 바이패스 에어 플로우(172, 도 2 참조)가 압축기(72, 도 2 참조)를 바이패스하도록 야기하는 것은 압축기(72)가 낮은 에어 흡입구 압력 상태들과 같은 낮은 흡입구 압력 상태들에서 더욱 효과적으로 작동하도록 하고, 이는 또한 ACM 팩 시스템(10)의 냉각 성능을 향상시킨다.
게다가, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 2 내지 7 참조)과 방법(250, 도 8 참조)의 개시되는 실시예들은 압축기(72, 도 2 참조)가 더 효율적인 설계 세팅에서 작동하도록 한다. 더 많은 에어 플로우가 블리드 에어(50, 도 2 참조)에 의하여 제공될 때, 병렬 터빈(75, 도 2 참조)으로 전환되고, 기계식 에너지(170a, 도 7 참조)는 압축기(72, 도 2 참조)와 ACM 팩 시스템(10) 내의 다른 요소들을 작동하는데 사용되기 위하여 회복될 수 있다. 터빈 바이패스 에어 플로우로부터 파워 또는 에너지를 추출함으로써, 파워 추출로부터의 냉각 효과 때문에 팩 출구 온도에서의 전반적인 증가는 부분적으로 가라앉는다. 게다가, 터빈 바이패스 에어 플로우가 또한 압축기를 바이패스한다면, 압축기는 동일한 파워 입력에서 더 높은 효과와 더 나은 압력비에서 작동할 수 있고, 또한 성능이 떨어지는 것을 미리 방지할 수 있다. 하나의 터빈(74, 도 2 참조)을 가지는 ACM 팩 시스템(10)에 대하여, 추가적인 병렬 터빈(75, 도 1 참조)은 바이패스 에어 플로우(172, 도 7 참조)로부터 파워를 추출하기 위하여 일반적인 축 또는 파워, 또는 추출된 에너지(170, 도 7 참조)를 제 2 압축기(72b, 도 4 내지6 참조)로 기계식 또는 공압식으로 전달하기 위한 기계식 구동 엘리먼트(80, 도 2 참조) 상에 추가될 수 있다.
두 개의 터빈들을 가지는 팩들에 대해서, 하나의 터빈(74a, 도 3 참조)은 이미 더 낮은 흡입구 압력과 외부 공기의 습기가 없기 때문에 높은 고도에서 이용되지 않을 것이고, 이런 상황에서 병렬 터빈 밸브 어셈블리(118, 도 3 참조)의 이용은 바이패스 에어 플로우(172, 도 7 참조)와 함께 사용되지 않은 다른 제 1 터빈(74a, 도 3 참조)에 동력을 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 병렬로 있는 제 2 터빈(74b, 도 3 참조)의 사용은 낮은 압력 냉각 성능을 단순한 터빈 바이패스 에어 플로우의 성능을 뛰어 넘도록 향상시킨다.
게다가, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(10, 10a-10e, 도 2 내지 7 참조)과 방법(250, 도 8 참조)의 개시된 실시예들은 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 가지는 ACM 팩 시스템(10)을 가능하게 하고, 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능은 ACM 팩 시스템(10)의 크기와 무게를 늘리지 않고도 항공기의 선실에서 사용자당 최소 에어 플로우에 관련한 FAR(Federal Aviation Regulation) 요구들을 준수하는 것을 더 가능하게 할 수 있다.
항목 1. 항공기를 위한 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템으로서, 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 가지고, 상기 시스템은: ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈에 기계적으로 결합된 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM); ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기; 및, ACM과 병렬 작동 경로로 결합된 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 포함하고, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 가지고, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리에 의하여 추출된 에너지를 ACM으로 전달하여, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 2. 항목 1에 있어서, 에어 사이클 머신(ACM)은 ACM 축 상에서 하나의 터빈에 직렬로 기계적으로 결합되는 하나의 압축기를 가지는 삼륜팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 3. 항목 2에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리가 ACM의 터빈과 바이패스 에어 플로우 어셈블리의 터빈을 병렬 작동 경로로 구동하기 위하여 ACM 축에 터빈 축을 연결하는 기계식 구동 엘리먼트 및 터빈 축에 결합되는 병렬 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 4. 항목 3에 있어서, 기계식 구동 엘리먼트는 기계식 축 또는 체인기어 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 5. 항목 3에 있어서, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트는 병렬 터빈에 결합되는 병렬 터빈 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 6. 항목 2에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 재생 열 교환기와 체크 밸브에 결합되어 있는 터보-압축기를 포함하고, 플로우 조절 엘리먼트는 터보-압축기 어셈블리에 결합되는 병렬 터보 밸브를 포함하고, 재생 열 교환기와 터보-압축기는 모두 ACM에 결합되는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 7. 항목 1에 있어서, 에어 사이클 머신(ACM)이 ACM 축 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기, 제 1 터빈, 및 제 2 터빈을 가지는 사륜팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 8. 항목 7에 있어서, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트는 제 1 터빈과 제 2 터빈 사이에서 결합되는 병렬 터빈 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 9. 항목 8에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 ACM에 결합되는 병렬 터빈 밸브 어셈블리를 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 압축기 바이패스 밸브, 분리 밸브, 체크 밸브 및 병렬 터빈 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 10. 항목 1에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 기계식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리 또는 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리인 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
항목 11. 항공기로서, 블리드 에어를 발생시키는 블리드 에어 시스템을 각각 가지는 하나 이상의 항공기 엔진들; 항공기 선실로부터 이격되는 팩 베이와 항공기 선실을 가지는 내부 용적을 정하는 기체; 항공기 선실에 유체 연통되고 팩 베이에 위치되는 항공기 에어 조절 시스템; 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 가지는 항공기 에어 조절 시스템을 포함하고, 에어 사이클 머신(ACM)은 ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM); ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기; 및 ACM과 병렬 터빈 경로로 결합되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 포함하고, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 병렬 터빈 밸브를 가지고, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 ACM 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리에 의하여 추출된 에너지를 ACM으로 전달하고, ACM 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기하는 것을 특징으로 하는 항공기.
항목 12. 항목 11에 있어서, 에어 사이클 머신(ACM)은 ACM 축 상에 직렬로 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 하나의 압축기를 가지는 삼륜팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기.
항목 13. 항목 12에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 ACM의 터빈과 바이패스 에어 플로우의 터빈을 병렬 작동 경로로 구동시키기 위하여, 또한 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하기 위하여 터빈 축을 ACM 축으로 연결하는 기계식 구동 엘리먼트와 터빈 축에 결합되는 병렬 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기.
항목 14. 항목 12에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 재생 열 교환기와 체크 밸브에 결합되는 터보-압축기 어셈블리를 포함하고, 재생 열 교환기와 체크 밸브 모두 ACM에 결합되고, 병렬 터빈 밸브는 터보-압축기에 결합되고, 터보-압축기 어셈블리는 공압식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 것을 특징으로 하는 항공기.
항목 15. 항목 11에 있어서, 에어 사이클 머신(AMC)은 ACM 축 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기, 제 1 터빈, 및 제 2 터빈을 가지는 사륜팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기.
항목 16. 항목 15에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 ACM에 결합되는 병렬 터빈 밸브 어셈블리를 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 압축기 바이패스 밸브, 분리 밸브, 체크 밸브 및 병렬 터빈 밸브를 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 것을 특징으로 하는 항공기.
항목 17. 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키는 방법으로서, 항공기의 항공기 에어 조절 시스템에서 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 설치하는 단계; 바이패스 에어 플로우 어셈블리와 ACM을 병렬 작동 경로로 결합하는 단계; 추출된 에너지를 얻기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 가로질러 흐르는 바이패스 에어 플로우로부터 에너지를 추출하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 이용하는 단계; 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 추출된 에너지를 ACM으로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 전달하는 단계에 의하여 에어 사이클 머신(AMC) 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능이 야기되고, ACM 팩 시스템이 ACM 축 상에 적어도 하나의 터빈에 직렬로 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM), ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기; 및 ACM에 결합되고 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 가지도록 설정되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 18. 항목 17에 있어서, 상기 전달하는 단계는 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 단계, 또는 공압식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 19. 항목 17에 있어서, 상기 설치하는 단계는 ACM 축 상에 직렬로 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 하나의 압축기를 가지는 삼륜팩을 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 20. 항목 19에 있어서, 설치하는 단계는 병렬 작동 경로로 ACM의 터빈과 바이패스 에어 플로우 어셈블리의 터빈을 구동시키고, 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하기 위하여, 터빈 축을 ACM 축으로 연결하는 기계식 구동 엘리먼트와 터빈 축에 결합되는 병렬 터빈을 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 21. 항목 19에 있어서, 상기 설치하는 단계는 재생 열 교환기와 체크 밸브에 결합되는 터보-압축기 어셈블리를 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 설치하는 단계와, 병렬 터빈 밸브를 포함하는 플로우 조절 엘리먼트를 터보-압축기 어셈블리에 결합하는 단계를 더 포함하고, 재생 열 교환기와 체크 밸브는 모두 ACM에 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 22. 항목 19에 있어서, 상기 설치하는 단계는ACM 축 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기, 제 1 터빈, 및 제 2 터빈을 가지는 사륜팩을 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 23. 항목 22에 있어서, 상기 설치하는 단계는 ACM에 결합되는 병렬 터빈 밸브 어셈블리를 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 설치하는 단계를 더 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 압축기 바이패스 밸브를 포함하는 병렬 터빈 밸브 어셈블리, 분리 밸브, 체크 밸브와, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 포함하고, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트는 병렬 터빈 밸브를 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.
본 발명의 많은 변경들과 다른 실시예들은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 선행 설명들과 첨부된 도면들에 설명된 티칭들(teachings)의 이점을 가지고 도출될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 도시되고, 제한하거나 고갈하지 않는 것을 의미했다. 본 명세서에서 구체적인 용어들이 사용되었음에도 불구하고, 그 용어들은 일반적이고 설명하기 위한 의미로만 사용되었을 뿐이지 제한의 목적으로 사용되지 않는다.

Claims (15)

  1. 항공기를 위한 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템(air cycle machine (ACM) pack system)으로서, 상기 시스템은 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능(improved low inlet pressure cooling performance)을 가지고, 상기 시스템은:
    ACM 축 상에 직렬로 적어도 하나의 터빈(turbine)에 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기(compressor)를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM);
    ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통(fluid communication)되는 팩 열 교환기(pack heat exchanger); 및,
    ACM과 병렬 작동 경로로(in a parallel operation path) 결합되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리(bypass air flow assembly)를 포함하고,
    바이패스 에어 플로우 어셈블리는 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트(bypass air flow regulating element)를 가지고, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리에 의하여 추출된 에너지를 ACM 으로 전달하여, 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 야기하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 에어 사이클 머신(ACM)은 ACM 축 상에서 하나의 터빈에 직렬로 기계적으로 결합되는 하나의 압축기를 가지는 삼륜팩(three wheel pack)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리가 ACM의 터빈과 바이패스 에어 플로우 어셈블리의 터빈을 병렬 작동 경로로 구동하기 위하여 ACM 축에 터빈 축을 연결하는 기계식 구동 엘리먼트(mechanical drive element) 및 터빈 축에 결합되는 병렬 터빈 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 기계식 구동 엘리먼트는 기계식 축(mechanical shaft) 또는 체인기어 축(geared shaft)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트는 병렬 터빈에 결합되는 병렬 터빈 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 에어 사이클 머신(ACM)이 ACM 축 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기, 제 1 터빈, 및 제 2 터빈을 가지는 사륜팩(four wheel pack)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트는 제 1 터빈과 제 2 터빈 사이에서 결합되는 병렬 터빈 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 바이패스 에어 플로우 어셈블리는 기계식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(mechanical energy transfer bypass air flow assembly) 또는 공압식 에너지 전달 바이패스 에어 플로우 어셈블리(pneumatic energy transfer bypass air flow assembly)인 것을 특징으로 하는 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템.
  9. 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템의 낮은 흡입구 압력 냉각 성능을 향상시키는 방법으로서,
    항공기의 항공기 에어 조절 시스템에 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 설치하는 단계;
    바이패스 에어 플로우 어셈블리와 ACM을 병렬 작동 경로로 결합하는 단계;
    추출된 에너지를 얻기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 가로질러 흐르는 바이패스 에어 플로우로부터 에너지를 추출하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 이용하는 단계;
    낮은 흡입구 압력에서 냉각 성능에 있어 에어 사이클 머신(ACM) 팩 시스템을 지원하기 위하여 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 추출된 에너지를 ACM으로 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 전달하는 단계에 의하여 에어 사이클 머신(AMC) 팩 시스템의 향상된 낮은 흡입구 압력 냉각 성능이 야기되고,
    상기 ACM 팩 시스템은:
    ACM 축 상에 적어도 하나의 터빈에 직렬로 기계적으로 결합되는 적어도 하나의 압축기를 포함하는 에어 사이클 머신(ACM);
    ACM의 적어도 하나의 압축기에 결합되고 유체 연통되는 팩 열 교환기; 및
    ACM에 결합되고 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 가지도록 설정되는 바이패스 에어 플로우 어셈블리; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 전달하는 단계는 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 단계, 또는 공압식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 설치하는 단계는 ACM 축 상에 직렬로 하나의 터빈에 기계적으로 결합되는 하나의 압축기를 가지는 삼륜팩을 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 설치하는 단계는 ACM의 터빈과 바이패스 에어 플로우 어셈블리의 터빈을 병렬 작동 경로로 구동시키고, 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하기 위하여, 터빈 축을 ACM 축으로 연결하는 기계식 구동 엘리먼트 및 터빈 축에 결합되는 병렬 터빈을 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 설치하는 단계는 재생 열 교환기와 체크 밸브에 결합되는 터보-압축기 어셈블리를 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 설치하는 단계와, 병렬 터빈 밸브를 포함하는 플로우 조절 엘리먼트를 터보-압축기 어셈블리에 결합하는 단계를 더 포함하고, 재생 열 교환기와 체크 밸브는 모두 ACM에 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 설치하는 단계는 ACM 축 상에 직렬로 기계적으로 결합되는 압축기, 제 1 터빈, 및 제 2 터빈을 가지는 사륜팩을 포함하는 에어 사이클 머신(ACM)을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 설치하는 단계는 ACM에 결합되는 병렬 터빈 밸브 어셈블리를 포함하는 바이패스 에어 플로우 어셈블리를 설치하는 단계를 더 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 압축기 바이패스 밸브(compressor bypass valve), 분리 밸브(isolation valve), 체크 밸브(check valve)와 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트를 포함하고, 바이패스 에어 플로우 조절 엘리먼트는 병렬 터빈 밸브(parallel turbine valve)를 포함하고, 병렬 터빈 밸브 어셈블리는 기계식 에너지를 바이패스 에어 플로우 어셈블리로부터 ACM으로 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.


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