KR920007845B1 - 계류중인 항공기의 공기조절 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

계류중인 항공기의 공기조절 시스템

제1도는 계류중인 항공기를 냉각시키기 위해 본 발명에서 사용된 형식의 지상공기조절시스템에 대한 블록도.

제2도는 본 발명을 실시하기 위해 제1도의 공기조절시스템에 사용된 직접 팽창형 냉각장치에 대한 개략도.

제3도는 본 발명을 실시하기 위해 제1도의 공기조절시스템에서 사용된 냉각액 형식 냉각장치에 대한 개략도.

제4도는 본 발명을 실시하기 위해 제1도의 공기조절시스템에서 사용된 냉각액 형식과 직접 팽창형의 조합형으로 된 냉각장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 지상공기조절시스템 12 : 항공기

14 : 냉각장치 16 : 열교환기

18 : 송풍기 20 : 입구

22 : 출구 24 : 호스

26 : 연결기 28 : 객실덕트

30 : 제1부분 32 : 제2부분

42, 100 : 압축기 44 : 응축기

46 : 팬 48 : 팽창밸브

50, 104 : 바이패스밸브 70, 86 : 펌프

72, 88 : 냉각기 90 : 동관

102 : 팽창밸브 106 : 배출구

본 발명의 항공기 공기조절시스템, 특히 계류중인 항공기의 객실을 냉방시키는 공기조절시스템에 관한 것이다. 항공기가 계류하는 동안 항공기의 객실의 온도를 승객에 쾌적한 레벨로 유지하기 위한 필요조건을 충족시키기 위한 많은 시스템이 수년간에 걸쳐 개발되어 왔다. 이러한 항공기에서, 승객의 높은 밀도, 실내조명, 많은 유리창 및 두껍게 절연된 동체 모두가 계류중인 항공기의 객실온도를 부적합한 레벨로 상승시키는데 기여한다. 따라서, 항공기가 비교적 낮은 기온을 가진 지역에 계류중일 때라도, 항공기의 객실온도를 낮추는 냉방장치를 제고하는 것이 필요하다고 여겨져 왔다.

계류중인 항공기의 객실을 냉방시키기 위한 종래의 장치의 한 형식은 일반적으로 소형의 제트터어빈인 기내의 보조동력장치(APU)를 사용하는 것이다. 항공기가 계류중일때 작동되는 터어빈은 기내의 냉방장치에 동력을 공급하는데 사용된다. 바로이 냉방장치는 비행중에는 주엔진에 의해 동력이 공급되어진다. 계류중인 항공기가 객실을 냉방시키기 위한 종래의 장치의 또 다른 형식은 특수한 용도의 열펌프가 있는 기내에 설치된 1개 이상의 공기순환장치를 사용하는 것이다. 이러한 장치에 고압고온공기의 소오스가 공급될 때 기내 공기를 냉방시킨다. 비행중, 공기의 소오스는 주엔진에 의해 구동되는 기내 압축기이다. 항공기가 계류 중일때, 지상공기압축기가 열펌프를 구동시키기 위해 항공기에 연결된다. 이러한 연결은 항공기의 동체 외부면에 구비된 열펌프 연결기에 압축기를 연결시키는 호스를 사용해서 이루어진다. 계류중인 항공기의 객식을 냉방시키는 장치의 또 다른 형식은 압력을 받고 있는 냉각공기를 객실의 공기조절 덕트시스템으로 직접 공급하는 지상 공기 조절장치를 사용하는 것이다. 한지점에 고정되거나 또는 운반할 수 있는 이러한 지상 공기조절기는 가요성 호스를 사용해서 계류중인 항공기에 연결된다. 이러한 호스는 공기조절기를 동체의 외부에 구비된 연결기에 연결시키며 이 연결기는 객실의 덕트와 직접 연통해 있다. 이러한 기계장치에 있어서는, 항공기가 계류중일때 기내 냉방장치를 동작시킬 필요가 없다.

전술한 바와 같은 형식의 냉방장치중에, 지상 공기조절장치가 일반적으로 가장 에너지 효율이 좋은 것으로 인식되고 있다. 전형적으로, 종래기술의 지상 공기조절장치는 기내 보조동력장치를 사용하는 장치의 경우의 1/5 내지 1/10의 에너지를 소비하며 기내 공기순환장치를 사용하는 장치의 경우의 1/2 내지 1/4의 에너지를 소비한다.

지상 공기조절장치가 일반적으로 많은 다른 형식의 냉방장치보다 더 효율이 좋다고 하더라도, 이 장치는 여전히 동작시키는데 많은 양의 동력을 필요로 한다. 예를 들어, 거대한 민간 제트항공기에 대해 전기적으로 작동되는 공기 조절 장치는 동작하는데 350KW이상의 전력을 필요로 한다. 더욱이, 종래기술의 지상 공기 조절장치는 소요의 객실온도를 유지시키는 충분한 공기흐름을 발생시키기 위해 매우 크고 강력한 송풍기를 사용한다. 이들중의 일부가 150이상의 제동마력으로 평가될 수 있는 이러한 송풍기는 공기조절장치 근처에 상당한 수준의 소음을 발생시킨다. 또한 이러한 큰 송풍기는 냉각공기가 충분히 높은 속도로 객실 공기덕트를 지나게 하므로 현저한 객실소음을 발생시킨다. 종래 기술의 지상 공기조절장치의 또다른 결점은 객실공기덕트에 공급된 냉각공기의 습기가 높다는 것이다. 이러한 습기는 객실습도를 증가시켜서 안개를 형성하고 승객을 불쾌하게 한다. 본 발명의 목적은 계류중인 항공기의 객실을 냉방시키는 신규하고 개선된 공기조절 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 지상 항공기 공기조절장치의 동력 소비를 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공기조절장치에 의해 발생된 소음과 습도를 감소시킴으로써, 계류중인 항공기의 객실환경을 개선시키는 것이다. 본 발명이 전술한 목적 및 다른 목적은 물의 빙점이하로 냉각된 공기를 항공기에 공급함으로써 이러한 종래의 공기조절장치의 기계장치를 탈피하는 지상 공기조절장치를 계류중인 항공기에 제공함으로써 성취된다. 공기조절 목적을 위해, 종래기술은 대부분 이러한 냉각공기가 비효율적인 시스템을 초래하고 승객에게 불쾌함으로 준다는 이유로 40℉이하의 냉각공기의 사용을 거부해왔었다. 그러나, 본 발명에서는 더 작은 에너지를 소비하고, 외부 및 객실 소음을 더적게 발생시키며 동등한 냉각성능을 가진 종래기술장치보다 더 건조하고 더 쾌적한 객실환경을 가능하게 하기 위해 항공기에 유입되는 공기를 40℉이하(바람직하게는 32℉이하)로 냉각시키는 공기조절장치를 제공한다. 빙점이하의 공기를 제공하면서 냉각요소에 발생된 과잉서리의 문제를 제거하기 위한 여러 실시예가 설명된다.

본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 도면과 함께 설명되는 이후의 설명으로부터 명백해질 것이다. 여기서 동일한 참조번호는 여러도면에서 동일한 부재를 의미한다.

제1도를 참조하면, 계류중인 항공기(12)의 객실을 냉각시키는데 사용된 지상 공기조절시스템(10)의 블록도가 표시되어 있다. 시스템(10)은 열교환기(16)를 통해 순환되는 냉각액의 소오스를 제공하는 냉각장치(14)를 포함한다. 송풍기(18)는 입구(20)를 통해 들어오는 주변 공기를 열교환기(16)의 표면으로 불어넣는데 사용되며, 이것에 의해 공기가 출구(22)로부터 나올때 소요의 온도로 냉각된다. 열교환기(16)와 송풍기(18)는 일반적으로 항공기 계류지역에 인접하여 위치된 공통주벽(enclosure)에 수용된다. 이러한 주벽은 한 위치에 고정되거나 또는 이동가능하다. 냉각장치(14)는 동일한 곳에 위치되거나 또는 중앙 공항 냉각시스템의 일부분으로서 원격되어 위치될 수 있다. 이 경우에, 냉각장치(14)는 적절한 배관을 사용하여 열교환기(16)에 연결된다. 송풍기(18)와 냉각장치(14)를 가동시키는 전력은 이동가능한 발전기(전형적으로는 디이젤 엔진에 의해 구동되는 발전기)에 의하거나 또는 고정된 전선을 사용하여 공항 전원설비에 의해 공급될 수 있다. 공기 조절시스템의 공기출구(22)는 가요성 호스(24)의 일단에 접속되어있다. 호스(24)의 타단은 항공기(12)의 외부면에 마련된 연결기(26)에 부착된다. 이어서 연결기(26)는 항공기(12)의 객실에 배치된 공기 조절 덕트(28)와 연결되어 있다.

계류중인 항공기의 객실내에 쾌적한 환경을 제공하기 위해, 최대 객실 열부하를 받는 최악의 상태하에서라도 객실온도를 75℉로 유지시키는 것이 바람직하다. 이러한 열부하에 영향을 미치는 요소는 외부 대기온도, 창을 통해 복사된 햇빛, 객실내부조명 및 객실내의 승객수이다. 대부분, 계류중인 항공기에 대한 종래 기술의 공기조절 시스템은 40℉와 50℉ 사이로 냉각된 공기를 열교환기 출구(22)로 공급함으로써 냉각작업을 수행한다. 전형적으로, 가요성 호스(24)를 통한 공기흐름은 약 5℉의 온도상승을 일으킨다. 따라서, 연결기(26)에서 항공기로 들어오는 공기온도는 종래의 장치에서 45℉와 55℉ 사이에 있게 된다. 송풍기(18)는 최대 객실열부하의 상태하에서 소요의 객실온도를 유지시키는데 충분한 냉각공기 흐름을 제공하는데 적합한 크기로 마련된다.

본 발명 이전에, 이 기술분야의 숙련자들은 대부분 40℉ 보다 더 차가운 공기를 열교환기 출구(22)로 공급하는 방식의 개념을 거부해왔다. 그 이유는 부분적으로 주택과 상용건물의 공기조절기술에 대해 수년간에 걸쳐 축적된 기술정보에 토대를 두고 있다. 빌딩 공기조절시스템은 낮은 압력강하를 갖는 매우 큰 공기덕트를 채용하는 것을 특징으로 한다. 공기는 냉각장치로 40℉ 내지 55℉ 정도로 냉각되고, 매우 낮은 유량으로 빌딩 덕트시스템을 통하여 분배된다. 일반적으로, 단지 1 내지 3인치의 수두의 공기압력이 빌딩전체에 냉각 공기를 분배하는데 필요하다. 따라서, 공기를 이송시키기 위해 가해지는 송풍기의 마력은 공기를 냉각시키는데 필요한 마력에 비하여 매우 작다. 더욱이, 이 시스템에 사용되는 매우 낮은 공기압력은 송풍기가 공기압축에 의해 공기에 많은 열을 가하지 않음을 의미한다.

일반적으로, 공기 냉각장치는 40℉ 이하로 공기를 냉각할 때는 효율이 떨어지는 것이 알려졌다. 더욱이, 이러한 온도의 공기는 빌딩 내부를 너무 차게 한다. 또한 이러한 온도의 공기는 습도가 너무 낮아서 빌딩내부의 사람들에게 불쾌할 정도로 건조하다. 또 다른 고려요소는 35℉이하로 공기를 냉각하는 것은 빙점이하의 표면 온도를 갖는 열교환기의 사용이 요구된다. 이 빙점이하의 온도는 종래 공기조절시스템에서 발생하지 않던 결빙 및 서리발생의 문제를 일으킨다. 그러므로 에너지 절약측면과 기계적 문제와 안락성 때문에 종래기술은 공기 조절시스템에서 40℉이하로 냉각된 공기가 사용되는 것은 없었다. 종래기술에서 알수 있는 것과는 반대로, 본 발명은 승객의 안락성 향상과 에너지 절약을 도모하기 위해 계류중인 항공기를 위한 지상 공기조절시스템에 40℉이하(바람직하게는 물의 빙점이하)의 공기온도를 채택한다. 이 의외의 효과는 아래의 설명하는 바와 같이 항공기 공기조절시스템에 대하여 특별한 요소의 조합에 관계된다.

공간의 제한 때문에, 항공기 객실의 공기조절덕트는 그 단면적인 필연적으로 작다. 더욱이, 오늘날의 항공기에 있어서 승객의 고밀도화는 앞에서 언급한 다른 열발생 요소와 결합되어 요구되는 객실온도를 유지하기 위해 냉각공기의 충분한 양이 요구되는 열부하를 초래한다. 높은 공기흐름과 작은 덕트 단면적으로 인해 소요의 유량의 냉각공기를 객실로 보내기 위해 상당한 공기압이 필요하다. 충분한 공기압의 요구는 종래기술에서는 시스템에 의하여 소비되는 전체에너지의 상당부분을 소비하는 강력하고 큰 송풍기를 채용하여 충족시켰다. 실예로서, 종래기술의 계류중인 항공기의 어떤 공기조절시스템에서 송풍기는 시스템의 전체 동력소비와 40%를 초과하였다. 이것은 송풍기가 전체 동력소비의 단지 몇 %만을 소비하는 빌딩의 공기조절시스템과 대조직이다. 소요의 공기량을 얻기 위한 대형의 송풍기의 필요성은 이 송풍기가 공기에 열을 가하기 때문에 시스템의 효율을 낮춘다. 냉각시스템에 의해서 제거되어야 하는 이열은 공기가 가압될때 발생하는 공기압축때문에 생긴다.

본 발명에 있어서, 종래기술의 시스템의 온도보다 항공기에 공급되는 공기의 온도를 저하시키는 것은 소요의 객실의 온도를 유지하는데 필요한 공기흐름율의 감소를 가능하게 한다. 이러한 온도 저하(전형적으로, 물의 빙점이하의 온도수준)는 냉각장치의 작동효율을 낮추는 결과가 된다. 그러나, 공기흐름율의 감소는 송풍기의 크기와 냉각장치의 냉각요구를 감소시키기 때문에 전체시스템의 에너지를 절약해 준다. 본 발명에 따르면 전체동력의 30%이상이 절약되는 것이 충분히 가능하다.

[제1실시예]

이 실시예는 보잉항공사의 727-200형식의 것과 같은 제트비행기의 좁은 동체의 객실을 냉각하는데 사용될 때 전기적으로 작동되는 종래의 지상공기조절시스템과 본 발명에 따라 설치된 상응하는 시스템의 성능을 비교한다. 외기온도가 100℉이고 햇빛이 내리쬐고 객실내부등을 키고 승객 134명이 탑승해있는 상태에서 상기형식의 항공기에 대한 객실 열부하는 약 시간당 85,940BTU이다. 공기조절시스템의 목적은 이러한 열부하에서 객실의 온도를 75℉로 유지하는 것이다.

제1도를 다시 참조하면, 종래기술의 지상 공기조절시스템은 일반적으로 열교환기의 출구(22)에서 40℉이상의 공기가 제공된다. 호스(24)에서의 전형적인 5℉의 온도증가는 항공기 연결구(26)에서 최소한 공기온도가 45℉가 되게 한다. 위의 수치를 사용할때 소요의 냉각을 성취하기 위한 냉각공기 흐름은 분당 약 200파운드 정도이다. 이러한 흐름에서, 송풍기(18)은 약 34인치 정도의 수두의 공기압을 발생시켜야 한다. 이 압력에서 약 5인치의 수두는 열교환기(16) 및 관련다기관에, 약 10인치의 수두는 호스(24) 및 관련 연결구에, 나머지 19인치의 수두는 객실덕트(28)에 의해서 소모된다. 전형적인 송풍기의 효율을 62%, 송풍기의 모터의 효율을 90%라고 할때, 송풍기는 필요한 공기압력을 얻기위해 23제동마력이 필요하다. 이러한 크기의 송풍기는 19.2KW의 전력을 소모한다. 냉각장치(14)는 공기를 분당 200파운드로 보내고 열교환기 출구(22)에서 40℉로 공기온도를 낮추기 위해서 시간당 327,600BTU(약 27.3톤)의 비율로 냉각공기를 공급가능한 크기이어야 한다. 더욱이, 냉각장치(14)는 공기를 압축할때 송풍기(18)에 의해서 발생된 열을 제거해야 한다.

23제동마력의 송풍기는 시간당 58,512BTU(4.9톤)의 비율로 열을 발생시킨다. 따라서 냉각장치(14)는 총 32.2톤의 냉각능력을 가져야 한다. 전형적 냉각장치(14)는 직접 팽창식 냉각장치를 채용할 것이다. 공기를 40℉로 냉각하기 위한 이러한 형식의 잘 설계된 전기작동식 공기 냉각장치는 냉각능력의 톤당 약 1.6Kw정도를 소모할 것이다. 따라서 종래기술의 위에서 기술한 냉각장치는 51.5Kw를 소모할 것이고, 송풍기 소모를 고려할 때 종래 시스템의 총 동력소모는 70.7Kw이다. 이제 시간당 85,940BTU의 동일한 열부하 상태에서 객실온도를 75℉로 할때 본발명에 따른 시스템에 대해 설명하겠다.

본 발명의 시스템은 열교환기 출구(22)에서 25℉의 온도를 갖는 공기를 제공하게 설계되었고, 그것은 물의 빙점이하이다.(물의 빙점은 32℉) 호스(24)에서 5℉가 상승하는 것을 고려하면 연결구(26)에서 공기의 온도는 30℉이다.

위의 수치를 사용하면, 소요의 냉각을 성취하기 위해 요구되는 냉각공기 흐름율은 단지 분당 133파운드이다. 이것은 종래기술 시스템의 공기흐름율과 비교할때 33.5%적다. 이러한 낮은 흐름율에서, 송풍기(18)는 수두로 단지 약 13인치의 공기 압력만이 필요하다. 이 압력에서 수두로 3인치는 열교환기(16) 및 관련 다기관에, 수두로 5인치는 호스(24) 및 관련 연결구에, 나머지 수두로 5인치는 객실덕트(28)에 소모된다. 앞에서 기술한 종래기술 시스템과 마찬가지의 송풍기 효율을 갖는다고 할때, 본 발명 시스템에서 송풍기는 5.9제동마력만이 필요하다. 그런 송풍기는 4.9Kw의 동력을 소모하고, 이것은 종래기술시스템에서 송풍기에 의해 소모된 동력보다 75%가 적다.

감소된 공기흐름율은 시간당 268,128BTU(약 22.3톤)로 냉각장치(14)의 냉각요구를 감소시킨다. 작은 송풍기에 의해서 발생되는 열은 시간당 15,010BTU(1.3톤)이다. 따라서 본발명의 시스템에서 냉각장치(14)는 단지 23.6톤을 공급하는 크기이고, 그것은 종래기술의 시스템에서 요구되는 냉각요구보다 약 27%적다. 앞에서 설명한 바와 같이, 직접팽창형식 냉각장치와 같은 냉각장치는 약 40℉이하로 냉각하기 위해 설계될때 에너지 효율이 떨어진다. 그런 냉각장치는 냉각능력의 톤당 1.85Kw정도로 소모할 것으로 예상되며, 종래 기술 냉각장치보다 효율이 16%정도 작다. 따라서 빙점이하 냉각장치는 약 43.7Kw를 소모하고 송풍기 동력소모를 고려할때 총 시스템 동력소모는 48.6Kw가 될것이다. 앞에서 기술한 두 시스템에 대하여 총동력 소모를 비교하면, 본 발명에 따른 냉각시스템은 냉각장치의 낮은 효율에도 불구하고, 종래기술에 비해 22.1Kw 적게 소모하여 31%이상의 동력을 절약하는 결과가 된다.

[제2실시예]

이 제2실시예는 보잉항공사의 747-200형식과 같은 넓은 동체를 갖는 제트항공기의 객실을 냉각을 위해 사용될때 종래기술의 전기적으로 작동되는 지상 공기조절시스템과 그에 대응하는 본발명에 따른 시스템의 성능을 비교한다. 외부 대기온도가 100℉이고 햇빛이 내리쬐고 객실내부등이 커지고 511명의 승객이 탑승한 상태에서, 상기 형식의 항공기의 객실 열부하는 약 시간당 305,305BTU이다.

공기조절시스템의 목적은 객실온도를 이 열부하에서 75℉로 유지하는 것이다. 종래기술의 지상공기조절시스템은 공기를 열교환기의 출구(22)에 40℉로 공급한다. 호스(24)에서의 전형적인 5℉의 온도상승은 항공기 연결구(26)에서 공기를 45℉의 온도로 되게 한다.

상기의 수치를 사용하면, 소요의 냉각을 성취하기 위해 요구되는 냉각흐름은 분당 약 706파운드이다. 이 흐름에서, 송풍기(18)는 공기압력을 약 73인치의 수두로 되게한다. 이 압력에서, 약 5인치의 수두는 열교환기(16) 및 관련 다기관에서, 약 15인치의 수두는 호스(24) 및 관련 연결구에서, 나머지 수두로 53인치는 객실덕트(28)에서 소모된다.

전형적인 송풍기의 효율이 60%이고 송풍기모터의 효율이 90%라고 할때, 180제동마력의 송풍기가 필요한 공기압력을 발생하기 위해 요구된다. 이러한 크기의 송풍기는 전력으로 약 150Kw 정도를 소모한다. 냉각장치(14)는 열교환기 출구(22)에서 40℉의 필요한 온도를 얻고 공기를 분당 706파운드로 보내기 위해서는 시간당 1,156,428BTU(약 96.4톤)의 비율로 냉각공기를 공급할 수 있는 크기이어야 한다. 더욱이, 냉각장치(14)는 송풍기(18)에 의해서 압축공기에 가해진 열을 또한 제거해야 한다.

180제동마력의 송풍기는 약 시간당 457,920BTU(38.2톤)의 비율로 열을 가한다. 따라서, 냉각장치는 총 134.6톤을 공급할 수 있는 크기이어야 한다. 앞의 실시예에서 기술한 바와 같이, 공기를 40℉로 냉각하기 위한 직접팽창 냉각장치는 냉각능력의 톤당 1.6Kw정도의 에너지를 소모할 것으로 예상된다.

따라서, 앞에서 기술한 종래기술의 냉각장치는 약 215.4Kw를 소모할 것이고, 송풍기의 동력소비를 고려할때 종래기술 시스템의 총 동력소비는 365.4Kw이다. 시간당 305,305 BTU의 동일한 열부하에서 객실의 온도를 동일한 75℉ 하기 위한 본 발명에 따른 시스템에 대해 생각해 보겠다.

본 발명의 시스템은 열교환기출구(22)에서 공기를 25℉로 공급하게 설계된다. 호스(24)에서 5℉의 온도상승을 고려하여, 연결구(26)에서의 공기온도는 30℉가 된다.

앞의 수치를 사용하면, 소요의 냉각을 달성하기 위해 요구되는 공기흐름은 단지 분당 471파운드이며, 그것은 대응하는 종래기술 시스템의 공기흐름량보다 33.3%가 작다. 이 흐름량에서 송풍기(18)는 단지 수두로 약 46인치의 압력을 발생할 필요가 있다. 이 압력중, 수두로 약 4인치는 열교환기(16) 및 관련 다기관에서, 수두로 약 10인치는 호스(24) 및 관련 연결구에서, 수두로 약 32인치의 나머지 부분은 객실 덕트(28)에서 소모된다.

앞에서 기술된 종래기술 시스템에 있어서와 같은 동일한 송풍기 효율을 고려할때 본 발명 시스템에서의 송풍기는 단지 75제동마력만 필요하다. 그런 송풍기는 62.5Kw의 동력을 소모하고, 그것은 종래기술 시스템에서의 송풍기가 소모하는 것보다 약 58% 정도 작다. 감소된 공기흐름량은 냉각장치의 냉각요구량을 시간당 949,536 BTU(약 79.1톤)으로 감소하게 된다. 보다 작은 송풍기에 의해서 열은 단지 시간당 190,000BTU(15.9톤)이다. 따라서 본 발명 시스템의 냉각장치(14)는 단지 95톤을 공급할 수 있는 크기면 되고, 그것은 종래기술 시스템의 냉각요구량보다 약 29% 정도 작다.

앞서 정해진 냉각능력의 톤당 1.85Kw의 에너지 소모율을 사용하여, 빙점이하 냉각장치는 약 175.8Kw를 소모할 것이고, 송풍기 동력소모를 고려하여 시스템의 총동력 소모는 238.3Kw이다. 넓은 동체의 항공기에 대한 앞에서 기술된 두 시스템에 대하여 총에너지 소모를 비교할때, 냉각장치의 효율이 낮음에도 불구하고, 본 발명의 시스템은 종래기술 시스템의 것보다 127.7Kw를 적게 소모하고 그것은 약 35% 정도의 동력을 절약한다.

동력절약에 부가하여, 본 발명에 따른 공기조절시스템은 종래기술 시스템에 대하여 다른 장점을 갖는다. 예를 들어, 종래 기술시스템에서 항공기 연결구의 공기온도가 45℉로 냉각된 공기는 일반적으로 습도가 높고, 그것은 항공기 객실에서의 상대 습도를 70 내지 80%로 되게 하고, 그것은 안락하지 못하다. 다른 한편, 본 발명에 있어서, 공기를 빙점이하로 냉각하여서 습기의 많은 양이 응축되어 제거된다. 따라서, 객실로 들어오는 공기는 종래 기술 시스템의 것보다 상당히 낮은 습도를 갖고, 객실의 상대습도는 50%이하일 것으로 기대된다.

본 발명 시스템에서 객실에 들어오는 공기는 종래 기술시스템의 것보다 온도가 낮다. 빌딩 공기조절에 관련하여 종래기술로부터 이러한 낮은 온도는 승객에게 쾌적하지 않을 것으로 생각될 수 있다. 그러나, 객실의 높은 열부하, 승객의 고밀도, 승객이 탑승한 상태에서의 항공기의 비교적 짧은 계류시간, 및 덕트에서의 비교적 빠른 배출속도로 인한 공기의 신속한 혼합등의 모든 것은 승객의 불편함을 제거한다.

본 발명의 사용으로 생기는 객실 공기의 낮은 온도는 승객이 느끼는 쾌적감을 동일 수준 또는 그 이상으로 유지하면서 보통 선택되는 75℉보다 몇도 높게 객실온도를 상승시킬 수 있다. 통상의 지식을 가진자에게는 감각상의 안락감이 습도와 온도에 관계된다는 것이 잘알려져 있다.

본 발명의 다른 특징은 객실소음의 감소이다. 본 발명을 사용하면, 공기는 종래기술시스템의 것보다 33% 감소된 흐름으로 객실에 공급된다. 송풍기(18)에 가까운 항공기 외부에서 발생되는 소음은 본 발명을 사용하여 감소된다. 크기가 작고 동력의 송풍기를 사용하는 것은 종래 기술시스템보다 6 내지 10dB정도 소음을 감소시킨다.

본 발명에 따라 설치된 시스템의 설치 및 작동원가는 종래기술시스템에 대한 원가보다 크게 감소된다. 예를 들어, 시스템에 있어서 전기동력의 감소는 비행장에서 지상시스템의 설치를 위한 배선비율을 감소시킬 수 있다. 공기조절시스템이 일반적으로 비행장의 각각의 게이트에 마련되기 때문에 이 설치비용 절감은 중요하다.

다시 제1도를 참조하면, 본 발명에서 빙점온도 이하로의 공기의 냉각은 열교환기(16)의 표면에 서리가 발생하는 문제점이 나타난다. 본 발명에 사용되는 낮은 공기온도를 얻기 위해서는 열교환기(16)표면의 적어도 몇몇 부분은 물의 빙점이하로 냉각시킬 필요가 있다. 이들 표면에 서리의 발생은 공기로부터 응축된 습기의 결빙결과이다. 과잉 축적된 서리는 열교환기 공기흐름통로를 차단하고 냉각효율을 감소시킬 수 있다. 제2도 내지 제4도는 서리문제를 극복하기 위하여 본 발명의 일부분으로 개발된 다양한 공기조절형태를 나타낸다.

제2도는 직접 팽창식 냉각장치(14)를 이용한 지상 공기조절시스템(10)의 개략도이다. 열교환기(16)는 대체로 나선상 동관으로 형성된 각각의 제1부분 및 제2부분(30, 32)을 포함한다. 제1부분(30)은 송풍기(18)에 근접하여 놓여있고, 제2부분(32)은 열교환기출구(22)에 인접하여 설치되어 있다. 부분들(30, 32)은 프레온(Freon)등의 압축성 냉각제가 부분(32)을 통해 입구(34)에서 출구(36)로 흐른다음 부분(30)을 통해서 입구(38)에서 출구(40)까지 흐를수 있도록 상호 연결되었다.

유체는 출구(22)에 근접한 위치에서 열교환기(16)의 송풍기(18)에 근접한 위치까지 흐른다. 이런 흐름형태는 열교환기(16)내에서 온도구배를 일으키고 그로인해 송풍기(18)에서 출구(22)까지의 공기유동은 점차로 차거워진다.

출구(40)는 유체를 압축하는데 사용되는 압축기(42)의 입구에 연결된다. 압축기(42)의 출구는 응축기(44)의 입구에 연결되고 응축기(44)는 압축된 유체를 액화하기 위하여 팬(46)에 의하여 공기를 냉각할 수 있다. 응축기(44)와 출구는 팽창밸브(48)의 입구에 연결되고, 팽창밸브(48)의 출구는 제2부분(32)과 입구(34)에 연결된다. 팽창밸브(48)는 부분(30, 32)의 도관내에서 유체가 팽창되고 기화시키기 위해 사용되며 그로인해 열교환기 표면의 온도는 낮아진다. 전기적으로 작동되는 바이패스 밸브(50)는 압축기(42)의 출구와 열교환기 부분(32)의 입구(34)와의 사이에 연결된다. 보통 상태에서 개방되는 밸브(50)는 라인(52)에 인가된, 전기신호에 응하여 폐쇄된다.

부분(30, 32)은 송풍기(18)가 이들 부분에 대기를 송풍하면 부분(30)은 공기의 온도가 빙점을 약간 넘을때까지 감소시키도록 하는 크기로 정해진다. 이 온도에서 공기중의 대부분의 습기는 부분(30)의 표면에 발생하는 이러한 습기의 결빙없이 제거된다. 부분(30)의 표면에 떨어지는 응축된 습기는 적절한 배출구(54)를 통하여 열교환기(16)내에서 제거된다. 이어서 차가워진 공기는 제2부분(32)의 표면위를 통과하여 소요의 빙점온도 이하로 냉각된다. 습기의 대부분이 이미 부분(30)에 의하여 약 0.004잔여습기(파운드)/건조공기(파운드)정도가 제거되었기 때문에 부분(32)의 표면위의 결빙형성은 느리다.

부분(32)의 표면에 형성된 얼음은 바이패스밸브(50)를 개발하므로 주기적으로 제거된다. 이 밸브(50)를 열면 더운 냉각제 가스(약 150 내지 200℉)가 압축기(42)에서 부분(32)의 도관으로 유입하여 신속하게 얼음을 녹인다. 녹은 얼음은 배출구(56)를 통해 배출된다. 밸브(50)는 부분(32)의 얼음을 제거하기 위하여 전기적 타이머에 의해서 주기적으로 작동한다. 밸브(50)가 약 매20분마다 2분동안 작동하면 과도한 서리발생을 적절히 방지할 수 있다.

이러한 짧은 서리 제거주기동안에 열교환기(16)를 빠져나오는 공기의 온도는 약 60℉ 정도까지 상승할 것이다. 그러나 호스(24)와 덕트시스템(28)에 의해 공급된 대량의 열매체는 이때 소요의 온도에 거의 가깝게 객실로 들어오는 공기의 온도를 유지하도록 작용한다. 따라서 서리제거 주기는 전체 객실온도에 영향을 미치지 못한다.

제3도는 냉각액체식 냉각장치(14)를 사용한 지상 공기조절시스템의 개략도이다. 열교환기(16)는 대체로 동관으로 형성된 각각의 제1 및 제2부분(58, 60)을 포함한다. 부분(58)은 송풍기(18)에 근접하여 놓여있고, 부분(60)은 열교환기 출구(22)에 인접하여 설치되었다. 부분들(58, 60)은 물의 빙점이하인 액체가 부분(60)을 통해 입구(62)에서 출구(64)로 흐른 다음 부분(58)을 통해서는 입구(66)에서 출구(68)까지 흐를 수 있도록 상호 연결되어 있다.

액체(글리콜과 물의 혼합액)는 출구(22)에 근접한 위치에서 열교환기(16)의 송풍기(18)에 근접한 위치까지 흐른다. 출구(68)는 열교환기를 통해 액체를 밀어 보내는데 사용된 펌프(70)의 입구에 연결된다. 펌프(70)의 출구는 냉각기(72)의 입구에 연결되고 냉각기의 출구는 부분(60)의 입구(62)에 연결된다. 냉각기(72)는 물의 빙점이하의 온도(예를 들면, 20℉)까지 액체를 냉각할 수 있는 여러 장치중의 하나일 수도 있다.

단면(58, 60)은 송풍기(18)가 이들 부분에 대기를 송풍하면 부분(58)은 공기의 온도를 빙점을 약간 넘도록 저하시키도록 하는 크기로 정해진다. 앞에 설명한 바와같이 대부분의 습기는 부분(58)의 표면에 전혀 서리를 발생시키지 않고 제거된다. 응축된 습기는 배출구(74)를 통하여 배출된다. 냉각된 공기는 부분(58)에서 부분(60)까지 흘러서 소요의 결빙온도 이하까지 냉각되며, 다음에 공기는 출구(22)를 통해 나간다. 부분(60)의 표면에서의 결빙형성은 비교적 느린데 그 이유는 공기중의 대부분의 습기는 이미 부분(58)에서 제거되었기 때문이다. 열교환기(16)를 통하여 출구(22)에서 송풍기(18)까지의 냉각액체의 흐름은 부분(60)이 두 부분중에서 가장 저온이 되게하는데 기여하며 소요의 냉각 구배를 제공한다는 것을 주목하여야 한다.

부분(60)의 표면에 형성된 서리는 펌프(70)를 멈춤으로써 주기적으로 제거되며, 펌프(70)가 멈추면 열교환기(16)를 통하여 냉각액체는 흐르지 않는다. 또한 더운 대기는 송풍기(18)에 의하여 열교환기 표면에 송풍되어 신속히 부분(60)의 서리를 제거한다. 응축된 습기는 배출구(76)를 통해서 부분(60)에서 배출된다. 펌프(70)가 매 20분마다 2분동안 정지하면 부분(60)은 적당히 서리가 제거된다. 앞의 시스템에 기술되었듯이, 짧은 서리제거 간격은 호스(24)와 객실덕트(28)의 대량의 열매체때문에 항공기 객실온도를 거의 증가시키지 않는다.

제4도는 냉각액체식 및 직접팽창식 냉각장치의 양자를 사용한 지상 공기 조절시스템의 블럭도이다. 열교환기(16)는 각각 동관등으로 형성된 제1 및 제2부분을 포함한다. 단면(78)은 송풍기(18)에 근접하여 있고 입구(82) 및 출구(84)를 갖고 있다.

부분(78)은 펌프(86)와 냉각기(88)로 구성된 냉각액체시스템의 일부에 연결된다. 펌프(86)는 냉각기(88) 및 입구(82)에서 출구(84)까지의 부분(78)을 통하여 물등의 액체를 순환시킨다. 펌프(86)와 냉각기(88)사이에 연결된 것은 이후에 상술하게 될 응축기(92)의 부품인 열교환기 코일(90)이다.

부분(78)은 유입하는 대기를 물의 빙점보다 약간 높은 온도까지 냉각하도록 설계되었다. 따라서 부분(78)을 통하여 흐르는 액체는 물의 빙점 이하로 냉각할 필요가 없다. 실제에 있어서는 냉각기(88)는 냉각수를 만들기 위한 중앙 공항 냉각시스템의 일부이고 이 냉각수의 일부는 부분(79)을 통해 흐를 수 있다. 이 부분의 표면에 모이는 응축된 습기는 배출구(94)로 배출된다. 부분(80)은 부분(78)에서 이미 냉각된 공기가 출구(22)에서 요구되는 결빙 온도 이하까지 냉각되도록 설계되었다. 부분(80)은 제2도에 나타낸 기계장치에 대하여 전술한 것과 유사하게 작동하는 직접팽창냉각시스템의 일부로서 연결된다.

프레온과 같은 압축성 유체 냉각제는 부분(80)을 통해서 입구(96)에서 출구(98)로 흐른다. 출구(98)는 유체를 압축하도록 설계된 압축기(100)의 입구에 연결된다. 압축기(100)의 출구는 유체를 응축하여 액체로 만드는 응축기(92)의 입구에 연결된다. 전술한 냉각액체시스템의 일부로서 연결된 열교환기(90)는 공기 냉각대신에 응축기(92)를 냉각한다. 응축기(92)의 출구는 팽창밸브(102)의 입구에 연결되고, 팽창밸브(102)의 출구는 부분(80)의 입구(96)에 연결된다. 팽창밸브(102)는 유체가 부분(80)의 코일내에서 팽창하여 기화되게 한다. 따라서 열교환시 표면의 온도가 소요의 공기온도까지 저하된다.

전기적으로 작동되는 바이패스 밸브(104)는 압축기(100)의 출구와 부분(80)의 입구(96)사이에 연결된다. 밸브(104)는 부분(80)에 더운 압축유체를 제공하기 위하여 주기적으로 작동하여 부분(80)의 표면의 서리를 제거한다. 앞의 기계장치에서와 같이 매 20분마다 2분동안의 서리제거간격이 적당하다. 녹은 얼음은 배출구(106)를 사용하여 부분(80)에서 배출된다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되어 있으나 본 발명의 정신과 범위내에서 여러가지 다른 수정이나 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 단지 첨부된 청구범위에 의해서 한정된다.

Claims (7)

1. 항공기(12)가 계류되는 동안 객실의 온도를 승객에게 쾌적한 수준으로 유지시키는 시스템에 있어서, 상기 항공기는 객실과 연통되는 덕트(28)와 외부공기 유입구(26)를 가지며 상기 시스템은 (a) 공기로 부터 열을 흡수하는 냉각된 열전달 유체를 사용하여 상기 항공기의 외부로부터 도입된 공기를 물의 빙점에 가까우나 이 보다 높은 온도로 냉각하기 위한 열전달 유체를 사용하여 공기로부터 열을 흡수하는 제1열교환기(30, 58, 78) 및 관련제어수단; (b) 상기 제1열교환기(30, 58, 78)내의 상기 공기로부터 응축된 물을 제거하기 위한 수단(54, 74, 94); (c) 냉각된 열전달유체를 사용하여 그 표면에 얼음을 형성하도록 충분히 낮은 온도로 상기 공기를 더욱 냉각하는 제2열교환기(32, 60, 80) 및 관련제어수단; (d) 축적된 얼음을 녹이기 위해 상기 제2열교환기(32, 60, 80)를 통하는 냉각된 열전달유체의 흐름을 주기적으로 중단시키는 수단(50, 70, 104); (e) 상기 주기적인 흐름의 중단 동안에 형성된 물을 제거하는 수단(56, 76, 106); (f) 공기 파운드당 10BTU 이상의 비율로 공기운반수단(24) 및 상기 객실로 부터 열을 제거하여 쾌적한 수준에 도달시키고 유지하기에 충분한 양만큼의 냉각공기를 상기 공기운반수단(24), 상기 공기유입구(26), 및 상기 공기덕트(28)를 거쳐 상기 객실로 송풍하는 수단(18)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 계류중인 항공기의 공기조절시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 냉각유체의 온도를 물의 빙점온도 보다 상당히 낮도록 저하시키는 냉각수단(44)과, 상기 냉각유체를 상기 제1 및 제2열교환기로 송출하는 수단(92)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계류중인 항공기의 공기조절시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2열교환기 및 상기 냉각공기 송풍수단(18)이 상기 계류중인 항공기에 인접한 항공기 승객 탑재 브리지에 장착되는 것을 특징으로 하는 계류중인 항공기의 공기조절시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2열교환기용 상기 제어수단은 출구 공기의 온도를 소요의 수준으로 유지시키고, 상기 송풍수단(18)은 상기 제1 및 제2열교환기를 지나서 상기 외부 공기유입구(26)를 통해 상기 계류 중인 항공기(12)로 보내는 것을 특징으로 하는 계류중인 항공기의 공기조절시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2열교환기는 튜브 및 핀타입 열교환기인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 지상에 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 송풍수단(18)은 상기 공기 덕트(28)를 통하는 냉각공기의 흐름에 의해 상기 객실내에 발생되는 소음을 최소화 하기에 충분하도록 낮은 흐름률도 냉각공기를 상기 객실로 운반하는 것을 특징으로 하는 장치.

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