WO2018042703A1 - 航空機搭載発電機の排熱システム - Google Patents

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generator
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典子 森岡
仁 大依
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株式会社Ihi
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • This disclosure relates to an exhaust heat system for a generator mounted on an aircraft.
  • Aircraft will be equipped with a generator that generates electricity to be supplied to electric equipment.
  • the generator is driven by power transmitted from the gas turbine engine via an accessory gearbox for driving auxiliary equipment.
  • the generated generator is cooled by the engine oil, and the heat of the engine oil is exhausted in the heat exchanger to the fuel supplied from the fuel tank to the gas turbine engine, the fan outlet air of the gas turbine engine, and the like.
  • Patent Document 1 discloses a related technique.
  • a fuel pump that supplies fuel from a fuel tank to a gas turbine engine.
  • a typical fuel pump is a gear pump that is driven by power transmitted from a gas turbine engine via an accessory gearbox.
  • the flow rate of fuel discharged from the gear pump is determined by the rotational speed of the gas turbine engine that supplies power through the accessory gearbox. For this reason, there is a case where the gear pump discharges fuel exceeding the fuel required by the combustor of the gas turbine engine, and the surplus fuel must be returned to the gear pump inlet, the fuel tank, or the like.
  • Patent Document 2 discloses a related technique.
  • the fuel supplied to the gas turbine engine tends to decrease due to the improvement in fuel efficiency of the gas turbine engine.
  • the heat capacity per unit time of the fuel supplied as the refrigerant decreases. Therefore, in consideration of further improvements in gas turbine engine fuel consumption, when the amount of heat generated by the generator increases due to an increase in size, the fuel supplied to the gas turbine engine is expected as a waste heat destination. It ’s difficult.
  • An object of the present disclosure is to provide an exhaust heat system for an onboard generator capable of appropriately exhausting heat generated by a generator mounted on an aircraft.
  • One aspect of the present disclosure includes a fuel pump that is driven by electric power generated by a generator mounted on an aircraft and supplies fuel to the aircraft engine by measuring and supplying heat generated by the generator to the engine.
  • a first heat exchanger that dissipates heat to the supplied fuel
  • a fuel flow specifying unit that specifies a fuel flow rate that the fuel pump supplies to the engine
  • a generator output specifying unit that specifies the output of the generator
  • a heat dissipation control unit that controls heat dissipation in the first heat exchanger using at least one of the fuel flow rate specified by the fuel flow rate specifying unit and the output specified by the generator output specifying unit as a control parameter. It is an exhaust heat system for an aircraft generator.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an exhaust heat system for an aircraft-mounted generator according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an exhaust heat system of a generator mounted on an aircraft that supplies fuel to an engine combustor with a gear pump.
  • the exhaust heat system of the present embodiment shown in FIG. 1 is for exhausting heat generated by a generator 3 mounted directly connected to an aircraft gas turbine engine 1, and includes a fuel pump 5 and two heat sources. Exchangers 7 and 9 and a control device 11 are provided.
  • the fuel pump 5 is a variable flow rate electric metering pump that supplies the fuel in the fuel tank 13 to the engine combustor 15 of the gas turbine engine 1.
  • the fuel pump 5 can variably control the flow rate of fuel supplied from the fuel tank 13 to the engine combustor 15 so that excess fuel exceeding the flow rate necessary for combustion is not supplied to the engine combustor 15.
  • the fuel pump 5 is driven by the electric power generated by the generator 3 unlike the gear pump conventionally used as a metering pump. That is, the power transmitted from the gas turbine engine through the accessory gear box (AGB), which is a power source of the conventional gear pump, is not used for driving the fuel pump 5.
  • AGB accessory gear box
  • the two heat exchangers 7 and 9 radiate heat generated by the generator 3 and received from the generator 3 by the engine oil for lubrication of the gas turbine engine 1 to the heat receiving medium on the low temperature side by heat exchange. is there.
  • the heat exchanger 7 is provided on a fuel supply path 19 from the fuel tank 13 to the engine combustor 15. A flow rate of engine oil corresponding to the opening degree of the valve 29 is supplied to the heat exchanger 7 in the circulation path 17. Inflow from and pass through.
  • the heat exchanger 7 uses the fuel combusted in the engine combustor 15 as a heat receiving medium, and performs heat exchange between the fuel and the engine oil in the circulation path 17 that has flowed in through the valve 29.
  • the portion indicated by the dotted line from the fuel tank 13 to the heat exchanger 7 passes through the low-temperature fuel before the heat generated in the generator 3 is exhausted from the engine oil in the circulation path 17. Part. Further, in the fuel supply path 19, the portion indicated by the solid line from the heat exchanger 7 to the engine combustor 15 is the high-temperature fuel after the heat generated in the generator 3 is exhausted from the engine oil in the circulation path 17. The part that passes.
  • the heat exchanger 9 is provided on the flow path 25 through which at least part of the air taken into the engine case 23 by the fan 21 at the inlet of the gas turbine engine 1 flows.
  • Engine oil having a flow rate corresponding to the opening degree of the valve 27 flows into the heat exchanger 9 from the circulation path 17 and passes therethrough.
  • the heat exchanger 9 uses the air in the flow path 25 as the heat receiving medium on the circulation path 17 upstream of the heat exchanger 7 in the engine oil circulation direction, and the air in the circulation path 17 that has flowed in through the valve 27. Exchanges heat with engine oil.
  • the part shown with the continuous line from the generator 3 of the circulation path 17 in the circulation direction of engine oil to the heat exchanger 7 is a part through which high-temperature engine oil before exhausting the heat generated in the generator 3 passes. is there.
  • a portion indicated by a dotted line from the heat exchanger 7 to the generator 3 in the circulation path 17 in the circulation direction of the engine oil is a portion through which low-temperature engine oil passes after the heat generated in the generator 3 is exhausted. is there.
  • the control device 11 controls the output of the generator 3 based on the output command value, and also controls the flow rate of the fuel in the fuel tank 13 that the fuel pump 5 supplies to the engine combustor 15 based on the flow rate command value.
  • the control device 11 may be configured by an aircraft digital engine control device (FADEC: Full Authority Digital Sci. Engine Control) for engine control that also controls the generator 3. Or you may comprise the control apparatus 11 with the combination of the control apparatus for FADEC and the generator 3. FIG. In the following description, it is assumed that the FADEC configuration that also controls the generator 3 is adopted in the control device 11.
  • FADEC Full Authority Digital Sci. Engine Control
  • the control device 11 detects or identifies the output of the generator 3 from the output command value output to the generator 3 and is supplied from the fuel tank 13 to the engine combustor 15 from the flow rate command value output to the fuel pump 5. Detect or identify the fuel flow rate. Therefore, the control device 11 functions as a fuel flow rate specifying unit 11a and a generator output specifying unit 11b.
  • the control device 11 when the control device 11 outputs a command value for the pump speed instead of the flow rate command value to the fuel pump 5, the detection or specification of the fuel flow rate supplied to the engine combustor 15 is performed based on the pump speed. You may perform by estimation from a command value, or estimation from the actual pump rotation speed measured with the fuel pump 5. In addition to the estimation from the flow rate command value and the pump rotation rate command value described above, the fuel flowing through the fuel supply path 19 is measured by a sensor or the like, and the flow rate of the fuel supplied from the fuel tank 13 to the engine combustor 15 May be detected or identified. The output of the generator 3 may be detected or specified from a measured value of a current sensor, for example, in addition to the output command value described above.
  • the control device 11 uses the at least one of the specified output of the generator 3 and the fuel flow rate supplied to the engine combustor 15 as a control parameter to radiate heat generated in the generator 3 in the heat exchangers 7 and 9. It also functions as a heat dissipation control unit 11c to be controlled. There are three types of exhaust heat control patterns by the control device 11.
  • the control device 11 controls the distribution of the amount of heat that is taken into the engine case 23 and radiates heat to the air flowing through the flow path 25.
  • the control device 11 adjusts the opening degree of the valve 27 so that heat corresponding to the above distribution can be radiated from the engine oil in the circulation path 17 to the air flowing through the flow path 25, and heat exchange from the circulation path 17.
  • the flow rate of the engine oil flowing into the vessel 9 is controlled to a flow rate that matches the above distribution.
  • the controller 11 adjusts the opening of the valve 29 so that heat corresponding to the distribution is radiated from the engine oil in the circulation path 17 to the fuel flowing through the fuel supply path 19, and heat exchange from the circulation path 17.
  • the flow rate of the engine oil flowing into the vessel 7 may be controlled to a flow rate that matches the above distribution.
  • the control device 11 can control the flow rate of the engine oil flowing into the heat exchangers 7 and 9 to a flow rate commensurate with the above distribution by controlling the opening degrees of the valves 29 and 27, respectively. .
  • the second is a pattern in which the control device 11 controls the output command value output to the generator 3 using the output of the generator 3 as a control parameter.
  • the fuel supplied from the fuel pump 5 to the engine combustor 15 at the flow rate detected or specified by the control device 11 based on the flow rate command value can be exhausted so that all the heat generated in the generator 3 can be exhausted.
  • the output of the generator 3 is controlled to an output with a calorific value commensurate with the heat capacity.
  • the third is a pattern in which the control device 11 controls the flow rate command value output to the fuel pump 5 using the flow rate of fuel supplied to the engine combustor 15 as a control parameter.
  • the fuel pump 5 causes the engine combustion so that the heat generated by the generator 3 at the output detected or specified by the control device 11 based on the output command value can be exhausted to the fuel supplied to the engine combustor 15.
  • the flow rate of the fuel supplied to the generator 15 is controlled to a flow rate that has a heat capacity corresponding to the heat generation amount of the generator 3.
  • the opening degree of the valve 27 is added to the control target, and the flow rate of the engine oil exhausted by heat exchange to the air in the flow path 25 in the heat exchanger 9 is also controlled. Good. Such control is effective when necessary if the fuel supplied to the engine combustor 15 may not be able to exhaust all the heat generated by the generator 3.
  • the fuel pump 33 is driven by the accessory gear box (AGB) 2 arranged in the vicinity of the engine case 23 together with the generator 4. Therefore, the flow rate of the fuel discharged from the fuel pump 33 varies with a change in the rotational speed of the AGB 2 depending on the output of the gas turbine engine 1.
  • AGB accessory gear box
  • surplus fuel exceeding the flow rate required for combustion in the engine combustor 15 may be generated in the fuel discharged from the fuel pump 33.
  • surplus fuel is generated, it is separated from the fuel supplied to the engine combustor 15 by the fuel control unit 35 and returned to the inlet of the fuel pump 33 by the recirculation passage 37. Further, a part of the fuel in the reflux passage 37 may be returned to the fuel tank 13.
  • heat generated in the generator 4 is also used in the heat exchanger 39 provided on the return passage 37 for returning excess fuel to the fuel tank 13. Is exhausted from the engine oil to the fuel in the return passage 37.
  • surplus fuel is recirculated to the fuel tank 13 and the inlet of the fuel pump 33, so that the fuel heated to a high temperature after passing through the fuel pump 33, which is a gear pump, many times. It is supplied to the combustor 15. For this reason, the heat capacity of the fuel flowing into the heat exchanger 7 is lowered, and the heat radiation amount in the heat exchanger 7 is reduced. In order to compensate for this, it is necessary to increase the amount of heat exhausted from the air in the flow path 25 in the heat exchanger 9 and the amount of heat exhausted from the surplus fuel in the recirculation passage 37 in the heat exchanger 39.
  • an increase in the amount of exhaust heat with respect to the air in the flow path 25 may cause a decrease in the air pressure at the outlet of the fan 21 or a decrease in the air flow rate at the outlet of the fan 21. Has a limit. Further, the exhaust heat from the surplus fuel in the recirculation passage 37 causes high temperature fuel to flow into the fuel tank 13, and may be prohibited for safety reasons when the fuel remaining in the fuel tank 13 is low. is there.
  • the control system of the generator 4 is completely independent from the control device 11 and the FADEC that constitutes the control system 11, so that the generator 4 can be The amount of heat generated cannot be grasped by the control device 11. Therefore, the exhaust heat control device 41, which is different from the control device 11 that outputs the flow rate command value to the fuel control unit 35, supplies fuel to the engine combustor 15 that exchanges heat with the heat exchanger 7 and engine oil in the circulation path 17. And the opening of the valve 27 and the valve opening degree are controlled based on the detected temperature.
  • the fuel burned in the engine combustor 15 and the air at the outlet of the fan 21 are used as a heat receiving medium, and the flow rate of fuel supplied to the engine combustor 15 is By adopting the controllable fuel pump 5, the temperature rise of the fuel supplied to the engine combustor 15 is mitigated, so that the fuel as the exhaust heat receiving medium can have a larger heat capacity. Further, since the exhausted fuel is burned in the engine combustor 15 without being returned to the fuel tank 13 or the like, no problem occurs even if the temperature of the fuel rises due to exhaust heat.
  • the surplus fuel that is returned from the fuel control unit 35 to the inlet of the fuel pump 33 and the fuel tank 13 by the recirculation passage 37 is not used as a heat receiving medium for exhaust heat.
  • the heat generated by the generator 3 can be appropriately exhausted.
  • the heat exchanger 9 provided on the flow path 25 through which the taken-in air passes is enlarged. There is no need to do. For this reason, it is possible to avoid a reduction in output efficiency of the gas turbine engine 1 due to the large heat exchanger 9 being arranged in the engine case 23.
  • the output command value of the generator 3 corresponding to the heat generation amount in the generator 3 and the flow rate to the fuel pump 5 corresponding to the heat capacity of the fuel supplied to the engine combustor 15. Based on at least one of the command values, the amount of heat exhausted to the fuel supplied to the engine combustor 15 and the amount of heat exhausted to the air taken into the engine case 23 by the fan 21 and flowing through the flow path 25 Allocation is determined.
  • the opening of the valve 27 and the opening degree of the valve 27 for adjusting the amount of engine oil that flows into the heat exchanger 9 on the air flow path 25 of the air taken into the engine case 23 by the fan 21 are determined. Control details are determined.
  • the output command value of the generator 3 corresponding to the heat generation amount of the generator 3 is determined according to the flow rate command value of the fuel pump 5 corresponding to the heat capacity of the fuel supplied to the engine combustor 15, and the heat The control contents of the valve opening and opening of the valve 27 corresponding to the heat radiation amount in the exchanger 9 are determined.
  • control of the generator 3 by the output of the output command value and the control of the opening and opening of the valve 27 of the heat exchanger 9 are performed together by the control device 11 that controls the fuel pump 5 by the output of the flow command value.
  • the configuration of the control system can be simplified, and an increase in load due to cooperation with other control devices can be avoided.
  • the control device 11 controls the flow rate command value output to the fuel pump 5 using the fuel flow rate supplied to the engine combustor 15 as a control parameter.
  • the flow rate of the engine oil flowing from the circulation path 17 and passing through the heat exchanger 7 may be controlled by the control device 11 according to the opening degree of the valve 29.
  • the opening degree of the valves 29 and 27 of the heat exchangers 7 and 9 may be controlled by the control device 11, respectively.
  • the opening degree of each valve 29, 27 the heat of the generator 3 exhausted to the fuel supplied to the engine combustor 15 from the engine oil in the circulation path 17 in the heat exchanger 7, and the heat exchanger 9
  • the distribution of the heat of the generator 3 that exhausts heat from the engine oil in the circulation path 17 to the air can be adjusted.
  • the exhaust heat system for an aircraft-mounted generator is driven by the electric power generated by the generator mounted on the aircraft and supplies fuel to the aircraft engine by measuring it.
  • a fuel pump a first heat exchanger that radiates heat generated in the generator to the fuel supplied to the engine, a fuel flow specifying unit that specifies a fuel flow rate supplied to the engine by the fuel pump,
  • the generator output specifying unit for specifying the output of the generator, at least one of the fuel flow rate specified by the fuel flow rate specifying unit and the output specified by the generator output specifying unit as a control parameter,
  • a heat radiation control unit that controls heat radiation in the one heat exchanger.
  • the gear pump supplies more fuel than the engine combustor needs, as in a conventional gearbox-driven gear pump. There is no discharge. Therefore, it is not necessary to return surplus fuel to the gear pump inlet or the fuel tank.
  • the fuel supplied to the engine it is difficult for the fuel supplied to the engine to repeatedly pass through the gear pump and be heated to a high temperature due to the circulation of surplus fuel to the gear pump inlet and the fuel tank. For this reason, the fuel flowing into the first heat exchanger from the fuel pump and supplied to the engine can have a sufficient heat capacity as a heat receiving medium.
  • the heat dissipation control unit outputs at least one of the supply flow rate of the fuel specified by the fuel flow rate specifying unit to the engine and the output of the generator specified by the generator output specifying unit.
  • heat dissipation in the first heat exchanger is controlled. This balances the heat generation according to the generator output and the heat capacity according to the flow rate of the fuel supplied to the engine, and is generated in the generator without expecting exhaust heat to the surplus fuel that is returned to the fuel tank. It is possible to properly exhaust the generated heat.
  • the fuel flow rate specifying unit, the generator output specifying unit, and the heat dissipation control unit may be configured from a single control device.
  • the power generation amount of the generator and the heat radiation amount in each heat exchanger can be finely controlled in an integrated manner.
  • the heat dissipation control unit can also control the output of the generator using the output specified by the generator output specifying unit as the control parameter.
  • the output of the generator is controlled by the heat dissipation control unit so that the heat of the generator exhausted in the first heat exchanger becomes an amount corresponding to the heat capacity of the fuel supplied to the engine.
  • the generated heat can be exhausted appropriately.
  • the heat dissipation control unit may control the fuel flow rate supplied to the engine by the electric fuel metering pump using the fuel flow rate specified by the fuel flow rate specifying unit as the control parameter.
  • the flow rate of fuel supplied to the engine by the fuel pump is controlled by the heat dissipation control unit so that the heat capacity of the fuel supplied to the engine becomes an amount commensurate with the heat of the generator exhausted in the first heat exchanger. It is possible to control and appropriately discharge the heat generated by the generator.
  • the exhaust heat system further includes a second heat exchanger that radiates heat generated by the generator to air taken into the engine case by a fan, and the heat dissipation control unit includes the second heat exchange.
  • the heat dissipation in the vessel may be controlled.
  • the exhaust heat system further includes a valve that adjusts an amount of heat generated by the generator into the first or second heat exchanger, and the heat dissipation control unit controls an opening degree of the valve. May be.
  • the heat generated by the generator is appropriately discharged. Can be heated.
  • the exhaust heat system according to one aspect of the present disclosure can be widely applied to aircraft equipped with a generator.

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Abstract

航空機に搭載した発電機で発電された電力により駆動され、航空機のエンジンに燃料を計量して供給する燃料ポンプと、発電機で発生した熱を、エンジンに供給される燃料に放熱する第１熱交換器と、燃料ポンプがエンジンに供給する燃料流量を特定する燃料流量特定部と、発電機の出力を特定する発電機出力特定部と、燃料流量特定部が特定した燃料流量と発電機出力特定部が特定した出力とのうち少なくとも一方を制御パラメータとして、第１熱交換器における放熱を制御する放熱制御部と、を備える航空機搭載発電機の排熱システム。

Description

航空機搭載発電機の排熱システム
　本開示は、航空機に搭載される発電機の排熱システムに関する。
　航空機には、電動機器に供給する電力を発電する発電機が搭載される。発電機は、補機駆動用のアクセサリギアボックスを介してガスタービンエンジンから伝達される動力により駆動される。発熱した発電機はエンジンオイルにより冷却され、エンジンオイルの熱は熱交換器において、燃料タンクからガスタービンエンジンに供給される燃料や、ガスタービンエンジンのファン出口空気等に排熱される。特許文献１は、関連する技術を開示している。
　ところで、近年では、航空機に搭載する各種機器の電動化が進められている。その一つとして、燃料タンクからガスタービンエンジンに燃料を供給する燃料ポンプがある。一般的な燃料ポンプは、アクセサリギアボックスを介してガスタービンエンジンから伝達される動力により駆動されるギアポンプである。
　ギアポンプが吐出する燃料の流量は、アクセサリギアボックスを介して動力を供給するガスタービンエンジンの回転数で決まる。このため、ガスタービンエンジンの燃焼器が必要とする燃料を上回る燃料をギアポンプが吐出し、余剰となった燃料をギアポンプ入口や燃料タンク等に戻さなければならなくなる場合が発生する。
　そこで、専用の電動モータによりギアポンプを回転させて、エンジンの回転数に依存せずにギアポンプの回転数をコントロールすることができるようにする提案を、本出願人は過去に行った。この提案によれば、電動モータによりギアポンプの回転数を制御することで、ギアポンプが吐出する燃料の流量を、燃焼器が燃焼に必要とする量にコントロールすることができる。特許文献２は、関連する技術を開示している。
特許第５３８４６７０号公報 特開２０１３－２３１４０６号公報
　上述したギアポンプを始めとする航空機の搭載機器の電動化が進むと、発電能力の高い大型の発電機を航空機に搭載する必要が生じる。発電機が大型化すると発電機の発熱量が増加するので、エンジンオイルを介して燃料やファン出口空気等に排熱しなければならない熱量も増える。
　一方、ガスタービンエンジンに供給される燃料は、ガスタービンエンジンの燃費向上により少なくなる傾向にある。ガスタービンエンジンへの供給燃料が減ると、冷媒としての供給燃料の単位時間当たりの熱容量が減少する。従って、ガスタービンエンジンの燃費向上が今後より一層図られることを考慮すると、発電機の発熱量が大型化によって増加した場合に、その分の排熱先としてガスタービンエンジンへの供給燃料を期待することは難しい。
　本開示の目的は、航空機に搭載した発電機で発生した熱を適切に排熱することができる航空機搭載発電機の排熱システムを提供することにある。
　本開示の一態様は、航空機に搭載した発電機で発電された電力により駆動され、前記航空機のエンジンに燃料を計量して供給する燃料ポンプと、前記発電機で発生した熱を、前記エンジンに供給される燃料に放熱する第１熱交換器と、前記燃料ポンプが前記エンジンに供給する燃料流量を特定する燃料流量特定部と、前記発電機の出力を特定する発電機出力特定部と、前記燃料流量特定部が特定した前記燃料流量と前記発電機出力特定部が特定した前記出力とのうち少なくとも一方を制御パラメータとして、前記第１熱交換器における放熱を制御する放熱制御部と、を備える航空機搭載発電機の排熱システムである。
図１は、本開示の一実施形態に係る航空機搭載発電機の排熱システムを示す説明図である。 図２は、ギアポンプでエンジン燃焼器に燃料を供給する航空機に搭載された発電機の排熱システムを示す説明図である。
　以下、本開示の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
　図１に示す本実施形態の排熱システムは、航空機のガスタービンエンジン１に直結して搭載された発電機３で発生した熱を排熱するためのもので、燃料ポンプ５と、２つの熱交換器７，９と、制御装置１１とを有している。
　燃料ポンプ５は、燃料タンク１３の燃料をガスタービンエンジン１のエンジン燃焼器１５に供給する流量可変式の電動計量ポンプである。燃料ポンプ５は、エンジン燃焼器１５に燃焼に必要な流量を超える余剰の燃料が供給されないように、燃料タンク１３からエンジン燃焼器１５に供給する燃料の流量を可変に制御できる。
　燃料ポンプ５は、従来計量ポンプとして使用されていたギアポンプと異なり、発電機３で発電される電力により駆動される。即ち、従来のギアポンプの動力源であった、アクセサリギアボックス（ＡＧＢ）を介してガスタービンエンジンから伝達される動力は、燃料ポンプ５の駆動には使用されない。
　２つの熱交換器７，９は、発電機３で発生し、ガスタービンエンジン１の潤滑用のエンジンオイルが発電機３から受け取った熱を、熱交換により低温側の受熱媒体に放熱するものである。
　熱交換器７は、燃料タンク１３からエンジン燃焼器１５への燃料供給路１９上に設けられており、熱交換器７には、バルブ２９の開度に応じた流量のエンジンオイルが循環経路１７から流入して通過する。熱交換器７は、エンジン燃焼器１５で燃焼される燃料を受熱媒体として、当該燃料とバルブ２９を経て流入した循環経路１７のエンジンオイルとの間で熱交換を行う。
　なお、燃料供給路１９のうち燃料タンク１３から熱交換器７までの点線で示す部分は、発電機３で発生した熱が循環経路１７のエンジンオイルから排熱される前の低温の燃料が通過する部分である。また、燃料供給路１９のうち熱交換器７からエンジン燃焼器１５までの実線で示す部分は、発電機３で発生した熱が循環経路１７のエンジンオイルから排熱された後の高温の燃料が通過する部分である。
　一方、熱交換器９は、ガスタービンエンジン１の入口のファン２１がエンジンケース２３内に取り込んだ空気の少なくとも一部が流れる流路２５上に設けられている。熱交換器９には、バルブ２７の開度に応じた流量のエンジンオイルが循環経路１７から流入して通過する。
　熱交換器９は、エンジンオイルの循環方向における熱交換器７よりも上流側の循環経路１７上において、流路２５の空気を受熱媒体として、当該空気とバルブ２７を経て流入した循環経路１７のエンジンオイルとの間で熱交換を行う。
　なお、エンジンオイルの循環方向における循環経路１７の発電機３から熱交換器７までの実線で示す部分は、発電機３で発生した熱を排熱する前の高温のエンジンオイルが通過する部分である。また、エンジンオイルの循環方向における循環経路１７の熱交換器７から発電機３までの点線で示す部分は、発電機３で発生した熱を排熱した後の低温のエンジンオイルが通過する部分である。
　制御装置１１は、出力指令値により発電機３の出力を制御すると共に、流量指令値により燃料ポンプ５がエンジン燃焼器１５に供給する燃料タンク１３の燃料の流量を制御する。制御装置１１は、発電機３の制御を併せて行うエンジン制御用の航空機用デジタルエンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ：Full Authority Digital Engine Control）で構成してもよい。あるいは、制御装置１１は、ＦＡＤＥＣと発電機３用の制御装置との組み合わせで構成してもよい。以下の説明では、発電機３の制御を併せて行うＦＡＤＥＣの構成を制御装置１１に採用したものとする。
　制御装置１１は、発電機３に出力する出力指令値より、発電機３の出力を検出または特定すると共に、燃料ポンプ５に出力する流量指令値より、燃料タンク１３からエンジン燃焼器１５に供給される燃料の流量を検出または特定する。よって制御装置１１は、燃料流量特定部１１ａ及び発電機出力特定部１１ｂとして機能する。
　なお、例えば、制御装置１１が燃料ポンプ５に流量指令値でなくポンプ回転数の指令値を出力する場合には、エンジン燃焼器１５に供給される燃料流量の検出または特定を、ポンプ回転数の指令値からの推定や、燃料ポンプ５で計測された実際のポンプ回転数からの推定によって行ってもよい。また、上述した流量指令値やポンプ回転数の指令値からの推定の他、燃料供給路１９を流れる燃料をセンサ等で測定して、燃料タンク１３からエンジン燃焼器１５に供給される燃料の流量を検出または特定してもよい。発電機３の出力は、上述した出力指令値の他、例えば、電流センサ等の測定値から検出または特定してもよい。
　制御装置１１は、特定した発電機３の出力とエンジン燃焼器１５に供給される燃料流量とのうち少なくとも一方を制御パラメータとして、発電機３で発生した熱の熱交換器７，９における放熱を制御する放熱制御部１１ｃとしても機能する。制御装置１１による排熱の制御パターンは、３通りある。
　１つ目は、発電機３の出力とエンジン燃焼器１５に供給される燃料流量とのうち一方または両方を制御パラメータとして、エンジン燃焼器１５に供給される燃料に放熱する熱量と、ファン２１によりエンジンケース２３に取り込まれて流路２５を流れる空気に放熱する熱量との配分を制御装置１１がコントロールするパターンである。このパターンでは、循環経路１７のエンジンオイルから流路２５を流れる空気に上記配分に応じた熱量を放熱できるように、制御装置１１がバルブ２７の開度を調整して、循環経路１７から熱交換器９に流入するエンジンオイルの流量を上記配分に見合った流量にコントロールする。
　なお、上記配分に応じた熱量が循環経路１７のエンジンオイルから燃料供給路１９を流れる燃料に放熱されるように、制御装置１１がバルブ２９の開度を調整して、循環経路１７から熱交換器７に流入するエンジンオイルの流量を上記配分に見合った流量にコントロールしてもよい。また、制御装置１１が両バルブ２９，２７の開度をそれぞれ制御することで、両熱交換器７，９に流入するエンジンオイルの流量を上記配分に見合った流量にコントロールすることも可能である。
　２つ目は、発電機３の出力を制御パラメータとして、発電機３に出力する出力指令値を制御装置１１がコントロールするパターンである。このパターンでは、流量指令値により制御装置１１が検出または特定した流量で燃料ポンプ５がエンジン燃焼器１５に供給する燃料に、発電機３で発生する熱の全てを排熱できるように、燃料の熱容量に見合った発熱量となる出力に発電機３の出力をコントロールする。
　３つ目は、エンジン燃焼器１５に供給される燃料流量を制御パラメータとして、燃料ポンプ５に出力する流量指令値を制御装置１１がコントロールするパターンである。このパターンでは、出力指令値により制御装置１１が検出または特定した出力において発電機３で発生する熱を、エンジン燃焼器１５に供給される燃料に全て排熱できるように、燃料ポンプ５がエンジン燃焼器１５に供給する燃料の流量を、発電機３の発熱量に見合った熱容量となる流量にコントロールする。
　なお、３つ目の制御パターンにおいて、バルブ２７の開度を制御対象に加えて、熱交換器９において流路２５の空気に熱交換により排熱するエンジンオイルの流量もコントロールするようにしてもよい。このような制御は、エンジン燃焼器１５に供給される燃料に発電機３で発生する熱の全てを排熱できない可能性がある場合に、必要に応じて行うと効果的である。
　ここで、比較のために、ギアポンプでエンジン燃焼器に燃料を供給する航空機に搭載された発電機の排熱システムを、図２の説明図を参照して説明する。図２に示す排熱システムでは、燃料タンク１３からエンジン燃焼器１５への燃料供給が、定容積型のギアポンプである燃料ポンプ３３で行われる。
　燃料ポンプ３３は、発電機４と共に、エンジンケース２３の近傍に配置されたアクセサリギアボックス（ＡＧＢ）２により駆動される。従って、燃料ポンプ３３が吐出する燃料の流量は、ガスタービンエンジン１の出力に依存したＡＧＢ２の回転数の変化に伴って変動する。
　この排熱システムでは、燃料ポンプ３３が吐出する燃料に、エンジン燃焼器１５での燃焼に必要な流量を超える余剰の燃料が発生する場合がある。余剰の燃料が発生した場合は、燃料制御部３５においてエンジン燃焼器１５に供給する燃料から分離して、還流通路３７により燃料ポンプ３３の入口に戻すことになる。また、還流通路３７の一部の燃料を燃料タンク１３に戻すこともある。
　そこで、図２の排熱システムでは、熱交換器７，９の他に、余剰の燃料を燃料タンク１３に戻す還流通路３７上に設けた熱交換器３９においても、発電機４で発生した熱がエンジンオイルから還流通路３７の燃料に排熱される。
　但し、図２の排熱システムでは、余剰燃料が燃料タンク１３や燃料ポンプ３３の入口に還流されることで、ギアポンプである燃料ポンプ３３を何度も通過して高温に加熱された燃料がエンジン燃焼器１５に供給される。このため、熱交換器７に流入する燃料の熱容量が下がり、熱交換器７における放熱量が減少する。これを補うためには、熱交換器９における流路２５の空気に対する排熱量や、熱交換器３９における還流通路３７の余剰燃料に対する排熱量を増やす必要がある。
　しかしながら、流路２５の空気に対する排熱量の増加は、ファン２１の出口における空気圧力の低下もしくはファン２１の出口における空気流量の低下を招く可能性があるので、熱交換器９における放熱量の増加には限度がある。また、還流通路３７の余剰燃料に対する排熱は、燃料タンク１３に高温の燃料が流入することになるので、燃料タンク１３の燃料残量が少ないとき等に安全上の理由から禁止される場合がある。
　このような事情から、ギアポンプである燃料ポンプ３３によってエンジン燃焼器１５に燃料を供給する航空機に搭載される図２の排熱システムでは、発電機４で発生した熱の全てを排熱しきれないことも発生し得る。
　ところが、仮にそのような状態が発生したとしても、発電機４の制御系統は制御装置１１やそれを構成するＦＡＤＥＣとは完全に独立しているため、発電機４の稼働状況から発電機４の発熱量を制御装置１１で把握することができない。よって、燃料制御部３５に流量指令値を出力する制御装置１１とは別の排熱制御装置４１が、熱交換器７で熱交換するエンジン燃焼器１５への供給燃料と循環経路１７のエンジンオイルとの各温度を検出し、それに基づいてバルブ２７の開弁や弁開度を制御することになる。
　従って、図２の排熱システムでは、発電機４の発熱量や各熱交換器７，９における放熱量を統合的にきめ細かく制御することが難しい。
　これに対し、図１に示す本実施形態の排熱システムによれば、エンジン燃焼器１５で燃焼される燃料やファン２１の出口の空気を受熱媒体とし、エンジン燃焼器１５への供給燃料流量を制御可能な燃料ポンプ５の採用により、エンジン燃焼器１５に供給される燃料の温度上昇が緩和されるので、排熱の受熱媒体としての燃料に、より大きな熱容量を持たせることができる。また、排熱された燃料は、燃料タンク１３などに還流されることなくエンジン燃焼器１５で燃焼されるため、排熱によって燃料が温度上昇しても支障は生じない。
　このため、図２の排熱システムのように、還流通路３７により燃料制御部３５から燃料ポンプ３３の入口や燃料タンク１３に戻す余剰燃料を排熱の受熱媒体とせずに、図１に示す本実施形態の排熱システムでは、発電機３で発生した熱を適切に排熱することができる。
　しかも、ファン２１がエンジンケース２３に取り込んだ空気に、発電機３で発生した熱を全て排熱する必要がないので、取り込んだ空気が通過する流路２５上に設ける熱交換器９を大型化する必要がない。このため、大型の熱交換器９をエンジンケース２３に配置することによるガスタービンエンジン１の出力効率の低下を避けることができる。
　また、本実施形態の排熱システムによれば、発電機３における発熱量に対応する発電機３の出力指令値と、エンジン燃焼器１５に供給される燃料の熱容量に対応する燃料ポンプ５に対する流量指令値とのうち、少なくとも一方に基づいて、エンジン燃焼器１５に供給される燃料に排熱する熱量と、ファン２１によりエンジンケース２３に取り込まれて流路２５を流れる空気に排熱する熱量との配分が決定される。
　そして、決定された配分に応じて、ファン２１によってエンジンケース２３内に取り込んだ空気の流路２５上の熱交換器９に流入させるエンジンオイルの量を調整するバルブ２７の弁開や開度の制御内容が定まる。
　あるいは、エンジン燃焼器１５に供給される燃料の熱容量に対応する燃料ポンプ５の流量指令値に応じて、発電機３の発熱量に対応する発電機３の出力指令値が決定され、また、熱交換器９における放熱量に対応するバルブ２７の弁開や開度の制御内容が定まる。
　このため、出力指令値の出力による発電機３の制御や、熱交換器９のバルブ２７の弁開や開度の制御を、流量指令値の出力により燃料ポンプ５を制御する制御装置１１によって一緒に行うことができ、制御系の構成を簡略化して、他の制御装置との連携による負荷の増加を回避することができる。
　なお、上述した制御装置１１による排熱の制御パターンのうち、エンジン燃焼器１５に供給される燃料流量を制御パラメータとして、燃料ポンプ５に出力する流量指令値を制御装置１１がコントロールする３つ目の制御パターンにおいて、循環経路１７から流入して熱交換器７を通過するエンジンオイルの流量を、バルブ２９の開度に応じて制御装置１１により制御してもよい。
　この場合、各熱交換器７，９のバルブ２９，２７の開度を制御装置１１によりそれぞれ制御してもよい。各バルブ２９，２７の開度を調整することにより、熱交換器７において循環経路１７のエンジンオイルからエンジン燃焼器１５に供給される燃料に排熱する発電機３の熱と、熱交換器９において循環経路１７のエンジンオイルから空気に排熱する発電機３の熱との配分を、調整することができる。
　また、制御装置１１による排熱の制御パターンのうち、発電機３の出力を制御パラメータとして、発電機３に出力する出力指令値を制御装置１１がコントロールする２つ目の制御パターンにおいて、発電機３の出力を直接計測した計測値を制御装置１１にフィードバックして、発電機３に出力する出力指令値を制御装置１１にコントロールさせる構成としてもよい。
　以上説明したように、本開示の一態様にかかる航空機搭載発電機の排熱システムは、航空機に搭載した発電機で発電された電力により駆動され、前記航空機のエンジンに燃料を計量して供給する燃料ポンプと、前記発電機で発生した熱を、前記エンジンに供給される燃料に放熱する第１熱交換器と、前記燃料ポンプが前記エンジンに供給する燃料流量を特定する燃料流量特定部と、前記発電機の出力を特定する発電機出力特定部と、前記燃料流量特定部が特定した前記燃料流量と前記発電機出力特定部が特定した前記出力とのうち少なくとも一方を制御パラメータとして、前記第１熱交換器における放熱を制御する放熱制御部と、を備える。
　上記排熱システムによれば、前記燃料ポンプが前記エンジンに燃料を計量して供給することから、従来のギアボックス駆動のギアポンプのように、エンジン燃焼器が必要とする燃料を上回る燃料をギアポンプが吐出することはなくなる。そのため、余剰燃料をギアポンプ入口や燃料タンクに戻す必要もなくなる。
　従って、余剰燃料のギアポンプ入口や燃料タンクへの循環により、エンジンに供給される燃料がギアポンプを繰り返し通過して高温に加熱されることが、起こりにくくなる。このため、燃料ポンプから第１熱交換器に流入してエンジンに供給される燃料に、受熱媒体として十分な熱容量を持たせることができる。
　また、上記排熱システムでは、前記放熱制御部が、前記燃料流量特定部が特定した燃料のエンジンへの供給流量と、前記発電機出力特定部が特定した発電機の出力とのうち少なくとも一方を制御パラメータとして、前記第１熱交換器における放熱を制御する。これにより、発電機の出力に応じた発熱とエンジンに供給される燃料の流量に応じた熱容量とを均衡させて、燃料タンクに戻す余剰燃料への排熱を期待することなく、発電機で発生した熱を適切に排熱することが可能になる。
　上記排熱システムでは、前記燃料流量特定部と、前記発電機出力特定部と、前記放熱制御部とを、一つの制御装置から構成してもよい。これにより、発電機の発電量や各熱交換器における放熱量を、統合的にきめ細かく制御することができるようになる。
　また、前記放熱制御部は、前記発電機出力特定部が特定した前記出力を前記制御パラメータとして、前記発電機の出力を制御することもできる。
　これにより、第１熱交換器において排熱される発電機の熱が、エンジンに供給される燃料の熱容量に見合った量となるように、発電機の出力を放熱制御部により制御し、発電機で発生した熱を適切に排熱することができる。
　なお、前記放熱制御部は、前記燃料流量特定部が特定した前記燃料流量を前記制御パラメータとして、前記電動燃料計量ポンプが前記エンジンに供給する燃料流量を制御してもよい。
　この場合は、エンジンに供給される燃料の熱容量が、第１熱交換器において排熱される発電機の熱に見合った量となるように、燃料ポンプがエンジンに供給する燃料流量を放熱制御部により制御し、発電機で発生した熱を適切に排熱することができる。
　また、上記排熱システムが、前記発電機で発生した熱を、前記エンジンのケースにファンにより取り入れた空気に放熱する第２熱交換器をさらに備え、前記放熱制御部は、前記第２熱交換器における放熱を制御してもよい。
　これにより、発電機の熱がファンによりエンジンのケースに取り入れた空気にも排熱されるようにし、発電機で発生した熱を適切に排熱することができる。
　また、上記排熱システムが、前記発電機で発生した熱の前記第１または第２熱交換器への導入量を調整するバルブをさらに備え、前記放熱制御部は、前記バルブの開度を制御してもよい。
　エンジンに供給される燃料やエンジンのケースに取り入れた空気に対する排熱量を、各熱交換器において排熱される発電機の熱に見合った量とすることによって、発電機で発生した熱を適切に排熱することができる。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、この実施形態は、発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎない。本開示の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
　本出願は、２０１６年９月１日に出願された日本国特許願第２０１６－１７０７７２号に基づく優先権を主張しており、この出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示の一態様にかかる排熱システムは、発電機を搭載した航空機に広く適用することができる。
　１　ガスタービンエンジン（エンジン）
　２　アクセサリギアボックス（ＡＧＢ）
　３　発電機
　４　発電機
　５　燃料ポンプ
　７，９　熱交換器（第１熱交換器、第２熱交換器）
　１１　制御装置（燃料流量特定部、発電機出力特定部、放熱制御部）
　１３　燃料タンク
　１５　エンジン燃焼器
　１７　循環経路
　１９　燃料供給路
　２１　ファン
　２３　エンジンケース（ケース）
　２５　流路
　２７，２９　バルブ
　３３　燃料ポンプ
　３５　燃料制御部
　３７　還流通路
　３９　熱交換器
　４１　排熱制御装置

Claims (8)

  1. 　航空機に搭載した発電機で発電された電力により駆動され、前記航空機のエンジンに燃料を計量して供給する燃料ポンプと、
    　前記発電機で発生した熱を、前記エンジンに供給される燃料に放熱する第１熱交換器と、
    　前記燃料ポンプが前記エンジンに供給する燃料流量を特定する燃料流量特定部と、
    　前記発電機の出力を特定する発電機出力特定部と、
    　前記燃料流量特定部が特定した前記燃料流量と前記発電機出力特定部が特定した前記出力とのうち少なくとも一方を制御パラメータとして、前記第１熱交換器における放熱を制御する放熱制御部と、
    　を備える航空機搭載発電機の排熱システム。
  2. 　前記燃料流量特定部と、前記発電機出力特定部と、前記放熱制御部とが、一つの制御装置から構成されている請求項１に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
  3. 　前記放熱制御部は、前記発電機出力特定部が特定した前記出力を前記制御パラメータとして、前記発電機の出力を制御する請求項１に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
  4. 　前記発電機で発生した熱を、前記エンジンのケースにファンにより取り入れた空気に放熱する第２熱交換器をさらに備え、
    　前記放熱制御部は、前記第２熱交換器における放熱を制御する請求項１に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
  5. 　前記発電機で発生した熱の前記第１または第２熱交換器への導入量を調整するバルブをさらに備え、
    　前記放熱制御部は、前記バルブの開度を制御する請求項４に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
  6. 　前記放熱制御部は、前記発電機出力特定部が特定した前記出力を前記制御パラメータとして、前記発電機の出力を制御する請求項２に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
  7. 　前記発電機で発生した熱を、前記エンジンのケースにファンにより取り入れた空気に放熱する第２熱交換器をさらに備え、
    　前記放熱制御部は、前記第２熱交換器における放熱を制御する請求項２に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
  8. 　前記発電機で発生した熱の前記第１または第２熱交換器への導入量を調整するバルブをさらに備え、
    　前記放熱制御部は、前記バルブの開度を制御する請求項７に記載の航空機搭載発電機の排熱システム。
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