(57)【要約】客室空気温度制御システム（２０）は、再循環空気を冷却することを含む。第１の空気回路（２８）は、客室（２２）外部から空気を吸入する吸入部（３０）を備え、該回路は、空気吸入後、該空気が該客室（２２）に導入される前に、所望の客室温度に近づけるよう該空気の温度を調節する。第２の回路（６０）は、客室（２２）から流出した空気を再循環し、該客室（２２）に再度導入する。第２の空気回路（６０）は、再循環空気が客室（２２）内に再度導入される前に該再循環空気を冷却するために選択的に用いられる熱交換器を含んだ、空気冷却アセンブリ（６６）を含む。バイパス流機構は、現在の温度の調節の必要に応じて、再循環空気が、空気冷却アセンブリ（６６）を通過するように、もしくは、単に再循環して客室（２２）に戻るように、選択的に、再循環空気を案内できるように設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
客室外部から空気を吸入する吸入部と、空気を上記客室内に供給する排出部と、を備えた、第１の空気回路と、
上記第１の空気回路内に設けられ、かつ、上記吸入部内に吸入された空気が上記排出部を介して上記客室内に供給される前に、該吸入空気の温度を調節するように動作する、少なくとも１つの空気調和アセンブリと、
上記客室内部の空気を該客室に戻すように再循環させる、第２の空気回路と、
上記第２の空気回路内に設けられ、かつ、上記客室内部から吸入された空気が該客室に再度導入される前に、該空気を選択的に冷却するよう動作する、空気冷却アセンブリと、を備えた、客室空気温度制御システム。
【請求項２】
上記空気冷却アセンブリは、客室内部から流出した空気が該客室に再度導入される前に通過する熱交換器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項３】
上記第２の空気回路内に流入した空気の温度を示す温度センサと、該温度センサと連携し、かつ、該第２の空気回路内に流入した空気を冷却すべきか否かを決定する、コントローラと、を備え、
上記コントローラは、上記空気冷却アセンブリの動作を、検出された温度と所望の客室空気温度とに対応して制御することを特徴とする、請求項１に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項４】
上記第２の空気回路は、上記客室から流出した空気が上記空気冷却アセンブリによって冷却されるように選択的に閉鎖され、もしくは、該客室から流出した空気が、該空気冷却アセンブリによって冷却されないように選択的に開放される、バイパス流経路を備えることを特徴とする、請求項３に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項５】
上記バイパス流経路を開放もしくは閉鎖するように動作する流れバルブを備え、かつ、上記コントローラが該流れバルブの動作を制御することを特徴とする、請求項４に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項６】
上記空気冷却アセンブリは、空気循環装置内に支持された再循環空気熱交換器を備え、かつ、上記空気調和アセンブリは、該空気循環装置内に支持された少なくとも一つの第１の回路の熱交換器を備え、かつ、該再循環空気熱交換器は、該第１の回路の熱交換器よりも上流側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項７】
上記空気冷却アセンブリは再循環空気熱交換器を備え、かつ、上記空気調和アセンブリは少なくとも一つの第１の回路の熱交換器を備え、
上記第１の回路の熱交換器によって冷却された空気の一部を、上記再循環空気熱交換器によってその後さらに冷却することを選択的に可能とする、該第１の回路の熱交換器と該再循環空気熱交換器との間の流れ経路を備えた、請求項１に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項８】
上記流れ経路は、上記第１の回路の熱交換器によって冷却された空気の少なくとも一部を、上記再循環空気熱交換器の上流において、上記客室から上記第２の回路内に流入した空気中に導入することを特徴とする、請求項７に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項９】
上記第１の回路と上記第２の回路とから流出した空気を混合した後、該混合気を客室内に再度導入する、空気ミキサー部を備えた、請求項１に記載の客室空気温度制御システム。
【請求項１０】
客室外部から空気を吸入する段階と、
上記外部空気の少なくとも一部の温度を所望の客室空気温度に近づけるように、該外部空気を処理する段階と、
上記所望の温度を有した空気を上記客室内に導入する段階と、
上記客室内の空気を再循環させる段階と、
上記再循環空気が上記客室に再度導入される前に、該再循環空気を選択的に冷却する段階と、を備えた、客室内空気温度の制御方法。
【請求項１１】
上記再循環空気が上記客室内に再度導入される前に、該再循環空気を熱交換器内を通過させる段階を備えた、請求項１０に記載の客室内空気温度の制御方法。
【請求項１２】
冷却された再循環空気を、所望の温度を有した空気と混合して、この混合された空気を上記客室内に導入する段階を備えた、請求項１０に記載の客室内空気温度の制御方法。
【請求項１３】
上記外部空気の少なくとも一部を第１の温度レベルにまで処理する段階と、続いて、この一部の外部空気の温度を第２の温度へとさらに調節するために、上記再循環空気の冷却前に、上記の第１の温度を有した空気を、該再循環空気と混合させる段階と、を備えた、請求項１０に記載の客室内空気温度の制御方法。
【請求項１４】
上記再循環空気温度が選択された温度を超えているときに、該再循環空気を冷却する段階を備えた、請求項１０に記載の客室内空気温度の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、航空機客室等の空気温度制御に関する。より具体的には、本発明は、再循環空気の冷却により乗り物の客室の温度を制御する方策に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機や他の輸送手段は、客室に所望の空気温度を提供する客室温度制御システムを備える。航空機の場合を例に取ると、客室は加圧され、この加圧空気は、客室に居る一人一人を快適にするように、所望の温度の近くに設定される。様々な客室空気温度制御システムが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようなシステムにおいて、設計者が直面している一つの問題は、航空機や他の輸送手段の性格上、通常制約される、消費電力と実装における制限を超えずに、最適なシステム性能を実現することである。動力源のサイズ・コストや燃料消費を、許容可能でかつ経済的なレベルに保つには、電力の消費を最小限にすることが重要である。スペースも通常制限され、上記のようなシステムの実装も厳しい基準内に適合させなければならない。
【０００４】
通常の航空機客室空気調和システムは、外気を利用して、該空気温度を所望の客室温度に近づけるように調節した後、この調節後の空気を客室に導入する、空気循環装置を含む。上記のようなシステムは、また、客室空気の再循環を、通常含む。この再循環客室空気は、通常、調節されず（冷却もしくは加熱されず）、単に再循環するだけである。この再循環空気は、場合によって、調和空気と混合し、再循環空気と調和空気との混合気が、客室に導入される。
【０００５】
一般的な構成に関連した一つの欠点は、所望の温度レベルが、常に、容易に達成できるとは限らないことである。例えば、暖かな天候の下で、航空機が着陸している時には、客室空気調和システムは、客室を快適な温度レベルに維持するように、空気を適切に冷却することができない。電力消費の増加がなく、かつ、客室空気温度制御システムが産業界で承認された実装制約条件内に収まるように、該システム構成の大幅な変更をすることなく、該システムの冷却能力を向上することが望まれている。
【０００６】
本発明は、従来の構成に比べ余計な電力消費を要することなく、客室空気の適切な温度制御を達成しようとする課題に対して独特な解決方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、本発明は、再循環空気が客室に再度導入される前に該再循環客室空気を選択的に冷却することを含む、客室空気温度制御システムに関する。
【０００８】
本発明に基づいて設計されたシステムは、客室外部から空気を吸入する吸入部を備えた第１の空気流回路を備える。空気調和アセンブリは、この外部空気の温度を、所望の客室温度に近づけるように調節する。この調和空気は、その後、客室内に導入される。第２の空気流回路は、上記客室から流出し該客室に戻るように、空気を再循環する。再循環空気冷却アセンブリが、再循環空気が客室内に再度導入される前に該再循環空気を選択的に冷却するように、第２の回路に設けられる。
【０００９】
一つの実施例においては、再循環空気冷却アセンブリは、熱交換器を含む。
【００１０】
再循環空気の冷却が不要つまり要求されていない状況下では、再循環空気を冷却せずに客室に戻すように案内するバイパス流経路が用いられる。コントローラが、客室温度の現在の要求値と、現在の再循環空気温度と、に基づいて、再循環空気を冷却すべきかどうか、決定できるように、温度センサと該コントローラとが、連携している。このコントローラは、再循環空気が、上記再循環空気冷却アセンブリを通過するように、もしくは、その代わりに、再循環空気の冷却が行われないバイパス流経路を通過するように、該再循環空気を案内する、空気流制御装置を制御することが望ましい。
【００１１】
この再循環空気は、望ましくは、調和空気と再循環空気との混合気が、客室に導入されるように、第１の回路から流出した調和空気と混合する。
【００１２】
当業者であれば、以下の最良の形態についての詳細な説明を参照することにより、本発明の種々の特徴や利点が明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
客室空気温度制御システム２０は、符号２２において大略示された客室に供給される空気の温度を制御する。航空機用の場合には、客室２２は加圧される。本発明の構成は、航空機用として特に実益があるが、必ずしもこれに限定されるわけではない。
【００１４】
このシステム２０は、航空機客室の外部から空気を公知の方法で吸入する空気吸入部３０を備えた、第１の空気回路２８を含む。吸入空気は、一次熱交換器３２と、複数の導管３４と、例えば圧縮機を含んだ符号３６に大略示された装置群と、を通過することにより処理される。上記第１の空気回路２８内の少なくとも一つの温度センサ３８が、該第１の回路２８内の空気温度を示す。
【００１５】
また、第１の回路２８は、上記のシステムが所望の空気温度を達成する能力を高めるように、該第１の回路内で空気をさらに処理する二次熱交換器４０を含む。この二次熱交換器に流入する空気は、該二次熱交換器に流入する前に、上記一次熱交換器３２によって通常処理されている。この二次熱交換器により調節された空気の出力４２は、最終的にミキサー４４に供給され、上記客室２２に導入される。
【００１６】
上記のようなシステムにおける上記のような熱交換器とその他の部品の動作については周知である。例えば、空気温度制御システムが、１９９２年２月１１日付けで発行された米国特許第５，０８６，６２２号に開示されている。この文献の教示は、参照として本明細書に引用される。
【００１７】
第１の回路の部品の動作は、該第１の回路内の空気温度を、所望の客室温度に近づけるように、望ましくは、コントローラ（図示せず）によって制御される。
【００１８】
現在の状況の必要に応じて、第１の回路２８は、望ましくは、客室２２に流入する暖かい空気もしくは冷たい空気に熱供給を行うことが可能である。
【００１９】
この制御システム２０は、技術的によく知られているように、ハウジング５２を備えた空気循環装置５０を含む。一次熱交換器３２と二次熱交換器４０は、望ましくは、上記ハウジング５２内に支持されている。符号５４で概略的に示された空気流は、望ましくは、一般的な方法で上記空気循環装置５０の上記ハウジング５２内を通過する。熱交換器３２，４０によって除去された熱が一般的な方法で大気中に排出されるように、上記ハウジング５２を通して空気を案内する、ファン５６が備え付けられる。図示の実施例では、二次熱交換器４０が、空気循環装置ハウジング５２内を通過する流れ５４に対して、一次熱交換器３２の上流側に位置する。
【００２０】
上記システム２０は、客室２２から流出した空気の再循環を行う第２の空気回路６０を含む。ファンアセンブリ６２が、上記客室２２から空気を吸引し、上記第２の回路６０を流れるよう案内するため、この空気は再度、上記客室２２に再循環され得る。コントローラ６４が、所望の流量の再循環空気流が得られるように、ファン６２の運転速度を制御できることが望ましい。
【００２１】
本発明の構成は、再循環空気が客室２２に再度導入される前に該再循環空気を選択的に冷却するように動作する第２の空気回路内に設けられた空気冷却アセンブリ６６を含む。図示の実施例は、第２の回路内の空気冷却アセンブリ６６の主要部品として熱交換器を含む。客室空気のさらなる冷却が要求されている状況の下では、第２の回路６０内の空気は、望ましくは、客室２２に再度導入される前に熱交換器６６を通過するように案内される。再循環空気は、望ましくは、調和空気と再循環空気との混合気が上記客室２２に導入されるように、ミキサー４４にて、第１の回路から流出した調和空気と混ぜ合わされる。
【００２２】
所定の状況の下では、再循環空気の冷却は、必ずしも望ましいとは限らない。従って、本発明の構成はバイパス流経路６８を含む。バルブ機構７０は、具体的な状況の必要に応じて、再循環空気が、バイパス流経路６８もしくは熱交換器６６のいずれかに通過するよう選択的に案内するように、望ましくは、コントローラ６４によって制御される。温度センサ７２が、上記客室２２から吸引された空気の温度を示す。コントローラ６４は、温度センサ７２から取得された現在の温度と、現在の選択された客室温度と、に基づいて、この再循環空気を冷却すべきかどうかを決定するようにプログラムされていることが望ましい。また、該コントローラ６４は、望ましくは、第１の空気回路２８から上記客室２２内に導入される空気の温度も計算に入れる。
【００２３】
コントローラ６４は、例えば、市販のマイクロプロセッサであってもよい。上記第１の回路部品と一体となった、図示しないコントローラは、同じマイクロプロセッサの一部であってもよい。客室空気温度制御システム用のコントローラは、周知である。コントローラ６４は、例えば、上記のようなコントローラ内の専用部分であってもよいし、別個のマイクロプロセッサであってもよい。本明細書の有用性を把握した当業者であれば、市販の部品を選定し、本明細書のコントローラ６４の機能を発揮するようマイクロプロセッサを適宜にプログラムすることができよう。
【００２４】
図示の実施例において、空気熱交換器６６は、第１の回路２８の、一次熱交換器３２と二次熱交換器４０とが、支持された、同一のハウジング５２内に支持される。一つの実施例においては、上記熱交換器６６は、上記ハウジング５２内を通過する空気流５４に対して、二次熱交換器４０の上流側に位置する。上記のような構成は、上記熱交換器６６によって除去された熱が、例えば、空気循環装置のバイパス空気が矢印５４に従って流れることにより、最終的に大気中に排熱される。
【００２５】
他の実施例においては、上記熱交換器６６が、例えば上記システム内の別の位置に支持され、具体的な状況の必要に応じて、例えば独自のハウジングを備え得る。図示の構成は、余分な電力消費を要せず、かつ、余計なシステム部品の追加や複雑さを最小限にできる点で、特に効果的であると考えられている。
【００２６】
ファン６２の速度は、第２の回路６０を通過する再循環空気の必要に応じて、望ましくは、コントローラ６４によって制御される。加えて、このファン速度６２は、再循環空気が、熱交換器６６を通過することにより冷却されるか否かによって、調節されることが望ましい。上記の方法によってファン速度を調節することにより、適度な再循環空気流が実現される。
【００２７】
図示の実施例は、本発明に基づいた、空気冷却能力をさらに向上させる構成を含む。再循環空気が上記熱交換器６６を通過する前に、一次熱交換器３２によって処理された空気の少なくとも一部が、再循環空気流内に混ぜ合わされるように、もう一つの流れ経路８０が、選択的に使用されることが望ましい。これにより、上記経路８０内を流れる空気は、一次熱交換器３２によって達成できる温度よりもさらに冷却され得る。これにより、上記第１の回路から流出した空気が上記客室２２に再度導入される前に、該空気をさらに冷却することが可能となる。このさらなる冷却は、所定の状況下で第１の回路４０内に設けられた、その他の作動部品３２，３６，４０の一部に掛かる仕事量を低減させる利点を与える。
【００２８】
一つの実施例においては、流れ経路８０は、常に開放しており、一次熱交換器３２から流出する空気の一部が、上記熱交換器６６によってさらに冷却されるように使用可能である。もう一つの実施例においては、バルブ機構が、流れ経路８０を通過する所望量の空気に対し上述したさらなる冷却を選択的に行えるように、選択的に制御される。コントローラは、上記空気のさらなる冷却が必要となる時を決定するため、効果的に上記システム内に設けられた一つもしくは複数の一般的な温度センサを利用してもよい。
【００２９】
本発明の構成における顕著な利点は、空気循環装置５０、および、第１の回路２８のその他の部分、の冷却性能に大幅な影響を及ぼすことなく、再循環空気の熱を除去することにより、客室温度の要求に適合させるために必要となる全体の電力を低減できることである。上記の利点は、暖かい天候の下で航空機が着陸しているときに、特に実益がある。
【００３０】
上記の記載は、本質的に、例示的なものであって、制限的なものではない。当業者であれば、開示された実施例から、本発明の本質から逸脱しないような変更、改良を想到することが可能であろう。本発明に付与される法的な保護の範囲は、添付の請求項に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に基づいて設計されたシステムの概略図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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