(57)【要約】【課題】航空機の空調装置における温度制御システムに適切な量の外気を供給することができる空気流制御システムを提供すること。【解決手段】吸入口５０は、第１の気流を流量制御システム２０Ａに送り込むように構成される。第１の圧縮機５４は、吸入口５０を通して第１の気流を引き込み、第１の気流を圧縮するように構成される。第１の圧力センサ５２は、第１の圧縮機５４における圧縮に先立ち第１の気流の第１の圧力を感知し、第２の圧力センサ５６は、第１の圧縮機５４における圧縮の後の第１の気流の第２の圧力を感知し、第１の温度センサ５８は、第１の圧縮機における圧縮の後の第１の気流の温度を感知する。制御装置５１は、望ましい流量と算出された流量との比較に基づいて第１の圧縮機５４の速度を調整する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の気流をシステムに送り込むように構成された吸入口と、
上記第１の気流の第１の圧力を感知する第１の圧力センサと、
上記吸入口を通して上記第１の気流を引き込み、かつ上記第１の気流を圧縮するように構成された第１の圧縮機と、
上記第１の気流の第２の圧力を感知する第２の圧力センサと、
上記第１の圧縮機における圧縮の後の上記第１の気流の温度を感知する第１の温度センサと、
上記第１の気流の望ましい流量および上記第１の気流の算出された流量の関数として上記第１の圧縮機の速度を制御する第１の制御装置と、を備える空気流を制御するシステム。
【請求項２】
上記第１の制御装置は、上記第１の気流の上記第１の圧力、上記第２の圧力、上記温度、および初期速度を使用して上記第１の気流の上記算出された流量を決定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記第１の圧縮機は電気圧縮機であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
上記第１の制御装置は、上記第１の圧縮機内に配置された複数のファンブレードの回転を制御するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
上記第１の圧縮機は可変ディフューザをさらに含み、上記可変ディフューザの位置はまた上記算出された流量を決定するために使用されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
上記吸入口により上記システムに送り込まれる第２の気流の第１の圧力を感知する第３の圧力センサと、
上記吸入口を通して上記第２の気流を引き込み、かつ上記第２の気流を圧縮するように構成された第２の圧縮機と、
上記第２の気流の第２の圧力を感知する第４の圧力センサと、
上記第２の圧縮機における圧縮の後の上記第２の気流の温度を感知する第２の温度センサと、
上記第２の気流の望ましい流量および上記第２の気流の算出された流量の関数として上記第２の圧縮機の速度を制御する第２の制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記第１および第２の圧縮機は電気圧縮機であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
上記第１および第２の気流は合流して結合された気流を形成することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
上記結合された気流の流量を決定するように構成された流量センサをさらに備える請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
圧縮機を出る気流の流量を計算するステップと、
上記算出された流量を上記圧縮機を出る気流の望ましい流量と比較して差を判別するステップと、
上記算出された流量が上記望ましい流量とほぼ等しくなるように上記圧縮機の速度を調整するために、上記差に基づいて上記圧縮機の速度を制御するステップと、を備える、システム内の空気流を制御する方法。
【請求項１１】
流量を計算する上記ステップは、上記圧縮機に入る上記気流の速度と、上記圧縮機内の上記気流の圧力低下と、上記圧縮機内での圧縮の後の上記気流の温度と、に基づくことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記圧縮機は可変ディフューザを含み、上記可変ディフューザの位置が、上記圧縮機を出る上記気流の上記算出された流量の成分となることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記ステップは定義された周波数で繰り返されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記周波数は約２０Ｈｚであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
吸入口を通して圧縮されていない空気の第１の気流をシステムに送り込むステップと、
圧縮されていない空気の上記第１の気流の初期速度を判別するステップと、
圧縮されていない空気の上記第１の気流の第１の圧力を感知するステップと、
圧縮されていない空気の上記第１の気流を第１の圧縮機において圧縮し、圧縮された空気の第１の気流を上記圧縮機から放出するステップと、
圧縮された空気の上記第１の気流の圧力を感知するステップと、
上記第１および第２の圧力の差を計算することにより圧力低下を判別するステップと、
圧縮された空気の上記第１の気流の温度を感知するステップと、
圧縮されていない空気の上記第１の気流の上記初期速度と、上記圧力低下と、圧縮された空気の上記第１の気流の上記温度と、に基づいて圧縮された空気の上記第１の気流の流量を計算するステップと、
上記算出された流量を上記望ましい流量と比較して差を判別するステップと、
圧縮された空気の上記第１の気流の上記算出された流量が、圧縮された空気の上記第１の気流の上記望ましい流量とほぼ等しくなるように上記第１の圧縮機の速度を調整するために、上記差に基づいて上記第１の圧縮機の速度を制御するステップと、を備えるシステム内の空気流を制御する方法。
【請求項１６】
上記ステップは定義された周波数で繰り返されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記第１の圧縮機は電気圧縮機であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記吸入口を通して圧縮されていない空気の第２の気流を上記システムに送り込むステップと、
圧縮されていない空気の上記第２の気流の初期速度を判別するステップと、
圧縮されていない空気の上記第２の気流の第１の圧力を感知するステップと、
圧縮されていない空気の上記第２の気流を第２の圧縮機において圧縮し、圧縮された空気の第２の気流を上記圧縮機から放出するステップと、
圧縮された空気の上記第２の気流の圧力を感知するステップと、
上記第１および第２の圧力の差を計算することにより圧力低下を判別するステップと、
圧縮された空気の上記第２の気流の温度を感知するステップと、
圧縮されていない空気の上記第２の気流の上記初期速度と、上記圧力低下と、圧縮された空気の上記第２の気流の上記温度と、に基づいて圧縮された空気の上記第２の気流の流量を計算するステップと、
上記算出された流量を圧縮された空気の上記第２の気流の望ましい流量と比較して差を判別するステップと、
圧縮された空気の上記第２の気流の上記算出された流量が、圧縮された空気の上記第２の気流の上記望ましい流量とほぼ等しくなるように上記第２の圧縮機の速度を調整するために、上記差に基づいて上記第２の圧縮機の速度を制御するステップと、をさらに備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
圧縮された空気の上記第１および第２の気流を結合して圧縮された空気の結合された気流を形成するステップをさらに備える請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
圧縮された空気の上記結合された気流の流量を流量センサにより感知するステップと、
圧縮された空気の上記結合された気流の上記流量を圧縮された空気の上記第１および第２の気流の上記望ましい流量と比較してエラーを判別するステップと、
上記エラーを使用して、圧縮された空気の上記第１および第２の気流の上記望ましい流量を調整するステップと、をさらに備える請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房システムに関する。具体的には、本発明は、圧縮機を通じて流量を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準的な航空機客室の暖房空調システムにおいて、客室を加熱または冷却するために使用される空気は、航空機のエンジン内の圧縮機ステージから生じる。特に、２つの空気流が通常、エンジンから分岐され、温度制御システムに入る。１つの一般的なシステムにおいては、調節バルブが、低圧ステージの気流と高圧ステージの気流をシステムに引き込むために使用される。温度制御システムは、低圧ステージおよび高圧ステージの気流とは異なる圧力であるため、２つの気流は、流れを生じさせるファンまたは類似の空気循環装置を使用することなく、温度制御システムに流れ込む。第１の低圧ステージの気流は、空気が低圧かつ低温な場所においてエンジンから引き出される。第２の高圧ステージの気流は、空気が高圧かつ高温な第２の場所においてエンジンから引き出される。次いで、低圧ステージおよび高圧ステージの気流は、望ましい空気の混合を得るようにさまざまな比率で混合され、温度制御システムを通して分配され、航空機の客室に送り込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最新の航空機客室暖房空調システムの多くは、エアサイクルマシンを含む。これらのタイプのシステムにおいては、外気が航空機内に引き込まれ、エアサイクルマシンに供給され、そこで冷媒として使用される。航空機内の適切な温度制御を行うため、エアサイクルマシンに供給される空気の流量は監視され制御される必要がある。したがって、圧縮機を通じて流量を決定し、制御することのできるシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、吸入口と、第１の圧縮機と、第１の圧力センサと、第２の圧力センサと、第１の温度センサと、第１の制御装置、とを備える空気の流れを制御するシステムである。吸入口は、第１の気流をシステムに送り込むように構成される。第１の圧縮機は、吸入口を通して第１の気流を引き込み、第１の気流を圧縮するように構成される。第１の圧力センサは、第１の圧縮機における圧縮に先立ち第１の気流の第１の圧力を感知し、第２の圧力センサは、第１の圧縮機における圧縮の後の第１の気流の第２の圧力を感知し、第１の温度センサは、第１の圧縮機における圧縮の後の第１の気流の温度を感知する。制御装置は、望ましい流量と算出された流量との比較に基づいて第１の圧縮機の速度を調整する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１において、民間航空機１０の大まかな概略断面図が示される。航空機１０は、貨物領域１２と、エレクトロニクス・パワーベイ１４と、温度制御システム１６と、客室領域１８と、流量制御システム２０と、流出バルブ２２と、を含む。貨物領域１２は、航空機１０の下位部分内に位置する。貨物領域１２は通常、乗客の手荷物の収納場所としての役割を果たすが、これはまた、航空機１０の制御および操作に使用されるさまざまな電子コンポーネントを収容する１つまたは複数のエレクトロニクス・パワーベイ１４を含むこともできる。図１に示されるように、温度制御システム１６はまた、航空機１０の下位部分内に位置し、乗客の快適と安全のために温度調節された空気を客室領域１８に供給するように構成される。温度制御システム１６は通常、１つまたは複数の空調パック（「パック」）を含むが、パックは通常冷媒として空気を使用するエアサイクルマシンである。
【０００６】
温度制御システム１６は流量制御システム２０から加圧された外気（新鮮な空気）を供給され、温度制御システム１６が客室の冷暖房のために新鮮な外気を調整できるようにする。したがって、流量制御システム２０は、温度制御システム１６で使用するために航空機１０に引き込まれる外気の量を制御する。適切な量の外気を温度制御システム１６に供給することは、客室１８内の乗客の快適と安全にとって極めて重要である。温度制御システム１６に引き込まれる外気が多すぎる場合、非常に高温・高圧の空気が客室１８に送り込まれるおそれがある。一方、温度制御システム１６に引き込まれる外気が少なすぎる場合、非常に低温・低圧の空気が客室１８に送り込まれるおそれがある。さらに、連邦航空局（ＦＡＡ）では、フライト中に客室内を循環させるべき空気の量に関して厳格なガイドラインを設けている。たとえば、旅客機の１つの一般的なモデルにおいて、ＦＡＡでは、乗員１人あたり毎分０．５５ポンドを客室内に循環させる必要があると指示している。その結果、流量制御システム２０が、温度制御システム１６に供給する外気の流量を正確に制御することが重要である。
【０００７】
温度制御システム１６を出た後、調整された空気は客室１８内を循環し、航空機１０の下位部分に再び送り戻され、そこで空気の一部が流出バルブ２２を通じて外部環境に排出される。残りの空気は、温度制御システム１６に再び循環され、そこで、流量制御システム２０に引き込まれて温度制御システム１６に送られた新しい一団の空気と混合される。通常の航空機温度制御システムにおいて、再循環される空気と、新しい外気との比率は、ほぼ１対１である。
【０００８】
図２は、温度制御システム１６の１つの実施形態を示す概略図である。図２において、流量制御システム２０は、温度制御システム１６に空気の流れを引き込み、これを制御する。温度制御システム１６は、一次熱交換器３０と、デュアルタービン・エアサイクルマシン（ＡＣＭ）３２と、二次熱交換器３４と、凝縮器３６と、集水装置３８と、を含む。
【０００９】
圧縮された空気の流れは温度制御システム１６に入り、ラムエアをヒートシンクとして使用して一次熱交換器において冷却される。次いで、圧縮された空気はさらに、デュアルタービンＡＣＭ３２の圧縮機４０によって圧縮され、その後二次熱交換器３４に移される。二次熱交換器３４において、再びラムエアの源をヒートシンクとして使用し、圧縮機４０内での圧縮から生じた圧縮熱が除去される。次いで、二次熱交換器３４から圧縮空気は凝縮器３６に送られ、そこで第１ステージのタービン４２からの低温排出空気をヒートシンクとして使用して過冷される。この冷却プロセスによって、空気から水を凝結し、集水装置３８によって収集されるようにする。集水装置３８に収集された水は、蒸発冷却を通じて熱交換器のパフォーマンスを高めるように、二次熱交換器３４に送るようにすることもできる。
【００１０】
集水装置３８を出た後、空気の流れは第１ステージのタービン４２へと流れる。第１ステージのタービン４２内での膨張の後、空気は凝縮器３６の低温側部分を通過し、そこで前述のように凝縮のためのヒートシンクとしての役割を果たす。凝縮熱を取り戻して、凝縮器３６の低温側を出た後、空気は、デュアルタービンＡＣＭ３２の第２ステージのタービン４４に入り、そこでさらに膨張されて空気分配システム４６へと送られ、客室冷却のための低温空気供給源となる。
【００１１】
図３は、第１の空気供給回路４８Ａを有する流量制御システム２０Ａを示す概略図である。図３に示されるように、第一の空気供給回路４８Ａは、吸入口５０と、第１のモータ制御装置５１と、第１の圧力センサ５２と、第１の圧縮機５４と、第２の圧力センサ５６と、第１の温度センサ５８と、を含む。
【００１２】
好ましい実施形態において、第１の圧縮機５４は、複数の回転圧縮機ブレードを含む電気圧縮機であり、第１のモータ制御装置５１は、回転圧縮機ブレードの速度を制御するように構成される。回転圧縮機ブレードの速度は、電気圧縮機によって生じる流量に直接関連するので、第１のモータ制御装置５１は、回転圧縮機ブレードの速度を制御することにより第１の圧縮機５４を通じて流量を制御することができる。圧縮機の速度と流量との関係は、一般に「速度基準」と呼ばれる。
【００１３】
任意の時間において第１のモータ制御装置５１により指示される圧縮機ブレード速度は、温度制御システム１６によって流量制御システム２０Ａに伝達される「必要流量」に基づいて決定される。必要流量は、時間に伴って変化する可能性があり、特に航空機１０の高度の関数である。
【００１４】
第１の圧縮機５４は、第１のモータ制御装置５１の指示で吸入口５０を通して第１の外気の気流を引き込む。第１のモータ制御装置５１は、温度制御システム１６に供給されるべき空気の必要流量に対応する温度制御システム１６からの信号を受け取るように構成される。第１の気流が第１の圧縮機５４に向けて送られる際、第１の圧力センサ５２は第１の気流の第１の圧力を感知する。次いで、第１の気流は第１の圧縮機５４に送られ、そこで圧縮されて、温度制御システム１６に向けて放出される。第１の気流が温度制御システム１６に向けて送られる際、第２の圧力センサ５６は、第１の圧縮機５４内での圧縮後の第１の気流の第２の圧力を感知する。さらに、第１の温度センサ５８は、第１の圧縮機５４内での圧縮後の第１の気流の温度を感知する。温度制御システム１６に入った後、第１の気流は、図２に基づき上述したサイクルと同様のサイクルを経由することになる。
【００１５】
図３に示されるように、第１の空気供給回路４８Ａはまた、サージバルブ６０を含む。サージバルブ６０が開放位置にある場合、第１の圧縮機５４内で圧縮された第１の気流の一部が、吸入口５０と第１の圧縮機５４の吸入口との間の点まで戻される。サージバルブ６０は、さらに高温の圧縮機出力流を作り出すこと、および圧縮機サージによって生じる損傷を防ぐために圧縮機流量を制御すること、を含む多くの目的に役立つが、これらに限定されることはない。
【００１６】
加えて、第１の圧縮機５４は、可変ディフューザ６２を含むこともできる。１つの実施形態において、可変ディフューザ６２は、第１の圧縮機５４の吐出口付近に配置された複数のチャネル部材である。可変ディフューザ６２の位置は、第１の圧縮機５４を出るときに第１の気流の流量を操作するように調整されうる。
【００１７】
後にさらに詳細に説明されるように、流量制御システム２０Ａは、第１の空気供給回路４８Ａが温度制御システム１６に供給している流量が、必要な流量と一致しているかどうかを比較するため、第１の圧縮機５４を経由する実際の流量を定期的に計算する。第１の圧縮機５４を経由する流量は、第１の圧力センサ５２の圧力表示値と、第２の圧力センサ５６の圧力表示値と、第１の温度センサ５８の温度表示値と、第１のモータ制御装置５１からの第１の気流の初期速度と、可変ディフューザ６２の位置と、を使用して計算される。流量制御システム２０Ａにおいて、第１の圧縮機５４を経由する算出された流量は、サージバルブ６０が開放位置にない限り、温度制御システム１６に供給された空気流量に相当する。開放位置にある場合は、温度制御システム１６に供給される空気流量は、第１の圧縮機５４の吸入口に送り戻された第１の気流の部分を考慮に入れて再計算される必要がある。
【００１８】
図４は、流量制御システム２０Ｂを示す概略図である。図３を参照して上記で示され説明されているように、第１の空気供給回路４８Ａを有することに加えて、流量制御システム２０Ｂは、第２の空気供給回路４８Ｂをさらに含む。図４に示されるように、第２の空気供給回路４８Ｂは、第２のモータ制御装置７１と、第３の圧力センサ７２と、第２の圧縮機７４と、第４の圧力センサ７６と、第２の温度センサ７８と、を含む。
【００１９】
好ましい実施形態において、第２の圧縮機７４および第２のモータ制御装置７１は、前述の第１の圧縮機５４および第１のモータ制御装置５１と同様である。したがって、モータ制御装置７１は、第２の圧縮機７４内に配置された複数の圧縮機ブレードの速度を制御することにより、第２の圧縮機７４経由の流量を制御するように構成される。
【００２０】
任意の時間において第２のモータ制御装置７１により指示される圧縮機ブレード速度は、温度制御システム１６によって流量制御システム２０Ｂに伝達される必要流量に基づいて決定される。流量制御システム２０Ｂにおいては、第１の圧縮機５４および第２の圧縮機７４の必要流量は、必要な空気流量を生成するために２つの圧縮機が使用可能になっているので、流量制御システム２０Ａにおける第１の圧縮機５４の必要流量のほぼ２分の１となる。
【００２１】
第２の圧縮機７４は、吸入口５０を通して第２の外気の気流を引き込む。第２の気流が第２の圧縮機７４に向けて送られる際、第３の圧力センサ７２は第２の気流の第１の圧力を感知する。次いで、第２の気流は第２の圧縮機７４に送られ、そこで圧縮されて、温度制御システム１６に向けて放出される。第２の気流が温度制御システム１６に向けて送られる際、第４の圧力センサ７６は、第２の圧縮機７４内での圧縮後の第２の気流の第２の圧力を感知する。さらに、第２の温度センサ７８は、第２の圧縮機７４内での圧縮後の第２の気流の温度を感知する。
【００２２】
図３の流量制御システム２０Ａと同様に、第２の空気供給回路４８Ｂもまた、サージバルブ８０および可変ディフューザ８２を含む。サージバルブ８０および可変ディフューザ８２は、流量制御システム２０Ｂ内のそれらの位置を除けば、図３を参照して上記で説明されているサージバルブ６０および可変ディフューザ６２と同様に動作する。
【００２３】
後にさらに詳細に説明されるように、流量制御システム２０Ｂはまた、第２の空気供給回路４８Ｂが温度制御システム１６に供給している流量が、必要な流量と一致しているかどうかを比較するため、第２の圧縮機７４を経由する実際の流量を定期的に計算する。
【００２４】
流量制御システム２０Ｂ内の第１および第２の気流は、点８４において合流し、そこで圧縮空気の結合された気流を形成する。点８４において合流した後、圧縮空気の結合された気流は流量センサ８６を通って流れるが、流量センサ８６は圧縮空気の結合された気流が温度制御システム１６に入る前に、その流量を測定する。前述のように、温度制御システム１６に正しい流量の外気を供給することは、安全かつ快適な客室環境を確保するため、さらに温度制御システム１６と流量制御システム２０Ｂが共に規制ガイドライン（ＦＡＡによって規定されたガイドラインなど）の範囲内で動作していることを保証するために極めて重要である。したがって、流量センサ８６は、圧縮空気の結合された気流の合計流量を感知して、感知された流量を、温度制御システム１６によって必要とされる合計流量と比較するように構成される。この比較を実行することにより、流量制御システム２０Ｂは、温度制御システム１６に供給している流量の正確度を制御する。検知された流量と必要な流量との間に差がある場合、この差は、第１のモータ制御装置５１および第２のモータ制御装置７１に送信されるエラー（誤差）を表す。１組の空気供給回路を有する通常のシステムにおいて、第１および第２の圧縮機の必要流量は、エラー値の量の２分の１によって各々調整される。必要な流量へのこの調整を行うことにより、温度制御システム１６に供給される圧縮空気の結合された流量の全体的な正確度が高まる。流量センサ８６は流量正確度テストとして図４に示される実施形態に含まれ、本発明の必須コンポーネントではないことに留意することは重要である。
【００２５】
ここでもまた、圧縮空気の組み合わされた気流は、温度制御システム１６に入った後、図２を参照して上述したサイクルと同様のサイクルを経由することになる。
【００２６】
流量制御システム２０は１つまたは２つの空気供給回路を有するものとして説明されているが、流量制御システムは、本発明の精神および範囲を逸脱することなく任意の数の空気供給回路を使用して設計されうる。圧縮機の大きさおよび重量のような要因があるため、１つの大型圧縮機を備える単一の空気供給回路の代わりに、多数の空気供給回路を流量制御システムに組み込むことが有利となりうるか、または必要となることもありうる。したがって、１つまたは２つの空気供給回路を備える流量制御システムは、限定的な目的ではなく、単に例示的な目的のためのみに説明されている。
【００２７】
図１〜図４における上記の説明は、流量センサが合計流量を感知する必要なく、圧縮機を通じて実際の流量を決定することのできるシステムに重点を置いた。それ以降の図は、実際の流量値を決定して、実際の流量値に応じて圧縮機を制御する方法に重点を置く。
【００２８】
図５は、圧縮機流量を計算するための方法１００を示すプロセスのフローチャートである。例示のために、方法１００は、図３の流量制御システム２０Ａを参照して説明される。方法１００は、ステップ１０２において開始し、修正された圧縮機の速度値が既知の圧縮機速度および圧縮機の吐出口における温度の関数として計算される。ステップ１０２において、既知の圧縮機速度は第１のモータ制御装置５１から取り出されてもよく、温度は第１の温度センサ５８から取り出されてもよい。図５において使用されるように、修正された速度とは、圧縮機の吸入口温度が標準日の海面位の周囲条件（つまり、２８８．１５Ｋ）に対応していた場合にコンポーネント（圧縮機ブレードアセンブリなど）が回転したであろう速度である。代表的な実施形態において、修正速度は以下のように計算されうる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
ここで、Ｎは既知の圧縮機速度であり、Ｔは圧縮機の吐出口温度である。
【００３１】
次いで、ステップ１０４において、圧縮機の修正された流量値は、ステップ１０２による修正速度と、第１の圧力センサ５２によって感知されるような吸入口圧力および第２の圧力センサ５６によって感知されるような吐出口圧力の間の圧力比と、の関数として決定される。一般に、あらゆるタイプの圧縮機は、標準的な修正流量特性を有し、これは、修正速度と圧力比に伴って変化し、かつ修正速度と圧力比に依存する。したがって、修正速度と圧力比を決定することにより、修正された流量が決定されうる。
【００３２】
修正された流量特性は、図６に示されるグラフのような二変量グラフによって図示されうる。図６に示されるように、二変量グラフは、圧力比と、修正流量と、修正速度との間の関係を表す。特に、図６は、圧力比と修正流量とに対してプロットされた、修正速度Ｓ１、修正速度Ｓ２、修正速度Ｓ３、修正速度Ｓ４、および修正速度Ｓ５を示す。図６のグラフが単に、修正速度と、圧力比と、修正流量と、の間の関係を表すグラフの例に過ぎないことに留意することは重要である。さらに、５つの修正速度値は、例示の目的でのみグラフ上に示されており、圧力比対修正流量のグラフ上に任意の数の修正速度値がプロットされうることを理解されたい。
【００３３】
図３に示される実施形態を参照して、ステップ１０４は、ステップ１０２で算出された修正速度と、第１の圧力センサ５２によって感知されるような吸入口圧力および第２の圧力センサ５６によって感知されるような吐出口圧力の間の圧力比と、に相当するグラフ上の修正流量のポイントを見い出すことを伴う。ステップ１０２において算出された修正速度値が修正速度曲線Ｓ１〜Ｓ５のいずれとも一致しない場合、グラフ上の修正流量値を決定するために補間処理を行う必要がある。
【００３４】
図３に示される実施形態において、第１の圧縮機５４は、この第１の圧縮機５４を出る流量を変更するように構成された可変ディフューザ６２を含む。圧縮機がそのような可変ディフューザの形態を含む場合は、圧縮機流量への影響を考慮するために必ずステップ１０６が実行される必要がある。しかし、可変ディフューザ６２が第１の圧縮機５４から除かれている場合には、ステップ１０６の実行はもはや必要ではなくなる。ステップ１０６において、修正流量値が、圧縮機の吸入口圧力と吐出口圧力との圧力比および可変ディフューザの形態の関数として更新（update）される。したがって、流量制御システム２０Ａを参照すると、修正流量値は、第１の圧力センサ５２および第２の圧力センサ５６により感知された圧力比と、可変ディフューザ６２の形態と、の関数として更新されることになる。グラフ表示の観点から見ると、可変ディフューザの存在は結果として修正速度値Ｓ１〜Ｓ５の曲線を水平にシフトさせることになる。したがって、一定の圧力比を仮定すれば、すべての修正速度値は新しい修正流量値と一致することになる。方法１００のステップ１０６は、この水平シフトを考慮に入れ、更新された修正流量値を決定する。
【００３５】
この時点までに、方法１００において決定されたものは、圧縮機を経由する修正流量値である。一般に、修正流量とは、吸入口圧力および温度が標準日の海面位の周囲条件（つまり、１４．６９６ｌｂｆ／ｉｎ2の圧力および５１８．７Ｒの温度）に対応していた場合に、圧縮機などの装置を通過する質量流量である。しかし、修正流量を決定するために修正され正規化された値を扱うことが望ましかったとしても、システムが標準日の海面位の周囲条件と同様の条件において動作することはまれである。したがって、流量制御システムによって温度制御システムに実際に供給された流量を決定するため、実際の流量値が決定される必要がある。この実際の流量値は、方法１００のステップ１０８において決定される。実際の流量値は修正流量値の関数であるため、実際の流量値は以下の式により決定されうる。
【００３６】
【数２】
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【００３７】
ここで、Ｔは圧縮機の吐出口における流れの温度であり、Ｐは圧縮機の吸入口と吐出口の圧力比である。
【００３８】
一部の例において、方法１００を構成するさまざまなステップは、若干異なった順序で実行されてもよい。さらに、１つまたは複数のステップは、本発明の意図された範囲を逸脱することなく省略されてもよい。たとえば、前述のように、ステップ１０６は、可変ディフューザを含まない本発明の実施形態において省略されうる。
【００３９】
方法１００を実行することにより、流量制御システム２０Ａの第１の空気供給回路４８Ａによって温度制御システム１６に供給される実際の流量を計算することが可能である。同様に、複数の空気供給回路を含む流量制御システムにおいて、空気供給回路ごとに方法１００を実行し、各々の実際の流量値を加算して、温度制御システムに供給される合計流量値を決定することにより、温度制御システムに供給される実際の流量を計算することが可能である。したがって、任意の数の空気供給回路を有する流量制御システムが考察される。
【００４０】
図７は、圧縮機流量を圧縮機速度基準の関数として調整する方法２００を示すプロセスのフローチャートである。例示のために、方法２００はまた、図３の流量制御システム２０Ａを参照して説明される。方法２００は、ステップ２０２において開始し、第１の空気供給回路４８Ａなどの空気供給回路の実際の流量が方法１００の適用によって決定される。次いで、ステップ２０４において、ステップ２０２で決定された実際の流量が、温度制御システムによって必要とされる合計流量の一部と比較されて、空気供給回路の流量エラー（誤差）が決定される。図３の流量制御システム２０Ａを参照すると、ステップ２０４は、第１の空気供給回路４８Ａの実際の流量を、回路から期待される合計流量の一部と比較するが、１つの空気供給回路のみを有する実施形態においては、これは、合計流量の１００パーセントとなろう。次いで、ステップ２０６において、空気供給回路の速度基準が、ステップ２０４において判別された流量エラーの関数として決定される。１つの実施形態において、流量エラーは、圧縮機速度基準を生成するための比例積分制御アルゴリズムへの入力として提供される。しかし、圧縮機速度基準を生成する任意の方法が考慮される。最後に、ステップ２０８において、空気供給回路の流量が、ステップ２０６において決定された速度基準の関数として調整される。図３の流量制御システム２０Ａを参照すると、ステップ２０８は、速度基準を第１のモータ制御装置５１に供給することを伴うが、このモータ制御装置５１は、圧縮機流量を調整するために第１の圧縮機５４の速度を速度基準の関数として制御する。
【００４１】
方法２００は、単一の空気供給回路を有する流量制御システムを参照して説明されたが、方法２００は、任意の数の空気供給回路を有する流量制御システムに適用可能である。例示のために、方法２００はこれ以降図４の流量制御システム２０Ｂを参照して説明されるが、これは第１の空気供給回路４８Ａおよび第２の空気供給回路４８Ｂと、を含む。
【００４２】
ここでもまた、方法２００は、ステップ２０２において開始し、第１および第２の空気供給回路の実際の流量が、各回路への方法１００の適用により決定される。次いで、ステップ２０４において、ステップ２０２で決定された実際の流量が、温度制御システム１６によって必要とされる合計流量の一部と比較されて、第１の空気供給回路４８Ａおよび第２の空気供給回路４８Ｂの流量エラーが判別される。２つの空気供給回路を有する流量制御システム２０Ｂのような実施形態においては、温度制御システムは、通常、必要とされる合計流量の２分の１を供給するよう各回路に要求する。しかし、異なる空気供給回路に異なる部分量を要求する温度制御システムも考察される。本実施例においては、第１の空気供給回路４８Ａおよび第２の空気供給回路４８Ｂに要求される合計流量の一部は、それぞれ２分の１であると仮定される。次いで、ステップ２０６において、第１の空気供給回路４８Ａおよび第２の空気供給回路４８Ｂの速度基準が、ステップ２０４において決定された流量エラーの関数として決定される。最後に、ステップ２０８において、第１の空気供給回路４８Ａおよび第２の空気供給回路４８Ｂの流量が、第１の圧縮機５４および第２の圧縮機７４の速度を調整することなどによって、ステップ２０６において決定された速度基準の関数として調整される。
【００４３】
システムの固有の必要性と要求される流量監視の正確度に応じて、方法１００および方法２００は、望ましい周波数で、あるいはオペレータの指示で、または特定のイベントの発生のときに、連続的に実行されうる。たとえば、１つの実施形態において、温度制御システム１６の稼動中は必ず２０Ｈｚの周波数で方法１００および方法２００を実行することが望ましい。もう１つの実施形態において、圧縮機のあらかじめ定められた吐出口温度を感知したときにのみ方法１００および方法２００を実行することが望ましい。
【００４４】
上記の説明は、客室１８に冷気を供給することに重点を置いてきたが、温度制御システム１６はまた、客室１８に暖気を供給することもできる。したがって、暖房および冷房の両方を提供する温度制御システムが、本発明の流量制御システムと共に使用されうる。
【００４５】
本明細書において使用される用語は、限定を目的とするのではなく、説明することを目的としている。本明細書に開示されている特定の構造および機能は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、当業者に本発明をさまざまに採用するよう教示する基礎として解釈されるべきである。本発明は好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲を逸脱することなく形態および詳細に変更を行えることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】民間航空機を示す概略断面図である。
【図２】温度制御システムの１つの実施形態を示す概略図である。
【図３】１つの空気供給回路を有する本発明による流量制御システムを示す概略図である。
【図４】１対の空気供給回路を有する本発明による流量制御システムを示す概略図である。
【図５】圧縮機流量を計算する方法を示すプロセスのフローチャートである。
【図６】修正された流量特性を表す二変量グラフである。
【図７】圧縮機速度基準に応じて圧縮機流量を調整する方法を示すプロセスのフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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