(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン抽気の圧縮手段と、
その圧縮された抽気の冷却手段と、
その冷却された抽気から水分を分離する手段と、
その水分を分離された抽気を膨張させることで低温空気とする膨張手段とを備え、
その冷却手段として、その圧縮手段と膨張手段との間の抽気流路を流れる抽気と、その膨張手段の出口に接続される低温空気流路を流れる低温空気との間で熱交換を行わせる熱交換部を有する航空機用空調システムにおいて、
その低温空気流路に、その膨張手段の出口から流出する低温空気が前記熱交換部をバイパスするためのバイパス流路が接続され、
そのバイパス流路における低温空気流量を、前記熱交換部における抽気流路の入口と出口との圧力差に応じて変更する流量調節手段が設けられていることを特徴とする航空機用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定翼機および回転翼機を含む航空機の空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の空調システムにおいて空気中に含まれている水分を除去する方式として、低圧除湿方式と高圧除湿方式の２種類がある。図２に示す従来の低圧除湿方式の空調システムは、コンプレッサー１０１により圧縮したエンジン１０２の抽気を、熱交換器１０３におけるラム空気との熱交換により冷却し、その冷却した抽気を膨張タービン１０５において膨張させることで低温空気とし、この低温空気から水分離器１０６により水分を除去した後に航空機のキャビン等の室内に供給している。その水分離器１０６においては、膨張タービン１０５で空気が減圧されることで霧状になった水分を、コアレッサと呼ばれる布状の部材を用いて凝縮させ、遠心力を利用して分離している。また、その膨張タービン１０５と水分離器１０６との間にバルブ１０７を介してエンジン抽気を導入可能とすることで、水分離器１０６における水分の氷結を解消している。
【０００３】
図３に示す従来の高圧除湿方式の空調システムは、コンプレッサー２０１により圧縮したエンジン２０２の抽気を、熱交換器２０３におけるラム空気との熱交換により冷却し、その冷却した抽気を再生熱交換器２０５における熱交換によりさらに冷却した後に、コンデンサ２０６における低温空気との熱交換により冷却することで、その抽気中の水分を露点以下に冷却し、その水分を水分離器２０７において遠心力を利用して分離している。その水分を分離された抽気を、再生熱交換器２０５における水分分離前の抽気の冷却に用いた後に、膨張タービン２０８において膨張させることで低温空気とする。この低温空気をコンデンサ２０６における抽気の冷却に用いた後に航空機の室内に送り出している。また、その膨張タービン２０８とコンデンサ２０６との間にバルブ２０９を介してエンジン抽気を導入可能とすることで、コンデンサ２０６の抽気流路での水分の氷結を解消している。
【０００４】
上記高圧除湿方式によれば、膨張タービン２０８の上流で抽気の除湿を行うことで、膨張タービン出口温度を低圧除湿方式よりも下げ、キャビン等へ供給する空気を低温にできる。その膨張タービン２０８の出口温度における空気温度を低くすることで、同じ冷房能力を達成するために必要な抽気流量を低減できるので、空調システムを作動させるために必要な燃料の消費量を低減できる。さらに、その高圧除湿方式によれば、低圧除湿方式において必要とされるコアレッサが不要になるので機体の整備が容易になる。
【０００５】
しかし、高圧除湿方式の空調システムにおいては、抽気中に含まれる水分がコンデンサ２０６において氷結して抽気流路を塞ぐことにより、十分な低温空気をキャビン等へ供給できなくなるおそれがある。そこで、バルブ２０９を介して高温のエンジン抽気を膨張タービン２０８の下流に導入して低温空気と混合し、さらに、そのコンデンサ２０６における低温空気流路の入口と出口とを接続するバイパス流路２０６ａを設け、コンデンサ２０６内で氷結状態が継続するのを防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高圧除湿方式の空調システムにおいては、コンデンサ２０６における低温空気流路の入口と出口とを接続するバイパス流路２０６ａを設けても、そのバイパス流路２０６ａにおける低温空気の流路面積は一定であるため、コンデンサ２０６内での氷結状態が進行すると、高温のエンジン抽気を膨張タービンの下流に導入せざると得なかった。そのため、抽気流量を十分に低減することができず、また、膨張タービン出口での空気温度を十分に低減することができなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジン抽気の圧縮手段と、その圧縮された抽気の冷却手段と、その冷却された抽気から水分を分離する手段と、その水分を分離された抽気を膨張させることで低温空気とする膨張手段とを備え、その冷却手段として、その圧縮手段と膨張手段との間の抽気流路を流れる抽気と、その膨張手段の出口に接続される低温空気流路を流れる低温空気との間で熱交換を行わせる熱交換部を有する航空機用空調システムにおいて、その低温空気流路に、その膨張手段の出口から流出する低温空気が前記熱交換部をバイパスするためのバイパス流路が接続され、そのバイパス流路における低温空気流量を、前記熱交換部における抽気流路の入口と出口との圧力差に応じて変更する流量調節手段が設けられていることを特徴とする。その流量調節手段は前記圧力差に応じて開度が変化するバルブにより構成することができる。
【０００８】
この構成によれば、膨張手段から熱交換部に向かう低温空気の一部はバイパス流路を流れるので、その熱交換部における低温空気流量が減少し、その熱交換部における抽気と低温空気との熱交換効率が低下する。また、その熱交換部の抽気流路を抽気中に含まれる水分が氷結して塞ぐと、その抽気流路が狭くなる程にコンデンサにおける抽気流路の入口と出口との圧力差が増大し、バイパスバルブの開度が大きくなり、その熱交換部における低温空気流量が減少してバイパス流路における低温空気流量が増大する。これにより、その氷結の程度に応じて熱交換部における低温空気流量を調整して熱交換効率を変化させることができ、その氷結を解消すると同時に低温空気温度を可及的に降下させることができる。すなわち、その氷結解消を従来のように高温抽気を低温空気と混合することなく行い、最終的にキャビン等に供給する低温空気を従来技術では達成できない温度まで降下させることができる。しかも、その氷結解消のために高温抽気を用いないため、抽気流量の必要量を低減でき、空調システムを作動させるために必要な燃料の消費量を低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す高圧除湿方式の航空機用空調システム１は、空気冷凍サイクルにより低温空気を得るもので、エンジン２の抽気を、第一熱交換器３により機体外から導入されるラム空気との熱交換により冷却した後に、遠心型コンプレッサー４により圧縮し、第二熱交換器５でラム空気との熱交換により再度冷却し、さらに再生熱交換器６における熱交換により冷却した後に、コンデンサ（熱交換部）７において冷却する。その再生熱交換器６およびコンデンサ７における冷却により抽気中の水分を凝縮させる。その凝縮させた水分を水分離器８において遠心力を利用して分離して取り去っている。その水分を分離された抽気を、再生熱交換器６における水分分離前の抽気の冷却に用いた後に膨張タービン９に導入し、その膨張タービン９において膨張させることで低温空気とする。この低温空気をコンデンサ７における抽気の冷却に用いた後に調和空気として航空機のキャビン等の室内に供給している。なお、そのコンプレッサー４は始動時はモータ４ａにより起動され、起動後は膨張タービン９から取り出される動力により駆動される。
【００１０】
そのコンデンサ７においては、そのコンプレッサー４と膨張タービン９との間の抽気流路を流れる抽気と、その膨張タービン９の出口に接続される低温空気流路１５を流れる低温空気との間で熱交換を行わせることでエンジン抽気を冷却する。
【００１１】
その低温空気流路１５に、その膨張タービン９の出口から流出する低温空気がコンデンサ７をバイパスするためのバイパス流路１０が接続されている。本実施形態では、そのバイパス流路１０は低温空気流路１５におけるコンデンサ７の上下流部に連結されている。これにより、その膨張タービン９の出口から流出する低温空気の一部がコンデンサ７をバイパスしてキャビン等の低温空気供給空間への供給口に至る。そのバイパス流路１０における低温空気流量を、コンデンサ７における抽気流路の入口と出口との圧力差に応じて変更する流量調節手段として、そのバイパス流路１０にバイパスバルブ１１が設けられている。そのバイパスバルブ１１は、コンデンサ７における抽気流路の入口７ａと出口７ｂとの圧力差が増大すると開度が大きくなり、その圧力差が小さくなると開度が小さくなる。例えば、その入口７ａと出口７ｂの圧力差を検知する差圧検知センサを航空機に搭載される制御装置に接続し、その検知される差圧に応じてその制御装置により制御される電磁バルブをバイパスバルブ１１としたり、あるいは、その入口７ａと出口７ｂの圧力差が直接作用することにより変位するスプールを有する圧力制御バルブをバイパスバルブ１１とすることができる。
【００１２】
上記構成によれば、膨張タービン９からコンデンサ７に向かう低温空気の一部はバイパス流路１０を流れるのでコンデンサ７における低温空気流量が減少し、コンデンサ７における抽気と低温空気との熱交換効率が低下する。また、コンデンサ７において抽気中に含まれる水分が氷結して抽気流路を塞ぐと、その抽気流路が狭くなる程にコンデンサ７における抽気流路の入口７ａと出口７ｂとの圧力差が増大し、バイパスバルブ１１の開度が大きくなり、コンデンサ７における低温空気流量が減少してバイパス流路１０における低温空気流量が増大する。これにより、その氷結の程度に応じてコンデンサ７における低温空気流量を調整して熱交換効率を変化させることができ、氷結を解消すると同時に低温空気温度を可及的に降下させることができる。すなわち、その氷結解消を従来のように高温抽気を低温空気と混合することなく行い、最終的にキャビン等に供給する低温空気を降下させることができる。しかも、その氷結解消のために高温抽気を用いないため、抽気流量の必要量を低減でき、空調システムを作動させるために必要な燃料の消費量を低減できる。これにより、最終的にキャビン等に供給する低温空気を従来技術では達成できない温度まで降下させることができる。例えば、従来であれば調和空気の下限温度が−１０ｄｅｇＦＤＡＲ（乾球温度）程度あったのを、−２０ｄｅｇＦＤＡＲ以下にすることができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジン抽気の必要量を低減し、得られる低温空気温度を降下させ、省エネ、システムを小型軽量化してコスト低減を図ることのできる航空機用空調システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の航空機用空調システムの構成説明図
【図２】従来の航空機用空調システムの構成説明図
【図３】従来の航空機用空調システムの構成説明図
【符号の説明】
１  航空機用空調システム
４  コンプレッサー
７  コンデンサ（熱交換部）
８  水分離器
９  膨張タービン
１０  バイパス流路
１１  バイパスバルブ
１５  低温空気流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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