(57)【要約】【課題】  本発明は、エンジンの作動効率の低下を最小限にする航空機の環境制御システム３６のための効率的かつ軽量の熱管理システムを提供する。【解決手段】  本発明の燃料を基にした熱管理システム（ＴＭＳ）１０は、燃料が従来のコークス化温度を超えることを許容する燃料安定化システム（ＦＳＵ）１８を含む。この燃料安定化システムは、燃料脱酸素化システム３０を備える。環境制御システム（ＥＣＳ）３６の予冷器３２として、空気‐燃料熱交換器３２は機能し、エンジンの作動効率を維持するようにエンジンの圧縮機部２４の抽気から燃料へ熱を放出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料安定化システムと、
上記燃料安定化システムと流体連通する液体‐空気熱交換器システムと、
上記液体‐空気熱交換器システムと流体連通する環境制御システムと、
を備えることを特徴とする熱管理システム。
【請求項２】
上記燃料安定化システムが、脱酸素化システムを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項３】
上記液体‐気体熱交換器システムが、エネルギー変換装置からの圧縮空気に連通することを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項４】
上記エネルギー変換装置システムが、航空機のガスタービンエンジンであることを特徴とする請求項３に記載の熱管理システム。
【請求項５】
上記液体‐空気熱交換器システムが、燃料‐空気熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項６】
上記液体‐気体熱交換器システムが、約３００°Fに圧縮空気の温度を下げるように作動することを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項７】
上記液体‐空気熱交換器システムが、該熱交換器の入口の液体の温度に、圧縮空気の温度を下げることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項８】
上記液体‐空気熱交換器が、３２５°F以上に燃料の温度を上げるように作動することを特徴とする請求項６に記載の熱管理システム。
【請求項９】
上記環境制御システムが、航空機のキャビンへの空気の流れと連通することを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項１０】
上記環境制御システムが、電気機器への空気の流れと連通することを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項１１】
上記液体‐空気熱交換器システムからの燃料が、ガスタービンエンジンの燃焼室部と連通することを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
【請求項１２】
（１）  脱酸素化燃料を供給するように燃料を脱酸素化するステップと、
（２）  液体‐空気熱交換器システムを介して燃料を連通するステップと、
（３）  圧縮空気から脱酸素化燃料へ熱を放出するように液体‐空気熱交換器システムを介して、エネルギー転換装置から圧縮空気を連通するステップと、
（４）  液体‐空気熱交換器から環境制御システムへと圧縮空気を連通するステップと、を備えることを特徴とする熱管理方法。
【請求項１３】
上記ステップ（３）は、ガスタービンエンジンの圧縮機部から圧縮空気を引き込むステップをさらに備えること特徴とする請求項１２に記載の熱管理方法。
【請求項１４】
上記ステップ（３）は、脱酸素化燃料の温度が約３２５°F以上に上がるように、熱を脱酸素化燃料に放出するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の熱管理方法。
【請求項１５】
上記液体‐気体熱交換器システムからガスタービンエンジンの燃焼室部に脱酸素化燃料を連通するステップをさらに備えること特徴とする請求項１４に記載の熱管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱管理システム、特に、航空機の環境制御システム用の燃料‐空気型予冷器と燃料安定化ユニットを利用した熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機は、航空機の構成要素や熱環境を管理するための高度な熱管理システム（ＴＭＳ：ｔｈｅｒｍａｌ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ）を使用している。環境制御システム（ＥＣＳ：Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、航空機のキャビンや操縦室などの密閉空間へ調和空気を供給する。従来の環境制御システム（ＥＣＳ）は、液体循環系と熱交換するエアーサイクル冷却システムを利用している。この液体循環系は、通常、航空電子機器パッケージ等の熱負荷となるものを冷却する。空気サブシステムと液体サブシステムとの間の相互作用は、比較的複雑である。
【特許文献１】米国特許第６，３１５，８１５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７０９，４９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の環境制御システム（ＥＣＳ）では、抽気（ｂｌｅｅｄ  ａｉｒ）の流れが、ガスタービンエンジンの圧縮機の中間圧部（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）あるいは高圧部から引き出される。抽気は効果的ではあるが、抽気のために被る不利益として、空気が抽気されるエンジンの作動効率が低下する。さらに、抽気の温度が、しばしば７００°F（約３７１℃）以上になり、航空機の翼や環境制御システム（ＥＣＳ）に連通する前に、エンジンパイロンに取付けた空気−空気熱交換器内で４５０°F（約２３２℃）以下に予冷しなければならない。空気‐空気熱交換器を連通する相対的に低温の空気は、航空機エンジンのファン部から引き出されたファンバイパス空気流である。この空気流は、ガスタービンエンジンのファンダクトから引き出された空気であり、エンジンの作動効率をさらに低下させてしまう。
【０００４】
従って、エンジンの作動効率の低下を最小限にする航空機の環境制御システム（ＥＣＳ）のための効率的かつ軽量の熱管理システムを提供することが求められている。
【０００５】
本発明の燃料を基にした熱管理システムは、燃料が従来のコークス化（ｃｏａｋｉｎｇ）温度を超えることを許容する燃料安定化システムを含む。空気‐燃料熱交換器は、環境制御システム（ＥＣＳ）の予冷器として作動し、エンジン圧縮機の抽気から、熱が燃料に放出される。脱酸素化燃料による空気−燃料熱交換器によって、エンジンの作動効率を低下させる従来の空気−空気型予冷器の場合のエンジンバイパス空気流に比較して、バイパス空気を最小限にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンの作動効率の低下を最小限にする航空機の環境制御システムのための効率的かつ軽量の熱管理システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、エネルギー転換装置（ＥＣＤ：ｅｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）１２のための燃料を基にした熱管理システム（ＴＭＳ）１０の概略図を示す。この熱管理システム（ＴＭＳ）は、燃料回路１４および環境制御システム回路１６を備える。
【０００８】
燃料安定化システム（ＦＳＵ）１８は、燃料タンクシステム２０（図１では概略のみ示す）から液体燃料を受ける。この燃料安定化システム（ＦＳＵ）１８の位置は、可能性のある多くの位置の中の一つのみを例示しており、燃料安定化システム（ＦＳＵ）１８は、耐高温の構成要素を用いて、より高い温度で有利に燃料から酸素を除去するように他の位置に配置しても良い。
【０００９】
エネルギー転換装置（ＥＣＤ）１２は、様々な形態となり得るが、燃料に溶存酸素が相当量存在している場合は、燃料が、最終的な処理、燃焼、またはエネルギー放出に使用される前に、自動酸化反応およびコークス化（ｃｏｋｉｎｇ）が生じるのに十分な熱を獲得してしまう。ＥＣＤ１２の１つの形態は、ガスタービンエンジンであり、特に、図示例は、ファン部２２、圧縮機部２４、タービン部２６および燃焼室部２８を含むターボファンエンジンである。
【００１０】
燃料は、通常、液体ジェット燃料などの炭化水素である。燃料安定化システム（ＦＳＵ）は、燃料脱酸素化システム３０を含む。該システム３０は、液体燃料から溶存酸素を除去し、著しい高温においてもコークス化せずに燃料を安定化させる。この液体燃料は、高い熱負荷を与えて、燃料へ熱を放出することができるものとなる。様々な脱酸素化システムが、本発明の効果の恩恵を受けると理解される。燃料の脱酸素化システムおよびこれに関連する構成要素をより理解するために、本出願人の米国特許第６，３１５，８１５号および第６，７０９，４９２号を参照されたい。
【００１１】
燃料回路１４の燃料は、環境制御システム（ＥＣＳ）回路１６用の冷媒として機能し、熱エネルギーを吸収する。その後、高温になった燃料がエネルギー転換装置（ＥＣＤ）１２の燃焼室部２８に連通する。一般に、燃料を加熱すると、エネルギー変換装置（ＥＣＤ）１２の効率が上昇する。脱酸素化システム３０によって、燃料を９００°F（約４８２℃）以上の温度にすることが可能となる。
【００１２】
液体‐空気熱交換器システム３２は、燃料回路１４と環境制御システム回路１６との間の交差する点に配置される。この液体‐空気熱交換器システム３２は、本発明では、環境制御システム（ＥＣＳ）の予冷器として実施されているが、本発明から同様に利益を受ける熱管理を必要とする他のサブシステムや、別の熱交換サブシステムも、熱管理システム（ＴＭＳ）１０に組み込むことができる。高温の脱酸素化燃料と圧縮空気とが近接するので、様々な適当な注意が必要となり得るが、これらの対策は、熱管理の技術において自明なものである。
【００１３】
この環境制御（ＥＣＳ）回路１４は、エネルギー転換装置（ＥＣＤ）１２の圧縮機部２４から圧縮空気を受ける。この圧縮空気は、航空機の環境制御システム（ＥＣＳ）３６を介して航空機のキャビン３４に連通する前に、液体‐空気熱交換器システム３２を通過する。キャビン３４へ供給するために一般的な環境制御システム（ＥＣＳ）３６内で行われる従来の冷却の前に、この液体‐空気熱交換器システム３２によって、好ましくは、約３００°F（約１４６℃）に圧縮空気の温度を下げる。
【００１４】
脱酸素化燃料は、エネルギー転換装置１２の燃焼器部に連通する前に、液体‐空気熱交換器システム３２内で、好適には、３２５°F（約１６２℃）以上の温度になる。この程度の温度あるいはこれより高い温度は、脱酸素化燃料が９００°F（約４８２℃）より高温に達することに適応できる脱酸素化システム３０により、実現可能である。エネルギー転換装置１２の性能は、浪費される熱エネルギーを、逆に有効利用することよって改善される。さらに、圧縮空気が環境制御システム（ＥＣＳ）３６に連通する前に、空気‐液体熱交換器システム３２により圧縮空気をさらに冷却することは、有利には、環境制御システム（ＥＣＳ）３６やこれと関連する熱交換器の大きさや重量を最小限にする。このように熱を管理することで、エンジンの作動効率を低下させてしまうようなファンバイパス（ｆａｎ  ｂｙｐａｓｓ）空気の利用を、回避すること、もしくは最小限にすることができる。
【００１５】
以上、本発明を特定の処理手順に従って記載してきたが、特別な制限がないものについては、これらの順序を変更したり、別々にしたり、あるいは適当に組み合わせて行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の熱管理システムの全体の構成図。
【符号の説明】
【００１７】
１２…エネルギー変換装置（ＥＣＤ）
１４…エネルギー変換装置（ＥＣＤ）回路
１６…環境制御システム（ＥＣＳ）回路
１８…燃料安定化装置（ＦＳＵ）
３６…環境制御システム（ＥＣＳ）
【図１】
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