(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機客室の与圧、温度制御および新鮮空気の供給を飛行高度に関係なく、確実に効率よく行う。【解決手段】外気、ラム空気および／または与圧空気で充填され、少なくとも１つのモータおよび／または少なくとも１つのタービンで駆動され、航空機客室に直接的または間接的に連通する排気口を備えた第１圧縮機により構成される第１圧縮空気供給源を有する航空機システムの動作方法であって、前記航空機システムは、航空機客室に直接的または間接的に連通可能な排気口を備えた少なくとも１つの第２圧縮空気供給源を有し、第１動作モードでは前記第１圧縮空気供給源のみが前記航空機客室に連通し、第２動作モードでは前記第１および第２圧縮空気供給源の両方が前記航空機客室に連通し、前記動作モードは外気圧に応じて選択され、外気圧が高い時には前記第１動作モードが、外気圧が比較的低い時には前記第２動作モードが設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気、ラム空気および与圧空気のうちの少なくとも１つで充填され、少なくとも１つのモータおよび少なくとも１つのタービンの少なくとも一方で駆動され、航空機客室に直接的または間接的に連通している排気口を備えた第１圧縮機により構成される第１圧縮空気供給源を有する航空機システムの動作方法であって、
前記航空機システムは、航空機客室に直接的または間接的に連通可能な排気口を備えた少なくとも１つの第２圧縮空気供給源を有し、
第１動作モードでは前記第１圧縮空気供給源のみが前記航空機客室に連通し、
第２動作モードでは前記第１および第２圧縮空気供給源の両方が前記航空機客室に連通し、
前記動作モードは外気圧に応じて選択され、外気圧が高い時には前記第１動作モードが、外気圧が比較的低い時には前記第２動作モードが設定される
ことを特徴とする航空機システムの動作方法。
【請求項２】
請求項１の動作方法において、
圧縮された空気は、前記航空機客室に入る前に、前記航空機のラム空気ダクト内に設置されたラム空気熱交換器および少なくとも１つのタービンの少なくとも一方によって冷却される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項３】
請求項２の動作方法において、
少なくとも１つのタービンが前記第１圧縮機とともに１つの軸上に設置されている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つの動作方法において、
前記第２動作モードでは、前記第１圧縮機の排気と、前記第２圧縮空気供給源の排気の少なくとも一部とが混合され、その混合気流が冷却される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮機の排気の少なくとも一部がジェットポンプに供給される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つの動作方法において、
前記第２圧縮空気供給源は、外気で充填された１つ以上の電動第２圧縮機により構成される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つの動作方法において、
前記第２圧縮空気供給源は、エンジン抽気を供給するように構成されている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つの動作方法において、
前記第１および第２圧縮空気供給源に加えて、航空機客室に直接的または間接的に連通可能な排気口を備えた別の圧縮空気供給源が設けられている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮空気供給源と、前記少なくとも１つの第２圧縮空気供給源とが並列接続されている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つの動作方法において、
前記圧縮空気供給源の下流側であって前記客室の上流側に水抽出回路が設けられ、前記水抽出回路の下流側にタービンが設けられ、
前記第１および第２圧縮空気供給源の両方が前記航空機客室と連通し、圧縮された空気が部分的または完全なバイパスによって前記水抽出回路および前記タービン付近に誘導される第３動作モードが設定されている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１つの動作方法において、
前記空気は、前記航空機客室に入る前に、前記航空機のラム空気ダクト内に設置された１つ以上のラム空気熱交換器と、前記第１圧縮機とともに１つの軸上に設置され、全部または一部が充填された１つ以上のタービンとによって冷却される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１つの動作方法において、
前記第１動作モードでは、前記第２圧縮空気供給源の排気が少なくとも１つのラム空気熱交換器を備えたラム空気ダクト内に設置されたジェットポンプに供給されるように前記第２圧縮空気供給源が接続される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１つの動作方法において、
１つまたは複数の圧縮機を駆動する少なくとも１つのモータを冷却するためのジェットポンプおよびファンの少なくとも一方が設けられている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１つの動作方法において、
前記第２圧縮空気供給源は外気で充填された１つ以上の電動式の第２圧縮機によって構成され、
前記少なくとも１つの第１および第２圧縮機の少なくとも一方は、少なくとも１つのラム空気熱交換器を備えた前記ラム空気ダクト内に設けられ、空気の少なくとも一部を前記ラム空気熱交換器を介して移動させるために第１動作モードにおいて動作する翼車に結合されている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１つの動作方法において、
前記圧縮機を駆動する１つまたは複数の前記モータ、および、前記１つまたは複数の圧縮機に結合されていない１つまたは複数の前記ラム空気熱交換器、のうちの少なくとも一方を冷却するためのファンが１つ以上設けられている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１つの動作方法において、
前記ラム空気ダクトは、少なくとも部分的に流れ方向に延伸して前記ラム空気ダクトを少なくとも２つのセクションに分割する１つ以上の隔壁を有し、
第１のセクションには前記第２圧縮空気供給源に連通するジェットポンプまたは前記第２圧縮機に結合された翼車が配置され、
第２のセクションによって前記ラム空気ダクトを通過する空気が第１セクションをバイパスするようになっている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１つの動作方法において、
モータ冷却用のジェットポンプおよびファンの少なくとも一方が設けられた前記ラム空気ダクト内に、別のセクションが設けられている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮機の圧縮限界に達した時または前記第１圧縮機の最大モータ動力に達した時に、前記第１動作モードから前記第２動作モードへの切換が行われる
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１つの動作方法において、
前記第２動作モード中に前記航空機客室に供給される空気流塊は、前記第１動作モード中の空気流塊よりも大きい
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮機の排気口、前記第２圧縮空気供給源の圧縮機の排気口および別の圧縮空気供給源の排気口のうちの少なくとも１つが、それぞれの圧縮機吸気口に接続されることにより、再循環流が形成されている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮機の排気および前記圧縮機の排気の少なくとも一方は、前記航空機の前記ラム空気ダクト内のジェットポンプを介して前記第２圧縮空気供給源および別の圧縮空気供給源の少なくとも一方に供給されるか、または前記航空機のさらに別の需要部に供給される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の動作方法において、
前記さらに別の需要部は、ＯＢＯＧＳ、ＯＢＩＧＧＳ、ＷＡＩ（防氷翼）、補助冷却器／加熱器からなる群より選択されるか、または前記排気はエンジンまたは補助エンジンを始動させるために利用される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか１つの動作方法において、
前記航空機空調システムは、前記圧縮空気供給源の排気口に連通するタービンを有し、
タービンガイド装置を用いて前記タービンの断面を変更することによって、前記航空機空調システムの送出量を増加させる
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の動作方法において、
前記ラム空気熱交換器の吸気ラインを前記タービンの排気口に接続するラインが設けられ、
同ライン内にバルブ（ＴＣＶ：温度制御バルブ）が設けられ、
前記バルブおよび前記タービンガイド装置用の共通制御ユニットが設けられている
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか１つの動作方法において、
回路内の圧縮空気を、前記圧縮機を介して前記第１圧縮空気供給源および前記別の圧縮空気供給源の少なくとも一方に供給することによって温度を上昇させる
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮空気供給源の圧縮機の排気ラインおよび前記別の圧縮空気供給源の排気ラインの少なくとも一方を制限することによって温度を上昇させる
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１つの動作方法において、
前記航空機の前記ラム空気ダクト内に誘導されるラム空気の量を少なくすることによって温度を上昇させる
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の動作方法において、
前記ラム空気ダクトの吸気口は、アクチュエータで制御されるフラップまたはバルブを用いることによって少なくとも部分的に閉鎖可能である
ことを特徴とする動作方法。
【請求項２９】
請求項１から２８のいずれか１つの動作方法において、
前記第１圧縮機の排気と、前記少なくとも１つの別の圧縮空気供給源の排気とは、特にオゾンおよび炭化水素の少なくとも一方を転換するチャンバにより構成される混合点において混合される
ことを特徴とする動作方法。
【請求項３０】
請求項１から２９のいずれか１つの動作方法において、
請求項１から２９のいずれか１つに記載の方法によって動作する第１空調システムおよび第２空調システムが設けられ、
前記第２圧縮空気供給源は、外気、ラム空気または与圧空気で充填された２つまたは２つ以上の電動圧縮機、あるいは２つまたは２つ以上のエンジン抽気供給源により構成され、
前記第２モードでは前記空調システムの両方において前記第２圧縮空気供給源のうちの１つがオンに切り替えられ、別の動作モードでは各空調システムの前記第２圧縮空気供給源がオンに切り替えられる
ことを特徴とする動作方法。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか１つの動作方法において、
請求項１から２９のいずれか１つに記載の方法によって動作する第１空調システムおよび第２空調システムが設けられ、
前記第２圧縮空気供給源は、外気、ラム空気または与圧空気で充填された電動圧縮機またはエンジン抽気供給源により構成され、
前記第２動作モードでは前記空調システムの両方において前記第２圧縮空気供給源がオンに切り替えられて流塊が減少し、
別の動作モードでは前記空調システムの両方において前記第２圧縮空気供給源がオンに切り替えられて流塊が比較的増加する
ことを特徴とする動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機システムの動作方法に関する。特に航空機客室での新鮮空気の供給、空調および与圧を目的とした、外気、ラム空気および／または与圧空気で充填され、少なくとも１つのモータおよび／または少なくとも１つのタービンによって駆動され、航空機客室に直接的または間接的に連通している排気口を有する第１圧縮機により構成される第１圧縮空気供給源を備えた航空機システムの動作方法に関する。前記航空機システムは、航空機客室に直接的または間接的に連通可能な排気口を備えた少なくとも１つの第２圧縮空気供給源を有する。
【背景技術】
【０００２】
外気を利用して動作する圧縮機を備えた航空機空調システムに関して、様々な実施形態が知られている。特許文献１に記載の航空機空調システムは、ラム空気ダクト内に設置された３つの熱交換器を有し、冷却容量が変わるようにこれらを接続することによって、様々な方法で圧縮空気の冷却を行う。
特許文献２に記載の航空機空調システムでは、予冷された抽気流と圧縮・予冷された外気流とが混合されてできた混合気流が、適当な手段へ供給されて除湿される。この混合気流除湿手段は、蒸発器／凝縮器結合ユニットからなる。２つの気流はこのユニット内の混合点で混合されるが、この時に気流に含まれる小滴の大きさが大きくなる。また、特許文献３に記載の航空機空調システムは、抽気を利用せずに動作し、ラム空気または外気で充填された圧縮機がモータによって駆動される。
【特許文献１】ＷＯ  ２００５／０３０５８３  Ａ１
【特許文献２】ＤＥ  １０２  ３４  ９６８  Ａ１
【特許文献３】ＤＥ  １０３  ５０  ５４１  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
外気で充填される圧縮機には、特に圧縮機の吸気圧等の周囲条件が飛行高度によって著しく変化するという問題がある。そのため、広範な動作範囲が要求されるが、１つの圧縮機ではこれに完全かつ有効に対応することができない。
【０００４】
本発明の目的は、航空機空調システムの動作方法をさらに発展させることにより、航空機客室の与圧、温度制御および新鮮空気の供給を、飛行高度に関係なく、確実に効率よく行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本目的は、請求項１の特徴を備えた方法により達成される。この構成によれば、第１動作モードでは第１圧縮空気供給源のみが航空機客室に連通し、第２動作モードでは第１および第２圧縮空気供給源の両方が航空機客室に連通する。動作モードは外気圧に応じて選択されるようになっており、外気圧が高い時には前記第１動作モードが、外気圧が比較的低い時には前記第２動作モードが設定される。このように、本発明の方法は、主に飛行高度および外気圧によって決定される２つまたは２つ以上の動作モードで機能する。
【０００６】
第１動作モードでは、前記第１圧縮機にのみ給気が行われる。第１圧縮機は、例えば単段圧縮機または多段圧縮機であってもよい。この圧縮機は、地上運転中の与圧、温度制御および新鮮空気の供給に関する要求を確実に満たすものである。
【０００７】
第２動作モード、つまり飛行中等の低外気圧下では、必要な新鮮空気流塊を少なくとも２つの供給源から提供することができる。その２つの供給源とは、外気で充填され、モータおよび／またはタービンによって駆動される前記第１圧縮機および別のもう１つの圧縮空気供給源である。これらの圧縮空気供給源からの２つの流塊が混合されてできた混合空気流は、例えば航空機客室に供給される前に、冷却および除湿といった別の処理に付されるようになっている。
【０００８】
空気は、航空機客室に入る前に、航空機のラム空気ダクト内に設置された少なくとも１つのラム空気熱交換器および／または少なくとも１つのタービンによって冷却されることが好ましい。第１動作モードでは、冷却は、ともに冷却プロセスに組み込まれた前記少なくとも１つのラム空気熱交換器と、好ましくは１つの軸上で第１圧縮機およびモータに結合されている１つ以上の膨張タービンとの両方によって行うことが好ましい。１つ以上のタービンが圧縮機とともに１つの軸上に設置されていてもよい。冷却は、このように冷却プロセスに組み込まれて１つ以上のタービンを備える単一の装置によって行われることが好ましい。
【０００９】
複数の膨張段すなわちタービンを圧縮機とともに１つの軸上に設けることにより、例えば複数のタービンのうちの１つを冷却に使用し、もう１つのタービンを例えば客室内空気の膨張によるエネルギー回収といったその他の目的に使用することができるという利点がもたらされる。また、ＡＣＭの全てのタービンを冷却に用いることも当然可能である。個々の膨張段の異なる目的での使用方法は、例えば特定のパラメータ等によって決定されるものであり、全ての条件下で同じにするべきではない。
【００１０】
前記第２動作モードでは、前記第１圧縮空気供給源の排気と前記第２圧縮空気供給源の排気の少なくとも一部とが混合され、その混合気流が冷却されるようになっている。この冷却は第１動作モードの時と同様、冷却プロセスに組み込まれた少なくとも１つのラム空気熱交換器および少なくとも１つの膨張タービンを用いて行うことができる。
【００１１】
両気流の混合点は、例えばチャンバによって構成される。このチャンバは例えばオゾンまたは炭化水素転換用のチャンバである。
本発明のさらに別の概念によれば、第１および／または第２圧縮機の排気または第２圧縮空気供給源の排気の少なくとも一部がジェットポンプに供給される。このジェットポンプは、例えば航空機のラム空気ダクト内に配置され、ラム空気熱交換器および／または圧縮機を駆動するモータを冷却する機能を有する。
【００１２】
第２圧縮空気供給源は、外気、ラム空気および／または与圧空気で充填された１つ以上の単段または多段の電動第２圧縮機により構成されていてもよい。また、第２圧縮空気供給源はエンジン抽気によって構成されていてもよい。
【００１３】
本発明は、第１および第２圧縮空気供給源に限定されるものではない。必要な数の圧縮空気供給源を追加して接続することもまた可能である。
【００１４】
本発明の好ましい概念によれば、第１圧縮空気供給源と、少なくとも別のもう１つの圧縮空気供給源が並列に接続される。これらの圧縮空気供給源は、例えば外気で充填されて並列接続された圧縮機であってもよい。
【００１５】
本発明の利点は、特に航空機客室での新鮮空気の供給、空調および与圧を目的とした航空機システムを効率よく動作させることだけではない。この他にも、１システムにつき少なくとも２つの圧縮空気供給源を設けた二重構成による実質的な利点が挙げられる。例えば、一方の圧縮機でモータ不良が発生した場合でも、地上運転中および飛行中の両方において、もう一方の圧縮空気供給源が航空機客室への十分な供給を確実に行う。二重構成は、以下に詳細に説明するように、ライン（クロスブリードダクト構造）によって互いに連絡している２つの航空機システムまたは２つの航空機空調システムにおいても形成される。
【００１６】
第１および第２動作モードまたは別の動作モードに関する上記記載は、通常の場合に該当するものである。第１圧縮機の故障等の不具合が発生した場合には、これとは異なるその他の接続を設定することができる。例えば、第１圧縮機が故障した時は、その時の周囲条件では実際には第１動作モードを選択するべきであっても、第２圧縮空気供給源が航空機客室への供給を行うようになっている。
【００１７】
本発明のさらに別の概念によれば、圧縮空気供給源の下流側であって客室の上流側に水抽出回路が設けられ、水抽出回路の下流側にタービンが設けられ、第１および第２圧縮空気供給源の両方が航空機客室と連通し、圧縮された空気が部分的または完全なバイパスによって水抽出回路およびタービン付近に誘導される第３動作モードが設定されている。新鮮空気の供給は、第１または第２動作モードと同様に、このモードの最初に行われる。しかし、飛行高度が高い時の周囲条件により、水抽出回路およびタービン段は、バイパスバルブを開放することによって少なくとも部分的にバイパスされる。したがって、この場合には冷却は実質的に１つまたは複数のラム空気熱交換器を介して行われる。
【００１８】
本発明のさらに別の概念によれば、空気は、前記航空機客室に入る前に、航空機のラム空気ダクト内に設置された少なくとも１つのラム空気熱交換器と、第１圧縮機とともに１つの軸上に設置され、全部または一部が充填された１つ以上の膨張タービンとによって冷却される。冷却は、１つまたは複数のラム空気熱交換器に加え、空気冷却プロセスに組み込まれて１つ以上のタービンを備える単一のＡＣＭにより行われることが好ましい。この１つまたは複数のタービンは、１つの軸上で圧縮機およびモータに結合されることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、第２または別の圧縮空気供給源は、飛行中に一定の高度から切り替えられることが好ましい。したがって、これらを少なくとも部分的に地上でのラム空気熱交換器による冷却に利用することができる。つまり、第１動作モードで使用することができる。
【００２０】
このプロセスにおいて、圧縮機から抽出された空気の一部または全部は、調整バルブまたはチェックバルブを介してラム空気ダクトのファンチャンバに組み込まれたジェットポンプに供給されてもよい。このジェットポンプにより、冷却空気流がラム空気熱交換器に確実に流れることになる。ジェットポンプは、吸音対策として、特定の気流断面形状および／または特定の吸音層等と組み合わせて構成されていてもよい。第２圧縮空気供給源を第１動作モードとは異なる動作モードにおいてジェットポンプに接続してもよい。一般に第１圧縮機は動作モードに関係なくジェットポンプに連通させることができる。
【００２１】
また、ラム空気ダクトまたはファンチャンバ（プレナム）に組み込まれた翼車を利用して、１つまたは複数のラム空気熱交換器を介した外気吸入を行ってもよい。翼車は、１つの軸上で電動圧縮機と結合されている。この場合に稼動している圧縮機によって送られる空気は、外部へ噴出させてもよいし、ジェットポンプを介してファンを補助するようにラム空気ダクト内で利用してもよいし、あるいは別の需要部に供給してもよい。
【００２２】
また、１つ以上のファンを１または複数の圧縮機とは独立して設けることも可能である。１つ以上のファンは、１または複数の圧縮機モータおよび／または１または複数のラム空気熱交換器を冷却するために使用され、圧縮機に結合されないかまたは圧縮機とともに１つの軸上に設置されないように設けられる。
【００２３】
ファンチャンバは空気の流れを分岐するように構成されていてもよい。この工程において、ラム空気ダクトは、少なくとも部分的に流れ方向に延伸して前記ラム空気ダクトを少なくとも２つのセクションに分割する１つ以上の隔壁を有し、第１のセクションには第２圧縮空気供給源に連通するジェットポンプまたは第２圧縮機に結合された翼車が配置され、第２のセクションによって前記ラム空気ダクトを通過する空気が第１セクションをバイパスするようになっている。ラム空気熱交換器の冷却空気は、地上条件下で第１セクションに移送されることが好ましい。ジェットポンプおよび翼車はこのセクションに配置され、共に１つの分岐部に配置されてもよいし、隣接する複数の分岐部に別々に配置されてもよい。ラム空気熱交換器の冷却空気は、飛行条件下で第２セクションに移送されることが好ましい。ジェットポンプまたは翼車をバイパスすることにより、送出量が増加する。ファンが圧縮機に結合されていれば、このバイパスすなわち別の分岐部により、再循環流が生じる安全な換気動作が支援される。
【００２４】
圧縮機を駆動するモータを冷却するためのジェットポンプおよび／またはファンが設けられたラム空気ダクト内に、別のセクションを設けてもよい。
【００２５】
本発明のさらに別の概念によれば、ジェットポンプまたはファンが１または複数の圧縮機を駆動する１または複数のモータを冷却するために設けられている。
【００２６】
並列の圧縮機または圧縮空気供給源の切換時間は、様々な判断基準によって決定することができる。
【００２７】
前記第１圧縮機の圧縮限界に達した時または前記第１圧縮機の最大モータ動力に達した時に、前記第１動作モードから前記第２モードへの切換を行うことができる。全ての圧縮機のモータが同サイズである場合、別の圧縮機への切換が早い段階で行われる。
【００２８】
各ユニットにおいて、第２圧縮機あるいは第２または別の圧縮空気供給源がオンに切り替えられると、第１圧縮機の流塊が半減または減少する。これは、第２圧縮機または別の圧縮空気供給源から送られる流塊が、要求された新鮮空気量に満たないからである。この結果、少なくとも第１圧縮機に関して、新たな動作点がポンプ限界（サージライン）の左側の不安定範囲に位置することになる。安全つまり安定な動作を可能にするために様々な対策を講じることができる。
【００２９】
第２動作モードおよび第３動作モードにおいて、客室への新鮮空気量を増加させることができる。新鮮空気の量は、一般的にその他の動作モード、例えば第１動作モードにおいても増加させることが可能である。
【００３０】
また、流塊は、圧縮機段を介した再循環によって増加させることができる。この再循環ライン内にはバルブ（アンチサージバルブ（ＡＳＶ））を設けることができる。この貫流量の増加は、新鮮空気量を増やすためではなく、単に構成要素の安全性のために機能する。このような再循環は、動作モードとは無関係であってもよい。つまり、第１、第２および第３動作モード等において選択することができる。
【００３１】
さらに、第１または第２動作モードにおいて、第１圧縮機の排気および／または複数の圧縮機の排気は、航空機のラム空気ダクト内のジェットポンプを介して第２圧縮空気供給源および／または別の圧縮空気供給源に供給されるか、または航空機のさらに別の需要部に供給されてもよい。この動作方法は、第１または第２動作モードにおいて可能であるが、その他の動作モードにおいても可能である。
【００３２】
この結果、圧縮機を所望のいずれのモードにおいても安定な範囲内で動作させることができる。
【００３３】
さらに別の需要部とは、例えばＯＢＯＧＳ、ＯＢＩＧＧＳ、ＷＡＩ（防氷翼）等のシステム、あるいは別の加熱器／冷却器である。排気はエンジンまたは補助エンジン（ＡＰＵ）を始動させるために利用することができる。
【００３４】
必要なモータ動力を制限するために、ユニットの送出量を、要求される冷却容量および水抽出回路による空気除湿量に応じて増加させてもよい。この目的のために様々な手段が利用可能である。
【００３５】
必要なモータ動力は、調節可能なタービンガイド装置を利用して断面積を調節することで理想的に調節してもよい。タービンノズルの設計においては、冷却容量が最大で空気湿度が高い地上運転時を考慮することが重要である。飛行高度の増加にしたがってノズル面積を大きくすることが必要である。このタービンガイド装置は、例えば電気的、電空的または純粋に空気作用によって制御することができる。
【００３６】
送出量は、さらに増加させることが可能である。飛行高度が高く外気湿度が低い場合は、バイパスラインを開放することにより、水抽出回路とタービンがバイパスされる。飛行高度が高い時はこれ以上除湿する必要がないからである。バルブＢＰＶはこのバイパスラインに配置される。ＢＰＶが全開状態の時は、バイパスラインの送出量が大きく、タービン段がほとんど完全にバイパスされるので、ラム空気熱交換器により必要な冷却容量が達成されるはずである。さらに高いタービン冷却容量が要求される場合には、ＢＰＶのみを調節することによって追加のタービン冷却容量またはその他の冷却容量を達成することができる。したがって圧縮機の圧力比が上昇し、より大きなモータ動力が要求される。
【００３７】
また、圧縮空気供給源の排気口または混合気ラインをタービンの排気口に接続するためのライン内に設けられたバルブＴＣＶと、このガイド装置とに共通する制御ユニットを設けるようにしてもよい。この構成により、これらの制御を１つのアクチュエータだけで行うことができる。
【００３８】
地上運転時および低高度飛行時において、空調システムの加熱容量を増加させるために適当な手段をとることができる。この目的のために様々な手段が利用可能である。
【００３９】
圧縮空気の一部を圧縮機を介して再循環させることによって、温度を上昇させてもよい。この結果、処理空気の温度が上昇し、空調システムの加熱容量も増加する。
【００４０】
また、バルブによって出口温度を上昇させることによって圧縮機を減速させてもよい。またはタービン段をバイパスしてもよい。
【００４１】
さらに、断面を変化させることによってタービンのガイド装置を設計することができ、これによって地上条件下での空調システムの加熱容量が確保される。
【００４２】
また、ラム空気量を減らすことによって加熱容量を変化させることができる。これは、アクチュエータに制御されるフラップまたはバルブによってラム空気ダクトを部分的または全体的に閉鎖することにより行われる。また、ラム空気ダクト内のジェットポンプへの圧縮空気の供給を低減するかまたは停止してもよく、あるいは圧力レベルおよびスループットを変化させてもよい。
【００４３】
さらに別の手段は、ラム空気ダクト内に設置された翼車の動力を調節することである。
【００４４】
モータの冷却は、液体冷媒回路または２相冷媒回路により、外気またはラム空気を用いて行うことができる。別のジェットポンプをモータ冷却ダクトに任意に設けてもよい。冷却は、外気またはラム空気を用いて行うことができる。
【００４５】
空調システムの水抽出回路は通常、再熱器、再熱器の下流側で圧縮空気側の凝縮器および凝縮器の下流側の水抽出器を備える。この水抽出回路は一般的に再熱器を備えない設計であってもよい。
【００４６】
本発明のさらに別の概念によれば、請求項１から２９のいずれかに記載の方法によって動作する第１空調システムおよび第２空調システムが設けられ、前記第２圧縮空気供給源は、外気、ラム空気または与圧空気で充填された２つの電動圧縮機またはエンジン抽気供給源等の前記とは別の２つの圧縮空気供給源により構成され、前記第２モードでは前記空調システムの両方において前記第２圧縮空気供給源のうちの１つがオンに切り替えられ、別の動作モードでは各空調システムの前記第２圧縮空気供給源がオンに切り替えられるようになっている。この方法は、オンに切り替えられた圧縮機またはオンに切り替えられた圧縮空気供給源の流塊が最初に両空調システムに分割されるため、第１動作モードから第２動作モードへの変更時に空調システムの第１圧縮機への流塊がそれほど激しく減少しないという利点を有する。
【００４７】
この効果は、第２圧縮空気供給源を、外気、ラム空気または与圧空気で充填された１つの電動圧縮機または１つの抽気供給源のみで構成することによっても実現することができる。第２動作モードでは、空調システムまたは航空機システムの両方において１つの第２圧縮空気供給源を低容量で切り替えることにより、第１圧縮機の流塊の減少が比較的小さくなる。別の動作モードでは、空調システムの両方において第２圧縮空気供給源を切り替えることにより、流塊が比較的大きくなる。
【００４８】
第２空調システム同士または航空機システム同士を接続ラインによって接続することによっても、同様の二重構成を得ることができる。これにより、空調ユニットまたはシステムのうちの１つが不良となった場合、その大部分または全部を補填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明の詳細および利点を、図面に示す実施形態を参照しながらより詳しく説明する。
【００５０】
図１に、外気で充填された第１圧縮機を参照番号Ｃ１で示す。これは１つの軸上でモータＭと膨張タービンＴとに連結している。このユニット全体をＭＣＴ（電動圧縮機タービン）と称する。モータＭ近傍の波型矢印は、例えばジェットポンプまたはファンを用いた冷却を示す。ジェットポンプまたはファンは例えばラム空気ダクト内に配置される。これは図２および図３においても同様である。
【００５１】
別のもう１つの圧縮空気供給源である「第２空気供給源」は、前記圧縮空気供給源に追加して設けられ、システムの動作モードに基づいて切り替えられる。この圧縮空気供給源は、バルブＭＶ１（調節バルブ１）によってオンまたはオフ状態に切り替え可能であり、部分的に切り替えることも可能である。バルブＭＶ１の代わりにチェックバルブを設けてもよい。この第２圧縮空気供給源は、例えば外気または航空機エンジンからの抽気で充填された第２電動圧縮機であってもよい。圧縮機Ｃ１の排気口ラインは、この排気口ラインを通る気流が圧縮機の方向へ流れないことを確実にするチェックバルブＣＣＫＶを有する。
【００５２】
圧縮機Ｃ１の排気口ラインと、別の圧縮空気供給源の排気口ラインとは、混合点１０において互いに接続されている。チャンバ２０は混合点の下流側に位置し、内部に例えばオゾンおよび／または炭化水素（ＯＺＣ）用のコンバータを備えていてもよい。
【００５３】
図１に示すように、ラム空気熱交換器ＭＨＸはこのチャンバの下流側に位置し、航空機のラム空気ダクト３０内に配置されている。ラム空気熱交換器ＭＨＸは排気側において再熱器ＲＥＨ、凝縮器ＣＯＮおよび水抽出器ＷＥからなる水抽出回路に連通している。これらは再熱器、凝縮器、水抽出器の順に配置されている。水抽出器ＷＥの排気側は再熱器ＲＥＨの低温側に連通している。排気側において、再熱器の低温側はガイド装置ＶＴＮ（調節可能タービンノズル）を介してタービンＴの上流側に接続されて連通している。タービンからの低温排気は、凝縮器ＣＯＮの低温側を通過し、チェックバルブＰＣＫＶ（パックチェックバルブ）を通過したのち、混合チャンバまたは航空機客室へ供給される。
【００５４】
水抽出器ＷＥで分離された水は、図１に示すように、水噴射装置ＷＩを介してラム空気ダクト３０へ供給される。ラム空気ダクト吸気弁３２はラム空気ダクトの吸気口側に設置されており、ＲＡＩＡ（ラム空気吸気口アクチュエータ）によって様々な位置に動かすことができる。
【００５５】
ラム空気ダクトは、ラム空気熱交換器ＭＨＸの下流側のラム空気側において２つのセクション３１および３１’に分割されている。ジェットポンプＪＰが上側のセクションに配置され、バルブＪＰＭＶ（ジェットポンプ調節バルブ）を介して圧縮機または圧縮空気供給源の排気口ラインに連通している。
【００５６】
１本のラインがチャンバ２０の下流側であってラム空気熱交換器ＭＨＸの上流側にある混合気ラインからタービンＴの排気側まで延びており、この中にバルブＴＣＶ（温度制御バルブ）が設けられている。また、ラム空気熱交換器ＭＨＸの排気側から混合チャンバに通じる空調システムのラインへと繋がるバイパスラインが設けられている。このラインにはバルブＢＰＶ（バイパスパルブ）が設置されている。
【００５７】
図１のシステムは以下のように機能する。第１動作モードでは、全ての新鮮空気が圧縮機Ｃ１のみによって提供される。圧縮機Ｃ１は単段圧縮機であることが好ましいが、多段圧縮機であってもよい。この圧縮機は、与圧、温度調節および新鮮空気の供給に関する要求を確実に満たすものである。圧縮機からの排気は、チャンバ２０を通過したのち、まずラム空気熱交換器ＭＨＸで冷却される。この空気はその後水抽出回路を通過し、冷却プロセスの単一タービンＴで第２冷却に付される。タービン動力は、モータＭの動力とともに圧縮機Ｃ１の駆動力となる。タービンからの低温排気により、ラム空気熱交換器からの排気に含まれる水分が凝縮器ＣＯＮ内で凝縮される。
【００５８】
第２動作モードでは、バルブＭＶ１すなわちチェックバルブが開放され、新鮮空気流塊が圧縮機Ｃ１の排気および第２圧縮空気供給源の圧縮空気流によって形成される。第２動作モードにおいて、混合気流は、第１動作モードで圧縮機Ｃ１の排気が通過したのと同じ構成要素を通過する。
【００５９】
第３動作モードでは、第２動作モードと同様に新鮮空気の供給がまず行われる。しかし、飛行高度が高い時の周囲条件により、バルブＢＰＶを開放することによって水抽出回路とタービン段とが少なくとも部分的にバイパスされる。第３動作モードでの冷却は、実質的にラム空気熱交換器ＭＨＸを用いて行われる。
【００６０】
単段圧縮による各圧縮機段には高い圧力比が必要とされるため、これらの圧縮機段は補正された流塊に限定した動作範囲しか実現することができない。飛行高度の上昇に伴って補正された流塊（体積流）を出力できるようにするためには、減少する圧縮機の吸気圧を受けて、追加の圧縮機段または圧縮空気供給源を飛行高度に応じて並列に切り替えるようにする。ここで使用する外気圧縮機の数は決まっていないが、ユニット（空調システム）あたり少なくとも２つの圧縮空気供給源を並列接続することにより、適用領域全体をカバーすることができる。
【００６１】
さらに図１に示すように、第２圧縮空気供給源は開放バルブＪＰＭＶを用いてジェットポンプＪＰを操作してもよい。これにより、第１動作モードにおいても、１または複数のラム空気熱交換器を介した冷却空気流が確保される。さらに図１に示すように、圧縮機Ｃ１の圧縮排気を、バルブＪＰＭＶを介してジェットポンプに供給することもできる。この工程は特に実際的であり、圧縮機Ｃ１の安全／安定な動作を確実にする。追加の流塊はジェットポンプＪＰを通ってラム空気ダクトへ誘導されるか、またはその他の需要部に供給される。
【００６２】
空調システムの送出量を増加させるために、その断面を可変タービンガイド装置によって理想的に調節することができる。タービンＴのユニットＴＶＮがこの目的に合致する。このユニットは、通常のアクチュエータを用いた温度制御用のバルブＴＣＶで制御することができる。
【００６３】
図２は図１の構成の一例を示す。ここでは第２圧縮空気供給源がモータＭで駆動される圧縮機Ｃ２で構成されている。タービンは設けられていないので、ＭＣ（電動圧縮機）構成が得られる。このようなユニットを１つ以上設けてもよい。図２に示す空調システムの動作方法は図１で説明した方法に相当するので、それを参照する。図１に加えて、バルブＡＳＶ（アンチサージバルブ）で閉鎖可能な再循環ラインが圧縮機Ｃ１およびＣ２にそれぞれ延伸している。さらに、別のバルブＣＬＶ（圧縮機負荷バルブ）がチャンバ２０からラム空気熱交換器ＭＨＸへ延びるラインに追加されている。バルブＡＳＶを開放すると、再循環空気は圧縮機を通って増加する。これにより、圧縮機Ｃ１、Ｃ２を安全かつ安定に動作させることができる。上記したように、圧縮機の流塊は、ジェットポンプ調節バルブＪＰＭＶによって増加させることも可能である。図２に示すバルブＣＬＶが圧縮機Ｃ１およびＣ２を制限することにより、圧縮機Ｃ１、Ｃ２の出口温度が上昇する。
【００６４】
図３に本発明の方法に基づいて動作する空調システムのさらに別の変形例を示す。図１および図２を参照して説明した空調システムの動作は、地上運転時および低高度飛行時における動作である。図３の構成によれば、外気で充填された電動圧縮機Ｃ３およびＣ４を段階的に切り替えることができるので、右側または左側ユニットの圧縮機Ｃ１およびＣ２が不安定範囲で動作するという問題が軽減される。
【００６５】
図３によれば、一定の飛行高度からは、追加の圧縮機Ｃ３およびＣ４のいずれか１つのみを左側および右側ユニットの圧縮機と並列して動作させるようになっている。このことにより、第１圧縮機Ｃ１およびＣ２の流塊がそれほど減少せず、安定範囲での動作点（ポンプ限界（サージライン）の右側）が有効に維持される。オンに切り替えられた圧縮機（Ｃ３またはＣ４）の流塊を両ユニットに分割するために、圧縮機Ｃ３およびＣ４はライン４０（クロスブリードダクト構造）によって互いに接続されている。このラインにはバルブＣＢＳＯＶ（クロスブリード遮断バルブ）が設けられ、ライン４０を開閉可能としている。
【００６６】
クロスブリードダクト構造によって両空調システムを接続することにより、二重構成が得られる。したがって、各空調システムが必要に応じてもう一方の空調システムに対応する圧縮空気供給源に接続することができる。
【００６７】
高高度での飛行時には、もう１つの追加の圧縮機（Ｃ３またはＣ４）もまた並列に切り替えることができる。バルブＣＢＳＯＶは閉鎖され、２つの独立したユニットが図１および図２に示す第２動作モードと同じように動作する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の方法が適用される航空機空調システムの概略図である。
【図２】図１の航空機空調システムの一実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の方法を実施するための航空機空調システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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