(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成でエンジン抽気を適切に冷却する空調システムを提供する。【解決手段】第１及び第２のタービン４、５及びコンプレッサ３を備えたエアサイクルマシンＡＣＭと、コンプレッサ３の出口と第１のタービン４の入口とを連通するブートストラップ回路６と、コンプレッサ３の上流に配され一次熱交換器１２と、ブートストラップ回路６中に配された二次熱交換器１４と、第１のタービン４の出口と第２のタービン５の入口とを連通する低温空気通路７と、第２のタービン５の出口と与圧室２３とを連通する給気通路９とを具備する空調システム１に、低温空気通路中７を流通する空気の一部を流通させて低温空気通路７内に還流させる循環通路１７と、この循環通路１７内の空気とブートストラップ回路６内の空気との熱交換を行う再生熱交換器２１と、この再生熱交換器２１内を流通する空気の流量を制御する流量制御装置２６とをさらに具備させる。【選択図】図１
2013126840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部でエンジン抽気を断熱膨張させることにより駆動される第１及び第２のタービン及びこれら第１及び第２のタービンとともに回転しエンジン抽気を圧縮し前記第１のタービンに吐出するコンプレッサを結合したエアサイクルマシンと、前記コンプレッサの出口と前記第１のタービンの入口とを連通するブートストラップ回路と、前記コンプレッサの上流に配されエンジン抽気を外気との熱交換により冷却する一次熱交換器と、前記ブートストラップ回路中に配され前記コンプレッサで圧縮し昇温させた空気を外気との熱交換により冷却する二次熱交換器と、外気を前記一次熱交換器及び二次熱交換器に供給するための外気通路と、前記第１のタービンの出口と前記第２のタービンの入口とを連通する低温空気通路と、前記第２のタービンの出口と与圧室とを連通する給気通路とを具備する空調システムであって、
前記低温空気通路中を流通する空気の一部を流通させて該低温空気通路内に還流させる循環通路と、この循環通路内の空気と前記ブートストラップ回路内の空気との熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器内を流通する空気の流量を制御する流量制御装置とをさらに具備することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記流量制御装置が、前記第１のタービン出口の空気温度及び前記ブートストラップ回路中の再生熱交換器出口の空気温度をパラメータとして前記再生熱交換器内を流通する空気の流量を制御する請求項１記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機内に与圧用空気を供給し、同時に機内の冷暖房を伴う換気を行い得るようにした航空機用の空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図５に示すように、航空機等に主に用いられる空調システムａ１において、内部でエンジンａ２から抽出した抽気を断熱膨張させることにより駆動されるタービンａ４及びこのタービンａ４とともに回転し前記抽気を圧縮し前記タービンａ４に吐出するコンプレッサａ３を共通の駆動軸ａ１３を介して結合したエアサイクルマシンａＡＣＭと、前記コンプレッサａ４の出口と前記タービンａ３の入口とを連通するブートストラップ回路ａ６と、前記タービンａ４内で断熱膨張させた後の空気を流通させて与圧室ａ２３に導く給気通路ａ９と、前記ブーストラップ回路ａ６内を流通する空気と前記給気通路ａ９内を流通する空気との熱交換を行わせるためのコンデンサａ８とを備える構成が広く知られている。また、このような構成において、エアサイクルマシンＡＣＭの駆動軸ａ１３を、外気通路ａ１１中に設けたファンａＦにより駆動可能な構成が多く採用されている。
【０００３】
さらに上述したような空調システムにおいて、前記ブーストラップ回路ａ６の中間に、前記コンプレッサａ３により圧縮された高温空気をラムエアにより冷却する二次熱交換器ａ１４と、前記二次熱交換器ａ１４と前記コンデンサａ８との間に設けられるリヒータａ１５と、前記コンデンサａ８より下流側に設けられ前記コンデンサａ８により冷却された空気中から水分を除去するための水分離器ａ１６とを設けている構成が広く知られている。ここで、前記リヒータａ１５は、前記コンデンサａ８内で低温空気と熱交換を行う前の高温空気と前記コンデンサａ８内で低温空気と熱交換を行った後の高温空気との間で熱交換を行わせる。そして、前記水分離器ａ１６は、前記コンデンサａ８内で給気通路ａ９内を流通する低温空気との熱交換により冷却された際に凝縮した空気中の水分を分離除去する（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
このような空調システムにおいては、上述したように、エンジンから抽出した抽気、及びこの抽気をコンプレッサにより圧縮した高温空気を冷却すべく、前記１次熱交換器及び２次熱交換器を通過させてラムエア通路を流通するラムエアと熱交換を行うが、低高度かつ高速で飛行する場合、及び高々度かつ低速で飛行する場合に、以下に述べるような問題が発生しうる。すなわち、低高度かつ高速で飛行する場合は、ラムエアの質量流量自体は十分であるものの、ラムエアがラムエア通路内で圧縮されることによりラムエア通路内のラムエア温度が上昇し、その結果１次熱交換器及び２次熱交換器における冷却が十分行われなくなることがある。一方、地上駐機状態あるいは低速で飛行する場合は、ラムエア通路内に流入し１次熱交換器及び２次熱交換器と熱交換を行うラムエアの質量流量が与圧室内の空調に必要とされるエンジン抽気の量と比較して少なくなり、その結果１次熱交換器及び２次熱交換器における冷却が十分行われなくなることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上の点に着目し、簡単な構成で、かつエンジン抽気を冷却した圧縮空気を外部に排出することなく、あるいは１次熱交換器及び２次熱交換器の容量を大きくすることなくエンジン抽気を適切に冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る空調システムは、内部でエンジン抽気を断熱膨張させることにより駆動される第１及び第２のタービン及びこれら第１及び第２のタービンとともに回転しエンジン抽気を圧縮し前記タービンに吐出するコンプレッサを結合したエアサイクルマシンと、前記コンプレッサの出口と前記第１のタービンの入口とを連通するブートストラップ回路と、前記コンプレッサの上流に配されエンジン抽気を外気との熱交換により冷却する一次熱交換器と、前記ブートストラップ回路中に配され前記コンプレッサで圧縮し昇温させた空気を外気との熱交換により冷却する二次熱交換器と、外気を前記一次熱交換器及び二次熱交換器に供給するための外気通路と、前記第１のタービンの出口と前記第２のタービンの入口とを連通する低温空気通路と、前記第２のタービンの出口と与圧室とを連通する給気通路とを具備する空調システムであって、前記低温空気通路中を流通する空気の一部を流通させて該低温空気通路内に還流させる循環通路と、この循環通路内の空気と前記ブートストラップ回路内の空気との熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器内を流通する空気の流量を制御する流量制御装置とをさらに具備することを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、前記冷気通路内を流通する空気の一部を前記再生熱交換器に導入しつつ冷気通路内に循環させるので、エンジン抽気を捨てることなく、あるいは一次熱交換器及び二次熱交換器の容量を大きくすることなく、前記冷気通路内を流通する空気により、ブートストラップ回路内に導入されたエンジン抽気を適切に冷却することができる。
【０００９】
また、二次熱交換器及び再生熱交換器の冷却能力の調整範囲を大きくするための構成として、前記流量制御装置が、前記第１のタービン出口の空気温度及び前記ブートストラップ回路中の再生熱交換器出口の空気温度をパラメータとして前記再生熱交換器内を流通する空気の流量を制御するものが挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構成で、かつエンジン抽気を冷却した圧縮空気を外部に排出することなく、あるいは１次熱交換器及び２次熱交換器の容量を大きくすることなくエンジン抽気を適切に冷却して与圧室内の空調を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る空調システムを概略的に示す図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る空調システムを概略的に示す図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る空調システムを概略的に示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る空調システムを概略的に示す図。
【図５】従来の空調システムを概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について、図１を参照しつつ以下に示す。
【００１３】
この実施例の空調システム１は、図１に概略を示すように、エンジン２からの抽気の供給を受けて抽気を圧縮するコンプレッサ３と、前記コンプレッサ３により圧縮された抽気を内部で断熱膨張させる第１及び第２のタービン４、５と、前記コンプレッサ３の出口と前記第１のタービン４の入口との間を連通し前記コンプレッサ３で圧縮した高温のエンジン抽気を流通させるブーストラップ回路６と、前記第１のタービン４の出口と前記第２のタービン５の入口とを連通し前記第１のタービン４内で断熱膨張させた後の空気を流通させる低温空気流路７と、前記ブーストラップ回路６内を流通する空気と前記低温空気流路７内を流通する空気との熱交換を行わせるためのコンデンサ８と、前記第２のタービン５内で断熱膨張させた後の空気を流通させる給気通路９とを具備する空調装置を用いるものである。
【００１４】
前記エンジン２とコンプレッサ３との間は抽気ライン１０を介して連通している。この抽気ライン１０には、外気通路１１（以下、ラムエア通路と称する）内を流通する外気（以下、ラムエアと称する）とエンジン抽気との間で熱交換を行うことによりエンジン抽気を予冷する一次熱交換器１２を設けている。
前記コンプレッサ３及び前記第１及び第２のタービン４、５は、共通の駆動軸１３により結合したエアサイクルマシンＡＣＭを構成している。また、このエアサイクルマシンＡＣＭの駆動軸１３は、外気通路１１中に設けたファンＦにより駆動可能である。
【００１５】
前記ブーストラップ回路６には、その中間に、前記コンプレッサ３により圧縮された高温空気をラムエアにより冷却する二次熱交換器１４と、前記二次熱交換器１４と前記コンデンサ８との間に設けられるリヒータ１５と、前記コンデンサ８より下流側に設けられ前記コンデンサ８により冷却された空気中から水分を除去するための水分離器１６とを設けている。そして、前記ブーストラップ回路６の水分離器１６より下流側は、前記リヒータ１５を経て第１のタービン４の入口側に連通している。前記リヒータ１５は、前記コンデンサ８内で低温空気と熱交換を行う前の高温空気と前記コンデンサ８内で低温空気と熱交換を行った後の高温空気との間で熱交換を行わせる。前記水分離器１６は、前記コンデンサ８内で低温空気流路７内を流通する低温空気との熱交換により冷却された際に凝縮した空気中の水分を分離除去する。
【００１６】
前記低温空気流路７は、その中間に前記コンデンサ８を配している。さらに、この低温空気流路７のコンデンサ８より下流の部位には、この低温空気通路７中を流通する空気の一部を流通させて該低温空気通路７内に還流させる循環通路１７を設けている。また、この低温空気流路７と前記ブートストラップ回路６との間には、前記第１のタービン４を通過させることなくこれら低温空気流路７とブートストラップ回路６を連通させるバイパス通路１８を設けており、このバイパス通路１８中には温度調節弁１９を設けている。
【００１７】
前記循環通路１７は、本実施形態では前記低温空気通路７内に設けられた冷気分岐手段であるジェットポンプ２０から分岐して設けられており、前記ブーストラップ回路６のリヒータ１５より上流の部位を流通する空気と熱交換を行う再生熱交換器２１と、この再生熱交換器２１より下流側に設けられ該循環通路１７内を流通する空気の量を調節するための流量制御弁２２とを設けている。
【００１８】
前記給気通路９は、前記第２のタービン５の出口と航空機の客室内等の与圧室２３とを連通する。
【００１９】
また、この空調システム１は、前記第１のタービン４の出口における空気の温度を測定可能なタービン出口温度センサ２４と、前記ブートストラップ回路中における前記再生熱交換器２１の出口の空気の温度を測定可能な熱交換器出口温度センサ２５とを備えている。
【００２０】
さらに本実施形態では、再生熱交換器２１内を流通する空気の流量を制御する流量制御装置２６を設けている。この流量制御装置２６は、中央演算処理装置、記憶装置、入出力インタフェースを少なくとも備えたマイクロコンピュータシステムを主体として構成したものである。入出力インタフェースには、前記タービン出口温度センサ２４から出力されるタービン出口温度信号ａ、及び熱交換器出口温度センサ２５から出力される熱交換器出口温度信号ｂ等が入力される。また、入出力インタフェースからは、前記流量制御弁２２を開閉するための流量制御弁開閉信号ｃ及び温度調節弁１９を開閉するための温度調節弁開閉信号ｄが出力される。そして、前記記憶装置の所定領域には温度制御プログラムが内蔵されている。この温度制御プログラムは、中央演算処理装置が実行することにより、前記タービン出口温度信号ａ及び前記熱交換器出口温度信号ｂにそれぞれ対応する温度をパラメータとして、各温度が第１の所定値を上回る場合に前記流量制御弁２２の開度を増加させ、前記温度が第１の所定値より低い第２の所定値を下回る場合に前記流量制御弁２２の開度を減少させるべく弁開閉信号ｃを出力する制御を行う。また、この流量制御装置は、前記タービン出口温度信号ａに対応する温度をパラメータとして、該温度が第３の所定値を上回る場合に前記温度調節弁１９の開度を増加させ、前記温度が第３の所定値より低い第４の所定値を下回る場合に前記温度調節弁１９の開度を減少させるべく温度調節弁開閉信号ｄを出力する制御も行う。
【００２１】
すなわち本実施形態においては、エンジン抽気は、まず抽気ライン１０内を流通し、この抽気ライン１０中に設けられた一次熱交換器１２を通過する際にラムエア通路１１を流通するラムエアと熱交換を行い冷却される。次いで、コンプレッサ３内で断熱圧縮されてコンプレッサ３の出口からブートストラップ回路６に導かれる。このブートストラップ回路６中に設けられた二次熱交換器１４を通過する際に再度ラムエア通路１１を流通するラムエアと熱交換を行い冷却される。その後、再生熱交換器２１、リヒータ１５及びコンデンサ８を順次通過し、水分離器１６を通過して水分を除去された後、第１のタービン４内で断熱膨張して低温空気流路７に導入される。さらに、低温空気流路７に導入された空気は、前記コンデンサ８内で前記ブートストラップ回路６内を流通する空気と熱交換を行いジェットポンプ２０に達する。ジェットポンプ２０に達した空気の一部は前記循環通路１７内に導入され、前記再生熱交換器２１において前記ブートストラップ回路６内を流通する空気と熱交換を行い低温空気流路７のジェットポンプ２０より下流の部位に還流し、前記循環通路１７に導入されなかった空気とともに第２のタービン５内で断熱膨張し、給気通路２１を経て与圧室２３内に導かれる。
【００２２】
また、前記流量制御装置２６は、上述したように前記温度制御プログラムを中央演算処理装置が実行することにより、流量制御弁２２の開度を調整して前記水分離器１６及び前記第２のタービン５に達する空気の温度を調整するとともに、温度調節弁１９の開度を調整して前記低温空気流路７及び前記循環通路１７内を流通する空気の温度を調整する。
【００２３】
以上に述べたように、本実施形態の構成によれば、前記低温空気流路７内を流通する空気の一部を前記再生熱交換器２１に導入し、低温空気流路７に還流させるので、エンジン抽気を外部に捨てることなく、あるいは一次熱交換器１２及び二次熱交換器１４の容量を大きくすることなく、前記低温空気流路７内を流通する空気により、ブートストラップ回路６内に導入されたエンジン抽気を適切に冷却し、水分離器１６による除湿をより効果的に行うことができる。
【００２４】
また、前記流量制御装置２６が、前記第１のタービン４の出口の空気温度及び前記ブートストラップ回路６中の再生熱交換器２１出口の空気温度をパラメータとして前記循環通路１７内を流通する空気の量を調節するので、ブートストラップ回路６内を流通する空気が再生熱交換器２１を通過する際に過度に冷却されることを防ぐことができ、従って２次熱交換器１４及び再生熱交換器２１の冷却能力の調整範囲を大きくすることができる。
【００２５】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００２６】
例えば、図２に示すように、上述した実施形態に係るジェットポンプ２０に代えて、低温空気流路７中にオリフィス２７を設けるとともに、このオリフィス２７の上流から低温空気流路７を分岐させて循環通路１７を設け、この循環通路１７内に該循環通路１７内を空気が流通するのに必要な駆動力を供給するファン２８を設けるようにしてもよい。
【００２７】
また、図３に示すように、低温空気流路７中のジェットポンプ２０より下流側から循環通路１７を分岐させてもよい。
【００２８】
ここで、図２及び図３を参照しつつ上述した空調システムは、上述した点以外は前記図１を参照しつつ上述した実施形態の空調システム１と同一の構成を有するので、対応する箇所には同一の名称及び符号を付し、詳細な説明は省略している。
【００２９】
加えて、前記図３に係る実施形態では、外気通路１１中に設けたファンＦを利用してエアサイクルマシンＡＣＭの駆動軸１３、並びにこの駆動軸１３に接続したコンプレッサ３、第１のタービン４及び第２のタービン５を駆動するようにしておるが、上述したファンＦは、図４に示すように省略してもよい。なお、図４に示す空調システムは、図３を参照しつつ上述した空調システムと、ファンＦを省略した以外は同一の構成を有するので、対応する箇所には同一の名称及び符号を付し、詳細な説明は省略している。
【００３０】
その他、本実施形態の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００３１】
３…コンプレッサ
４…第１のタービン
５…第２のタービン
６…ブートストラップ回路
７…低温空気通路
９…給気通路
１１…外気通路
１２…一次熱交換器
１４…二次熱交換器
１７…循環通路
２１…再生熱交換器
２６…流量制御装置
ＡＣＭ…エアサイクルマシン
【図１】
2013126840.tif 000003
【図２】
2013126840.tif 000004
【図３】
2013126840.tif 000005
【図４】
2013126840.tif 000006
【図５】
2013126840.tif 000007