(57)【要約】      （修正有）【課題】高々度を飛行する際の冷却性能を確保し、エアサイクルマシンの駆動軸を駆動するためのファンのサージング現象の発生を回避しつつ、飛行時の空気抵抗の低減を図る。【解決手段】電子機器を多数搭載した航空機に設けられ、外気通路１１中に、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タービン４、５、及びこのタービンとともに回転しエンジン抽気を圧縮し、タービンに吐出するコンプレッサ３を結合したエアサイクルマシンＡＣＭを駆動するためのファンＦと、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１２と、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１４とを備えた空調システム１において、外気通路１１中に、一次熱交換器１２及び二次熱交換器１４を通過することなく外気を流通させるバイパス通路２０を設ける。【選択図】図１
2013244751.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タービン及びこ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、前記タービンで膨張した空気を与圧室に供給する給気通路と、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、この外気通路中に設けられるとともに前記エアサイクルマシンの駆動軸に接続され該エアサイクルマシンを駆動するためのファンと、この外気通路中に設けられ前記一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過することなく外気を流通させるバイパス通路とを具備することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記バイパス通路内を流通する外気の量と前記一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過する外気の量とを相反的に変更するための流量分配調節弁を具備する請求項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、航空機等に主に用いられる空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図２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から抽気ラインａ１０を介して抽出され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ａ１９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。ここで、前記抽気ラインａ１０中には、抽気をラムエアにより冷却するための一次熱交換器ａ１２を設けている。
【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、外気通路ａ１１内を流通するラムエアにより前記コンプレッサａ３により圧縮された高温空気を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（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、前記一次熱交換器ａ１２及び前記二次熱交換器ａ１４は、外気通路ａ１１中に設けられており、この外気通路ａ１１を通過するラムエアにより抽気を冷却する。この外気通路ａ１１中には、外気によるファンａＦの過回転を防ぐためのチェックバルブａ２０も設けている。また、従来、大型航空機において特に高々度を飛行する際には、前記エアサイクルマシンａＡＣＭの回転を停止し、前記一次熱交換器ａ１２及び前記二次熱交換器ａ１４によるラムエアによる冷却を行うようにしている。さらに、飛行時において、外気通路ａ１１を通過するラムエアが前記一次熱交換器ａ１２及び前記二次熱交換器ａ１４を通過する際に機体に空気抵抗を与えることから、この外気通路ａ１１の入口にラムドアａ２１を設け、このラムドアａ２１の開度を制御することにより空気抵抗の低減を図りつつ、温度制御を行うようにすることも行われている。
【０００５】
しかして、電子機器を多数搭載した航空機においては、与圧室ａ１９内の温度環境を維持することに比して、飛行領域に依存しない電子機器による発熱を冷却することが優先されることがある。このような場合、高々度を飛行する際であっても前記一次熱交換器ａ１２及び前記二次熱交換器ａ１４による冷却では十分ではなく、エアサイクルマシンａＡＣＭを駆動しておく必要が生じる。しかし、高々度においてはラムエアの密度が小さく、外気通路ａ１１を通過するラムエアの質量密度が比較的小さくなっていることから、空気抵抗の低減を図るべくラムドアａ２０の開度を小さくすると、エアサイクルマシンａＡＣＭの駆動軸ａ１３を駆動するためのファンａＦが、図３に示すファンａＦの特性曲線におけるサージラインＳＬの上側で運転されるようになる。その際、このファンａＦにサージング現象が発生し、騒音が発生する不具合や、外気通路ａ１１内に大きな空気の振動が発生してファンａＦが破損する不具合が発生しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明は以上の点に着目し、電子機器を多数搭載した航空機において、高々度を飛行する際の冷却性能を確保し、エアサイクルマシンの駆動軸を駆動するためのファンのサージング現象の発生を回避しつつ、飛行時の空気抵抗の低減を図ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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タービン及びこ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、前記タービンで膨張した空気を与圧室に供給する給気通路と、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、この外気通路中に設けられるとともに前記エアサイクルマシンの駆動軸に接続され該エアサイクルマシンを駆動するためのファンと、この外気通路中に設けられ前記一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過することなく外気を流通させるバイパス通路とを具備することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、電子機器を多数搭載した航空機において高々度を飛行する際に、外気の流れにより前記ファンを回転させてエアサイクルマシンを駆動することにより電子機器を冷却できるようにしつつ、前記パイパス通路内を外気が流通するようにすることによりファンを駆動する外気の流量を確保してファンのサージ領域での運転を回避することができる。その上で、前記パイパス通路内を外気が流通することにより、飛行時の空気抵抗の低減を図ることができる。
【００１０】
上述した効果をより好適に得ることができる構成として、前記バイパス通路内を流通する外気の量と前記一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過する外気の量とを相反的に変更するための流量分配調節弁を具備するものが挙げられる。このようなものであれば、高々度を飛行する際には前記バイパス通路内を流通する外気の量を大きくし前記一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過する外気の量を小さくすることによりファンに供給される外気の量を確保しファンのサージング現象の発生を回避しつつ、低高度を飛行する際には前記バイパス通路内を流通する外気の量を小さくし前記一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過する外気の量を大きくすることにより冷却能力の確保を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子機器を多数搭載した航空機において、高々度を飛行する際の冷却性能を確保し、エアサイクルマシンの駆動軸を駆動するためのファンのサージング現象の発生を回避しつつ、飛行時の空気抵抗の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る空調システムの概略図。
【図２】従来の空調システムの概略図。
【図３】この種の空調システムに用いられるファンの特性図。
【発明を実施するための形態】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
前記ブーストラップ回路６には、その中間に、外気通路１１内を流通するラムエアにより前記コンプレッサ３により圧縮された高温空気を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。また、前記外気通路１１中には、外気によるファンＦの過回転を防ぐためのチェックバルブ２０も設けている。
【００１７】
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。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１７を設けており、このバイパス通路１７中には温度調節弁１８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１９とを連通する。
【００１９】
しかして本実施形態では、前記外気通路１１中に、前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過することなく外気を流通させるためのバイパス通路２１と、このバイパス通路２１の入口に設けられ前記バイパス通路２１内を流通する外気の量と前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過する外気の量とを相反的に変更するための流量分配調節弁２２とを備えている。より具体的には、前記流量分配調節弁２２は、前記バイパス通路２１の入口が遮蔽され外気の全量が前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過可能な状態となる位置である全閉位置Ｓと、前記バイパス通路２１の入口が全面的に開放され前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過する外気の割合が最も少ない状態となる位置である全開位置Ｏとの間で移動可能である。この流量分配調節弁２２は、リニアアクチュエータ２３により駆動される。さらに、このアクチュエータ２３は制御装置２４に接続されており、この制御装置２４からの信号を受けて前記流量分配調節弁２２を前記全閉位置Ｓと前記全開位置Ｏとの間で移動させる。ここで、前記制御装置２４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、高度計２５から出力される高度信号ａ、及び二次熱交換器１４の出口近傍に設けた熱交換器出口温度センサ２６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、流量分配調節弁２２を開閉するための流量分配調節弁ｃが出力される。そして、前記記憶装置の第１の所定領域には外気流量制御プログラムが内蔵されている。この外気流量制御プログラムは、前記高度信号ａが示す高度及び前記熱交換器出口温度信号ｂが示す二次熱交換器１４の出口温度をパラメータとして、前記流量分配調節弁２２の移動量すなわち前記流量分配調節弁２２の開度を決定し、決定した開度となるようにリニアアクチュエータ２３を介して流量分配調節弁２２を移動させる制御を行うプログラムである。さらに詳述すると、前記記憶装置の第２の所定領域には、代表的な高度及び二次熱交換器１４の出口温度に対応する前記流量分配調節弁２２の開度を示す開度マップを記憶している。そして、分配調節弁２２の開度は、高度計の出力信号が示す高度及び出口温度センサの出力信号が示す二次熱交換器の出口温度をパラメータとして前記開度マップを参照し補間計算することにより決定する。なお、前記流量分配調節弁２２の開度は、高々度になるにつれ大きく、また二次熱交換器の出口温度が低くなるにつれ大きくなるように設定している。
【００２０】
すなわち、外気通路１１を通過するラムエアの質量密度が小さくなる高々度飛行時には流量分配調節弁２２の開度を大きくしてバイパス通路２１を通過するラムエアの量を大きくすることにより、ファンＦを駆動する外気の流量を大きくするようにしている。従って、ファンＦが、図３に示すファンＦの特性曲線におけるサージラインＳＬの下側で運転されることとなり、前記サージラインＳＬの上側で運転されることによるサージング現象の発生を回避することができる。
【００２１】
以上に述べたように、本実施形態の構成によれば、電子機器を多数搭載した航空機において、高々度を飛行する際にも外気の流れにより前記ファンＦを回転させてエアサイクルマシンＡＣＭを駆動することにより電子機器を冷却できるようにしつつ、前記流量分配調節弁２２の開度を大きくして前記パイパス通路２１内を外気が流通するようにすることによりファンＦを駆動する外気の流量を大きくし、ファンＦのサージング現象の発生を回避することができる。その上で、前記パイパス通路２１内を外気が流通するようにし、前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過する外気の量を減少させることにより、飛行時の空気抵抗の低減を図ることもできる。
【００２２】
また、流量分配調節弁２２の開度を変更することにより前記バイパス通路２１内を流通する外気の量と前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過する外気の量とを相反的に変更するので、高々度を飛行する際には前記バイパス通路２１内を流通する外気の量を大きくし前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過する外気の量を小さくすることによりファンＦのサージ領域での運転の回避を図りつつ、低高度を飛行する際には前記バイパス通路２１内を流通する外気の量を小さくし前記一次熱交換器１２及び前記二次熱交換器１４を通過する外気の量を大きくすることにより、十分な冷却能力の確保を図ることができる。
【００２３】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００２４】
例えば、上述した実施形態では、高々度での飛行時にはバイパス通路を開放しつつ一次熱交換器及び前記二次熱交換器を通過する外気の量を小さくするように流量分配調節弁を構成しているが、バイパス通路を通過する外気の量のみを制御するような流量分配調節弁であっても、ファンを駆動する外気の質量密度を大きくしてファンＦのサージング現象の発生を回避する効果は最低限得られる。
【００２５】
その他、本発明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】
【００２６】
１…空調システム
３…コンプレッサ
４、５…タービン
６…ブートストラップ回路
９…給気通路
１２…一次熱交換器
１４…二次熱交換器
２１…バイパス通路
２２…流量分配調節弁
２４…制御装置
ＡＣＭ…エアサイクルマシン
Ｆ…ファン
【図１】
2013244751.tif 000003
【図２】
2013244751.tif 000004
【図３】
2013244751.tif 000005