(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン抽気によって駆動されると共に、前記エンジン抽気を断熱膨張させる第１のタービンと、ラム空気を昇圧するコンプレッサと、前記断熱膨張したエンジン抽気と前記コンプレッサにより昇圧されたラム空気とを合流させる合流手段と、前記第１のタービンに接続されると共に前記合流手段で合流した空気を断熱膨張させる第２のタービンと、前記第２のタービンで断熱膨張させた冷却空気を供給する手段とを備えたことを特徴とする輸送機械用空調装置。
【請求項２】
請求項１記載の輸送機械用空調装置において、前記合流手段と、前記第２のタービンとの間に除湿手段を備えたことを特徴とする輸送機械用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、航空機、船舶、自動車などの輸送機械に利用される空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機、船舶、自動車などの輸送機械は、一般に、居住室や電子機器室などに適温、適圧の調和空気を供給するための空調装置を備えている。この空調装置は、調温、調圧以外にも、除湿の役割や、居住室に酸素を送り込む役割、筐体から漏れる空気を補うなど、様々な役割を兼ね備えているが、これらの役割を果たすためには、外気の取り込みが不可欠となる。
【０００３】
このため、従来では、予圧に必要な圧力などが得られると共に、常に十分な量の外気が存在するエンジン（補助動力部を含む）から抽気を得、得られたエンジン抽気を調温及び調圧などして調和空気として居住室などに供給する空調装置が広く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような輸送機械用空調装置では、乗員及び乗客などに対して必要な酸素量を供給する必要性から常時一定量の調和空気が必要となる。このため、居住室などに供給するための調和空気をすべてエンジン抽気に依存していた従来の輸送機械用空調装置では、優先的に必要量の調和空気を供給する必要性から、常時エンジン負荷が増大し、燃費が悪化するなどの課題が生じていた。
【０００５】
本願発明は、これらの課題を解決するために創案されたものであって、居住室などへ必要量の調和空気を供給すると共に、エンジン抽気量の低減によってエンジン負荷を軽減することができる輸送機械用空調装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、輸送機械用空調装置であって、エンジン抽気によって駆動されると共に、前記エンジン抽気を断熱膨張させる第１のタービンと、ラム空気を昇圧するコンプレッサと、前記断熱膨張したエンジン抽気と前記コンプレッサにより昇圧されたラム空気とを合流させる合流手段と、前記第１のタービンに接続されると共に前記合流手段で合流した空気を断熱膨張させる第２のタービンと、前記第２のタービンで断熱膨張させた冷却空気を供給する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、ラム空気とエンジン抽気とを混合した後再度断熱膨張させるため、ラム空気とエンジン抽気とを最終的に同一温度、同一圧力などの冷却空気として居住室などに供給することが可能となる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の輸送機械用空調装置において、さらに、前記合流手段と前記第２のタービンとの間に除湿手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明によれば、合流手段で合流した空気は除湿手段で除湿された後、第２のタービンで断熱膨張されるため、湿気の多いを地上においても、ラム空気から冷却空気を得ることができ、エンジン負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明の一実施形態である航空機に使用される空調装置を示している。本実施形態の空調装置は、ラム空気を取り入れ、昇圧、及び冷却などを行うための移送ライン１ａ、コンプレッサＣ、移送ライン１ｂ、２次熱交換器ＳＨＥ、リヒータＲＨ、及び、移送ライン１ｄを有すると共に、エンジン抽気を取り入れ冷却及び断熱膨張などを行うための移送ライン２ａ、１次熱交換器ＰＨＥ、移送ライン２ｂ、第１タービンＴ１、及び、移送ライン２ｃを有する。
【００１５】
また、本実施形態の空調装置は、昇圧及び冷却などがなされたラム空気と断熱膨張したエンジン抽気を合流させ、これらに除湿及び断熱膨張などの処理を施した後、乗員・乗客室２０に冷却空気を供給するための移送ライン３ａ、コンデンサＣＯＮＤ、ウオータエクトラクタＷＥ、移送ライン３ｃ、リヒータＲＨ、移送ライン３ｄ、第２タービンＴ２、及び、移送ライン３ｅを有する。
【００１６】
さらに、本実施形態の空調装置は、２次熱交換器ＳＨＥ及び１次熱交換器ＰＨＥが冷却動作を行うための熱交換に使用するラム空気を供給すための移送ライン４ａ、移送ライン４ｂ、移送ライン４ｃ、及び、ファンＦを有する。
【００１７】
第１タービンＴ１は、移送ライン２ｂを介して１次熱交換器ＰＨＥから供給されるエンジン抽気によって回転駆動されるが、第１タービンＴ１は、シャフトＳＦＴを介してコンプレッサＣ、ファンＦ、及び第２タービンＴ２に接続されているため、第１タービンＴ１が回転駆動されることによって、同時にコンプレッサＣ、ファンＦ、及び第２タービンＴ２も回転駆動されることとなる。また、シャフトＳＦＴには補助モータＭが接続されており、補助モータＭは、エンジン抽気の圧力が低下した場合など必要に応じてシャフトＳＦＴを介して第1タービンＴ１などを補助的に駆動する。
【００１８】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、移送ライン２ａを介してエンジン（補助動力部（ＡＰＵ）を含む）から取り出されたエンジン抽気は、１次熱交換器ＰＨＥで冷却された後、移送ライン２ｂを介して第１タービンＴ１を回転駆動すると共に第１タービンＴ１において断熱膨張する。なお、１次熱交換器ＰＨＥでは、移送ライン４ａ、２次熱交換器ＳＨＥ、移送ライン４ｂを介して供給されたラム空気との熱交換によって冷却動作がなされる。
【００１９】
また、移送ライン１ａを介して取り込まれたラム空気は、コンプレッサＣにおいて所定圧力まで昇圧された後、移送ライン１ｂを介して、２次熱交換器ＳＨＥに供給され冷却される。そして、移送ライン１ｃを介してリヒータＲＨに移動し、再度冷却された後、移送ライン１ｄを介して合流点ＭＰに至る。
【００２０】
なお、２次熱交換器ＳＨＥでは、移送ライン４ａを介して供給されたラム空気との熱交換によって冷却動作がなされ、また、リヒータＲＨでは、移送ライン３ｃを介して供給される冷却空気との熱交換により冷却動作がなされる。また、２次熱交換器ＳＨＥ及び１次熱交換器ＰＨＥにおいて熱交換され昇温したラム空気は、移送ライン４ｃを介してファンＦによって機外へ放出される。
【００２１】
次に、合流点ＭＰでは、第１タービンＴ１で断熱膨張され、移送ライン２ｃを介して供給されるエンジン抽気と、移送ライン１ｄを介して供給され昇圧等がなされたラム空気とが合流する。合流したエンジン抽気とラム空気（以下「合流空気」という。）は、移送ライン３ａを介して、コンデンサＣＯＮＤに供給され、露点以下の温度に冷却される。コンデンサＣＯＮＤにおける冷却過程で生じた凝縮水は、ウオータエクトラクタＷＥにおいて、遠心分離により排除される。
【００２２】
その後、凝縮水が排除された合流空気は移送ライン３ｃを介してリヒータＲＨで、移送ライン１ｃを介して供給される高温空気との熱交換により一旦昇温され、これにより水分は再蒸発する。次に、移送ライン３ｄを介して、第２タービンＴ２に移動し、第２タービンＴ２において、断熱膨張し冷却空気となった後、コンデンサＣＯＮＤ、移送ライン３ｅを介して、冷却空気として乗員・乗客室２０に供給される。
【００２３】
上述した実施形態の空調装置によれば、乗員・乗客室２０に供給すべき冷却空気の一部はラム空気によって補われるため、エンジン抽気量を低減でき、エンジン負荷の軽減による燃費の向上などが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態の空調装置によれば、エンジン抽気とラム空気との合流空気を、コンデンサＣＯＮＤの冷却過程で生じた凝縮水をウオータエクトラクタＷＥで排除した後、断熱膨張させ冷却空気を得る構成としたため、湿気の多いを地上においても、ラム空気から冷却空気を得ることができ、エンジン負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００２５】
図２は本願発明の第２の実施形態である航空機に使用される空調装置を示している。図２に示される空調装置は、図１で示した空調装置と基本的な構成は同じであるが、２次熱交換器ＳＨＥ及び１次熱交換器ＰＨＥの熱交換のために使用したラム空気についても、乗員・乗客室２０に供給するための冷却空気として使用するよう構成されている点で異なる。
【００２６】
このため、図２の実施形態では、図１で示した空調装置に対して、シャフトＳＦＴを介してコンプレッサＣに接続される第2コンプレッサＣ２、２次熱交換器ＳＨＥ及び１次熱交換器ＰＨＥにおいて熱交換のために使用するラム空気を供給するためのファンＦ１、及びそれを駆動するためのモータＭ２が新たに配設されている。
【００２７】
次に、図２に示される本願発明の第２の実施形態の動作を説明する。まず、移送ライン１１ａを介して取り込まれたラム空気が、コンプレッサＣで昇圧され、移送ライン１１ｂ、２次熱交換器ＳＨＥ、移送ライン１１ｃ、リヒータＲＨ、及び移送ライン１１ｄを介して合流点ＭＰに至る動作は図１で示した空調装置の場合と同様である。
【００２８】
一方、２次熱交換器ＳＨＥ及び１次熱交換器ＰＨＥにおいて熱交換のために使用されるラム空気は、移送ライン１４ａ、２次熱交換器ＳＨＥ、移送ライン１４ｂ、１次熱交換器ＰＨＥ、及び移送ライン１４ｃを移動した後、モータＭ２によって駆動されるファンＦ２によって、機外へ放出される。第2コンプレッサＣ２で昇圧されたラム空気は、移送ライン１２ａを介して取り込まれたエンジン抽気と混合される。そして、エンジン抽気とラム空気とが混合した空気は、図１で示した実施形態の場合と同様に、移送ライン１５ａ、１次熱交換器ＰＨＥ、及び移送ライン１５ｂを介して第１タービンＴ１に供給され、断熱膨張をした後、移送ライン１５ｃを介して合流点ＭＰに達する。
【００２９】
そして、図１の実施形態の場合と同様に、移送ライン１１ｄを介して供給されたラム空気と合流点ＭＰで合流し、合流した空気は、移送ライン１３ａ、コンデンサＣＯＮＤ、移送ライン１３ｂ、ウオータエクトラクタＷＥ、移送ライン１３ｃ、リヒータＲＨ、及び移送ライン１３ｄを介して第２タービンＴ２に移動し、第２タービンＴ２で再度断熱膨張した後、移送ライン１３ｅ、コンデンサＣＯＮＤ、及び移送ライン１３ｆを介して冷却空気として乗員・乗客室２０に供給される。
【００３０】
図２に示した実施形態によると、２次熱交換器ＳＨＥ及び１次熱交換器ＰＨＥで冷却を行うため熱交換に使用するラム空気をも乗員・乗客室２０に供給するための冷却空気として用いることができるため、より一層エンジン抽気量を低減でき、さらなるエンジン負荷の軽減による燃費の向上などが可能となる。
【００３１】
上述した実施形態では、航空機搭載用の空調装置を示したが、本願発明はこれに限らず、船舶、自動車などの輸送機械用の空調機器に広く実施することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本願発明によれば、エンジン抽気に加えてラム空気をも居住室などに供給するための冷却空気として利用できるため、居住室などへ必要量の冷却空気を供給すると共に、エンジン抽気量を低減でき、エンジン負荷の軽減、燃費の向上などを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態にかかる運送機械用空調装置の概略構成図である。
【図２】本願発明の他の実施形態にかかる運送機械用空調装置の概略構成図である。
【符号の説明】
Ｔ１…第1タービン
Ｔ２…第２タービン
Ｍ…補助モータ
ＳＦＴ…シャフト
Ｃ…コンプレッサ
ＣＯＮＤ…コンデンサ
ＷＥ…ウォータエクストラクタ
ＲＨ…リヒータ
【図１】
0004186398.tif 000002
【図２】
0004186398.tif 000003