(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行用エンジンからの抽出空気から酸素を除去することで、酸素濃度が低く窒素濃度が高い防爆ガスを生成する防爆ガス生成装置を備え、その防爆ガスを燃料系統機器に供給する航空機用防爆システムにおいて、
その抽出空気を防爆ガス生成装置への供給前に圧縮するコンプレッサを有する高圧空気供給装置が設けられ、
前記コンプレッサにより圧縮された抽出空気は、レギュレータを介して前記防爆ガス生成装置に供給され、
前記レギュレータは、１次側圧力が変動しても２次側圧力が設定値になるように開度制御され、
そのコンプレッサにより圧縮されて防爆ガス生成装置に供給される抽出空気の圧力が、設定圧力から変動するのを阻止するように、そのコンプレッサの駆動力を制御する制御機構が設けられ、
前記制御機構は、前記コンプレッサにより圧縮された抽出空気の圧力をモニタする圧力センサを有し、前記レギュレータに至る抽出空気の圧力が前記レギュレータの２次側設定圧力よりも高い設定圧力になるように、前記圧力センサにより検知された抽出空気圧力に応じて前記コンプレッサにより圧縮される抽出空気圧力を変化させることを特徴とする航空機用防爆システム。
【請求項２】
その高圧空気供給装置は、その抽出空気により駆動されるタービンを有し、このタービンにより前記コンプレッサが駆動され、
前記制御機構により、そのコンプレッサにより圧縮される抽出空気の圧力変化が設定圧力から変動するのを阻止するように、そのタービンを駆動する抽出空気流量を変化させる請求項１に記載の航空機用防爆システム。
【請求項３】
その抽出空気の冷却手段が設けられ、
その高圧空気供給装置は、その抽出空気により駆動されるタービンを有し、このタービンにより前記コンプレッサが駆動され、
そのタービンから排出される抽出空気が空気調和用の調和空気として航空機の空調領域に供給される請求項１に記載の航空機用防爆システム。
【請求項４】
その燃料系統機器への防爆ガス供給の必要性検知機構と、
その燃料系統機器への防爆ガス供給の必要性が無い時に、そのコンプレッサにより圧縮された抽出空気を、その防爆ガス生成装置へ供給することなくタービンへその駆動のために導く機構とが設けられている請求項３に記載の航空機用防爆システム。
【請求項５】
その高圧空気供給装置は、その抽出空気により駆動されるタービンを有し、このタービンにより前記コンプレッサが駆動され、
そのコンプレッサを前記タービンと共に駆動可能な電動アクチュエータが設けられている請求項１に記載の航空機用防爆システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定翼あるいは回転翼を有する航空機における燃料の爆発を防止するための防爆システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機においては、飛行中の落雷や機内静電気火花などにより、さらに軍用機では被弾等により、燃料に着火して火災が発生するのを防止する必要がある。そこで、燃料タンクに代表される燃料系統機器内に、空気よりも窒素濃度を高めて酸素濃度を低下させた防爆ガス（窒素富化ガス）を充填することで、着火源があっても爆発することがない防爆システムが採用され始めている。
【０００３】
その防爆ガスの組成における酸素濃度は、空気中における酸素濃度は約２０％であるのに対して、爆発に至る可能性が急激に減少する９％以下に設定される場合が多い。そこで、酸素分子と窒素分子とで吸着係数の異なる吸着材や、酸素分子と窒素分子とで透過係数の異なる選択透過膜等を利用したエアセパレーションモジュールを用いて、その防爆ガスを空気から生成することが行われている。その防爆ガスの元になる圧縮空気として、飛行中にあっては航空機の飛行用メインエンジンからの抽出空気を使用し、エアセパレーションモジュールに圧縮空気を供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
航空機の燃料タンクの内圧は、タンク内への水分等の混入防止やタンク壁に作用する応力低減のため、外気圧より数ｋＰａ〜１０ｋＰａ程度高い圧力になるように保持されている。そのため、航空機が降下して外気圧が上昇した場合、特に燃料残量が少なく燃料タンク内の液面上の空間が大きい場合、外気の圧力上昇に追従して燃料タンクに注入する防爆ガスを増加させる必要が生じる。
【０００５】
しかし、防爆ガスの元になる飛行用メインエンジンからの抽出空気の圧力は飛行状況に応じた変動が大きく、航空機の降下時はメインエンジンの出力が通常は絞られるために抽出空気の圧力は急激に低下する。そのため、その抽出空気を防爆ガスの元になる圧縮空気としてエアセパレーションモジュールに直接に導入する場合、航空機の降下時はエアセパレーションモジュールへ必要な圧力の圧縮空気を供給することができず、防爆ガスの供給が追いつかなくなる。そのため、外気をそのまま燃料タンクに注入するということが行われ、燃料タンク内の酸素濃度が上昇して防爆システムの機能が降下時に失われることが起こっていた。
【０００６】
一方、航空機は着陸のための降下時には地上の突起物との接触などによる火災発生を防止する必要があり、特に軍用機では降下時に被弾する可能性が最も高くなるため、防爆システムの必要性は実際の運用においては降下時が最も高まる。すなわち、上述のような従来の防爆システムでは最も必要とされる時に役に立たないという問題があった。
【０００７】
また、航空機における装備品の中で空調システムが占めるコスト、重量が大きいという問題があり、特に冗長性を持たせるために空調システムを２系統とする場合に問題となる。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決することのできる航空機用防爆システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、飛行用エンジンからの抽出空気から酸素を除去することで、酸素濃度が低く窒素濃度が高い防爆ガスを生成する防爆ガス生成装置を備え、その防爆ガスを燃料系統機器に供給する航空機用防爆システムにおいて、その抽出空気を防爆ガス生成装置への供給前に圧縮するコンプレッサを有する高圧空気供給装置が設けられ、前記コンプレッサにより圧縮された抽出空気は、レギュレータを介して前記防爆ガス生成装置に供給され、前記レギュレータは、１次側圧力が変動しても２次側圧力が設定値になるように開度制御され、そのコンプレッサにより圧縮されて防爆ガス生成装置に供給される抽出空気の圧力が、設定圧力から変動するのを阻止するように、そのコンプレッサの駆動力を制御する制御機構が設けられ、前記制御機構は、前記コンプレッサにより圧縮された抽出空気の圧力をモニタする圧力センサを有し、前記レギュレータに至る抽出空気の圧力が前記レギュレータの２次側設定圧力よりも高い設定圧力になるように、前記圧力センサにより検知された抽出空気圧力に応じて前記コンプレッサにより圧縮される抽出空気圧力を変化させることを特徴とする。
本発明の構成によれば、飛行用エンジンからの抽出空気は高圧空気供給装置により圧縮されて防爆ガス生成装置に供給され、しかも、その防爆ガス生成装置に供給される抽出空気圧力の設定圧力からの変動を阻止するように高圧空気供給装置の駆動力が制御される。これにより、航空機が急降下しても防爆ガス生成装置に安定して設定圧力の抽出空気を供給できるので、航空機の急降下により防爆ガスの必要量が増大した時でも、その防爆ガスの供給が追いつかなくなるのを防止できる。
【００１０】
その高圧空気供給装置は、その抽出空気により駆動されるタービンを有し、このタービンにより前記コンプレッサが駆動され、前記制御機構により、そのコンプレッサにより圧縮される抽出空気の圧力変化が設定圧力から変動するのを阻止するように、そのタービンを駆動する抽出空気流量を変化させるのが好ましい。
これにより、抽出空気を圧縮するための動力として抽出空気が利用でき、しかも、防爆ガス生成装置に供給される抽出空気圧力の変動を阻止するための高圧空気供給装置の駆動力の制御機構を簡単に構成できる。
【００１１】
その抽出空気の冷却手段が設けられ、その高圧空気供給装置は、その抽出空気により駆動されるタービンを有し、このタービンにより前記コンプレッサが駆動され、そのタービンから排出される抽出空気が空気調和用の調和空気として航空機の空調領域に供給されるのが好ましい。
これにより、専用の空調システムをなくしたり、あるいは冗長性を持たせるために２系統の空調システムが必要な場合でも専用の空調システムを一系統にできる。また、タービンの駆動に用いた抽出空気を調和空気としても利用することで、抽出空気の無駄な消費を低減することができ、これによっても防爆ガス生成装置に供給される抽出空気の不足を防止できる。
【００１２】
その燃料系統機器への防爆ガス供給の必要性検知機構と、その燃料系統機器への防爆ガス供給の必要性が無い時に、そのコンプレッサにより圧縮された抽出空気を、その防爆ガス生成装置へ供給することなくタービンへその駆動のために導く機構とが設けられているのが好ましい。
これにより、防爆ガスの不要時は調和空気流量を増やすことができる。
【００１３】
その高圧空気供給装置は、その抽出空気により駆動されるタービンを有し、このタービンにより前記コンプレッサが駆動され、そのコンプレッサを前記タービンと共に駆動可能な電動アクチュエータが設けられているのが好ましい。
これによりタービンの小型軽量化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に示す航空機の防爆システムにおいては、飛行用メインエンジン１から取り出されてプリクーラ２により予冷却された抽出空気は、第１レギュレータ３を経て１次熱交換器４に送られ、その１次熱交換器４において外気との間で熱交換されることで冷却された後に、高圧空気供給装置を構成するタービン駆動コンプレッサ５に送られる。その第１レギュレータ３は、航空機に搭載される制御装置１５に第１レギュレータ３の２次側圧力に対応する信号を送り、第１レギュレータ３の１次側圧力が変動しても２次側圧力が設定値になるように制御装置１５により開度制御されるが、航空機の急降下等により１次側圧力の変動が大きい場合、その設定値よりも第１レギュレータ３の２次側圧力が低下する場合がある。
【００１５】
そのタービン駆動コンプレッサ５はタービン６とコンプレッサ７とを備え、そのタービン駆動コンプレッサ５に送られた抽出空気はタービン６に後述のタービンパワーバルブ２２を介して送られると共に、コンプレッサ７に送られる。これにより、そのタービン６は抽出空気により駆動される。そのタービン６の出口から排出された抽出空気は空気調和用の調和空気として航空機の操縦室や客室等の空調領域２５に供給される。
【００１６】
このタービン６により駆動されるコンプレッサ７により、コンプレッサ７に送られた抽出空気は後述のエアセパレーションモジュール１１への供給前に圧縮される。そのコンプレッサ７において圧縮された空気は２次熱交換器８において外気（ラム空気）との間で熱交換されることで冷却された後に、第２レギュレータ９を介してエアセパレーションモジュール（防爆ガス生成装置）１１に供給される。その第２レギュレータ９は、制御装置１５に第２レギュレータ９の２次側圧力に対応する信号を送り、第２レギュレータ９の１次側圧力が変動しても２次側圧力が設定値になるように制御装置１５により開度制御される。
【００１７】
そのエアセパレーションモジュール１１は、抽出空気から酸素を除去することで、酸素濃度が低く窒素濃度が高い防爆ガスを生成するもので、酸素分子と窒素分子とで透過係数が異なる、すなわち窒素ガスに比べ酸素ガスを数倍透過しやすい特性を有する選択透過膜を備える。その選択透過膜を透過した抽出空気は、酸素濃度が透過前に約２０％であったのが例えば３０〜４０％に高められ、外気中に排気される。一方、その選択透過膜を透過しなかった抽出空気は窒素濃度が高められることから、酸素濃度が例えば９％以下に低下された防爆ガスとされる。その防爆ガスが燃料タンク（燃料系統機器）１２に供給される。
【００１８】
その燃料タンク１２内における燃料液面より上方の空間は、電磁開閉弁により構成されるイグジットバルブ１３を介して外気に通じるものとされている。その燃料タンク１２の内圧をモニタする第１圧力センサ１４が設けられている。そのイグジットバルブ１３と圧力センサ１４は制御装置１５に接続されている。その制御装置１５は、第１圧力センサ１４により検知された燃料タンク１２の内圧に応じてイグジットバルブ１３に開閉信号を出力する。これにより、燃料タンク１２の内圧が外気圧より設定値だけ、例えば数ｋＰａ（１ｐｓｉ）程度以上高い圧力になれば、そのイグジットバルブ１３を開いて燃料タンク内のガスを噴出させ、燃料タンク１２の内圧を外気圧に応じた圧力に保持している。
【００１９】
そのタービン駆動コンプレッサ５により圧縮されてエアセパレーションモジュール１１に供給される抽出空気の圧力が、設定圧力から変動するのを阻止するように、そのタービン駆動コンプレッサ５の駆動力を制御する機構が設けられている。すなわち、そのコンプレッサ７により圧縮されてエアセパレーションモジュール１１に供給される抽出空気の圧力をモニタする第２圧力センサ２１が、２次熱交換器８と第２レギュレータ９との間の抽出空気配管に設けられている。また、１次熱交換器４の出口とタービン６の抽出空気入口との間の抽出空気配管に、電磁流量調節弁により構成されるタービンパワーバルブ２２が設けられている。その第２圧力センサ２１とタービンパワーバルブ２２は制御装置１５に接続されている。その制御装置１５は、第２圧力センサ２１により検知された抽出空気圧力に応じてタービンパワーバルブ２２に開度変更信号を出力する。これにより、上記第２レギュレータ９に至る抽出空気の圧力が、上記第２レギュレータ９の２次側設定圧力よりも高い設定圧力（例えば３０〜５５ｐｓｉ）になるように、そのタービンパワーバルブ２２の開度を調節し、タービン６に供給される抽出空気流量を制御し、タービン６により駆動されるコンプレッサ７により圧縮される抽出空気圧力を変化させている。すなわち、コンプレッサ７により圧縮される抽出空気の圧力が設定圧力から変動するのを阻止するように、タービン６を駆動する抽出空気流量を変化させている。これにより、その第２レギュレータ９に至る抽出空気の圧力が、第２レギュレータ９の２次側設定圧力よりも十分に高い設定圧力に保持されるので、エアセパレーションモジュール１１に安定した圧力の抽出空気を供給することができる。
【００２０】
そのコンプレッサ７により圧縮された抽出空気をタービン６に供給可能とするため、２次熱交換器８と第２レギュレータ９との間の抽出空気配管を、タービンパワーバルブ２２とタービン６との間の抽出空気配管に接続するバイパス抽出空気配管３１が設けられている。そのバイパス抽出空気配管３１に、電磁開閉弁により構成されるブートストラップバルブ２３が設けられている。そのブートストラップバルブ２３は制御装置１５に接続されている。その制御装置１５は、第１圧力センサ１４により検知された燃料タンク１２の内圧が設定圧以上になった時、ブートストラップバルブ２３に全開信号を出力し、第２レギュレータ９とタービンパワーバルブ２２とに全閉信号を出力し、その燃料タンク１２の内圧が設定圧未満になった時、ブートストラップバルブ２３に全開信号を出力し、第２レギュレータ９とタービンパワーバルブ２２への全閉信号を解除する。その燃料タンク１２の内圧の設定圧は、その設定以上である時は燃料タンク１２へ防爆ガスを供給する必要がない値となるように設定され、第１圧力センサ１４による燃料タンク１２への防爆ガス供給の必要性検知を可能にする。これにより、燃料タンク１２へ防爆ガスを供給する必要がない時、コンプレッサ７により圧縮された抽出空気をエアセパレーションモジュール１１に供給することなく、全てタービン６の駆動に用いて調和空気として利用するブートストラップ空調システムを構成でき、この場合は抽出空気を防爆ガスとして使用している時よりも低温で多くの調和空気を得ることができる。
【００２１】
上記構成によれば、飛行用エンジン１からの抽出空気はタービン駆動コンプレッサ５により圧縮されてエアセパレーションモジュール１１に供給され、しかも、そのエアセパレーションモジュール１１に供給される抽出空気圧力の設定圧力からの変動を阻止するようにタービン駆動コンプレッサ５の駆動力が制御される。これにより、航空機が急降下してもエアセパレーションモジュール１１に安定して設定圧力の抽出空気を供給できるので、航空機の急降下により防爆ガスの必要量が増大した時でも、その防爆ガスの供給が追いつかなくなるのを防止できる。また、その抽出空気を圧縮するための動力として抽出空気を利用でき、しかも、エアセパレーションモジュール１１に供給される抽出空気圧力の変動を阻止するためのタービン駆動コンプレッサ５の駆動力の制御機構を簡単に構成できる。そのタービン駆動コンプレッサ５のタービン６の排気を空調用の調和空気として利用することで、防爆システムを空調システムと統合し、専用の空調システムをなくしたり、あるいは冗長性を持たせるために２系統の空調システムが必要な場合でも専用の空調システムを一系統にできるため、航空機の装備品の軽量化、コストダウンが実現できる。また、タービン６の駆動に用いた抽出空気を調和空気としても利用することで、抽出空気の無駄な消費を低減することができ、これによってもエアセパレーションモジュール１１に供給される抽出空気の不足を防止できる。さらに、防爆ガスの不要時は低温の調和空気を増やすことができる。
【００２２】
図２は上記実施形態の第１変形例を示し、上記実施形態との相違はコンプレッサ７をタービン６と共に駆動可能な補助動力源としての電動アクチュエータ（モータ）４１を備えている点にある。制御装置１５は、コンプレッサ７のタービン６による駆動だけでは第２圧力センサ２１により検出される抽出空気圧力を設定圧力にできない場合に、その電動アクチュエータ４１を駆動する。これにより、コンプレッサ７の駆動力を増大し、防爆ガスの必要量の増大に追従してエアセパレーションモジュール１１に抽出空気を供給することができる。この第１変形例によればタービン６の小型軽量化を図ることができる。他は第１実施形態と同様で同一部分は同一符号で示す。
【００２３】
図３は上記実施形態の第２変形例を示し、上記実施形態との相違はコンプレッサ７をタービン６に代えて電動アクチュエータ（モータ）４２によって駆動する高圧空気供給装置５′を備えている点にある。制御装置１５は、第２圧力センサ２１により検知された抽出空気圧力に応じてアクチュエータ４２に駆動信号を出力し、エアセパレーションモジュール１１に供給される抽出空気圧力が設定圧力から変動しないように、そのアクチュエータ４２の出力を調節してコンプレッサ７により圧縮される抽出空気圧力を変化させている。なお、タービンパワーバルブ２２およびブートストラップバルブ２３は備えておらず、高圧空気供給装置５′から調和空気は取り出されない。他は第１実施形態と同様で同一部分は同一符号で示す。
【００２４】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では防爆ガスを選択透過膜を用いて生成したが、酸素分子と窒素分子とで吸着係数の異なる吸着材を用いて生成してもよい。また、上記実施形態では必要な調和空気をすべて高圧空気供給装置からの排気により得ているが、別系統の空気調和装置を装備し、その別系統の空気調和装置の故障時に高圧空気供給装置からの排気を調和空気として使用したり、あるいは、別系統の空気調和装置により供給される調和空気に高圧空気供給装置からの排気を補助的な調和空気として混合するようにしてもよい。また、防爆ガスを燃料タンク以外の燃料系統機器に供給するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、航空機の急降下時でも防爆ガスが不足するのを防止でき、防爆システムと空調システムを統合化することで航空機の装備品の軽量化、コストダウンを実現できる防爆システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の防爆システムの構成説明図
【図２】本発明の実施形態の第１変形例の防爆システムの構成説明図
【図３】本発明の実施形態の第２変形例の防爆システムの構成説明図
【符号の説明】
１  飛行用エンジン
４、８  熱交換器
５  タービン駆動コンプレッサ（高圧空気供給装置）
５′  高圧空気供給装置
６  タービン
７  コンプレッサ
１１  エアセパレーションモジュール（防爆ガス生成装置）
１２  燃料タンク（燃料系統機器）
１４  第１圧力センサ
１５  制御装置
２１  第２圧力センサ
２２  タービンパワーバルブ
２３  ブートストラップバルブ
３１  バイパス抽出空気配管
４１  電動アクチュエータ
４２  電動アクチュエータ
【図１】
0004203705.tif 000002
【図２】
0004203705.tif 000003
【図３】
0004203705.tif 000004