(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアサイクルシステムとベーパサイクルシステムとを組み合わせて構成され、エアサイクルシステム及びベーパサイクルシステムをともに共通の液循環回路に熱交換可能に接続したものであって、
液循環回路中の冷媒がエアサイクルシステムの下流に設けた熱交換器及びベーパサイクルシステムのエバポレータと熱交換を行うことにより冷却された後、冷却対象物である搭載電子機器と熱交換を行うことを特徴とする航空機用空調装置。
【請求項２】
ベーパサイクルを構成するコンデンサの熱を液循環回路を介して放熱し得るようにしていることを特徴とする請求項１記載の航空機用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機などにおいて好適に利用可能な空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、航空機における従来の空調装置を示している。この装置は、エアサイクルシステム１０１を主体として構成されているもので、エンジン１０２からの抽気をエアサイクルマシン１０３に通過させることによって冷却し、これによりコクピット１０４やキャビン１０５等の与圧室内に空調空気を供給するとともに、与圧室１０４、１０５への供給の前後段において、冷却が必要な搭載電子機器１０６、１０７、１０８に冷却空気を移送して冷熱を付与するようにしている。
【０００３】
しかし、電子機器１０６、１０７、１０８の増加により熱負荷が増大し、大量のエンジン抽気が必要になると、エンジンへの影響が大きくなるため、もはやエンジン抽気とエアサイクルシステムのみで空調装置を構成することは困難となる。
【０００４】
そこで、エアサイクルシステムとベーパサイクルシステムを並設し、機内への与圧空気の供給はエアサイクルシステムによって行い、電子機器の冷却はベーパサイクルシステムによって行う構成が新たに考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような独立したシステムにより冷却対象を分担すると、エアサイクルシステムまたはベーパサイクルシステムの一方が故障したときに、他方の冷却システムが担うべき冷却対象の冷却が停止し、これを補完することが困難になる。仮に、故障時に回路を切り換えて健全な方のシステムの冷熱を流用できるように構成するにしても、切り換えのタイミングに冗長性が残ることが避けがたい。また、エアサイクルシステムにおいては、与圧室への供給空気の温度を０℃以上にする必要があり、このため従来では与圧室の空気を循環させて新鮮空気に混合する構成を採用しているが、このようにするとシステムや空調効率に無駄の多いものになる。
【０００６】
さらに、電子機器が低温の冷却を必要とする場合には、ベーパサイクルの冷却能力を上げる必要があるが、このようにすると消費電力が増大する上に、ジェネレータの能力の限界を越える問題も生じる。
【０００７】
また、ベーパサイクルシステムのコンデンサは従来より外気で冷却されており、外気取り込み用のファンが設けられているが、外気は飛行時には自然に取り込まれるものであり、ファンは地上での冷却や検査のときに必要なだけであるため、重量やスペースが無駄な上に、ラム空気の流れの抵抗となってしまう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を講じたものである。
【０００９】
すなわち、本発明の空調システムは、エアサイクルシステムとベーパサイクルシステムとを組み合わせて構成され、エアサイクルシステム及びベーパサイクルシステムをともに共通の液循環回路に熱交換可能に接続したものであって、液循環回路中の冷媒がエアサイクルシステム及びベーパサイクルシステムと熱交換を行うことにより冷却された後、冷却対象物と熱交換を行うことを特徴とする。
【００１０】
このように構成すれば、何れかの冷却システムが故障した場合でも、液循環回路には他方の冷却システムから冷熱が持ち込まれているので、冷却能力は落ちるものの、この液循環回路の冷熱を利用して冷却対象の冷却を間断なく続行することができる。また、エアサイクルシステムが液循環回路に冷熱を付与した後に与圧室に空気を供給するように構成すれば、与圧室への供給空気温度が０℃以上となる設定も可能になるので、従来の空気循環構造を不要にすることができる。
【００１１】
さらに、液循環回路中の冷媒がエアサイクルシステム及びベーパサイクルシステムと熱交換を行うことにより冷却された後、冷却対象物と熱交換を行うようにしているので、ベーパサイクルに負荷を掛けずに高い冷却能力を得ることができる。
【００１２】
このように構成すれば、両冷却システムの冷却能力の総和によって冷却対象が冷却されるので、ベーパサイクルシステムのみが全冷却能力を備える必要がない。また、ベーパサイクルシステムは、同じ熱量を冷やす場合でも低い温度まで冷却する方が、高い温度まで冷却するよりも消費電力が大きくなる。エアサイクルシステムと組み合わせて、ベーパサイクルシステムで冷却した後、エアサイクルシステムで冷却することにより、ベーパサイクルシステムの消費電力を下げることが可能である。このため、システム効率を向上させ、消費電力の削減を図ることが可能になる。
【００１３】
構造の簡素化を図るためには、ベーパサイクルを構成するコンデンサの熱を液循環回路を介して放熱し得るようにしておくことが有効になる。
【００１４】
このような構成により、地上における冷却をエアサイクルシステムのみで行うようにし、ベーパサイクルの地上点検をエアサイクルシステムが液循環回路に与える冷熱を利用して行うようにすれば、ベーパサイクルに付帯していたファンを不要にすることができる。
【００１５】
この場合、コンデンサから奪った熱の放熱は、液循環回路と外気或いは機体燃料との熱交換を通じて行えばよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の請求項１に対応した実施の形態を示している。この空調装置は、エアサイクルシステム１とベーパサイクルシステム２とを組み合わせたもので、エアサイクルシステム１及びベーパサイクルシステム２をともに共通の液循環回路３に熱交換可能に接続している。
【００１７】
エアサイクルシステム１は、エンジン４からの抽気を冷却（空調）対象であるコクピット５やキャビン６等の与圧室に供給するラインにターボコンプレッサ及び熱交換器を主体とするパッケージとして構成されている。
【００１８】
ベーパサイクルシステム２は、電動モータ８で圧縮した冷媒をコンデンサ９で外気と熱交換することにより冷却し、これを膨張弁１０で膨張して低温にするものである。
【００１９】
液循環回路３は、第１の熱交換器１１を介して前記エアサイクルシステムに熱交換可能に接続され、エバポレータ１２を介して前記ベーパサイクルシステムに熱交換可能に接続されている。第１の熱交換器１１は、エアサイクルシステム１を通過した空気と内部を循環する冷媒とを熱交換させる位置に配置され、エバポレータ１２は、膨張弁１０を通過した冷媒と内部を循環する冷媒とを熱交換させる位置に配置されている。
【００２０】
そして、前記第１の熱交換器１１の下流に冷却対象である液冷搭載電子機器１３を接続して冷却に供し、その下流に第２の熱交換器１４を配置して冷却対象である搭載電子機器１５との熱交換に供し、また、コクピット５やキャビン６等の与圧室を出た排気を冷却対象である他の搭載電子機器１６に供給して冷却するようにしている。
【００２１】
このように構成すれば、エアサイクルシステム１及びベーパサイクルシステム２の双方から液循環回路３に冷熱が持ち込まれ、液循環回路３において両システム１、２の冷却能力が統合される。このため、冷却システム１、２の何れが故障した場合でも、液循環回路３は他方の冷却システムから持ち込まれた冷熱によって引き続き冷却機能を維持し、冷却能力は落ちるものの、与圧室５、６や搭載電子機器１３、１５、１６に対する冷却を続行することができる。また、エアサイクルシステム１が液循環回路３に冷熱を付与した後に与圧室５、６に空気を供給することになるため、与圧室５、６への供給空気温度を０℃以上にすることができる。したがって、従来の空気循環構造を不要にしてシステムの簡素化を図り、空調効率の向上も果たすことができる。
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の請求項２に対応した実施の形態を示している。この構成は、前記第１の実施形態の基本構造を前提とした上で、液循環回路３のうち、ベーパサイクルシステムとの熱交換部分であるエバポレータ１２及びエアサイクルシステム１との熱交換部分である熱交換器１１を共に通過した冷媒によって搭載電子機器１５が冷却されるように、液冷搭載電子機器１３の接続箇所を前記熱交換器１１の上流に配置したものである。
【００２２】
このように構成すれば、エアサイクルシステム１の冷熱を液冷搭載電子機器１３に回さず、搭載電子機器１５にのみ回すことができ、両冷却システム１、２の冷却能力の総和によって搭載電子機器１５を冷却できるので、液冷搭載電子機器１５をより低温に冷やす必要がある場合でも、ベーパサイクルシステムの冷却をより高い温度で行うことができる。このため、システム効率を向上させ、消費電力の削減を図ることが可能になる。
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の請求項３に対応した実施の形態を示している。この構成は、上記第１若しくは第２の実施形態を前提として、ベーパサイクル２を構成するコンデンサ９を、液循環回路３を流れる冷媒を一時的に導くことにより冷却し得るように、第２液循環回路１６を設けたものである。この第２液循環回路１６は、前記液循環回路３を流れる冷媒を導出してコンデンサ９に導き、しかる後、その冷媒を第４の熱交換器１７において外気又は機体燃料との熱交換に供し、その後、液循環回路３の下流に戻すように構成されたもので、同回路中に配置した通常「開」であるバルブＡ、Ｃを「閉」に、通常「閉」であるバルブＢを開にすることによってその機能が発揮されるようにしてあり、ベーパサイクルシステム２のパッケージ化を行うことができるものである。
【００２３】
このような構成により、地上における冷却は熱負荷が小さいためエアサイクルシステム１のみで行うようにし、ベーパサイクルシステム２の地上点検はエアサイクルシステム１が液循環回路３に与える冷熱を利用して十分に行うことができるため、地上点検のためだけにベーパサイクルシステム２にファンを設けることを不要にして軽量化、スペースファクタの向上を果たすことが可能になる。
【００２４】
なお、搭載電子機器については、何れの場合も液冷、空冷に限定されるものではない。また、その他の構成も、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、エアサイクルまたはベーパサイクルの何れかが故障した場合でも、冷却能力は落ちるものの冷却を有効に続行することができる。このため、航空機の信頼性や安全性を有効に向上させることが可能になる。また、空気の循環無しで、エアサイクルシステムの供給温度を０℃以上に設定することもできるので、無駄な構成を省いてシステムの簡素化、効率化を促進することが可能となる。
【００２６】
加えて、ベーパサイクルシステムに過大な負荷を掛けることを回避できるので、システム効率を向上させ、消費電力の削減を図ることが可能になる。
【００２７】
さらに、請求項２の発明によれば、外気吸い込みのファンなしで、地上でのベーパサイクルシステムの点検を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す摸式的な回路図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る要部を示す摸式的な回路図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る要部を示す摸式的な回路図。
【図４】従来例を示す摸式的な回路図。
【符号の説明】
１…エアサイクルシステム
２…ベーパサイクルシステム
３…液循環回路
９…コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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