JP4341142B2

JP4341142B2 - 航空機用空調システム

Info

Publication number: JP4341142B2
Application number: JP2000114565A
Authority: JP
Inventors: 孝一小原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: JP2001294028A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調システムに係わり、特に、航空機の乗客数に応じた空気調整システムに関する
【０００２】
【従来の技術】
航空機用空気調和装置は、機内（キャビン）の冷房、暖房、換気を行うと同時に、与圧用空気を供給するもので、与圧系統と冷暖房系統に大別される。与圧系統のない小型機は、エンジンの排気管の熱や、別に設けたヒータからの熱で機内を暖め、冷房は外気を機内に取入れることによって行われている。一方、与圧室のある大型機は、エンジンの圧縮機からの高温・高圧になった空気の一部を取り出し（これをエンジン・フリード・エアまたは抽気という）、（Ａ）機外の冷気を利用（これをラム・エアという）したり、（Ｂ）冷媒を使用したべ一パ・サイクル冷却方式を利用したり、（Ｃ）エア・サイクル・冷却方式を利用したりし、これらの組合わせで冷暖房を行っている。旧型の大型機及び現在のタービン・ヘリコプタは、（Ａ）と（Ｂ）の組合わせのベーパ・サイクル方式を採用し、新型のジェット機は（Ａ）と（Ｃ）の組み合わせのエア・サイクル方式を採用している。
【０００３】
従来の装置はエア・サイクル・システム（ＡＣＳと呼ぶ）として、低圧下で水分を分離する方式（ＬＰＷＳ方式と呼ぶ）が用いられていたが、エンジンからの抽気量が多く、エンジン又はＡＰＵ（補助動力装置で、飛行していない時、ここから抽気している。通常、機体の後方に備えられている）の燃費が悪いため、高圧下で水分を分離する方式（３−ＷｈｅｅｌＨＰＷＳ方式と呼ぶ）が採用されている。この３−ＷｈｅｅｌＨＰＷＳ方式はラム・エアを導入するファンとコンプレッサとタービンが一軸に装備され、調和空気中の湿度を高圧下で除去し、ＡＣＳ出口温度を氷点下に下げることができる。
【０００４】
そのため従来のＬＰＷＳ方式よりも必要な冷房能力を得るために使う抽気量が少なくて済むので、エンジン又はＡＰＵの燃費が向上する。ＡＣＳ出口空気は直接キャビンヘ供給するには冷えすぎるので、再循環ラインを通って戻ってきたキャビンからの排気の一部と混合し、快適な温度に調整してからキャビンに供給される。さらに、ＡＣＳだけでは冷房能力が不足する場合は、搭載している電子機器等の冷却用にＡＣＳとは独立して、冷媒等を用いた冷却装置を備えたべ一パ・サイクル・システム（ＶＣＳと呼ぶ）を設けて冷却を行う。
【０００５】
図２に従来の航空機用空気調和装置のシステムを示す。エンジン１から抽気される空気を抽気制御バルブ２で調節し、その空気をＡＣＳ１９に入力する。このＡＣＳ１９で調和空気中の湿度が除去され、ＡＣＳ１９の出口から氷点下に近い空気がミキシングチャンバ１１に導入される。一方、コックピット及び客室１２から再循環フアン１３により排気される暖かい空気が、再循環ラインを通してミキシングチャンバ１１に導入され、前記ＡＣＳから導入された氷点下に近い空気と混合され、快適な温度に調整されてからコックピット及び客室１２に導入される。さらに、ＡＣＳ１９だけでは冷房能力が不足する場合は、ＡＣＳ１９とは独立してＶＣＳ（図示していない）が設けられ、搭載している電子機器等の冷却を行う。そしてコックピット及び客室１２内の圧力を所定の快適な圧力にするために、アウトフローバルブ（図示していない）が設けられ、自動的に制御されて、余分な空気を外部に出している。
【０００６】
次に、ＡＣＳ１９の動作について説明する。エンジンで高温・高圧になった空気の一部が抽気制御バルブ２で調圧されて取出され、ＡＣＳ１９に入力される。そして、外気の冷気をおびたラムエア６によって冷却された一次熱交換器３で冷却された後、コンプレッサ４により圧縮され、再び二次熱交換器５で冷却され、水蒸気の一部は凝縮する。一方、ラムエア６はファン７によって外部に放出される。冷却された空気はリヒータ８の高温側回路に入り、コンデンサ９からの冷却された空気の低温側回路との熱交換によりさらに冷却される。リヒータ８を出た高圧空気は、次にタービン１０で断熱膨張した低温空気によって、コンデンサ９でさらに冷却され、含まれていた水蒸気のほとんどすべてが凝縮する。そして、コンデンサ９を出た空気は、リヒータ８を通ってタービン１０に入り、タービン１０を出た空気はコンデンサ９でリヒータ８からの空気と熱交換され、０℃以下でミキシングチャンバ１１に導かれる。
【０００７】
さらに、ＡＣＳ１９だけでは冷房能力が不足する場合は、搭載している電子機器等の冷却用にＡＣＳ１９とは独立して、フロン等の冷媒を用いた冷却装置を備えたべ一パ・サイクル・システムＶＣＳ（図示せず）が併用される。
上記のように、従来の大型機の航空機用空気調和装置は、エンジンの圧縮機で高温・高圧になった空気の一部を取り出し（抽気）、機外の冷気（ラムエア）を利用し、エア・サイクル・システムを主とし、補助的に独立してべ一パ・サイクル・システムを併用して空気調和を行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空調システムは以上のように構成されているが、機内に取り込むエンジン抽気による新鮮空気量は、乗客数に応じて調整されるのではなく、機体製造会社、または、それを運営する航空会社で設定しており、新鮮空気量と再循環空気量の比で行なわれている。例えば、新鮮空気量：再循環空気量の比は、１：１にされている。
また、航空会社の各フライトは常に１００％の搭乗率ではなく、航空路線によっては５０％以下の場合もある。現状では、搭乗率に関係なく、予め設定された割合で、新鮮空気を取りこむため、必要以上に新鮮空気を供給していることになる。新鮮空気はエンジン抽気から取るので、エンジン１への負荷が増え、燃料消費量が増加するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、機内に取り込むエンジン抽気による新鮮空気量を、新鮮空気量と再循環空気量の比で調整するのではなく、乗客数に応じて調整される空調システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の航空機用空調システムは、外部から新鮮な空気が取込まれ、空調装置でその温度と湿度が調整された空気と、客室の空気の一部が取込まれ再循環される空気とをミキシングして、客室に供給する空調システムにおいて、乗客数をインプットすることによって必要な新鮮空気量を算出するコントローラと、そのコントローラで算出された新鮮空気量に対応する抽気を空調装置へ導く抽気制御バルブと、全体の換気量のうち抽気が増減した分だけ再循環空気を減増するように前記コントローラで制御される可変速式再循環ファンおよび制御バルブとを備えるものである。
さらに、本航空機用空調システムは、可変速式再循環ファンで客室から再循環空気を取り込み、前記制御バルブをミキシングチャンバまたは空調装置の入力側に切替え再循環空気を送風するものである。
【００１１】
本発明の空調システムは上記のように構成されており、コントローラに乗客数を入力すると、必要な新鮮空気量が算出され、その算出された新鮮空気量をもとに抽気制御バルブを制御し、全体の換気量から新鮮空気量を差し引いた量を、可変速式再循環ファン及び制御バルブを制御して、再循環空気を取り込み、ミキシングして客室に供給することができる。そのため、必要以上の新鮮空気量を抽気しないので、エンジンへの負荷が適性であり燃料消費量が無駄に増加することはない。
さらに、客室の温度、湿度のデータによって、コントローラは制御バルブをコントロールして、再循環空気をミキシングチャンバまたは空調装置の入力側に切替え送風することができ、全体の換気量の温度、湿度の適正な調整をすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の空調システムの一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の空調システムを航空機のＡＣＳ（エア・サイクル・システム）１９に適用したブロック図を示す。本空調システムは、エンジン１から新鮮な空気を抽気するための抽気制御バルブ２と、温度と湿度の調整を行なうＡＣＳ（エア・サイクル・システム）１９と、客室１２から再循環空気を取り出す可変速式再循環ファン１５と、その再循環空気をミキシングチャンバ１１またはＡＣＳ１９の入力側に流量制御して送風する制御バルブ１６と、温度と湿度の調整された新鮮な空気と再循環空気とをミキシングするミキシングチャンバ１１と、客室１２の温度と湿度を検出する温湿度検出器１８と、乗客数を入力すると必要な新鮮空気量を算出し前記各部を制御するコントローラ１７とから構成されている。
【００１３】
コントローラ１７は、乗客数を入力すると必要な新鮮な空気量を算出する機能と、必要な新鮮空気量に対応する分だけの抽気をする信号を抽気制御バルブ２に送って、抽気をＡＣＳ１９に導入するように制御する機能と、全体の換気量の内抽気分を差し引いた分だけ、再循環空気を増加するように可変速式再循環ファン１５に信号を送って、可変速式再循環ファン１５の回転数を制御したり、または制御バルブ１６で流量を変えるように制御する機能と、客室１２の温湿度検出器１８からの信号によって制御バルブ１６をミキシングチャンバ１１またはＡＣＳ１９の入力側に切りかえる機能とを備え、空調システム全体をコントロールしている。
【００１４】
抽気制御バルブ２は、エンジン１の圧縮機からの高温・高圧になった新鮮な空気の一部を取り出し、コントローラ１７で算出された取り入れるべき新鮮な空気量に相当する弁開口により流量を制御して、新鮮な空気を空調器ＡＣＳ１９の入力側に導入するものである。
【００１５】
ＡＣＳ１９は、抽気制御バルブ２から取り入れられた高温・高圧の新鮮な空気の温度を下げ湿度を除去するもので、その出口から低温の乾燥した空気がミキシングチャンバ１１に導入される。ＡＣＳ１９に取り入れられた新鮮な空気は、外気の冷気をおびたラムエア６により冷却された一次熱交換器３で冷却された後、コンプレッサ４により圧縮され、再び二次熱交換器５で冷却され、水蒸気の一部が凝縮する。一方、ラムエア６はファン７によって外部に放出される。冷却された空気はリヒータ８の高温側回路に入り、コンデンサ９からの冷却された空気の低温側回路との熱交換によりさらに冷却される。リヒータ８を出た高圧空気は、次にタービン１０で断熱膨張した低温空気によって、コンデンサ９でさらに冷却され、含まれていた水蒸気のほとんどすべてが凝縮する。そして、コンデンサ９を出た空気は、リヒータ８を通ってタービン１０に入り、タービン１０を出た空気はコンデンサ９でリヒータ８からの空気と熱交換され、０℃以下でミキシンクチャンバ１１に導かれる。
【００１６】
可変速式再循環ファン１５は、コントローラ１７で算出された再循環空気量を客室１２から、ミキシングチャンバ１１またはＡＣＳ１９に送風するためのもので、コントローラ１７で算出された再循環空気量に応じて、可変速式再循環ファン１５のファン回転速度が制御されて、再循環空気を取り出すものである。
制御バルブ１６は、再循環空気をミキシングチャンバ１１またはＡＣＳ１９の入力側に切り替えて、流量制御して、送風するためのものである。客室１２に設けられた温湿度検出器１８からのデータにより、コントローラ１７から制御バルブ１６を切り替えて、温湿度の調整がさらに必要な時には、ＡＣＳ１９の入力側に送風される。
【００１７】
ミキシングチャンバ１１は、ＡＣＳ１９からの温度と湿度の調整された新鮮な空気と、客室１２から可変速式再循環ファン１５と制御バルブ１６を介して再循環される再循環空気とをミキシングする空間である。図示していないが温湿度検出器が備えられこの空間でも温度と湿度のデータが検出され、コントローラ１７にその信号が入力されている。
温湿度検出器１８は、客室１２の温度と湿度を検出するもので、その出力信号がコントローラ１７に入力される。温度と湿度がかなり高い場合は、制御バルブ１６をＡＣＳ１９側に切り替え流量制御して、高温・高圧の空気と一緒にＡＣＳ１９に導入する。そして、温度と湿度を下げてミキシングチャンバ１１に導入する。
【００１８】
次に、本空調システムの動作について説明する。最初に、乗客数をコントローラ１７に入力する。コントローラ１７は入力された乗客数に応じて必要な新鮮空気量を算出する。算出された必要な新鮮空気量をもとに抽気制御バルブ２に信号を送る。抽気制御バルブ２はその信号に基づいて弁開口を調整し、エンジン１から高温高圧の新鮮な空気の一部を取り込む。取りこまれた新鮮な空気はＡＣＳ１９に導入される。ＡＣＳ１９は取りこんだ高温高圧の空気を冷却し、水分を除去し温度と湿度を制御してミキシングチャンバ１１に導入する。
【００１９】
一方コントローラ１７は全体の換気量から前記算出された必要な新鮮空気量を差し引いた残りの量を、客室１２から再循環空気として取りこむために、可変速式再循環ファン１５と制御バルブ１６に信号を送る。可変速式再循環ファン１５はコントローラ１７からの信号によって、命令された再循環空気量に応じたファンの回転速度で回転し、制御バルブ１６はその流量を調整して、再循環空気をミキシングチャンバ１１またはＡＣＳ１９の入力側に送る。
【００２０】
この時、客室１２に設けられた温湿度検出器１８からの温湿度のデータが、コントローラ１７に入力され、設定値よりも高ければ、制御バルブ１６はＡＣＳ１９側に切り替えられ、流量調整されて、再循環空気がＡＣＳ１９に送られる。このようにして、乗客数をコントローラ１７に入力することによって、全体の換気量のうち必要な新鮮空気量を算出し、それを抽気して取りこみ、抽気が減った分だけ、再循環空気量を客室１２から増加させて循環させるものである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の空調システムは上記のように構成されており、機内に取り込むエンジン抽気による新鮮空気量を、新鮮空気量と再循環空気量の比で調整するのではなく、コントローラに乗客数を入力して、必要な新鮮空気量を算出し、それをもとにエンジンから新鮮空気量を取り入れ、全体の換気量から新鮮空気量を差し引いた残りの量を、客室から再循環空気として取り込み、ミキシングして客室に供給するので、必要以上の新鮮空気量を抽気することがなく、エンジンへの負荷が適性になり、燃料消費量が無駄に増加することはない。
さらに、客室の温湿度検出器のデータによって、再循環空気をミキシングチャンバまたはＡＣＳ空調装置の入力側に切替え、流量を制御して、送風するので、全体の換気量の温度、湿度の適正な調整が行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空調システムの一実施例を示す図である。
【図２】従来の空調システムを示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン
２…抽気制御バルブ
３…一次熱交換器
４…コンプレッサ
５…二次熱交換器
６…ラムエア
７…ファン
８…リヒータ
９…コンデンサ
１０…タービン
１１…ミキシングチャンバ
１２…客室
１３…再循環ファン
１４…制御バルブ
１５…可変速式再循環ファン
１６…制御バルブ
１７…コントローラ
１８…温湿度検出器
１９…ＡＣＳ

Claims

外部から新鮮な空気が取込まれ、空調装置でその温度と湿度が調整された空気と、客室の空気の一部が取込まれ再循環される空気とをミキシングして、客室に供給する航空機用空調システムにおいて、乗客数をインプットすることによって必要な新鮮空気量を算出するコントローラと、そのコントローラで算出された新鮮空気量に対応する抽気を空調装置へ導く抽気制御バルブと、全体の換気量のうち抽気が増減した分だけ再循環空気を減増するように前記コントローラで制御される可変速式再循環ファンおよび制御バルブとを備えることを特徴とする航空機用空調システム。
請求項１記載の航空機用空調システムにおいて、可変速式再循環ファンで客室から再循環空気を取り込み、前記制御バルブをミキシングチャンバまたは空調装置の入力側に切替え再循環空気を送風することを特徴とする航空機用空調システム。