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KR102001264B1 - 항공기 객실용 에어 컨디셔닝 시스템 - Google Patents

항공기 객실용 에어 컨디셔닝 시스템 Download PDF

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KR102001264B1
KR102001264B1 KR1020137031927A KR20137031927A KR102001264B1 KR 102001264 B1 KR102001264 B1 KR 102001264B1 KR 1020137031927 A KR1020137031927 A KR 1020137031927A KR 20137031927 A KR20137031927 A KR 20137031927A KR 102001264 B1 KR102001264 B1 KR 102001264B1
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KR
South Korea
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cooling
branch
air stream
air
heating
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KR1020137031927A
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라우렌트 오우사이
라우렌트 미넬
Original Assignee
사프란 헬리콥터 엔진스
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Publication of KR20140031285A publication Critical patent/KR20140031285A/ko
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Abstract

항공기 객실(1)용 에어 컨디셔닝 시스템은 객실(1) 내로 개방될 수 있는 하나 이상의 공기 분배 출구(S)에 하나 이상의 외부 공기 입구(E)를 연결하는 공기 공급 회로, 및 공급 회로 내의 공기 스트림을 압축하도록 배열되고 공급 회로 내에 장착된 보조 파워 유닛(4)을 포함하고, 상기 공급 회로는 공기 스트림을 가열하기 위한 가열 수단(6)이 장착되는 공기 분배 출구(S)에 보조 파워 유닛(4)을 연결하는 가열 제1 브랜치(B1), 공기 분배 출구(S)에 보조 파워 유닛(4)을 연결하는 냉각 제2 브랜치(B2), 및 냉각 제2 브랜치(B2)와 가열 제1 브랜치(B1) 사이에서 공기 스트림을 분배하도록 구성된 스위칭 수단(83-86)을 포함한다.

Description

항공기 객실용 에어 컨디셔닝 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AN AIRCRAFT PASSENGER COMPARTMENT}
본 발명은 항공기 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항공기 객실용 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것이다.
항공기 내에서 승객의 안락함을 보장하기 위하여, 객실 내에서 내에서 신선한 공기가 순환하도록 함으로써 객실(또한 소위 선객실)을 환기시키는 것이 알려졌으며 필수적이다. 환기를 위한 신선한 공기는 항공기 외부로부터 취해지고 공급 회로에 의해 객실 내로 공급된다. 환기 공기 유동의 온도는 승객의 안락함을 보장할 수 있는 임계값 내로 객실의 온도를 유지시킬 수 있도록 조절된다. 따라서, 대부분의 시간 동안에 객실 내에 있는 설비(조명, 등)와 승객에 의해 발생된 열을 보상하기 위하여 환기 공기 유동을 냉각시킬 필요가 있을 경우에, 환기 공기 유동은 특정 조건 하에서, 특히 추운 날씨에서, 구체적으로 객실을 난방하는 초기 단계에서 가열되어야 한다.
객실의 환기는 항공기가 공항에서 주차되고 항공기의 엔진이 작동 중단될 때, 그리고 항공기가 비행 중에 가능한 많이 감소되어야 하는 에너지 소모를 나타낸다. 항공기가 주차되어 있는 중에 항공기 객실을 환기하기 위하여, 항공기에 파워를 공급하고 항공기 상에 장착된 보조 파워 유닛(APU)을 이용할 필요가 있으며, 이에 따라 객실이 환기된다.
예로서, 종래 기술에 따른 에어 컨디셔닝 시스템을 도시하는 도 1을 참조하면, 항공기의 승객이 있는 객실(1)은 공기 공급 회로에 의해 공급되고, 이는 다음을 갖는다:
- 압축된 공기 스트림(FAPU)을 공급하는 보조 파워 유닛(4),
- 압축된 공기 스트림(FAPU)을 수용하고 이의 온도를 조절하는 에어 컨디셔닝 팩(2) - 에어 컨디셔닝 팩(2)은 바람직하게는 압축된 공기 스트림(FAPU)을 냉각하기 위한 냉각 유닛을 가짐 - ,
- 객실(1)에 공급되는 혼합된 공기 유동(FM)을 형성하기 위하여 객실(1)로부터 재활용된 공기 스트림 및 컨디셔닝 팩(2)으로부터 온도-조절된 공기 스트림을 수용하는 에어 믹서(3), 및
- 온도의 국부적 제어를 위해 객실(1)의 다양한 구역 내로 주입된 열 파워의 미세 조정을 가능하게 하는 고온 공기 주입 밸브(9) - 공기 스트림은 순환 이후에 객실(1)로부터 배출됨 - .
통상적으로, 보조 파워 유닛은 작동 모드(객실(1)의 난방 또는 가열)를 고려하지 않고 동일한 공기 스트림(FAPU)을 공급한다. 이는 이상적으로 고압의 공기 스트림을 필요로 하는 에어 컨디셔닝 팩(2)에 냉각 공기 스트림을 효과적으로 공급하는 동시에 적절한 압력의 공기 스트림을 요하는 에어 컨디셔닝 팩(2)에 고온 공기 스트림을 공급하기 위하여 제공되는 단점을 나타낸다.
실제로, 보조 파워 유닛(4)은 모든 환경에서 단지 고-압 공기 스트림(FAPU)을 에어 컨디셔닝 팩(2)에 공급한다. 따라서, 객실(1)을 난방하기 위해 필요할 때, 고-압 공기 스트림(FAPU)이 객실의 압력으로 객실 내로 주입되도록 에어 컨디셔닝 팩(2) 내에서 팽창된다. 즉, 보조 파워 유닛(4)에 의해 압축된 공기의 상당 부분이 고온 공급원으로서 사용되기 위해 필요한 최소값에 대해 과도 압축 속도로 압축된다. 압축 속도가 더 클수록 연료 소모도 커진다. 이 과도한 압축 속도는 본 발명이 배제하기를 원하는 에너지의 과도 소모를 나타낸다.
본 발명의 목적은 보조 파워 유닛(4)에 의해 공급된 압축된 공기 스트림의 사용을 최적화하는 동시에 상기 공기 스트림의 가열과 연계된 에너지 비용을 제한하는데 있다.
이들 단점들 중 적어도 일부를 제거하기 위하여, 본 발명은 항공기 객실을 위한 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은
- 객실 내로 개방될 수 있는 하나 이상의 공기 분배 출구에 하나 이상의 외부 공기 입구를 연결하는 공기 공급 회로,
- 공급 회로 내의 공기 스트림을 압축하도록 배열되고 공급 회로 내에 장착된 보조 파워 유닛을 포함하고, 상기 공급 회로는
- 공기 스트림을 가열하기 위한 수단이 장착되는 공기 분배 출구에 보조 파워 유닛을 연결하는 가열 제1 브랜치,
- 공기 분배 출구에 보조 파워 유닛을 연결하는 냉각 제2 브랜치, 및
-냉각 제2 브랜치와 가열 제1 브랜치 사이에서 또는 냉각 제2 브랜치와 가열 제1 브랜치와 변환 브랜치 사이에서 공기 스트림을 분배하도록 구성된 스위칭 수단을 포함한다.
스위칭 수단은 바람직하게는 냉각 또는 가열을 위해 최적화된 상이한 2가지의 작동 모드에 따라 보조 파워 유닛에 의해 압축된 공기 스트림을 사용할 수 있다. 게다가, 가열 수단에 따라 보조 파워 유닛에 의한 과도한 에너지 소모를 방지하고, 공기 스트림에 칼로리를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 칼로리가 제공됨에 따라 보조 파워 유닛의 압축 속도 및 이에 따라 이의 연료 소모가 줄어들 수 있다.
바람직하게는, 냉각 제2 브랜치는 공급 회로의 공기 스트림을 냉각하기 위한 수단을 포함한다. 냉각 수단에 따라 바람직하게는 공기 스트림을 냉각시킬 수 있으며, 이에 따라 시스템의 냉각 파워를 증가시켜 예를 들어 항공기의 항력(drag)을 제한하고, 임계 구역의 냉각을 향상시키며, 보조 파워 유닛, 등의 치수와 부피를 제한할 수 있다.
냉각 수단은 바람직하게는 냉각 공기 스트림의 순환에 의해 공급 회로의 공기 스트림에 냉각 기능을 제공하도록 배열된 열 교환기의 형태로 제공된다. 냉각 공기 스트림은 바람직하게는 항공기의 외부로부터 취해진 외부 공기 흐름이다. 따라서, 보조 파워 유닛에 의해 압축된 공기 스트림은 항공기 자체로부터 에너지를 공급하지 않고 외부적으로 냉각된다.
본 발명의 일 양태에 따라서, 스위칭 수단은 가열 중에 보조 파워 유닛의 동작점을 변경하도록 배열된다. 스위칭 수단은 바람직하게는 보조 파워 유닛의 파워를 제한하고, 이에 따라 이의 연료 소모를 제한하기 위하여 가열 중에 활성화된다. 임의의 압축 부족에 따라 가열 수단에 의해 공급된 열 에너지의 제공을 통하여 바람직하게는 보상되는 압축된 공기 스트림의 온도가 감소된다. 즉, 파워 유닛은 대상(가열 또는 냉각)의 함수로서 최적의 상태로 사용된다.
바람직하게는, 가열 수단은 보조 파워 유닛으로부터의 배기 가스로부터 유입되는 가열 공기 스트림의 순환에 의해 공급 회로의 공기 스트림에 칼로리를 제공하도록 배열된 열 교환기의 형태로 제공된다. 보조 파워 유닛에 의해 공급된 열은 바람직하게는 압축된 공기 스트림을 가열하기 위하여 사용된다.
본 발명의 일 양태에 따라서, 냉각 제2 브랜치가 공급 회로의 공기 스트림을 냉각하기 위한 수단을 포함하며, 가열 제1 브랜치는 냉각 수단 내에서 가열된 공기 스트림이 순환하도록 하기 위하여 냉각 수단의 업스트림에 냉각 제2 브랜치에 연결된다. 공급 회로의 이러한 구성은 필요 공간이 작고, 현존 항공기 내로 용이하게 통합될 수 있다.
바람직하게는, 스위칭 수단은 가열된 공기 스트림이 냉각 수단 내에서 순환할 때 냉각 수단을 비활성화시키기 위해 배열된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 공급 회로는 개별적인 공기 분배 출구, 보조 파워 유닛을 믹서에 연결하는 가열 제1 브랜치, 보조 파워 유닛을 믹서(3)에 연결하는 냉각 제2 브랜치에 공급하는 믹서를 포함한다. 따라서, 객실은 바람직하게는 가열 및 냉각 브랜치의 공기 스트림을 독립적으로 조절함으로써 환기될 수 있다.
바람직하게는, 보조 파워 유닛이 저-압 공기 출구 및 고-압 공기 출구를 포함함에 따라 가열 제1 브랜치가 저-압 공기 출구에 연결되고, 냉각 제2 브랜치가 고-압 공기 출구에 연결된다.
따라서, 바람직하게는 가열을 위해 적합한 저-압 브랜치가 제공되고, 냉각을 위해 적합한 고-압 브랜치가 제공된다. 환기는 요건에 따라 정밀하게 그리고 최적의 상태로 파라미터화될 수 있다.
보다 바람직하게는, 공급 회로는 믹서에 가열 수단에 의해 가열되지 않은 저-압 공기 스트림을 공급할 수 있는 가열 제1 브랜치와 평행하게 장착된 변환 브랜치를 포함한다. 따라서, 보조 파워 유닛으로부터 유입되는 공기 스트림은 바람직하게는 가열 수단에 의해 방향전환되어 가열되지 않은 공기 스트림을 믹서에 공급하고, 이에 따라 믹서에 의해 수용된 공기 스트림의 온도는 정밀한 방식으로 제어될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시로서 제공된 하기 기술 내용에 따라 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어 컨디셔닝 시스템의 예시적인 도면.
도 2는 객실을 난방하는 중에 본 발명에 따른 에어 컨디셔닝 시스템의 제1 실시 형태의 예시적인 도면.
도 3은 객실을 난방하는 중에 도 2의 제1 실시 형태에 따른 에어 컨디셔닝 시스템의 예시적인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 에어 컨디셔닝 시스템의 제2 실시 형태의 예시적인 도면.
도면에는 본 발명을 실시하기 위한 상세한 방법이 기재되며, 상기 도면은 본 발명의 더욱 적절히 설명하기 위해 제공될 수 있다.
예로서, 본 발명에 따른 에어 컨디셔닝 시스템(air conditioning system)의 두 실시 형태를 도시하는 도 2 내지 도 4를 참조하면, 에어 컨디셔닝 시스템은 항공기의 객실(1), 특히 항공기 내의 탑승자가 있는 객실(compartment, 1)을 환기하기 위하여 배열된다.
이 실시 형태에서, 본 발명에 따르는 에어 컨디셔닝 시스템은 압축된 공기 스트림을 공급하는 보조 파워 유닛(auxiliary power unit, 4)을 포함하는 공기 공급 회로, 에어 컨디셔닝 팩(air conditioning pack, 2)으로부터 공기 스트림을 수용하는 믹서(3) 및 온도를 조절함으로써 압축된 공기 스트림을 수용하는 에어 컨디셔닝 팩(2) 및 도 2에 도시된 바와 같이 객실(1)에 공급되는 혼합된 공기 유동(FM)을 형성하기 위하여 객실(1)로부터 재활용된 공기 스트림을 포함한다. 이를 위해, 공급 회로는 객실(1) 내로 개방되는 공기 분배 출력부(S)를 포함한다. 배출 공기 스트림(G)은 객실 내에서 순환 이후에 객실(1)로부터 배출된다.
본 발명에 따라서, 각각의 공급 회로는 내부에 가열 수단(6)이 끼워맞춤되고 믹서(3)에 보조 파워 유닛(4)을 연결하는 가열 제1 브랜치(B1), 내부에 냉각 수단(7)이 끼워맞춤되고 믹서(3)에 보조 파워 유닛(4)을 연결하는 냉각 제2 브랜치(B2), 및 가열 제1 브랜치(B1)와 냉각 제2 브랜치(B2)와 변환 브랜치(B3) 사이에서 또는 가열 제1 브랜치(B1)와 냉각 제2 브랜치(B2) 사이에서 공기 스트림을 분배하기에 적합한 스위칭 수단(81-86)을 포함한다.
스위칭 수단(81-86)은 공급 회로가 객실(1)을 난방 또는 냉각시킬 때 공급 회로의 작동을 변경시킬 수 있다. 공급 회로의 이 변경은 이의 연료 소모를 제한하는 보조 파워 유닛(4)의 동작점(operating point)을 변경한다. 본 발명에 따라, 에어 컨디셔닝 시스템은 종래 기술에서보다 더 적은 에너지를 소모하며, 냉각 또는 칼로리는 에어 컨디셔닝 팩(2)으로부터 분리된 냉각 수단(7) 및 가열 수단(6)에 의해 제공된다.
하기에서 제시되는 두 실시 형태에서, 보조 파워 유닛(4)(APU로서 더 잘 알려짐)은 공급 회로의 공기 입구(E)의 영역에서 항공기의 외측으로부터 흡인되는 공기 유동을 압축할 수 있는 부하 압축기(load compressor)를 포함한다. 가열 수단(6)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 보조 파워 유닛(4)으로부터의 배기 가스로부터 유입되는 가열 공기 스트림(FECH)의 순환에 의해 가열 제1 브랜치(B1)의 공기 스트림에 칼로리를 제공하도록 배열된 열 교환기의 형태로 제공된다. 가열 수단(6)은 바람직하게는 이의 작동 추이에 따라 보조 파워 유닛(4)에 의해 생성된 열로부터 득이 되도록 보조 파워 유닛(4)의 배기 영역에 직접 장착된다. 유사하게, 두 실시 형태에서 냉각 수단(7)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 항공기의 외부로부터 취해진 냉각 공기 스트림(FREF)의 순환에 의해 냉각 제2 브랜치(B2)의 공기 스트림을 냉각시키도록 배열된 열 교환기(7)의 형태로 제공된다. 물론, 가열 수단(6) 또는 냉각 수단(7)은 다양한 형태를 취할 수 있으며, 이상적으로 수단(6, 7)은 추가 소모가 없으며 에너지의 회수에 의해 수득되는 냉각 및 칼로리를 제공할 수 있다.
1. 제1 실시 형태
본 발명의 제1 실시 형태에 따라서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 보조 파워 유닛(4)은 공기 입구(E)의 영역에서 항공기의 외부로부터 취해진 공기 스트림(FEXT)을 수용하고, 이 공기 스트림을 압축하여 공급 회로에 공급되는 압축된 공기 스트림(FAPU)을 형성한다.
공급 회로는 이 실시 형태에서 압축된 공기 스트림(FAPU)을 수용하고 가열 제1 브랜치(B1)와 냉각 제2 브랜치(B2) 사이에 이 공기 스트림을 분배하도록 배열된 제1 밸브(81)의 형태이고, 냉각 제2 브랜치(B2)의 냉각 수단(7) 내에서 순환하는 압축된 공기 스트림(FAPU)에 대한 냉각 기능을 제공하는 냉각 공기 스트림(FREF)의 유동 속도를 조절하도록 배열된 제2 밸브(82)의 형태인 스위칭 수단을 포함한다. 따라서, 제2 밸브(82)는 냉각 수단(7)의 냉각 정도를 조절할 수 있다.
에어 컨디셔닝 시스템의 복잡성 및 필요한 공간을 제한하기 위하여, 가열 제1 브랜치(B1)는 냉각 수단(7) 내에서 가열된 공기 스트림이 순환하도록 냉각 수단(7)의 업스트림에서 냉각 제2 브랜치(B2)에 연결된다. 공급 회로의 이러한 구조는 필요 공간이 작고, 현재의 항공기에 보다 용이하게 일체구성될 수 있다. 용어 "업스트림" 및 "다운스트림"은 공급 회로 내에서 업스트림으로부터 다운스트림으로 공기 스트림의 순환에 대해 정의된다.
제1 실시 형태에서, 에어 컨디셔닝 팩(2)은 평행한 2개의 브랜치(도시되지 않음)를 포함하고, 이 두 브랜치들 중 하나는 냉각 장치를 포함하며, 다른 하나는 장치를 갖지 않고, 상기 에어 컨디셔닝 팩(2)은 두 브랜치들 사이에서 에어 컨디셔닝 팩(2)에 유입되는 공기 스트림을 분배하도록 배열된 분배 밸브를 포함한다. 가열 중에, 에어 컨디셔닝 팩의 분배 밸브는 냉각 장치 없이 브랜치를 향하여 공기 스트림을 유도하기 위해 제어되며, 그 결과 객실(1)의 압력으로 공급 회로 내의 압력이 실질적으로 감소된다. 보조 파워 유닛(4)은 그 뒤에 더 적은 연료를 소모하고 더 낮은 압력에서 작동하도록 이의 동작점을 변화시킨다. 에어 컨디셔닝 팩(2)의 분배 밸브는 컨디셔닝 시스템의 스위칭 수단에 속하며, 바람직하게는 압축기의 동작점을 변화시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 스위칭 수단(81, 82)은 바람직하게는 제1 밸브(81)가 전체적으로 또는 부분적으로 가열 제1 브랜치(B1)를 향하여 공기 스트림을 유도하기 위해 개방될 때 제2 밸브(82)가 그 뒤에 냉각 수단(7) 내에서 항공기 외부로부터 취해진 냉각 공기 스트림(FREF)의 순환을 방지하기 위해 밀폐된다. 제어 명령이 컨디셔닝 시스템의 임의의 요소에 의하여, 특히 에어 컨디셔닝 팩(2)에 의해 전송될 수 있다. 따라서, 가열 제어 명령이 에어 컨디셔닝 시스템에 전송될 때, 압축된 공기 스트림(FAPU)은 가열 제1 브랜치(B1)의 가열 수단(6) 및 냉각 제2 브랜치의 냉각 수단(7) 내에서 연속적으로 순환하지만 냉각되지 않아서 냉각 공기 스트림(FREF)은 제2 밸브(82)에 의해 차단된다(압축된 공기 스트림(FAPU)의 순환이 도 2에서 점선으로 도시됨). 따라서, 에어 컨디셔닝 팩(2)은 원하는 온도로 가열되는 배출 공기 스트림(FS1)을 수용하고, 이의 압력은 에어 컨디셔닝 팩(2)에 의해 정해진 가열을 위한 요구가 점점 커지는 한 심지어 더 작아질 것이다.
이는 에너지의 관점에서 선호되며, 항공기의 에너지 자원이 보존된다. 사실상, 배출 공기 스트림(FS1)에 제공된 칼로리는 보조 파워 유닛(4)의 배기부에서 회수된다.
도 3을 참조하면, 유사한 방식으로, 스위칭 수단(81, 82)은 바람직하게는 제1 밸브(81)가 전체적으로 또는 부분적으로 냉각 제2 브랜치(B2)를 향하여 개방될 때 제2 밸브(82)가 그 뒤에 냉각 수단(7) 내에서 항공기 외부로부터 취해진 냉각 공기 스트림(FREF)의 순환을 가능하게 하도록 개방된다. 따라서, 냉각 제어 명령은 에어 컨디셔닝 시스템에 전송될 때, 압축된 공기 스트림(FAPU)은 바람직하게는 냉각 공기 스트림(FREF)에 의해 냉각되도록 냉각 제2 브랜치(B2)의 냉각 수단(7) 내에서 배향된다(압축된 공기 스트림(FAPU)의 순환은 도 3에서 점선으로 도시됨). 따라서, 에어 컨디셔닝 팩(2)은 실질적으로 미리 냉각되는 배출 공기 스트림(FS2)을 수용한다. 환기 공기 스트림이 객실(1) 내에 분배될 때, 이 공기 스트림은 이에 따라 한편으로는 냉각 수단(7)에 의해 그리고 다른 한편으로는 에어 컨디셔닝 팩(2)에 의해 냉각된다. 전체적으로, 냉각 수단(7)은 에어 컨디셔닝 시스템의 전체 냉각 파워를 증가시키는데 기여한다.
잔여 냉각 파워는 다양한 대체 또는 조합에 따라 이용될 수 있다:
- 보조 파워 유닛(4)의 부하 압축기의 압축 작업의 감소(이에 따라 ISO 냉각 성능에서 보조 파워 유닛(4)의 크기, 부피, 벌크, 소모가 줄어듬),
- 냉각원으로서 에어 컨디셔닝 팩(2)에 의해 사용된 외부 냉각 공기 스트림의 감소, 이에 따라 비행 중인 항공기에서 유발된 드래그가 줄어듬,
- 특정 임계 작동의 경우 시스템의 냉각 성능이 증가됨.
이 실시예에서, 보조 파워 유닛(4)의 부하 압축기는 가변 속도에서 작동하고 보조 파워 유닛(4)의 다운스트림에서 정해진 유동 속도/압력 조건의 함수로서 이의 동작점에 적합해질 수 있는 가변-설정 원심 압축기이다. 물론, 압축기는 다양한 형태를 가질 수 있다.
종래 기술과 유사한 방식으로, 공급 회로는 이의 온도의 국부적 제어를 위해 객실(1)의 다양한 구역 내로 유입된 열 파워의 미세 조정을 가능하게 하는 공기 주입 밸브(9)를 포함한다. 이 실시 형태에서, 주입 밸브(9)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 공기 분배 출구(S)의 영역에서 객실(1) 내로 개방되고 에어 컨디셔닝 팩(2)의 업스트림에서 개시되는 주입 브랜치 내에 장착된다.
제1 실시 형태에 따르는 에어 컨디셔닝 시스템은 바람직하게는 컴팩트하고 경량이다. 현존 항공기 내에서의 통합은 수행하기가 간단하다. 가열 브랜치(B1) 및 냉각 브랜치(B2), 및 또한 스위칭 수단이 바람직하게는 에어 컨디셔닝 팩(2)을 공급하기 전에 보조 파워 유닛(4)에 연결될 수 있는 독립적 열 컨디셔닝 모듈의 형태로 조립된다.
2. 제2 실시 형태
본 발명의 제2 실시 형태에 따라서, 도 4를 참조하면, 보조 파워 유닛(4)은 항공기 외부로부터 취해진 공기 스트림(FEXT)을 수용하고 에어 컨디셔닝 시스템을 공급하는 압축된 공기 스트림을 형성하기 위하여 이를 압축한다. 이 제2 실시 형태에서, 보조 파워 유닛(4)은 2개의 개별 회로 상에서(대안적이지 않게, 하나의 단일 회로 상에서) 저압 압축된 고온 공기 스트림(FAPU-BP) 및 고압(FAPU-HP)에서 압축된 "냉각된", 보다 정밀하게 "사전냉각된" 공기 스트림을 동시에 공급하기에 적합하다. 이 실시 형태에서, 보조 파워 유닛(4)은 각각 고온 저-압 압축된 공기 스트림(FAPU-BP) 및 "냉각된" 고압 공기 스트림(FAPU-HP)을 공급하는 고-압 스테이지(42)와 저-압 스테이지(41)를 갖는 압축기의 형태이다. 제2 실시 형태에서, 에어 컨디셔닝 팩(2)은 단지 냉각 장치를 갖는 하나의 단일 브랜치를 포함한다. 에어 컨디셔닝 팩(2)은 고-압 공기 스트림(FAPU-HP)과 저-압 공기 스트림(FAPU-BP)을 완화시킴으로써 객실(1) 내로 유입된 공기를 조절한다.
공급 회로는 믹서(3)에 공급된 고온 공기의 유동 속도를 조절하기 위하여 저-압 압축된 스트림(FAPU-BP)을 수용하기 위해 배열된 제1 저-압 밸브(83) 및 믹서(3)에 공급된 냉각 공기의 유동 속도를 조절하고 고-압 압축된 스트림(FAPU-HP)을 수용하도록 배열된 제1 고-압 밸브(85)의 형태인 스위칭 수단을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공급 회로는 제1 저-압 밸브(83)와 압축기(41)의 저압 스테이지 사이에 평행한 2개의 공급 브랜치, 이러한 가열 수단(6) 없이 가열 수단(6)가 변환 브랜치(B3)가 배열되는 가열 브랜치(B1)를 포함한다. 스위칭 수단은 또한 2개의 브랜치(B1, B3) 사이에서 보조 파워 유닛(4)의 압축기로부터 유입되는 저-압 압축된 유동을 분배하고, 이에 따라 교환기에 의해 수용된 저-압 압축된 스트림(FAPU-BP)의 온도를 제어 또는 제한하기 위한 제2 저-압 밸브(84)를 포함한다.
제1 실시 형태와 유사한 방식으로, 스위칭 수단은 또한 제2 냉각 브랜치(B2)의 냉각 수단(7)에 공급되는 항공기의 외부로부터 취해진 냉각 공기 스트림(FREF)의 유동 속도를 제한하도록 배열된 제2 고-압 밸브(86)(제1 실시 형태의 제2 밸브(82)와 동일함)를 포함한다.
스위칭 수단의 제1 저-압 밸브(83)와 제1 고-압 밸브(85)에 따라 에어 컨디셔닝 시스템 각각은 믹서(3)에 의해 수용된 "냉각된" 고-압 스트림(FAPU-HP)과 저-압 고온 공기 스트림(FAPU-BP)의 유동 속도를 각각 조절할 수 있으며, 이에 따라 에너지 소모가 제한되고 최적의 상태로 객실(4)을 환기할 수 있다.
스위칭 수단의 제2 저-압 밸브(84)와 제2 고-압 밸브(86)에 따라 믹서(3)에 의해 수용된 고-압 스트림(FAPU-HP)과 저-압 스트림(FAPU-BP)의 유동 속도에서 칼로리/냉각의 제공을 각각 조절할 수 있다. 칼로리는 바람직하게는 보조 파워 유닛(4)의 배기부에서 회수된다. 환기 공기 온도는 객실(1) 내에서 완벽히 제어된다.
제1 실시 형태와 유사한 방식으로, 스위칭 수단(83-86)은 가열 또는 냉각 중에 이의 소모를 제한하기 위해 보조 파워 유닛(4)의 압축기의 동작점(operating point)을 변경시키도록 바람직하게 제어될 수 있다.
보조 파워 유닛(4)의 압축기는 하나 이상의 샤프트를 포함할 수 있다. 저-압 스테이지는 바람직하게는 항공기가 비행 중에 객실(1)에 공급되는 충분한 압력을 제공할 수 있도록 치수가 형성된다.
종래 기술과 유사한 방식으로, 공급 회로는 이의 온도의 국부적 제어를 위해 객실(1)의 다양한 구역 내로 주입되는 열 파워의 미세한 조절을 가능하게 하는 공기 주입 밸브(9)를 포함한다. 도 4에 따라서 주입 밸브(9)는 객실(1)의 공기 분배 출구(S)의 영역에서 객실(1) 내로 개방되고, 변환 브랜치(B3)와 가열 브랜치(B1)의 영역에서 개시되는 주입 브랜치 내에 장착된다.
제2 실시 형태의 변형예에서, 에어 컨디셔닝 시스템은 중복가능한 2개의 보조 파워 유닛을 포함하고, 각각의 보조 파워 유닛은 2개의 고온 및 "냉각" 공급 회로를 공급할 수 있다. 에어 컨디셔닝 시스템에 따라 미리 제공된 고온 공기 스트림 및 냉각 공기 스트림을 제공할 수 있지만 물론 에어 컨디셔닝 시스템은 고온 및 냉각 공기 스트림을 완화시킬 수 있다.
게다가, 항공기 외부로부터 취해진 냉각 공기 스트림(FREF)의 순환에 의해 냉각 제2 브랜치(B2)의 공기 스트림에 냉각 기능을 제공하도록 배열된 냉각 수단(7)이 제공된다. 물론, 임의의 다른 공기 스트림이 냉각 기능을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 객실(G)로부터의 배출 공기 스트림이 냉각 제2 브랜치(B2)의 공기 스트림을 냉각하기 위해 냉각 수단(7) 내에서 사용된다.
본 발명의 일 양태에 따라서, 객실(G)로부터의 배출 공기 스트림이 하나의 형태 또는 다른 형태로(전기, 공압, 등) 기계적 에너지를 생성하기 위하여 회수 터빈(recovery turbine)(도시되지 않음) 내로 주입된다. 바람직하게는, 주입은 냉각 수단(7) 내에서 객실(G)로부터 배출 공기 스트림의 순환 이후에 수행된다. 따라서, 객실(G)로부터의 배출 공기 스트림이 가열되고, 이의 주입 동안에 더 높은 에너지 수준을 가져서 이는 선호될 수 있다.

Claims (10)

  1. 항공기 객실(1)용 에어 컨디셔닝 시스템으로서, 상기 시스템은
    객실(1) 내로 개방될 수 있는 하나 이상의 공기 분배 출구(S)에 하나 이상의 외부 공기 입구(E)를 연결하는 공기 공급 회로,
    공급 회로 내의 공기 스트림을 압축하도록 배열되고 공급 회로 내에 장착된 보조 파워 유닛(4)을 포함하고, 상기 공급 회로는
    공기 분배 출구(S)에 보조 파워 유닛(4)을 연결하고, 공기 스트림을 가열하기 위한 가열 수단(6)이 장착되는 가열 제1 브랜치(B1),
    공기 분배 출구(S)에 보조 파워 유닛(4)을 연결하고, 공기 스트림을 냉각하기 위한 냉각 수단(7)이 장착되는 냉각 제2 브랜치(B2), 및
    가열 제1 브랜치(B1)와 냉각 제2 브랜치(B2)와 변환 브랜치(B3) 사이에서 또는 가열 제1 브랜치(B1)와 냉각 제2 브랜치(B2) 사이에서 공기 스트림을 분배하도록 구성된 스위칭 수단(81-86)을 포함하는 에어 컨디셔닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 냉각 제2 브랜치(B2)는 공급 회로의 공기 스트림을 냉각하기 위한 수단(7)을 포함하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 냉각 수단(7)은 냉각 공기 스트림(FREF)의 순환에 의해 공급 회로의 공기 스트림에 냉각 기능을 제공하도록 배열된 열 교환기의 형태로 제공되는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 스위칭 수단(81-86)은 가열 중에 보조 파워 유닛(4)의 동작점(operating point)을 변경하도록 배열되는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 가열 수단(6)은 보조 파워 유닛(4)으로부터의 배기 가스로부터 유입되는 가열 공기 스트림(FECH)의 순환에 의해 공급 회로의 공기 스트림에 칼로리를 제공하도록 배열된 열 교환기의 형태로 제공되는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 냉각 제2 브랜치(B2)가 공급 회로의 공기 스트림을 냉각하기 위한 수단(7)을 포함하며, 가열 제1 브랜치(B1)는 냉각 수단(7) 내에서 가열된 공기 스트림이 순환하도록 하기 위하여 냉각 수단(7)의 업스트림에 냉각 제2 브랜치(B2)에 연결되는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 스위칭 수단(81-86)은 가열된 공기 스트림이 냉각 수단(7) 내에서 순환할 때 냉각 수단(7)을 비활성화시키기 위해 배열되는 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 보조 파워 유닛(4)이 저-압 공기 출구(FAPU-BP) 및 고-압 공기 출구(FAPU-HP)를 포함함에 따라 가열 제1 브랜치(B1)가 저-압 공기 출구(FAPU-BP)에 연결되고, 냉각 제2 브랜치(B2)가 고-압 공기 출구(FAPU-HP)에 연결되는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 공급 회로는 가열 수단(6)에 의해 가열되지 않은 저-압 공기 스트림(FAPU-BP)을 믹서(3)에 공급할 수 있는 가열 제1 브랜치(B1)에 대해 평행하게 장착된 변환 브랜치(B3)를 포함하는 시스템.
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