環境制御システムの供給予冷器バイパス
【課題】予冷器が使用する加圧空気の量及び予冷器の重量を低減する圧縮機ブリード空気供給システムを提供する。
【解決手段】環境制御システム６のための圧縮機ブリード空気３８を冷却する予冷器７は、冷却空気５７の供給源と流体連通し且つ圧縮機ブリード空気３８を冷却する空気間熱交換器５６を含む。ブリード空気供給源と環境制御システムとの間の可変バイパスバルブ７４は、熱交換器の周りに圧縮機ブリード空気をバイパスする。冷却空気は、可変ファン空気バルブ７６によって調整されるファン空気３３の一部とすることができる。ブリード空気供給源は、低圧ブリード空気供給源と高圧ブリード空気供給源１１８との間で選択可能とすることができる。方法は、低圧供給源からのみの圧縮機ブリード空気を流すステップと航空機の進入又はロイター中に１エンジン停止状態時にブリード空気の最小レベルの圧力に適合するよう推力レベルを増大させるステップとを含む。
【解決手段】環境制御システム６のための圧縮機ブリード空気３８を冷却する予冷器７は、冷却空気５７の供給源と流体連通し且つ圧縮機ブリード空気３８を冷却する空気間熱交換器５６を含む。ブリード空気供給源と環境制御システムとの間の可変バイパスバルブ７４は、熱交換器の周りに圧縮機ブリード空気をバイパスする。冷却空気は、可変ファン空気バルブ７６によって調整されるファン空気３３の一部とすることができる。ブリード空気供給源は、低圧ブリード空気供給源と高圧ブリード空気供給源１１８との間で選択可能とすることができる。方法は、低圧供給源からのみの圧縮機ブリード空気を流すステップと航空機の進入又はロイター中に１エンジン停止状態時にブリード空気の最小レベルの圧力に適合するよう推力レベルを増大させるステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、環境制御システム（ＥＣＳ）に関し、より具体的には、航空機環境制御システムへのガスタービンエンジン圧縮機空気供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機搭載の環境制御システム（ＥＣＳ）は、客室及び乗務員用の空気を調整するため、並びに冷却を必要とする航空電子工学機器及び／又は他の機器を冷却するのに広く使用されている。一部の環境制御システムは、航空機ガスタービンエンジン又は補助出力ユニットの圧縮機から加圧空気を抽気する。典型的な閉ループＥＣＳにおいて、作動流体は、圧縮機、中間冷却器、圧縮機を駆動するタービン、並びに冷却される機器又は容積から熱を抽出する熱交換器の間の閉ループを循環する。
【０００３】
ブリード空気は、予冷器を通過して送給されるブリード空気の温度及び圧力を調節し、水加圧、ウィング及びエンジン氷結防止、液圧ポンプ、客室加温用トリム空気、及び同様のものなど、航空機の空気圧サービスに適合させるようにする。エンジンブリード空気は、高圧（ＨＰ）又は低圧（ＬＰ）エンジン圧縮機セクション又は段の何れかから流入する。ＬＰ空気は、高出力設定運転中に使用され、ＨＰ空気は降下及び他の低出力設定運転中に使用される。通常、ＨＰバルブの制御は自動的に行われる。低エンジン推力運転中、ＨＰバルブは開放され、高圧空気がシステムに動力を供給することができる。推力が増大すると、ＨＰバルブは自動的に閉鎖され、ＬＰチェックバルブが開放されてブリード空気を供給し、低圧空気がシステムに動力を供給できるようになる。
【０００４】
エンジンブリード空気は、空気供給予冷器を通じて配送される。予冷器は、クロスフローの空気間熱交換器であり、エンジンファン空気を冷却媒体として使用する。ファン空気は、予冷器の底部に取り付けられたファン空気調節バルブを通じて予冷器に送られる。ファン空気調節バルブは、ファン空気圧力及び温度センサからの制御空気圧力及び温度に基づいて予冷器への空気流を調節する。
【０００５】
予冷されたＥＣＳ用空気は、空気調整パックを通って進み、本質的に乾燥した滅菌の無塵調整空気を航空機客室に提供する。次いで、この調整空気は、所定量の客室再循環空気と混合されて航空機客室に送給される。予冷器の下流側で得られるトリム空気が加わり、航空機客室に好適な快適レベルまで調整空気を加温することができる。
【０００６】
５：１又はそれ以上の高バイパス比の最新のターボファンエンジンは、良好な燃料消費量を有するが、ＥＣＳに利用できる加圧空気は少なくなる。ＥＣＳ用のブリード空気の抽出は、燃料消費量上不利な結果となり、予冷器の重量も同様である。典型的な予冷器は、当該技術分野において「ｏｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ｏｕｔ（１エンジン停止）」の重積載保持エンジン運転条件と呼ばれるものに合わせたサイズにされる。この条件は、１エンジン停止状態の満載の航空機で、ロイター又は進入飛行条件で使用される可能性があるような、比較的低ＲＰＭ又は出力レベルで運転しているエンジンにおけるものである。
【０００７】
この設計飛行条件は、エンジン停止に起因して正常な運転条件の２倍の加圧ブリード空気が必要となり、従って、燃料消費量が増大するだけでなく、より大型で重量のある予冷器が必要となる可能性がある。燃料コストの高騰並びにより効率的なエンジン設計の開発と相まって、ＥＣＳ予冷器が使用する加圧空気の量及びＥＣＳ予冷器の重量を低減することが極めて望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システムは、ブリード空気供給源からの圧縮機ブリード空気を冷却し、環境制御システムと供給流れ連通して動作可能に接続された圧縮機供給空気予冷器を含む。予冷器は、冷却空気の供給源と流体連通し且つ圧縮機ブリード空気を冷却するよう動作可能な空気間熱交換器を含む。可変バイパスバルブが、ブリード空気供給源と環境制御システムとの間に配置される。該可変バイパスバルブは、熱交換器の周りに圧縮機ブリード空気の少なくとも一部をバイパスするよう動作可能である。
【０００９】
ブリード空気供給源は、高圧圧縮機の第１の段と最後の段との間に配置される低圧ブリード空気供給源とすることができ、冷却空気は、ガスタービンエンジンからのファン空気の一部とすることができ、可変ファン空気バルブを冷却空気の供給源と熱交換器との間に配置することができる。ブリード供給源は、低圧ブリード空気供給源と高圧ブリード空気供給源との間で選択可能とすることができる。低圧ブリード空気供給源及び高圧ブリード空気供給源が、ガスタービンエンジン高圧圧縮機の中間段及び最後の段とすることができる。
【００１０】
より詳細な実施形態は、低圧ブリード空気供給源及び高圧ブリード空気供給源に接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ラインを含み、ブリード空気入口ラインが、圧縮機ブリード空気を冷却するため空気間熱交換器において熱交換器冷却回路に接続され且つ流れ連通している。ブリード空気出口ラインは、熱交換器冷却回路を環境制御システムに接続する。可変バイパスバルブが、ブリード空気入口ラインとブリード空気出口ラインとの間のブリード空気バイパスライン内に配置されたバイパススロットルバルブである。高圧ブリード遮断バルブが、高圧ブリード空気供給源とブリード空気入口ラインとの間の高圧ブリードラインに配置され、電子制御装置は、バイパススロットルバルブ及び可変ファン空気バルブに制御可能に接続される。電子制御装置は、高圧ブリード遮断バルブに制御可能に接続される。
【００１１】
予冷器は、熱交換器の周りに圧縮機ブリード空気をバイパスするため統合可変予冷器バイパスを含む統合予冷器とすることができる。低圧ブリード空気供給源及び高圧ブリード空気供給源と接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ラインはまた、統合可変予冷器バイパスのディフューザと接続され且つ流れ連通している。ディフューザは、圧縮機ブリード空気の少なくとも一部を冷却するため空気間熱交換器と選択的に流れ連通し且つ統合予冷器内のバイパスダクトと選択的に流れ連通している。熱交換器及びバイパスダクトは、並流関係にあり、且つ統合予冷器の排出出口と流れ連通している。ブリード空気出口ラインは、排出出口を環境制御システムに接続し、可変バイパスバルブが、熱交換器とブリード空気入口ラインとの間に配置されたバイパスドアを含む。電子制御装置は、可変バイパスバルブ及び可変ファン空気バルブに制御可能に接続することができる。
【００１２】
２つ又はそれ以上の航空機ガスタービンエンジンと内部に環境制御システムとを含む航空機は、ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システムを組み込む。各航空機ガスタービンエンジンは、直列流れ連通した状態で、ファン、高圧圧縮機、環状燃焼器、高圧圧縮機に動力を供給する高圧タービン、ファンに動力を供給する低圧タービンを含む。環状ナセルがファンを囲み、コアカウルは、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを囲む。環状バイパスダクトは、環状ナセルとコアカウルとの間に半径方向に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】航空機の環境制御システム用の予冷器及び予冷器バイパスを備えた圧縮機ブリード空気供給システムを有するガスタービンエンジンの軸方向断面概略図。
【図２】図１に示す、圧縮機ブリード空気供給システムの断面概略図。
【図３】図１に示す圧縮機ブリード空気供給システム及びウィング氷結防止システムの拡大概略図。
【図４】バイパスドアが開放位置にある、代替の予冷器及び代替の予冷器バイパスの概略図。
【図５】バイパスドアが閉鎖位置にある、図４に示す代替の予冷器及び代替の予冷器バイパスの概略図。
【図６】代替の圧縮機ブリード空気供給システムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、航空機８のウィング４に装着された例示的なターボファン航空機ガスタービンエンジン１０が概略的に示されている。エンジン１０は、長手方向又は軸方向中心軸線の周りで軸対称であり、航空機８のウィング又は胴体に好適に装着される。エンジンは、下流側に直列流れ連通した状態で、ファン１４、低圧又はブースタ圧縮機１６、ＨＰ圧縮機１８、環状燃焼器２０、高圧タービン（ＨＰＴ）２２、及び低圧（ＬＰＴ）タービン２４を含む。典型的な航空機８は、２つ又はそれ以上のエンジン１０を有する。
【００１５】
環状ナセル２６は、ファン１４の周りを囲み、ブースタ圧縮機１６の周りを後方に延びる環状バイパスダクト２８を定める。第１の駆動シャフト３０は、ＨＰＴ２２をＨＰ圧縮機１８に接続し、第２の駆動シャフト３２は、ＬＰＴ２４をファン１４及びブースタ圧縮機１６に接続する。コアエンジン１５は通常、下流側に直列流れ連通した状態で、高圧圧縮機１８、環状燃焼器２０、及びＨＰＴ２２を含む。
【００１６】
図１及び３を参照すると、運転中、周囲空気３４がエンジンの入口に流入し、ファン１４によってその一部が加圧されてファン空気３３となり、その大部分３１は、バイパスダクト２８を通って排出されて推進推力の大部分を提供する。ファンを通過するファン空気３３の第１の部分３５は、ブースタ圧縮機１６に流入し、その複数の軸方向段において更なる圧縮サイクルを受け、複数の軸方向段におけるＨＰ圧縮機１８に追加の圧縮がもたらされる。
【００１７】
ファン空気３３の加圧された第１の部分３５は、ＨＰ圧縮機１８から圧縮機吐出空気３７として排出され、燃焼器２０内で燃料と好適に混合されて高温の燃焼ガス３６を生成するようにする。ＨＰＴ２２において高温燃焼ガス３６からエネルギーが抽出され、第１の駆動シャフト３０を駆動し、ＨＰ圧縮機１８に動力を供給する。ＬＰＴ２４におい燃焼ガスから追加のエネルギーが抽出され、第２のシャフト３２を駆動してファン１４及びブースタ圧縮機１６に動力を供給する。
【００１８】
図１、２、及び３に全体的に示されるのは、航空機８内の環境制御システム６であり、圧縮機ブリード空気供給システム４２によってブリード空気３８が供給される。圧縮機ブリード空気供給システム４２は、圧縮機空気供給予冷器７を含み、圧縮機ブリード空気３８を冷却するのに用いることができる。電子制御装置４８は、圧縮機ブリード空気供給システム４２の作動を制御するのに用いられる。電子制御装置４８は、ＦＡＤＥＣ又は航空機飛行制御装置と一般に呼ばれる全自動デジタルエンジン制御装置のような、エンジン上に配置することができる。電子制御装置４８は、圧縮機ブリード空気供給システム４２に組み込まれた種々のバルブの完全又は部分的な開閉を制御するのに使用される。
【００１９】
予冷器７は、ファン空気３３の一部として図示されている冷却空気５７の供給源と流体連通した空気間熱交換器５６を含む。熱交換器５６は、環状バイパスダクト２８と流れ連通して好適に装着される。予冷器７はまた、可変予冷器バイパス９を含み、これを用いて熱交換器５６の周りの圧縮機ブリード空気３８をバイパスすることができる。
【００２０】
空気間熱交換器５６は、ナセル２６を支持するストラット６３の基部においてコアエンジン１５を囲むコアカウル６１内部に配置され、バイパスダクト２８と好適に流れ連通して図示される。コアカウル６１内の好適な入口スクープ又はドア６５は、電子制御装置４８により制御される可変ファン空気バルブ７６として作動する。可変ファン空気バルブ７６は、冷却空気５７を調整し、熱交換器５６を通って下流側に送る。次いで、冷却空気５７は、出口チャンネル６６を通じて運ばれ、ナセル２６の後縁６９においてファン出口６８の上流側のバイパスダクト２８に冷却空気５７を戻す。
【００２１】
熱交換器５６は、バイパスダクト２８からのファン空気３３の一部を用いてＨＰ圧縮機１８からの圧縮機ブリード空気３８を冷却するのに使用される。次に、冷却ブリード空気３８が環境制御システム６に流れてそこで使用される。圧縮機ブリード空気３８は、ＨＰ圧縮機１８の２つの別個の段のうちの１つから抽気される。本明細書では、ＨＰ圧縮機１８の中圧又は低圧段７０から比較的低圧のブリード空気５８が抽気されるように図示されている。本明細書で示される比較的高圧のブリード空気６０は、ＨＰ圧縮機１８の最後の段として本明細書で示されている高圧段７２から抽気される。本明細書で示される比較的高圧のブリード空気は、圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ）空気である。
【００２２】
本明細書で示されるＨＰ圧縮機１８の低圧ブリード空気段は、ＨＰ圧縮機１８の第４の段Ｓ４であるが、他の段を用いることもできる。ＨＰ圧縮機１８の中間段は、本明細書では、ＨＰ圧縮機１８の第１の段Ｓ１と最後の段ＳＣＤＰとの間の段として定義される。中間段及び最後のＳＣＤＰは、圧縮機ブリード空気３８の低圧及び高圧ブリード空気供給源１１６、１１８としての役割を果たす。可変予冷器バイパス９は、低圧及び高圧ブリード空気供給源１１６、１１８と環境制御システム６との間に配置される可変バイパスバルブ７４を含む。
【００２３】
低圧及び高圧ブリード空気供給源１１６、１１８の一方は、比較的低圧又は高圧のブリード空気８５、６０をブリード空気入口ライン４４に運び、ここで低圧又は高圧のブリード空気８５、６０はそれぞれ、圧縮機ブリード空気３８として圧縮機供給空気予冷器７に運ばれる。低圧及び高圧ブリード遮断バルブ１０４、１１２は、低圧及び高圧段７０、７２それぞれとブリード空気入口ライン４４との間の低圧及び高圧ブリードライン１０２、１０８に配置される。低圧及び高圧ブリード遮断バルブ１０４、１１２は、低圧及び高圧ブリードライン１０２、１０８を個別に開閉することができる。
【００２４】
低圧ブリード遮断バルブ１０４は、通常、高圧ブリード遮断バルブ１１２が開放されたときには閉鎖されるよう設計された一方向チェックバルブである。高圧ブリード遮断バルブ１１２は、電子制御装置４８により制御される。高圧ブリード遮断バルブ１１２は、圧縮機ブリード空気３８の圧力が電子制御装置４８内の制御ロジックに要求される最小値よりも低いときに、該電子制御装置４８により開放される。圧縮機ブリード空気３８の圧力は、調節遮断バルブ５４（ＰＲＳＯＶ）に組み込まれるような圧力センサにより測定することができる。
【００２５】
ブリード空気入口ライン４４は、空気間熱交換器５６内の熱交換器冷却回路１００に接続され、要求時に圧縮機ブリード空気３８を冷却するようにする。圧力調節遮断バルブ５４（ＰＲＳＯＶ）は、低圧及び高圧ブリード遮断バルブ１０４、１１２と熱交換器５６との間のブリード空気入口ライン４４内に動作可能に配置され、熱交換器冷却回路１００に流入する圧縮機ブリード空気３８の入口圧力を調整するようにする。圧力調節遮断バルブ５４は、入口圧力を例えば３０〜４５ｐｓｉｇの範囲に維持する。ＰＲＳＯＶは通常、自己圧力センサを有し、圧力調整遮断バルブ５４を遮断する範囲は、電子制御装置４８により制御される。
【００２６】
熱交換器冷却回路１００及び空気間熱交換器５６の周りのバイパスライン１１０は、ブリード空気入口ライン４４から、熱交換器冷却回路１００からのブリード空気出口ライン１１４まで延びる。ブリード空気出口ライン１１４は、熱交換器冷却回路１００及び圧縮機供給空気予冷器７を環境制御システム６に接続する。バイパスライン１１０は、圧力調整遮断バルブ５４と熱交換器冷却回路１００との間のブリード空気入口ライン４４に接続される。バイパスライン１１０は、空気間熱交換器５６と環境制御システム６との間のブリード空気出口ライン１１４に接続される。バイパスライン１１０により、圧縮機ブリード空気３８の一部又は全ては、熱交換器冷却回路１００及び空気間熱交換器５６の周りを流れ、又はバイパスすることが可能になる。
【００２７】
ブリード空気出口ライン１１４は、圧縮機ブリード空気３８を圧縮機供給空気予冷器７から環境制御システム６に搬送又は流すよう動作可能である。ブリード空気出口ライン１１４は、本明細書ではまた、ウィングの氷結を防止する圧縮機ブリード空気３８の比較的暖かい部分を提供するため航空機ウィング氷結防止システム５０に動作可能に接続されて示されている。
【００２８】
可変予冷器バイパス９は、熱交換器５６をバイパスしてブリード空気入口ライン４４をブリード空気出口ライン１１４に接続するブリード空気バイパスライン１１０を含む。可変予冷器バイパス９は更に、ブリード空気入口ライン４４とブリード空気出口ライン１１４との間のブリード空気バイパスライン１１０に配置されるバイパススロットルバルブ７８として、図１〜５に示す可変バイパスバルブ７４を含む。バイパススロットルバルブ７８は、ブリード空気バイパスライン１１０内のバイパスブリード空気流８０を調整するよう動作可能である。バイパススロットルバルブ７８はまた、熱交換器冷却回路１００に流入する圧縮機ブリード空気３８の冷却空気部分８８と、ブリード空気バイパスライン１１０に流入するバイパスブリード空気流８０との間の圧縮機ブリード空気３８の分割を制御する。熱交換器冷却回路１００を通る抵抗と、バイパススロットルバルブ７８により提供される可変抵抗とによって、バイパススロットルバルブ７８が調整されるのに応じて分割が変化するよう制御される。バイパススロットルバルブ７８は、電子制御装置４８により制御される。
【００２９】
温度センサ８２は、ブリード空気バイパスライン１１０の下流側のブリード空気出口ライン１１４に動作可能に接続され、環境制御システム６に運ばれる前の圧縮機ブリード空気３８の予冷器出口温度Ｔ２を測定する。温度センサ８２は、電子制御装置４８に接続され、コントローラは、温度センサ８２によって測定された温度に部分的に基づいてバイパススロットルバルブ７８を用いてブリード空気バイパスライン１１０内のバイパスブリード空気８０を開閉又はスロットル調節する。任意選択の圧力センサ８４は、ブリード空気バイパスライン１１０の下流側のブリード空気出口ライン１１４に動作可能に接続され、予冷器出口圧力を測定することができ、これを用いて圧縮機供給空気予冷器７前後の圧力差を測定することができる。
【００３０】
温度センサ８２はまた、電子制御装置４８によって使用され、温度センサ８２によって測定された予冷器出口温度Ｔ２に部分的に基づいて可変ファン空気バルブ７６を制御し、開閉又はスロットル調整する。電子制御装置４８は、バイパススロットルバルブ７８及び可変ファン空気バルブ７６を制御して作動させ、予冷器出口温度Ｔ２を所定又は所要の範囲に維持する。予冷器出口温度Ｔ２の例示的な範囲は、４００〜４５０°Ｆである。
【００３１】
圧縮機ブリード空気供給システム４２の機能は、環境制御システム６（ＥＣＳ）及び任意選択的に航空機ウィング氷結防止システム５０に圧縮機ブリード空気３８を供給することである。圧縮機ブリード空気３８は、正常及び異常動作条件下で環境制御システム及び任意選択的に航空機ウィング氷結防止要件に適合するよう十分な流量及び温度で供給されなければならない。
【００３２】
予冷器７の空気間熱交換器５６は、極めて重量のある機器要素であり、予冷器バイパス９によって、より小型で軽量の空気間熱交換器５６を使用することが可能になる。従来の予冷器熱交換器は、ＣＤＰ空気の熱及び圧力に耐えるためにインコネル製であったが、本明細書で開示される予冷器熱交換器は、アルミニウム又はチタンから構成することができる。本明細書で開示される種々のラインは、航空機及び航空機ガスタービンエンジン産業で呼ばれているような金属パイプ又はダクトである。
【００３３】
図３を参照すると、航空機の正常な巡航運転中、環境制御システム６において使用される圧縮機ブリード空気３８は、低圧ブリード空気５８からのみ取得され、本明細書ではＨＰ圧縮機１８の第４の段Ｓ４から抽気されるように示されており、ＣＤＰ空気を用いるよりも燃料消費量の点でより安価である。低圧ブリード空気５８の流量が不十分であると電子制御装置４８が判定した場合、高圧ブリード遮断バルブ１１２を開放して、低圧ブリード遮断バルブ１０４を閉鎖させるようにする。電子制御装置４８は、バイパススロットルバルブ７８及び可変ファン空気バルブ７６を作動させ、予冷器出口温度Ｔ２を所定又は所要の範囲に維持する。
【００３４】
図４及び５には、予冷器コアとも呼ばれる熱交換器５６の周りに圧縮機ブリード空気３８をバイパスするための統合可変予冷器バイパス９２を含む、統合予冷器９０が示される。ブリード空気入口ライン４４は、空気間熱交換５６に通じたディフューザ６４に接続され、要求時に圧縮機ブリード空気３８を冷却するようにする。ハウジング９４は、バイパスダクト９６と熱交換器５６とを部分的に境界付ける。バイパスダクト９６及び熱交換器５６は、並流関係にあり、統合予冷器９０の排出出口６７に排出される。ブリード空気出口ライン１１４は、排出出口６７を環境制御システム６に接続する。可変バイパスバルブ７４は、熱交換器５６に対する入口９８を開閉するよう動作可能なバイパスドア１０６である。バイパスドア１０６は、バイパスダクト９６に流入し熱交換器５６の周囲にバイパスする圧縮機ブリード空気３８のバイパス部分１２４を調整又は制御する。バイパスドア１０６は、圧縮機ブリード空気３８の冷却部分１２２として表される熱交換器５６を通過する圧縮機ブリード空気３８の量を制御する。バイパスドア１０６は、図４及び図５はそれぞれ開放位置と閉鎖位置で示されている。
【００３５】
図６に示されるのは、代替の単一供給源圧縮機ブリード空気供給システム１２０である。単一供給源圧縮機ブリード空気供給システム１２０は、圧縮機ブリード空気３８の単一の低圧供給源のみを使用し、該圧縮機ブリード空気３８は、本発明ではＨＰ圧縮機１８の第４の段として示されているＨＰ圧縮機１８の中間段又は低圧ブリード空気段から提供されるが、別の段を使用することもできる。エンジンは、ＣＤＰ又は他の比較的高圧のブリード空気が図１〜５に示す圧縮機ブリード空気供給システム４２用の第２の供給源として使用される場合に必要とされるよりも高い推力レベルで作動する。これは通常、エンジンの１つが停止し、空港付近で着陸待機している場周経路におけるような、着陸進入又はロイター時などの重積載保持エンジン運転条件時に起こることになる。
【００３６】
例えば、ＨＰ圧縮機１８の第４の段のような、圧縮機ブリード空気３８の単一の低圧供給源からの圧縮機ブリード空気３８の圧力が所定レベル又は最小レベルを下回る場合には、航空機のパイロット又はオペレータは、ＥＣＳ用のＣＤＰ空気を用いるよりも、単一の低圧供給源からの圧縮機ブリード空気３８の適正又は所要レベルの圧力に適合するよう十分にエンジン１０の推力レベルを増大させることができる。圧縮機ブリード空気３８の圧力は、調整遮断バルブ（ＰＲＳＯＶ）に組み込まれているような圧力センサにより測定することができる。
【００３７】
圧縮機供給空気予冷器７及びより詳細には空気間熱交換器５６をサイズ調整する設計条件は、満載航空機における１エンジン停止の重積載保持エンジン運転条件である。
【００３８】
本明細書では本発明の好ましく例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示から本発明の他の修正が明らかになる筈であり、従って、全てのこのような修正は、本発明の技術思想及び技術的内に属するものとして特許請求の範囲において保護されることが望まれる。従って、本特許により保護されることを望むものは,特許請求の範囲に記載し且つ特定した発明である。
【符号の説明】
【００３９】
４ ウィング
６ 環境制御システム
７ 圧縮機供給空気予冷器
８ 航空機
９ 予冷器バイパス
１０ 航空機ガスタービンエンジン
１２ 中心軸線
１４ ファン
１５ コアエンジン
１６ 低圧ｏｒブースタ圧縮機
１８ 高圧圧縮機
２０ 環状燃焼器
２２ 高圧タービン
２４ 低圧タービン
２６ 環状ナセル
２８ 環状バイパスダクト
３０ 第１の駆動シャフト
３１ 大部分
３２ 第２の駆動シャフト
３３ ファン空気
３４ 周囲空気
３５ 第１の部分
３６ 高温燃焼ガス
３７ 圧縮機吐出空気
３８ 圧縮機ブリード空気
４２ 圧縮機ブリード空気供給システム
４４ ブリード空気入口ライン
４８ 電子制御装置
５０ 航空機ウィング氷結防止システム
５４ 圧力調整遮断バルブ
５６ 熱交換器
５７ 冷却空気
５８ ブリード空気
６０ 高圧ブリード空気
６１ コアカウル
６３ ストラット
６４ ディフューザ
６５ ドア
６６ 出口チャンネル
６７ 排出出口
６８ ファン出口
６９ 後縁
７０ 低圧段
７２ 高圧段
７４ 可変バイパスバルブ
７６ ファン空気バルブ
７８ バイパススロットルバルブ
８０ バイパスブリード空気流
８２ 温度センサ
８４ 圧力センサ
８５ 低圧ブリード空気
８８ 冷却空気部分
９０ 統合予冷器
９２ 統合可変予冷器バイパス
９４ ハウジング
９６ バイパスダクト
９８ 入口
１００ 熱交換器冷却回路
１０２ 低圧ブリードライン
１０４ 低圧ブリード遮断バルブ
１０６ バイパスドア
１０８ 高圧ブリードライン
１１０ ブリード空気バイパスライン
１１２ 高圧ブリード遮断バルブ
１１４ ブリード空気出口ライン
１１６ 低圧ブリード空気供給源
１１８ 高圧ブリード空気供給源
１２０ 単一の供給源圧縮機ブリード空気供給システム
１２２ 冷却部分
１２４ バイパス部分
Ｓ１ 第１の段
Ｓ４ 中間段／第４の段
ＳＣＤＰ 最後の段
Ｔ２ 予冷器出口温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、環境制御システム（ＥＣＳ）に関し、より具体的には、航空機環境制御システムへのガスタービンエンジン圧縮機空気供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機搭載の環境制御システム（ＥＣＳ）は、客室及び乗務員用の空気を調整するため、並びに冷却を必要とする航空電子工学機器及び／又は他の機器を冷却するのに広く使用されている。一部の環境制御システムは、航空機ガスタービンエンジン又は補助出力ユニットの圧縮機から加圧空気を抽気する。典型的な閉ループＥＣＳにおいて、作動流体は、圧縮機、中間冷却器、圧縮機を駆動するタービン、並びに冷却される機器又は容積から熱を抽出する熱交換器の間の閉ループを循環する。
【０００３】
ブリード空気は、予冷器を通過して送給されるブリード空気の温度及び圧力を調節し、水加圧、ウィング及びエンジン氷結防止、液圧ポンプ、客室加温用トリム空気、及び同様のものなど、航空機の空気圧サービスに適合させるようにする。エンジンブリード空気は、高圧（ＨＰ）又は低圧（ＬＰ）エンジン圧縮機セクション又は段の何れかから流入する。ＬＰ空気は、高出力設定運転中に使用され、ＨＰ空気は降下及び他の低出力設定運転中に使用される。通常、ＨＰバルブの制御は自動的に行われる。低エンジン推力運転中、ＨＰバルブは開放され、高圧空気がシステムに動力を供給することができる。推力が増大すると、ＨＰバルブは自動的に閉鎖され、ＬＰチェックバルブが開放されてブリード空気を供給し、低圧空気がシステムに動力を供給できるようになる。
【０００４】
エンジンブリード空気は、空気供給予冷器を通じて配送される。予冷器は、クロスフローの空気間熱交換器であり、エンジンファン空気を冷却媒体として使用する。ファン空気は、予冷器の底部に取り付けられたファン空気調節バルブを通じて予冷器に送られる。ファン空気調節バルブは、ファン空気圧力及び温度センサからの制御空気圧力及び温度に基づいて予冷器への空気流を調節する。
【０００５】
予冷されたＥＣＳ用空気は、空気調整パックを通って進み、本質的に乾燥した滅菌の無塵調整空気を航空機客室に提供する。次いで、この調整空気は、所定量の客室再循環空気と混合されて航空機客室に送給される。予冷器の下流側で得られるトリム空気が加わり、航空機客室に好適な快適レベルまで調整空気を加温することができる。
【０００６】
５：１又はそれ以上の高バイパス比の最新のターボファンエンジンは、良好な燃料消費量を有するが、ＥＣＳに利用できる加圧空気は少なくなる。ＥＣＳ用のブリード空気の抽出は、燃料消費量上不利な結果となり、予冷器の重量も同様である。典型的な予冷器は、当該技術分野において「ｏｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ｏｕｔ（１エンジン停止）」の重積載保持エンジン運転条件と呼ばれるものに合わせたサイズにされる。この条件は、１エンジン停止状態の満載の航空機で、ロイター又は進入飛行条件で使用される可能性があるような、比較的低ＲＰＭ又は出力レベルで運転しているエンジンにおけるものである。
【０００７】
この設計飛行条件は、エンジン停止に起因して正常な運転条件の２倍の加圧ブリード空気が必要となり、従って、燃料消費量が増大するだけでなく、より大型で重量のある予冷器が必要となる可能性がある。燃料コストの高騰並びにより効率的なエンジン設計の開発と相まって、ＥＣＳ予冷器が使用する加圧空気の量及びＥＣＳ予冷器の重量を低減することが極めて望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システムは、ブリード空気供給源からの圧縮機ブリード空気を冷却し、環境制御システムと供給流れ連通して動作可能に接続された圧縮機供給空気予冷器を含む。予冷器は、冷却空気の供給源と流体連通し且つ圧縮機ブリード空気を冷却するよう動作可能な空気間熱交換器を含む。可変バイパスバルブが、ブリード空気供給源と環境制御システムとの間に配置される。該可変バイパスバルブは、熱交換器の周りに圧縮機ブリード空気の少なくとも一部をバイパスするよう動作可能である。
【０００９】
ブリード空気供給源は、高圧圧縮機の第１の段と最後の段との間に配置される低圧ブリード空気供給源とすることができ、冷却空気は、ガスタービンエンジンからのファン空気の一部とすることができ、可変ファン空気バルブを冷却空気の供給源と熱交換器との間に配置することができる。ブリード供給源は、低圧ブリード空気供給源と高圧ブリード空気供給源との間で選択可能とすることができる。低圧ブリード空気供給源及び高圧ブリード空気供給源が、ガスタービンエンジン高圧圧縮機の中間段及び最後の段とすることができる。
【００１０】
より詳細な実施形態は、低圧ブリード空気供給源及び高圧ブリード空気供給源に接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ラインを含み、ブリード空気入口ラインが、圧縮機ブリード空気を冷却するため空気間熱交換器において熱交換器冷却回路に接続され且つ流れ連通している。ブリード空気出口ラインは、熱交換器冷却回路を環境制御システムに接続する。可変バイパスバルブが、ブリード空気入口ラインとブリード空気出口ラインとの間のブリード空気バイパスライン内に配置されたバイパススロットルバルブである。高圧ブリード遮断バルブが、高圧ブリード空気供給源とブリード空気入口ラインとの間の高圧ブリードラインに配置され、電子制御装置は、バイパススロットルバルブ及び可変ファン空気バルブに制御可能に接続される。電子制御装置は、高圧ブリード遮断バルブに制御可能に接続される。
【００１１】
予冷器は、熱交換器の周りに圧縮機ブリード空気をバイパスするため統合可変予冷器バイパスを含む統合予冷器とすることができる。低圧ブリード空気供給源及び高圧ブリード空気供給源と接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ラインはまた、統合可変予冷器バイパスのディフューザと接続され且つ流れ連通している。ディフューザは、圧縮機ブリード空気の少なくとも一部を冷却するため空気間熱交換器と選択的に流れ連通し且つ統合予冷器内のバイパスダクトと選択的に流れ連通している。熱交換器及びバイパスダクトは、並流関係にあり、且つ統合予冷器の排出出口と流れ連通している。ブリード空気出口ラインは、排出出口を環境制御システムに接続し、可変バイパスバルブが、熱交換器とブリード空気入口ラインとの間に配置されたバイパスドアを含む。電子制御装置は、可変バイパスバルブ及び可変ファン空気バルブに制御可能に接続することができる。
【００１２】
２つ又はそれ以上の航空機ガスタービンエンジンと内部に環境制御システムとを含む航空機は、ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システムを組み込む。各航空機ガスタービンエンジンは、直列流れ連通した状態で、ファン、高圧圧縮機、環状燃焼器、高圧圧縮機に動力を供給する高圧タービン、ファンに動力を供給する低圧タービンを含む。環状ナセルがファンを囲み、コアカウルは、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを囲む。環状バイパスダクトは、環状ナセルとコアカウルとの間に半径方向に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】航空機の環境制御システム用の予冷器及び予冷器バイパスを備えた圧縮機ブリード空気供給システムを有するガスタービンエンジンの軸方向断面概略図。
【図２】図１に示す、圧縮機ブリード空気供給システムの断面概略図。
【図３】図１に示す圧縮機ブリード空気供給システム及びウィング氷結防止システムの拡大概略図。
【図４】バイパスドアが開放位置にある、代替の予冷器及び代替の予冷器バイパスの概略図。
【図５】バイパスドアが閉鎖位置にある、図４に示す代替の予冷器及び代替の予冷器バイパスの概略図。
【図６】代替の圧縮機ブリード空気供給システムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、航空機８のウィング４に装着された例示的なターボファン航空機ガスタービンエンジン１０が概略的に示されている。エンジン１０は、長手方向又は軸方向中心軸線の周りで軸対称であり、航空機８のウィング又は胴体に好適に装着される。エンジンは、下流側に直列流れ連通した状態で、ファン１４、低圧又はブースタ圧縮機１６、ＨＰ圧縮機１８、環状燃焼器２０、高圧タービン（ＨＰＴ）２２、及び低圧（ＬＰＴ）タービン２４を含む。典型的な航空機８は、２つ又はそれ以上のエンジン１０を有する。
【００１５】
環状ナセル２６は、ファン１４の周りを囲み、ブースタ圧縮機１６の周りを後方に延びる環状バイパスダクト２８を定める。第１の駆動シャフト３０は、ＨＰＴ２２をＨＰ圧縮機１８に接続し、第２の駆動シャフト３２は、ＬＰＴ２４をファン１４及びブースタ圧縮機１６に接続する。コアエンジン１５は通常、下流側に直列流れ連通した状態で、高圧圧縮機１８、環状燃焼器２０、及びＨＰＴ２２を含む。
【００１６】
図１及び３を参照すると、運転中、周囲空気３４がエンジンの入口に流入し、ファン１４によってその一部が加圧されてファン空気３３となり、その大部分３１は、バイパスダクト２８を通って排出されて推進推力の大部分を提供する。ファンを通過するファン空気３３の第１の部分３５は、ブースタ圧縮機１６に流入し、その複数の軸方向段において更なる圧縮サイクルを受け、複数の軸方向段におけるＨＰ圧縮機１８に追加の圧縮がもたらされる。
【００１７】
ファン空気３３の加圧された第１の部分３５は、ＨＰ圧縮機１８から圧縮機吐出空気３７として排出され、燃焼器２０内で燃料と好適に混合されて高温の燃焼ガス３６を生成するようにする。ＨＰＴ２２において高温燃焼ガス３６からエネルギーが抽出され、第１の駆動シャフト３０を駆動し、ＨＰ圧縮機１８に動力を供給する。ＬＰＴ２４におい燃焼ガスから追加のエネルギーが抽出され、第２のシャフト３２を駆動してファン１４及びブースタ圧縮機１６に動力を供給する。
【００１８】
図１、２、及び３に全体的に示されるのは、航空機８内の環境制御システム６であり、圧縮機ブリード空気供給システム４２によってブリード空気３８が供給される。圧縮機ブリード空気供給システム４２は、圧縮機空気供給予冷器７を含み、圧縮機ブリード空気３８を冷却するのに用いることができる。電子制御装置４８は、圧縮機ブリード空気供給システム４２の作動を制御するのに用いられる。電子制御装置４８は、ＦＡＤＥＣ又は航空機飛行制御装置と一般に呼ばれる全自動デジタルエンジン制御装置のような、エンジン上に配置することができる。電子制御装置４８は、圧縮機ブリード空気供給システム４２に組み込まれた種々のバルブの完全又は部分的な開閉を制御するのに使用される。
【００１９】
予冷器７は、ファン空気３３の一部として図示されている冷却空気５７の供給源と流体連通した空気間熱交換器５６を含む。熱交換器５６は、環状バイパスダクト２８と流れ連通して好適に装着される。予冷器７はまた、可変予冷器バイパス９を含み、これを用いて熱交換器５６の周りの圧縮機ブリード空気３８をバイパスすることができる。
【００２０】
空気間熱交換器５６は、ナセル２６を支持するストラット６３の基部においてコアエンジン１５を囲むコアカウル６１内部に配置され、バイパスダクト２８と好適に流れ連通して図示される。コアカウル６１内の好適な入口スクープ又はドア６５は、電子制御装置４８により制御される可変ファン空気バルブ７６として作動する。可変ファン空気バルブ７６は、冷却空気５７を調整し、熱交換器５６を通って下流側に送る。次いで、冷却空気５７は、出口チャンネル６６を通じて運ばれ、ナセル２６の後縁６９においてファン出口６８の上流側のバイパスダクト２８に冷却空気５７を戻す。
【００２１】
熱交換器５６は、バイパスダクト２８からのファン空気３３の一部を用いてＨＰ圧縮機１８からの圧縮機ブリード空気３８を冷却するのに使用される。次に、冷却ブリード空気３８が環境制御システム６に流れてそこで使用される。圧縮機ブリード空気３８は、ＨＰ圧縮機１８の２つの別個の段のうちの１つから抽気される。本明細書では、ＨＰ圧縮機１８の中圧又は低圧段７０から比較的低圧のブリード空気５８が抽気されるように図示されている。本明細書で示される比較的高圧のブリード空気６０は、ＨＰ圧縮機１８の最後の段として本明細書で示されている高圧段７２から抽気される。本明細書で示される比較的高圧のブリード空気は、圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ）空気である。
【００２２】
本明細書で示されるＨＰ圧縮機１８の低圧ブリード空気段は、ＨＰ圧縮機１８の第４の段Ｓ４であるが、他の段を用いることもできる。ＨＰ圧縮機１８の中間段は、本明細書では、ＨＰ圧縮機１８の第１の段Ｓ１と最後の段ＳＣＤＰとの間の段として定義される。中間段及び最後のＳＣＤＰは、圧縮機ブリード空気３８の低圧及び高圧ブリード空気供給源１１６、１１８としての役割を果たす。可変予冷器バイパス９は、低圧及び高圧ブリード空気供給源１１６、１１８と環境制御システム６との間に配置される可変バイパスバルブ７４を含む。
【００２３】
低圧及び高圧ブリード空気供給源１１６、１１８の一方は、比較的低圧又は高圧のブリード空気８５、６０をブリード空気入口ライン４４に運び、ここで低圧又は高圧のブリード空気８５、６０はそれぞれ、圧縮機ブリード空気３８として圧縮機供給空気予冷器７に運ばれる。低圧及び高圧ブリード遮断バルブ１０４、１１２は、低圧及び高圧段７０、７２それぞれとブリード空気入口ライン４４との間の低圧及び高圧ブリードライン１０２、１０８に配置される。低圧及び高圧ブリード遮断バルブ１０４、１１２は、低圧及び高圧ブリードライン１０２、１０８を個別に開閉することができる。
【００２４】
低圧ブリード遮断バルブ１０４は、通常、高圧ブリード遮断バルブ１１２が開放されたときには閉鎖されるよう設計された一方向チェックバルブである。高圧ブリード遮断バルブ１１２は、電子制御装置４８により制御される。高圧ブリード遮断バルブ１１２は、圧縮機ブリード空気３８の圧力が電子制御装置４８内の制御ロジックに要求される最小値よりも低いときに、該電子制御装置４８により開放される。圧縮機ブリード空気３８の圧力は、調節遮断バルブ５４（ＰＲＳＯＶ）に組み込まれるような圧力センサにより測定することができる。
【００２５】
ブリード空気入口ライン４４は、空気間熱交換器５６内の熱交換器冷却回路１００に接続され、要求時に圧縮機ブリード空気３８を冷却するようにする。圧力調節遮断バルブ５４（ＰＲＳＯＶ）は、低圧及び高圧ブリード遮断バルブ１０４、１１２と熱交換器５６との間のブリード空気入口ライン４４内に動作可能に配置され、熱交換器冷却回路１００に流入する圧縮機ブリード空気３８の入口圧力を調整するようにする。圧力調節遮断バルブ５４は、入口圧力を例えば３０〜４５ｐｓｉｇの範囲に維持する。ＰＲＳＯＶは通常、自己圧力センサを有し、圧力調整遮断バルブ５４を遮断する範囲は、電子制御装置４８により制御される。
【００２６】
熱交換器冷却回路１００及び空気間熱交換器５６の周りのバイパスライン１１０は、ブリード空気入口ライン４４から、熱交換器冷却回路１００からのブリード空気出口ライン１１４まで延びる。ブリード空気出口ライン１１４は、熱交換器冷却回路１００及び圧縮機供給空気予冷器７を環境制御システム６に接続する。バイパスライン１１０は、圧力調整遮断バルブ５４と熱交換器冷却回路１００との間のブリード空気入口ライン４４に接続される。バイパスライン１１０は、空気間熱交換器５６と環境制御システム６との間のブリード空気出口ライン１１４に接続される。バイパスライン１１０により、圧縮機ブリード空気３８の一部又は全ては、熱交換器冷却回路１００及び空気間熱交換器５６の周りを流れ、又はバイパスすることが可能になる。
【００２７】
ブリード空気出口ライン１１４は、圧縮機ブリード空気３８を圧縮機供給空気予冷器７から環境制御システム６に搬送又は流すよう動作可能である。ブリード空気出口ライン１１４は、本明細書ではまた、ウィングの氷結を防止する圧縮機ブリード空気３８の比較的暖かい部分を提供するため航空機ウィング氷結防止システム５０に動作可能に接続されて示されている。
【００２８】
可変予冷器バイパス９は、熱交換器５６をバイパスしてブリード空気入口ライン４４をブリード空気出口ライン１１４に接続するブリード空気バイパスライン１１０を含む。可変予冷器バイパス９は更に、ブリード空気入口ライン４４とブリード空気出口ライン１１４との間のブリード空気バイパスライン１１０に配置されるバイパススロットルバルブ７８として、図１〜５に示す可変バイパスバルブ７４を含む。バイパススロットルバルブ７８は、ブリード空気バイパスライン１１０内のバイパスブリード空気流８０を調整するよう動作可能である。バイパススロットルバルブ７８はまた、熱交換器冷却回路１００に流入する圧縮機ブリード空気３８の冷却空気部分８８と、ブリード空気バイパスライン１１０に流入するバイパスブリード空気流８０との間の圧縮機ブリード空気３８の分割を制御する。熱交換器冷却回路１００を通る抵抗と、バイパススロットルバルブ７８により提供される可変抵抗とによって、バイパススロットルバルブ７８が調整されるのに応じて分割が変化するよう制御される。バイパススロットルバルブ７８は、電子制御装置４８により制御される。
【００２９】
温度センサ８２は、ブリード空気バイパスライン１１０の下流側のブリード空気出口ライン１１４に動作可能に接続され、環境制御システム６に運ばれる前の圧縮機ブリード空気３８の予冷器出口温度Ｔ２を測定する。温度センサ８２は、電子制御装置４８に接続され、コントローラは、温度センサ８２によって測定された温度に部分的に基づいてバイパススロットルバルブ７８を用いてブリード空気バイパスライン１１０内のバイパスブリード空気８０を開閉又はスロットル調節する。任意選択の圧力センサ８４は、ブリード空気バイパスライン１１０の下流側のブリード空気出口ライン１１４に動作可能に接続され、予冷器出口圧力を測定することができ、これを用いて圧縮機供給空気予冷器７前後の圧力差を測定することができる。
【００３０】
温度センサ８２はまた、電子制御装置４８によって使用され、温度センサ８２によって測定された予冷器出口温度Ｔ２に部分的に基づいて可変ファン空気バルブ７６を制御し、開閉又はスロットル調整する。電子制御装置４８は、バイパススロットルバルブ７８及び可変ファン空気バルブ７６を制御して作動させ、予冷器出口温度Ｔ２を所定又は所要の範囲に維持する。予冷器出口温度Ｔ２の例示的な範囲は、４００〜４５０°Ｆである。
【００３１】
圧縮機ブリード空気供給システム４２の機能は、環境制御システム６（ＥＣＳ）及び任意選択的に航空機ウィング氷結防止システム５０に圧縮機ブリード空気３８を供給することである。圧縮機ブリード空気３８は、正常及び異常動作条件下で環境制御システム及び任意選択的に航空機ウィング氷結防止要件に適合するよう十分な流量及び温度で供給されなければならない。
【００３２】
予冷器７の空気間熱交換器５６は、極めて重量のある機器要素であり、予冷器バイパス９によって、より小型で軽量の空気間熱交換器５６を使用することが可能になる。従来の予冷器熱交換器は、ＣＤＰ空気の熱及び圧力に耐えるためにインコネル製であったが、本明細書で開示される予冷器熱交換器は、アルミニウム又はチタンから構成することができる。本明細書で開示される種々のラインは、航空機及び航空機ガスタービンエンジン産業で呼ばれているような金属パイプ又はダクトである。
【００３３】
図３を参照すると、航空機の正常な巡航運転中、環境制御システム６において使用される圧縮機ブリード空気３８は、低圧ブリード空気５８からのみ取得され、本明細書ではＨＰ圧縮機１８の第４の段Ｓ４から抽気されるように示されており、ＣＤＰ空気を用いるよりも燃料消費量の点でより安価である。低圧ブリード空気５８の流量が不十分であると電子制御装置４８が判定した場合、高圧ブリード遮断バルブ１１２を開放して、低圧ブリード遮断バルブ１０４を閉鎖させるようにする。電子制御装置４８は、バイパススロットルバルブ７８及び可変ファン空気バルブ７６を作動させ、予冷器出口温度Ｔ２を所定又は所要の範囲に維持する。
【００３４】
図４及び５には、予冷器コアとも呼ばれる熱交換器５６の周りに圧縮機ブリード空気３８をバイパスするための統合可変予冷器バイパス９２を含む、統合予冷器９０が示される。ブリード空気入口ライン４４は、空気間熱交換５６に通じたディフューザ６４に接続され、要求時に圧縮機ブリード空気３８を冷却するようにする。ハウジング９４は、バイパスダクト９６と熱交換器５６とを部分的に境界付ける。バイパスダクト９６及び熱交換器５６は、並流関係にあり、統合予冷器９０の排出出口６７に排出される。ブリード空気出口ライン１１４は、排出出口６７を環境制御システム６に接続する。可変バイパスバルブ７４は、熱交換器５６に対する入口９８を開閉するよう動作可能なバイパスドア１０６である。バイパスドア１０６は、バイパスダクト９６に流入し熱交換器５６の周囲にバイパスする圧縮機ブリード空気３８のバイパス部分１２４を調整又は制御する。バイパスドア１０６は、圧縮機ブリード空気３８の冷却部分１２２として表される熱交換器５６を通過する圧縮機ブリード空気３８の量を制御する。バイパスドア１０６は、図４及び図５はそれぞれ開放位置と閉鎖位置で示されている。
【００３５】
図６に示されるのは、代替の単一供給源圧縮機ブリード空気供給システム１２０である。単一供給源圧縮機ブリード空気供給システム１２０は、圧縮機ブリード空気３８の単一の低圧供給源のみを使用し、該圧縮機ブリード空気３８は、本発明ではＨＰ圧縮機１８の第４の段として示されているＨＰ圧縮機１８の中間段又は低圧ブリード空気段から提供されるが、別の段を使用することもできる。エンジンは、ＣＤＰ又は他の比較的高圧のブリード空気が図１〜５に示す圧縮機ブリード空気供給システム４２用の第２の供給源として使用される場合に必要とされるよりも高い推力レベルで作動する。これは通常、エンジンの１つが停止し、空港付近で着陸待機している場周経路におけるような、着陸進入又はロイター時などの重積載保持エンジン運転条件時に起こることになる。
【００３６】
例えば、ＨＰ圧縮機１８の第４の段のような、圧縮機ブリード空気３８の単一の低圧供給源からの圧縮機ブリード空気３８の圧力が所定レベル又は最小レベルを下回る場合には、航空機のパイロット又はオペレータは、ＥＣＳ用のＣＤＰ空気を用いるよりも、単一の低圧供給源からの圧縮機ブリード空気３８の適正又は所要レベルの圧力に適合するよう十分にエンジン１０の推力レベルを増大させることができる。圧縮機ブリード空気３８の圧力は、調整遮断バルブ（ＰＲＳＯＶ）に組み込まれているような圧力センサにより測定することができる。
【００３７】
圧縮機供給空気予冷器７及びより詳細には空気間熱交換器５６をサイズ調整する設計条件は、満載航空機における１エンジン停止の重積載保持エンジン運転条件である。
【００３８】
本明細書では本発明の好ましく例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示から本発明の他の修正が明らかになる筈であり、従って、全てのこのような修正は、本発明の技術思想及び技術的内に属するものとして特許請求の範囲において保護されることが望まれる。従って、本特許により保護されることを望むものは,特許請求の範囲に記載し且つ特定した発明である。
【符号の説明】
【００３９】
４ ウィング
６ 環境制御システム
７ 圧縮機供給空気予冷器
８ 航空機
９ 予冷器バイパス
１０ 航空機ガスタービンエンジン
１２ 中心軸線
１４ ファン
１５ コアエンジン
１６ 低圧ｏｒブースタ圧縮機
１８ 高圧圧縮機
２０ 環状燃焼器
２２ 高圧タービン
２４ 低圧タービン
２６ 環状ナセル
２８ 環状バイパスダクト
３０ 第１の駆動シャフト
３１ 大部分
３２ 第２の駆動シャフト
３３ ファン空気
３４ 周囲空気
３５ 第１の部分
３６ 高温燃焼ガス
３７ 圧縮機吐出空気
３８ 圧縮機ブリード空気
４２ 圧縮機ブリード空気供給システム
４４ ブリード空気入口ライン
４８ 電子制御装置
５０ 航空機ウィング氷結防止システム
５４ 圧力調整遮断バルブ
５６ 熱交換器
５７ 冷却空気
５８ ブリード空気
６０ 高圧ブリード空気
６１ コアカウル
６３ ストラット
６４ ディフューザ
６５ ドア
６６ 出口チャンネル
６７ 排出出口
６８ ファン出口
６９ 後縁
７０ 低圧段
７２ 高圧段
７４ 可変バイパスバルブ
７６ ファン空気バルブ
７８ バイパススロットルバルブ
８０ バイパスブリード空気流
８２ 温度センサ
８４ 圧力センサ
８５ 低圧ブリード空気
８８ 冷却空気部分
９０ 統合予冷器
９２ 統合可変予冷器バイパス
９４ ハウジング
９６ バイパスダクト
９８ 入口
１００ 熱交換器冷却回路
１０２ 低圧ブリードライン
１０４ 低圧ブリード遮断バルブ
１０６ バイパスドア
１０８ 高圧ブリードライン
１１０ ブリード空気バイパスライン
１１２ 高圧ブリード遮断バルブ
１１４ ブリード空気出口ライン
１１６ 低圧ブリード空気供給源
１１８ 高圧ブリード空気供給源
１２０ 単一の供給源圧縮機ブリード空気供給システム
１２２ 冷却部分
１２４ バイパス部分
Ｓ１ 第１の段
Ｓ４ 中間段／第４の段
ＳＣＤＰ 最後の段
Ｔ２ 予冷器出口温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）であって、
ブリード空気供給源（１１６）からの圧縮機ブリード空気（３８）を冷却し、環境制御システム（６）と供給流れ連通して動作可能に接続された圧縮機供給空気予冷器（７）を備え、該圧縮機供給空気予冷器（７）が、冷却空気（５７）の供給源と流体連通し且つ前記圧縮機ブリード空気（３８）を冷却するよう動作可能な空気間熱交換器（５６）を含み、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記ブリード空気供給源（１１６）と前記環境制御システム（６）との間に配置され、前記熱交換器（５６）の周りに前記圧縮機ブリード空気（３８）の少なくとも一部をバイパスするよう動作可能な可変バイパスバルブ（７４）を備える、ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項２】
前記ブリード空気供給源が、圧縮機（１８）の第１の段（Ｓ１）と最後の段（ＳＣＤＰ）との間に配置される低圧ブリード空気供給源（１１６）であり、前記冷却空気は、ガスタービンエンジン（１０）からのファン空気（３３）の一部であり、前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、前記冷却空気（５７）の供給源と前記熱交換器（５６）との間に配置される可変ファン空気バルブ（７６）を備える、請求項１に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項３】
前記ブリード供給源が、前記低圧ブリード空気供給源（１１６）と高圧ブリード空気供給源（１１８）との間で選択可能である、請求項２に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項４】
前記高圧ブリード空気供給源（１１８）が前記高圧ブリード空気供給源（１１８）の最後の段（ＳＣＤＰ）である、請求項３に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項５】
ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）であって、
ブリード空気供給源（１１６）からの圧縮機ブリード空気（３８）を冷却し、環境制御システム（６）と供給流れ連通して動作可能に接続された圧縮機供給空気予冷器（７）を備え、前記ブリード供給源が、ガスタービンエンジン高圧圧縮機（１８）の低圧ブリード空気供給源（１１６）と高圧ブリード空気供給源（１１８）との間で選択可能であり、前記予冷器（７）が、冷却空気（５７）の供給源と流体連通し且つ前記圧縮機ブリード空気（３８）を冷却するよう動作可能な空気間熱交換器（５６）を含み、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記ブリード空気供給源（１１６）と前記環境制御システム（６）との間に配置され、前記熱交換器（５６）の周りに前記圧縮機ブリード空気（３８）の少なくとも一部をバイパスするよう動作可能な可変バイパスバルブ（７４）を備える、ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項６】
前記高圧圧縮機（１８）が、第１の段（Ｓ１）及び最後の段（ＳＣＤＰ）と、これらの間にある中間段（Ｓ４）とを含み、低圧ブリード空気供給源（１１６）と高圧ブリード空気供給源（１１８）が中間段（Ｓ４）と最後の段（ＳＣＤＰ）であり、前記冷却空気が、ガスタービンエンジン（１０）からのファン空気（３３）の一部であり、前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、前記冷却空気（５７）の供給源と前記熱交換器（５６）との間に配置される可変ファン空気バルブ（７６）を備える、請求項５に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項７】
前記低圧ブリード空気供給源（１１６）及び高圧ブリード空気供給源（１１８）に接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ライン（４４）を更に備え、該ブリード空気入口ライン（４４）が、前記圧縮機ブリード空気（３８）を冷却するため前記空気間熱交換器（５６）において熱交換器冷却回路（１００）に接続され且つ流れ連通しており、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記熱交換器冷却回路（１００）を前記環境制御システム（６）に接続するブリード空気出口ライン（１１４）を備え、前記可変バイパスバルブ（７４）が、前記ブリード空気入口ライン（４４）と前記ブリード空気出口ライン（１１４）との間のブリード空気バイパスライン（１１０）内に配置されたバイパススロットルバルブ（７８）である、請求項６に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項８】
前記高圧ブリード空気供給源（１１８）と前記ブリード空気入口ライン（４４）との間の高圧ブリードライン（１０８）に配置される高圧ブリード遮断バルブ（１１２）と、
前記バイパススロットルバルブ（７８）、前記可変ファン空気バルブ（７６）、及び高圧ブリード遮断バルブ（１１２）に制御可能に接続された電子制御装置（４８）と、
を更に備える、請求項７に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項９】
前記予冷器（７）が、前記熱交換器（５６）の周りに前記圧縮機ブリード空気（３８）をバイパスするため統合可変予冷器バイパス（９２）を含む統合予冷器（９０）であり、前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記低圧ブリード空気供給源（１１６）及び前記高圧ブリード空気供給源（１１８）と接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ライン（４４）を備え、前記ブリード空気入口ライン（４４）がディフューザ（６４）に接続され且つ流れ連通しており、前記ディフューザ（６４）が、前記圧縮機ブリード空気（３８）の少なくとも一部を冷却するため前記空気間熱交換器（５６）と選択的に流れ連通し且つ前記統合予冷器（９０）内のバイパスダクト（９６）と選択的に流れ連通しており、前記熱交換器（５６）及び前記バイパスダクト（９６）が、並流関係にあり且つ前記統合予冷器（９０）の排出出口（６７）と流れ連通しており、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記排出出口（６７）を前記環境制御システム（６）に接続するブリード空気出口ライン（１１４）を備え、前記可変バイパスバルブ（７４）が、前記熱交換器（５６）と前記ブリード空気入口ライン（４４）との間に配置されたバイパスドア（１０６）を含む、請求項６に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項１０】
前記高圧ブリード空気供給源（１１８）と前記ブリード空気入口ライン（４４）との間で高圧ブロードライン（１０８）に配置された高圧ブリード遮断バルブ（１１２）と、
前記可変バイパスバルブ（７４）、前記可変ファン空気バルブ（７６）、及び高圧ブリード遮断バルブ（１１２）に制御可能に接続された電子制御装置（４８）と、
を更に備える、請求項９に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項１１】
航空機（８）の環境制御システム（６）に圧縮機ブリード空気（３８）を供給する方法であって、
高圧ＨＰ圧縮機（１８）の第１の段（Ｓ１）と最後の段（ＳＣＤＰ）との間に位置する中間圧又は低圧段（７０）である単一の低圧供給源から抽気される低圧ブリード空気（５８）を流すステップと、
航空機の進入又はロイター中に１エンジン停止状態の航空機運転条件を検出するステップと、
前記単一の低圧供給源からの圧縮機ブリード空気（３８）の所定又は算出最小レベルの圧力に適合するよう十分にエンジン（１０）の推力レベルを増大させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１】
ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）であって、
ブリード空気供給源（１１６）からの圧縮機ブリード空気（３８）を冷却し、環境制御システム（６）と供給流れ連通して動作可能に接続された圧縮機供給空気予冷器（７）を備え、該圧縮機供給空気予冷器（７）が、冷却空気（５７）の供給源と流体連通し且つ前記圧縮機ブリード空気（３８）を冷却するよう動作可能な空気間熱交換器（５６）を含み、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記ブリード空気供給源（１１６）と前記環境制御システム（６）との間に配置され、前記熱交換器（５６）の周りに前記圧縮機ブリード空気（３８）の少なくとも一部をバイパスするよう動作可能な可変バイパスバルブ（７４）を備える、ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項２】
前記ブリード空気供給源が、圧縮機（１８）の第１の段（Ｓ１）と最後の段（ＳＣＤＰ）との間に配置される低圧ブリード空気供給源（１１６）であり、前記冷却空気は、ガスタービンエンジン（１０）からのファン空気（３３）の一部であり、前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、前記冷却空気（５７）の供給源と前記熱交換器（５６）との間に配置される可変ファン空気バルブ（７６）を備える、請求項１に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項３】
前記ブリード供給源が、前記低圧ブリード空気供給源（１１６）と高圧ブリード空気供給源（１１８）との間で選択可能である、請求項２に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項４】
前記高圧ブリード空気供給源（１１８）が前記高圧ブリード空気供給源（１１８）の最後の段（ＳＣＤＰ）である、請求項３に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項５】
ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）であって、
ブリード空気供給源（１１６）からの圧縮機ブリード空気（３８）を冷却し、環境制御システム（６）と供給流れ連通して動作可能に接続された圧縮機供給空気予冷器（７）を備え、前記ブリード供給源が、ガスタービンエンジン高圧圧縮機（１８）の低圧ブリード空気供給源（１１６）と高圧ブリード空気供給源（１１８）との間で選択可能であり、前記予冷器（７）が、冷却空気（５７）の供給源と流体連通し且つ前記圧縮機ブリード空気（３８）を冷却するよう動作可能な空気間熱交換器（５６）を含み、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記ブリード空気供給源（１１６）と前記環境制御システム（６）との間に配置され、前記熱交換器（５６）の周りに前記圧縮機ブリード空気（３８）の少なくとも一部をバイパスするよう動作可能な可変バイパスバルブ（７４）を備える、ガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項６】
前記高圧圧縮機（１８）が、第１の段（Ｓ１）及び最後の段（ＳＣＤＰ）と、これらの間にある中間段（Ｓ４）とを含み、低圧ブリード空気供給源（１１６）と高圧ブリード空気供給源（１１８）が中間段（Ｓ４）と最後の段（ＳＣＤＰ）であり、前記冷却空気が、ガスタービンエンジン（１０）からのファン空気（３３）の一部であり、前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、前記冷却空気（５７）の供給源と前記熱交換器（５６）との間に配置される可変ファン空気バルブ（７６）を備える、請求項５に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項７】
前記低圧ブリード空気供給源（１１６）及び高圧ブリード空気供給源（１１８）に接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ライン（４４）を更に備え、該ブリード空気入口ライン（４４）が、前記圧縮機ブリード空気（３８）を冷却するため前記空気間熱交換器（５６）において熱交換器冷却回路（１００）に接続され且つ流れ連通しており、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記熱交換器冷却回路（１００）を前記環境制御システム（６）に接続するブリード空気出口ライン（１１４）を備え、前記可変バイパスバルブ（７４）が、前記ブリード空気入口ライン（４４）と前記ブリード空気出口ライン（１１４）との間のブリード空気バイパスライン（１１０）内に配置されたバイパススロットルバルブ（７８）である、請求項６に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項８】
前記高圧ブリード空気供給源（１１８）と前記ブリード空気入口ライン（４４）との間の高圧ブリードライン（１０８）に配置される高圧ブリード遮断バルブ（１１２）と、
前記バイパススロットルバルブ（７８）、前記可変ファン空気バルブ（７６）、及び高圧ブリード遮断バルブ（１１２）に制御可能に接続された電子制御装置（４８）と、
を更に備える、請求項７に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項９】
前記予冷器（７）が、前記熱交換器（５６）の周りに前記圧縮機ブリード空気（３８）をバイパスするため統合可変予冷器バイパス（９２）を含む統合予冷器（９０）であり、前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記低圧ブリード空気供給源（１１６）及び前記高圧ブリード空気供給源（１１８）と接続され且つ選択的に流れ連通したブリード空気入口ライン（４４）を備え、前記ブリード空気入口ライン（４４）がディフューザ（６４）に接続され且つ流れ連通しており、前記ディフューザ（６４）が、前記圧縮機ブリード空気（３８）の少なくとも一部を冷却するため前記空気間熱交換器（５６）と選択的に流れ連通し且つ前記統合予冷器（９０）内のバイパスダクト（９６）と選択的に流れ連通しており、前記熱交換器（５６）及び前記バイパスダクト（９６）が、並流関係にあり且つ前記統合予冷器（９０）の排出出口（６７）と流れ連通しており、
前記圧縮機ブリード空気供給システム（４２）が更に、
前記排出出口（６７）を前記環境制御システム（６）に接続するブリード空気出口ライン（１１４）を備え、前記可変バイパスバルブ（７４）が、前記熱交換器（５６）と前記ブリード空気入口ライン（４４）との間に配置されたバイパスドア（１０６）を含む、請求項６に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項１０】
前記高圧ブリード空気供給源（１１８）と前記ブリード空気入口ライン（４４）との間で高圧ブロードライン（１０８）に配置された高圧ブリード遮断バルブ（１１２）と、
前記可変バイパスバルブ（７４）、前記可変ファン空気バルブ（７６）、及び高圧ブリード遮断バルブ（１１２）に制御可能に接続された電子制御装置（４８）と、
を更に備える、請求項９に記載のガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気供給システム（４２）。
【請求項１１】
航空機（８）の環境制御システム（６）に圧縮機ブリード空気（３８）を供給する方法であって、
高圧ＨＰ圧縮機（１８）の第１の段（Ｓ１）と最後の段（ＳＣＤＰ）との間に位置する中間圧又は低圧段（７０）である単一の低圧供給源から抽気される低圧ブリード空気（５８）を流すステップと、
航空機の進入又はロイター中に１エンジン停止状態の航空機運転条件を検出するステップと、
前記単一の低圧供給源からの圧縮機ブリード空気（３８）の所定又は算出最小レベルの圧力に適合するよう十分にエンジン（１０）の推力レベルを増大させるステップと、
を含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８００８６（Ｐ２０１２−１８００８６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−３９５３６（Ｐ２０１２−３９５３６）
【出願日】平成２４年２月２７日（２０１２．２．２７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３９５３６（Ｐ２０１２−３９５３６）
【出願日】平成２４年２月２７日（２０１２．２．２７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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