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エアサイクルマシン（ACM ）は、加圧ガスタービン動力航空機で使用される環境制御システム（ECS）の冷却ユニットです。通常、航空機には2台または3台のACMが搭載されています。各ACMとそのコンポーネントは、エアコンパックと呼ばれることがよくあります。エアサイクル冷却プロセスでは、ガスサイクルでフロンなどの相変化物質の代わりに空気を使用します。冷媒の凝縮や蒸発は発生せず、プロセスから出力される冷却された空気は、キャビンの換気や電子機器の冷却に直接使用されます。
歴史
空気サイクル マシンは、19 世紀に船の冷却のために初めて開発されました。この技術は逆ブレイトン サイクル(ガス タービン エンジンの熱力学サイクル) であり、ベル コールマン サイクルまたは「空気標準冷凍サイクル」とも呼ばれます。
技術的な詳細
あらゆる冷凍サイクルで見られる通常の圧縮、冷却、膨張は、ACM では遠心圧縮機、2 つの空気対空気熱交換器、および膨張タービンによって実現されます。
エンジン、補助動力装置、または地上からのブリードエアは、150 °C を超え、圧力はおそらく 32 psi (220 kPa) になり、 [1]一次熱交換器に導かれます。外気は常温常圧で、この空気対空気熱交換器の冷却剤として使用されます。熱い空気が冷却されると、遠心コンプレッサーによって圧縮されます。この圧縮によって空気が加熱され (この時点での最高空気温度は約 250 °C)、二次熱交換器に送られ、ここでも外気が冷却剤として使用されます。最初の熱交換器による予冷により、コンプレッサーに入る空気の温度が下がり、一定の空気質量を圧縮するために必要な作業が少なくなるため、ACM の効率が向上します (入ってくるガスの温度が上昇すると、ガスを一定の割合で圧縮するために必要なエネルギーも増加します)。
この時点で、圧縮された冷却空気の温度は、外気の周囲温度よりもいくらか高くなります。圧縮され冷却された空気は、膨張タービンを通過します。膨張タービンは、空気が膨張するときに熱を抽出し、周囲温度よりも低い温度（-20 °C または -30 °C まで）まで冷却します。外気温が高い場合でも（暑い気候で地上に航空機が静止している場合など）、ACM は 0 °C 未満に冷却された空気を生成することができます。[2] 膨張タービンによって抽出された仕事は、シャフトによって伝達され、パックの遠心コンプレッサーと、地上走行中に熱交換器用の外気を吸い込む吸気ファンを回転させます。飛行中はラムエアが使用されます。空調パックの電力は、システムから排出される冷却空気の圧力に対する流入ブリード空気の圧力の低下から得られます。通常の差圧は、約 30 psi または 210 kPa から約 11 psi または 76 kPa です。[1]
次のステップは空気の除湿です。空気を冷却すると、空気に含まれる水蒸気が凝縮して霧になりますが、これはサイクロン分離器を使用して除去できます。歴史的には、分離器で抽出された水はそのまま機外に捨てられていましたが、新しい ACM は各熱交換器の外気取り入れ口に水を噴霧するため、冷却剤の熱容量が大きくなり、効率が向上します。(これはまた、滑走路に駐機している飛行機で ACM を稼働させても水たまりが残らないことを意味します。)
空気は、ミキシングチャンバー内で、調整されていないエンジンブリード空気と少量混合されます。これにより、空気が希望の温度まで暖められ、その後、キャビンまたは電子機器に排出されます。
メーカー
ACMの主要メーカーとしては、ハネウェル・エアロスペース、[3]、 リープヘル・エアロスペース、[4]、 コリンズ・エアロスペース、[5]、PBSベルカ・バイツ[6]などがある。
命名法
種類
エアサイクルマシンの種類は次のように分類されます。
- 共通シャフト上のタービンとファンで構成されるシンプルなサイクル
- 共通シャフト上のタービンとコンプレッサーからなる2輪ブートストラップ
- 共通シャフト上のタービン、コンプレッサー、ファンからなる3輪
- 共通シャフト上の2つのタービン、コンプレッサー、ファンで構成される4輪/デュアルスプール
略語
この機器はPAC、エアコンパック、A/Cパックなどさまざまな名称で呼ばれていますが、その語源や意味については一貫性や合意が欠けています。
- パック。パッケージの略語で、空気圧システムと非空気圧システムの両方に適用されます (ボーイング、エアバス、エンブラエル、ボンバルディア、ロッキード)
- PAC は、乗客用空調または空気圧空調の頭字語です(後者は、少なくとも 1 つのビジネス ジェット サプライヤーのシステム制御パネルに表示されています)。
- PACK は、空気圧エアサイクルキットまたは加圧および空調キットの頭字語です。
参照
参考文献
- ^ ab Boeing . 「Commercial Airliner Environmental Control System」（PDF）。2011年5月24日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。
- ^ 英国 COT 事務局、客室空気環境に関する議論文書 2006 年 9 月 25 日、Wayback Machineにアーカイブ
- ^ 「空気管理システム」。aerospace.honeywell.com 。 2022年8月25日閲覧。
- ^ 「Liebherr-Transportation Systemsの空調システム」www.liebherr.com . 2022年8月25日閲覧。
- ^ 「熱管理システム」。コリンズエアロスペース。 2022年8月25日閲覧。
- ^ 「環境制御システム」PBS 。 2022年8月25日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、エアコンパック (航空機)に関連するメディアがあります。
- メジャー・コング（2013年6月6日）。「航空機の仕組み - 加圧」。デイリー・コス。
- エアサイクルとは何ですか？
- 英国政府および国民保健サービスによる法律とガイドライン（ACM システムの概略図については 5 ページまでスクロールしてください）