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航空分野において、航空機の環境制御システム（ECS）は、乗務員と乗客への空気供給、温度制御、客室加圧を行う上で不可欠な構成要素です。その他の機能としては、航空電子機器の冷却、煙の検知、消火などが挙げられます。
以下に説明するシステムは、現在のボーイング旅客機に特有のものですが、エアバスや他の会社の旅客機でも基本的には同じです。例外はコンコルドで、飛行高度が高く、また機内気圧もやや高かったため、補助空気供給システムが装備されていました。[ 1 ]
ジェット旅客機では、各ガスタービンエンジンのコンプレッサー段（燃焼器の上流側）から抽気された空気がECS（エンジン制御システム）に供給されます。この抽気の温度と圧力は、使用するコンプレッサー段とエンジンの出力設定によって変化します。マニホールド圧力調整遮断弁（MPRSOV）は、下流システムに必要な圧力を維持するために、必要に応じて流量を制限します。
空気をシステムを通して送り込むには一定の最小供給圧力が必要ですが、エンジンがブリードエアを圧縮するために使用するエネルギーは推進力に利用できず、燃料消費量が増加するため、供給圧力はできるだけ低くすることが望ましいです。このため、空気は通常、異なる圧縮機段の位置にある 2 つ (ボーイング 777のように3 つ) のブリードポートのいずれかから吸い込まれます。エンジンの圧力が低い場合 (推力が低い場合、または高度が高い場合) は、最も圧力の高いブリードポートから空気が吸い込まれます。圧力が上昇し (推力が高い場合、または高度が低い場合)、所定のクロスオーバーポイントに達すると、高圧遮断弁 (HPSOV) が閉じ、燃料性能の低下を最小限に抑えるために、より圧力の低いポートから空気が選択されます。エンジンの圧力が低下すると、これとは逆のことが起こります。
所望の温度を達成するために、ブリードエアはプレクーラーと呼ばれる熱交換器を通過します。エンジンファンからブリードされた空気は、エンジンストラットに設置されたプレクーラーを通過し、サービスブリードエアから余分な熱を吸収します。ファンエアモジュレーションバルブ（FAMV）は、冷却空気流量を変化させて、サービスブリードエアの最終温度を制御します。
特筆すべきは、ボーイング787は客室の加圧にブリードエアを使用しないことである。代わりに、この航空機は翼の前方にある専用の吸気口から空気を取り込む。[ 2 ] [ 3 ]
冷気ユニット（CAU）の機能における主要な構成要素は、エアサイクルマシン（ACM）冷却装置です。初期のボーイング707型機を含む一部の航空機は、家庭用エアコンで使用されているような蒸気圧縮式冷凍方式を採用していました。
ACMはフロンガスを使用しません。空気自体が冷媒として機能します。ACMは、軽量でメンテナンスの手間が少ないため、蒸気サイクル式装置よりも好まれます。
ほとんどのジェット旅客機には PACK が装備されています (略語の意味については、こちらを参照)。 空調 (AC) PACK の位置は、航空機の設計によって異なります。 一部の設計では、胴体の下の 2 つの翼の間の翼胴フェアリングに設置されています。 他の航空機 (ダグラス エアクラフトDC-9 シリーズ) では、AC PACK は尾部にあります。マクドネル ダグラス DC-10 / MD-11およびロッキードL-1011の航空機 PACK は、操縦室の下の航空機の前部にあります。 ほぼすべてのジェット旅客機には 2 つの PACK がありますが、ボーイング 747、ロッキードL-1011、マクドネル ダグラス DC-10 / MD-11などの大型航空機には3 つの PACK があります。
エアコンパックに流れるブリードエアの量は、流量制御弁（FCV）によって調整されます。各パックには1つのFCVが設置されています。通常は閉じている遮断弁により、左側のブリードシステムからの空気が右側のパックに到達すること（およびその逆）を防ぎますが、ブリードシステムのいずれかが機能しなくなった場合は、この弁を開くことができます。
FCVの下流には、冷凍ユニットとも呼ばれる冷気ユニット（CAU）があります。CAUにはさまざまな種類がありますが、いずれも基本的な原理は同じです。抽気は一次ラムエア熱交換器に入り、そこでラムエア、膨張、またはその両方の組み合わせによって冷却されます。冷気はコンプレッサーに入り、そこで再加圧されて空気が再加熱されます。二次ラムエア熱交換器を通過することで、高圧を維持しながら空気が冷却されます。その後、空気はタービンを通過し、膨張してさらに熱が低減されます。ターボチャージャーユニットと同様に、コンプレッサーとタービンは単一のシャフト上にあります。タービンを通過する空気から抽出されたエネルギーは、コンプレッサーの動力として使用されます。空気の流れは再加熱器に送られ、その後凝縮器に送られて、水抽出器による水の抽出準備が整います。[ 4 ]
空気は次に水分分離器を通過します。そこで空気は分離器に沿って螺旋状に流れ、遠心力によって水分がふるいを通して外壁に向かって飛ばされ、排水口に導かれて機外に排出されます。その後、空気は通常、水分分離器の凝集器またはソックスを通過します。ソックスはエンジンの抽気から汚れや油分を捕捉し、キャビン内の空気を清潔に保ちます。この水分除去プロセスにより、氷の形成やシステムの詰まりを防ぎ、地上作業時や低高度での操縦室やキャビンの曇りを防止します。
氷点下ブートストラップCAUの場合、水分はタービンに到達する前に除去されるため、氷点下の温度に達することができる。
PACK出口空気の温度は、ラムエアシステム（下記参照）を通る流量を調整し、温度制御弁（TCV）を制御することによって制御されます。TCVは、高温の抽気の一部をACMの周囲に迂回させ、ACMタービンの下流で冷たい空気と混合します。
ラムエアインレットは、一般的に翼と胴体の接合部にある小さなエアスクープです。ほぼすべてのジェット旅客機は、ラムエアインレットに調整ドアを設けて、一次および二次ラムエア熱交換器を通る冷却空気流量を制御しています。
ラムエア回収率を高めるため、ほぼすべてのジェット旅客機はラムエア排気口に可変翼を採用している。ラムシステム内のラムエアファンは、航空機が地上にあるときに熱交換器全体にラムエアの流れを供給する。現代の固定翼機のほぼすべては、ACM（空気圧縮機）と共通のシャフトに取り付けられたファンを使用しており、ACMタービンによって駆動される。
エアコンパックの排気は加圧された機体内部に送られ、そこで再循環ファンからのろ過された空気と混合され、混合マニホールドに送られます。現代のジェット旅客機のほぼすべてにおいて、空気の流れは外気とろ過された空気が約50％ずつとなっています。
現代のジェット旅客機は、高性能の微粒子捕集フィルターであるHEPAフィルターを使用しており、細菌や凝集したウイルスの99%以上を捕集します。
混合マニホールドからの空気は、航空機のさまざまなゾーンにあるオーバーヘッド分配ノズル[ 5 ]に送られます。各ゾーンの温度は、TCVの上流にあるAC PACKから分岐した低圧・高温の空気であるトリムエアを少量追加することで調整できます。空気は個々のガスパーベントにも供給されます。[ a ]ベントの回転式コントロールを回すことで、空気の吐出がまったくない状態からかなり強い風まで換気を調整できます。
ガスパー[ a ]は通常、機体に搭載されたACパックから空気を受け取ります。ACパックは、機体のジェットエンジンの圧縮機段から圧縮された清浄な空気を受け取るか、地上では補助動力装置（APU）または地上電源から空気を受け取ります。ガスパーのマスターコントロールはコックピットにあります。ガスパーは、ブリードエア要求によるエンジンの負荷を最小限に抑える必要がある飛行の特定の段階（離陸時や上昇時など）で一時的にオフにされることがよくあります。
機体内部への空気の流れはほぼ一定であり、排気弁（OFV）の開度を調整することで圧力を維持している。現代のジェット旅客機のほとんどは、機体後部下端付近に1つのOFVを備えているが、ボーイング 747や777のような大型機には2つのOFVが備えられている。
OFVが閉じたまま故障した場合に備え、機体の過圧および減圧を防ぐために、少なくとも2つの正圧リリーフバルブ（PPRV）と少なくとも1つの負圧リリーフバルブ（NPRV）が設けられている。
航空機の客室気圧は、一般的に8,000フィート以下の客室高度に加圧されます 。つまり、気圧は1平方インチあたり10.9ポンド（75kPa ）で、これは8,000フィート（2,400m ）における外気圧に相当します。客室高度が低いほど気圧が高くなることに注意してください。客室気圧は客室気圧スケジュールによって制御され、各航空機の高度に対応する客室気圧が設定されています。エアバスA350やボーイング787などの新型旅客機は、最大客室高度が低く設定されており、飛行中の乗客の疲労軽減に役立ちます。
ジェット旅客機の巡航高度における大気は一般的に非常に乾燥していて低温です。長時間の飛行中に機内に送り込まれる外気は結露を引き起こす可能性があり、それが腐食や電気系統の故障につながる恐れがあるため、排除されます。したがって、低高度で湿った空気に遭遇して機内に取り込まれた場合、ECSは前述の加熱・冷却サイクルと水分分離器によって空気を乾燥させるため、外部の相対湿度が高くても、機内の相対湿度は通常10%を大きく超えることはありません。
客室内の湿度が低いと、カビや細菌の増殖を防ぐという健康上の利点がある一方で、皮膚、目、粘膜が乾燥し、脱水症状を引き起こし、疲労、不快感、健康問題につながる。ある研究では、客室乗務員の大多数が低湿度による不快感や健康問題を報告している。[ 6 ] 2003年に米国議会に提出された声明の中で、民間航空機の客室内の空気質に関する委員会のメンバーは、「相対湿度が低いと、一時的に不快感（例えば、目、鼻腔、皮膚の乾燥）が生じる可能性があるが、その他の短期的または長期的な影響は確認されていない」と述べている。[ 7 ]
結露防止の必要性から相対湿度が極端に低いレベルにならないようにするため、一部の航空機のECSにキャビン湿度制御システムが追加されることがある。[ 8 ]さらに、ボーイング 787とエアバス A350は、構造に耐腐食性の高い複合材を使用することで、長距離飛行でキャビン相対湿度16%で運用できる。
ブリードエアはエンジンから供給されますが、燃焼器の上流側でエンジンから排出されます。コンプレッサーストール（ジェットエンジンのバックファイアに相当）時を除き、エンジン内を空気が逆流することはありません。したがって、ブリードエアには、航空機自身のエンジンの通常運転時に発生する燃焼汚染物質は含まれていないはずです。
しかし、カーボンシールからオイル（潜在的に有害な化学物質を含む）が漏れ出し、ブリードエアに混入することがあり、業界ではこれをヒュームイベントと呼んでいます。[ 9 ]オイルシールの故障はエンジンの寿命を縮めるため、通常は迅速に対処されます。
エンジンベイ内のこの発生源やその他の発生源からのオイル汚染は、一部の擁護団体から健康上の懸念を引き起こし、いくつかの学術機関や規制機関による研究を促しました。しかし、信頼できる研究は、排気ガス発生によって引き起こされる医学的状態の存在を示す証拠を一切提供していません。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]