JPH0623882Y2 - 航空機塔載用小型冷凍機 - Google Patents
航空機塔載用小型冷凍機Info
- Publication number
- JPH0623882Y2 JPH0623882Y2 JP1987183244U JP18324487U JPH0623882Y2 JP H0623882 Y2 JPH0623882 Y2 JP H0623882Y2 JP 1987183244 U JP1987183244 U JP 1987183244U JP 18324487 U JP18324487 U JP 18324487U JP H0623882 Y2 JPH0623882 Y2 JP H0623882Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- compressor
- turbine
- refrigerator
- aircraft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、ＳＱＵＩＤ等を極低温素子を冷却する目的で
航空機に搭載される小型冷凍機に関するものである。
航空機に搭載される小型冷凍機に関するものである。
［従来の技術］ 近年、航空機には益々高度な電子装置類が装備される傾
向にあるが、例えば磁気探査用にＳＱＵＩＤを利用する
ものでは、これを極低温に保持するため小型冷凍機が搭
載される。
向にあるが、例えば磁気探査用にＳＱＵＩＤを利用する
ものでは、これを極低温に保持するため小型冷凍機が搭
載される。
そして、航空機に搭載される小型冷凍機では、スターリ
ングサイクル、Ｇ−Ｍサイクル等、その冷凍サイクルの
種別は区々であっても、共通する技術的課題は、冷凍能
力を確保しながら如何にして小型軽量化を推進するかの
点にある。
ングサイクル、Ｇ−Ｍサイクル等、その冷凍サイクルの
種別は区々であっても、共通する技術的課題は、冷凍能
力を確保しながら如何にして小型軽量化を推進するかの
点にある。
［考案が解決しようとする問題点］ ところで、冷凍機の小型化を図る観点からその構成につ
いて着目した場合、圧縮機や膨張機等の冷凍機本体を構
成する要素の小型化と共に、それに付帯される動力源等
を出来る丈小さなものとすることが重要であり、そのた
めにはシステムの冷凍効率をアップし、動力低減を図る
ことが肝要である。
いて着目した場合、圧縮機や膨張機等の冷凍機本体を構
成する要素の小型化と共に、それに付帯される動力源等
を出来る丈小さなものとすることが重要であり、そのた
めにはシステムの冷凍効率をアップし、動力低減を図る
ことが肝要である。
一方、冷凍機はいずれにしても冷凍部位から熱を汲み出
してこれを系外に放出する役目を果すものであるから、
冷凍サイクルの如何によらず放熱部を持っているのが普
通である。そして、この放熱部をなるべく低い温度に保
つことが冷凍能力の改善に直結するものとなる。
してこれを系外に放出する役目を果すものであるから、
冷凍サイクルの如何によらず放熱部を持っているのが普
通である。そして、この放熱部をなるべく低い温度に保
つことが冷凍能力の改善に直結するものとなる。
しかし、航空機に搭載されている従来の小型冷凍機は、
その放熱部を機内の常温下に置くようにしているに過ぎ
ないから、この点では冷凍機の小型軽量化には十分でな
い。
その放熱部を機内の常温下に置くようにしているに過ぎ
ないから、この点では冷凍機の小型軽量化には十分でな
い。
本考案は、高級機搭載用小型冷凍機の小型軽量化を図る
目的で、その放熱部に最適な冷却手段を備えるものを提
供する。
目的で、その放熱部に最適な冷却手段を備えるものを提
供する。
［問題点を解決するための手段］ 本考案の小型冷凍機では、冷凍機本体の放熱部に、航空
機のエンジン抽気を断熱膨張させて得られる冷却空気を
導いて該放熱部を冷却する冷却手段を設けたものであっ
て、前記冷却手段を、タービンとコンプレッサとを同軸
結合したタービン・コンプレッサと、タービンでエンジ
ン抽気を断熱膨脹することにより得られる低温空気をそ
の吸熱部に導入し、この吸熱部と冷凍機本体の前記放熱
部とを熱交換させた後にその空気を前記コンプレッサに
移送する熱交換器とから構成したことを特徴としてい
る。
機のエンジン抽気を断熱膨張させて得られる冷却空気を
導いて該放熱部を冷却する冷却手段を設けたものであっ
て、前記冷却手段を、タービンとコンプレッサとを同軸
結合したタービン・コンプレッサと、タービンでエンジ
ン抽気を断熱膨脹することにより得られる低温空気をそ
の吸熱部に導入し、この吸熱部と冷凍機本体の前記放熱
部とを熱交換させた後にその空気を前記コンプレッサに
移送する熱交換器とから構成したことを特徴としてい
る。
［作用］ すなわち、航空機のエンジン抽気をタービンで断熱膨張
させて得られる低温空気で放熱部を冷やし込むことによ
り、冷凍サイクルの高温端側の温度を常温下にまで低下
させることができる。このことにより、冷凍機本体の低
温端に所定の極低温を実現する冷凍能力を発生するのに
必要な入力動力が軽減され（エンジンにとっては抽気ロ
スが大きくなるものの、電力などの動力が小さくな
る）、ひいては動力源及び動力伝達機構を小さくするこ
とができる。
させて得られる低温空気で放熱部を冷やし込むことによ
り、冷凍サイクルの高温端側の温度を常温下にまで低下
させることができる。このことにより、冷凍機本体の低
温端に所定の極低温を実現する冷凍能力を発生するのに
必要な入力動力が軽減され（エンジンにとっては抽気ロ
スが大きくなるものの、電力などの動力が小さくな
る）、ひいては動力源及び動力伝達機構を小さくするこ
とができる。
特に、前記タービンはコンプレッサと同軸結合されたも
のであり、コンプレッサでタービンの入口側と出口側と
に断熱膨脹効果を高める十分な圧力落差を発生させると
ともに、タービン動力でコンプレッサの機械動力をまか
ない低温低圧空気を外部放出が可能なレベルまで再度昇
圧するものであるから、エンジン抽気から低温空気を簡
単、無動力でかつ極めて効率良く生成できるものとな
る。
のであり、コンプレッサでタービンの入口側と出口側と
に断熱膨脹効果を高める十分な圧力落差を発生させると
ともに、タービン動力でコンプレッサの機械動力をまか
ない低温低圧空気を外部放出が可能なレベルまで再度昇
圧するものであるから、エンジン抽気から低温空気を簡
単、無動力でかつ極めて効率良く生成できるものとな
る。
［実施例］ 以下、図面に示す一実施例について本考案をより具体的
に説明する。
に説明する。
図面は航空機に搭載されるスターリングサイクルを用い
た小型冷凍機を図示し、冷凍機本体１とその放熱部４ａ
を冷却するための冷却手段２とを具備してなっている。
た小型冷凍機を図示し、冷凍機本体１とその放熱部４ａ
を冷却するための冷却手段２とを具備してなっている。
冷凍機本体１は、圧縮機３と、この圧縮機３で断熱圧縮
した作動ガスを放熱部４ａで予冷した後その内部に導通
させてこれを更に冷却するリジェネレータ５と、このリ
ジェネレータ５から吸熱部６を介して導入される作動ガ
スを断熱膨張させる膨張機７とからなっている。そし
て、膨張機７の膨張室７ａで断熱膨張した作動ガス（寒
冷）は、吸熱部６を極低温に保持し、さらにリジェネレ
ータ５を冷やし込みながら圧縮機３の圧縮室３ａに戻さ
れる。前記圧縮機３と前記膨張機７とは、図示例の場合
直交位置に配置され、それらの圧縮ピストン３ｂと膨張
ピストン７ｂの各基端をクランク８の円周定点に枢着し
ている。そして、クランク８は図外の動力源から回転動
力を伝達する駆動軸９で図示矢印のように回転され、こ
れに伴い圧縮機３と膨張機７とが９０°の位相差で拡縮
する所定の冷凍サイクルが営まれる。なお、冷凍機本体
１の吸熱部６にはＳＱＵＩＤ等の被冷却物１０が配設さ
れる。
した作動ガスを放熱部４ａで予冷した後その内部に導通
させてこれを更に冷却するリジェネレータ５と、このリ
ジェネレータ５から吸熱部６を介して導入される作動ガ
スを断熱膨張させる膨張機７とからなっている。そし
て、膨張機７の膨張室７ａで断熱膨張した作動ガス（寒
冷）は、吸熱部６を極低温に保持し、さらにリジェネレ
ータ５を冷やし込みながら圧縮機３の圧縮室３ａに戻さ
れる。前記圧縮機３と前記膨張機７とは、図示例の場合
直交位置に配置され、それらの圧縮ピストン３ｂと膨張
ピストン７ｂの各基端をクランク８の円周定点に枢着し
ている。そして、クランク８は図外の動力源から回転動
力を伝達する駆動軸９で図示矢印のように回転され、こ
れに伴い圧縮機３と膨張機７とが９０°の位相差で拡縮
する所定の冷凍サイクルが営まれる。なお、冷凍機本体
１の吸熱部６にはＳＱＵＩＤ等の被冷却物１０が配設さ
れる。
一方、前記冷却手段２はラジアルタービンＴとラジアル
コンプレッサＣとを同軸結合したタービン・コンプレッ
サ１１と、タービンＴで断熱膨張した低温空気をその吸
熱部４ｂに直接導入し、この吸熱部４ｂと冷凍機本体１
の前記放熱部４ａとを熱交換させて該放熱部（作動ガ
ス）を冷却する熱交換器４とからなっている。そして、
タービンＴの入口側は、冷凍機本体１が搭載される航空
機のエンジンから抽出される高温、高圧のエンジン抽気
（ブリードエア）を冷却した下流側のサプライ系路と連
通されている。また、高圧空気が断熱膨張する際の膨張
仕事としてタービンＴに得られるタービン動力は、ショ
フトＳからコンプレッサＣに伝達され、同コンプレッサ
Ｃにより熱交換器４の吸熱部４ｂを通過した低温空気を
再度昇圧して外部に放出する。即ち、コンプレッサＣで
タービンＴの入口側と出口側とに断熱膨張効果を高める
十分な圧力落差を発生させるとともに、タービン動力で
該コンプレッサＣの機械動力をまかなうようにしてい
る。
コンプレッサＣとを同軸結合したタービン・コンプレッ
サ１１と、タービンＴで断熱膨張した低温空気をその吸
熱部４ｂに直接導入し、この吸熱部４ｂと冷凍機本体１
の前記放熱部４ａとを熱交換させて該放熱部（作動ガ
ス）を冷却する熱交換器４とからなっている。そして、
タービンＴの入口側は、冷凍機本体１が搭載される航空
機のエンジンから抽出される高温、高圧のエンジン抽気
（ブリードエア）を冷却した下流側のサプライ系路と連
通されている。また、高圧空気が断熱膨張する際の膨張
仕事としてタービンＴに得られるタービン動力は、ショ
フトＳからコンプレッサＣに伝達され、同コンプレッサ
Ｃにより熱交換器４の吸熱部４ｂを通過した低温空気を
再度昇圧して外部に放出する。即ち、コンプレッサＣで
タービンＴの入口側と出口側とに断熱膨張効果を高める
十分な圧力落差を発生させるとともに、タービン動力で
該コンプレッサＣの機械動力をまかなうようにしてい
る。
しかして、かかる冷却手段２を備えたものであると、冷
凍機本体１の放熱部４ａが常温下の相当低い温度にまで
冷却されることになるので、従来の常温域で放熱させる
ものと比較すると、同一の冷凍能力を発生するのに必要
な入力動力が大幅に削減できる。この理由を具体的に説
明すると、以下の通りである。
凍機本体１の放熱部４ａが常温下の相当低い温度にまで
冷却されることになるので、従来の常温域で放熱させる
ものと比較すると、同一の冷凍能力を発生するのに必要
な入力動力が大幅に削減できる。この理由を具体的に説
明すると、以下の通りである。
今、タービンＴの入口側のエンジン抽気の温度Ｔ３を３
００Ｋとし、これを圧力比４で断熱膨張させたとする。
そして、その際には完全断熱変化が行なわれ、比熱比κ
＝1.4であると仮定すると、タービンＴの出口側の温度
は、 ３００×（１／４）（κ−１）／κ＝２０２ つまり２０２０Ｋの温度にまで降下する。すると、この
低温空気を直接導入している吸熱部４ｂと熱交換する放
熱部４ａの温度Ｔ２は、それよりも若干高い温度；例え
ば２１０Ｋ（−６３℃）に保たれることになる。
００Ｋとし、これを圧力比４で断熱膨張させたとする。
そして、その際には完全断熱変化が行なわれ、比熱比κ
＝1.4であると仮定すると、タービンＴの出口側の温度
は、 ３００×（１／４）（κ−１）／κ＝２０２ つまり２０２０Ｋの温度にまで降下する。すると、この
低温空気を直接導入している吸熱部４ｂと熱交換する放
熱部４ａの温度Ｔ２は、それよりも若干高い温度；例え
ば２１０Ｋ（−６３℃）に保たれることになる。
一方、冷凍機はそのサイクルの如何に拘らず、熱力学の
第二法則からその最大の冷凍能力が規定される。すなわ
ち、入力動力Ｗに対し、最大で次式のカルノーサイクル
の冷却能力Ｑを超えることができない。
第二法則からその最大の冷凍能力が規定される。すなわ
ち、入力動力Ｗに対し、最大で次式のカルノーサイクル
の冷却能力Ｑを超えることができない。
Ｑ／Ｗ＝Ｔ１／（Ｔ２−Ｔ１） Ｔ１；吸熱部温度 Ｔ２；放熱部温度 そこで、Ｔ１＝７７Ｋで１００Ｗの冷凍能力を発生する
場合の必要動力Ｗを試算してみる。
場合の必要動力Ｗを試算してみる。
まず、放熱部４ａが常温（Ｔ２＝３００Ｋ）に置かれる
従来例の場合では、動力Ｗ＝２９０Ｗの入力が必要にな
る。これに対して、放熱部４ａが常温下（Ｔ２＝２１０
Ｋ）に置かれる実施例の場合には、動力Ｗ＝１７３Ｗで
済み、約２／３の入力動力で足りるものとなる。
従来例の場合では、動力Ｗ＝２９０Ｗの入力が必要にな
る。これに対して、放熱部４ａが常温下（Ｔ２＝２１０
Ｋ）に置かれる実施例の場合には、動力Ｗ＝１７３Ｗで
済み、約２／３の入力動力で足りるものとなる。
このように、冷凍機本体１の放熱部４ａに冷却手段２を
備えたものであると、冷凍機が所定の冷凍能力を発生す
る上で必要な動力が有効に削減できるものとなる。そし
て、このことはシステムの稼働に必要な動力源（モー
タ）やクランク８等の動力伝達機構に、小型軽量でより
コンパクトなものを使用できることを意味する。
備えたものであると、冷凍機が所定の冷凍能力を発生す
る上で必要な動力が有効に削減できるものとなる。そし
て、このことはシステムの稼働に必要な動力源（モー
タ）やクランク８等の動力伝達機構に、小型軽量でより
コンパクトなものを使用できることを意味する。
なお、本考案で利用するエンジン抽気は、冷凍機を搭載
する航空機において既に空調などの目的で多様に利用さ
れているから、その一部を抽出して利用すれば良いし、
またタービン・コンプレッサ１１を用いれば、エンジン
抽気から必要な低温空気が簡単かつ無動力で得ることが
できる。
する航空機において既に空調などの目的で多様に利用さ
れているから、その一部を抽出して利用すれば良いし、
またタービン・コンプレッサ１１を用いれば、エンジン
抽気から必要な低温空気が簡単かつ無動力で得ることが
できる。
以上は、スターリングサイクルの場合を例に挙げて説明
したものであるが、本考案を適用する冷凍サイクルは勿
論これに限る必要はない。例えばＧ−Ｍサイクル、ソル
ベーサイクル、クロードサイクル等の小型冷凍機につい
ては、本質的に変りなく適用できる。
したものであるが、本考案を適用する冷凍サイクルは勿
論これに限る必要はない。例えばＧ−Ｍサイクル、ソル
ベーサイクル、クロードサイクル等の小型冷凍機につい
ては、本質的に変りなく適用できる。
［考案の効果］ 以上に述べた通り、本考案ではエンジン抽気から得られ
る低温空気で冷凍機本体の放熱部を冷却し、それによっ
て冷凍サイクルに必要な動力を削減できるものであっ
て、エンジン抽気からの低温空気の生成も軽量、コンパ
クトなタービン・コンプレッサを通じて簡単、無動力に
且つ極めて効率良く行い得るものであるから、付帯の動
力源や動力伝達機構の小型簡素化を通して航空機に搭載
される小型冷凍機の一層の小型軽量化を達成し得る。
る低温空気で冷凍機本体の放熱部を冷却し、それによっ
て冷凍サイクルに必要な動力を削減できるものであっ
て、エンジン抽気からの低温空気の生成も軽量、コンパ
クトなタービン・コンプレッサを通じて簡単、無動力に
且つ極めて効率良く行い得るものであるから、付帯の動
力源や動力伝達機構の小型簡素化を通して航空機に搭載
される小型冷凍機の一層の小型軽量化を達成し得る。
図面は本考案の一実施例を示すスターリングサイクル冷
凍機のシステム概要図である。 １……冷凍機本体、２……冷却手段 ３……圧縮機 ４……熱交換器 ４ａ……放熱部、４ｂ……吸熱部 ５……リジェネレータ ６……吸熱部 ７……膨張機、８……クランク ９……駆動軸 １０……被冷却物 １１……タービン・コンプレッサ Ｔ……タービン Ｃ……コンプレッサ
凍機のシステム概要図である。 １……冷凍機本体、２……冷却手段 ３……圧縮機 ４……熱交換器 ４ａ……放熱部、４ｂ……吸熱部 ５……リジェネレータ ６……吸熱部 ７……膨張機、８……クランク ９……駆動軸 １０……被冷却物 １１……タービン・コンプレッサ Ｔ……タービン Ｃ……コンプレッサ
Claims (1)
- 【請求項１】冷凍機本体の放熱部に、航空機のエンジン
抽気を断熱膨脹させて得られる冷却空気を導いて該放熱
部を冷却する冷却手段を設けたものであって、前記冷却
手段を、タービンとコンプレッサとを同軸結合したター
ビン・コンプレッサと、タービンでエンジン抽気を断熱
膨脹することにより得られる低温空気をその吸熱部に導
入し、この吸熱部と冷凍機本体の前記放熱部とを熱交換
させた後にその空気を前記コンプレッサに移送する熱交
換器とから構成したことを特徴とする航空機搭載用小型
冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987183244U JPH0623882Y2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 航空機塔載用小型冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987183244U JPH0623882Y2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 航空機塔載用小型冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0188359U JPH0188359U (ja) | 1989-06-12 |
| JPH0623882Y2 true JPH0623882Y2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=31474673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987183244U Expired - Lifetime JPH0623882Y2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 航空機塔載用小型冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623882Y2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS625057A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-12 | アイシン精機株式会社 | 低温装置 |
| JPS62233648A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-14 | 株式会社島津製作所 | 航空機搭載用冷凍装置 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP1987183244U patent/JPH0623882Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0188359U (ja) | 1989-06-12 |
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