上面是飛機空調系統循環的簡圖。再進入這張圖之前,先大略講一下要如何在飛機上提供冷氣。
先前提到從引擎出來的加壓熱空氣溫度大約是一百多度。把加壓過的空氣送到機體內,可以用來調整艙壓 (這樣講並不完全正確,但暫且不細述),而熱空氣的部份,必須將它調降到適合的溫度才能送到空調的出風口供應給乘客,因此必須將它降溫。但這降溫的部份比較複雜,並不是直接把熱空氣調降到設定好的空調溫度,而是先把熱空氣降到相當冷的溫度,再依需求加入適量的熱空氣,調整成客艙內空調的溫度。至於為什麼要這麼麻煩,等到了講循環的部份就會比較明瞭了。
首先要將熱空氣降溫。熱空氣首先會經過調溫包 (air conditioning pack)降溫,大部分的機種都有兩個調溫包,有的機種如747會有三個。總之ACP的功能就是降溫。
熱空氣從圖的右邊進入,首先經過一個調整流量的閥 (flow control valve)再進入ACP。注意在熱空氣進入第一道熱交換器 (primary heat exchanger)前有一部份被分流到別的地方了,至於去哪裡,稍後再談。熱交換器就是散熱用的,利用的原理是兩個不同溫度的物體接觸時會產生熱交換,兩者的溫差會透過熱交換變小。注意熱交換器底下有一條比較粗的通道,那是從機體外流進來的冷空氣,幫熱交換器裡的熱空氣降溫用的。
經過了第一道熱交換器,稍微降溫後的空氣會再進到壓縮機,在這一段空氣會再一次壓縮並稍微提高溫度,再送到第二道熱交換器。據說這麼做的原因是在兩個物體溫差較大時熱交換的效率會比較好。但效率有沒有好到值得多裝一個壓縮器來加壓加熱其實因製造商而異,有的飛機就沒有做這個壓縮機的設計。
經過第二道降溫的空氣最後會到達渦輪 (turbine),通過渦輪葉片後氣體的壓力會降低,並且在這過程中再次散失熱量,最後離開ACP的溫度大約是攝氏1~2度。
以上是ACP調溫的過程。另外圖中有幾個部份特別需要解釋:
- Compressor Bypass Valve
CBV只在剛啟動的時候有作用。從圖中可以看到渦輪和壓縮葉片是有傳動軸連接的,壓縮葉片是靠渦輪轉動,帶動傳動軸而運轉的,因此當引擎才剛啟動,空氣剛進入ACP時,渦輪還是處於靜止的狀態,空氣沒有辦法通過壓縮葉片。這時候受到阻擋的空氣,便會通過CBV直接到達第二道熱交換器,最後轉動渦輪,壓縮葉片才會開始轉動。和上一篇的IP check valve一樣,CBV其實也是個單行道,當壓縮葉片開始運轉時,較高壓的空氣會從CBV的另一端頂住,因此當引擎啟動、ACP開始運作後,空氣便無法通過CBV。 - Turbine Bypass Valve
TBV是由電腦控制的閥門,當由渦輪葉片出來的空氣太冷時 (正常溫度是攝氏1~2度)會有結冰的問題,當感測到溫度過低時,TBV便會打開,導入較熱的空氣用來調溫。 - 脫水器
脫水器會把冷空氣中的水分分離出來,通往熱交換器並把水灑上去,增加散熱的效率。 - Fan
在飛行時由於飛機快速向前移動的關係,外界的空氣可以非常輕易地被導入,但在地面時並沒有如此的相對氣流可以通過ACP。因此渦輪除了帶動壓縮葉片之外,傳動軸也帶動了進氣通道的風扇,透過風扇轉動使外面的空氣可以被吸入進行調溫。附帶一提,進氣通道的出入口都有閥門可調整開關大小,控制進入的冷空氣量。
ACP出來的空氣溫度太低,無法直接送到客艙,因此在送出前必須再和熱空氣混合,調整成舒適的溫度再送到客艙,而這熱空氣的來源就是從進入壓縮葉片前的分流來的。至於為什麼步驟要這麼麻煩,留到下一篇循環系統再討論。
《待續》
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