पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली

वैमानिकी में, एक विमान का पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली (ईसीएस) एक आवश्यक घटक है जो वायु चालक दल और यात्रियों के लिए वायु आपूर्ति, ऊष्मीय नियंत्रण और केबिन दबाव प्रदान करता है। अतिरिक्त कार्यों में विमान को ठंडा करना, धुआं का पता लगाना और आग दमन प्रणाली सम्मिलित है।

समीक्षा
नीचे वर्णित सिस्टम वर्तमान उत्पादन बोइंग वाणिज्यिक वायुई जहाज वायुलाइनरों के लिए विशिष्ट हैं, हालांकि एयरबस और अन्य कंपनियों के यात्री जेट के लिए विवरण अनिवार्य रूप से समान हैं। कॉनकॉर्ड एक अपवाद था जिसमें उच्च ऊंचाई पर उड़ान भरने के कारण एक पूरक वायु आपूर्ति प्रणाली लगाई गई थी, और इसमें थोड़ा अधिक केबिन दबाव भी था।

वायु आपूर्ति
जेटलाइनरों पर, प्रत्येक गैस टरबाइन इंजन के गैस संपीड़क चरण से, दहन कक्ष के प्रतिप्रवाह से वायु निस्रवन द्वारा ईसीएस को वायु की आपूर्ति की जाती है। इस वायु निस्रवन का तापमान और दबाव संपीड़क चरण का उपयोग करने और इंजन की पावर सेटिंग के अनुसार भिन्न होता है। मैनिफोल्ड दबाव रेगुलेटिंग शट-ऑफ वाल्व (एमपीआरएसओवी) अनुप्रवाह प्रणाली के लिए वांछित दबाव बनाए रखने के लिए आवश्यक प्रवाह को प्रतिबंधित करता है।

सिस्टम के माध्यम से वायु को चलाने के लिए एक निश्चित न्यूनतम आपूर्ति दबाव की आवश्यकता होती है, लेकिन जितना संभव हो उतना कम आपूर्ति दबाव का उपयोग करना वांछित है, क्योंकि इंजन जिस ऊर्जा का उपयोग निस्रवन वायु को संपीड़ित करने के लिए करता है वह प्रणोदन के लिए उपलब्ध नहीं है, और ईंधन की खपत प्रभावित होती है। इस कारण से, वायु प्रायः विभिन्न संपीड़क चरण स्थानों पर दो (या कुछ स्थितियों में जैसे बोइंग 777, तीन) निस्रवन संद्वार में से एक से खींची जाती है। जब इंजन कम दबाव (कम प्रणोद या उच्च ऊंचाई) पर होता है, तो वायु को उच्चतम दबाव वाले निस्रवन संद्वार से खींचा जाता है। जैसे ही दबाव बढ़ता है (अधिक प्रणोद या कम ऊंचाई) और एक पूर्व निर्धारित पारगमन बिंदु तक पहुंचता है, उच्च दबाव शट-ऑफ वाल्व (एचपीएसओवी) बंद हो जाता है और ईंधन प्रदर्शन हानि को कम करने के लिए कम दबाव वाले संद्वार से वायु का चयन किया जाता है। इंजन का दबाव कम होने पर इसका विपरीत होता है।

वांछित तापमान प्राप्त करने के लिए, निस्रवन-वायु को प्री-कूलर नामक हीट एक्सचेंजर से गुजारा जाता है। इंजन पंखे से निकलने वाली वायु इंजन स्ट्रट में स्थित प्री-कूलर में प्रवाहित होती है, और सर्विस निस्रवन वायु से अतिरिक्त गर्मी को अवशोषित करती है। एक फैन वायु मॉड्यूलेटिंग वाल्व (एफएएमवी) सर्विस वायु निस्रवन के अंतिम वायु तापमान को नियंत्रित करने के लिए शीतल वायुप्रवाह को बदलता है।

विशेष रूप से, बोइंग 787 केबिन पर दबाव डालने के लिए वायु निस्रवन का उपयोग नहीं करता है। इसके बदले विमान पंखों के आगे स्थित समर्पित इनलेट्स से वायु खींचता है।

ठंडी वायु इकाई
ठंडी वायु इकाई (सीएयू) के कामकाज के लिए प्राथमिक घटक वायु चक्र मशीन (एसीएम) शीतलन उपकरण है। प्रारंभिक बोइंग 707 विमान सहित कुछ विमानों में वाष्प-संपीड़न प्रशीतन का उपयोग किया जाता था, जैसे कि घरेलू वायु अनुकूलक में उपयोग किया जाता है।

एक एसीएम फ़्रीऑन का उपयोग नहीं करता है: वायु ही प्रशीतक है। कम भार और रखरखाव आवश्यकताओं के कारण वाष्प चक्र उपकरणों की तुलना में एसीएम को प्राथमिकता दी जाती है।

अधिकांश जेटलाइनर पैक्स से सुसज्जित हैं, संक्षिप्त नाम का अर्थ यहां देखें। एयर कंडीशनिंग (एसी) पैक का स्थान विमान के प्रारूप पर निर्भर करता है। कुछ प्रारूपों में, उन्हें धड़ के नीचे दो पंखों के बीच विंग-टू-बॉडी फेयरिंग में स्थापित किया जाता है। अन्य विमानों (डगलस विमान डगलस डीसी-9|डीसी-9 सीरीज) पर एसी पैक पिछले भाग में स्थित होते हैं। मैकडॉनेल डगलस डीसी-10/एमडी-11 और लॉकहीड एल-1011 पर विमान पैक्स उड़ान डेक के नीचे विमान के सामने स्थित हैं। लगभग सभी जेटलाइनरों के पास दो पैक होते हैं, हालांकि बोइंग 747, लॉकहीड एल-1011 और मैकडॉनेल-डगलस डीसी-10/एमडी-11 जैसे बड़े विमानों में तीन पैक होते हैं।

एसी पैक में प्रवाहित होने वाली निस्रवन वायु की मात्रा प्रवाह नियंत्रण वाल्व (एफसीवी) द्वारा नियंत्रित की जाती है। प्रत्येक पैक के लिए एक एफसीवी स्थापित किया गया है। सामान्य रूप से बंद आइसोलेशन वाल्व बाएं निस्रवन सिस्टम से वायु को दाएं पैक (और इसके विपरीत) तक पहुंचने से रोकता है, हालांकि एक निस्रवन सिस्टम के नुकसान की स्थिति में यह वाल्व खोला जा सकता है।

एफसीवी का अनुप्रवाह ठंडी वायु इकाई (सीएयू) है, जिसे प्रशीतन इकाई भी कहा जाता है। सीएयू कई प्रकार के होते हैं; हालाँकि, वे सभी विशिष्ट बुनियादी सिद्धांतों का उपयोग करते हैं। वायु निस्रवन प्राथमिक रैम-वायु हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करती है, जहां इसे रैम वायु, विस्तार या दोनों के संयोजन से ठंडा किया जाता है। फिर ठंडी वायु संपीड़क में प्रवेश करती है, जहां उस पर दबाव डाला जाता है, जो वायु को फिर से गर्म कर देता है। द्वितीयक रैम-वायु हीट एक्सचेंजर से गुजरने से उच्च दबाव बनाए रखते हुए वायु को ठंडा किया जाता है। फिर वायु एक टरबाइन से होकर गुजरती है जो गर्मी को और कम करने के लिए वायु का विस्तार करती है। टर्बो-चार्जर इकाई के संचालन के समान, संपीड़क और टरबाइन एक ही शाफ्ट पर होते हैं। टरबाइन से गुजरने वाली वायु से निकाली गई ऊर्जा का उपयोग संपीड़क को बिजली देने के लिए किया जाता है। वायु प्रवाह को फिर से हीटर की ओर निर्देशित किया जाता है, इससे पहले कि वह कंडेनसर तक पहुंच जाए ताकि पानी निकालने वाले यंत्र द्वारा पानी निकालने के लिए तैयार हो सके।

फिर वायु को एक जल विभाजक के माध्यम से भेजा जाता है, जहां वायु को अपनी लंबाई के साथ सर्पिल करने के लिए बाध्य किया जाता है और केन्द्रापसारक बल नमी को एक छलनी के माध्यम से और बाहरी दीवारों की ओर प्रवाहित करते हैं जहां इसे एक नाली की ओर ले जाया जाता है और पानी में भेज दिया जाता है। फिर, वायु प्रायः जल विभाजक सहसंयोजक या वात दिग्दर्शक से होकर गुजरेगी। केबिन की वायु को साफ रखने के लिए वात दिग्दर्शक इंजन से निकलने वाली वायु से गंदगी और तेल को बनाये रखता है। पानी हटाने की यह प्रक्रिया सिस्टम में बर्फ बनने और अवरुद्ध होने से रोकती है, और कॉकपिट और केबिन को जमीनी संचालन और कम ऊंचाई पर कुहायन से बचाती है।

उप-शून्य बूटस्ट्रैप सीएयू के लिए, टरबाइन तक पहुंचने से पहले नमी निकाली जाती है ताकि उप-शून्य तापमान तक पहुंचा जा सके।

पैक आउटलेट वायु का तापमान रैम-वायु सिस्टम (नीचे) के माध्यम से प्रवाह को समायोजित करके नियंत्रित किया जाता है, और एक तापमान नियंत्रण वाल्व (टीसीवी) को मॉड्यूलेट किया जाता है जो एसीएम के चारों ओर गर्म वायु के एक भाग को उपमार्ग करता है और इसे एसीएम टरबाइन के अनुप्रवाह की ठंडी वायु के साथ मिलाता है।

रैम वायु प्रणाली
रैम-वायु इनलेट एक छोटा स्कूप है, जो प्रायः विंग-टू-बॉडी फ़ेयरिंग पर स्थित होता है। लगभग सभी जेटलाइनर प्राथमिक और द्वितीयक रैम वायु हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से शीतलन वायु प्रवाह की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए रैम-वायु इनलेट पर एक मॉड्यूलेटिंग दरवाजे का उपयोग करते हैं।

रैम-वायु रिकवरी को बढ़ाने के लिए, लगभग सभी जेटलाइनर रैम-वायु निर्वातक पर मॉड्यूलेटिंग फलक का उपयोग करते हैं। जब विमान जमीन पर होता है तो रैम सिस्टम के भीतर एक रैम-वायु पंखा हीट एक्सचेंजर्स में रैम-वायु प्रवाह प्रदान करता है। लगभग सभी आधुनिक फिक्स्ड-विंग विमान एसीएम के साथ एक सामान्य शाफ्ट पर एक पंखे का उपयोग करते हैं, जो एसीएम टरबाइन द्वारा संचालित होता है।

वायु वितरण
एसी पैक निकास वायु को दबावयुक्त विमानकबंध में प्रवाहित किया जाता है, जहां इसे पुनः संचरण पंखों से फ़िल्टर की गई वायु के साथ मिलाया जाता है, और मिश्रित नलिका में डाला जाता है। लगभग सभी आधुनिक जेटलाइनरों पर, वायुप्रवाह लगभग 50% बाहरी वायु और 50% निस्यंदित वायु है।

आधुनिक जेटलाइनर उच्च दक्षता वाले कण निरोधक एचइपीए निस्यंदक का उपयोग करते हैं, जो 99% से अधिक जीवाणु और गुच्छित वायरस को फँसा लेते हैं।

मिक्स मैनिफोल्ड से वायु को विमान के विभिन्न क्षेत्रों में ऊपरी वितरण नलियों की ओर निर्देशित किया जाता है। प्रत्येक क्षेत्र में तापमान को थोड़ी मात्रा में सूक्ष्म वायु जोड़कर समायोजित किया जा सकता है, जो टीसीवी के एसी पैक प्रतिप्रवाह से कम दबाव, उच्च तापमान वाली वायु है। व्यक्तिगत गैस्पर संवातन द्वार को भी वायु की आपूर्ति की जाती है। बिल्कुल भी वायु आउटपुट न होने और काफी तेज वायु के बीच संवातन को समायोजित करने के लिए संवातन द्वार पर घूमने वाले नियंत्रण को चालू किया जा सकता है।

गैसपर्स प्रायः विमान में लगे एसी पैक्स से अपनी वायु प्राप्त करते हैं, जो बदले में विमान के जेट इंजन के संपीड़क चरणों से या जमीन पर सहायक बिजली इकाई (एपीयू) या जमीनी स्रोत से संपीड़ित, स्वच्छ वायु प्राप्त करते हैं। गैस्पर्स के लिए एक मास्टर नियंत्रण कॉकपिट में स्थित है; गैसपर्स को प्रायः उड़ान के कुछ चरणों के दौरान अस्थायी रूप से बंद कर दिया जाता है (उदाहरण के लिए उपरितरण पथ और चढ़ाई के दौरान) जब वायु निस्रवन मांगों से इंजन पर भार कम किया जाना चाहिए।

दबाव
विमानकबंध में वायु का प्रवाह लगभग स्थिर है, और आउट-फ्लो वाल्व (ओएफवी) के प्रारंभ को अलग-अलग करके दबाव बनाए रखा जाता है। अधिकांश आधुनिक जेटलाइनरों में एक ही ओएफवी होता है जो धड़ के निचले पिछले सिरे के पास स्थित होता है, हालाँकि बोइंग 747 और 777 जैसे कुछ बड़े विमानों में दो होते हैं।

ओएफवी बंद होने की स्थिति में, धड़ को अधिक और कम दबाव से बचाने के लिए कम से कम दो सकारात्मक दबाव राहत वाल्व (पीपीआरवी) और कम से कम एक नकारात्मक दबाव राहत वाल्व (एनपीआरवी) प्रदान किए जाते हैं।

विमान के केबिन का दबाव प्रायः 8000 फीट या उससे कम की केबिन ऊंचाई पर दबाव डाला जाता है। इसका मतलब है कि दबाव 10.9 पाउंड प्रति वर्ग इंच (75 केपीए) है, जो 8,000 फीट (2,400 मीटर) परिवेशीय दबाव है। ध्यान दें कि कम केबिन ऊंचाई एक उच्च दबाव है। केबिन दबाव को केबिन दबाव सूची द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो प्रत्येक विमान की ऊंचाई को केबिन की ऊंचाई के साथ जोड़ता है। एयरबस A350 और बोइंग 787 जैसे नए एयरलाइनरों में अधिकतम केबिन ऊंचाई कम होगी जो उड़ानों के दौरान यात्रियों की थकान को कम करने में मदद करती है।

विशिष्ट जेटलाइनर परिभ्रमण ऊंचाई पर वातावरण प्रायः बहुत शुष्क और ठंडा होता है; लंबी उड़ान के दौरान केबिन में पंप की गई बाहरी वायु में संक्षेपण पैदा करने की क्षमता होती है जो बदले में जंग या विद्युत दोष का कारण बन सकती है, और इस प्रकार निष्कासित हो जाती है। नतीजतन, जब कम ऊंचाई पर आर्द्र वायु आती है और अंदर खींची जाती है, तो ईसीएस इसे आर्द्र वायु और शीतलन चक्र और ऊपर उल्लिखित जल विभाजक के माध्यम से सुखा देता है, ताकि उच्च बाहरी सापेक्ष आर्द्रता के साथ भी, केबिन के अंदर प्रायः सापेक्षिक आर्द्रता 10% से अधिक नहीं होगी।

यद्यपि कम केबिन आर्द्रता में कवक और बैक्टीरिया के विकास को रोकने के स्वास्थ्य लाभ होते हैं, कम आर्द्रता त्वचा, आंखों और श्लेष्म झिल्ली को सूखने का कारण बनती है और निर्जलीकरण में योगदान देती है, जिससे थकान, असुविधा और स्वास्थ्य समस्याएं होती हैं। एक अध्ययन में अधिकांश उड़ान परिचारकों ने कम आर्द्रता से असुविधा और स्वास्थ्य संबंधी समस्याओं की सूचना दी। 2003 में अमेरिकी कांग्रेस को दिए एक बयान में वाणिज्यिक विमानों के यात्री केबिनों में वायु गुणवत्ता पर समिति के एक सदस्य ने कहा, "कम सापेक्ष आर्द्रता से कुछ अस्थायी असुविधा हो सकती है (उदाहरण के लिए, आंखें, नाक मार्ग और त्वचा का सूखना), लेकिन अन्य संभावित छोटी-मोटी परेशानियां भी हो सकती हैं।" या दीर्घकालिक प्रभाव स्थापित नहीं किए गए हैं।

संक्षेपण को रोकने की आवश्यकता के अनुरूप, सापेक्षिक आर्द्रता को अत्यंत निम्न स्तर से बनाए रखने के लिए कुछ विमानों के ईसीएस में एक केबिन आर्द्रता नियंत्रण प्रणाली जोड़ी जा सकती है। इसके अलावा, बोइंग 787 और एयरबस ए350, अपने निर्माण में अधिक संक्षारण प्रतिरोधी संयोजन का उपयोग करके, लंबी उड़ानों पर 16% की केबिन सापेक्ष आर्द्रता के साथ काम कर सकते हैं।

स्वास्थ्य संबंधी चिंताएं
वायु निस्रवन इंजनों से आती है लेकिन दहन इंजन के प्रतिप्रवाह से निस्रवन होती है। संपीड़क स्टाल (अनिवार्य रूप से एक जेट इंजन बैकफ़ायर) के अलावा वायु इंजन के माध्यम से पीछे की ओर प्रवाहित नहीं हो सकती है, इस प्रकार विमान के स्वयं के इंजनों के सामान्य चलने से निकलने वाली वायु दहन प्रदूषकों से मुक्त होनी चाहिए।

हालाँकि, कभी-कभी कार्बन सील से तेल (संभावित रूप से खतरनाक रसायन युक्त) का रिसाव वायु में हो सकता है, जिसे उद्योग में धूएँ की घटना के रूप में जाना जाता है। इसे प्रायः शीघ्रता से निपटाया जाता है क्योंकि विफल तेल सील से इंजन का जीवन कम हो जाएगा।

इससे और इंजन वीथी के भीतर अन्य स्रोतों से तेल संदूषण के कारण कुछ वकालत समूहों में स्वास्थ्य संबंधी चिंताएँ पैदा हो गई हैं और कई शैक्षणिक संस्थानों और नियामक संगठनों द्वारा शोध प्रारम्भ हो गया है। हालाँकि, किसी भी विश्वसनीय शोध से धुएं की घटनाओं के कारण होने वाली चिकित्सीय स्थिति के अस्तित्व का प्रमाण नहीं मिला है।

संदर्भ

 * HVAC Applications volume of the ASHRAE Handbook, American Society of Heating, Ventilating and Air-Conditioning Engineers, Inc. (ASHRAE), Atlanta, GA, 1999.