पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली

वैमानिकी में, एक विमान का पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली (ईसीएस) एक आवश्यक घटक है जो हवा चालक दल  और यात्रियों के लिए वायु आपूर्ति, एयर कंडीशनिंग और केबिन दबाव प्रदान करता है। अतिरिक्त कार्यों में एयरोनॉटिक्स का थर्मल प्रबंधन (इलेक्ट्रॉनिक्स), धुआं का पता लगाना और आग दमन प्रणाली शामिल है।

सिंहावलोकन
नीचे वर्णित सिस्टम वर्तमान उत्पादन बोइंग वाणिज्यिक हवाई जहाज एयरलाइनरों 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 कंप्रेसर चरण से दहन कक्ष के अपस्ट्रीम से ब्लीड एयर द्वारा ईसीएस को हवा की आपूर्ति की जाती है। इस ब्लीड एयर का तापमान और दबाव कंप्रेसर चरण का उपयोग करने और इंजन की पावर सेटिंग के अनुसार भिन्न होता है। मैनिफोल्ड प्रेशर रेगुलेटिंग शट-ऑफ वाल्व (एमपीआरएसओवी) डाउनस्ट्रीम सिस्टम के लिए वांछित दबाव बनाए रखने के लिए आवश्यक प्रवाह को प्रतिबंधित करता है।

सिस्टम के माध्यम से हवा 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 ब्लीड 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, हवा आमतौर पर विभिन्न कंप्रेसर चरण स्थानों पर दो (या कुछ मामलों में जैसे बोइंग 777, तीन) ब्लीड पोर्ट में से एक से खींची जाती है। जब इंजन कम दबाव (कम जोर या उच्च ऊंचाई) पर होता है, तो हवा को उच्चतम दबाव वाले ब्लीड पोर्ट से खींचा जाता है। जैसे ही दबाव बढ़ता है (अधिक जोर या कम ऊंचाई) और एक पूर्व निर्धारित क्रॉसओवर 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 पोर्ट से हवा का चयन किया जाता है। इंजन का दबाव कम होने पर इसका विपरीत होता है।

वांछित तापमान प्राप्त करने के लिए, ब्लीड-एयर को प्री-कूलर नामक उष्मा का आदान प्रदान करने वाला  से गुजारा जाता है। इंजन पंखे से निकलने वाली हवा इंजन  अकड़  में स्थित प्री-कूलर में प्रवाहित होती है, और सर्विस ब्लीड हवा से अतिरिक्त गर्मी को अवशोषित करती है। एक फैन एयर मॉड्यूलेटिंग वाल्व (एफएएमवी) सर्विस ब्लीड एयर के अंतिम वायु तापमान को नियंत्रित करने के लिए कूलिंग एयरफ्लो को बदलता है।

विशेष रूप से, बोइंग 787 केबिन पर दबाव डालने के लिए ब्लीड एयर का उपयोग नहीं करता है। इसके बजाय विमान पंखों के आगे स्थित समर्पित इनलेट्स से हवा खींचता है।

ठंडी हवा 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 एयर कंडीशनर में उपयोग किया जाता है।

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

अधिकांश जेटलाइनर पैक्स से सुसज्जित हैं, जो प्रेशराइजेशन एयर कंडीशनिंग किट के लिए है। एयर कंडीशनिंग (एसी) पैक का स्थान विमान के डिजाइन पर निर्भर करता है। कुछ डिज़ाइनों 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 हिस्से 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 ब्लीड 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 ब्लीड सिस्टम से हवा को दाएं पैक (और इसके विपरीत) तक पहुंचने से रोकता है, हालांकि एक ब्लीड सिस्टम के नुकसान की स्थिति में यह वाल्व खोला जा सकता है।

एफसीवी का डाउनस्ट्रीम ठंडी हवा 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। ब्लीड एयर प्राथमिक रैम-एयर हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करती है, जहां इसे रैम एयर, विस्तार या दोनों के संयोजन से ठंडा किया जाता है। फिर ठंडी हवा कंप्रेसर में प्रवेश करती है, जहां उस पर दबाव डाला जाता है, जो हवा को फिर से गर्म कर देता है। द्वितीयक रैम-एयर हीट एक्सचेंजर से गुजरने से उच्च दबाव बनाए रखते हुए हवा को ठंडा किया जाता है। फिर हवा एक टरबाइन से होकर गुजरती है जो गर्मी को और कम करने के लिए हवा का विस्तार करती है। टर्बो-चार्जर इकाई के संचालन के समान, कंप्रेसर और टरबाइन एक ही शाफ्ट पर होते हैं। टरबाइन से गुजरने वाली हवा से निकाली गई ऊर्जा का उपयोग कंप्रेसर 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 हवा को एक जल विभाजक के माध्यम से भेजा जाता है, जहां हवा को अपनी लंबाई के साथ सर्पिल करने के लिए मजबूर 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, हवा आमतौर पर जल विभाजक कोलेसेसर या मोजे से होकर गुजरेगी। केबिन की हवा को साफ रखने के लिए जुर्राब इंजन से निकलने वाली हवा से गंदगी और तेल को बरकरार 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 फॉगिंग 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 हवा का तापमान रैम-एयर 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 हवा के एक हिस्से को बायपास करता है और इसे ठंड के साथ मिलाता है। एसीएम टरबाइन की हवा नीचे की ओर।

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

रैम-एयर रिकवरी को बढ़ाने के लिए, लगभग सभी जेटलाइनर रैम-एयर एग्जॉस्ट पर मॉड्यूलेटिंग वेन का उपयोग करते हैं। जब विमान जमीन पर होता है तो रैम सिस्टम के भीतर एक रैम-एयर पंखा हीट एक्सचेंजर्स में रैम-एयर 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 हवा को दबावयुक्त धड़ में प्रवाहित किया जाता है, जहां इसे रीसर्क्युलेशन प्रशंसकों से फ़िल्टर की गई हवा के साथ मिलाया जाता है, और मिक्स मैनिफोल्ड में डाला जाता है। लगभग सभी आधुनिक जेटलाइनरों पर, वायुप्रवाह लगभग 50% बाहरी हवा और 50% फ़िल्टर्ड हवा है।

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

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

हांफने वाले आमतौर पर विमान में लगे एसी पैक्स से हवा प्राप्त होती है, जो बदले में विमान के जेट इंजिन के कंप्रेसर चरणों से या जमीन पर सहायक बिजली इकाई (एपीयू) या ग्राउंड स्रोत से संपीड़ित, स्वच्छ हवा प्राप्त करती है। गैस्पर्स के लिए एक मास्टर नियंत्रण कॉकपिट में स्थित है; गैसपर्स को अक्सर उड़ान के कुछ चरणों के दौरान अस्थायी रूप से बंद कर दिया जाता है (उदाहरण के लिए टेक-ऑफ और चढ़ाई के दौरान) जब ब्लीड एयर | ब्लीड-एयर मांगों से इंजन पर भार कम किया जाना चाहिए।

दबाव
धड़ में हवा का प्रवाह लगभग स्थिर है, और आउट-फ्लो वाल्व (ओएफवी) के उद्घाटन को अलग-अलग करके दबाव बनाए रखा जाता है। अधिकांश आधुनिक जेटलाइनरों में एक ही OFV 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 आमतौर पर 8000 फीट या उससे कम की केबिन ऊंचाई पर दबाव डाला जाता है। इसका मतलब है कि दबाव है 10.9 psi, जो परिवेशीय दबाव है 8000 ft. ध्यान दें कि कम केबिन ऊंचाई एक उच्च दबाव है। केबिन दबाव को केबिन दबाव शेड्यूल 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 आम तौर पर बहुत शुष्क और ठंडा होता है; लंबी उड़ान के दौरान केबिन में पंप की गई बाहरी हवा में संक्षेपण पैदा करने की क्षमता होती है जो बदले में जंग या विद्युत दोष का कारण बन सकती है, और इस प्रकार समाप्त हो जाती है। नतीजतन, जब कम ऊंचाई पर आर्द्र हवा आती है और अंदर खींची जाती है, तो ईसीएस इसे वार्मिंग और कूलिंग चक्र और ऊपर उल्लिखित जल विभाजक के माध्यम से सुखा देता है, ताकि उच्च बाहरी सापेक्ष आर्द्रता के साथ भी, केबिन के अंदर यह आमतौर पर बहुत अधिक नहीं होगी। 10% से अधिक सापेक्ष आर्द्रता.

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 कि कम सापेक्ष आर्द्रता से कुछ अस्थायी असुविधा हो सकती है (उदाहरण के लिए, आंखें सूखना, नाक मार्ग और त्वचा), लेकिन अन्य संभावित छोटी- 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 कंपोजिट का उपयोग करके, लंबी उड़ानों पर 16% की केबिन सापेक्ष आर्द्रता के साथ काम कर सकते हैं।

स्वास्थ्य संबंधी चिंताएं
ब्लीड एयर इंजनों से आती है लेकिन दहन इंजन के अपस्ट्रीम से ब्लीड होती है। कंप्रेसर स्टाल  (अनिवार्य रूप से एक जेट इंजन बैकफ़ायर) के अलावा हवा 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 हवा में हो सकता है, जिसे उद्योग में धूआं घटना के रूप में जाना जाता है। इसे आम तौर पर शीघ्रता से निपटाया जाता है क्योंकि विफल तेल सील से इंजन का जीवन कम हो जाएगा।

इससे और इंजन बे 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 एजेंसियों द्वारा शोध शुरू हो गया है। हालाँकि, किसी भी विश्वसनीय शोध से धुएं की घटनाओं के कारण होने वाली चिकित्सीय स्थिति के अस्तित्व का सबूत 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.