Environmental control system
એરોનોટિક્સમાં, વિમાનની પર્યાવરણીય નિયંત્રણ પ્રણાલી (ઇસીએસ) એક આવશ્યક ઘટક છે જે ક્રૂ અને મુસાફરો માટે હવા પુરવઠો, થર્મલ નિયંત્રણ અને કેબિન દબાણ પ્રદાન કરે છે. વધારાના કાર્યોમાં એવિઓનિક્સને ઠંડુ કરવું, ધુમાડો શોધવો અને આગને દબાવવાનો સમાવેશ થાય છે. ઝાંખી નીચે વર્ણવેલ પ્રણાલીઓ વર્તમાન ઉત્પાદન બોઇંગ વિમાનો માટે વિશિષ્ટ છે, જો કે વિગતો એરબસ અને અન્ય કંપનીઓના પેસેન્જર જેટ માટે આવશ્યકપણે સમાન છે. એક અપવાદ કોનકોર્ડ હતો, જેમાં તે જે ઊંચાઇએ ઉડાન ભરી હતી તેના કારણે પૂરક હવા પુરવઠા પ્રણાલી ફીટ કરવામાં આવી હતી, અને તેમાં કાર્યરત કેબિનનું થોડું ઊંચું દબાણ પણ હતું. હવા પુરવઠો જેટ વિમાનો પર, દરેક ગેસ ટર્બાઇન એન્જિનના કોમ્પ્રેસર તબક્કાથી, કમ્બસ્ટરની ઉપરની બાજુએ લોહી વહેવડાવીને ઇસીએસને હવા પૂરી પાડવામાં આવે છે. આ લોહી વહેતી હવાનું તાપમાન અને દબાણ કોમ્પ્રેસરના કયા તબક્કાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે અને એન્જિનના પાવર સેટિંગ અનુસાર બદલાય છે. મેનીફોલ્ડ પ્રેશર રેગ્યુલેટિંગ શટ-ઓફ વૉલ્વ (એમ. પી. આર. એસ. ઓ. વી.) ડાઉનસ્ટ્રીમ સિસ્ટમો માટે ઇચ્છિત દબાણ જાળવવા માટે જરૂરી પ્રવાહને પ્રતિબંધિત કરે છે. સિસ્ટમ દ્વારા હવાને ચલાવવા માટે ચોક્કસ લઘુત્તમ પુરવઠાનું દબાણ જરૂરી છે, પરંતુ શક્ય તેટલું ઓછું પુરવઠાનું દબાણ વાપરવું ઇચ્છનીય છે, કારણ કે લોહી વહેતી હવાને સંકુચિત કરવા માટે એન્જિન જે ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે તે પ્રોપલ્શન માટે ઉપલબ્ધ નથી, અને બળતણનો વપરાશ પીડાય છે. આ કારણોસર, હવા સામાન્ય રીતે વિવિધ કોમ્પ્રેસર તબક્કાના સ્થળોએ બેમાંથી એક (અથવા કેટલાક કિસ્સાઓમાં જેમ કે બોઇંગ 777,3) બ્લીડ પોર્ટમાંથી ખેંચવામાં આવે છે. જ્યારે એન્જિન નીચા દબાણ (નીચા દબાણ અથવા ઉચ્ચ ઊંચાઇ) પર હોય છે, ત્યારે હવા સૌથી વધુ દબાણવાળા બ્લીડ પોર્ટમાંથી ખેંચાય છે. જેમ જેમ દબાણ વધે છે (વધુ દબાણ અથવા નીચી ઊંચાઇ) અને પૂર્વનિર્ધારિત ક્રોસઓવર બિંદુ સુધી પહોંચે છે, તેમ તેમ ઉચ્ચ દબાણ બંધ વાલ્વ (એચ. પી. એસ. ઓ. વી.) બંધ થાય છે અને બળતણ પ્રદર્શનના નુકસાનને ઘટાડવા માટે નીચા દબાણવાળા બંદરમાંથી હવાની પસંદગી કરવામાં આવે છે. જ્યારે એન્જિનનું દબાણ ઘટે છે ત્યારે વિપરીત થાય છે. ઇચ્છિત તાપમાન હાંસલ કરવા માટે, રક્તસ્રાવ-હવા પ્રી-કુલર તરીકે ઓળખાતા હીટ એક્સ્ચેન્જરમાંથી પસાર થાય છે. એન્જિનના પંખામાંથી નીકળતા એર બ્લીડને પ્રી-કુલર પર ઉડાડવામાં આવે છે, જે એન્જિનના સ્ટ્રટમાં સ્થિત હોય છે અને સર્વિસ બ્લીડ એરમાંથી વધારાની ગરમીને શોષી લે છે. ફેન એર મોડ્યુલેટિંગ વૉલ્વ (એફએએમવી) સર્વિસ બ્લીડ એરના અંતિમ હવાના તાપમાનને નિયંત્રિત કરવા માટે ઠંડક હવાના પ્રવાહમાં ફેરફાર કરે છે. નોંધપાત્ર રીતે, બોઇંગ 787 કેબિન પર દબાણ લાવવા માટે બ્લીડ એરનો ઉપયોગ કરતું નથી. તેના બદલે વિમાન પાંખોની આગળ સ્થિત સમર્પિત ઇનલેટ્સમાંથી હવા ખેંચે છે. કોલ્ડ એર યુનિટ (સી. એ. યુ.) ની કામગીરી માટેનો પ્રાથમિક ઘટક એર સાયકલ મશીન (એ. સી. એમ.) ઠંડક ઉપકરણ છે. પ્રારંભિક બોઇંગ 707 વિમાનો સહિત કેટલાક વિમાનોએ વરાળ-સંકોચન રેફ્રિજરેશનનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જેનો ઉપયોગ ઘરના એર કંડિશનરમાં થાય છે. એસીએમ કોઈ ફ્રોનનો ઉપયોગ કરતું નથીઃ હવા પોતે જ શીતક છે. ઓછું વજન અને જાળવણીની જરૂરિયાતોને કારણે વરાળ ચક્ર ઉપકરણો કરતાં એસીએમને પસંદ કરવામાં આવે છે. મોટાભાગના જેટ વિમાનો પી. એ. સી. કે. થી સજ્જ છે જેનો અર્થ સંક્ષિપ્તમાં અહીં જુઓ. એર કન્ડીશનીંગ (એસી) પેક (ઓ) નું સ્થાન વિમાનની ડિઝાઇન પર આધારિત છે. કેટલીક ડિઝાઇનમાં, તેઓ ફ્યૂઝલેજની નીચે બે પાંખો વચ્ચે વિંગ-ટુ-બોડી ફેયરિંગમાં સ્થાપિત થાય છે. અન્ય વિમાનો (ડગ્લાસ એરક્રાફ્ટ ડીસી-9 સિરીઝ) પર એસી પેક પૂંછડીમાં સ્થિત છે. મેકડોનેલ ડગ્લાસ ડીસી-10/એમ. ડી.-11 અને લોકહીડ એલ-1011 પર વિમાન પેક ફ્લાઇટ ડેકની નીચે વિમાનની સામે સ્થિત છે. લગભગ તમામ જેટ વિમાનો પાસે બે પેક હોય છે, જો કે બોઇંગ 747, લોકહીડ એલ-1011 અને મેકડોનેલ-ડગ્લાસ ડીસી-10/એમ. ડી.-11 જેવા મોટા વિમાનોમાં ત્રણ હોય છે. એસી પેકમાં વહેતી બ્લીડ હવાનું પ્રમાણ ફ્લો કંટ્રોલ વાલ્વ (એફસીવી) દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. દરેક પેક માટે એક એફસીવી સ્થાપિત કરવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે બંધ આઇસોલેશન વાલ્વ ડાબી બ્લીડ સિસ્ટમમાંથી હવાને જમણી PACK (અને ઊલટું) સુધી પહોંચતા અટકાવે છે, જો કે આ વાલ્વ એક બ્લીડ સિસ્ટમના નુકસાનની સ્થિતિમાં ખોલી શકાય છે. એફસીવીનો નીચેનો પ્રવાહ શીત-હવા એકમ (સી. એ. યુ.) છે, જેને રેફ્રિજરેશન એકમ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. સીએયુના ઘણા વિવિધ પ્રકારો છે; જો કે, તે બધા લાક્ષણિક મૂળભૂત સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરે છે. લોહી વહેતી હવા પ્રાથમિક રેમ-એર હીટ એક્સ્ચેન્જરમાં પ્રવેશ કરે છે, જ્યાં તેને રેમ હવા, વિસ્તરણ અથવા બંનેના સંયોજન દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવે છે. પછી ઠંડી હવા કોમ્પ્રેસરમાં પ્રવેશ કરે છે, જ્યાં તેને દબાવવામાં આવે છે, જે હવાને ફરીથી ગરમ કરે છે. સેકન્ડરી રેમ-એર હીટ એક્સ્ચેન્જરમાંથી પસાર થવાથી ઉચ્ચ દબાણ જાળવી રાખીને હવાને ઠંડક મળે છે. હવા પછી ટર્બાઇનમાંથી પસાર થાય છે જે ગરમીને વધુ ઘટાડવા માટે હવાને વિસ્તરે છે. ટર્બો-ચાર્જર એકમની જેમ જ, કોમ્પ્રેસર અને ટર્બાઇન એક જ શાફ્ટ પર હોય છે. ટર્બાઇનમાંથી પસાર થતી હવામાંથી કાઢવામાં આવતી ઊર્જાનો ઉપયોગ કોમ્પ્રેસરને શક્તિ આપવા માટે થાય છે. પછી હવાના પ્રવાહને પાણી કાઢનાર દ્વારા પાણી કાઢવા માટે તૈયાર થવા માટે કન્ડેન્સરમાં પસાર થાય તે પહેલાં રીહિટર તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે. પછી હવાને પાણીના વિભાજક દ્વારા મોકલવામાં આવે છે, જ્યાં હવાને તેની લંબાઈ સાથે સર્પાકાર કરવાની ફરજ પડે છે અને કેન્દ્રત્યાગી દળો ભેજને ચાળણી દ્વારા અને બાહ્ય દિવાલો તરફ ફેંકી દે છે જ્યાં તેને ગટર તરફ વહેવડાવવામાં આવે છે અને ઉપર મોકલવામાં આવે છે. પછી, હવા સામાન્ય રીતે પાણી વિભાજક કોલેસર અથવા સૉકમાંથી પસાર થશે. કેબિનની હવાને સ્વચ્છ રાખવા માટે સૉક એન્જિનમાંથી નીકળતી ગંદકી અને તેલને જાળવી રાખે છે. આ પાણી દૂર કરવાની પ્રક્રિયા બરફને સિસ્ટમની રચના અને અવરોધથી અટકાવે છે, અને કોકપિટ અને કેબિનને જમીનની કામગીરી અને નીચી ઊંચાઇ પર ધુમ્મસથી રાખે છે. પેટા-શૂન્ય બુટસ્ટ્રેપ CAU માટે, ભેજ ટર્બાઇન સુધી પહોંચે તે પહેલાં કાઢવામાં આવે છે જેથી પેટા-શૂન્ય તાપમાન સુધી પહોંચી શકાય. પેક આઉટલેટ હવાનું તાપમાન રેમ-એર સિસ્ટમ (નીચે) દ્વારા એડજસ્ટિંગ ફ્લો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, અને તાપમાન નિયંત્રણ વાલ્વ (TCV) ને મોડ્યુલેટ કરે છે જે ACM ની આસપાસ ગરમ લોહી વહેતી હવાના એક ભાગને બાયપાસ કરે છે અને તેને ACM ટર્બાઇનની નીચેની ઠંડી હવા સાથે મિશ્રિત કરે છે. રેમ એર સિસ્ટમ રેમ-એર ઇનલેટ એક નાનું સ્કૂપ છે, જે સામાન્ય રીતે વિંગ-ટુ-બોડી ફેઇરિંગ પર સ્થિત હોય છે. લગભગ તમામ જેટ વિમાનો પ્રાથમિક અને ગૌણ રેમ એર હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ દ્વારા ઠંડા હવાના પ્રવાહની માત્રાને નિયંત્રિત કરવા માટે રેમ-એર ઇનલેટ પર મોડ્યુલેટિંગ દરવાજાનો ઉપયોગ કરે છે. રેમ-એર રિકવરી વધારવા માટે, લગભગ તમામ જેટલાઈનર રેમ-એર એક્ઝોસ્ટ પર મોડ્યુલેટિંગ વેનનો ઉપયોગ કરે છે. જ્યારે વિમાન જમીન પર હોય ત્યારે રેમ સિસ્ટમની અંદર રેમ-એર પંખો હીટ એક્સ્ચેન્જર્સમાં રેમ-એર પ્રવાહ પૂરો પાડે છે. લગભગ તમામ આધુનિક ફિક્સ્ડ-વિંગ એરક્રાફ્ટ એસીએમ ટર્બાઇન દ્વારા સંચાલિત એસીએમ સાથે સામાન્ય શાફ્ટ પર પંખનો ઉપયોગ કરે છે. હવાનું વિતરણ એસી પેક એક્ઝોસ્ટ હવાને દબાણયુક્ત ફ્યૂઝલેજમાં વહેવડાવવામાં આવે છે, જ્યાં તેને રિસર્ક્યુલેશન ચાહકોમાંથી ફિલ્ટર કરેલી હવા સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે, અને મિશ્રણ મેનીફોલ્ડમાં ખવડાવવામાં આવે છે. લગભગ તમામ આધુનિક વિમાનો પર, હવાનો પ્રવાહ આશરે 50 ટકા હવાની બહાર અને 50 ટકા ફિલ્ટર કરેલ હવા હોય છે. આધુનિક જેટલાઈનર HEPA ગાળકોને અટકાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા કણો ઉપયોગ કરે છે, જે તમામ બેક્ટેરિયા અને ક્લસ્ટર્ડ વાયરસમાંથી 99 ટકાથી વધુને ફસાવતા હોય છે. મિશ્ર મેનીફોલ્ડમાંથી હવાને વિમાનના વિવિધ ઝોનમાં ઓવરહેડ વિતરણ નોઝલ તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે. દરેક ઝોનમાં તાપમાનને નાની માત્રામાં ટ્રીમ હવા ઉમેરીને સમાયોજિત કરી શકાય છે, જે નીચા દબાણવાળી, ઉચ્ચ તાપમાનવાળી હવા છે જે ટી. સી. વી. ના ઉપરના એસી પેકમાંથી ટેપ કરવામાં આવે છે. વ્યક્તિગત ગેસ્પર વેન્ટ્સને પણ હવા પૂરી પાડવામાં આવે છે. કોઈ હવાના ઉત્પાદન અને એકદમ નોંધપાત્ર પવન વચ્ચે વેન્ટિલેશનને વ્યવસ્થિત કરવા માટે વેન્ટ પર ફરતું નિયંત્રણ ફેરવી શકાય છે. ગેસ્પર્સ સામાન્ય રીતે વિમાનમાં સવાર એસી પેકમાંથી તેમની હવા મેળવે છે, જે બદલામાં વિમાનના જેટ એન્જિનના કોમ્પ્રેસર તબક્કાઓમાંથી અથવા જ્યારે સહાયક પાવર યુનિટ (એપીયુ) અથવા ગ્રાઉન્ડ સ્રોતમાંથી જમીન પર હોય ત્યારે સંકુચિત, સ્વચ્છ હવા મેળવે છે. ગેસ્પર્સ માટે મુખ્ય નિયંત્રણ કોકપીટમાં સ્થિત છે; ગેસ્પર્સ ઘણીવાર ઉડાનના ચોક્કસ તબક્કાઓ દરમિયાન અસ્થાયી રૂપે બંધ કરવામાં આવે છે (દા. ત. ગેસ્પર્સ). ટેક-ઓફ અને ક્લાઇમ્બ દરમિયાન) જ્યારે બ્લીડ-એર ડિમાન્ડથી એન્જિન પરનો ભાર ઓછો હોવો જોઈએ. દબાણ ફ્યૂઝલેજમાં હવાનો પ્રવાહ લગભગ સ્થિર હોય છે, અને આઉટ-ફ્લો વાલ્વ (OFV) ના ઉદઘાટનને બદલીને દબાણ જાળવવામાં આવે છે. મોટાભાગના આધુનિક જેટ વિમાનોમાં એક જ ઓ. એફ. વી. હોય છે જે ફ્યૂઝલેજના તળિયે પાછળના છેડા પાસે સ્થિત હોય છે, જો કે બોઇંગ 747 અને 777 જેવા કેટલાક મોટા વિમાનોમાં બે હોય છે. ઓ. એફ. વી. બંધ થવામાં નિષ્ફળ થવાની સ્થિતિમાં, ઓછામાં ઓછા બે પોઝિટિવ પ્રેશર રિલીફ વાલ્વ (પી. પી. આર. વી.) અને ઓછામાં ઓછો એક નેગેટિવ પ્રેશર રિલીફ વાલ્વ (એન. પી. આર. વી.) ફ્યૂઝલેજને વધુ પડતા અને ઓછા દબાણથી બચાવવા માટે આપવામાં આવે છે. એરક્રાફ્ટ કેબિનનું દબાણ સામાન્ય રીતે 8000 ફૂટ કે તેથી ઓછી કેબિનની ઊંચાઈ સુધી દબાણ કરવામાં આવે છે. તેનો અર્થ એ કે દબાણ છે, જે આજુબાજુનું દબાણ છે. નોંધ લો કે કેબિનની નીચી ઉંચાઈ એ ઊંચું દબાણ છે. કેબિનનું દબાણ કેબિન પ્રેશર શેડ્યૂલ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, જે દરેક વિમાનની ઊંચાઈને કેબિનની ઊંચાઈ સાથે સાંકળે છે. એરબસ એ350 અને બોઇંગ 787 જેવા નવા વિમાનોમાં કેબિનની મહત્તમ ઊંચાઈ ઓછી હશે જે ઉડાન દરમિયાન મુસાફરોનો થાક ઘટાડવામાં મદદ કરશે. લાક્ષણિક જેટલાઈનર પરિભ્રમણ ઊંચાઈ પરનું વાતાવરણ સામાન્ય રીતે ખૂબ જ શુષ્ક અને ઠંડુ હોય છે; લાંબી ઉડાન પર કેબિનમાં પમ્પ કરવામાં આવતી બહારની હવામાં ઘનીકરણ થવાની સંભાવના હોય છે જે બદલામાં કાટ અથવા વિદ્યુત ખામીનું કારણ બની શકે છે, અને આમ તેને દૂર કરવામાં આવે છે. પરિણામે, જ્યારે નીચી ઊંચાઇએ ભેજવાળી હવા આવે છે અને અંદર ખેંચાય છે, ત્યારે ઇસીએસ તેને ઉષ્ણતામાન અને ઠંડક ચક્ર અને ઉપર ઉલ્લેખિત જળ વિભાજક દ્વારા સૂકવે છે, જેથી ઉચ્ચ બાહ્ય સાપેક્ષ ભેજ સાથે પણ, કેબિનની અંદર તે સામાન્ય રીતે 10 ટકાથી વધુ નહીં હોય. કેબિનની ઓછી ભેજ ફૂગ અને બેક્ટેરિયાના વિકાસને અટકાવવાના સ્વાસ્થ્ય લાભો ધરાવે છે, તેમ છતાં ઓછી ભેજ ત્વચા, આંખો અને મ્યુકોસલ પટલને સૂકવવાનું કારણ બને છે અને નિર્જલીકરણમાં ફાળો આપે છે, જે થાક, અગવડ અને આરોગ્ય સમસ્યાઓ તરફ દોરી જાય છે. એક અભ્યાસમાં મોટાભાગના ફ્લાઇટ એટેન્ડન્ટ્સે ઓછી ભેજથી અગવડતા અને આરોગ્યની સમસ્યાઓની જાણ કરી હતી. 2003માં યુ. એસ. કોંગ્રેસને આપેલા એક નિવેદનમાં કોમર્શિયલ એરક્રાફ્ટના પેસેન્જર કેબિનમાં હવાની ગુણવત્તા પરની સમિતિના સભ્યએ જણાવ્યું હતું કે "ઓછી સાપેક્ષ ભેજ કેટલીક કામચલાઉ અગવડ (દા. ત., આંખો સૂકવવી, અનુનાસિક માર્ગો અને ત્વચા) નું કારણ બની શકે છે, પરંતુ અન્ય સંભવિત ટૂંકા અથવા લાંબા ગાળાની અસરો સ્થાપિત થઈ નથી". ઘનીકરણને અટકાવવાની જરૂરિયાત સાથે સુસંગત, અત્યંત નીચા સ્તરથી સંબંધિત ભેજને જાળવી રાખવા માટે કેટલાક વિમાનોના ઇસીએસમાં કેબિન ભેજ નિયંત્રણ પ્રણાલી ઉમેરી શકાય છે. વધુમાં, બોઇંગ 787 અને એરબસ એ350, તેમના બાંધકામમાં વધુ કાટ પ્રતિરોધક સંયોજનોનો ઉપયોગ કરીને, લાંબી ઉડાનો પર 16 ટકાના કેબિન સંબંધિત ભેજ સાથે કામ કરી શકે છે. સ્વાસ્થ્યની ચિંતાઓ લોહી વહેતી હવા એન્જિનમાંથી આવે છે પરંતુ કમ્બસ્ટરના ઉપરના એન્જિનમાંથી લોહી વહે છે. કોમ્પ્રેસર સ્ટોલ (અનિવાર્યપણે જેટ એન્જિન બેકફાયર) સિવાય હવા એન્જિનમાંથી પાછળની તરફ વહી શકતી નથી, આમ લોહી વહેતી હવા વિમાનના પોતાના એન્જિનના સામાન્ય સંચાલનથી જ્વલન પ્રદૂષકોથી મુક્ત હોવી જોઈએ. જો કે, પ્રસંગોપાત કાર્બન સીલ લોહી વહેતી હવામાં તેલ (સંભવિત જોખમી રસાયણો ધરાવતું) લીક કરી શકે છે, જે ઉદ્યોગમાં ધુમાડાની ઘટના તરીકે ઓળખાય છે. આનો સામાન્ય રીતે ઝડપથી સામનો કરવામાં આવે છે કારણ કે નિષ્ફળ તેલની સીલ એન્જિનનું આયુષ્ય ઘટાડશે. એન્જિન ખાડીની અંદર આ અને અન્ય સ્રોતોમાંથી તેલના દૂષણને કારણે કેટલાક હિમાયત જૂથો તરફથી આરોગ્યની ચિંતાઓ થઈ છે અને ઘણી શૈક્ષણિક સંસ્થાઓ અને નિયમનકારી એજન્સીઓ દ્વારા સંશોધન શરૂ થયું છે. જો કે, કોઈ વિશ્વસનીય સંશોધનથી ધુમાડાની ઘટનાઓને કારણે થતી તબીબી સ્થિતિના અસ્તિત્વના પુરાવા મળ્યા નથી. ફૂટનોટ્સ સંદર્ભો એચ. વી. એ. સી. એપ્લિકેશન્સ વોલ્યુમ ઓફ ધ ASHRAE હેન્ડબુક, અમેરિકન સોસાયટી ઓફ હીટિંગ, વેન્ટિલેટિંગ એન્ડ એર-કન્ડીશનીંગ એન્જિનિયર્સ, ઇન્ક. (ASHRAE), એટલાન્ટા, GA, 1999. વિમાન કેબિન ઘટકો પર્યાવરણીય