DE102004039667A1

DE102004039667A1 - Luftversorgung in einem Flugzeug

Info

Publication number: DE102004039667A1
Application number: DE102004039667A
Authority: DE
Inventors: Thomas Scherer; Rüdiger Schmidt; Alexander Solntsev
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-03-02
Also published as: JP4785850B2; JP2008509842A; US20080090510A1; ATE495099T1; CN101010238A; DE602005025884D1; CN101010238B; US7618008B2

Abstract

Heutzutage werden in Flugzeugen zur Erzeugung von Inertgas sog. On-Board-Inert-Gas-Generation-Systems (OBIGGS) verwendet, welchen abgekühlte Zapfluft von Triebwerken oder Hilfsturbinen zugeführt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Luftversorgungsvorrichtung für ein OBIGGS-System in einem Flugzeug vorgeschlagen, welches eine Abzapfung umfasst. Über die Abzapfung ist Luft aus einem Klimaaggregat an Bord des Flugzeugs abzapfbar und dem OBIGGS-System zuführbar. Somit ist kein zusätzlicher Wärmetauscher und kein zusätzlicher Stauluftkanal erforderlich. Wartungsaufwand und Luftwiderstand werden somit minimiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Luftversorgung in einem Flugzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Luftversorgungsvorrichtung für ein System zur Erzeugung von Inertgas in einem Flugzeug, ein Verfahren zur Luftversorgung eines Systems zur Erzeugung von Inertgas in einem Flugzeug, die Verwendung einer entsprechenden Luftversorgungsvorrichtung in einem Flugzeug und ein Flugzeug mit einer entsprechenden Luftversorgungsvorrichtung.

In Flugzeugen werden sog. On-Board-Inert-Gas-Generation-Systems (OBIGGS), also Systeme zur Erzeugung von Inertgas in einem Flugzeug, verwendet. Diese OBIGGS-Systeme dienen beispielsweise der Erzeugung von Stickstoff, welcher zur Verdrängung des Sauerstoffs aus den Kraftstofftanks benutzt wird. Als Luftquelle für die Inertgaserzeugung wird die abgekühlte Zapfluft (Bleed Air) von Triebwerken oder Hilfsturbinen (APUs) verwendet. Die heiße Zapfluft, welche eine Temperatur von 200° C aufweist, muss auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt und auf einen bestimmten Druck entspannt werden. Eine herkömmliche Lösung sieht einen luftgekühlten Wärmetauscher vor, in welchem die Zapfluft abgekühlt wird. Die Menge der Zapfluft und der Druck werden mittels eines Shut-Off-Ventils geregelt. Für die Kühlung wird die Außenluft verwendet, die im Flug als Stauluft (Ram Air) vom Stauluftkanal (Ram-Air-Channel) und am Boden durch eine zusätzliche Einrichtung (Fan, Jet-Pump) zur Verfügung gestellt wird. Die Temperatur der Zapfluft für das OBIGGS wird mittels eines By-Pass-Ventils und des Temperatursensors geregelt.

Die herkömmliche Lösung für die Vorbereitung der Zapfluft für das OBIGGS sieht einen separaten luftgekühlten Wärmetauscher und einen separaten Stauluftkanal mit der zusätzlichen Einrichtung Fan oder Jet-Pump für den Bodenbetrieb vor. Das Vorhandensein der separaten Wärmetauscher und des Stauluftkanals bedeutet Mehrgewicht für das Flugzeug. Eine Installation der separaten Wärmetauscher und des Stauluftkanals in ein existierendes Flugzeug kann mit enormen Problemen verbunden sein. Der zusätzliche Stauluftkanal verursacht im Flug zusätzlichen Flugzeugwiderstand. Zwei zusätzliche Öffnungen (Ein- und Auslass des Stauluftkanals) schwächen die Struktur und erfordern somit entsprechende Verstärkung und Mehrgewicht. Der zusätzliche Wärmetauscher bedingt einen erhöhten Wartungsaufwand.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Luftversorgung für ein System zur Erzeugung von Inertgas (OBIGGS) in einem Flugzeug bereitzustellen, welche insbesondere keinen zusätzlichen Stauluftkanal erfordert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 angegeben, wird die obige Aufgabe mittels einer Luftversorgungsvorrichtung für ein System zur Erzeugung von Inertgas in einem Flugzeug gelöst, umfassend eine erste Abzapfung, wobei über die erste Abzapfung erste Luft aus einem ersten Klimaaggregat abzapfbar ist und wobei die erste abgezapfte Luft dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist.

Durch die Abzapfung von Luft aus dem Klimaaggregat, welche nachfolgend dem OBIGGS-System bereitgestellt wird, kann die Versorgung des OBIGGS mit entsprechend abgekühlter Zapfluft sowohl am Boden als auch in der Luft sichergestellt werden, ohne dass zusätzliche Stauluftkanäle zur Kühlung bereitgestellt werden müssen. Somit wird ein durch einen zusätzlichen Stauluftkanal verursachter zusätzlicher Luftwiderstand während des Fluges vermieden. Insbesondere die nachträgliche Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit erheblich erleichtert. Weiterhin tritt, da kein zusätzlicher Ein- und Auslass des zusätzlichen Stauluftkanals bereitgestellt werden muss (weil der zusätzliche Stauluftkanal nicht vorhanden ist), keine Schwächung der Struktur aufgrund zweier zusätzlicher Öffnungen auf. Somit ist keine weitere Verstärkung vorzusehen und mehr Gewicht wird eingespart.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 2 angegeben, umfasst die Luftversorgungsvorrichtung weiterhin eine zweite Abzapfung, wobei über die zweite Abzapfung zweite Luft aus dem ersten Klimaaggregat abzapfbar ist. Die erste abgezapfte Luft weist hierbei eine erste Temperatur und die zweite abgezapfte Luft eine zweite Temperatur auf, wobei die zweite abgezapfte Luft mit der ersten abgezapften Luft mischbar ist und nach erfolgter Mischung dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist.

Vorteilhafterweise kann somit sichergestellt werden, dass die Luft, welche dem OBIGGS-System zugeleitet wird, eine Temperatur aufweist, welche zwischen der ersten und der zweiten Temperatur liegt. Durch Variation des Mischungsverhältnisses kann diese Mischtemperatur entsprechend eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 3 angegeben, ist die erste Temperatur höher als eine für das System zur Erzeugung von Inertgas erforderliche Temperatur. Weiterhin ist die zweite Temperatur niedriger als die für das System zur Erzeugung von Inertgas erforderliche Temperatur und ein erster Druck der ersten abgezapften Luft und ein zweiter Druck der zweiten abgezapften Luft ist höher als ein für das System zur Erzeugung von Inertgas erforderlicher Druck.

Somit ist vorteilhaft sichergestellt, dass die für das OBIGGS-System erforderliche Temperatur durch Mischung der ersten und der zweiten abgezapften Luft einstellbar ist. Weiterhin ist dadurch, dass sowohl der erste Druck als auch der zweite Druck größer ist als der für das OBIGGS-System erforderliche Druck, kein entsprechendes Druckaufbauelement, wie beispielsweise eine Pumpe, in die Luftversorgungseinrichtung einzubauen. Der für das OBIGGS-System erforderliche Druck wird durch das entsprechende Ventil (13) eingestellt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 4 angegeben, ist die erste Abzapfung an einem Ausgang eines Kompressors des ersten Klimaaggregats angeordnet und die zweite Abzapfung an einem Ausgang eines Hauptwärmetauschers des ersten Klimaaggregats.

Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache Abzapfung von Luft aus dem Klimaaggregat. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die Luft am Kompressorausgang und die Luft am Main-Heat-Exchanger-Ausgang (Ausgang des Hauptwärmetauschers) bevorzugte Temperaturen und Drücke aufweist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 5 angegeben, umfasst die Luftversorgungsvorrichtung weiterhin eine dritte Abzapfung und eine vierte Abzapfung und ein erstes Ventil, wobei über die dritte Abzapfung dritte Luft aus einem zweiten Klimaaggregat abzapfbar ist und wobei über die vierte Abzapfung vierte Luft aus dem zweiten Klimaaggregat abzapfbar ist. Hierbei weist die dritte abgezapfte Luft eine dritte Temperatur auf und die vierte abgezapfte Luft eine vierte Temperatur, wobei die dritte abgezapfte Luft mit der vierten abgezapften Luft mischbar ist und nach erfolgter Mischung dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist. Wobei die dritte abgezapfte Luft mit der ersten abgezapften Luft vor dem Mischen durch das ersten Ventil zusammengeführt wird, wodurch die Redundanz beim Ausfall eines Klimaaggregats sichergestellt wird. Wobei die vierte abgezapfte Luft mit der zweiten abgezapften Luft vor dem Mischen durch das ersten Ventil zusammengeführt wird, wodurch die Redundanz beim Ausfall eines Klimaaggregats sichergestellt wird.

Vorteilhafterweise ist somit eine Redundanz der Klimaaggregate sichergestellt, so dass eine sichere und zuverlässige Versorgung des OBIGGS mit entsprechend temperierter und druckbeaufschlagter Luft weitgehend sichergestellt ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 6 angegeben, umfasst die Luftversorgungsvorrichtung weiterhin ein erstes Ventil oder einen ersten Temperatursensor, wobei über das erste Ventil ein Mischungsverhältnis zwischen erster abgezapfter Luft und zweiter abgezapfter Luft oder eine Gesamtmenge an erster abgezapfter Luft und zweiter abgezapfter Luft steuerbar oder regelbar ist und wobei über den ersten Temperatursensor eine fünfte Temperatur messbar ist. Bei der fünften Temperatur handelt es sich hierbei um die Temperatur der dem System zur Erzeugung von Inertgas zugeführten Luft. Hierbei ist über das erste Ventil eine Luftzuführung an das System zur Erzeugung von Inertgas abriegelbar.

Vorteilhaft kann somit das Mischungsverhältnis zwischen der ersten abgezapften Luft und der zweiten abgezapften Luft frei gewählt werden, so dass die Temperatur der resultierenden Mischluft einstellbar ist. Weiterhin kann über das erste Ventil eine Abriegelung der Luftzuführung an das OBIGGS erfolgen, so dass beispielsweise bei einer Fehlfunktion des Klimaaggregats eine Strömung sehr heißer Luft aus dem Klimaaggregat gestoppt werden kann. Vorteilhafterweise ist hierbei die Temperatur der dem OBIGGS-System zugeführten Mischluft über den Temperatursensor feststellbar, so dass das Mischungsverhältnis entsprechend geregelt werden kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 7 angegeben, umfasst die Luftversorgungsvorrichtung weiterhin ein zweites Ventil, wobei über das zweite Ventil die Gesamtmenge an erster abgezapfter Luft und zweiter abgezapfter Luft steuerbar oder regelbar ist und wobei bei Ausfall des ersten Ventils (11) das zweite Ventil (13) die Abriegelung der Luftzuführung an das OBIGGS des ersten Ventils (11) übernimmt und umgekehrt.

Somit kann über das zweite Ventil eine Abriegelung der Luftzuführung an das OBIGGS erfolgen, so dass beispielsweise bei einer Fehlfunktion des Klimaaggregats eine Strömung sehr heißer Luft aus dem Klimaaggregat gestoppt werden kann.

Vorteilhafterweise wird somit eine Redundanz hinsichtlich der Ventilsteuerung bereitgestellt, so dass auch bei Ausfall eines der beiden Ventile (erstes Ventil oder zweites Ventil) noch eine Abriegelung der dem OBIGGS-System zugeführten Mischluft erfolgen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 8 angegeben, umfasst die Luftversorgungsvorrichtung weiterhin einen ersten Kontroller und einen zweiten Kontroller, wobei der erste Kontroller eine andere Bauart aufweist als der zweite Kontroller und wobei der erste oder der zweite Kontroller das erste Ventil oder das zweite Ventil steuert oder regelt oder die fünfte Temperatur misst. Hierbei übernimmt bei Ausfall des ersten Kontrollers der zweite Kontroller die Funktionen des ersten Kontrollers.

Das bedeutet, dass auch im Falle einer Krisensituation an Bord des Flugzeugs, wie sie beispielsweise bei dem Ausfall eines oder mehrerer Systeme entstehen kann, aufgrund der Kontrollerredundanz (welche sich beispielsweise in mehrfacher Ausführung, unterschiedlicher Bauart und unterschiedlichen Standorten der einzelnen Kontroller widerspiegelt) eine zuverlässige Steuerung gewährleistet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 9 angegeben, ist ein zweiter Temperatursensor vorgesehen, welcher bei Ausfall des ersten Temperatursensors die Funktion des ersten Temperatursensors übernimmt.

Vorteilhafterweise wird durch die Redundanz der Temperatursensoren eine zuverlässige Temperaturmessung auch im Falle teilweiser Systemausfälle sichergestellt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 12 angegeben, wird ein Verfahren zur Luftversorgung eines Systems zur Erzeugung von Inertgas in einem Flugzeug angegeben. Hierbei umfasst das Verfahren ein Abzapfen einer ersten Luft aus einem Klimaaggregat und ein Zuführen der ersten abgezapften Luft an das System zur Erzeugung von Inertgas (OBIGGS).

Vorteilhafterweise ist somit ein Verfahren angegeben, welches eine Versorgung des OBIGGS-Systems in einem Flugzeug mit Luft zur Erzeugung von Inertgas angibt, wobei die Luft nicht über einen separaten Stauluftkanal mit zusätzlichen Einrichtungen, wie Fan oder Jet-Pump für den Bodenbetrieb, bereitgestellt wird, sondern über eine entsprechende Anzapfung in einem Klimaaggregat an Bord des Flugzeugs. Somit ist kein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich und kostenintensiver Wartungsaufwand wird vermieden.

Weitere Aufgaben, Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den weiteren unabhängigen Ansprüchen.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Luftversorgungsvorrichtung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Klimaaggregats.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Luftversorgungsvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur an verschiedenen Stellen innerhalb eines Klimaaggregats.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche oder ähnliche Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Luftversorgungsvorrichtung. Die Luftversorgungsvorrichtung wird insbesondere für die Abkühlung der Zapfluft 26 für das OBIGGS-System (nicht dargestellt in 1) verwendet. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Wärmetauscher 17, welcher die dem System zugeführte Zapfluft 26 herunterkühlt. Zapfluft 26 wird von Triebwerken oder Hilfsturbinen (APUs) bereitgestellt. Typischerweise hat die Zapfluft 26 eine Temperatur von etwa 200° C, welche im Wärmetauscher 17 verringert wird. Hierzu wird die Zapfluft 26 über Zuleitung 18 dem Wärmetauscher 17 zugeführt, herabgekühlt und anschließend über Leitung 19 dem OBIGGS als Luftstrom 3 zugeleitet. Der Wärmetauscher 17 ist luftgekühlt. Die Luftkühlung erfolgt hierbei über Stauluftkanal 22, 23. Für den Bodenbetrieb ist weiterhin, so dass ein entsprechender Kühlungsluftdurchsatz sichergestellt ist, eine Jet-Pumpe oder ein sog. „Fan" 24 vorgesehen. Anschließend wird die Kühlungsluft 25 in die Umgebung abgeleitet.
Zur Kontrolle der im Wärmetauscher abgekühlten Zapfluft 26 ist ein Temperatursensor 12 vorgesehen. Weiterhin ist als Sicherheitseinrichtung ein sog. Shut-Off-Ventil 13 vorgesehen, durch welches der Zapfluftstrom 3 zum OBIGGS gestoppt werden kann. Weiterhin kann über Rohrleitung 21 und By-Pass-Ventil 20 der Wärmetauscher umgangen werden, so dass eine Temperaturregelung möglich ist.
Die Menge der Zapfluft und der Druck werden mittels des Ventils 13 geregelt. Das Vorhandensein der separaten Wärmetauscher 17 und des Stauluftkanals 22, 23 bedeutet ein Mehrgewicht für das Flugzeug. Eine Installation der separaten Wärmetauscher 17 und des Stauluftkanals 22, 23 in ein existierendes Flugzeug kann mit enormen Problemen verbunden sein. Der zusätzliche Stauluftkanal 22, 23 verursacht im Flug zusätzlichen Flugzeugwiderstand. Zwei zusätzliche Öffnungen (Ein- und Auslass des Stauluftkanals) schwächen die Struktur und erfordern ggf. entsprechende Verstärkungen und verursachen somit ein zusätzliches Mehrgewicht. Weiterhin bedingt der zusätzliche Wärmetauscher 17 einen zusätzlichen Wartungsaufwand.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Klimaaggregats, welches zur Abzapfung von Luft durch ein erfindungsgemäßes Luftversorgungssystem verwendet werden kann. Wie
2 zu entnehmen ist, umfasst das Klimaaggregat 4 (Pack) des Lufterzeugungssystems (Air-Generation-System AGS) einen Kühlkreislauf mit einem Kompressor 6 und einem Hauptwärmetauscher 7. Das Lufterzeugungssystem dient im Flugzeug der Erzeugung von Frischluft, welche für die Bedruckung und die Klimatisierung der Flugzeugkabine und des Cockpits benutzt wird. Als Luftquelle für die Lufterzeugung wird die Zapfluft (Bleed Air) von Triebwerken oder Hilfsturbinen verwendet. Die heiße Zapfluft (200° C) wird im Lufterzeugungssystem gekühlt und entspannt. Für die Kühlung wird die Außenluft verwendet, die im Flug als Stauluft 27 (Ram Air) vom Stauluftkanal 28 und am Boden von der sog. „Air Cycle Machine-Fan" zur Verfügung gestellt wird. Das Lufterzeugungssystem AGS besteht aus zwei gleichen Klimaaggregaten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden innerhalb des Klimaaggregats zwei Stellen sichergestellt, an denen das Abzapfen der Luft möglich ist. Eine Stelle soll eine höhere und eine andere Stelle eine niedrigere als die vom OBIGGS geforderte Temperatur aufweisen. Der Druck an diesen Stellen soll höher als der vom OBIGGS geforderte sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Stelle der ersten Abzapfung um den Ausgang des Kompressors 6 und bei der Stelle der zweiten Abzapfung um den Ausgang des Hauptwärmetauschers 7 des Klimaaggregats.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Luftversorgungsvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Wie 3 zu entnehmen ist, umfasst die erfindungsgemäße Luftversorgungsvorrichtung eine erste Abzapfung 1, eine zweite Abzapfung 2, eine dritte Abzapfung 9 und eine vierte Abzapfung 10. Natürlich können aber auch weitere Abzapfungen, beispielsweise an weiteren Klimaaggregaten, vorgesehen sein. Somit wird die Redundanz weiter erhöht.
Über die erste und zweite Abzapfung 1, 2 ist Luft aus einem ersten Klimaaggregat 4 abzapfbar. Bei der durch Abzapfung 1 abgezapften Luft handelt es sich hierbei um Luft am Ausgang des Kompressors 6 (s. 2), welche eine erhöhte Temperatur aufweist. Bei der Luft, welche über Abzapfung 2 abgezapft wird, handelt es sich um Luft aus dem Hauptwärmetauscher 7 (s. 2), welche eine relativ niedrige Temperatur aufweist. Ebenso wird über die dritte Abzapfung 9 warme Luft und über die vierte Abzapfung 10 kalte Luft aus dem zweiten Klimaaggregat 5 abgezapft.
Die Ausdrücke „warme" und „kalte" Luft bzw. "erhöhte" und "niedrige" Temperatur beziehen sich hierbei jeweils auf die Temperatur, welche von dem OBIGGS-System gefordert wird. Hierbei handelt es sich um eine Temperatur von etwa 75° C, in jedem Fall aber deutlich unterhalb 200° C.
Über Rohrleitungen 29, 30 ist die heiße abgezapfte Luft aus dem ersten und dem zweiten Klimaaggregat 4, 5 zusammenführbar. Weiterhin ist über die Rohrleitungen 31, 32 die kühlere abgezapfte Luft aus den beiden Klimaaggregaten 4, 5 zusammenführbar. Die Strömungsrichtung der abgezapften Luft wird jeweils über Pfeile 35, 36 angedeutet.
An die Zapfluft, welche dem OBIGGS-System bereitgestellt wird, werden folgende Anforderungen gestellt: Abhängig vom Flugzeugtyp muss eine Menge von 0,01 bis 0,12 kg pro Sekunde bereitgestellt werden. Die Temperatur beträgt hierbei etwa 76° ± 6° C und der minimale Druck der Zapfluft beläuft sich auf etwa 1,7 bar (wobei es sich hierbei um einen relativen Druck handelt). Weiterhin darf die Ausfallwahrscheinlichkeit des gesamten OBIGGS-Systems (inklusive der Luftzuführung) aus Sicherheitsgründen nicht größer sein als 10^–4. Für die sog. Überhitzungswahrscheinlichkeit (Wahrscheinlichkeit, dass die Tankversorgungstemperatur größer ist als 200° C) ist ein Grenzwert von 10^–9 vorgesehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden diese Anforderungen von dem Gesamtsystem erfüllt.
Die Versorgung des OBIGGS mit der abgekühlten Zapfluft kann am Boden und im Flug sichergestellt werden, wenn mindestens ein Klimaaggregat 4, 5 eingeschaltet ist und funktioniert. Dazu ist eine parallele Abzapfung der Luft von beiden Aggregaten 4, 5 notwendig, wie in 3 dargestellt. Die für das OBIGGS notwendige Temperatur wird aber mittels des Dreiwege-Ventils 11 und des Temperatursensors 12 geregelt. Die Menge der Zapfluft und der Druck werden mittels Shut-Off-Ventil 13 geregelt.
Um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu minimieren bzw. die Verfügbarkeit des Systems zu maximieren, ist eine Redundanz der Klimaaggregate 4, 5, und der Temperatursensoren 12, 16 vorgesehen. Somit kann eine Gesamtausfallwahrscheinlichkeit von kleiner als 10^–4 sichergestellt werden.
Um die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung des Treibstofftanks, in welchen der erzeugte Stickstoff eingeleitet wird (nicht gezeigt in 3), zu minimieren (kleiner 10^–9), werden die folgenden Maßnahmen ergriffen:
Die Regelung der notwendigen Zapflufttemperatur und die Möglichkeit der Zapfluftabschaltung (durch die Kontrolle und Überwachung des Temperatursensors 12, 16, des Dreiwege-Ventils 11 und des Abriegelventils 13) wird von zwei bauartverschiedenen Kontrollern 14, 15 durchgeführt. Hierbei liegt die Ausfallwahrscheinlichkeit der Kontroller 14, 15 jeweils unter 10^–5. Weiterhin wird der Temperatursensor 12, 16 redundant ausgeführt. Ebenso ist die Möglichkeit der Zapfluftabschaltung oder Abriegelung redundant ausgeführt. Diese Funktion wird beispielsweise durch das Dreiwege-Ventil 11 und das Abriegelventil 13 gewährleistet. Die Zapfluftabschaltung wird von beiden Ventilen ausgeführt.
Um zusätzliche Sicherheit für die Steuerung der Ventile 11, 13 und die Messung der Temperatur über Temperatursensoren 12, 16 zu erreichen, sind die redundanten Kontroller 14, 15 in verschiedenen Bauarten ausgeführt und weiterhin an verschiedenen Orten im Flugzeug untergebracht. Bei einem Ausfall eines der beiden Kontroller 14, 15 kann der jeweils andere Kontroller 15, 14 die Funktion des ausgefallenen Kontrollers übernehmen.
4 zeigt den Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur an verschiedenen Stellen innerhalb eines Klimaaggregats. Durch die Rauten-Symbole werden die entsprechenden Drücke und Temperaturen innerhalb des Aggregats am Boden bei der Verwendung von zwei Aggregaten im Triebwerk-Betrieb an einem heißen Tag dargestellt. Die Rechteck-Symbole hingegen stellen die Entwicklung der Temperatur und des Drucks an verschiedenen Orten innerhalb eines Klimaaggregats unter Verwendung von zwei Klimaaggregaten bei Triebwerk-Betrieb an einem heißen Tag bei einer Flughöhe von 39.000 Fuß dar. Aus 4 ist ersichtlich, dass die oben genannten Bedingungen für das Abzapfen der Luft beispielsweise an den folgenden Stellen innerhalb des Klimaaggregats erfüllt sind:

– Kompressorausgang (Com, aus);
– Ausgang des Hauptwärmetauschers (MHX, aus).

Auf der horizontalen Achse 40 ist hierbei der Druck p in bar angegeben. Auf der vertikalen Achse 41 ist die Temperatur in Grad C angegeben. Die Druckskala reicht hierbei von 0 bar bis 2,5 bar. Die Temperaturskala reicht von – 50° C bis + 200° C.
Wie aus den beiden Messkurven zu erkennen, weist die Luft an verschiedenen Stellen innerhalb des Klimaaggregats unterschiedlichen Druck und unterschiedliche Temperatur auf. Insbesondere weist die Luft am Ausgang des Kompressors, welcher mit Abzapfung 1 verbunden ist, am Boden eine Temperatur von in etwa 115° bis 120°C auf und einen entsprechenden Druck von etwa 1,8 bis 1,9 bar. In der Luft beträgt die Temperatur am Ausgang des Kompressors etwa 180° C und der entsprechende Druck etwa 2,4 bar. Am Ausgang des Hauptwärmetauschers, welcher von Abzapfung 2 angezapft wird, entsteht am Boden eine Temperatur von etwa 35° bis 40° C und ein Druck von 1,8 bis 1,9 bar. In der Luft entsteht an dieser Stelle 2 eine Temperatur von etwa 20° C und ein Druck von 2,3 bis 2,4 bar.
Der für die Versorgung des OBIGGS-Systems erforderliche Druck ist durch vertikale Linie 42 dargestellt, bei welcher es sich um den minimalen erforderlichen Druck der Zapfluft handelt, welcher etwa 1,7 bar (relativer Druck) beträgt. Horizontale Linie 43 stellt die Temperaturobergrenze und horizontale Linie 44 stellt die Temperaturuntergrenze für die dem OBIGGS zugeführte Zapfluft dar. Hierbei handelt es sich um etwa 76° ± 6° C. Wie aus den Kurvenpunkten 1 und 2 ersichtlich, liegen die Werte für die am Ausgang des Kompressors abgezapfte Luft unter Flugbedingungen und am Boden jeweils über der Temperaturobergrenze 43 und über dem unteren Grenzdruck 42. Weiterhin liegen die Werte für die an dem Hauptwärmetauscher abgezapfte Luft 2 oberhalb dem unteren Grenzdruck 42 und unterhalb der Temperaturuntergrenze 44. Somit sind die Erfordernisse für eine erfolgreiche Mischung der beiden aus den zwei Abzapfungen 1, 2 erhaltenen Luftmengen erfüllt.
Vorteilhafterweise wird durch die vorliegende Erfindung eine kompaktere, leichtere Lösung für die Versorgung des OBIGGS mit Zapfluft bereitgestellt. Im Vergleich zur herkömmlichen Lösung hat die vorgeschlagene Lösung keinen separaten Wärmetauscher und keinen separaten Stauluftkanal, was eine Reihe von Vorteilen bedeutet. Insbesondere führt dies zu keinem zusätzlichen Mehrgewicht für das Flugzeug. Weiterhin gibt es kein überdurchschnittliches Installationsproblem in existierenden Flugzeugen. Ein durch einen zusätzlichen Stauluftkanal verursachter zusätzlicher Flugzeugwiderstand entfällt und eine zusätzliche Verstärkung und dadurch bedingtes Mehrgewicht der Struktur im Bereich zweier zusätzlicher Öffnungen eines ansonsten erforderlichen zusätzlichen Stauluftkanals ist nicht notwendig. Weiterhin ist kein zusätzlicher Wartungsaufwand aufgrund eines Wärmetauschers nötig.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung und dem erfindungsgemäßen Prinzip auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungsformen Gebrauch macht.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Luftversorgungsvorrichtung für ein System zur Erzeugung von Intergas in einem Flugzeug, umfassend: eine erste Abzapfung (1); wobei über die erste Abzapfung (1) erste Luft aus einem ersten Klimaaggregat (4) abzapfbar ist; und wobei die erste abgezapfte Luft dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist.
Luftversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine zweite Abzapfung (2); wobei über die zweite Abzapfung (2) zweite Luft aus dem ersten Klimaaggregat (4) abzapfbar ist; wobei die erste abgezapfte Luft eine erste Temperatur aufweist; wobei die zweite abgezapfte Luft eine zweite Temperatur aufweist; und wobei die zweite abgezapfte Luft mit der ersten abgezapften Luft mischbar ist und nach erfolgter Mischung dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist.
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Temperatur höher ist als eine für das System zur Erzeugung von Inertgas erforderliche Temperatur; wobei die zweite Temperatur niedriger ist als die für das System zur Erzeugung von Inertgas erforderliche Temperatur; und wobei ein erster Druck der ersten abgezapften Luft und ein zweiter Druck der zweiten abgezapften Luft höher sind als ein für das System zur Erzeugung von Inertgas erforderliche Druck.
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Abzapfung (1) an einem Ausgang eines Kompressors (6) des ersten Klimaaggregats (4) angeordnet ist; und wobei die zweite Abzapfung (2) an einem Ausgang eines Hauptwärmetauschers (7) des ersten Klimaaggregats (4) angeordnet ist.
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: eine dritte Abzapfung (9) und eine vierte Abzapfung (10); ein erstes Ventil (11); wobei über die dritte Abzapfung (9) dritte Luft aus einem zweiten Klimaaggregat (5) abzapfbar ist; wobei über die vierte Abzapfung (10) vierte Luft aus dem zweiten Klimaaggregat (5) abzapfbar ist; wobei die dritte abgezapfte Luft eine dritte Temperatur aufweist; wobei die vierte abgezapfte Luft eine vierte Temperatur aufweist; wobei die dritte abgezapfte Luft mit der vierten abgezapften Luft mischbar ist und nach erfolgter Mischung dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist; wobei die dritte abgezapfte Luft mit der ersten abgezapften Luft vor dem Mischen durch das ersten Ventil (11) zusammenführbar ist; und wobei die vierte abgezapfte Luft mit der zweiten abgezapften Luft vor dem Mischen durch das ersten Ventil (11) zusammenführbar ist.
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: einen ersten Temperatursensor (12); wobei über das erste Ventil (11) ein Mischungsverhältnis zwischen erster abgezapfter Luft und zweiter abgezapfter Luft steuerbar oder regelbar ist; wobei über das erste Ventil eine Luftzuführung an das System zur Erzeugung von Inertgas abriegelbar ist; wobei über den ersten Temperatursensor (12) eine fünfte Temperatur messbar ist; und wobei die fünfte Temperatur die Temperatur der dem System zur Erzeugung von Inertgas zugeführten Luft ist.
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend: ein zweites Ventil (13); wobei über das zweite Ventil (13) die Gesamtmenge an erster abgezapfter Luft und zweiter abgezapfter Luft steuerbar oder regelbar ist; wobei über das zweite Ventil (13) die Luftzuführung an das System zur Erzeugung von Inertgas abriegelbar ist; und wobei bei Ausfall des ersten Ventils (11) das zweite Ventil (13) die Abriegelung der Luftzuführung an das OBIGGS des ersten Ventils (11) übernimmt und umgekehrt
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, weiterhin umfassend: einen ersten Kontroller (14) und einen zweiten Kontroller (15); wobei der erste Kontroller (14) eine andere Bauart aufweist als der zweite Kontroller (15); wobei der erste oder der zweite Kontroller (14, 15) das erste Ventil (11) oder das zweite Ventil (13) steuert oder regelt oder die fünfte Temperatur über den ersten Temperatursensor (12) misst; und wobei bei Ausfall des ersten Kontrollers (14) der zweite Kontroller (15) die Funktion des ersten Kontrollers (14) übernimmt.
Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein zweiter Temperatursensor (16) vorgesehen ist; und wobei bei Ausfall des ersten Temperatursensors (12) der zweite Temperatursensor (16) die Funktion des ersten Temperatursensors (12) übernimmt.
Verwendung einer Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Flugzeug.
Flugzeug mit einer Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zur Luftversorgung eines Systems zur Erzeugung von Inertgas in einem Flugzeug, umfassend die Schritte: Abzapfen einer ersten Luft aus einem ersten Klimaaggregat (4) über eine erste Abzapfung (1); und Zuführen der ersten abgezapften Luft dem System zur Erzeugung von Inertgas.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend die Schritte: Abzapfen einer zweiten Luft aus dem ersten Klimaaggregat (4) über eine zweite Abzapfung (2); Mischen der ersten abgezapften Luft mit der zweiten abgezapften Luft; Zuführen der Mischung aus erster abgezapfter Luft und zweiter abgezapfter Luft dem System zur Erzeugung von Inertgas; wobei die erste abgezapfte Luft eine erste Temperatur aufweist; und wobei die zweite abgezapfte Luft eine zweite Temperatur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiterhin umfassend die Schritte: Abzapfen einer dritten Luft und einer vierte Luft aus einem zweitem Klimaaggregat (5); wobei die dritte abgezapfte Luft eine dritte Temperatur aufweist; wobei die vierte abgezapfte Luft eine vierte Temperatur aufweist; wobei die dritte abgezapfte Luft mit der vierten abgezapften Luft mischbar ist und nach erfolgter Mischung dem System zur Erzeugung von Inertgas zuführbar ist; wobei die dritte abgezapfte Luft mit der ersten abgezapften Luft vor dem Mischen durch das ersten Ventil (11) zusammengeführt wird, wodurch die Redundanz beim Ausfall eines Klimaaggregats (4 oder 5) sichergestellt wird; und wobei die vierte abgezapfte Luft mit der zweiten abgezapften Luft vor dem Mischen durch das ersten Ventil (11) zusammengeführt wird, wodurch die Redundanz beim Ausfall eines Klimaaggregats (4 oder 5) sichergestellt wird.