DE102005054886B4

DE102005054886B4 - Anordnung zur Bereitstellung befeuchteter Raumluft für ein Flugzeug

Info

Publication number: DE102005054886B4
Application number: DE102005054886A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Scherer; Holger Dipl.-Ing. Bammann
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: EP1948510B1; CA2625333C; EP1948510A1; WO2007057094A1; CA2625333A1; RU2395432C2; DE102005054886A1; DE602006006336D1; JP2009515759A; JP4732520B2; US20080299887A1; CN101312878A; RU2008118063A; BRPI0618735A2

Abstract

Anordnung zur Bereitstellung befeuchteter Raumluft für ein Flugzeug, umfassend
– eine Versorgungsluft heranführende erste Leitungsanordnung (22), aus welcher die Versorgungsluft in den Flugzeuginnenraum (10) eingeblasen wird,
– eine Verdampfungseinrichtung (32), welche einen Dampfstrom bereitstellt, dessen Druck einem vorbestimmten, über einem angestrebten Innenraumdruck des Flugzeugs liegenden Druckwert entspricht,
– eine den Dampfstrom führende zweite Leitungsanordnung (36, 38, 40), welche in die erste Leitungsanordnung (22) mündet, und
– eine in der zweiten Leitungsanordnung (36, 38, 40) angeordnete Blendenanordnung (52) zur Absenkung des Drucks des Dampfstroms,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Leitungsanordnung (22) in Zuordnung zu jeder von mehreren individuell klimatisierbaren Innenraumzonen (12–18) des Flugzeugs je einen Versorgungsluft-Leitungsstrang (22) umfasst, dass die zweite Leitungsanordnung (36, 38, 40) eine Mehrzahl in je einen der Versorgungsluft-Leitungsstränge (22) mündender Dampfstrom-Leitungsstränge (40) umfasst, welche aus einer gemeinsamen, den erzeugten Dampfstrom von den Verdampfungsmitteln abführenden Dampfstrom-Sammelleitung (36) gespeist sind, und dass die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bereitstellung befeuchteter Raumluft für ein Flugzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In modernen Passagier- und Frachtflugzeugen ist es üblich, ein Befeuchtungssystem einzusetzen, mittels dessen die relative Feuchte der Raumluft im Flugzeuginnenraum auf Werte von beispielsweise 20 bis 30 Prozent oder sogar darüber erhöht werden kann. Die relative Luftfeuchte im Flugzeuginnenraum ist ein wichtiger Parameter für das Wohlbefinden der Fluggäste und des Flugpersonals. Ist die Innenraumluft zu trocken, können sich beispielsweise trockene Schleimhäute und juckende Augen bei den an Bord befindlichen Personen einstellen. Besonders in großen Flughöhen enthält aber die Außenluft zu wenig Feuchtigkeit, um die für ein angenehmes Raumklima benötigte relative Luftfeuchte im Flugzeug ohne Zwangsbefeuchtung bereitstellen zu können. Je nach Anzahl der Personen an Bord, der Raumtemperatur und der Innenraumgestaltung des Flugzeugs beträgt bei Fehlen einer Zwangsbefeuchtung die relative Luftfeuchte an Bord normalerweise deutlich unter 20 Prozent, oftmals sogar unter 10 Prozent.
Aus US 6,099,404 A ist ein Befeuchtungssystem für Flugzeuge bekannt, das einen Verdampfer umfasst, in welchem Wasser mittels eines Wärmetauschers verdampft wird. Der Wärmetauscher wird mit Heißluft gespeist, die aus einem Heißlufthauptkreis eines Klimatisierungssystems für die Temperierung der Flugzeugkabine entnommen wird. Die Heißluft durchläuft den Wärmetauscher und mischt sich anschließend mit dem. Der so erzeugte Dampfstrom wird in das Klimatisierungssystem zurückgeführt. In der Flugzeugkabine misst eine geeignete Sensorik die Raumtemperatur, die entstandenen Wasserdampf relative Luftfeuchte sowie den Luftdruck. Aus diesen Messwerten ermittelt eine elektronische Steuereinheit die Taupunkttemperatur für die Kabine und steuert ein die Durchflussrate der Heißluft zu dem Verdampfer bestimmendes Durchflussventil so, dass die Kabinen-Taupunkttemperatur im wesentlichen konstant auf einem vorgegebenen Wert bleibt.
In der US 2005/0072776 A1 ist ein Befeuchtungssystem für ein Flugzeug beschrieben, das befeuchtete, von Mikroorganismen befreite Luft der Flugzeugkabine zuführt. Das System umfasst einen Wasserbehälter, wobei das Wasser in dem Behälter durch ein Mikrowellengerät bis zum Siedepunkt erhitzt wird. Der aus dem Wasserbehälter entweichende Dampf wird in einer Zuluftleitung zur Flugzeugkabine zugeführt. Der Feuchtigkeitsgehalt der Zuluft zur Flugzeugkabine wird mittels eines Steuergeräts über den Wasserstandspegel in dem Behälter gesteuert.
Die DE 10 2004 024 615 A1 beschreibt eine Befeuchtungsvorrichtung, welche eine individuelle Befeuchtung der Luft in einer Kabine eines Passagierflugzeugs ermöglicht. Die Befeuchtungsvorrichtung umfasst ein Leitungssystem mit mehreren Zuluftleitungen, in denen jeweils eine Auslassdüse angeordnet ist, die Wasser aus einem Behälter erhalten. Das Wasser aus dem Behälter wird mittels einer Pumpe durch eine Leitung zu den Auslassdüsen geführt. Ein in dieser Leitung angeordnetes Absperrventil dient dazu, die Wasserversorgung zur Auslassdüse ein- bzw. auszuschalten. Ein wesentliches Merkmal der Befeuchtungsvorrichtung besteht darin, das Wasser, und nicht Dampf, aus den Düsen in die Luftleitungen ausgegeben wird. Steht Dampf von einer Brennstoffzelle zur Verfügung, wird dieser Dampf mittels eines Wärmetauschers abgekühlt und kondensiert. Das kondensierte Wasser wird durch die Auslassdüsen in die Zuluftleitung gesprüht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und robustes, gleichwohl hinreichend präzise arbeitendes Befeuchtungssystem für die Innenluft eines Flugzeugs bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Anordnung zur Bereitstellung befeuchteter Raumluft für ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Die verschiedenen Blenden der Blendenanordnung gewährleisten dabei eine individuelle Einstellbarkeit der jeweils in die Innenraumzonen eingebrachten Feuchtigkeitsmenge. Vorzugsweise sind die Blenden individuell einstellbar.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine wirkungsvolle Befeuchtung der Raumluft im Flugzeug, wobei es der definierte Druck des Dampfstroms und die Blendenanordnung gestatten, eine hinreichend genau dosierte Dampfmenge bzw. eine hinreichend genau dosierte Menge eines Dampf-Luft-Gemisches in den Innenraum einzuleiten. Auf eine aufwendige Sensorik zur Messung von Raumtemperatur, relativer Luftfeuchte und Luftdruck im Innenraum ist bei der erfindungsgemäßen Lösung verzichtbar.
Die Verdampfungseinrichtung kann eine mit Heißluft gespeiste Wärmetauscheranordnung zur Verdampfung in einem Verdampfungsbehälter enthaltenen Wassers umfassen. Insbesondere kann die Verdampfungseinrichtung zur Erzeugung des Dampfstroms den entstehenden Wasserdampf mit wenigstens einem Teil der Heißluft mischen. Die Heißluft kann von einem vorhandenen Heißluftkreislauf des Flugzeugs abgezweigt werden. Insbesondere ist es vorstellbar, das diese abgezweigte Heißluft bereits mit einem im wesentlichen konstanten Druck zur Verfügung steht, der nähe rungsweise dem vorbestimmten Druck des Dampfstroms entspricht. Es ist aber auch denkbar, dass die Verdampfungseinrichtung die Heißluft selbst bereitstellt, indem sie kalte Luft mittels einer elektrischen Heizeinrichtung aufheizt und gleichzeitig einen gewünschten definierten Druck der so erhitzten Luft gewährleistet.
Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst die Verdampfungseinrichtung elektrische Heizmittel, um in einem Verdampfungsbehälter enthaltenes Wasser unmittelbar zu erhitzen und zur Verdampfung zu bringen. Das Wasser wird bei dieser Ausführungsform soweit erhitzt, bis sich ein gewünschter Druck des Wasserdampfs in dem Verdampfungsbehälter einstellt. Zur Konstanthaltung des Wasserdampfdrucks ist eine Regelung der Wassertemperatur vorstellbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten einzigen Zeichnung weiter erläutert. Die dort gezeigte 1 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bereitstellung befeuchteter Raumluft für ein Flugzeug dar.
In dieser Figur ist mit 10 eine Kabine des Flugzeugs bezeichnet, die in mehrere (im gezeigten Beispielfall fünf) Kabinenzonen 12, 14, 16, 18, 20 unterteilt ist. Jede dieser Kabinenzonen ist individuell klimageregelt, wobei über jeweils einen Versorgungsluft-Leitungsstrang 22 geeignet temperierte Versorgungsluft herangeschafft und in die jeweilige Klimazone eingeblasen wird. Es versteht sich, dass die auf einem Versorgungsluft-Leitungsstrang 22 herangeschaffte Versorgungsluft über eine Mehrzahl von Einblasdüsen in die betreffende Klimazone eingeblasen werden kann, wenngleich dies in 1 nicht dargestellt ist. Die Temperatur der einzublasenden Versorgungsluft in jedem Versorgungsluft-Leitungsstrang 22 wird jeweils mittels eines Temperatursensors 24 gemessen, der seinen Messwert über eine elektrische Signalleitung 26 an eine elektronische Steuereinheit 28 liefert. Abhängig von den gemessenen Einblaslufttemperaturen und gegebenenfalls abhängig von weiteren Messgrößen regelt die Steuereinheit 28 die Temperatur der über die Versorgungsluft-Leitungsstränge 22 herangeschafften Versorgungsluft in an sich bekannter Weise derart, dass sich in den Kabinenzonen 12–20 eine für jede Klimazone individuell vorgebbare Solltemperatur der Raumluft einstellt.
Zur Zwangsbefeuchtung der in die Kabinenzonen 12–20 eingeblasenen Versorgungsluft dient ein allgemein mit 30 bezeichnetes Befeuchtungssystem, welches einen Verdampfer 32 umfasst, der ihm aus einem Wassertank 34 zugeführtes Wasser verdampft und einen Dampfstrom erzeugt, welcher auf einer von dem Verdampfer 32 abgehenden Dampfstrom-Sammelleitung 36 abgeführt wird. Die Dampfstrom-Sammelleitung 36 ist mit einem Verteiler 38 verbunden, von dem aus in Zuordnung zu wenigstens einem Teil der Kabinenzonen 12–20 jeweils ein Dampfstrom-Leitungsstrang 40 abgeht. Im gezeigten Beispielfall sind insgesamt vier Dampfstrom-Leitungsstränge 40 vorgesehen, die den Kabinenzonen 12, 14, 16, 18 zugeordnet sind. Jeder Dampfstrom-Leitungsstrang mündet in den der betreffenden Kabinenzone zugeordneten Versorgungsluft-Leitungsstrang 22 an einer Stelle, die stromaufwärts des die Einblaslufttemperatur in dem jeweiligen Versorgungsluft-Leitungsstrang messenden Temperatursensors 24 liegt. Über die Dampfstrom-Leitungsstränge 40 wird die in den Versorgungsluft-Leitungssträngen 22 herangeführte Versorgungsluft mit zusätzlicher Feuchtigkeit angereichert, so dass sich eine entsprechende Erhöhung der relativen Feuchte in den betreffenden Kabinenzonen einstellt. Es versteht sich, dass eine derartige Zwangsbefeuchtung für alle Kabinenzonen vorgesehen sein kann. In diesem Fall würde auch in den der Kabinenzone 20 zugeordneten Versorgungsluft-Leitungsstrang ein weiterer von dem Verteiler 38 abgehender Dampfstrom-Leitungsstrang 40 münden.
In eine den Wassertank 34 mit dem Verdampfer 32 verbindende Zulaufleitung 42 ist ein von der elektronischen Steuereinheit 28 steuerbares Ventil 44 eingebaut, mittels dessen der Zulauf von Wasser in den Verdampfer 32 kontrollierbar ist. Eine Ablaufleitung 46 mit einem darin eingebauten weiteren Ventil 48 erlaubt es, kontrolliert Wasser aus dem Verdampfer 32 abzulassen. Auch das Ventil 48 ist von der elektronischen Steuereinheit 28 steuerbar. Ein Füllstandssensor 50 misst den Füllstand des Wassers im Verdampfer 32 und liefert einen entsprechenden Messwert an die elektronische Steuereinheit 28. Abhängig von der gemessenen Füllhöhe steuert die elektronische Steuereinheit 28 das Wasserzulaufventil 44.
Der Verdampfer 32 stellt den erzeugten Dampfstrom auf der Sammelleitung 36 näherungsweise mit einem vorbestimmten Druck bereit, welcher über einem angestrebten Innenraumdruck in der Kabine 10 bzw. in den einzelnen Kabinenzonen 12–20 liegt. Beispielsweise kann der Verdampfer 32 den Dampfstrom annähernd mit einem Druck von 1000 mbar erzeugen. Eine in jeden der Dampfstrom-Leitungsstränge 40 eingebaute Blende 52 sorgt für einen Druckabbau von dem auf der Sammelleitung 36 herrschenden höheren Druckniveau auf ein niedrigeres Druckniveau, wobei es die Blenden 52 gestatten, die Druckabsenkung individuell für jeden der Dampfstrom-Leitungsstränge 40 einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, für jede der zwangsbefeuchteten Kabinenzonen 12–18 individuell die jeweils eingebrachte Feuchtigkeitsmenge einzustellen. Vorzugsweise wird durch die Blenden 52 ein Druckabbau auf ein Niveau bewirkt, welches näherungsweise dem in der betreffenden Kabinenzone angestrebten Kabineninnendruck entspricht. Bei Flügen in größerer Höhe wird beispielsweise in der Regel ein Kabinendruck angestrebt, der etwas unter dem Atmosphärendruck liegt, beispielsweise etwa 750 mbar. Die Blenden 52, die einen unverstellbaren Blendendurchmesser besitzen können oder als verstellbare Drosseln oder Ventile ausgebildet sein können, können dann je nach gewünschtem Feuchtegehalt in den Kabinenzonen 12–18 eine Druckminderung auf beispielsweise ebenfalls etwa 750 mbar oder auf Werte etwas darüber bewirken, etwa 800 mbar.
Wenngleich es grundsätzlich vorstellbar ist, dass die Blenden 52 verstellbar sind und während des Flugbetriebs des Flugzeugs von der elektronischen Steuereinheit 28 verstellt werden können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Blenden 52 vor Aufnahme des ordentlichen Flugbetriebs kalibriert werden und anschließend nicht mehr verändert werden. In einer Kalibrierungsphase kann beispielsweise im Rahmen von aufeinanderfolgenden Tests festgestellt werden, welche Blendengröße zur Erzielung einer gewünschten relativen Feuchte in einer bestimmten Kabinenzone benötigt wird.
Der Verdampfer 32 kann beispielsweise eine Konstruktion besitzen, wie sie in US 6,099,404 A für das in den dortigen Figuren mit 1 bezeichnete Bauteil offenbart ist. Dementsprechend kann der Verdampfer 32 einen Wärmetauscher enthalten, der mit Heißluft gespeist wird, deren Wärmeenergie zur Verdampfung des in dem Verdampfer 32 enthaltenen Wassers genutzt wird. Die Heißluft wird im unteren Bereich des Verdampfers 32 über eine Heißluftzufuhrleitung 54 eingeleitet, durchströmt den Wärmetauscher und mischt sich im oberen Teil des Verdampfers 32 mit dem entstehenden Wasserdampf, so dass der in der Sammelleitung 36 geführte Dampfstrom ein Dampf-Luft-Gemisch ist. In die Heißluftzufuhrleitung 54 kann ein Durchflussventil 56 eingebaut sein, mittels welchem der Zustrom von Heißluft in den Verdampfer 32 kontrollierbar ist. Die Steuerung dieses Durchflussventils 56 kann ebenfalls von der elektronischen Steuereinheit 28 bewirkt werden.
Die auf der Heißluftzufuhrleitung 54 bereitstehende Heißluft kann aus einem unabhängig von dem Befeuchtungssystem 30 bestehenden Heißluftkreislauf des Flugzeugs abgezweigt sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um Triebwerkszapfluft, Trimmluft oder Rezirkulationsluft handeln. Gängige Klimatisierungssysteme für Flugzeuge, auch solche ohne Zwangsbefeuchtung, führen eine oder mehrere dieser Lufttypen in ihrem Heißluftkreislauf.
Es kann sogar sein, dass der vorhandene Heißluftkreislauf des Flugzeugs Heißluft mit einem für das Befeuchtungssystem 30 geeigneten Druck, also beispielsweise einem Druck von näherungsweise 1000 mbar, bereitstellt. In diesem Fall ist eine besondere Druckregelung der verfügbaren Heißluft als Teil der Funktionalität des Befeuchtungssystems 30 verzichtbar. Sofern Heißluft mit einem hinreichend hohen Druck verfügbar ist, der jedoch signifikant über dem gewünschten Druck in der Sammelleitung 36 liegt, ist es auch denkbar, die angebotene Heißluft mittels eines geeigneten Druckminderungsorgans auf den gewünschten Druck abzusenken und die so druckgeminderte Heißluft in den Verdampfer 32 einzuleiten. Bei dem Druckminderungsorgan kann es sich um ein konventionelles Überdruckventil handeln. Auch das in 1 gezeigte Durchflussventil 56 kann bei Bedarf zur gezielten Druckminderung der angelieferten Heißluft eingesetzt werden.
Es ist auch vorstellbar, Druckmessmittel vorzusehen, welche den Druck der angelieferten Heißluft oder/und den Druck in der Sammelleitung 36 messen, wobei die elektronische Steuereinheit 28 abhängig von dem gemessenen Druck ein in der Heißluftzufuhrleitung 54 angeordnetes Drucksteuerelement, etwa in Form des Ventils 56, so steuert, dass der gemessene Druck einem gewünschten Soll-Druck entspricht.
Als Abwandlung zur Nutzung bereits vorhandener Heißluft des Flugzeugs ist es vorstellbar, dass das Befeuchtungssystem 30 nicht näher dargestellte elektrische Heizmittel umfasst, um die für die Wasserverdampfung benötigte Heißluft durch Erhitzung von Kaltluft zu erzeugen. Die Erhitzung der Kaltluft kann beispielsweise in einer gesonderten Heizkammer stattfinden, welche über die Heißluftzufuhrleitung 54 mit dem Verdampfer 32 verbunden ist. Alternativ können die Heizmittel auch entlang der Zufuhrleitung 54 angeordnet sein, so dass in der Leitung 54 geführte Kaltluft auf ihrem Weg zum Verdampfer 32 erwärmt wird. Ebenso ist es möglich, die Kaltluft erst in dem Verdampfer 32 in einem darin vorgesehenen Erhitzungsraum zu erwärmen. Mittels eines Überdruckventils oder eines über die Steuereinheit 28 führenden Druckregelkreises kann wiederum der Druck der in den Wärmetauscher des Verdampfers 32 eingeleiteten Luft so eingestellt werden, dass in der Sammelleitung 36 der gewünschte definierte Überdruck über dem angestrebten Kabinendruck herrscht.
Es ist sogar denkbar, auf einen Wärmetauscher und die Nutzung von Heißluft zu verzichten und stattdessen das Wasser in dem Verdampfer 32 mittels geeigneter elektrischer Heizmittel zu erhitzen. Bei einer solchen Ausführungsform wird der entstehende Dampf nicht mit Heißluft vermischt. Der Dampfstrom in der Sammelleitung 36 besteht danach im Wesentlichen ausschließlich aus Wasserdampf. Auch hier kann durch eine Überdruckventilanordnung oder einen Druckregelkreis gewährleistet werden, dass der in die Sammelleitung 36 abgegebene Wasserdampf einen gewünschten hohen Druck von beispielsweise etwa 1000 mbar hat.

Claims

Anordnung zur Bereitstellung befeuchteter Raumluft für ein Flugzeug, umfassend – eine Versorgungsluft heranführende erste Leitungsanordnung (22), aus welcher die Versorgungsluft in den Flugzeuginnenraum (10) eingeblasen wird, – eine Verdampfungseinrichtung (32), welche einen Dampfstrom bereitstellt, dessen Druck einem vorbestimmten, über einem angestrebten Innenraumdruck des Flugzeugs liegenden Druckwert entspricht, – eine den Dampfstrom führende zweite Leitungsanordnung (36, 38, 40), welche in die erste Leitungsanordnung (22) mündet, und – eine in der zweiten Leitungsanordnung (36, 38, 40) angeordnete Blendenanordnung (52) zur Absenkung des Drucks des Dampfstroms, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitungsanordnung (22) in Zuordnung zu jeder von mehreren individuell klimatisierbaren Innenraumzonen (12–18) des Flugzeugs je einen Versorgungsluft-Leitungsstrang (22) umfasst, dass die zweite Leitungsanordnung (36, 38, 40) eine Mehrzahl in je einen der Versorgungsluft-Leitungsstränge (22) mündender Dampfstrom-Leitungsstränge (40) umfasst, welche aus einer gemeinsamen, den erzeugten Dampfstrom von den Verdampfungsmitteln abführenden Dampfstrom-Sammelleitung (36) gespeist sind, und dass die Blendenanordnung in jedem der Dampfstrom-Leitungsstränge (40) je eine Blende (52) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (32) eine mit Heißluft gespeiste Wärmetauscheranordnung zur Verdampfung in einem Verdampfungsbehälter enthaltenen Wassers umfasst.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (32) zur Erzeugung des Dampfstroms den entstehenden Wasserdampf mit wenigstens einem Teil der Heißluft mischt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (32) elektrische Heizmittel umfasst, um in einem Verdampfungsbehälter enthaltenes Wasser zu erhitzen und zur Verdampfung zu bringen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenanordnung in jedem der Dampfstrom-Leitungsstränge (40) je eine individuell einstellbare Blende (52) umfasst.