DE102006005543A1

DE102006005543A1 - Flugzeugklimatisierungssystem mit Zyklonausströmern

Info

Publication number: DE102006005543A1
Application number: DE102006005543A
Authority: DE
Inventors: Alfred Huber; Jacek Dipl.-Ing. Kogut; Thomas Treimer; Slawa Babak
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-08
Also published as: EP1981759B1; US20100009617A1; WO2007090608A1; DE102006005543B4; US8342921B2; CN101378957A; JP4758480B2; RU2008131477A; CA2632624C; CA2632624A1; CN101378957B; JP2009525910A; RU2417925C2; BRPI0706286A2; ATE437801T1; DE602007001781D1; EP1981759A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flugzeugklimatisierungssystem mit wenigstens einer Frischluft-Zufuhrleitung (14) zum Führen frischer Luft in eine Flugzeugkabine, wobei die frische Luft über wenigstens einen Ausströmer (48) in die Flugzeugkabine ausgeblasen wird. Zur gewichts- und kostensparenden Ausbildung des Systems ist in Nachbarschaft zu dem Ausströmer (48) angeordnet eine Zykloneinheit (10) mit einer Einlassöffnung (12), die mit der Frischluft-Zufuhrleitung (14) verbunden ist, einer Ansaugöffnung (28), durch die Luft aus der Flugzeugkabine angesaugt wird, und wenigstens einer Auslassöffnung (24), die mit dem wenigstens einen Ausströmer (48) verbunden ist, wobei im Betrieb des Flugzeugklimatisierungssystems in der Zykloneinheit (10) mittels der als Zuluft dienenden frischen Luft eine Zyklonströmung erzeugt und durch die Ansaugöffnung (28) Luft aus der Flugzeugkabine angesaugt wird, die zusammen mit der frischen Luft durch die Auslassöffnung (24) ausgestoßen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeugklimatisierungssystem mit wenigstens einer Frischluft-Zufuhrleitung zum Führen frischer Luft in eine Flugzeugkabine, wobei die frische Luft über wenigstens einen Ausströmer in die Flugzeugkabine ausgeblasen wird. "Frische Luft" meint hierbei Luft, die sich noch nicht in der Flugzeugkabine befand. Üblicherweise stammt die frische Luft von einem sogenannten AGU (air generation unit), d.h. einem Luftaufbereitungssystem, welches unter Verwendung von Triebwerkszapfluft geeignet konditionierte frische Luft bereitstellt, die in die Flugzeugkabine geleitet werden kann. Unter dem Begriff "Flugzeugkabine" wird vorliegend der Innenraum einer Flugzeugkabine verstanden. Es kann sich dabei um die Pilotenkanzel, die Passagierkabine und/oder den Frachtraum handeln.

Um den für die Flugzeugkabine benötigten Frischluftbedarf zu verringern, ist es bekannt, einen bestimmten Anteil der in der Flugzeugkabine befindlichen Luft zu rezirkulieren, d.h. diesen Anteil aus der Flugzeugkabine abzuziehen, aufzubereiten und dann der Flugzeugkabine wieder zuzuführen, üblicherweise zusammen mit der Frischluft, die der Flugzeugkabine ohnehin ständig zugeführt wird. Dazu muss die rezirkulierte Luft mit der Frischluft vermischt werden, was üblicherweise an zentraler Stelle geschieht, beispielsweise in einem der zentralen Luftaufbereitungseinheit (AGU) nachgeschalteten Mischer. Ersichtlich erfordert dies lange Leitungswege, die nicht nur die Herstellungskosten eines Flugzeuges erhöhen, sondern auch Bauraum beanspruchen und sich gewichtserhöhend auswirken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein die genannten Probleme beseitigendes, verbessertes Flugzeugklimatisierungssystem bereitzustellen.

Diese Aufgabe ist ausgehend von einem eingangs genannten, allgemein bekannten Flugzeugklimatisierungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in Nachbarschaft zu dem Ausströmer eine Zykloneinheit angeordnet ist mit einer Einlassöffnung, die mit der Frischluft-Zufuhrleitung verbunden ist, einer Ansaugöffnung, durch die Luft aus der Flugzeugkabine angesaugt wird, und wenigstens einer Auslassöffnung, die mit dem wenigstens einen Ausströmer verbunden ist, wobei im Betrieb des Flugzeugklimatisierungssystems in der Zykloneinheit mittels der als Zuluft dienenden frischen Luft eine Zyklonströmung erzeugt und durch die Ansaugöffnung Luft aus der Flugzeugkabine angesaugt wird, die zusammen mit der frischen Luft durch die Aus lassöffnung ausgestoßen wird. Das erfindungsgemäße System braucht daher lange Leitungen lediglich noch für die zuzuführende Frischluft, wohingegen die aus der Flugzeugkabine entnommene, zu rezirkulierende Luft lokal in der Zykloneinheit mit der Frischluft vermischt wird und optional auch gereinigt werden kann. Das erfindungsgemäße System ist somit gewichtssparend und erfordert weniger Produktions- und Montageaufwand. Es hat zudem eine strömungsoptimierte Form.

Mit "in Nachbarschaft zu dem Ausströmer" ist hier gemeint, dass die Zykloneinheit keine zentrale, für eine Vielzahl von Ausströmern zuständige Mischeinheit darstellt, sondern dass jedem Ausströmer oder einigen wenigen Ausströmern zusammen eine Zykloneinheit zugeordnet ist, deren Ansaugöffnung entweder unmittelbar mit der Flugzeugkabine in Verbindung steht oder über einen kurzen Ansaugkanal mit der Flugzeugkabine verbunden ist. Der Ausströmer ist im einfachsten Fall ein Bauteil, welches eine Ausströmöffnung begrenzt. In weiterentwickelter Form kann der Ausströmer eine oder mehrere die Ausströmöffnung überspannende Leitflächen haben, um die ausströmende Luft gleichmäßiger zu verteilen und/oder sie in eine bestimmte Richtung zu lenken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Grundkörper der Zykloneinheit horizontal geteilt ausgeführt und weist ein oberes Teil auf, das in seinem zentralen Bereich die Auslassöffnung begrenzt, und ein unteres Teil, das zusammen mit dem oberen Teil einen torusförmigen Hohlraum begrenzt, dessen radial innere Wand von einem hohlen Kegelstumpf gebildet ist, der sich von dem unteren Teil nach oben bis in den Bereich der Auslassöffnung erstreckt. In dem torusförmigen Hohlraum wird durch tangentiale Einleitung der Zuluft eine Zyklonströmung erzeugt. Eine solche Ausführungsform ist kostengünstig zu fertigen und einfach zu montieren.

Vorzugsweise bildet bei der genannten Ausführungsform der größte Querschnitt des hohlen Kegelstumpfes die Ansaugöffnung. Diese kann wie ausgeführt entweder unmittelbar aus der Flugzeugkabine Luft ansaugen, beispielsweise im Frachtraum eines Flugzeuges, in dem die Zykloneinheit unverdeckt angeordnet sein kann, oder sie kann mit einem kurzen Ansaugkanal verbunden sein, über den die Luft aus beispielsweise einer Passagierkabine eines Verkehrsflugzeuges angesaugt wird. In letzterem Fall ist die Zykloneinheit vorzugsweise verdeckt angebracht, beispielsweise hinter Verkleidungspaneelen der Flugzeugkabine. Wenn die Ansaugöffnung unmittelbar mit der Flugzeugkabine in Verbindung steht, spannt sich vorzugsweise ein Schutzgitter über den Ansaugöffnungsquerschnitt, um ein Eindringen unerwünschter Teile in die Zykloneinheit zu verhindern.

Wie bereits erwähnt, kann die Auslassöffnung der Zykloneinheit statt mit einem auch mit zwei oder mehr Ausströmern verbunden sein. Insbesondere dann, wenn die Auslassöffnung mit mehr als einem Ausströmer in Verbindung steht, ist jeder Ausströmer durch eine Ausblasleitung mit der Auslassöffnung verbunden. Auch diese Ausblasleitungen sind im Vergleich zu den bei einem Klimatisierungssystem mit zentraler Mischeinheit benötigten Leitungen sehr kurz, ihre Länge kann in etwa der Länge des Ansaugkanals entsprechen, falls ein solcher vorhanden ist.

Bei einer Ausführungsform, bei der jeder Ausströmer durch eine Ausblasleitung mit der Auslassöffnung der Zykloneinheit verbunden ist, mündet vorzugsweise jede Ausblasleitung mit ihrem dem Ausströmer entgegengesetzten Ende in einem Verteilerelement, welches unmittelbar mit der Auslassöffnung der Zykloneinheit verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich mehrere Ausströmer platzsparend mittels ein und derselben Zykloneinheit versorgen. Das Verteilerelement weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung einen torusförmigen Körper mit einer zentralen Öffnung auf, die die Verbindung mit der Auslassöffnung der Zykloneinheit herstellt, und die Ausblasleitungen erstrecken sich von dem torusförmigen Körper radial auswärts. In einem solchen Verteilerelement wird die zunächst in der Zykloneinheit erzeugte Zyklonströmung aufrechterhalten, so dass die mit der rezirkulierten Luft gemischte frische Luft gleichmäßig an die einzelnen Ausströmer verteilt werden kann. Vorzugsweise ist jede Ausblasleitung in konstruktiv vorteilhafter Weise horizontal geteilt ausgebildet und lässt sich somit einfach, z.B. als Spritzgussteil, realisieren und leicht montieren.

Falls gewünscht, kann die Zykloneinheit ohne großen konstruktiven Zusatzaufwand zugleich als Abscheider für in der Luft enthaltene Partikel dienen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zykloneinheit für ein Flugzeugklimatisierungssystem wird im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Zykloneinheit eines erfindungsgemäßen Flugzeugklimatisierungssystems in räumlicher und auseinandergezogener Darstellung,
2 eine quer aufgebrochene räumliche Darstellung der Zykloneinheit aus 1, und
3 eine andere räumliche, längs aufgebrochene Darstellung der Zykloneinheit aus 1.
1 zeigt in räumlicher Explosionsdarstellung eine Zykloneinheit 10, deren Einlassöffnung 12 mit einer Frischluft-Zufuhrleitung 14 eines Flugzeugklimatisierungssystems verbunden ist. Die Zufuhrleitung 14 transportiert frische Luft, die üblicherweise von einer zentralen Luftaufbereitungseinheit (AGU = air generation unit) des Flugzeuges stammt, zur Zykloneinheit 10.
Die Zykloneinheit 10 hat einen Grundkörper 16 (siehe 2) der aus einem unteren Teil 18 und einem oberen Teil 20 besteht (siehe 1), die zusammen im Inneren des Grundkörpers 16 einen torusförmigen Hohlraum 22 begrenzen. Das obere Teil 20 hat einen zentralen offenen Bereich, der eine Auslassöffnung 24 der Zykloneinheit 10 bildet. Eine radial innere Wand des torusförmigen Hohlraumes 22 ist von einem hohlen Kegelstumpf 26 gebildet, der sich vom Boden des unteren Teils 18 aus nach oben erstreckt und etwa im Bereich der Auslassöffnung 24 endet (siehe insbesondere 2). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der hohle Kegelstumpf 26 einstückig mit dem unteren Teil 18 ausgebildet.
Der im Bereich des Bodens des unteren Teils 18 gelegene größte Querschnitt des hohlen Kegelstumpfes 26 bildet eine Ansaugöffnung 28 der Zykloneinheit 10, die aus Sicherheitsgründen von einem Schutzgitter 30, welches mit einem Ring 32 am unteren Teil 18 befestigt ist, überspannt wird (siehe 1 und 3).
Unmittelbar mit der Auslassöffnung 24 der Zykloneinheit 10 verbunden ist ein Verteilerelement 34, das im dargestellten Beispiel einstückig ausgeführt ist und einen torusförmigen Körper 36 mit einer unteren zentralen Öffnung 38 aufweist, die der Auslassöffnung 24 zugewandt und im zusammengebauten Zustand mit dieser verbunden ist. Durch die Auslassöffnung 24 der Zykloneinheit 10 und die untere Öffnung 38 des Verteilerelements 34 steht der torusförmige Hohlraum 22 in Fluidverbindung mit einem im Inneren des torusförmigen Körpers 36 gebildeten, weiteren torusförmigen Hohlraum 37 (siehe 2 und 3). Von dem Verteilerelement 34, genauer von dessen torusförmigem Körper 36, erstrecken sich im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei einander gegenüberliegende Flansche 40, die den weiteren torusförmigen Hohlraum 37 im Verteilerelement 34 anzapfen und zur Anbringung jeweils einer Ausblasleitung 42 dienen, die sich von dem torusförmigen Körper 36 im Wesentlichen radial auswärts erstrecken. In einem zentralen Bereich der oberen Deckfläche des Verteilerelements 34 ist eine Einbuchtung 43 (siehe 3) ausge bildet, die sich in das Verteilerelement 34 hinein in Richtung auf das freie Ende des hohlen Kegelstumpfes 26 der Zykloneinheit 10 erstreckt.
Jede Ausblasleitung 42 ist horizontal geteilt und besteht somit aus einem unteren Ausblasleitungsteil 44 und einem oberen Ausblasleitungsteil 46 (siehe 1). Am freien Ende jeder Ausblasleitung 42 ist ein Ausströmer 48 angeordnet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Ausblasgitter gebildet ist, welches in die am freien Ende der Ausblasleitung 42 gebildete Öffnung eingebaut wird.
Es wird nun die Funktion der Zykloneinheit 10 erläutert. Frischluft wird durch die Zufuhrleitung 14 der Zykloneinheit 10 als Zuluft zugeführt. Diese Zuluft strömt durch die Einlassöffnung 12 tangential in den torusförmigen Hohlraum 22 der Zykloneinheit 10 ein und bildet in diesem eine zyklonartige Strömung aus. Die Zyklonströmung erzeugt in ihrem radial inneren Zentrum, auch als Auge bezeichnet, einen Unterdruck, der dazu führt, dass Kabinenluft durch die Ansaugöffnung 28 und den hohlen Kegelstumpf 26 hindurch in die Zykloneinheit 10 angesaugt wird. Nachdem die angesaugte Kabinenluft durch das freie Ende des hohlen Kegelstumpfes 26 geströmt ist, trifft sie auf eine von der zentralen Einbuchtung 43 des Verteilerelements 34 gebildete, hier ebene Fläche 50, die die angesaugte, zu rezirkulierende Kabinenluft radial nach außen ablenkt.
Die im torusförmigen Hohlraum 22 zirkulierende Frischluft bewegt sich, fortwährend weiter zirkulierend, durch die Auslassöffnung 24 der Zykloneinheit 10 und die Öffnung 38 des Verteilerelements nach oben in das Verteilerelement 34, wo sie mit der durch die Fläche 50 abgelenkten Kabinenluft zusammentrifft, die durch die Ansaugöffnung 28 in die Zykloneinheit 10 eingeströmt war. Beide Luftmassen, Frischluft und angesaugte Kabinenluft, zirkulieren nun miteinander in dem weiteren torusförmigen Hohlraum 37, der vom torusförmigen Körper 36 des Verteilerelements 34 gebildet ist, und vermischen sich dabei innig. Auch in dem weiteren torusförmigen Hohlraum 37 herrscht demnach eine Zyklonströmung vor.
Die solchermaßen gemischte Luft verlässt das Verteilerelement 34 durch die Flansche 40 in radialer Richtung und strömt durch die Ausblasleitungen 42 zu den Ausströmern 48 und durch diese hindurch in die Flugzeugkabine.
Alle Bauteile der oben beschriebenen Anordnung können kostengünstig als Kunststoffspritzgussteile ausgeführt werden.

Claims

Flugzeugklimatisierungssystem, mit wenigstens einer Frischluft-Zufuhrleitung (14) zum Führen frischer Luft in eine Flugzeugkabine, wobei die frische Luft über wenigstens einen Ausströmer (48) in die Flugzeugkabine ausgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Nachbarschaft zu dem Ausströmer (48) eine Zykloneinheit (10) angeordnet ist mit einer Einlassöffnung (12), die mit der Frischluft-Zufuhrleitung (14) verbunden ist, einer Ansaugöffnung (28), durch die Luft aus der Flugzeugkabine angesaugt wird, und wenigstens einer Auslassöffnung (24), die mit dem wenigstens einen Ausströmer (48) verbunden ist, wobei im Betrieb des Flugzeugklimatisierungssystems in der Zykloneinheit (10) mittels der als Zuluft dienenden frischen Luft eine Zyklonströmung erzeugt und durch die Ansaugöffnung (28) Luft aus der Flugzeugkabine angesaugt wird, die zusammen mit der frischen Luft durch die Auslassöffnung (24) ausgestoßen wird.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (28) über einen Ansaugkanal mit der Flugzeugkabine verbunden ist.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (28) unmittelbar mit der Flugzeugkabine in Verbindung steht.
Flugzeugklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper (16) der Zykloneinheit (10) horizontal geteilt ausgeführt ist, mit einem oberen Teil (20), das in seinem zentralen Bereich die Auslassöffnung (24) begrenzt, und mit einem unteren Teil (18), das zusammen mit dem oberen Teil (20) einen torusförmigen Hohlraum (22) begrenzt, dessen radial innere Wand von einem hohlen Kegelstumpf (26) gebildet ist, der sich von dem unteren Teil (18) nach oben bis in den Bereich der Auslassöffnung (24) erstreckt.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Querschnitt des hohlen Kegelstumpfes (26) die Ansaugöffnung (28) bildet.
Flugzeugklimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (24) mit zwei oder mehr Ausströmern (48) verbunden ist.
Flugzeugklimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ausströmer (48) durch eine Ausblasleitung (42) mit der Auslassöffnung (24) verbunden ist.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausblasleitung (42) mit ihrem dem Ausströmer (48) entgegengesetzten Ende in einem Verteilerelement (34) mündet, das unmittelbar mit der Auslassöffnung (24) verbunden ist.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (34) einen torusförmigen Körper (36) mit einer zentralen Öffnung (38) aufweist, die die Verbindung mit der Auslassöffnung (24) herstellt, und dass die Ausblasleitungen (42) sich von dem torusförmigen Körper (36) radial auswärts erstrecken.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausblasleitung (42) horizontal geteilt ausgebildet ist.
Flugzeugklimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloneinheit (10) zugleich als Abscheider für in der Luft enthaltene Partikel dient.