DE102006037539A1

DE102006037539A1 - Klimatisierungssystem mit Vereisungsschutz für ein Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006037539A1
Application number: DE102006037539A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Solntsev; Johannes Dipl.-Ing. Eichholz; Holger Dipl.-Ing. Bammann
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: DE102006037539B4; CN101500892B; WO2008017427A1; RU2455200C2; WO2008017427B1; JP2010500204A; EP2049393B1; CN101500892A; US20090217681A1; CA2655324C; JP5190057B2; RU2009103768A; CA2655324A1; BRPI0715181A2; EP2049393A1; US8292222B2; ATE528212T1

Abstract

Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) für ein Luftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Zonen (2, 4), umfassend eine erste Leitung (6) zum Zuführen kalter Luft mit der Ist-Temperatur T1ist, eine zweite Leitung (14), die von der ersten Leitung (6) an einem Abzweigpunkt (10) einen Teil der Luft abzweigt und einer Mehrzahl von Zonen (2, 4) eines Luftfahrzeuges zuführt, wobei in die zweite Leitung (14) durch ein erstes Trimmventil (12) warme Luft zugeführt wird, sodass die Luft in der zweiten Leitung (14) auf die Ist-Temperatur T2ist erwärmt wird, und eine erste Zonenzuführleitung (24), die Luft stromabwärts des ersten Trimmventils (12) einer ersten Zone (2) zuführt, wobei in der ersten Zonenzuführleitung (24) ein zweites Trimmventil (26) angeordnet ist, durch das warme Luft in die erste Zonenzuführleitung (24) zugeführt wird, sodass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) auf der Ist-Temperatur Tzf1ist erwärmt wird, und die erste Leitung (6) stromabwärts und/oder stromaufwärts des Abzweigpunktes (1) kalte Luft zumindest einer weiteren Zone zuführt. Eine zweite Zuführleitung (18) führt Luft stromabwärts des ersten Trimmventils (12) einer zweiten Zone (4) zu. In der zweiten Zuführleitung (18) kann eine Heizeinrichtung (20) angeordnet sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein vereisungsgeschütztes Klimatisierungssystem zum Klimatisieren mehrerer Zonen eines Luftfahrzeuges.
Bei einem Luftfahrzeug, insbesondere einem Frachtluftfahrzeug, wird ein Luftstrom mit kalter konditionierter Luft angezapft und temperiert, um mehrere Zonen, beispielsweise einen Frachtraum, ein Abteil einer Flugzeugkabine und/oder ein Cockpit, mit entsprechend temperierter Luft zu versorgen. Jede Zone benötigt eine individuelle Zulufttemperatur zum Erreichen der Solltemperatur in der Zone.
2 zeigt ein herkömmliches Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem 50 zum Klimatisieren einer ersten Zone 52 und einer zweiten Zone 54. über eine erste Leitung 56 wird kalte Luft zugeführt, die an einem Abzweigpunkt 60 in eine zweite Leitung 64 abgezapft wird. Über eine erste Zonenzuführleitung 74 wird Luft aus der zweiten Leitung 64 in die erste Zone 52 geleitet. über eine zweite Zonenzuführleitung 68 wird Luft aus der zweiten Leitung 64 der zweiten Zone 54 zugeführt. Ein erstes Zonenzuführleitungs-Trimmventil 76 führt der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 74 warme Luft hinzu, damit die in die erste Zone 52 einströmende Luft die gewünschte Temperatur hat. Ein zweites Zonenzuführleitungs-Trimmventil 70 führt der zweiten Zonenzuführleitung 68 warme Luft hinzu, damit die in die zweite Zone 54 strömende Luft die gewünschte Temperatur hat. Sensoren 58, 66, 72, 78, 80 und 82 messen die jeweiligen Ist-Temperaturen und eine Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) steuert das erste Zonenzuführleitungs-Trimmventil 76 und das zweite Zonenzuführleitungs-Trimmventil 70 derart, dass in der ersten Zone 52 und in der zweiten Zone 54 die gewünschte Soll-Temperatur herrscht.
Die Temperatur der kalten Luft in der ersten Leitung 56 ist immer kleiner oder gleich der niedrigeren Temperatur der jeweiligen Temperaturen der in die erste Zone 52 bzw. in die zweite Zone 54 einströmenden Luft. Um die erforderliche Solltemperatur der in die erste Zone 52 und der in die zweite Zone 54 einströmenden Luft zu erreichen, werden, wie zuvor erwähnt, mittels eines ersten Zonenzuführleitungs-Trimmventils 76 und eines zweiten Zonenzuführleitungstrimmventils 70 entsprechende Mengen warmer Luft in die erste Zonenzuführleitung 74 bzw. die zweite Zonenzuführleitung 68 hinzugefügt. Häufig sind die zu temperierenden Zonen von unter schiedlicher Größe, beispielsweise ist die zweite Zone 54 kleiner, oft sogar deutlich kleiner als die erste Zone 52. Wenn wie aus dem Stand der Technik bekannt das erste Zonenzuführleitungs-Trimmventil 76 und das zweite Zonenzuführleitungs-Trimmventil 70 baugleich sein sollen, müssen beide Ventile 70 und 76 für die größte zu klimatisierende Zone dimensioniert sein. Das kann dazu führen, dass das Trimmventil für eine kleine Zone derart überdimensioniert ist, dass sich kleine Trimmluftmengen nicht hinreichend genau zumischen lassen.
Bei diesem Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem des Standes der Technik tritt ferner das Problem auf, dass die kalte und feuchte Luft, die von der ersten Leitung zugeführt wird, zu einer Vereisung in einer Leitung stromaufwärts der Zonenzuführleitungs-Trimmventile führen kann. Insbesondere ein Abzweigpunkt 60 oder eine starke Krümmung im Leitungsverlauf ist vereisungsgefährdet. Auch sind zwei Warmluftzuführleitungen für das erste Zonenzuführleitungs-Trimmventil 76 und das zweite Zonenzuführleitungs-Trimmventil 70 erforderlich, die beide die Strecke 11 überbrücken müssen, was zu Installationsproblemen und einem höheren Systemgewicht führen kann.
Die DE 103 61 709 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln der Temperatur in Zonen eines Flugzeuges, wobei das Verfahren die jeweiligen Ist-Temperaturen sowie die jeweiligen Soll-Temperaturen in den einzelnen Zonen erfasst, und Triebwerks-Zapfluft sowie kühlere Luft gemischt werden, um eine vortemperierte Mischluft mit einer Temperatur zu erhalten, die im Wesentlichen der niedrigsten der erfassten Soll-Temperaturen entspricht. Die vortemperierte Mischluft wird auf alle Teilbereiche verteilt. Die auf die Teilbereiche mit höherer Soll-Temperatur verteilte Mischluft wird entsprechend den Differenzen zwischen den jeweiligen Soll-Temperaturen und den jeweiligen Ist-Temperaturen nachtemperiert. Das Nachtemperieren kann mittels Heizeinrichtungen, beispielsweise elektrischer Heizeinrichtungen, erfolgen.
Die FR 2 485 473 offenbart ein Flugzeug-Klimatisierungssystem zum Klimatisieren eines Flugzeuges mit mehreren Zonen. Warme Luft wird gekühlt, und anschließend wird der gekühlten Luft wieder warme Luft zugeführt. Dabei ergibt sich eine Temperatur, die der niedrigsten Soll-Temperatur der den Zonen zugeführten Luft entspricht. In jeder der Zuführleitungen zu den Zonen kann warme Luft hinzugefügt werden, um die gewünschte Soll-Temperatur der der jeweiligen Zone zuzuführenden Luft zu erreichen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Vereisen einer Leitung eines Luftfahrzeug-Klimatisierungssystems zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem für ein Luftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Zonen gelöst, wobei das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem eine erste Leitung zum Zuführen kalter Luft mit der Ist-Temperatur T1_ist und eine zweite Leitung umfasst, die von der ersten Leitung an einem Abzweigpunkt einen Teil der Luft abzweigt und einer Mehrzahl von Zonen eines Luftfahrzeuges zuführt. Der zweiten Leitung wird durch ein erstes Trimmventil warme Luft zugeführt, sodass die Luft in der zweiten Leitung auf die Ist-Temperatur T2_ist ist erwärmt wird. Die erste Leitung versorgt auch zumindest eine weitere Zone eines Luftfahrzeuges stromabwärts und/oder stromaufwärts des Abzweigpunktes mit kalter Luft. Vorzugsweise befindet sich das erste Trimmventil in der Nähe des Abzweigpunktes, und vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem Abzweigpunkt und dem Trimmventil weniger als etwa 1 m, bevorzugter weniger als etwa 0,5 m, noch bevorzugter weniger als etwa 0,25 m und höchst bevorzugt weniger als etwa 0,1 m.
Die erste Leitung kann beispielsweise an eine gemeinsame Kaltluftquelle für eine Mehrzahl von Zonen angeschlossen sein. Die Temperatur der kalten Luft in der ersten Leitung kann beispielsweise zwischen etwa –25°C und etwa +45°C variieren, wobei die Temperatur der kalten Luft nur +45°C beträgt, falls ein besonders schnelles Heizen einer Zone gewünscht ist. Vorzugsweise beträgt die Temperatur der kalten Luft in der ersten Leitung zwischen etwa 0°C und –25°C und höchst bevorzugt zwischen etwa –10°C und 0°C. Daher kann die kalte Luft in der ersten Leitung zum Klimatisieren von Zonen, in denen sich Passagiere und/oder Besatzungsmitglieder aufhalten, und von Zonen verwendet werden, in denen beispielsweise verderbliche Ware transportiert wird und die entsprechend mit kalter Luft versorgt werden. Wie zuvor erwähnt wurde, versorgt die erste Leitung diese Zonen stromabwärts und/oder stromaufwärts des Abzweigpunktes mit kalter Luft. Die Temperatur der durch das erste Trimmventil einströmenden Luft kann zwischen etwa 150°C und etwa 200°C betragen. Die durch das erste Trimmventil einströmende Luft kann die Luft in der zweiten Leitung auf mehr als etwa 0°C erwärmen.
Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann ferner eine erste Zonenzuführleitung umfassen, die Luft stromabwärts des Trimmventils einer ersten Zone zuführt. Die Luft in der zweiten Zuführleitung kann stromabwärts des ersten Trimmventils einer Mehrzahl von Zonen zugeführt werden. In der ersten Zonenzuführleitung ist ein zweites Trimmventil angeordnet ist, durch das warme Luft in die erste Zonenzuführleitung zugeführt wird, sodass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung auf die Ist-Temperatur Tzf1_ist erwärmt wird. Die durch das zweite Trimmventil einströmende Luft hat eine Temperatur zwischen etwa 150°C und etwa 200°C.
Dieses Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem hat den Vorteil, dass die Luft in der zweiten Leitung frühzeitig erwärmt wird, wodurch ein Vereisen der zweiten Leitung und/oder der daran angeschlossenen Zonenzuführleitungen vermieden werden kann. Da die zweite Leitung bzw. die Zonenzuführleitungen viele Krümmungen aufweisen, um sich den gegebenen Platzverhältnissen anzupassen, sind sie besonders vereisungsanfällig. Wie zuvor erwähnt, wird die kalte Luft aus der ersten Leitung auch anderen Zonen zugeführt, die beispielsweise eine niedrigere Soll-Temperatur als die erste und die zweite Zone aufweisen. Beispielsweise könnte es erforderlich sein, den Frachtraum eines Luftfahrzeuges zu kühlen, damit darin transportierte frische Ware nicht verdirbt. Wäre das erste Trimmventil in der ersten Leitung angeordnet, würden auch eigentlich zu kühlende Zonen eines Luftfahrzeuges mit warmer Luft versorgt werden, wodurch in der entsprechenden zu kühlenden Zone eine separate energieaufwändige und gewichtserhöhende Kühleinrichtung erforderlich wäre. Ferner könnte die Luft in der ersten Leitung wegen der großen Länge der ersten Leitung abkühlen, bis sie die zu klimatisierende Zone erreicht. Wäre das erste Trimmventil in der ersten Leitung angeordnet, würde aufgrund der großen Länge der ersten Leitung eine hohe Totzeit entstehen, die zu einem trägen und/oder instabilen Regelkreis zum Regeln der Temperatur der in die Zonen einströmenden Luft führen kann.
Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann eine zweite Zonenzuführleitung umfassen, die Luft stromabwärts des ersten Trimmventils einer zweiten Zone zuführt. In der zweiten Zonenzuführleitung kann eine Heizeinrichtung, beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung, angeordnet sein, die die Luft in der zweiten Zonenzuführleitung auf die Ist-Temperatur Tzf2_ist erwärmt. Die zweite Zone kann eine geringere Menge warmer Luft als die erste Zone benötigen. Vorzugsweise wird der ersten Zone etwa das dreifache, bevorzugter etwa das fünffache und höchst bevorzugt etwa das zehnfache der Luftmenge zugeführt, die der zweiten Zone zugeführt wird. Eine separate Heizeinrichtung ist für die zweite Zone bevorzugt, da diese bei der geringeren für die zweite Zone erforderlichen Luftmenge genauer gesteuert werden kann.
Die erste Zone und die zweite Zone bilden eine Zonengruppe, die über die zweite Leitung versorgt wird. Die erste Leitung kann auch weitere Zonengruppen oder weitere einzelne Zonen mit kalter Luft versorgen.
Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann vorteilhaft bei einem Luftfahrzeug angewendet werden, bei dem die erste Zone wesentlich größer als die zweite Zone ist. In diesem Fall können das erste Trimmventil und das zweite Trimmventil vom gleichen Typ sein, was aufgrund der reduzierten Bevorratung von Trimmventilen zu einer Reduzierung des Aufwandes bei der Herstellung und Wartung des Luftfahrzeuges führt. Eine reduzierte Teilevielfalt ist auch im Hinblick auf die in der Luftfahrt erforderlichen Zulassungsverfahren vorteilhaft. Da die erste Zone durch zwei kaskadierte Trimmventile mit warmer Luft versorgt wird, können kleiner dimensionierte Trimmventile verwendet werden.
Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann einen ersten Temperatursensor zum Messen der Ist-Temperatur T1_ist der Luft in der ersten Leitung umfassen. Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann ferner einen zweiten Temperatursensor, der die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung stromabwärts des ersten Trimmventils erfasst, und eine Regelungseinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, das erste Trimmventil und das zweite Trimmventil zu steuern. Die Regelungseinrichtung kann das erste Trimmventil derart ansteuern, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung etwa der Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung entspricht.
Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann ferner einen ersten Zonenzuführleitungstemperatursensor, der die Ist-Temperatur Tzf1_ist der Luft in der ersten Zonenzuführleitung stromabwärts des Trimmventils erfasst, und einen zweiten Zonenzuführleitungstemperatursensor umfassen, der die Ist-Temperatur Tzf2_ist der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung stromabwärts der Heizeinrichtung erfasst. Die Regelungseinrichtung kann, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung höher als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung ist, das erste Trimmventil derart ansteuern, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung etwa der Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung entspricht. Dadurch muss die Heizeinrichtung keine oder nur relativ wenig Energie verwenden, um die Temperatur in der zweiten Zone auf die Soll-Temperatur zu bringen. Das zweite Trimmventil ist in diesem Fall geöffnet, um die Luft in der ersten Zonenzuführleitung auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll zu erwärmen.
Die Regelungseinrichtung kann, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung niedriger als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung ist, das erste Trimmventil derart ansteuern, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung etwa der Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung entspricht. Das zweite Trimmventil bleibt in diesem Fall vollständig geschlossen. Die Heizeinrichtung erwärmt die in die zweite Zone einströmende Luft auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll.
Die Regelungseinrichtung kann, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung niedriger als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung ist, das erste Trimmventil derart ansteuern, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung erhöht wird, und das zweite Trimmventil derart ansteuern, dass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll erwärmt wird. Diese Ansteuerung ist erforderlich, falls die über das erste Trimmventil zugeführte warme Luft nicht ausreicht, um die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung zu erwärmen. Die Heizeinrichtung erwärmt die in die zweite Zone einströmende Luft auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll. Die Heizeinrichtung kann relativ klein dimensioniert werden, da sie schon vorgewärmte Luft erhält.
Die Regelungseinrichtung kann, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung höher als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung ist, das erste Trimmventil derart ansteuern, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung erhöht wird, und die Heizeinrichtung derart ansteuern, dass die Heizeinrichtung die Luft in der zweiten Zonenzuführleitung auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll erwärmt. Diese Ansteuerung ist erforderlich, falls die über das erste Trimmventil in die zweite Leitung zugeführte warme Luft nicht ausreicht, um die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung zu erwärmen. Das zweite Trimmventil ist geöffnet, um die Luft in der ersten Zonenzuführleitung auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll zu erwärmen.
Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann einen ersten Zonentemperatursensor umfassen, der die Ist-Temperatur Tz1_ist der Luft in der ersten Zone erfasst, wobei die Regelungseinrichtung die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung aus der Ist-Temperatur Tz1_ist und der Soll-Temperatur Tz1_soll der Luft in der ersten Zone ermittelt. Das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann ferner einen zweiten Zonentemperatursensor umfassen, der die Ist-Temperatur Tz2_ist der Luft in der zweiten Zone erfasst, wobei die Regelungseinrichtung die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zuführleitung aus der Ist-Temperatur Tz2_ist und der Soll-Temperatur Tz2_soll der Luft in der zweiten Zone ermittelt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Klimatisieren einer Mehrzahl von Zonen in einem Luftfahrzeug, das kalte Luft mit der Ist-Temperatur T1_ist in einer ersten Leitung zuführt und einem Teil der kalten Luft an einem Abzweigpunkt in eine zweite Leitung abzweigt. Die kalte Luft in der ersten Leitung wird an weitere Zonen geleitet, die sich stromabwärts und/oder stromaufwärts des Abzweigpunktes befinden. Über ein erstes Trimmventil wird warme Luft in die zweite Leitung zugeführt, sodass die Luft in der zweiten Leitung auf die Ist-Temperatur T2_ist erwärmt wird. Ein Teil der Luft in der zweiten Leitung wird über eine erste Zonenzuführleitung in eine erste Zone geleitet und warme Luft wird über ein zweites Trimmventil in die erste Zonenzuführleitung zugeführt, sodass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung auf die Ist-Temperatur Tzf1_ist erwärmt wird. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Leitens eines Teiles der Luft in der zweiten Leitung über eine zweite Zonenzuführleitung in eine zweite Zone und des Erwärmens der Luft in der zweiten Zuführleitung auf die Ist-Temperatur Tzf2_ist mit einer Heizeinrichtung umfassen.
Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei:
1 ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem zum Klimatisieren einer Mehrzahl von Zonen in einem Luftfahrzeug ist und
2 ein Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem des Standes der Technik zum Klimatisieren einer Mehrzahl von Zonen in einem Luftfahrzeug ist.
1 zeigt eine erste Zone 2 und eine zweite Zone 4 eines Luftfahrzeuges. Bei einem Frachtflugzeug kann die erste Zone 2 beispielsweise das Cockpit und der Ruhebereich für die Besatzung sein, und die zweite Zone 4 kann beispielsweise der Raum des Frachtoffiziers sein. Über eine erste Leitung 6 wird kalte Luft mit einer Temperatur T1_ist, die mit einem ersten Sensor 8 erfasst wird, den Zonen eines Luftfahrzeuges bereitgestellt. An einem Abzweigpunkt 10 wird Luft in eine zweite Leitung 14 abgezweigt. Der verbleibende Teil der Luft kann weiteren Zonen oder Zonengruppen bereitgestellt werden, die eine andere oder die gleiche Soll-Zonentemperatur als bzw. wie die erste Zone 2 und die zweite Zone 4 aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei den weiteren Zonen bzw. Zonengruppen um zu kühlende Frachträume handeln, die verderbliche Ware transportieren. Die weiteren Zonen bzw. Zonengruppen können sich stromaufwärts oder stromabwärts des Abzweigpunktes befinden.
Die erste Leitung 6 kann beispielsweise an eine gemeinsame Kaltluftquelle für eine Mehrzahl von Zonen angeschlossen sein. Die Temperatur der kalten Luft in der ersten Leitung kann beispielsweise zwischen etwa –25°C und etwa +45°C variieren, wobei der Wert von +45°C nur erforderlich ist, falls ein starkes Erwärmen einer Zone des Luftfahrzeuges gewünscht ist. Bevorzugt hat die kalte Luft etwa eine Temperatur von –10°C bis etwa 0°C. Daher kann die kalte Luft in der ersten Leitung 6 zum Klimatisieren von Zonen, in denen sich Passagiere und/oder Besatzungsmitglieder aufhalten, und Zonen verwendet werden, in denen beispielsweise verderbliche Ware transportiert wird und die entsprechend mit kalter Luft versorgt werden müssen.
Typischerweise wird der Bereich einer Luftfahrzeug-Kabine, in dem sich Passagiere aufhalten mit rezirkulierter Luft versorgt. Dazu wird Luft, die von den so genannten Klimapacks mit einer Temperatur von etwa –10°C bereitgestellt wird, einer Mischkammer zugeführt. In der Mischkammer wird die Luft aus den so genannten Klimapacks mit aus der Passagierkabine rezirkulierte Luft gemischt. Die von der Mischkammer abgegebene Luft hat etwa eine Temperatur von etwa +5°C. Der Anteil der rezirkulierten Luft in der von der Mischkammer abgegebenen Luft beträgt etwa 40%. Aus Sicherheitsgründen ist es unerwünscht, dem Cockpit Luft aus der Mischkammer zuzuführen, da diese rezirkulierte Luft enthält. Im Falle eines Brandes kann diese rezirkulierte Luft Rauch enthalten, was im Cockpit besonders fatale Konsequenzen haben kann. Das Cockpit wird direkt mit kalter Luft aus den so genannten Klimapacks versorgt, ohne dass die dem Cockpit zugeführte Luft eine Mischkammer passiert.
Die kalte Luft in der ersten Leitung 6 kann somit das Cockpit in der ersten Zone 2 und den Raum für den Frachtoffizier, der die zweite Zone bildet, über die zweite Leitung 14 mit kalter Luft versorgen. Zusätzlich kann die kalte Luft aus der ersten Leitung 6 weiteren Zonen in einem Luftfahrzeug, beispielsweise der Mischkammer für eine Passagierkabine und dem Frachtraum, zugeführt werden, wobei in diesem Fall die kalte Luft nicht durch die zweite Leitung strömt. Die Entnahme der Luft für diese weiteren Zonen befindet sich stromaufwärts oder stromabwärts des Abzweigpunktes 10 der zweiten Leitung 14. Die kalte Luft in der ersten Leitung 6 kann von den so genannten Klimapacks bereitgestellt werden.
Ein erstes Trimmventil 12 führt warme Luft der zweiten Leitung 14 zu, sodass die Luft in der zweiten Leitung auf die Temperatur T2_ist erwärmt wird, die mit einem zweiten Sensor 16 erfasst wird. Die Temperatur der durch das erste Trimmventil einströmenden Luft kann von etwa 150°C bis etwa 200°C betragen. Die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung stromabwärts des ersten Trimmventils beträgt mehr als etwa 0°C. Damit wird ein Vereisen der zweiten Leitung wirksam verhindert. Eine erste Zonenzuführleitung 24 zweigt Luft aus der zweiten Leitung ab und führt sie der ersten Zone 2 zu. Ein zweites Trimmventil 26 führt warme Luft der ersten Zonenzuführleitung 24 zu, sodass diese auf die Temperatur Tzf1_ist erwärmt wird, die über einen ersten Zonenzuführleitungstemperatursensor 28 erfasst wird. In der zweiten Zone befindet sich ein erster Zonentemperatursensor 32, der die Ist-Temperatur Tz1_ist der Luft in der ersten Zone 2 erfasst. Die erste Zonenzuführleitung 24 führt etwa 200 bis etwa 250 Liter Luft pro Sekunde der ersten Zone 2 zu.
Eine zweite Zonenzuführleitung 18 führt einen Teil der Luft in der zweiten Leitung 14 der zweiten Zone 4 zu, wobei die in die zweite Zone 4 einströmende Luft aus der zweiten Zonenzuführleitung 18 die Temperatur Tzf2_ist aufweist, die mit einem zweiten Zonenzuführleitungstemperatursensor 22 erfasst wird. In der zweiten Zone 4 befindet sich ein zweiter Zonentemperatursensor 30, der die Ist-Temperatur Tz2_ist der Luft in der zweiten Zone 4 erfasst. Die zweite Zonenzuführleitung 18 führt etwa 40 bis etwa 50 Liter Luft pro Sekunde der zweiten Zone 4 zu.
Vorzugsweise befindet sich das erste Trimmventil 12 in unmittelbarer Nähe zum Abzweigpunkt 10, vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem Abzweigpunkt 10 und dem ersten Trimmventil 12 weniger als 1 m, bevorzugter weniger als 0,5 m, noch bevorzugter weniger als 0,25 m und höchst bevorzugt weniger als 0,1 m.
Eine Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) steuert das erste Trimmventil 12 derart, dass die Ist-Temperatur T2_ist in der zweiten Leitung 14 etwa der Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung entspricht. Dadurch stellt sich in der zweiten Zone 4 die gewünschte Soll-Temperatur Tz2_soll ein. Über das zweite Trimmventil 26 kann der ersten Zonenzuführleitung 24 warme Luft zugeführt werden, sodass die in die erste Zone 2 einströmende Luft auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll erwärmt wird, wodurch sich in der ersten Zone 2 die gewünschte Soll-Temperatur Tz1_soll einstellt. Die zweite Zone 4 hat eine hohe Wärmelast, da darin Geräte angeordnet sind, die eine hohe Wärmeabgabe haben. In diesem Fall muss die in die zweite Zone 4 einströmende Luft nicht zusätzlich erwärmt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem 1 eine Heizeinrichtung 20, beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung, umfassen. Die zweite Zone 4 ist kleiner als die erste Zone 2 und benötigt daher eine geringere Menge an zugeführter Luft. Die Heizeinrichtung 20 kann manuell oder automatisch geregelt werden.
Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem kann besonders vorteilhaft bei einem Luftfahrzeug angewendet werden, bei dem die erste Zone 2 wesentlich größer als die zweite Zone 4 ist. In diesem Fall können das erste Trimmventil 14 und das zweite Trimmventil 26 vom gleichen Typ sein, was den Herstellungsaufwand und den Wartungsaufwand aufgrund der reduzierten Teilebevorratung reduziert. Wie zuvor erwähnt, ist eine reduzierte Teilevielfalt auch im Hinblick auf die in der Luftfahrt erforderlichen Zulassungsverfahren vorteilhaft. Da die erste Zone 2 durch zwei kaskadierte Trimmventile 12, 26 mit warmer Luft versorgt wird, können kleiner dimensionierte Trimmventile 12, 26 verwendet werden.
Die Regelungseinrichtung steuert, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 höher als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 ist, das erste Trimmventil 12 derart an, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung 14 etwa der Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 entspricht. Dadurch muss die Heizeinrichtung 20 keine oder nur relativ wenig Energie verwenden, um die Temperatur in der zweiten Zone auf die Soll-Temperatur zu bringen. In diesem Fall steuert die Regelungseinrichtung das zweite Trimmventil 26 derart an, dass die Temperatur der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 etwa auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll erhöht wird.
Die Regelungseinrichtung steuert, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 niedriger als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 ist, das erste Trimmventil 12 derart an, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung 14 etwa der Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 entspricht. In diesem Fall erwärmt die Heizeinrichtung 20 die Luft in der zweiten Zuführleitung 18 auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll. Das zweite Trimmventil 26 bleibt in diesem Fall im Wesentlichen geschlossen, da der ersten Zuführleitung 24 keine oder nur geringe Mengen an warmer Luft zugeführt werden müssen.
Die Regelungseinrichtung steuert, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 höher als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 ist, das erste Trimmventil 14 derart an, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung 14 erhöht wird, und steuert die Heizeinrichtung 20 derart an, dass die Heizeinrichtung 20 die Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll erwärmt. Diese Ansteuerung ist erforderlich, falls die über das erste Trimmventil 12 in die zweite Leitung 14 zugeführte warme Luft nicht ausreicht, um die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 zu erwärmen. Das zweite Trimmventil 26 ist geöffnet, um die Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll zu erwärmen.
Die Regelungseinrichtung steuert, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung niedriger als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung 18 ist, das erste Trimmventil 12 derart an, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung 14 erhöht wird, und steuert das zweite Trimmventil 26 derart an, dass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll erwärmt wird. Diese Ansteuerung ist erforderlich, falls die über das erste Trimmventil 12 zugeführte warme Luft nicht ausreicht, um die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung 14 auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung 24 zu erwärmen. Die Heizeinrichtung 20 erwärmt die in die zweite Zone 4 einströmende Luft auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll Die Heizeinrichtung 20 kann relativ klein dimensioniert werden, da sie schon vorgewärmte Luft erhält.
Da das erste Trimmventil 12 die Luft in der zweiten Leitung 14 erwärmt, wird einem Vereisen der zweiten Leitung 14, der ersten Zonenzuführleitung 24 und/oder der zweiten Zonenzuführleitung 18 wirksam vorgebeugt. Die zweite Leitung 14, die erste Zonenzuführleitung 24 und die zweite Zonenzuführleitung 18 sind besonders vereisungsgefährdet, da sie viele Krümmungen aufweisen, um sich den jeweils vorhandenen Platzverhältnissen anzupassen. Ferner erzielt die Erfindung eine redundante Klimatisierung der Kabine. Selbst nach Ausfall des ersten Trimmventils, des zweiten Trimmventils oder der Heizeinrichtung können die erste Zone und/oder die zweite Zone noch (nahezu) vollständig klimatisiert werden.

Claims

Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) für ein Luftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Zonen (2, 4), umfassend eine erste Leitung (6) zum Zuführen kalter Luft mit der Ist-Temperatur T1_ist, eine zweite Leitung (14), die von der ersten Leitung (6) an einem Abzweigpunkt (10) einen Teil der Luft abzweigt und einer Mehrzahl von Zonen (2, 4) eines Luftfahrzeuges zuführt, wobei in die zweite Leitung (14) durch ein erstes Trimmventil (12) warme Luft zugeführt wird, sodass die Luft in der zweiten Leitung (14) auf die Ist-Temperatur T2_ist erwärmt wird, und eine erste Zonenzuführleitung (24), die Luft stromabwärts des ersten Trimmventils (12) einer ersten Zone (2) zuführt, wobei in der ersten Zonenzuführleitung (24) ein zweites Trimmventil (26) angeordnet ist, durch das warme Luft in die erste Zonenzuführleitung (24) zugeführt wird, sodass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) auf die Ist-Temperatur Tzf1_ist erwärmt wird, und die erste Leitung (6) stromabwärts und/oder stromaufwärts des Abzweigpunktes (1) kalte Luft zumindest einer weiteren Zone zuführt.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zonenzuführleitung (18) Luft stromabwärts des ersten Trimmventils (12) einer zweiten Zone (4) zuführt.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Zonenzuführleitung (18) eine Heizeinrichtung (20) angeordnet ist, die die Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) auf die Ist-Temperatur Tzf2_ist erwärmt.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (4) eine geringere Menge warmer Luft als die erste Zone (2) benötigt.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) ferner einen zweiten Temperatursensor (16), der die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung (14) stromabwärts des ersten Trimmventils (12) erfasst, und eine Regelungseinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, das erste Trimmventil (12) und das zweite Trimmventil (26) zu steuern.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung das erste Trimmventil (12) derart steuert, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung (14) etwa der Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) entspricht.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) ferner einen ersten Zonenzuführleitungstemperatursensor (28), der die Ist-Temperatur Tzf1_ist der Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) stromabwärts des Trimmventils (26) erfasst, und einen zweiten Zonenzuführleitungstemperatursensor (22) umfasst, der die Ist-Temperatur Tzf2_ist der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) stromabwärts der Heizeinrichtung (20) erfasst.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) höher als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) ist, das erste Trimmventil (12) derart ansteuert, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung (14) etwa der Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) entspricht.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) niedriger als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) ist, das erste Trimmventil (12) derart ansteuert, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung (14) etwa der Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) entspricht.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) höher als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) ist, das erste Trimmventil (12) derart ansteuert, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung (14) erhöht wird, und die Heizeinrichtung (20) derart ansteuert, dass die Heizeinrichtung (20) die Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) auf die Soll-Temperatur Tzf2_soll erwärmt.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung, falls die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) niedriger als die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) ist, das erste Trimmventil (12) derart ansteuert, dass die Ist-Temperatur T2_ist der Luft in der zweiten Leitung (14) erhöht wird, und das zweite Trimmventil (26) derart ansteuert, dass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) auf die Soll-Temperatur Tzf1_soll erwärmt wird.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) einen ersten Zonentemperatursensor (32) umfasst, der die Ist-Temperatur Tz1_ist der Luft in der ersten Zone (2) erfasst, wobei die Regelungseinrichtung die Soll-Temperatur Tzf1_soll der Luft in der ersten Zuführleitung (24) aus der Ist-Temperatur Tz1_ist und der Soll-Temperatur Tz1_soll der Luft in der ersten Zone (2) ermittelt.
Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug-Klimatisierungssystem (1) einen zweiten Zonentemperatursensor (30) umfasst, der die Ist-Temperatur Tz2_ist der Luft in der zweiten Zone (4) erfasst, wobei die Regelungseinrichtung die Soll-Temperatur Tzf2_soll der Luft in der zweiten Zuführleitung (18) aus der Ist-Temperatur Tz2_ist und der Soll-Temperatur Tz2_soll der Luft in der zweiten Zone (4) ermittelt.
Verfahren zum Klimatisieren einer Mehrzahl von Zonen (2, 4) in einem Luftfahrzeug, umfassend die folgenden Schritte: – Zuführen von kalter Luft mit der Ist-Temperatur T1_ist in einer ersten Leitung (6); – Abzweigen eines Teiles der kalten Luft in eine zweite Leitung (14) an einem Abzweigpunkt (10); – Leiten der kalten Luft in der ersten Leitung (6) an weitere Zonen, die sich stromabwärts und/oder stromaufwärts des Abzweigpunktes (10) befinden; – Zuführen von warmer Luft über ein erstes Trimmventil (12) in die zweite Leitung (14), sodass die Luft in der zweiten Leitung (14) auf die Ist-Temperatur T2_ist erwärmt wird; – Leiten eines Teiles der Luft in der zweiten Leitung (14) über eine erste Zonenzuführleitung (24) in eine erste Zone (2); – Zuführen von warmer Luft über ein zweites Trimmventil (26) in die erste Zonenzuführleitung (24), sodass die Luft in der ersten Zonenzuführleitung (24) auf die Ist-Temperatur Tzf1_ist erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Leiten eines Teils der Luft in der zweiten Leitung (14) über eine zweite Zonenzuführleitung (18) in eine zweite Zone (4); und – Erwärmen der Luft in der zweiten Zonenzuführleitung (18) auf die Ist-Temperatur Tzf2_ist mit einer Heizeinrichtung (20);