DE102007010268A1

DE102007010268A1 - Mischvorrichtung für Flugzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102007010268A1
Application number: DE200710010268
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. Baldauf
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04
Also published as: US8789766B2; EP1964775A2; US20080251592A1; EP1964775A3; EP1964775B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für eine Flugzeugklimaanlage mit einer Zuführleitung für Frischluft von der Klimaanlage, mit einer zweiten Zuführleitung für zurückgeführte Luft aus einem bedruckten Bereich des Flugzeugs und mit einer Abführleitung zur Zuführung gemischter Luft in dem bedruckten Bereich des Flugzeugs, wobei im Mischer ein Rückschlagventil integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für eine Flugzeugklimaanlage mit einer Zuführleitung für Frischluft von der Klimaanlage, mit einer zweiten Zuführleitung für zurückgeführte Luft aus einem bedruckten Bereich des Flugzeugs und mit einer Abführleitung zur Zuführung gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs.
Flugzeugklimaanlagen dienen zur Bereitstellung von klimatisierter Luft für die verschiedenen Bereich des Flugzeuges, beispielsweise für die Flugzeugkabine oder für das Cockpit.
Die Erfindung betrifft nun im speziellen ein Bauteil zur Mischung und/oder Aufteilung verschiedener Luftströme. Dabei wird Frischluft von der Klimaanlage mit Luft aus der Flugzeugkabine gemischt und wieder über ein Verteilsystem der Kabine zugeführt.
Unter normalen Umständen ergibt sich das Problem, dass sämtliche Bauteile, die in die Strömung ragen unter Betriebsbedingungen, in denen die Luft sehr kalt und mit Feuchte gesättigt ist, vereisen.
Um dieses Problem zu lösen, ist es bereits aus der U.S. 6,971,607 B2 bekannt geworden, eine erste Zuführleitung für Frischluft von der Klimaanlage in ihrem Endbereich mit einer zweiten Zuführleitung für zurückgeführte Luft aus der Flugzeugkabine zu umschließen, wobei beide Zuführleitungen in eine Abführleitung zur Zuführung gemischter Luft in die Flugzeugkabine münden. Damit umgibt vergleichsweise warme zurückgeführte Luft aus der Flugzeugkabine die kalte aus der Klimaanlage strömende Frischluft, so dass Vereisungen aufgrund des Wärmeübergangs von der Warmluft verhindert werden können. Von der ersten Zuführleitung für Frischluft von der Klimaanlage zweigt noch die Abführleitung zur Zuführung von Frischluft in das Cockpit ab. Hierdurch ergibt sich ein sehr komplexes Bauteil für die Mischkammer.
Bereits aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2007 002 138.2 ist eine Mischvorrichtung für Flugzeugklimaanlagen bekannt, die aus im Strömungsquerschnitt übereinander angeordneten Taschen besteht, die teilweise einen freien Querschnitt haben und teilweise eine diagonale Trennwand aufweisen.
Die Vormischung von kalter Frischluft aus der Klimaanlage mit warmer Umluft aus der Kabine erfolgt, wie anhand der 1 dargestellt ist, konventionell bislang im unbedruckten Bereich im Flugzeug. Dazu wird die warme Umluft aus der Kabine durch den sogenannten Druckspant in den unbedruckten Bereich geführt. Die gemischte, eisfreie Luft wird über eine Rückschlagklappe wieder in die Kabine geführt. Zur Erhaltung des Kabinendrucks im Fehlerfall, d. h. beispielsweise bei Bruch einer Leitung im unbedruckten Bereich, wird die Umluftleitung im Druckspant durch ein weiteres Sicherheitsventil verschlossen. In dieser Ausführungsvariante ist die Rückschlagklappe dem Mischer nachgeschaltet, so dass die Rückschlagklappe mit im Vergleich zur kalten Frischluft wärmerer Mischluft beaufschlagt wird und somit eisfrei bleibt.
Allerdings führt diese zuvor beschriebene Lösung zu einem recht komplexen Aufbau, da im Druckspant zum einen ein Sicherheitsventil und zum anderen eine Rückschlagklappe als eigene Bauteile vorgesehen werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Flugzeugklimaanlage derart weiterzubilden, dass dies mit weniger Bauteilen und dadurch kostengünstiger und leichter ausgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach wird eine Mischvorrichtung für eine Flugzeugklimaanlage mit einer Zuführleitung für Frischluft von der Klimaanlage, mit einer zweiten Zuführleitung für zugeführte Luft aus einem bedruckten Bereich des Flugzeugs und mit einer Abführleitung zur Zuführung gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs an die Hand gegeben, in der ein Rückschlagventil integriert ist.
Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Lösung ist ein kompakter, platzsparender Aufbau möglich, da die gesonderte Ausführung der Rückschlagklappe mit ihrem bislang im Druckspant anzuordnenden Gehäuse entfällt. Des weiteren braucht in dem bedruckten Bereich des Flugzeugs, d. h. der Flugzeugkabine, die im Mischer zugeführte Umluft nicht mehr mittels einer Rohrleitung und einem Sicherheitsventil in den unbedruckten Bereich des Flugzeugs geleitet werden. Gerade der Wegfall von zusätzlichen Rohrleitungen reduziert die Druckverluste im gesamten Leitungssystem deutlich, so dass der entsprechende Umluftventilator mit geringerer Leistung ausgelegt werden kann. Der Wegfall des Sicherheitsventils und der zusätzlichen Rohrleitung führt zu einer merklichen Gewichtseinsparung.
Besondere Ausgestaltungen ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Mischvorrichtung entsprechend der Gestaltung nach der nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 002 138.2 aus im Strömungsquerschnitt übereinander angeordneten Taschen beste hen, die zum einen Teil einen freien Querschnitt aufweisen, um die Frischluft von der Klimaanlage in die Abführleitung zur Zuführung von gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs zu leiten und die zum anderen Teil eine diagonale Trennwand aufweisen, um zurückgeführte Luft aus dem bedruckten Bereich des Flugzeugs in die Abführleitung zur Zuführung von gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs zu leiten.
Demnach können unterschiedlich aufgebaute Taschen in mehreren Lagen abwechselnd übereinander angeordnet sein. Hier sind in einer Mischvorrichtung beispielsweise 10 bis 20 Taschen übereinander anzuordnen.
Vorteilhaft kann aus der Klimaanlage auch heiße Prozeßluft abgezweigt werden und der Mischvorrichtung zugeführt werden, um dadurch ein Vereisen mit noch größerer Sicherheit zu verhindern.
Vorteilhaft können die Taschen eine im wesentlichen dreieckige Grundfläche aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist das Rückschlagventil dadurch gebildet, dass die durch die Taschenzwischenräume gebildeten Auslaßschlitze für die aus der Klimaanlage stammende kalte Frischluft über Klappen verschließbar sind.
Die Klappen können dabei am Rand der Auslaßschlitze schwenkbar nach unten hängend angelenkt sein. Dies ermöglicht es, dass die Klappen in der warmen Umluftströmung geöffnet sind und somit eisfrei bleiben. Erst im Fehlerfall wird der kalte Frischluftpfad im Mischer durch die zufallenden Klappen verschlossen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Schemadarstellung der Einbausituation des Mischers und der Prozessströme im Flugzeug entsprechend dem Stand der Technik,
2: das Schema gemäß 1 nach der erfindungsgemäßen Lösung,
3: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung,
4: eine Darstellung entlang der Schnittlinie B-B entsprechend 5,
5: eine Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie A-A gemäß der 4 in einer ersten Betriebsstellung und
6: eine Darstellung entsprechend 5 in einer zweiten Betriebsstellung.
Anhand der 2 ist die Anordnung einer Mischvorrichtung 10 dargestellt, die eine integrierte Rückschlagklappe 12 aufweist. Die Mischvorrichtung 10 ist hier im bedruckten Bereich des nicht näher dargestellten Flugzeugs angeordnet. Aus dem unbedruckten Bereich wird kalte Frischluft der Mischvorrichtung 10 zugeführt. Aus dem bedruckten Bereich wird warme Umluft beispielsweise auch aus der Flugzeugkabine der Mischvorrichtung innerhalb des bedruckten Bereichs zugeführt und mit der kalten Frischluft gemischt. Die entsprechende Mischluft tritt ebenfalls im bedruckten Bereich aus der Mischvorrichtung 10 aus. Das gemäß der Erfindung in der Mischvorrichtung 10 angeordnete Rückschlagventil 12 verhindert den Druckabfall im bedruckten Bereich, wenn im unbedruckten Bereich eine Leitung bricht oder Leck geschlagen wird.
Anhand der 3 bis 6 wird eine konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung gezeigt. Diese entspricht im wesentlichen dem Aufbau der DE 10 2007 002 138.2 der gleichen Anmelderin, auf die ergänzend Bezug genommen wird.
Die Mischvorrichtung 10 besteht hier aus übereinander angeordneten im wesentlichen dreieckig ausgeführten Taschen 20, die im Strömungsquerschnitt des im wesentlichen kastenförmigen Mischers 10 unter Bildung von Zwischenräumen 22 an geordnet sind. Die Funktionen der Taschen 20 besteht darin, dass die aus dem bedruckten Bereich, d. h. der Flugzeugkabine eintretende warme Umluft um 90° umgelenkt wird und aus dem Mischluftauslass 14 als Teil der Mischluft wieder austritt. Am Mischluftauslass 14 mischt sich diese um 90° umgeleitete Umluft mit der durch die Mischvorrichtung 10 im Bereich der Zwischenräume 22 zwischen den Taschen 20 durchströmenden Frischluft.
In der Schnittdarstellung gemäß 4 ist die im wesentlichen dreieckige Tasche 20 mit ihrer Rückwand 24 dargestellt. Durch die entsprechenden Pfeile ist der Umluftstrom bzw. der Frischluftstrom gekennzeichnet. Aus der Schnittdarstellung A-A in 5 ergibt sich, dass als Rückschlagklappe 12 einzelne Klappen 26 im Bereich der Zwischenräume zwischen den Taschen 20 angeordnet ist. Durch diese Zwischenräume 22 strömt, wie zuvor ausgeführt, die aus dem unbedruckten Bereich stammende kalte Frischluft. Sollte nun ein Leck der Frischluftleitung im unbedruckten Teil des Flugzeugs auftreten, fallen die Klappen, die an den entsprechenden Taschen 20 angelenkt sind, aufgrund ihrer Schwerkraft nach unten und verschließen die Durchtrittsschlitze 22, die die Verbindung zwischen dem unbedruckten und dem bedruckten Teil darstellen. Auf diese Weise bilden diese Klappen, die in 6 in geschlossener Stellung gezeigt sind, ein einfach aufgebautes Rückschlagventil.
Da die Rückschlagklappen 26 in den warmen Umluftschlitzen gelagert sind und sich beim Betrieb der Mischvorrichtung in der warmen Umluftströmung ausrichten, bleiben sie eisfrei. Erst im Fehlerfall wird der kalte Frischluftpfad im Bereich der Schlitze 22 in der Mischvorrichtung 10 durch die zufallenden Rückschlagklappen 26 verschlossen. Die entsprechende Anordnung der Rückschlagklappen 26 im Mischer bietet folgende Vorteile:

– vereisungsrobuste Konstruktion der Rückschlagklappen durch Beheizung der Klappen mit warmer Umluft;
– redundantes System durch die Verwendung mehrerer Klappen, das bedeutet, dass bei Versagen von einer Klappe die Gesamtfunktion immer noch teilweise gegeben ist;
– vereinfachtes, platzsparendes und kostengünstiges Leitungssystem.

Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Klappen gezeigt. Es können aber auch andere Ausführungsformen mit weniger Klappen, beispielsweise einer oder zwei Klappen oder auch mehr Klappen im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Frischluftanschluß gezeigt. Statt des einen Frischluftanschlusses können aber auch zwei oder mehr Anschlüsse vorgesehen sein. In gleicher Weise können statt dem hier dargestellten einen Umluftanschluss auch zwei oder mehr Anschlüsse für die Umluft vorgesehen sein. Schließlich können zusätzliche Anschlüsse zum Abgreifen von Frischluft vorhanden sein. Auch können die Klappen 26 nicht nur mit Umluft, sondern auch noch mit in hier nicht näher dargestellten Art und Weise zugeführter heißer Frischluft, d. h. sogenannter Trimmluft, aus der Klimaanlage beheizt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6971607 B2 [0005]
- DE 102007002138 [0006, 0013, 0027]

Claims

Mischvorrichtung für eine Flugzeugklimaanlage mit einer Zuführleitung für Frischluft von der Klimaanlage, mit einer zweiten Zuführleitung für zurückgeführte Luft aus einem bedruckten Bereich des Flugzeugs und mit einer Abführleitung zur Zuführung gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischer ein Rückschlagventil integriert ist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung aus im Strömungsquerschnitt übereinander angeordneten Taschen besteht, die zum einen Teil einen freien Querschnitt aufweisen, um die Frischluft von der Klimaanlage in die Abführleitung zur Zuführung von gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs zu leiten und die zum anderen Teil eine diagonale Trennwand aufweisen, um zurückgeführte Luft aus dem bedruckten Bereich des Flugzeugs in die Abführleitung zur Zuführung von gemischter Luft in den bedruckten Bereich des Flugzeugs zu leiten.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlich aufgebauten Taschen in mehreren Lagen abwechselnd übereinander angeordnet sind.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 20 Taschen übereinander angeordnet sind.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mischvorrichtung aus der Klimaanlage abgezweigte heiße Prozeßluft (trim air) zuführbar ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen eine im wesentlichen dreieckige Grundfläche aufweisen.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil dadurch gebildet ist, dass die durch die Taschen gebildeten Auslaßschlitze für die aus der Klimaanlage stammende kalte Frischluft über Klappen verschließbar sind.
Mischvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen am Rand der Auslaßschlitze schwenkbar nach unten hängend angelenkt sind.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen aus Blech bestehen.