DE102010014355A1

DE102010014355A1 - Mischeranordnung für eine Flugzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102010014355A1
Application number: DE201010014355
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Markwart Michael; Dipl.-Ing. Lohmar Jens; Dipl.-Ing. Krakowski Dariusz; Martin Schmid
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Eine Mischeranordnung (10) für eine Flugzeugklimaanlage umfasst eine Mehrzahl von Frischluftleitungen (12, 18), die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Mischeranordnung (10) von kalter Frischluft durchströmt zu werden, und eine Mehrzahl von Rezirkulationsluftleitungen (24, 30), die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Mischeranordnung (10) von aus einer Flugzeugkabine abgeführter Rezirkulationsluft durchströmt zu werden. Ein erster Vormischer (16) ist mit mindestens einer Frischluftleitung (12) sowie mindestens einer Rezirkulationsluftleitung (24) verbunden und dazu eingerichtet ist, die über die Frischluftleitung (12) in den ersten Vormischer (16) geführte Frischluft mit der über die Rezirkulationsluftleitung (24) in den ersten Vormischer (16) geführten Rezirkulationsluft zu vermischen. Ein zweiter Vormischer (22) ist mit mindestens einer Frischluftleitung (18) sowie mindestens einer Rezirkulationsluftleitung (30) verbunden und dazu eingerichtet ist, die über die Frischluftleitung (18) in den zweiten Vormischer (22) geführte Frischluft mit der über die Rezirkulationsluftleitung (30) in den zweiten Vormischer (22) geführten Rezirkulationsluft zu vermischen. Ein Hauptmischer (36) ist über eine erste Vormischluftleitung (38) mit dem ersten Vormischer (16) und über eine zweite Vormischluftleitung (40) mit dem zweiten Vormischer (22) verbunden. Der Hauptmischer (36) ist dazu eingerichtet, über die erste Vormischluftleitung (38) und die zweite Vormischluftleitung (40) ausschließlich mit vorgemischter Luft aus dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer (16, 22) versorgt zu werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischeranordnung für eine Flugzeugklimaanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Mischeranordnung sowie eine mit einer derartigen Mischeranordnung ausgestattete Flugzeugklimaanlage.
In einem modernen Passagierflugzeug bilden die Passagierkabine bzw. Teilbereiche der Passagierkabine, der Frachtraum bzw. Teilbereiche des Frachtraums, das Cockpit und die Crew-Ruheräume verschiedene Klimazonen, die üblicherweise sowohl im Flugbetrieb als auch im Bodenbetrieb des Flugzeugs mittels einer flugzeugeigenen Klimaanlage klimatisiert werden. Der Flugzeugklimaanlage wird den Triebwerkskompressoren oder Hilfstriebwerkskompressoren entnommene, heiße und unter einem erhöhten Druck stehende Zapfluft zugeführt. In den Klimaaggregaten, den sogenannten Klimapacks der Flugzeugklimaanlage wird die Zapfluft entspannt und auf eine gewünschte tiefe Temperatur abgekühlt. Schließlich wird die in den Klimaaggregaten aufbereitete Luft als gekühlte Frischluft in eine Hauptfrischluftleitung der Klimaanlage geleitet. Die die Hauptfrischluftleitung durchströmende Frischluft wird in einen Mischer geführt, wo sie mit aus der Passagierkabine abgesaugter Rezirkulationsluft vermischt wird. Die in dem Mischer erzeugte Mischluft aus von den Klimapacks bereitgestellter kalter Frischluft und aus der Flugzeugkabine abgesaugter Rezirkulationsluft wird schließlich zur Klimatisierung der verschiedenen Klimazonen des Flugzeugs genutzt.
Aus der DE 44 25 871 C1 ist eine Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugs mit zwei übereinander angeordneten Decks bekannt, bei der aus einem Oberdeck abgeführte Rezirkulationsluft zunächst einem Vormischer zugeführt und dort mit kalter Frischluft gemischt wird. Die vorgemischte Luft aus dem Vormischer wird in einen Hauptmischergeleitet und dort mit unmittelbar aus dem Unterdeck abgeführter Rezirkulationsluft sowie weiterer kalter Frischluft aus den Klimapacks gemischt.
Derzeit in Flugzeugklimaanlagen eingesetzte Hauptmischer sind über entsprechende Anschlüsse mit einer Vielzahl von Rohrleitungen verbunden, die, je nach Betriebszustand des Flugzeugs, von Luft mit unterschiedlichen Volumenströmen und unterschiedlichen Temperaturen durchströmt werden. Die Anordnung, die Geometrie und der Verlauf der Anschlüsse und Rohrleitungen kann üblicherweise jedoch nur für einen Betriebszustand, d. h. einen Volumenstrom und eine Temperatur optimiert werden. Darüber hinaus beeinflussen Einbauraumrestriktionen an Bord des Flugzeugs die Geometrie und den Verlauf der Anschlüsse und Rohrleitungen. In Abhängigkeit des Volumenstroms und der Temperatur der dem Hauptmischer über die Rohleitungen zugeführten Luft kann es daher zu Temperaturdifferenzen innerhalb des Mischers und folglich zu Schwankungen der Mischqualität kommen, wobei insbesondere ein mit einem Ausfall eines Luftstroms verbundener Fehlerfall die Mischqualität erheblich beeinträchtigen kann.
Eine unzureichende Vermischung der kalten und warmen Luftströme in dem Mischer führt dazu, dass es schwierig oder gar unmöglich wird, alle Luftauslässe des Mischers mit Luft der gewünschten gleichen Temperatur und dem gewünschten gleichen Frischluft/Rezirkulationsluft-Verhältnis zu beliefern. Dies kann Komforteinbußen, aber auch eine ungleichmäßige Versorgung der Passagiere an Bord des Flugzeugs mit Frischluft zur Folge haben. Ferner kann eine mangelnde Vermischung der dem Mischer zugeführten kalten Frischluft mit warmer Rezirkulationsluft in Betriebssituationen der Klimaanlage, in denen die kalte Frischluft dem Mischer mit einer Temperatur < 0°C zugeführt wird, aufgrund der in der Frischluft enthaltenen Feuchtigkeit zur Anlagerung von Eis und Schnee in dem Mischer oder den mit dem Mischer verbundenen Rohrleitungen führen.
Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, eine Mischeranordnung für eine Flugzeugklimaanlage anzugeben, die eine gleichmäßige Vermischung der der Mischeranordnung zugeführten warmen und kalten Luftströme ermöglicht. Ferner ist die Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Mischeranordnung sowie eine mit einer derartigen Mischeranordnung ausgestattete Flugzeugklimaanlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Mischeranordnung für eine Flugzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Mischeranordnung für eine Flugzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie eine Flugzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Eine erfindungsgemäße, zum Einsatz in einer Flugzeugklimaanlage geeignete Mischeranordnung umfasst eine Mehrzahl von Frischluftleitungen, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Mischeranordnung von kalter Frischluft durchströmt zu werden. Die die Frischluftleitungen durchströmende Frischluft kann von einem oder mehreren Klimaaggregat(en) der Flugzeugklimaanlage erzeugt werden. Ferner umfasst die Mischeranordnung eine Mehrzahl von Rezirkulationsluftleitungen, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Mischeranordnung von aus einer Flugzeugkabine abgeführter Rezirkulationsluft durchströmt zu werden. Die die Rezirkulationsluftleitungen durchströmende Rezirkulationsluft kann mittels entsprechender in den Rezirkulationsluftleitungen angeordneter Fördereinrichtungen aus der Flugzeugkabine gefördert werden.
Ein erster Vormischer der Mischeranordnung ist mit mindestens einer Frischluftleitung sowie mindestens einer Rezirkulationsluftleitung verbunden und dazu eingerichtet, die über die Frischluftleitung in den ersten Vormischer geführte Frischluft mit der über die Rezirkulationsluftleitung in den ersten Vormischer geführten Rezirkulationsluft zu vermischen. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Vormischer, der mit mindestens einer Frischluftleitung sowie mindestens einer Rezirkulationsluftleitung verbunden ist, dazu eingerichtet, die über die Frischluftleitung in den zweiten Vormischer geführte Frischluft mit der über die Rezirkulationsluftleitung in den zweiten Vormischer geführten Rezirkulationsluft zu vermischen.
Schließlich ist ein Hauptmischer vorgesehen, der über eine erste Vormischluftleitung mit dem ersten Vormischer und über eine zweite Vormischluftleitung mit dem zweiten Vormischer verbunden ist. Der Hauptmischer ist dazu eingerichtet, über die erste Vormischluftleitung und die zweite Vormischluftleitung ausschließlich mit vorgemischter Luft aus dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer versorgt zu werden. Mit anderen Worten, dem Hauptmischer der erfindungsgemäßen Mischeranordnung wird weder nicht vorgemischte kalte Frischluft, noch nicht vorgemischte warme Rezirkulationsluft, sondern ausschließlich vorgemischte Luft aus dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer zugeführt. Die erfindungsgemäße Mischeranordnung ist folglich insgesamt zweistufig aufgebaut, d. h. alle der Mischeranordnung zugeführten Luftströme werden zunächst in einem der Vormischer behandelt, bevor sie dem Hauptmischer zugeführt werden.
Die dem Hauptmischer zugeführten vorgemischten Luftströme können hinsichtlich ihrer Temperatur und ihres Volumenstroms unabhängig voneinander geregelt werden. Dadurch kann der Verbrauch von zur Erzeugung von kalter Frischluft in den Klimaaggregaten erforderlicher heißer Triebswerkszapfluft optimiert werden. Darüber hinaus minimiert die Zufuhr von konsequent vorgemischten Luftströmen im Hauptmischer auftretende Temperaturdifferenzen, so dass die Mischqualität im Hauptmischer sehr robust gegenüber Änderungen in den Volumenströmen und den Temperaturen der dem Hauptmischer zugeführten vorgemischten Luftströmen ist. Die erfindungsgemäße Mischeranordnung zeichnet sich somit dadurch aus, dass unabhängig von der Betriebssituation der Flugzeugklimaanlage, d. h. unabhängig von Schwankungen der Volumenströme und/oder der Temperaturen der der Mischeranordnung zugeführten Luftströme eine gleichbleibende Mischqualität erreicht werden kann. Dies gilt auch in einem mit einem Ausfall eines Luftstroms verbundenen Fehlerfall, d. h. die erfindungsgemäße Mischeranordnung ermöglicht selbst in einem derartigen Fehlerfall noch die Realisierung einer zufriedenstellenden Mischqualität. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Mischeranordnung besteht darin, dass durch die gleichmäßige Vermischung der der Mischeranordnung zugeführten kalten Frischluft mit warmer Rezirkulationsluft eine durch unzureichende Vermischung der der Mischeranordnung zugeführten Luftströme verursachte Anlagerung von Eis und Schnee in der Mischeranordnung oder in mit der Mischeranordnung verbundenen Rohrleitungen zuverlässig vermieden werden kann. Schließlich ist der Hauptmischer der erfindungsgemäßen Mischeranordnung nur mit den Vormischluftleitungen verbunden und kann daher mit weniger Luftanschlüssen und folglich einfacher und einbauraumsparender gestaltet sein.
In zumindest einer der Rezirkulationsluftleitungen ist vorzugsweise eine Filtereinrichtung zur Filterung der die Rezirkulationsluftleitung durchströmenden Rezirkulationsluft angeordnet. Vorzugsweise ist jede Rezirkulationsluftleitung mit einer Filtereinrichtung zur Filterung der die Rezirkulationsluftleitung durchströmenden Rezirkulationsluft versehen. Die Filtereinrichtung(en) ist/sind vorzugsweise im Bereich eines Einlasses der Rezirkulationsluftleitung(en) angeordnet und kann/können dadurch dafür sorgen, dass die aus der Flugzeugkabine abgeführte Rezirkulationsluft vor dem Durchströmen der Rezirkulationsluftleitung(en) gefiltert wird.
Wenn bei aus dem Stand der Technik bekannten Mischeranordnungen eine Fördereinrichtung zur Förderung von Rezirkulationsluft aus der Flugzeugkabine ausfällt, muss/müssen die noch funktionsfähige(n) Fördereinrichtung(en) die Förderung des im Normalbetrieb der Mischeranordnung von der ausgefallenen Fördereinrichtung aus der Flugzeugkabine geförderten Rezirkulationsvolumenstroms übernehmen. Das heißt, beim Ausfall einer beispielsweise in einer ersten Rezirkulationsluftleitung angeordneten ersten Fördereinrichtung fördert eine beispielsweise in einer zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordnete zweite Fördereinrichtung zusätzlich den im Normalbetrieb der Mischeranordnung von der ersten Fördereinrichtung durch die erste Rezirkulationsluftleitung geförderten Rezirkulationsluftvolumenstrom durch die zweite Rezirkulationsluftleitung und folglich durch die in der zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordnete zweite Filtereinrichtung. Infolgedessen ergibt sich ein deutlich höherer Druckverlust über die zweite Filtereinrichtung als im Normalbetrieb der Mischeranordnung, was das Betriebsverhalten der zweiten Fördereinrichtung negativ beeinflusst.
Die erfindungsgemäße Mischeranordnung umfasst daher vorzugsweise eine erste Verbindungsleitung, die stromabwärts von einer in einer ersten Rezirkulationsluftleitung angeordneten ersten Filtereinrichtung von der ersten Rezirkulationsluftleitung abzweigt und stromabwärts von einer in einer zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordneten zweiten Filtereinrichtung in die zweite Rezirkulationsluftleitung mündet. Beispielsweise kann die erste Verbindungsleitung stromaufwärts von einer in der ersten Rezirkulationsluftleitung angeordneten ersten Fördereinrichtung von der ersten Rezirkulationsluftleitung abzweigen und stromaufwärts von einer in der zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordneten zweiten Fördereinrichtung in die zweite Rezirkulationsluftleitung münden.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Mischeranordnung kann bei einem Ausfall der ersten Fördereinrichtung von der noch intakten zweiten Fördereinrichtung Rezirkulationsluft durch die in der ersten Rezirkulationsluftleitung angeordnete erste Filtereinrichtung, die erste Rezirkulationsluftleitung und schließlich durch die erste Verbindungsleitung in die zweite Rezirkulationsluftleitung gefördert werden. In ähnlicher Weise kann bei einem Ausfall der zweiten Fördereinrichtung von der noch intakten ersten Fördereinrichtung Rezirkulationsluft durch die in der zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordnete zweite Filtereinrichtung, die zweite Rezirkulationsluftleitung und schließlich durch die erste Verbindungsleitung in die erste Rezirkulationsluftleitung gefördert werden. Dadurch kann die Rezirkulationsluft, selbst bei einem Ausfall einer Fördereinrichtung, gleichmäßig durch die erste und die zweite Filtereinrichtung in die erste und die zweite Rezirkulationsluftleitung geführt und folglich der Druckverlust über die Filtereinrichtungen in vorteilhafte Weise minimiert werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Mischeranordnung eine zweite Verbindungsleitung umfassen, die stromabwärts von der in der ersten Rezirkulationsluftleitung angeordneten ersten Fördereinrichtung von der ersten Rezirkulationsluftleitung abzweigt und stromabwärts von der in der zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordneten zweiten Fördereinrichtung in die zweite Rezirkulationsluftleitung mündet. Bei einer derartigen Konfiguration der Mischeranordnung kann bei einem Ausfall der ersten Fördereinrichtung von der noch intakten zweiten Fördereinrichtung über die erste Filtereinrichtung, die erste Rezirkulationsluftleitung und die erste Verbindungsleitung in die zweite Rezirkulationsluftleitung geförderte Rezirkulationsluft über die zweite Verbindungsleitung stromabwärts von der ausgefallenen ersten Fördereinrichtung in die erste Rezirkulationsluftleitung zurückgefördert und von dort dem ersten Vormischer zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann bei einem Ausfall der zweiten Fördereinrichtung von der noch intakten ersten Fördereinrichtung über die zweite Filtereinrichtung, die zweite Rezirkulationsluftleitung und die erste Verbindungsleitung in die erste Rezirkulationsluftleitung geförderte Rezirkulationsluft über die zweite Verbindungsleitung stromabwärts der ausgefallenen zweiten Fördereinrichtung in die zweite Rezirkulationsluftleitung zurückgefördert und von dort in den zweiten Vormischer geleitet werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischeranordnung münden eine erste Rezirkulationsluftleitung und eine zweite Rezirkulationsluftleitung vorzugsweise in eine Zusammenführungsleitung, die über eine zweite Zweigleitung mit dem ersten Vormischer und über eine zweite Zweigleitung mit dem zweiten Vormischer verbunden ist. Vorzugsweise umfasst die Zusammenführungsleitung über einen Teil ihrer Länge zwei parallel zueinander durchströmbare Zusammenführungsleitungsabschnitte, wobei eine erste Fördereinrichtung in einem ersten Zusammenführungsabschnitt und eine zweite Fördereinrichtung in einem zweiten Zusammenführungsleitungsabschnitt angeordnet sein kann.
Bei einer derartigen Konfiguration der Mischeranordnung kann bei einem Ausfall der ersten Fördereinrichtung, die noch intakte zweite Fördereinrichtung Rezirkulationsluft über die erste Filtereinrichtung und die erste Rezirkulationsluftleitung in die Zusammenführungsleitung fördern. Die die Zusammenführungsleitung durchströmende Rezirkulationsluft kann dann über die erste und die zweite Zweigleitung auf den ersten und den zweiten Vormischer verteilt werden. In ähnlicher Weise kann bei einem Ausfall der zweiten Fördereinrichtung die noch intakte erste Fördereinrichtung Rezirkulationsluft über die zweite Fördereinrichtung und die zweite Rezirkulationsluftleitung in die Zusammenführungsleitung fördern und die die Zusammenführungsleitung durchströmende Rezirkulationsluft anschließend über die erste und die zweite Zweigleitung dem ersten und dem zweiten Vormischer zuführen.
Durch die gleichbleibende Durchströmung beider Filtereinrichtungen wird sichergestellt, dass die erste und die zweite Filtereinrichtung selbst bei einem Ausfall der ersten und/oder der zweiten Fördereinrichtung gleichmäßig beansprucht und folglich auch gleichmäßig verschmutzt werden. Dies ermöglicht bei einem Ausfall der ersten oder der zweiten Fördereinrichtung eine weitere Vergleichmäßigung des mittels der noch intakten Fördereinrichtung aus der Flugzeugkabine geförderten Rezirkulationsvolumenstroms. Ferner können die erste und die zweite Fördereinrichtung auf dem gleichen Betriebspunkt betrieben werden.
Der erste Vormischer kann in Form eines Rohrmischers ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch der zweite Vormischer in Form eines Rohrmischers ausgebildet sein. Ein Frischluftleitungsanschluss und ein Rezirkulationsluftleitungsanschluss des ersten Vormischers können so angeordnet sein, dass die warme Rezirkulationsluft dem den ersten Vormischer durchströmenden kalten Frischluftstrom in einen Winkel von ca. 45 Grad bis 90 Grad zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu können ein Frischluftleitungsanschluss und ein Rezirkulationsluftleitungsanschluss des zweiten Vormischers so angeordnet sein, dass die warme Rezirkulationsluft dem den zweiten Vormischer durchströmenden kalten Frischluftstrom in einem Winkel von ca. 45 Grad bis 90 Grad zugeführt wird.
Der Frischluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers kann einen geringeren Strömungsquerschnitt haben als ein stromabwärts des Frischluftleitungsanschlusses angeordneter Vormischabschnitt des ersten und/oder des zweiten Vormischers. Mit anderen Worten, der Frischluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers kann in Form einer Düse ausgestaltet sein, die dem Vormischabschnitt des ersten und/oder des zweiten Vormischers die kalte Frischluft mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit zuführt. Der kalte Frischluftstrom wirkt dann als Injektor, wodurch der in dem Vormischabschnitt auftretende Druckverlust minimiert werden kann. Dies ermöglicht eine Entlastung der zur Förderung der Rezirkulationsluftströme in die Vormischer eingesetzten Fördereinrichtung(en). Die Düsenwirkung des Frischluftleitungsanschlusses kann weiter verbessert werden, wenn der Frischluftleitungsanschluss zweiteilig ausgebildet ist und die beiden den Frischluftleitungsanschluss bildenden Teilanschlüsse einen noch geringeren Strömungsquerschnitt aufweisen.
Zur Steuerung der den Rezirkulationsluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers durchströmenden Rezirkulationsluftströmung kann in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers eine Strömungssteuerungseinrichtung angeordnet sein. Die Strömungssteuerungseinrichtung kann mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfassen, dessen Querschnitt sich in Richtung der Rezirkulationsluftströmung durch den Rezirkulationsluftleitungsanschluss erweitert. Die Anordnung eines Strömungssteuerungskeils in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss führt zur Ausbildung eines warmen Mantelstroms, der sich um den über den Frischluftleitungsanschluss in den Vormischer zugeführten kalten Frischluftstrom legt und dadurch eine Vereisung des Vormischers verhindert. Die Anordnung von zwei oder mehr Strömungssteuerungkeilen in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss ermöglicht die Erzeugung einer Schichtung von abwechselnd kalten und warmen, in einem Winkel von ca. 45 Grad bis 90 Grad zueinander orientierten Luftströmen, die die Mischwirkung des Vormischers weiter verbessern.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch in dem Frischluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers eine Strömungssteuerungseinrichtung angeordnet sein. Wiederum kann die Strömungssteuerungeinrichtung mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfassen, dessen Querschnitt sich in Richtung der Frischluftströmung durch den Frischluftleitungsanschluss erweitert. Die Anordnung eines Strömungssteuerungskeils oder mehrerer Strömungssteuerungskeile in dem Frischluftleitungsanschluss ermöglicht eine Vergrößerung der Mischungsschicht und verbessert damit die Mischwirkung des Vormischers.
Der Hauptmischer der erfindungsgemäßen Mischeranordnung kann einen ersten Vormischluftanschluss sowie einen zweiten Vormischluftanschluss umfassen, die derart angeordnet sind, dass die vorgemischten Luftströme aus dem ersten und dem zweiten Vormischer dem Hauptmischer aus im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zugeführt werden und in einem Mischabschnitt des Hauptmischers aufeinanderprallen. Der erste Vormischluftanschluss und der zweite Vormischluftanschluss des Hauptmischers können gleiche oder verschiedene Strömungsquerschnitte aufweisen. Der ”symmetrische” Aufbau des Hauptmischers ermöglicht jedoch selbst dann, wenn sich die Strömungsquerschnitte des ersten Vormischluftanschlusses und des zweiten Vormischluftanschlusses unterscheiden, eine vereinfachte logische Steuerung der Komponenten des Hauptmischers.
Der erste und/oder der zweite Vormischluftanschluss des Hauptmischers kann/können einen Verlauf haben, der im Wesentlichen einer Ellipsenbahn folgt. Eine derartige Strömungsführung führt dazu, dass die vorgemischten Luftströme dem Hauptmischer in einem positiven Winkel leicht nach oben zugeführt werden. Dies trägt dazu bei, dass sich im Bereich eines Bodens des Hauptmischers kein Eis bzw. Schnee sammelt, sondern mit der Luftströmung mitgeführt wird und dabei schmilzt.
In dem ersten Vormischluftanschluss des Hauptmischers kann eine Strömungssteuerungseinrichtung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in dem zweiten Vormischluftanschluss des Hauptmischers eine Strömungssteuerungseinrichtung angeordnet sein. Die Strömungssteuerungseinrichtung kann mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfassen, dessen Querschnitt sich in Richtung der Vormischluftströmung durch den ersten und/oder den zweiten Vormischluftanschluss erweitert. Durch die Anordnung einer Strömungssteuerungseinrichtung in dem ersten und/oder dem zweiten Vormischluftanschluss des Hauptmischers kann die Mischwirkung des Hauptmischers weiter verbessert werden.
Vorzugsweise sind die Frischluftleitungen der erfindungsgemäßen Mischeranordnung im Wesentlichen ohne Umlenkungen gestaltet. Ebenso ist/sind vorzugsweise die erste und/oder die zweite Vormischluftleitung im Wesentlichen ohne Umlenkungen gestaltet. Eine derartige Leitungsgestaltung minimiert die Vereisungsgefahr. Ferner wird es dadurch ermöglicht, kalte Luft, die beispielsweise zur vom Betrieb der Vormischer und/oder des Hauptmischers unabhängigen Frischluftversorgung des Cockpits benötigt wird, aus der ersten und/oder der zweiten Frischluftleitung und/oder der ersten und/oder der zweiten Vormischluftleitung abzuzweigen, ohne dass an einer entsprechenden Leitungsanschlussstelle eine erhöhte Vereisungsgefahr besteht.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Mischeranordnung für eine Flugzeugklimaanlage wird beispielsweise von einem Klimaaggregat oder mehreren Klimaaggregaten erzeugte kalte Frischluft durch eine Mehrzahl von Frischluftleitungen geleitet. Ferner wird beispielsweise mittels einer Fördereinrichtung oder mehrerer Fördereinrichtungen aus einer Flugzeugkabine abgeführte Rezirkulationsluft durch eine Mehrzahl von Rezirkulationsluftleitungen geleitet. Die Frischluft aus mindestens einer Frischluftleitung wird mit der Rezirkulationsluft aus mindestens einer Rezirkulationsluftleitung in einem ersten Vormischer vorgemischt. Ferner wird die Frischluft aus mindestens einer Frischluftleitung mit der Rezirkulationsluft aus mindestens einer Rezirkulationsluftleitung in einem zweiten Vormischer vorgemischt. Die in dem ersten und dem zweiten Vormischer vorgemischte Luft wird in einem Hauptmischer gemischt, wobei der Hauptmischer ausschließlich mit vorgemischter Luft aus dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer versorgt wird.
Vorzugsweise wird die die Rezirkulationsluftleitungen durchströmende Rezirkulationsluft mittels geeigneter Filtereinrichtungen gefiltert.
Bei einem Ausfall der ersten Fördereinrichtung zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine erste Rezirkulationsluftleitung oder einer zweiten Fördereinrichtung zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine zweite Rezirkulationsluftleitung kann die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung durchströmende Rezirkulationsluft von der noch intakten Fördereinrichtung über eine erste Verbindungsleitung, die stromabwärts von einer in der ersten Rezirkulationsluftleitung angeordneten ersten Filtereinrichtung von der ersten Rezirkulationsluftleitung abzweigt und stromabwärts von einer in der zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordneten zweiten Filtereinrichtung in die zweite Rezirkulationsluftleitung mündet, in die zweite oder die erste Rezirkulationsluftleitung gefördert werden.
Ferner kann bei einem Ausfall der ersten oder der zweiten Fördereinrichtung mittels der noch intakten Fördereinrichtung die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung durchströmende Rezirkulationsluft über eine zweite Verbindungsleitung, die stromabwärts von einer in der ersten Rezirkulationsluftleitung angeordneten ersten Fördereinrichtung von der ersten Rezirkulationsluftleitung abzweigt und stromabwärts von einer in der zweiten Rezirkulationsluftleitung angeordneten zweiten Fördereinrichtung in die zweite Rezirkulationsluftleitung mündet, von der noch intakten Fördereinrichtung in die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung zurückgefördert werden.
Alternativ dazu kann bei einem Ausfall einer ersten Fördereinrichtung zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine erste Rezirkulationsluftleitung oder einer zweiten Fördereinrichtung zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine zweite Rezirkulationsluftleitung die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung durchströmende Rezirkulationsluft von der noch intakten Fördereinrichtung in eine Zusammenführungsleitung gefördert werden, in die die erste Rezirkulationsluftleitung und die zweite Rezirkulationsluftleitung münden und die über eine erste Zweigleitung mit dem ersten Vormischer und über eine zweite Zweigleitung mit dem zweiten Vormischer verbunden ist. Die Zusammenführungsleitung umfasst vorzugsweise über einen Teil ihrer Länge zwei parallel zueinander durchströmbare Zusammenführungsleitungsabschnitte. Die erste Fördereinrichtung ist vorzugsweise in einem ersten Zusammenführungsleitungsabschnitt angeordnet, wohingegen die zweite Fördereinrichtung vorzugsweise in einem zweiten Zusammenführungsleitungsabschnitt angeordnet ist.
Die warme Rezirkulationsluft kann dem den ersten und/oder den zweiten Vormischer durchströmenden kalten Frischluftstrom in einem Winkel von ca. 45 Grad bis 90 Grad zugeführt werden. Ferner kann die kalte Frischluft dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer durch einen Frischluftleitungsanschluss zugeführt werden, der einen geringeren Strömungsquerschnitt hat als ein stromabwärt von dem Frischluftleitungsanschluss angeordneter Vormischabschnitt des ersten und/oder des zweiten Vormischers. Der Frischluftleitungsanschluss kann zweiteilig ausgebildet sein.
Die Strömung der Rezirkulationsluft durch einen Rezirkulationsluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers kann mittels einer in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss angeordneten Strömungssteuerungseinrichtung gesteuert werden. Die Strömungssteuerungseinrichtung kann mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfassen, dessen Querschnitt sich in Richtung der Rezirkulationsluftströmung durch den Rezirkulationsluftleitungsanschluss erweitert. Ferner kann die Strömung der Frischluft durch den Frischluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers mittels einer in dem Frischluftleitungsanschluss des ersten und/oder des zweiten Vormischers angeordneten Strömungssteuerungseinrichtung gesteuert werden. Die Strömungssteuerungseinrichtung kann mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfassen, dessen Querschnitt sich in Richtung der Frischluftströmung durch den Frischluftleitungsanschluss erweitert.
Die vorgemischten Luftströme aus dem ersten und dem zweiten Vormischer können dem Hauptmischer aus im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zugeführt werden und in einem Mischabschnitt des Hauptmischers aufeinanderprallen. Ein erster und/oder ein zweiter Vormischluftanschluss des Hauptmischers kann/können einen Verlauf haben, der im Wesentlichen einer Ellipsenbahn folgt. Die Strömung der Vormischluft durch den ersten und/oder den zweiten Vormischluftanschluss des Hauptmischers kann mittels einer in dem ersten und/oder dem zweiten Vormischluftanschluss des Hauptmischers angeordneten Strömungssteuerungseinrichtung gesteuert werden. Die Strömungssteuerungseinrichtung kann mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfassen, dessen Querschnitt sich in Richtung der Vormischluftströmung durch den ersten und/oder den zweiten Vormischluftanschluss erweitert.
Eine erfindungsgemäße Flugzeugklimaanlage umfasst eine oben beschriebene Mischeranordnung, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren betreibbar ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
1 eine erste Ausführungsform einer zum Einsatz in einer Flugzeugklimaanlage geeigneten Mischeranordnung zeigt,
2 eine zweite Ausführungsform einer zum Einsatz in einer Flugzeugklimaanlage geeigneten Mischeranordnung zeigt,
3a–c einen Querschnitt, eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines in den Mischeranordnungen gemäß den 1 und 2 einsetzbaren Vormischers zeigen,
4a–c einen Querschnitt, eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines in den Mischeranordnungen gemäß den 1 und 2 einsetzbaren Vormischers zeigen,
5a–c einen Querschnitt, eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform eines in den Mischeranordnungen gemäß den 1 und 2 einsetzbaren Vormischers zeigen,
6a–c eine erste dreidimensionale Seitenansicht, eine zweite dreidimensionale Seitenansicht sowie eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines in den Mischeranordnungen gemäß den 1 und 2 einsetzbaren Hauptmischers zeigen, und
7a–c eine erste dreidimensionale Seitenansicht, eine zweite dreidimensionale Seitenansicht sowie eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines in den Mischeranordnungen gemäß den 1 und 2 einsetzbaren Hauptmischers zeigen.
Eine in der 1 gezeigte, zum Einsatz in einer Flugzeugklimaanlage geeignete Mischeranordnung 10 umfasst eine erste Frischluftleitung 12, die ein erstes Klimaaggregat 14 mit einem ersten Vormischer 16 verbindet. In ähnlicher Weise verbindet eine zweite Frischluftleitung 18 ein zweites Klimaaggregat 20 mit einem zweiten Vormischer 22. Im Betrieb der Mischeranordnung 10 werden die erste und die zweite Frischluftleitung 12, 18 von kalter Frischluft durchströmt, die von dem ersten und dem zweiten Klimaaggregat 14, 20 erzeugt wird.
Ferner umfasst die Mischeranordnung 10 eine erste Rezirkulationsluftleitung 24, die dazu dient, Rezirkulationsluft aus einer Flugzeugkabine in den ersten Vormischer 16 zu leiten. Zur Förderung der Rezirkulationsluft durch die erste Rezirkulationsluftleitung 24 ist in der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 eine erste Fördereinrichtung 26 angeordnet. Die erste Fördereinrichtung 26 ist beispielsweise in Form eines Gebläses ausgebildet. Zur Filterung der aus der Flugzeugkabine abgeführten Rezirkulationsluft ist in einem Einlassbereich der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 eine erste Filtereinrichtung 28 angeordnet. In ähnlicher Weise dient eine zweite Rezirkulationsluft 30 dazu, Rezirkulationsluft aus der Flugzeugkabine in den zweiten Vormischer 22 zu leiten. Zur Förderung der Rezirkulationsluft durch die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 ist in der zweiten Rezirkulationsluftleitung 30 eine zweite Fördereinrichtung 32 angeordnet. Eine in einem Einlassbereich der zweiten Rezirkulationsluftleitung 30 angeordnete zweite Filtereinrichtung 34 dient der Filterung der aus der Flugzeugkabine in die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 geleiteten Rezirkulationsluft.
In dem ersten Vormischer 16 wird die die erste Rezirkulationsluftleitung 24 durchströmende Rezirkulationsluft mit der über die erste Frischluftleitung 12 in den ersten Vormischer 16 geleiteten kalten Frischluftleitung gemischt. In ähnlicher Weise wird in dem zweiten Vormischer 22 die die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 durchströmende Rezirkulationsluft mit der kalten Frischluftleitung gemischt, die dem zweiten Vormischer 22 über die zweite Frischluftleitung 18 zugeführt wird.
Ein Hauptmischer 36 der Mischeranordnung 10 ist über eine erste Vormischluftleitung 38 mit dem ersten Vormischer 16 und über eine zweite Vormischluftleitung 40 mit dem zweiten Vormischer 22 verbunden. Der Hauptmischer 36 wird über die erste und die zweite Vormischluftleitung 38, 40 ausschließlich mit vorgemischter Luft aus dem ersten und dem zweiten Vormischer 16, 22 versorgt. Die Mischeranordnung 10 ist somit zweistufig aufgebaut. Die Temperaturen und die Volumenströme der dem Hauptmischer 36 über die erste Vormischluftleitung 38 sowie die zweite Vormischluftleitung 40 zugeführten vorgemischten Luft können unabhängig voneinander wie gewünscht gesteuert werden. Durch die Versorgung des Hauptmischers 36 mit ausschließlich vorgemischter Luft können die in dem Hauptmischer 36 auftretenden Temperaturdifferenzen jedoch vergleichsweise gering gehalten werden. Dadurch kann die Mischwirkung des Hauptmischers 36 verbessert sowie die von dem Hauptmischer 36 erzielte Mischqualität auch bei Temperatur- und Volumenstromschwankungen der die erste und die zweite Frischluftleitung 12, 18 durchströmenden Frischluftströme sowie der die erste und die zweite Rezirkulationsluftleitung 24, 30 durchströmenden Rezirkulationsluftströme mehr oder weniger konstant gehalten werden. Selbst ein Ausfall eines Luftstroms führt nicht zu einem drastischen Abfall der von dem Hauptmischer 36 zu erzielenden Mischqualität. Schließlich ist der Hauptmischer 36 gut vor durch starke Temperaturdifferenzen in dem Hauptmischer 36 verursachter Eisbildung geschützt.
Eine erste Verbindungsleitung 42 zeigt stromabwärts von der in der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 angeordneten ersten Filtereinrichtung 28 und stromaufwärts von der in der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 angeordneten ersten Fördereinrichtung 26 von der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 ab. Stromabwärts von der in der zweiten Rezirkulationsluftleitung 30 angeordneten zweiten Filtereinrichtung 34 und stromaufwärts von der in der zweiten Rezirkulationsluftleitung 30 angeordneten zweiten Fördereinrichtung 32 mündet die erste Verbindungsleitung 42 in die zweite Rezirkulationsluftleitung. Ferner ist eine zweite Verbindungsleitung 44 vorhanden, die stromabwärts von der in der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 angeordneten ersten Fördereinrichtung 26 von der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 abzweigt und stromabwärts von der in der zweiten Rezirkulationsluftleitung 30 angeordneten zweiten Fördereinrichtung 32 in die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 mündet.
Durch die Ausgestaltung der Mischeranordnung 10 mit der ersten und der zweiten Verbindungsleitung 42, 44 kann bei einem Ausfall der ersten Fördereinrichtung 26 mittels der noch intakten zweiten Fördereinrichtung 32 Luft durch die erste Filtereinrichtung 28 in die erste Rezirkulationsluftleitung 24 und über die erste Verbindungsleitung 42 in die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 gefördert werden. Stromabwärts der zweiten Fördereinrichtung 32 kann die die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 durchströmende Rezirkulationsluft teilweise über die zweite Verbindungsleitung 44 in die erste Rezirkulationsluftleitung 24 zurückgeführt und in den ersten Vormischer 16 geleitet werden. In ähnlicher Weise kann bei einem Ausfall der zweiten Fördereinrichtung 32 mittels der noch intakten ersten Fördereinrichtung 26 Rezirkulationsluft durch die zweite Filtereinrichtung 34 in die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 und schließlich über die erste Verbindungsleitung 42 in die erste Rezirkulationsluftleitung 24 gefördert werden. Stromabwärts der ersten Fördereinrichtung 26 kann die die erste Rezirkulationsluftleitung 24 durchströmende Rezirkulationsluft dann teilweise über die zweite Verbindungsleitung 44 in die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 zurückgeführt und dem zweiten Vormischer 22 zugeleitet werden.
Eine derartige Konfiguration der Mischeranordnung 10 ermöglicht selbst bei einem Ausfall einer der Fördereinrichtungen 26, 32 die Zufuhr von Rezirkulationsluft in die Mischeranordnung 10 durch die erste und die zweite Filtereinrichtung 28, 34. Folglich werden selbst bei einem Ausfall einer Fördereinrichtung 26, 32 beide Filtereinrichtungen 28, 34 gleichmäßig durchströmt, wodurch hohe Druckverluste, die bei der Zufuhr von Rezirkulationsluft in die Mischeranordnung 10 durch lediglich eine Filtereinrichtung 28, 34 auftreten würden, vermieden werden können. Darüber hinaus wird eine gleichmäßige Beanspruchung und folglich gleichmäßige Verschmutzung der Filtereinrichtungen 28, 34 gewährleistet, was ebenfalls dazu beiträgt, hohe Druckverluste über die Filtereinrichtungen 28, 34 zu vermeiden.
Die in dem Hauptmischer 36 erzeugte Mischluft wird über mit dem Hauptmischer 36 verbundene Mischluftauslassleitungen 46 aus dem Hauptmischer 36 abgeführt. Die Mischluftauslassleitungen 46 führen die in dem Hauptmischer 36 erzeugte Mischluft der Kabine des Flugzeugs zu. Ferner zweigt von der ersten Vormischluftleitung 38 eine Vormischluftauslassleitung 48 ab, die einen Frachtbereich des Flugzeugs mit vorgemischter Luft aus dem ersten Vormischer 16 versorgt.
Die in der 2 dargestellte Mischeranordnung 10 unterscheidet sich von dem System gemäß 1 dadurch, dass die erste Rezirkulationsluftleitung 24 und die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 stromabwärts der in der ersten Rezirkulationsluftleitung 24 angeordneten ersten Filtereinrichtung 28 bzw. stromabwärts der in der zweiten Rezirkulationsluftleitung 30 angeordneten zweiten Filtereinrichtung 34 in eine Zusammenführungsleitung 50 münden. Die Zusammenführungsleitung 50 ist über eine erste Zweigleitung 52 mit dem ersten Vormischer 16 und über eine zweite Zweigleitung 54 mit dem zweiten Vormischer 22 verbunden. Über einen Teil ihrer Länge umfasst die Zusammenführungsleitung 50 zwei parallel zueinander durchströmbare Zusammenführungsleitungsabschnitte 56, 58. Die erste Fördereinrichtung 26 ist in dem ersten Zusammenführungsleitungsabschnitt 56 angeordnet, während die zweite Fördereinrichtung 32 in dem zweiten Zusammenführungsleitungsabschnitt 58 angeordnet ist.
Bei einem Ausfall der ersten Fördereinrichtung 26 kann von der noch intakten zweiten Fördereinrichtung 32 Rezirkulationsluft durch die erste Filtereinrichtung 28 in die erste Rezirkulationsluftleitung 24 und von dort in die Zusammenführungsleitung 50 gefördert werden. Über die erste Zweigleitung 52 kann der erste Vormischer 16 dann mit einem Teil der die Zusammenführungsleitung 50 durchströmenden Rezirkulationsluft versorgt werden. In ähnlicher Weise kann bei einem Ausfall der zweiten Fördereinrichtung 32 mittels der noch intakten ersten Fördereinrichtung 26 Rezirkulationsluft durch die zweite Filtereinrichtung 34 und die zweite Rezirkulationsluftleitung 30 in die Zusammenführungsleitung 50 gefördert werden. Die Versorgung des zweiten Vormischers 22 mit einem Teil der die Zusammenführungsleitung 50 durchströmenden Rezirkulationsluft erfolgt dann über die zweite Zweigleitung 54.
Die Leitungskonfiguration der in 2 dargestellten Mischeranordnung 10 ermöglicht, ebenso wie die Leitungskonfiguration des in 1 veranschaulichten Systems selbst bei einem Ausfall einer Fördereinrichtung 26, 32 die Förderung von Rezirkulationsluft durch beide Filtereinrichtungen 28, 34. Dadurch wird wiederum ein hoher Druckverlust, der durch die Förderung von Rezirkulationsluft durch lediglich eine Filtereinrichtung 28, 34 verursacht werden würde, verhindert. Darüber hinaus wird eine gleichmäßige Durchströmung beider Filtereinrichtungen 28, 34 und folglich eine gleichmäßige Verschmutzung beider Filtereinrichtungen 28, 34 ermöglicht.
Die 3a bis c zeigen eine erste Ausführungsform eines in den Mischeranordnungen 10 gemäß den 1 und 2 einsetzbaren ersten Vormischers 16. Der erste Vormischer 16 ist in Form eines Rohrmischers ausgebildet und umfasst einen Frischluftleitungsanschluss 60 sowie einen Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62. Der Frischluftleitungsanschluss 60 und der Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62 sind in einem Winkel von ca. 90 Grad relativ zueinander angeordnet, so dass die Rezirkulationsluft dem den ersten Vormischer 16 durchströmenden Frischluftstrom in einem Winkel von ca. 90 Grad zugeführt wird. Der Frischluftleitungsanschluss 60 hat einen geringeren Strömungsquerschnitt als ein stromabwärts des Frischluftleitungsanschlusses 60 angeordneter Vormischabschnitt 64 des ersten Vormischers 16 und wirkt dadurch als Düse, der die Frischluft mit einer hohen Geschwindigkeit in den Vormischabschnitt 64 zuführt. Durch die Injektorwirkung des mit hoher Geschwindigkeit in den Vormischabschnitt 64 zugeführten Frischluftstroms wird der Druckverlust in dem Vormischabschnitt 64 minimiert.
In dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62 des Vormischers 16 ist eine Strömungssteuerungseinrichtung 66 mit einem Strömungssteuerungskeil 68 angeordnet. Der Querschnitt des Strömungssteuerungskeils 68 erweitert sich in Richtung der Rezirkulationsluftströmung durch den Rezirkulationsluftleitungsanschluss 60 und unterteilt den den Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62 durchströmenden Rezirkulationsluftstrom in zwei Teilströme. Dies führt zur Ausbildung eines warmen Mantelstroms, der sich um den kalten Frischluftstrom legt und dadurch eine Vereisung des ersten Vormischers 16 verhindert. Ferner wird durch den Strömungssteuerungskeil 68 eine Schichtung der dem ersten Vormischer 16 über den Frischluftleitungsanschluss 60 und den Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62 zugeführten kalten und warmen Luftströme erreicht.
Ein in den 4a bis c gezeigter erster Vormischer 16 unterscheidet sich von dem ersten Vormischer 16 gemäß den 3a bis c lediglich dadurch, dass die in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62 angeordnete Strömungssteuerungseinrichtung 66 nicht lediglich einen Strömungssteuerungskeil 68, sondern zwei Strömungssteuerungskeile 68, 68' umfasst. Eine Strömungssteuerungseinrichtung 66 mit zwei Strömungssteuerungskeilen 68, 68' ermöglicht eine weitere Aufteilung des den Rezirkulationsluftleitungsanschluss 62 durchströmenden Rezirkulationsluftstroms und folglich eine stärkere Schichtung von kalten und warmen Luftströmen in dem ersten Vormischer 16.
Ein in den 5a bis c dargestellter erster Vormischer 16 unterscheidet sich schließlich von dem ersten Vormischer 16 gemäß den 4a bis c dadurch, dass der Frischluftleitungsanschluss 60 zweiteilig ausgeführt ist, wobei jeder der beiden Teilanschlüsse einen im Vergleich zu dem Frischluftleitungsanschluss 60 des in den 4a bis c dargestellten ersten Vormischers 16 nochmals verringerten Strömungsquerschnitt aufweist. Dadurch wird die Düsenwirkung des Frischluftleitungsanschlusses 60 verstärkt.
Obwohl in den 3a bis c, 4a bis c und 5a bis c jeweils ein erster Vormischer 16 gezeigt ist, kann selbstverständlich auch der in den Mischeranordnungen 10 gemäß den 1 und 2 eingesetzte zweite Vormischer 22 wie in den 3a bis c, 4a bis c oder 5a bis c dargestellt, gestaltet sein. Der erste und der zweite Vormischer 16, 22 können, je nach Bedarf, gleich oder unterschiedlich gestaltet sein.
In den 6a bis c ist eine erste Ausführungsform eines zum Einsatz in den Mischeranordnungen 10 gemäß den 1 und 2 geeigneten Hauptmischers 36 gezeigt. Der Hauptmischer 36 umfasst einen ersten Vormischluftanschluss 70 sowie einen zweiten Vormischluftanschluss 72. Die Vormischluftanschlüsse 70, 72 sind derart, im Wesentlichen einander gegenüber angeordnet, dass die vorgemischten Luftströme aus dem ersten und dem zweiten Vormischer 16, 22 dem Hauptmischer 36 aus im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zugeführt werden und in einem Mischabschnitt 74 des Hauptmischers 36 aufeinanderprallen. Der erste und der zweite Vormischluftanschluss 70, 72 haben jeweils einen Verlauf, der im Wesentlichen einer Ellipsenbahn folgt. In dem in den 6a bis c gezeigten Ausführungsbeispiel weist der zweite Vormischluftanschluss 72 einen geringeren Strömungsquerschnitt auf als der erste Vormischluftanschluss 70.
In den 7a bis c ist schließlich eine weitere Ausführungsform eines zum Einsatz in den Mischeranordnungen 10 gemäß den 1 und 2 geeigneten Hauptmischers 36 dargestellt. Der in den 7a bis c gezeigte Hauptmischer 36 unterscheidet sich von dem Hauptmischer 36 gemäß den 6a bis c im Wesentlichen dadurch, dass in dem ersten und dem zweiten Vormischluftanschluss 70, 72 eine Strömungssteuerungseinrichtung 76 angeordnet ist. Die Strömungssteuerungseinrichtung 76 umfasst jeweils einen Strömungssteuerungskeil 78, dessen Querschnitt sich in Richtung der Vormischluftströmung durch den ersten und den zweiten Vormischluftanschluss 70, 72 erweitert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4425871 C1 [0003]

Claims

Mischeranordnung (10) für eine Flugzeugklimaanlage, mit: – einer Mehrzahl von Frischluftleitungen (12, 18), die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Mischeranordnung (10) von kalter Frischluft durchströmt zu werden, – einer Mehrzahl von Rezirkulationsluftleitungen (24, 30), die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Mischeranordnung (10) von aus einer Flugzeugkabine abgeführter Rezirkulationsluft durchströmt zu werden, – einem ersten Vormischer (16), der mit mindestens einer Frischluftleitung (12) sowie mindestens einer Rezirkulationsluftleitung (24) verbunden und dazu eingerichtet ist, die über die Frischluftleitung (12) in den ersten Vormischer (16) geführte Frischluft mit der über die Rezirkulationsluftleitung (24) in den ersten Vormischer (16) geführten Rezirkulationsluft zu vermischen, – einem zweiten Vormischer (22), der mit mindestens einer Frischluftleitung (18) sowie mindestens einer Rezirkulationsluftleitung (30) verbunden und dazu eingerichtet ist, die über die Frischluftleitung (18) in den zweiten Vormischer (22) geführte Frischluft mit der über die Rezirkulationsluftleitung (30) in den zweiten Vormischer (22) geführten Rezirkulationsluft zu vermischen, und – einem Hauptmischer (36), der über eine erste Vormischluftleitung (38) mit dem ersten Vormischer (16) und über eine zweite Vormischluftleitung (40) mit dem zweiten Vormischer (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmischer (36) dazu eingerichtet ist, über die erste Vormischluftleitung (38) und die zweite Vormischluftleitung (40) ausschließlich mit vorgemischter Luft aus dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer (16, 22) versorgt zu werden.
Mischeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Rezirkulationsluftleitung (24, 30) eine Filtereinrichtung (28) zur Filterung der die Rezirkulationsluftleitung (24) durchströmenden Rezirkulationsluft angeordnet ist.
Mischeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeranordnung (10) eine erste Verbindungsleitung (42) umfasst, die stromabwärts von einer in einer ersten Rezirkulationsluftleitung (24) angeordneten ersten Filtereinrichtung (28) von der ersten Rezirkulationsluftleitung (24) abzweigt und stromabwärts von einer in einer zweiten Rezirkulationsluftleitung (30) angeordneten zweiten Filtereinrichtung (34) in die zweite Rezirkulationsluftleitung (30) mündet und/oder dass die Mischeranordnung (10) eine zweite Verbindungsleitung (44) umfasst, die stromabwärts von einer in der ersten Rezirkulationsluftleitung (24) angeordneten ersten Fördereinrichtung (26) von der ersten Rezirkulationsluftleitung (24) abzweigt und stromabwärts von einer in der zweiten Rezirkulationsluftleitung (30) angeordneten zweiten Fördereinrichtung (32) in die zweite Rezirkulationsluftleitung (30) mündet.
Mischeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rezirkulationsluftleitung (24) und eine zweite Rezirkulationsluftleitung (30) in eine Zusammenführungsleitung (50) münden, die über eine erste Zweigleitung (52) mit dem ersten Vormischer (16) und über eine zweite Zweigleitung (54) mit dem zweiten Vormischer (22) verbunden ist, wobei die Zusammenführungsleitung (50) vorzugsweise über einen Teil ihrer Länge zwei parallel zueinander durchströmbare Zusammenführungsleitungsabschnitte (56, 58) umfasst, eine erste Fördereinrichtung (26) in einem ersten Zusammenführungsleitungsabschnitt (53) und eine zweite Fördereinrichtung (32) in einem zweiten Zusammenführungsleitungsabschnitt (58) angeordnet ist.
Mischeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Vormischer (16, 22) in Form eines Rohrmischers ausgebildet ist/sind und/oder dass ein Frischluftleitungsanschluss (60) und ein Rezirkulationsluftleitungsanschluss (62) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) so angeordnet sind, dass die warme Rezirkulationsluft dem den ersten und/oder den zweiten Vormischer (16, 22) durchströmenden kalten Frischluftstrom in einem Winkel von ca. 45 Grad bis 90 Grad zugeführt wird.
Mischeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluftleitungsanschluss (60) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) einen geringeren Strömungsquerschnitt hat als ein stromabwärts von dem Frischluftleitungsanschluss (60) angeordneter Vormischabschnitt (64) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) und insbesondere zweiteilig ausgebildet ist, dass in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss (62) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) eine Strömungssteuerungseinrichtung (66) angeordnet ist, die insbesondere mindestens einen Strömungssteuerungskeil (68, 68') umfasst, dessen Querschnitt sich in Richtung der Rezirkulationsluftströmung durch den Rezirkulationsluftleitungsanschluss (62) erweitert, und/oder dass in dem Frischluftleitungsanschluss (60) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) eine Strömungssteuerungseinrichtung angeordnet ist, die insbesondere mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfasst, dessen Querschnitt sich in Richtung der Frischluftströmung durch den Frischluftleitungsanschluss (60) erweitert.
Mischeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmischer (36) einen ersten Vormischluftanschluss (70) sowie einen zweiten Vormischluftanschluss (72) umfasst, die derart angeordnet sind, dass die vorgemischten Luftströme aus dem ersten und dem zweiten Vormischer (16, 22) dem Hauptmischer (36) aus im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zugeführt werden und in einem Mischabschnitt (74) des Hauptmischers (36) aufeinanderprallen.
Mischeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Vormischluftanschluss (70, 72) des Hauptmischers (36) einen Verlauf hat/haben, der im Wesentlichen einer Ellipsenbahn folgt, und/oder dass in dem ersten und/oder dem zweiten Vormischluftanschluss (70, 72) des Hauptmischers (36) eine Strömungssteuerungseinrichtung (76) angeordnet ist, die insbesondere mindestens einen Strömungssteuerungskeil (78) umfasst, dessen Querschnitt sich in Richtung der Vormischluftströmung durch den ersten und/oder den zweiten Vormischluftanschluss (70, 72) erweitert.
Verfahren zum Betreiben einer Mischeranordnung (10) für eine Flugzeugklimaanlage, mit den Schritten: – Leiten von kalter Frischluft durch eine Mehrzahl von Frischluftleitungen (12, 18), – Leiten von aus einer Flugzeugkabine abgeführter Rezirkulationsluft durch eine Mehrzahl von Rezirkulationsluftleitungen (24, 30), – Vormischen der Frischluft aus mindestens einer Frischluftleitung (12) mit der Rezirkulationsluft aus mindestens einer Rezirkulationsluftleitung (30) in einem ersten Vormischer (16), – Vormischen der Frischluft aus mindestens einer Frischluftleitung (18) mit der Rezirkulationsluft aus mindestens einer Rezirkulationsluftleitung (24, 30) in einem zweiten Vormischer (22), und – Mischen der in dem ersten und dem zweiten Vormischer (16, 22) vorgemischten Luft in einem Hauptmischer (36), dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmischer (36) ausschließlich mit vorgemischter Luft aus dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer (16, 22) versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rezirkulationsluftleitungen (24, 30) durchströmenden Rezirkulationsluft mittels geeigneter Filtereinrichtungen (28, 34) gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall einer ersten Fördereinrichtung (26) zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine erste Rezirkulationsluftleitung (24) oder einer zweiten Fördereinrichtung (32) zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine zweite Rezirkulationsluftleitung (30) die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung (24, 30) durchströmende Rezirkulationsluft von der noch intakten Fördereinrichtung (26, 32) über eine erste Verbindungsleitung (42), die stromabwärts von einer in der ersten Rezirkulationsluftleitung (24) angeordneten ersten Filtereinrichtung (28) von der ersten Rezirkulationsluftleitung (24) abzweigt und stromabwärts von einer in der zweiten Rezirkulationsluftleitung (30) angeordneten zweiten Filtereinrichtung (34) in die zweite Rezirkulationsluftleitung (30) mündet, in die zweite oder die erste Rezirkulationsluftleitung (24, 30) gefördert wird und/oder dass bei einem Ausfall der ersten oder der zweiten Fördereinrichtung (26, 32) die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung (24, 30) durchströmende Rezirkulationsluft von der noch intakten Fördereinrichtung (26, 32) über eine zweite Verbindungsleitung (44), die stromabwärts von einer in der ersten Rezirkulationsluftleitung (24, 30) angeordneten ersten Fördereinrichtung (26) von der ersten Rezirkulationsluftleitung (24) abzweigt und stromabwärts von einer in der zweiten Rezirkulationsluftleitung (30) angeordneten zweiten Fördereinrichtung (32) in die zweite Rezirkulationsluftleitung (30) mündet, in die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung (24, 30) zurückgefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall einer ersten Fördereinrichtung (26) zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine erste Rezirkulationsluftleitung (24) oder einer zweiten Fördereinrichtung (32) zur Förderung von Rezirkulationsluft durch eine zweite Rezirkulationsluftleitung (30) die erste oder die zweite Rezirkulationsluftleitung (24, 30) durchströmende Rezirkulationsluft von der noch intakten Fördereinrichtung (26, 32) in eine Zusammenführungsleitung (50) gefördert wird, in die die erste Rezirkulationsluftleitung (24) und die zweite Rezirkulationsluftleitung (30) münden und die über eine erste Zweigleitung (52) mit dem ersten Vormischer (16) und über eine zweite Zweigleitung (54) mit dem zweiten Vormischer (22) verbunden ist, wobei die Zusammenführungsleitung (50) vorzugsweise über einen Teil ihrer Länge zwei parallel zueinander durchströmbare Zusammenführungsleitungsabschnitte (56, 58) umfasst, die erste Fördereinrichtung (26) in einem ersten Zusammenführungsleitungsabschnitt (56) und die zweite Fördereinrichtung (32) in einem zweiten Zusammenführungsleitungsabschnitt (58) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die warme Rezirkulationsluft dem den ersten und/oder den zweiten Vormischer (16, 22) durchströmenden kalten Frischluftstrom in einem Winkel von ca. 90° zugeführt wird, dass die kalte Frischluft dem ersten und/oder dem zweiten Vormischer (16, 22) durch einen Frischluftleitungsanschluss (60) zugeführt wird, der einen geringeren Strömungsquerschnitt hat als ein stromabwärts des Frischluftleitungsanschlusses (60) angeordneter Vormischabschnitt (64) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) und insbesondere zweiteilig ausgebildet ist, dass die Strömung der Rezirkulationsluft durch einen Rezirkulationsluftleitungsanschluss (62) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) mittels einer in dem Rezirkulationsluftleitungsanschluss (62) angeordneten Strömungssteuerungseinrichtung (66) gesteuert wird, die insbesondere mindestens einen Strömungssteuerungskeil (68, 68') umfasst, dessen Querschnitt sich in Richtung der Rezirkulationsluftströmung durch den Rezirkulationsluftleitungsanschluss (62) erweitert, und/oder dass die Strömung der Frischluft durch den Frischluftleitungsanschluss (60) des ersten und/oder des zweiten Vormischers (16, 22) mittels einer in dem Frischluftleitungsanschluss (60) angeordneten Strömungssteuerungseinrichtung gesteuert wird, die insbesondere mindestens einen Strömungssteuerungskeil umfasst, dessen Querschnitt sich in Richtung der Frischluftströmung durch den Frischluftleitungsanschluss (60) erweitert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgemischten Luftströme aus dem ersten und dem zweiten Vormischer (16, 22) dem Hauptmischer (36) aus im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zugeführt werden und in einem Mischabschnitt (74) des Hauptmischers (36) aufeinanderprallen, wobei ein erster und/oder ein zweiter Vormischluftanschluss (70, 72) des Hauptmischers (36) insbesondere einen Verlauf hat/haben, der im Wesentlichen einer Ellipsenbahn folgt, und/oder dass die Strömung der Vormischluft durch den ersten und/oder den zweiten Vormischluftanschluss (70, 72) des Hauptmischers (36) mittels einer in dem ersten und/oder dem zweiten Vormischluftanschluss (70, 72) des Hauptmischers (36) angeordneten Strömungssteuerungseinrichtung (76) gesteuert wird, die insbesondere mindestens einen Strömungssteuerungskeil (78) umfasst, dessen Querschnitt sich in Richtung der Vormischluftströmung durch den ersten und/oder den zweiten Vormischluftanschluss (70, 72) erweitert.
Flugzeugklimaanlage, gekennzeichnet durch eine Mischeranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.