DE102015223548A1

DE102015223548A1 - Flugzeugklimaanlage mit Umgebungsluftzufuhr und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Flugzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102015223548A1
Application number: DE102015223548.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Klimpel
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-01
Also published as: EP3173337B1; CN107054664A; US10435160B2; US20170152050A1; EP3173337A1; CN107054664B

Abstract

Eine Flugzeugklimaanlage (10) umfasst eine von Umgebungsluft durchströmbare Umgebungsluftzufuhrleitung (12), ein Umgebungsluftkühlgerät (28), das mit der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) verbunden und dazu eingerichtet ist, die die Umgebungsluftzufuhrleitung (12) durchströmende Umgebungsluft zu kühlen, eine Umgebungsluftabfuhrleitung (62), die mit dem Umgebungsluftkühlgerät (28) verbunden und mit einer Flugzeugkabine (48) verbindbar ist, um von dem Umgebungsluftkühlgerät (28) gekühlte Umgebungsluft in die Flugzeugkabine (48) zu leiten, eine von komprimierter Prozessluft durchströmbare Prozessluftzufuhrleitung (30), ein Prozessluftkühlgerät (38), das mit der Prozessluftzufuhrleitung (30) verbunden und dazu eingerichtet ist, die die Prozessluftzufuhrleitung (30) durchströmende komprimierte Prozessluft zu kühlen, eine Prozessluftabfuhrleitung (40), die mit dem Prozessluftkühlgerät (38) verbunden und mit der Flugzeugkabine (48) verbindbar ist, um von dem Prozessluftkühlgerät (38) gekühlte Prozessluft in die Flugzeugkabine (48) zu leiten, und eine Kältemaschine (68), die einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf (70) umfasst, der mit dem Umgebungsluftkühlgerät (28) und dem Prozessluftkühlgerät (38) thermisch gekoppelt ist, um Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät (28) und dem Prozessluftkühlgerät (38) an das in dem Kältemittelkreislauf (70) zirkulierende Kältemittel zu übertragen. Eine von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigende Bypassleitung (82) ist dazu eingerichtet, zumindest in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage (10) die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende gekühlte Prozessluft in eine Flugzeugumgebung abzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flugzeugklimaanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage.
In Verkehrsflugzeugen werden derzeit zur Klimatisierung der Flugzeugkabine üblicherweise sogenannte luftgestützte Klimaanlagen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE 10 2008 053 320 B4 bzw. der US 8,333,078 B2 oder der EP 2 651 763 A2 bzw. der US 2013/269374 A1 beschrieben sind. Eine Flugzeugklimaanlage dient der Einstellung und Aufrechterhaltung eines gewünschten Drucks, einer gewünschten Temperatur und einer gewünschten Luftfeuchtigkeit in einer Flugzeugkabine. Darüber hinaus führt die Flugzeugklimaanlage ausreichend Frischluft in die Flugzeugkabine zu, um sicherzustellen, dass in der Flugzeugkabine ein vorgeschriebener Mindestanteil von Frischluft vorhanden ist.
Luftgestützte Flugzeugklimaanlagen umfassen in der Regel ein Klimaaggregat, dem von den Triebwerken des Flugzeugs, einem separaten Verdichter oder einem Hilfstriebwerk (APU, Auxiliary Power Unit) verdichtete Prozessluft zugeführt wird. Im Flugbetrieb des Flugzeugs wird vorwiegend Triebswerkszapfluft zur Versorgung des Klimaaggregats der Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft genutzt. Im Bodenbetrieb des Flugzeugs wird dem Klimaaggregat der Flugzeugklimaanlage dagegen üblicherweise von dem Hilfstriebwerk oder einem flugzeugexternen Lufterzeugungsaggregat verdichtete Prozessluft zugeführt. In dem Klimaaggregat wird die Prozessluft beim Durchströmen mindestens einer Wärmetauschereinheit sowie diverser Verdichtungs- und Expansionseinheiten abgekühlt und entspannt. Aus dem Klimaaggregat austretende gekühlte Prozessluft wird schließlich in eine Mischkammer geleitet und dort mit aus einem zu klimatisierenden Flugzeugbereich abgeführter Rezirkulationsluft gemischt. Die Mischluft aus der Mischkammer wird über entsprechende Mischluftleitungen in den zu klimatisierenden Flugzeugbereich geleitet, der in Form einer Passagierkabine, eines Cockpits, eines Frachtraums, eines Crew-Ruheraum oder dergleichen ausgestaltet sein kann.
Die DE 10 2010 034 830 A1 und die WO 2012/022758 A1 beschreiben eine Flugzeugklimaanlage, bei der verdichtete Prozessluft, die einem Triebwerk des Flugzeugs entnommen wird, durch die Übertragung von Wärme auf ein einen Kühlkreislauf durchströmendes Kühlmittel gekühlt wird. Eine Turbine, die dazu dient, die verdichtete Prozessluft vor der Zufuhr in eine Flugzeugkabine zu expandieren, wird dazu verwendet, einen in dem Kühlkreislauf angeordneten Kompressor anzutreiben.
Aus der EP 2 821 346 A1 und der US 2015/013355 A1 ist eine Flugzeugklimaanlage bekannt, die eine von Umgebungsluft durchströmbare Umgebungsluftzufuhreitung umfasst. Ein Umgebungsluftkühlgerät, das mit der Umgebungsluftzufuhrleitung verbunden ist, ist dazu eingerichtet, die die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmende Umgebungsluft zu kühlen. Die Flugzeugklimaanlage umfasst ferner eine Umgebungsluftabfuhrleitung, die mit dem Umgebungsluftkühlgerät verbunden und mit einer Flugzeugkabine verbindbar ist, und eine Zufuhrleitung für komprimierte Zapfluft, die von komprimierter Luft durchströmbar ist. Ein Kühlgerät für komprimierte Luft ist mit der Zufuhrleitung für komprimierte Zapfluft verbunden und dazu eingerichtet, die komprimierte Luft, die die Zufuhrleitung für komprimierte Zapfluft durchströmt, zu kühlen. Eine Abfuhrleitung für komprimierte Luft ist mit dem Kühlgerät für komprimierte Luft verbunden und mit der Flugzeugkabine verbindbar. Eine Kältemaschine umfasst einen von einem zweiphasigen Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf und ist dazu eingerichtet, das zweiphasige Kältemittel beim Durchströmen des Kältemittelkreislaufs vom flüssigen Aggregatzustand in den gasförmigen Aggregatzustand und anschließend vom gasförmigen Aggregatzustand wieder zurück in den flüssigen Aggregatzustand zu konvertieren, wobei der Kältemittelkreislauf der Kältemaschine dazu eingerichtet ist, dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Kühlgerät für komprimierte Luft Kühlenergie zuzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in verschiedenen Betriebszuständen flexibel betreibbare Flugzeugklimaanlage bereitzustellen, die eine energieeffiziente und treibstoffsparende Klimatisierung einer Flugzeugkabine ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Flugzeugklimaanlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Flugzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Eine Flugzeugklimaanlage umfasst eine von Umgebungsluft durchströmbare Umgebungsluftzufuhrleitung. Ferner umfasst die Flugzeugklimaanlage ein Umgebungsluftkühlgerät, das mit der Umgebungsluftzufuhrleitung verbunden und dazu eingerichtet ist, die die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmende Umgebungsluft zu kühlen.
Das Umgebungsluftkühlgerät kann beispielsweise einen Wärmetauscher umfassen. Eine Umgebungsluftabfuhrleitung ist mit dem Umgebungsluftkühlgerät verbunden und mit einer Flugzeugkabine verbindbar. Über die Umgebungsluftabfuhrleitung kann somit von dem Umgebungsluftkühlgerät gekühlte Umgebungsluft in die Flugzeugkabine geleitet werden.
Die Flugzeugklimaanlage umfasst ferner eine von komprimierter Prozessluft durchströmbare Prozessluftzufuhrleitung. Die Prozessluftzufuhrleitung kann mit einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs verbindbar sein. Der Prozessluftzufuhrleitung kann dann dem Triebwerk oder dem Hilfstriebwerk entnommene Zapfluft zugeführt werden. Alternativ dazu kann die Prozessluftzufuhrleitung jedoch auch mit einem unabhängig von einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk des Flugzeugs ausgebildeten Kompressor verbindbar sein, der der Prozessluftzufuhrleitung komprimierte Prozessluft zugeführt. Die Zufuhr von komprimierter Prozessluft in die Prozessluftzufuhrleitung kann mittels eines in der Prozessluftzufuhrleitung angeordneten Ventils gesteuert werden.
Ein Prozessluftkühlgerät ist mit der Prozessluftzufuhrleitung verbunden und dazu eingerichtet, die die Prozessluftzufuhrleitung durchströmende komprimierte Prozessluft zu kühlen. Ähnlich wie das Umgebungsluftkühlgerät kann auch das Prozessluftkühlgerät einen Wärmetauscher umfassen. Eine Prozessluftabfuhrleitung ist mit dem Prozessluftkühlgerät verbunden und mit der Flugzeugkabine verbindbar. Über die Prozessluftabfuhrleitung kann somit von dem Prozessluftkühlgerät gekühlte Prozessluft in die Flugzeugkabine geleitet werden.
Eine Kältemaschine der Flugzeugklimaanlage umfasst einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf, der mit dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Prozessluftkühlgerät thermisch gekoppelt ist, um Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Prozessluftkühlgerät an das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel zu übertragen. Die die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmende Umgebungsluft und die die Prozessluftzufuhrleitung durchströmende Prozessluft werden somit durch die Abgabe von Wärmeenergie an das in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine zirkulierende Kältemittel gekühlt, so dass die Kabine eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs im Normalbetrieb der Flugzeugklimaanlage sowohl mit gekühlter Prozessluft als auch mit gekühlter Umgebungsluft versorgt werden kann. Dadurch kann die zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Klimatisation der Flugzeugklimaanlage erforderliche Menge an gekühlter Prozessluft reduziert werden. Insbesondere dann, wenn die die Prozessluftzufuhrleitung durchströmende Prozessluft von einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk des Flugzeugs bereitgestellt wird, ermöglicht dies eine Verringerung des Treibstoffverbrauchs des Flugzeugs. Ferner kann durch die Zufuhr von gekühlter Umgebungsluft in die Flugzeugkabine gewährleistet werden, dass der Flugzeugkabine genügend Frischluft zugeführt wird.
Das in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine zirkulierende Kältemittel ist vorzugsweise ein zweiphasiges Kältemittel, das beim Durchströmen des Kältemittelkreislaufs bei der Aufnahme von Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Prozessluftkühlgerät vom flüssigen Aggregatzustand in den gasförmigen Aggregatzustand versetzt und anschließend durch entsprechende Druck- und Temperatursteuerung in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine vom gasförmigen Aggregatzustand wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurück konvertiert wird. Beispielsweise kann R134A (CH₂F-CF₃), CO₂ oder R-245fa (1,1,1,3,3-Pentafuoropropan) als zweiphasiges Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine zirkuliert werden. Der zur Kühlung des Umgebungsluftkühlgeräts und des Prozessluftkühlgerät eingesetzte Kühlprozess ist folglich vorzugsweise als Kaltdampfprozess realisiert, der sich durch eine hohe Energieeffizienz auszeichnet.
Das Umgebungsluftkühlgerät kann in Form eines Kältemittelverdampfers ausgebildet sein, der eine thermische Kopplung zwischen der die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmenden Umgebungsluft und dem in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine zirkulierenden Kältemittel herstellt. Die Umgebungsluft kann dann durch die Übertragung von Wärmeenergie an das Kältemittel gekühlt werden, wobei das Kältemittel bei der Aufnahme der Wärmeenergie von der Umgebungsluft in dem Umgebungsluftkühlgerät vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch das Prozessluftkühlgerät in Form eines Kältemittelverdampfers ausgebildet sein, der eine thermische Kopplung zwischen der die Prozessluftzufuhrleitung durchströmenden Prozessluft und dem in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine zirkulierenden Kältemittel herstellt. Die Prozessluft kann dann durch die Übertragung von Wärmeenergie an das Kältemittel gekühlt werden, wobei das Kältemittel bei der Aufnahme von Wärmeenergie von der Prozessluft in dem Prozessluftkühlgerät vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt wird.
Das Umgebungsluftkühlgerät und das Prozessluftkühlgerät sind vorzugsweise parallel zueinander thermisch mit dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine gekoppelt. Insbesondere können das Umgebungsluftkühlgerät und das Prozessluftkühlgerät parallel zueinander in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeordnet sein. Neben dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Prozessluftkühlgerät können in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine ein Kältemittelkompressor, ein Verflüssiger, ein Kältemittelsammler und/oder ein Expansionsventil, angeordnet sein.
Der Kältemittelkompressor kann beispielsweise in Form eines Radialkompressors ausgebildet sein. Der Verflüssiger ist vorzugsweise thermisch mit einem Stauluftkanal gekoppelt, so dass Wärmeenergie von dem Verflüssiger an den Stauluftkanal durchströmende Stauluft übertragen werden kann. Beispielsweise kann der Verflüssiger in Form eines in einem Stauluftkanal angeordneten Wärmetauschers ausgebildet sein. Der Kältemittelsammler ist vorzugsweise stromabwärts des Kältemittelverflüssigers in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeordnet und dient der Zwischenspeicherung von aus dem Verflüssiger austretendem Kältemittel im flüssigen Aggregatzustand. Das Umgebungsluftkühlgerät und das Prozessluftkühlgerät sind vorzugsweise stromabwärts des Expansionsventils in dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeordnet. Der Begriff ”stromabwärts” bezieht sich hier auf die Strömungsrichtung des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine.
Schließlich umfasst die Flugzeugklimaanlage eine von der Prozessluftabfuhrleitung abzweigende Bypassleitung. Die Bypassleitung ist dazu eingerichtet, zumindest in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft in eine Flugzeugumgebung abzuführen. Die Flugzeugklimaanlage ist somit in einem Mischluftmodus betreibbar, in dem der Flugzeugkabine sowohl gekühlte Prozessluft als auch gekühlte Umgebungsluft zugeführt wird. Falls gewünscht oder erforderlich, d. h. wenn in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage keine Prozessluft aus der Prozessluftabfuhrleitung in die Flugzeugkabine geleitet werden soll, kann die Flugzeugklimaanlage jedoch auch in einem reinen Umgebungsluftmodus betrieben werden, in dem der Flugzeugkabine keine Prozessluft aus der Prozessluftabfuhrleitung, sondern lediglich Umgebungsluft aus der Umgebungsluftabfuhrleitung zugeführt wird. Im reinen Umgebungsluftmodus wird die gesamte Prozessluft aus der Prozessluftabfuhrleitung über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt. Dies ermöglicht einen besonders flexiblen Betrieb der Flugzeugklimaanlage.
Grundsätzlich kann die Prozessluftabfuhrleitung direkt mit der Flugzeugkabine verbindbar sein, um die die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft unmittelbar in die Flugzeugkabine zu leiten. Vorzugsweise ist die Prozessluftabfuhrleitung jedoch über eine Mischkammer mit der Flugzeugkabine verbindbar, in der die Prozessluft mit aus der Flugzeugkabine abgeführter Rezirkulationsluft vermischt wird. In ähnlicher Weise kann die Umgebungsluftabfuhrleitung direkt mit der Flugzeugkabine verbindbar sein, um die die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmende Umgebungsluft unmittelbar in die Flugzeugkabine zu leiten. Vorzugsweise ist die Umgebungsluftabfuhrleitung jedoch über eine Mischkammer mit der Flugzeugkabine verbindbar, in der die Umgebungsluft aus der Umgebungsluftabfuhrleitung mit aus der Flugzeugkabine abgeführter Rezirkulationsluft und gegebenenfalls mit Luft aus der Prozessluftabfuhrleitung vermischt wird.
Wenn der Mischkammer gekühlte Prozessluft und gekühlte Umgebungsluft zugeführt wird, d. h. die Flugzeugklimaanlage im Mischluftmodus betrieben wird, werden in der Mischkammer die Prozessluft und die Umgebungsluft mit der Rezirkulationsluft aus der Flugzeugkabine vermischt. Der Flugzeugkabine wird dann aus gekühlter Prozessluft, gekühlter Umgebungsluft und Rezirkulationsluft bestehende Mischluft zugeführt. Wenn der Mischkammer dagegen keine Prozessluft, sondern ausschließlich gekühlte Umgebungsluft zugeführt wird, d. h. die Flugzeugklimaanlage im reinen Umgebungsluftmodus betrieben wird, wird in der Mischkammer die Umgebungsluft mit der Rezirkulationsluft aus der Flugzeugkabine vermischt. Der Flugzeugkabine wird dann aus gekühlter Umgebungsluft und Rezirkulationsluft bestehende Mischluft zugeführt.
Eine Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung in Abhängigkeit eines Betriebszustands einer Prozessluftquelle und/oder in Abhängigkeit einer Zusammensetzung der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden gekühlten Prozessluft zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abzuführen, wenn, zum Beispiel mittels entsprechender Sensoren, ein Fehlbetrieb der Prozessluftquelle erfasst wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abzuführen, wenn die Prozessluft nicht die gewünschte Zusammensetzung hat.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung derart zu steuern, dass die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird, wenn ein Qualitätsparameter der Prozessluft einen Schwellwert überschreitet. Der Qualitätsparameter der Prozessluft kann beispielsweise ein Grenzwert eines in der Prozessluft enthaltenen Stoffes sein, der nicht überschritten werden soll. Der Qualitätsparameter der Prozessluft kann beispielsweise mittels entsprechender in der Prozessluftzufuhrleitung und/oder der Prozessluftabfuhrleitung angeordneter Sensoren ermittelt werden. Durch eine derartige Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage wird sichergestellt, dass Prozessluft, die nicht zur Zufuhr in die Flugzeugkabine geeignet ist, auch nicht in die Flugzeugkabine gelangt.
In der Bypassleitung kann ein Bypassventil zur Steuerung der Prozessluftströmung durch die Bypassleitung angeordnet sein. Der Betrieb des Bypassventils kann durch die Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage gesteuert werden. Das Bypassventil kann in Form eines Ventils mit einem variablen Strömungsquerschnitt ausgeführt sein. Im vollständig geöffneten Zustand des Bypassventils wird vorzugsweise die gesamte die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeleitet. Im vollständig geschlossenen Zustand des Bypassventils wird vorzugsweise die gesamte die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft in die Flugzeugkabine geleitet.
Schließlich kann das Bypassventil unter der Steuerung der Steuereinrichtung auch teilweise geöffnet werden, so dass ein Teil der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden Prozessluft in die Flugzeugkabine geleitet und der verbleibende Teil der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden Prozessluft in die Flugzeugumgebung abgeführt werden kann. Eine Teilöffnung des Bypassventils kann beispielsweise dann in Betracht gezogen werden, wenn der Qualitätsparameter der Prozessluft zwar den Schwellwert überschreitet, durch eine entsprechende Vermischung des nicht über die Bypassleitung abgeleiteten Teils der Prozessluft mit der Umgebungsluft aus der Umgebungsluftabfuhrleitung jedoch eine Qualität der aus Prozessluft und Umgebungsluft bestehenden Mischluft erreicht wird, die zur Zufuhr in die Flugzeugkabine geeignet ist.
Die von der Prozessluftabfuhrleitung abzweigende Bypassleitung kann in einen Stauluftkanal münden. Beispielsweise kann die Bypassleitung in den Stauluftkanal münden, in dem auch der Kältemittelverflüssiger der Kältemaschine angeordnet ist. Dadurch kann auf die Bereitstellung eines zusätzlichen Luftauslasses in einer Außenhaut eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs verzichtet werden.
Die Flugzeugklimaanlage kann ferner einen in der Prozessluftabfuhrleitung angeordneten Wasserabscheider umfassen. Der Wasserabscheider kann stromabwärts des Prozessluftkühlgeräts in der Prozessluftabfuhrleitung angeordnet sein, wobei sich der Begriff ”stromabwärts” hier auf die Strömungsrichtung der Prozessluft durch die Prozessluftabfuhrleitung bezieht. Der Wasserabscheider, der beispielsweise in Form eines Hochdruckabscheiders ausgeführt sein kann, kann dazu dienen, Wasser aus dem beim Durchströmen des Prozessluftkühlgeräts gekühlten Prozessluftstrom abzuscheiden. Mittels des Wasserabscheiders aus dem Prozessluftstrom abgeschiedenes flüssiges Wasser kann in einen Stauluftkanal geleitet werden, um mit der den Stauluftkanal durchströmenden Stauluft in die Flugzeugumgebung abgeführt zu werden.
Ferner kann in der Prozessluftabfuhrleitung ein Wärmetauscher angeordnet sein, der dazu dient, zusätzliche Wärmeenergie von der die Prozessluftabfuhrleitung insbesondere stromabwärts des Wasserabscheiders durchströmenden Prozessluft an die die Prozessluftzufuhrleitung stromaufwärts des Prozessluftkühlgeräts durchströmende Prozessluft zu übertragen. Die Begriffe ”stromabwärts” und ”stromaufwärts” beziehen sich hier auf die Strömungsrichtung der Prozessluft durch die Prozessluftabfuhrleitung und die Prozessluftzufuhrleitung.
Schließlich kann eine Prozessluftturbine in der Prozessluftabfuhrleitung angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Prozessluftturbine stromabwärts des Wärmetauschers in der Prozessluftabfuhrleitung angeordnet. Der Begriff ”stromabwärts” bezieht sich hier auf die Strömungsrichtung der Prozessluft durch die Prozessluftabfuhrleitung. In der Prozessluftturbine wird die die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft expandiert. Die Prozessluftturbine ist vorzugsweise mit dem Kältemittelkompressor der Kältemaschine gekoppelt, um den Kältemittelkompressor der Kältemaschine anzutreiben.
Die Bypassleitung zweigt vorzugsweise stromabwärts der Prozessluftturbine von der Prozessluftabfuhrleitung ab. Der Begriff ”stromabwärts” bezieht sich hier wiederum auf die Strömungsrichtung der Prozessluft durch die Prozessluftabfuhrleitung. Dadurch kann die gesamte Energie der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden Prozessluft selbst dann zum Antreiben der Prozessluftturbine und folglich zum Antreiben des Kältemittelkompressors der Kältemaschine genutzt werden, wenn die die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft stromabwärts der Prozessluftturbine über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird.
Zwischen der Umgebungsluftabfuhrleitung und der Flugzeugkabine bzw. der Mischkammer kann eine direkte Verbindung bestehen. Vorzugsweise mündet die Umgebungsluftabfuhrleitung jedoch stromaufwärts der Mischkammer bzw. der Flugzeugkabine in die Prozessluftabfuhrleitung, so dass die gekühlte Umgebungsluft aus der Umgebungsluftabfuhrleitung über die Prozessluftabfuhrleitung in die Mischkammer bzw. die Flugzeugkabine geleitet werden kann. Die Umgebungsluftabfuhrleitung kann einen ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig umfassen, der stromaufwärts der Prozessluftturbine und insbesondere stromaufwärts des Wasserabscheiders in die Prozessluftabfuhrleitung münden kann. Ferner kann die Umgebungsluftabfuhrleitung einen zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig umfassen, der stromabwärts der Prozessluftturbine in die Prozessluftabfuhrleitung münden kann. Die Begriffe ”stromaufwärts” bzw. ”stromabwärts” beziehen sich hier auf die Strömungsrichtung der Prozessluft durch die Prozessluftabfuhrleitung. Über den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig kann die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmende Umgebungsluft einem Hochdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung zugeführt werden. Im Gegensatz dazu dient der zweite Umgebungsluftabfuhrleitungszweig dazu, Umgebungsluft aus der Umgebungsluftabfuhrleitung in einen Niedrigdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung zu leiten.
Im Flugbetrieb eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs variiert der Druck der zuerst die Umgebungsluftzufuhrleitung, dann das Umgebungsluftkühlgerät und anschließend die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmenden Umgebungsluft in Abhängigkeit der Flughöhe des Flugzeugs. Das oben beschriebene Design der Umgebungsluftabfuhrleitung mit einem in einen Hochdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung mündenden ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig und einem in einen Niedrigdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung mündenden zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig ermöglicht es, diesen variierenden Druck der Umgebungsluft bei der Zufuhr der Umgebungsluft in die Prozessluftabfuhrleitung zu berücksichtigen.
Die Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage kann dazu eingerichtet sein, die Verteilung von Umgebungsluft auf den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig und den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig in Abhängigkeit des Drucks der die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmenden Umgebungsluft zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Umgebungsluft über den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig in den Hochdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung zu leiten, wenn der Druck der die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmenden Umgebungsluft einen Schwellwert überschreitet. Entsprechend kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig in den Niedrigdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung zu leiten, wenn der Druck der die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmende Umgebungsluft geringer als der Schwellwert ist.
Ferner kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Umgebungsluftströmung durch die Umgebungsluftabfuhrleitung derart zu steuern, dass ein erster Teil der Umgebungsluft über den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig in den Hochdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung geleitet wird, während ein zweiter Teil der strömenden Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig in den Niedrigdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung geleitet wird. Das Verhältnis zwischen dem in den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig geleiteten Umgebungsluftvolumenstrom und dem in den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig geleiteten Umgebungsluftvolumenstrom kann durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Drucks der die Umgebungsluftabfuhrleitung durchströmenden Umgebungsluft gesteuert werden. Zur Steuerung der Umgebungsluftzufuhr in den ersten und den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig kann ein geeignetes Ventil, insbesondere ein Dreiwegeventil, das einen variierbaren Strömungsquerschnitt haben kann, in der Umgebungsluftabfuhrleitung angeordnet sein.
Der zweite Umgebungsluftabfuhrleitungszweig mündet vorzugsweise nicht nur stromabwärts der Prozessluftturbine, sondern auch stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung von der Prozessluftabfuhrleitung in die Prozessluftabfuhrleitung. Der Begriff ”stromabwärts” bezieht sich hier wiederum auf die Strömungsrichtung der Prozessluft durch die Luft Abfuhrleitung. Wenn die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft, d. h. zumindest ein Teil der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden Prozessluft nicht in die Flugzeugkabine gelangen soll, sondern über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird, wird die Umgebungsluftströmung durch die Umgebungsluftabfuhrleitung durch die Steuereinrichtung vorzugsweise derart gesteuert, dass die gesamte Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung von der Prozessluftabfuhrleitung in die Prozessluftabfuhrleitung geleitet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Umgebungsluft nicht zusammen mit der Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird.
Zwischen der Abzweigung der Bypassleitung von der Prozessluftabfuhrleitung und der Mündung des zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweigs in die Prozessluftabfuhrleitung ist in der Prozessluftabfuhrleitung vorzugsweise ein weiteres Ventil angeordnet, das, beispielsweise von der Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage, synchronisiert mit dem in der Bypassleitung angeordneten Bypassventil gesteuert werden kann, um den Prozessluftstrom durch die Bypassleitung zu steuern. Das weitere Ventil kann einen variablen Strömungsquerschnitt haben.
Insbesondere kann das in der Prozessluftabfuhrleitung zwischen der Abzweigung der Bypassleitung von der Prozessluftabfuhrleitung und der Mündung des zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweigs in die Prozessluftabfuhrleitung angeordnete weitere Ventil geschlossen werden, wenn das Bypassventil geöffnet wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die gesamte die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird und lediglich gekühlte Umgebungsluft in die Flugzeugkabine gelangt. Ferner wird verhindert, dass Umgebungsluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung entweicht. Wenn lediglich ein Teil der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt werden soll, kann das weitere Ventil auch teilweise geöffnet werden, so dass der gewünschte Prozessluftvolumenstrom das weitere Ventil passieren kann.
In der Umgebungsluftzufuhrleitung kann ein Umgebungsluftkompressor zum Verdichten der die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmenden Umgebungsluft angeordnet sein. Der Umgebungsluftkompressor kann in Form eines Radialkompressors ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Flugzeugklimaanlage ist der Umgebungsluftkompressor mit der Prozessluftturbine gekoppelt, so dass der Umgebungsluftkompressor von der Prozessluftturbine angetrieben werden kann. Beispielsweise können der Kältemittelkompressor, der Umgebungsluftkompressor und die Prozessluftturbine auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein.
Ferner kann in der Umgebungsluftzufuhrleitung ein Umgebungsluftvorkühler angeordnet sein, der dazu dient, die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmende Umgebungsluft vor deren Zufuhr in das Umgebungsluftkühlgerät vorzukühlen. Der Umgebungsluftvorkühler ist vorzugsweise thermisch mit einem Stauluftkanal gekoppelt und insbesondere in dem Stauluftkanal angeordnet, in dem auch der Kältemittelverflüssiger der Kältemaschine platziert ist. Der Umgebungsluftvorkühler kann in Form eines Wärmetauschers ausgebildet sein.
In der Prozessluftzufuhrleitung kann ein Prozessluftvorkühler angeordnet sein, der dazu dient, die Prozessluftzufuhrleitung durchströmende Prozessluft vor deren Zufuhr in das Prozessluftkühlgerät vorzukühlen. Der Prozessluftvorkühler ist vorzugsweise thermisch mit einem Stauluftkanal gekoppelt und insbesondere in dem Stauluftkanal angeordnet, in dem auch der Kältemittelverflüssiger der Kältemaschine und der Umgebungsluftvorkühler platziert sind. Ähnlich wie der Umgebungsluftvorkühler kann auch der Prozessluftvorkühler in Form eines Wärmetauschers ausgebildet sein. Bezogen auf die Strömungsrichtung der Stauluft durch den Stauluftkanal ist der Kältemittelverflüssiger der Kältemaschine vorzugsweise stromaufwärts des Umgebungsluftvorkühlers in dem Stauluftkanal angeordnet. Der Umgebungsluftvorkühler ist dagegen vorzugsweise stromaufwärts des Prozessluftvorkühlers platziert.
Im Flugbetrieb eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs sorgt der sich im Bereich eines Einlasses des Stauluftkanals aufbauende Staudruck für eine ausreichende Zufuhr von Stauluft in den Stauluftkanal. Um auch im Bodenbetrieb des Flugzeugs für eine ausreichende Durchströmung des Stauluftkanals mit Luft zu sorgen kann eine beispielsweise in Form eines Gebläses ausgebildete Fördereinrichtung in dem Stauluftkanal positioniert sein. Die Fördereinrichtung ist vorzugsweise stromabwärts des Prozessluftvorkühlers in dem Stauluftkanal angeordnet, wobei sich der Begriff ”stromabwärts” hier auf die Strömungsrichtung der Stauluft durch den Stauluftkanal bezieht.
Die Bypassleitung mündet vorzugsweise stromabwärts eines in dem Stauluftkanal angeordneten Kältemittelverflüssigers, eines in dem Stauluftkanal angeordneten Umgebungsluftvorkühlers und/oder eines in dem Stauluftkanal angeordneten Prozessluftvorkühlers in den Stauluftkanal. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Bypassleitung auch stromabwärts einer in dem Stauluftkanal angeordneten Fördereinrichtung in den Stauluftkanal münden, wobei sich der Begriff ”stromabwärts” hier wiederum auf die Strömungsrichtung der Stauluft durch den Stauluftkanal bezieht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kühlung der in dem Stauluftkanal angeordneten Komponenten durch die den Stauluftkanal durchströmenden Stauluft durch die Zufuhr von Prozessluft aus der Bypassleitung nicht beeinträchtigt wird.
Grundsätzlich kann die Umgebungsluftzufuhrleitung unmittelbar mit der Flugzeugumgebung verbunden sein. Beispielsweise kann in einer Außenhaut eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs eine entsprechende Öffnung vorgesehen sein, über die der Umgebungsluftzufuhrleitung Umgebungsluft zugeführt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die Umgebungsluftzufuhrleitung von einem Stauluftkanal abzweigt. Vorzugsweise ist ein Einlassende der Umgebungsluftzufuhrleitung jedoch mit einem Scoopeinlass verbunden. Über den Scoopeinlass kann Umgebungsluft aus einer Luftschicht entnommen werden, die über einer sich im Flugbetrieb eines Flugzeugs entlang einer Außenhaut des Flugzeugs aufbauenden Grenzschicht liegt. Dadurch kann der aerodynamische Verlust, der durch die Umgebungsluftzufuhr in die Flugzeugklimaanlage minimiert werden. Falls gewünscht oder erforderlich, können mehrere Scoopeinlässe zur Zufuhr von Umgebungsluft in die Flugzeugklimaanlage vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Flugzeugklimaanlage zweigt eine Notfallfrischluftversorgungsleitung von der Umgebungsluftzufuhrleitung ab. Dadurch kann auf die Bereitstellung eines zusätzlichen Notfall-Stauluftkanaleinlasses (ERAI, Energency Ram Air Inlet) verzichtet werden, so das eine weitere Minimierung der aerodynamischen Verluste des Flugzeugs ermöglicht wird.
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage wird Umgebungsluft durch eine Umgebungsluftzufuhrleitung geleitet. Die die Umgebungsluftzufuhrleitung durchströmende Umgebungsluft wird durch ein mit der Umgebungsluftzufuhrleitung verbundenes Umgebungsluftkühlgerät gekühlt. Durch das Umgebungsluftkühlgerät gekühlte Umgebungsluft wird durch eine Umgebungsluftabfuhrleitung geleitet, die mit einer Flugzeugkabine verbindbar ist, um von dem Umgebungsluftkühlgerät gekühlte Umgebungsluft in die Flugzeugkabine zu leiten. Komprimierte Prozessluft wird durch eine Prozessluftzufuhrleitung geleitet. Die die Prozessluftzufuhrleitung durchströmende Prozessluft wird durch ein mit der Prozessluftzufuhrleitung verbundenes Prozessluftkühlgerät gekühlt. Durch das Prozessluftkühlgerät gekühlte Prozessluft wird durch eine Prozessluftabfuhrleitung geleitet, die mit der Flugzeugkabine verbindbar ist, um von dem Prozessluftkühlgerät gekühlte Prozessluft in die Flugzeugkabine zu leiten. Ein Kältemittel wird durch einen Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine zirkuliert, der mit dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Prozessluftkühlgerät thermisch gekoppelt ist, um Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät und dem Prozessluftkühlgerät an das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel zu übertragen. Zumindest in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage wird die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft durch eine von der Prozessluftabfuhrleitung abzweigende Bypassleitung in eine Flugzeugumgebung abgeführt.
Die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung kann in Abhängigkeit eines Betriebszustands einer Prozessluftquelle und/oder in Abhängigkeit einer Zusammensetzung der die Prozessluftabfuhrleitung durchströmenden gekühlten Prozessluft gesteuert werden. Insbesondere kann die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung derart gesteuert werden, dass die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird, wenn ein Qualitätsparameter der Prozessluft einen Schwellwert überschreitet.
Die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung kann durch ein in der Bypassleitung angeordnetes Bypassventil gesteuert werden. Ferner kann die von der Prozessluftabfuhrleitung abzweigende Bypassleitung in einen Stauluftkanal münden.
In der Prozessluftabfuhrleitung kann/können ein Wasserabscheider, ein Wärmetauscher und/oder eine Prozessluftturbine angeordnet sein. Die Prozessluftturbine kann mit einem Kältemittelkompressors der Kältemaschine gekoppelt sein, um den Kältemittelkompressor der Kältemaschine anzutreiben. Die Bypassleitung kann stromabwärts der Prozessluftturbine von der Prozessluftabfuhrleitung abzweigen.
Die Umgebungsluftabfuhrleitung kann in die Prozessluftabfuhrleitung münden. Ferner kann die Umgebungsluftabfuhrleitung einen ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig, der stromaufwärts der Prozessluftturbine in die Prozessluftabfuhrleitung mündet, und einen zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig umfassen, der stromabwärts der Prozessluftturbine und Strom abwärts der Abzweigung der Bypassleitung von der Prozessluftabfuhrleitung in die Prozessluftabfuhrleitung mündet. Die Umgebungsluftströmung durch die Umgebungsluftabfuhrleitung kann derart gesteuert werden, dass die gesamte Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung von der Prozessluftabfuhrleitung in die Prozessluftabfuhrleitung geleitet wird, wenn zumindest die Prozessluftabfuhrleitung durchströmende Prozessluft über die Bypassleitung in die Flugzeugumgebung abgeführt wird.
Die Bypassleitung kann stromabwärts eines in dem Stauluftkanal angeordneten Kältemittelverflüssigers, eines in dem Stauluftkanal angeordneten Umgebungsluftvorkühlers und/oder eines in dem Stauluftkanal angeordneten Prozessluftvorkühlers in den Stauluftkanal münden. Ein Einlassende der Umgebungsluftzufuhrleitung kann mit einem Scoopeinlass verbunden sein.
Eine Notfallfrischluftversorgungsleitung kann insbesondere stromaufwärts des Umgebungsluftkompressors von der Umgebungsluftzufuhrleitung abzweigen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert, die in
1 eine Klimaanlage zur Klimatisierung einer Flugzeugkabine zeigt.
Eine in 1 veranschaulichte Flugzeugklimaanlage 10 umfasst eine Umgebungsluftzufuhrleitung 12 zur Zufuhr von Umgebungsluft aus einer Flugzeugumgebung 14 in die Flugzeugklimaanlage 10. Ein Einlassende der Umgebungsluftzufuhrleitung 12 ist mit einem Scoopeinlass 16 verbunden. Über den Scoopeinlass 16 kann Umgebungsluft aus einer Luftschicht entnommen und in die Umgebungsluftzufuhrleitung 12 zugeführt werden, die über einer Grenzschicht liegt, die sich im Flugbetrieb eines mit der Flugzeugklimaanlage 10 ausgestatteten Flugzeugs entlang einer Außenhaut des Flugzeugs aufbaut. In der Umgebungsluftzufuhrleitung 12 ist ein Umgebungsluftkompressor 18 angeordnet, der dazu dient, die Umgebungsluftzufuhrleitung 12 durchströmende Umgebungsluft zu verdichten.
Stromabwärts des Umgebungsluftkompressors 18 ist ein Umgebungsluftvorkühler 20 in der Umgebungsluftzufuhrleitung 12 angeordnet. Der Umgebungsluftvorkühler 20 dient dazu, die die Umgebungsluftzufuhrleitung 12 durchströmende Umgebungsluft vorzukühlen. Der Umgebungsluftvorkühler 20 ist in Form eines Wärmetauschers ausgebildet und in einem Stauluftkanal 22 angeordnet. Somit kann Umgebungsluft, die dem Umgebungsluftvorkühler 20 über die Umgebungsluftzufuhrleitung 12 zugeführt wird, in dem Umgebungsluftvorkühler 20 durch die Übertragung von Wärmeenergie auf den Stauluftkanal 22 durchströmende Stauluft gekühlt werden.
Im Flugbetrieb eines mit der Flugzeugklimaanlage 10 ausgestatteten Flugzeugs wird der Stauluftkanal 22 aufgrund des sich im Bereich eines Einlasses des Stauluftkanals 22 aufbauenden Staudrucks von Stauluft durchströmt. Um auch im Bodenbetrieb des Flugzeugs eine ausreichende Durchströmung des Stauluftkanals 22 mit Luft zu gewährleisten, ist eine in Form eines Gebläses ausgebildete Fördereinrichtung 24 in dem Stauluftkanal 22 vorgesehen. Die Fördereinrichtung 24 wird von einem Elektromotor 25 angetrieben. Die Zufuhr von Umgebungsluft in den Stauluftkanal 22 wird durch eine Stauluftkanaleinlassklappe 26 gesteuert.
Stromabwärts des Umgebungsluftvorkühlers 20 mündet die Umgebungsluftzufuhrleitung 12 in ein Umgebungsluftkühlgerät 28. Beim Durchströmen des Umgebungsluftkühlgeräts 28 wird die Umgebungsluft auf eine gewünschte tiefe Temperatur gekühlt.
Die Flugzeugklimaanlage 10 umfasst ferner eine Prozessluftzufuhrleitung 30. Die Prozessluftzufuhrleitung ist mit einem Triebwerk 32 des Flugzeugs verbunden. Dem Triebwerk 32 entnommene Zapfluft wird als komprimierte Prozessluft durch die Prozessluftzufuhrleitung 30 geleitet. Die Zufuhr von Prozessluft in die Prozessluftzufuhrleitung 30 wird durch ein Ventil 34 gesteuert. Ein Prozessluftvorkühler 36 ist in der Prozessluftzufuhrleitung 30 angeordnet und dient dazu, die die Prozessluftzufuhrleitung 30 durchströmende Prozessluft vorzukühlen. Wie der Umgebungsluftvorkühler 20 ist auch der Prozessluftvorkühler 36 in Form eines Wärmetauschers ausgebildet und in dem Stauluftkanal 22 angeordnet. Insbesondere ist der Prozessluftvorkühler 36, bezogen auf die Strömungsrichtung der Stauluft durch den Stauluftkanal 22, stromabwärts des Umgebungsluftvorkühlers 20 in dem Stauluftkanal 22 positioniert. In dem Prozessluftvorkühler 36 wird die Prozessluftzufuhrleitung 30 durchströmende Prozessluft durch die Übertragung von Wärme auf die den Stauluftkanal 22 durchströmende Stauluft gekühlt.
Stromabwärts des Prozessluftvorkühler 36 mündet die Prozessluftzufuhrleitung 30 in ein Prozessluftkühlgerät 38. Beim Durchströmen des Prozessluftkühlgeräts 38 wird die Prozessluft auf eine gewünschte tiefe Temperatur gekühlt. Das Prozessluftkühlgerät 38 ist mit einer Prozessluftabfuhrleitung 40 verbunden. Ein Wärmetauscher 42 ist in der Prozessluftabfuhrleitung 40 stromabwärts des Prozessluftkühlgeräts 38 angeordnet, der eine thermische Kopplung zwischen der die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmenden gekühlten Prozessluft und der die Prozessluftzufuhrleitung 30 durchströmenden lediglich vorgekühlten Prozessluft herstellt und dadurch für eine weitere Kühlung der die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmenden gekühlten Prozessluft sorgt.
Flüssiges Wasser, das aus dem die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmenden Prozessluftstrom bei der Abkühlung der Prozessluft auskondensiert, wird mittels eines Wasserabscheiders 44 aus dem Prozessluftstrom ausgeschieden. In der in der 1 gezeigten Ausführungsform einer Flugzeugklimaanlage ist der Wasserabscheider 44 in Form eines Hochdruckabscheiders ausgebildet und zwischen dem Prozessluftkühlgerät 38 und dem Wärmetauscher 42 in der Prozessluftabfuhrleitung 40 positioniert. Mittels des Wasserabscheiders 44 aus dem Prozessluftstrom abgeschiedenes flüssiges Wasser wird über eine Wasserabfuhrleitung 46 in den Stauluftkanal 22 geleitet. Insbesondere wird das Wasser mittels einer Wassereinspritzdüse 47 in den Stauluftkanal 20 eingespritzt. Dabei verdampft das Wasser zum Teil und kühlt die den Stauluftkanal 22 durchströmende Stauluft.
Die Prozessluftabfuhrleitung 40 verbindet das Prozessluftkühlgerät 38 mit einer Flugzeugkabine 48. Stromabwärts des Wärmetauschers 42 ist eine Prozessluftturbine 50 in der Prozessluftabfuhrleitung 40 angeordnet, die dazu dient, die die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmende Prozessluft auf einen gewünschten Druck zu expandieren, so dass die Prozessluft in die Flugzeugkabine 48 geleitet werden kann. Vor ihrer Zufuhr in die Flugzeugkabine 48 wird die in der Prozessluftturbine 50 expandierte Prozessluft in eine Mischkammer 52 geleitet, wo die Prozessluft mit Rezirkulationsluft gemischt wird, die der Mischkammer 52 über eine Rezirkulationsluftleitung 54 aus der Flugzeugkabine 48 zugeführt wird. Eine Trimluftleitung 56, in der ein Trimluftsteuerventil 58 zur Steuerung eines Trimluftstroms durch die Trimluftleitung 56 angeordnet ist, zweigt stromaufwärts des Prozessluftvorkühlers 36 von der Prozessluftzufuhrleitung 30 ab und mündet stromaufwärts der Mischkammer 52 in die Prozessluftabfuhrleitung 40.
Das Umgebungsluftkühlgerät 28 ist mit einer Umgebungsluftabfuhrleitung 62 verbunden, die über die Mischkammer 52 mit der Flugzeugkabine 48 verbunden ist. Insbesondere mündet die Umgebungsluftabfuhrleitung 52 in die Prozessluftabfuhrleitung 40, so dass die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmende gekühlte Umgebungsluft über die Prozessluftabfuhrleitung 40 in die Mischkammer 52 und schließlich die Flugzeugkabine 48 geleitet werden kann. Die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 umfasst einen ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62a, der stromaufwärts der Prozessluftturbine 50, d. h. zwischen dem Prozessluftkühlgerät 38 und dem Wasserabscheider 44 in die Prozessluftabfuhrleitung 40 mündet. Ferner umfasst die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 einen zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b, der stromabwärts der Prozessluftturbine 50 in die Prozessluftabfuhrleitung 40 mündet. Über den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62a kann die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmende Umgebungsluft einem Hochdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung 40 zugeführt werden. Im Gegensatz dazu kann die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmende Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b in einen Niedrigdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung 40 geleitet werden.
Der Druck der die Umgebungsluftzufuhrleitung 12 und nach dem Durchströmen des Umgebungsluftkühlgeräts 28 auch die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmenden Umgebungsluft variiert im Flugbetrieb eines mit der Flugzeugklimaanlage 10 ausgestatteten Flugzeugs in Abhängigkeit der Flughöhe des Flugzeugs. Daher wird die Zufuhr von Umgebungsluft in den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62a und den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b von einer Steuereinrichtung 64 in Abhängigkeit des Drucks der die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmenden Umgebungsluft gesteuert. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 64 ein in der Umgebungsluftabfuhrleitung 62 angeordnetes Dreiwegeventil 66 derart, dass die die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmende Umgebungsluft über den ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62a in den Hochdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung 40 geleitet wird, wenn der Druck der die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmenden Umgebungsluft einen Schwellwert überschreitet. Im Gegensatz dazu steuert die Steuereinrichtung 64 das Dreiwegeventil 66 derart, dass die die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmende Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b in den Niedrigdruckbereich der Prozessluftabfuhrleitung 40 geleitet wird, wenn der Druck der die Umgebungsluftabfuhrleitung 62 durchströmende Umgebungsluft geringer als der Schwellwert ist. Ein in dem zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b angeordnetes Ventil 67 dient der Steuerung der Umgebungsluftströmung durch den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b.
Die Flugzeugklimaanlage 10 umfasst ferner eine Kältemaschine 68, die einen von einem Kältemittelkreislauf durchströmbaren Kältemittelkreislauf 70 umfasst. Der Kältemittelkreislauf 70 ist mit dem Umgebungsluftkühlgerät 28 und dem Prozessluftkühlgerät 38 thermisch gekoppelt, um Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät 28 und dem Prozessluftkühlgerät 38 an das in dem Kältemittelkreislauf 70 zirkulierende Kältemittel zu übertragen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform einer Flugzeugklimaanlage 10 ist das in dem Kältemittelkreislauf 70 der Kältemaschine 68 zirkulierende Kältemittel ein zweiphasiges Kältemittel, wie zum Beispiel R134A (CH₂F-CF₃), CO₂ oder R-245fa (1,1,1,3,3-Pentafuoropropan). Ein Kältemittelkompressor 72, ein Kältemittelverflüssiger 74, ein Kältemittelsammler 76 und ein Expansionsventil 78 sind in dem Kältemittelkreislauf 70 angeordnet.
Der Kältemittelkompressor 72 ist in Form eines Radialkompressors ausgeführt und dient dazu, dass durch den Kältemittelkreislauf 70 zirkulierende Kältemittel zu verdichten. Die Prozessluftturbine 50, der Umgebungsluftkompressor 18 und der Kältemittelkompressor 72 sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet so dass die Prozessluftturbine 50 sowohl den Umgebungsluftkompressor 18 als auch den Kältemittelkompressor 72 antreibt. Der Kältemittelverflüssiger 74 ist stromabwärts des Kältemittelkompressors 72 in dem Kältemittelkreislauf 70 angeordnet und in Form eines Wärmetauschers ausgebildet. Der in Form eines Wärmetauschers ausgebildete Kältemittelverflüssiger 74 ist stromaufwärts des Umgebungsluftvorkühlers 20 in dem Stauluftkanal 22 angeordnet so dass den Kältemittelverflüssiger 74 durchströmendes Kältemittel durch die Übertragung von Wärmeenergie an die den Stauluftkanal 22 durchströmende Stauluft gekühlt werden kann. Der Kältemittelsammler 76 ist stromabwärts des Kältemittelverflüssigers 74 in dem Kältemittelkreislauf 70 der Kältemaschine 68 angeordnet und dient der Zwischenspeicherung von aus dem Verflüssiger 74 austretendem Kältemittel im flüssigen Aggregatzustand. Stromabwärts von dem Kältemittelsammler 76 ist das Expansionsventil 78 in dem Kältemittelkreislauf 70 positioniert.
Das Umgebungsluftkühlgerät 28 und das Prozessluftkühlgerät 38 sind stromabwärts des Expansionsventils 78 in dem Kältemittelkreislauf 70 der Kältemaschine 68 angeordnet, wobei sowohl das Umgebungsluftkühlgerät 28 als auch das Prozessluftkühlgerät 38 in Form eines Kältemittelverdampfers ausgebildet ist. Die das Umgebungsluftkühlgerät 28 durchströmende Umgebungsluft und die das Prozessluftkühlgerät 38 durchströmende Prozessluft werden somit durch die Abgabe von Wärmeenergie an das in dem Kältemittelkreislauf 70 zirkulierende Kältemittel gekühlt, das bei der Aufnahme der Wärmeenergie von der Umgebungsluft und der Prozessluft vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt wird. Das Umgebungsluftkühlgerät 28 und das Prozessluftkühlgerät 38 sind parallel zueinander in dem Kältemittelkreislauf 70 angeordnet, wobei die Zufuhr von Kältemittel zu dem Umgebungsluftkühlgerät 28 und dem Prozessluftkühlgerät 38 mittels eines in dem Kältemittelkreislauf 70 angeordneten Ventils 80 gesteuert wird.
Die Flugzeugklimaanlage 10 umfasst ferner eine von der Prozessluftabfuhrleitung 40 abzweigende Bypassleitung 82. Die Bypassleitung 82 ist dazu eingerichtet, zumindest in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage 10 die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmende gekühlte Prozessluft in die Flugzeugumgebung 14 abzuführen. Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform einer Flugzeugklimaanlage 10 zweigt die Bypassleitung 82 stromabwärts der Prozessluftturbine 50 von der Prozessluftabfuhrleitung 40 ab und mündet stromabwärts der Fördereinrichtung 24 und somit auch stromabwärts der Wassereinspritzdüse 47, des Kältemittelverflüssigers 74, des Umgebungsluftvorkühlers 20 und des Prozessluftvorkühlers 36 in den Stauluftkanal 22, so dass die die Bypassleitung 82 durchströmende Prozessluft über den Stauluftkanal 22 in die Flugzeugumgebung 14 abgeführt wird.
In der Bypassleitung 82 ist ein Bypassventil 84 zur Steuerung der Prozessluftströmung durch die Bypassleitung 82 angeordnet. Der zweite Umgebungsluftabfuhrleitungszweig 62b mündet stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung 82 von der Prozessluftabfuhrleitung 40 in die Prozessluftabfuhrleitung 40. Zwischen der Abzweigung der Bypassleitung 82 von der Prozessluftabfuhrleitung 40 und der Mündung des zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweigs 62b in die Prozessluftabfuhrleitung 40 ist in der Prozessluftabfuhrleitung 40 ein weiteres Ventil 86 angeordnet.
Unter der Steuerung der Steuereinrichtung 64 ist die Flugzeugklimaanlage 10 somit in einem Mischluftmodus betreibbar, in dem der Flugzeugkabine 48 sowohl gekühlte Prozessluft als auch gekühlte Umgebungsluft zugeführt wird. Wenn die Flugzeugklimaanlage 10 im Mischluftmodus betrieben wird, ist das Bypassventil 84 geschlossen, wohingegen das weitere Ventil 86 geöffnet ist, so dass die die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmende Prozessluft über die Mischkammer 52 in die Flugzeugkabine 48 gelangen kann. Falls gewünscht oder erforderlich, d. h. wenn in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage 10 keine Prozessluft aus der Prozessluftabfuhrleitung 40 in die Flugzeugkabine 48 geleitet werden soll, kann die Flugzeugklimaanlage 10 jedoch auch in einem reinen Umgebungsluftmodus betrieben werden, in dem der Flugzeugkabine 48 keine Prozessluft aus der Prozessluftabfuhrleitung 40, sondern lediglich Umgebungsluft aus der Umgebungsluftabfuhrleitung 62 zugeführt wird.
Die Steuereinrichtung 64 ist insbesondere dazu eingerichtet, die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung 82 in Abhängigkeit eines Betriebszustands einer durch das Triebwerk 32 gebildeten Prozessluftquelle und/oder in Abhängigkeit einer Zusammensetzung der die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmenden gekühlten Prozessluft zu steuern. Beispielsweise kann die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung 82 durch die Steuereinrichtung 64 so gesteuert werden, dass die die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung 82 in die Flugzeugumgebung 14 abgeführt wird, wenn die Prozessluft nicht die gewünschte Zusammensetzung hat und insbesondere wenn ein Qualitätsparameter der Prozessluft einen Schwellwert überschreitet. Der Qualitätsparameter der Prozessluft kann beispielsweise ein Grenzwert eines in der Prozessluft enthaltenen Stoffes sein, der nicht überschritten werden soll.
Im vollständig geöffneten Zustand des Bypassventils 84 wird bei gleichzeitig geschlossenem weiterem Ventil 86 die gesamte die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmende Prozessluft über die Bypassleitung 82 in die Flugzeugumgebung 14 abgeleitet. Im vollständig geschlossenen Zustand des Bypassventils 84 wird dagegen, unter der Voraussetzung dass das weitere Ventil 86 geöffnet ist, die gesamte die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmende Prozessluft in die Flugzeugkabine 48 geleitet. Schließlich können das Bypassventil 82 und das weitere Ventil 86 unter der Steuerung der Steuereinrichtung 64 auch jeweils teilweise geöffnet werden, so dass ein Teil der die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmenden Prozessluft in die Flugzeugkabine 48 geleitet und der verbleibende Teil der die Prozessluftabfuhrleitung 40 durchströmenden Prozessluft in die Flugzeugumgebung 14 abgeführt werden kann.
Schließlich umfasst die Flugzeugklimaanlage 10 eine von der Umgebungsluftzufuhrleitung 12 abzweigende und in die Mischkammer 52 mündenden Notfallfrischluftversorgungsleitung 88. Dadurch kann auf die Bereitstellung eines zusätzlichen Notfall-Stauluftkanaleinlasses (ERAI, Energency Ram Air Inlet) verzichtet werden. Ein in der Notfallfrischluftversorgungsleitung 88 angeordnetes Ventil 90 dient der Steuerung der Umgebungsluftströmung durch die Notfallfrischluftversorgungsleitung 88.
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

DE 102008053320 B4 [0002]
US 8333078 B2 [0002]
EP 2651763 A2 [0002]
US 2013/269374 A1 [0002]
DE 102010034830 A1 [0004]
WO 2012/022758 A1 [0004]
EP 2821346 A1 [0005]
US 2015/013355 A1 [0005]

Claims

Flugzeugklimaanlage (10), die umfasst: – eine von Umgebungsluft durchströmbare Umgebungsluftzufuhrleitung (12), – ein Umgebungsluftkühlgerät (28), das mit der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) verbunden und dazu eingerichtet ist, die die Umgebungsluftzufuhrleitung (12) durchströmende Umgebungsluft zu kühlen, – eine Umgebungsluftabfuhrleitung (62), die mit dem Umgebungsluftkühlgerät (28) verbunden und mit einer Flugzeugkabine (48) verbindbar ist, um von dem Umgebungsluftkühlgerät (28) gekühlte Umgebungsluft in die Flugzeugkabine (48) zu leiten, – eine von komprimierter Prozessluft durchströmbare Prozessluftzufuhrleitung (30), – ein Prozessluftkühlgerät (38), das mit der Prozessluftzufuhrleitung (30) verbunden und dazu eingerichtet ist, die die Prozessluftzufuhrleitung (30) durchströmende komprimierte Prozessluft zu kühlen, – eine Prozessluftabfuhrleitung (40), die mit dem Prozessluftkühlgerät (38) verbunden und mit der Flugzeugkabine (48) verbindbar ist, um von dem Prozessluftkühlgerät (38) gekühlte Prozessluft in die Flugzeugkabine (48) zu leiten, und – eine Kältemaschine (68), die einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf (70) umfasst, der mit dem Umgebungsluftkühlgerät (28) und dem Prozessluftkühlgerät (38) thermisch gekoppelt ist, um Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät (28) und dem Prozessluftkühlgerät (38) an das in dem Kältemittelkreislauf (70) zirkulierende Kältemittel zu übertragen, gekennzeichnet durch eine von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigende Bypassleitung (82), die dazu eingerichtet ist, zumindest in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage (10) die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende gekühlte Prozessluft in eine Flugzeugumgebung abzuführen.
Flugzeugklimaanlage gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (64), die dazu eingerichtet ist, die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung (82) in Abhängigkeit eines Betriebszustands einer Prozessluftquelle und/oder in Abhängigkeit einer Zusammensetzung der die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmenden gekühlten Prozessluft zu steuern, wobei die Steuereinrichtung (64) insbesondere dazu eingerichtet ist, die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung (82) derart zu steuern, dass die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung (82) in die Flugzeugumgebung abgeführt wird, wenn ein Qualitätsparameter der Prozessluft einen Schwellwert überschreitet.
Flugzeugklimaanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung (82) ein Bypassventil (84) zur Steuerung der Prozessluftströmung durch die Bypassleitung (82) angeordnet ist und/oder dass die von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigende Bypassleitung (82) in einen Stauluftkanal (22) mündet.
Flugzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozessluftabfuhrleitung (40) ein Wasserabscheider (44), ein Wärmetauscher (42) und/oder eine Prozessluftturbine (50) angeordnet ist/sind, wobei die Prozessluftturbine (50) vorzugsweise mit einem Kältemittelkompressors (72) der Kältemaschine (68) gekoppelt ist, um den Kältemittelkompressor (72) der Kältemaschine (68) anzutreiben, und/oder wobei die Bypassleitung (82) stromabwärts der Prozessluftturbine (50) von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigt.
Flugzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsluftabfuhrleitung (62) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) mündet und vorzugsweise einen ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig (62a), der stromaufwärts der Prozessluftturbine (50) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) mündet, und einen zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig (62b) umfasst, der stromabwärts der Prozessluftturbine (50) und stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung (82) von der Prozessluftabfuhrleitung (40) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) mündet, wobei die Steuereinrichtung (64) insbesondere dazu eingerichtet ist, die Umgebungsluftströmung durch die Umgebungsluftabfuhrleitung (62) derart zu steuern, dass die gesamte Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig (62b) stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung (82) von der Prozessluftabfuhrleitung (40) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) geleitet wird, wenn die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende Prozessluft über die Bypassleitung (82) in die Flugzeugumgebung abgeführt wird.
Flugzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (82) stromabwärts eines in dem Stauluftkanal (22) angeordneten Kältemittelverflüssigers (74), eines in dem Stauluftkanal (22) angeordneten Umgebungsluftvorkühlers (20) und/oder eines in dem Stauluftkanal (22) angeordneten Prozessluftvorkühlers (36) in den Stauluftkanal (42) mündet.
Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassende der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) mit einem Scoopeinlass (16) verbunden ist.
Flugzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notfallfrischluftversorgungsleitung (88) insbesondere stromaufwärts des Umgebungsluftkompressors (72) von der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) abzweigt.
Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage (10) mit den Schritten: – Leiten von Umgebungsluft durch eine Umgebungsluftzufuhrleitung (12), – Kühlen der die Umgebungsluftzufuhrleitung (12) durchströmenden Umgebungsluft durch ein mit der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) verbundenes Umgebungsluftkühlgerät (28), – Leiten von durch das Umgebungsluftkühlgerät (28) gekühlter Umgebungsluft durch eine Umgebungsluftabfuhrleitung (62), die mit einer Flugzeugkabine (48) verbindbar ist, um von dem Umgebungsluftkühlgerät (28) gekühlte Umgebungsluft in die Flugzeugkabine (48) zu leiten, – Leiten von komprimierter Prozessluft durch eine Prozessluftzufuhrleitung (30), – Kühlen der die Prozessluftzufuhrleitung (30) durchströmenden Prozessluft durch ein mit der Prozessluftzufuhrleitung (30) verbundenes Prozessluftkühlgerät (38), – Leiten von durch das Prozessluftkühlgerät (38) gekühlte Prozessluft durch eine Prozessluftabfuhrleitung (40), die mit der Flugzeugkabine (48) verbindbar ist, um von dem Prozessluftkühlgerät (38) gekühlte Prozessluft in die Flugzeugkabine (48) zu leiten, und – Zirkulieren eines Kältemittels durch einen Kältemittelkreislauf (70) einer Kältemaschine (68), der mit dem Umgebungsluftkühlgerät (28) und dem Prozessluftkühlgerät (38) thermisch gekoppelt ist, um Wärmeenergie von dem Umgebungsluftkühlgerät (28) und dem Prozessluftkühlgerät (38) an das in dem Kältemittelkreislauf (70) zirkulierende Kältemittel zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in bestimmten Betriebsphasen der Flugzeugklimaanlage (10) die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende gekühlte Prozessluft durch eine von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigende Bypassleitung (82) in eine Flugzeugumgebung abgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung (82) in Abhängigkeit eines Betriebszustands einer Prozessluftquelle und/oder in Abhängigkeit einer Zusammensetzung der die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmenden gekühlten Prozessluft gesteuert wird, wobei die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung (82) insbesondere derart gesteuert wird, dass die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende gekühlte Prozessluft über die Bypassleitung (82) in die Flugzeugumgebung abgeführt wird, wenn ein Qualitätsparameter der Prozessluft einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluftströmung durch die Bypassleitung (82) durch ein in der Bypassleitung (82) angeordnetes Bypassventil (84) gesteuert wird und/oder das die von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigende Bypassleitung (82) in einen Stauluftkanal (22) mündet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozessluftabfuhrleitung (40) ein Wasserabscheider (44), ein Wärmetauscher (42) und/oder eine Prozessluftturbine (50) angeordnet ist/sind, wobei die Prozessluftturbine (50) vorzugsweise mit einem Kältemittelkompressors (72) der Kältemaschine (68) gekoppelt ist, um den Kältemittelkompressor (72) der Kältemaschine (68) anzutreiben, und/oder wobei die Bypassleitung (82) insbesondere stromabwärts der Prozessluftturbine (50) von der Prozessluftabfuhrleitung (40) abzweigt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsluftabfuhrleitung (62) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) mündet und vorzugsweise einen ersten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig (62a), der stromaufwärts der Prozessluftturbine (50) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) mündet, und einen zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig (62b) umfasst, der stromabwärts der Prozessluftturbine (50) und stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung (82) von der Prozessluftabfuhrleitung (40) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) mündet, wobei die Umgebungsluftströmung durch die Umgebungsluftabfuhrleitung (62) insbesondere derart gesteuert wird, dass die gesamte Umgebungsluft über den zweiten Umgebungsluftabfuhrleitungszweig (62b) stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung (82) von der Prozessluftabfuhrleitung (40) in die Prozessluftabfuhrleitung (40) geleitet wird, wenn die Prozessluftabfuhrleitung (40) durchströmende Prozessluft über die Bypassleitung (82) in die Flugzeugumgebung abgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (82) stromabwärts eines in dem Stauluftkanal (22) angeordneten Kältemittelverflüssigers (74), eines in dem Stauluftkanal (22) angeordneten Umgebungsluftvorkühlers (20) und/oder eines in dem Stauluftkanal (22) angeordneten Prozessluftvorkühlers (36) in den Stauluftkanal (42) mündet und/oder dass ein Einlassende der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) mit einem Scoopeinlass (16) verbunden ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notfallfrischluftversorgungsleitung (88) insbesondere stromaufwärts des Umgebungsluftkompressors (72) von der Umgebungsluftzufuhrleitung (12) abzweigt.