DE102017112595A1

DE102017112595A1 - System zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine und Flugzeug mit einem solchen System

Info

Publication number: DE102017112595A1
Application number: DE102017112595.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Lohmar
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US11319077B2; US20180354628A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System 10 zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine, umfassend: eine erste, innere Luftzufuhrleitung 14, eine zweite, die innere Luftzufuhrleitung 14 zumindest bereichsweise umgebende Luftzufuhrleitung 16, und ein Mischluftverteilungssystem 18 zur Mischung der aus den Luftzufuhrleitungen 14, 16 zugeführten Lüfte und zur Verteilung der gemischten Luft, wobei das Mischluftverteilungssystem 18 eine Mehrzahl an Auslassleitungen 24 zum Auslassen von Mischluft in die Flugzeugkabine umfasst, wobei die beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 Auslässe 20, 22 aufweisen, die jeweils in das Mischluftverteilungssystem 18 münden, wobei die beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 thermisch gekoppelt sind, und wobei die Haupterstreckungsrichtungen der Luftzufuhrleitungen 14, 16 und des Mischluftverteilungssystems 18 im Wesentlichen parallel oder kollinear zueinander ausgerichtet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine und ein Flugzeug mit solch einem System. Systeme zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine werden als Bestandteile von Flugzeugklimatisierungssystemen genutzt, die der Einstellung und Aufrechterhaltung der gewünschten Umgebungsbedingungen in der Flugzeugkabine, beispielsweise des Kabinendrucks, der Kabinentemperatur und der Kabinenfeuchtigkeit dienen.
Hintergrund der Erfindung
Die Kabine eines Passagierflugzeugs wird üblicherweise sowohl im Flugbetrieb als auch im Bodenbetrieb des Flugzeugs mittels einer flugzeugeigenen Klimaanlage klimatisiert. Der Flugzeugklimaanlage wird beispielsweise den Triebwerkskompressoren oder Hilfstriebwerkskompressoren entnommene Zapfluft zugeführt, die in den Klimaaggregaten, den sogenannten Klimapacks der Flugzeugklimaanlage, auf eine gewünschte tiefe Temperatur abgekühlt wird. Die in den Klimapacks der Flugzeugklimaanlage abgekühlte Luft wird in einen Mischer geleitet, wo sie mit aus der Flugzeugkabine 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 Flugzeugkabine in die Flugzeugkabine eingeleitet.
Bei herkömmlichen Flugzeugklimatisierungssystemen wird die erzeugte Mischluft über ein Luftverteilersystem in die Flugzeugkabine eingeleitet. Da die zentralen Mischer typischerweise im Unterdeckbereich, insbesondere im Bereich der so genannten „Belly Fairing“ des Flugzeugs (in etwa im vorderen Bereich des Flügelmittelkastens), angeordnet sind, gelangt die gemischte Luft zunächst über longitudinal verlaufende Luftverteilungsrohre und dann über Steigrohre (so genannte „Riser ducts“) zu den Passagierbereichen im Oberdeck des Flugzeugs. Die Riser Ducts erstrecken sich im Bereich einer Flugzeugstruktur von den Luftauslassleitungen der unterhalb der Passagierkabine angeordneten Flugzeugklimaanlage bzw. des Mischers zu in Interieurkomponenten des Flugzeugs vorgesehenen und in den Kabinenbereich des Flugzeugs mündenden Luftauslassöffnungen. Typischerweise befinden sich die Luftauslassöffnungen oberhalb der Sitzpositionen der Flugzeugpassagiere und sind daher z.B. an Deckenverkleidungspaneelen der Flugzeugkabine ausgebildet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives System zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine anzugeben.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein System zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine, umfassend: eine erste, innere Luftzufuhrleitung, eine zweite, die innere Luftzufuhrleitung zumindest bereichsweise umgebende Luftzufuhrleitung, und ein Mischluftverteilungssystem zur Mischung der aus den Luftzufuhrleitungen zugeführten Lüfte und zur Verteilung der gemischten Luft, wobei das Mischluftverteilungssystem eine Mehrzahl an Auslassleitungen zum Auslassen von Mischluft in die Flugzeugkabine umfasst, wobei die beiden Luftzufuhrleitungen Auslässe aufweisen, die jeweils in das Mischluftverteilungssystem münden, wobei die beiden Luftzufuhrleitungen thermisch gekoppelt sind, und wobei die Haupterstreckungsrichtungen der Luftzufuhrleitungen und des Mischluftverteilungssystems im Wesentlichen parallel oder kollinear zueinander ausgerichtet sind.
Typischerweise wird in der ersten, inneren Luftzufuhrleitung die in den Klimapacks der Flugzeugklimaanlage abgekühlte Luft geführt. Diese Luft wird häufig als so genannte „Packluft“ bezeichnet. In der zweiten Luftzufuhrleitung wird typischerweise aus der Flugzeugkabine abgesaugte Rezirkulationsluft geführt. Diese Luft wird häufig als so genannte „Rezirkulationsluft“ bezeichnet. In aller Regel ist die Packluft kühler als die Rezirkulationsluft und die aus diesen Lüften zusammengeführte Mischluft weist eine Temperatur zwischen der Packluft-Temperatur und der Rezirkulationsluft-Temperatur auf.
Erfindungsgemäß verlaufen die Haupterstreckungsrichtungen der Luftzufuhrleitungen und des Mischluftverteilungssystems im Wesentlichen parallel oder kollinear zueinander, d.h. die Hauptströmungsrichtung des Systems zur Mischung und Verteilung von Luft verläuft ebenfalls in dieser Haupterstreckungsrichtung. Die Haupterstreckungsrichtung des Systems entspricht in aller Regel der Längsrichtung der Luftzufuhrleitungen bzw. der Längsrichtung des Mischluftverteilungssystems und ist somit typischerweise identisch mit der Flugzeugkabinenlängsrichtung. Die erfindungsgemäßen Auslässe an den beiden Luftzuführleitungen sind hingegen typischerweise radial bzw. quer zur Haupterstreckungsrichtung des Systems ausgerichtet. Ebenso verlaufen die Auslassleitungen in der Regel zumindest teilweise radial bzw. quer zur Haupterstreckungsrichtung.
Das Ausmaß der Längserstreckung des Systems kann grundsätzlich abhängig vom Ausmaß der Kabinenlängserstreckung variieren. Eine Möglichkeit ist, dass sich die Längserstreckungen von System und Flugzeugkabine im Wesentlichen entsprechen. Ein weiteres Beispiel für ein Ausmaß der Längserstreckung des Systems kann die Distanz von ca. 14 bis 28 so genannter „Framebays“ sein. Dies entspricht in etwa 7-14 Metern. In der Längsrichtung können die erste und zweite Luftzufuhrleitung prinzipiell einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweisen (d.h. der Strömungsquerschnitt in einem vorderen Bereich des Systems ist im Wesentlichen identisch zu einem Strömungsquerschnitt in einem hinteren Bereich des Systems). Dann weisen die Luftzufuhrleitungen einzeln aber auch zusammen im Wesentlichen eine zylindrische Form auf. Alternativ hierzu kann die Größe des Strömungsquerschnitts der beiden Zufuhrleitungen jedoch auch in der Längsrichtung variieren. (d.h. der Strömungsquerschnitt in einem vorderen Bereich des Systems ist dann beispielsweise kleiner als ein Strömungsquerschnitt in einem hinteren Bereich des Systems). Dann können die Luftzufuhrleitungen einzeln aber auch zusammen eine im Wesentlichen konische Form aufweisen.
Erfindungsgemäß umgibt die zweite Luftzufuhrleitung zumindest bereichsweise die erste, innere Luftzufuhrleitung, wobei die beiden Luftzufuhrleitungen thermisch gekoppelt sind. Unter der thermischen Kopplung wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Luftzufuhrleitungen nicht gegeneinander isoliert sind, sondern dass ein Wärmeübergang bzw. ein Wärmeaustausch zwischen den in den beiden Luftzufuhrleitungen strömenden Medien bzw. Lüften möglich ist. Mit anderen Worten: Zwischen der in der ersten Luftzufuhrleitung strömenden Luft (z.B. Packluft) und der in der zweiten Luftzufuhrleitung strömenden Luft (z.B. Rezirkulationsluft) kann ein thermischer Austausch (gegenseitige Kühlung oder Erwärmung) stattfinden. Wenn das Ausmaß der Umfangserstreckung der zweiten Luftzufuhrleitung um die erste Luftzufuhrleitung vollumfänglich ist, ist die thermische Kopplung und somit der gegenseitige Wärmeaustausch am größten. Das Mischluftverteilungssystem ist bezüglich der Haupterstreckungsrichtungen der beide Luftzufuhrleitungen radial außen angeordnet. Das erfindungsgemäße System zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine ist in aller Regel in der so genannten „Ceiling“ angeordnet, d.h. in einem im Querschnitt des Flugzeugrumpfs gesehen oberen Bereich (insbesondere zwischen der Flugzeugkabinendecke und der oberen äußeren Flugzeugrumpfstruktur).
Durch das erfindungsgemäße System zur Mischung und Verteilung von Luft wird in vorteilhafter Weise ein System bereitgestellt, durch das eine vergleichsweise homogene Mischung und Verteilung von Luft entlang der Haupterstreckungsrichtungen der Luftzufuhrleitungen, also in aller Regel entlang der Längsrichtung der Flugzeugkabine, möglich wird. Dadurch kann eine Mischung bei vergleichsweise niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten erfolgen. Niedrige Strömungsgeschwindigkeiten sind unter anderem vorteilhaft für eine hohe Mischungsqualität sowie im Hinblick auf niedrige Strömungsgeräusche. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist, dass in der zweiten Luftzufuhrleitung strömende Luft mit einer höheren Temperatur unmittelbar aufgrund der thermischen Kopplung zwischen beiden Luftzufuhrleitungen durch die in der ersten Luftzufuhrleitung strömende Luft mit einer niedrigeren Temperatur gekühlt wird. Dies erhöht die Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Systems. Prinzipiell ist auch eine diesbezüglich inverse Luftführung (bezüglich der Temperaturniveaus) möglich. Bevorzugt werden jedoch die wärmere Rezirkulationsluft in der zweiten und die kühlere Packluft in der ersten Luftzufuhrleitung geführt. Durch das zumindest bereichsweise oder vollständige Umgeben der zweiten Luftzufuhrleitung um die erste, innere Luftzufuhrleitung ist in vorteilhafter Weise zum einen keine Isolierung der ersten und zumindest auch teilweise keine Isolierung der zweiten Leitung erforderlich.
Die erfindungsgemäße Systemarchitektur ist unter anderem auch effizient hinsichtlich der Herstellung des Systems, insbesondere deshalb weil die Gesamtzahl der erforderlichen Komponenten (beispielsweise die oben genannten Isolierungen) reduziert ist. Auch ist aufgrund der vergleichsweise großen Abmessungen eine Vorinstallation von Komponenten besser möglich. Im Hinblick auf die Effizienz weist das erfindungsgemäße System vergleichsweise weniger überströmte Flächen und kürzere überströmte Distanzen auf, sodass sich gesamtheitlich betrachtet weniger Druckverluste einstellen. Zudem erlaubt das erfindungsgemäße System eine flexible Kabinenkonfiguration.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet zur thermischen Kopplung der beiden Luftzufuhrleitungen zumindest ein Leitungswandabschnitt der ersten Luftzufuhrleitung einen Leitungswandabschnitt der zweiten Luftzufuhrleitung. Auf diese Weise ist die thermische Kopplung zwischen der ersten und zweiten Luftzufuhrleitung besonders effizient. Die Temperatur der typischerweise in der ersten Luftzufuhrleitung geführten Packluft kann somit bereits bei Ihrem Durchgang durch die erste Luftzufuhrleitung aufgrund der thermischen Kopplung mit der zweiten Luftzufuhrleitung kontinuierlich aufgrund des direkten Kontakt erhöht werden. Umgekehrt kann die Temperatur der typischerweise in der zweiten Luftzufuhrleitung geführten Rezirkulationsluft bereits bei Ihrem Durchgang durch die zweite Luftzufuhrleitung aufgrund der thermischen Kopplung mit der ersten Luftzufuhrleitung kontinuierlich aufgrund des direkten Kontakt verringert werden. Dieser Effekt ist insbesondere für vordere Flugzeugkabinenbereiche bzw. für vordere Temperaturzonen vorteilhaft, in denen die räumliche Sitzdichte und somit die Wärmelast geringer sein kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mischluftverteilungssystem die beiden Luftzufuhrleitungen zumindest bereichsweise umgibt, insbesondere dass das Mischluftverteilungssystem einen die Luftzufuhrleitungen vollständig umgebenden Mischungsbereich umfasst. Wenn das Mischluftverteilungssystem die beiden Luftzufuhrleitungen umgibt, wird der zur Verfügung stehende Bauraum in vorteilhafter Weise effizient genutzt. Besonders raumeffizient ist das System dann ausgebildet, wenn das Mischluftverteilungssystem einen Mischungsbereich umfasst, der die Luftzufuhrleitungen vollständig umgibt. Der Mischungsbereich ist dann typischerweise bezüglich der beiden Luftzufuhrleitungen in radialer Richtung außerhalb angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die in das Mischluftverteilungssystem mündenden Auslässe der zweiten Luftzufuhrleitung durch eine Mehrzahl an Perforationen in einer Leitungswand der zweiten Luftzufuhrleitung gebildet, wobei die Leitungswand an das Mischluftverteilungssystem, insbesondere an den Mischungsbereich des Mischluftverteilungssystems, angrenzt. Auf diese Weise wird in erster Linie eine besonders homogene Mischung der in der zweiten Luftzufuhrleitung zugeführten Luft mit der durch die erste Luftzufuhrleitung zugeführten Luft erreicht. Die Leitungswand mit der Mehrzahl an Perforationen kann die Luft vorteilhaft über die gesamte betroffene Leitungswandoberfläche gleichmäßig in das Mischluftverteilungssystem bzw. in den Mischungsbereich abgeben. Hinzu kommt die Möglichkeit, dass die Leitungswand mit der Mehrzahl an Perforationen als ein Filter für die durch die zweite Luftzufuhrleitung zugeführte Luft dienen kann. Hierzu ist die Perforationsdichte und Perforationsgröße auf der Leitungswand entsprechend zu wählen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform weicht die Perforationsdichte in einem ersten Längsabschnitt der Leitungswand von der Perforationsdichte in einem zweiten Längsabschnitt der Leitungswand ab. Auf diese Weise können bereichsweise unterschiedliche Mischungsgrade verwirklicht werden. Beispielsweise kann somit ein erster Mischungsgrad in einem ersten Bereich und ein zweiter Mischungsgrad in einem zweiten Bereich umgesetzt werden. Hierbei kann der erste Bereich zum Beispiel der vordere Sitzbereich einer Business-Class-Bestuhlung sein und der zweite Bereich ein hinterer Bereich mit einer Economy-Class-Bestuhlung.
Besonders bevorzugt sind die Auslassleitungen entlang der Haupterstreckungsrichtung des Mischluftverteilungssystems in regelmäßigen Abständen angeordnet. Auf diese Weise wird ein räumlich gleichmäßig verteilter Luftauslass ermöglicht. Ferner sind die Längen der für den Luftauslass erforderlichen Auslassleitungen im Hinblick auf den abzudeckenden Flugzeugkabinenbereich minimiert, d.h. möglichst kurze Luftauslassleitungslängen können realisiert und überschüssige Luftauslassleitungslängen verhindert werden.
Ebenfalls besonders bevorzugt sind die Hauptausströmrichtungen der Auslässe und/oder der Auslassleitungen bezüglich einer Mittellängsachse der ersten Zufuhrleitung radial ausgerichtet. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein räumlich kompaktes System zur Mischung und Verteilung von Luft bereitgestellt werden. Wenn sowohl die Hauptausströmrichtungen der Auslässe als auch die Hauptausströmrichtungen der Auslassleitungen radial ausgerichtet sind, ist auch in vorteilhafter Weise von der Mischung zur Verteilung keine wesentliche Strömungsrichtungsumkehr erforderlich.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zur Regulierung eines Mischungsverhältnisses die Strömungsquerschnitte der Auslässe der ersten und/oder die Strömungsquerschnitte der zweiten Luftzufuhrleitungen veränderbar. Somit wird vorteilhaft eine Möglichkeit bereitgestellt, das Mischungsverhältnis aus der in der ersten Luftzufuhrleitung geführten (Pack-)Luft und der in der zweiten Luftzufuhrleitung geführten (Rezirkulations-)Luft bereits an den Auslässen zu variieren. Hierzu können beispielsweise mechanische Vorrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnitte der Auslässe eingesetzt werden. Anhand dieser Ausführungsform des Systems ist eine individuelle und lokale Anpassungsmöglichkeit des Mischungsverhältnisses gegeben.
Bevorzugt ist zumindest einer der Auslassleitungen eine Heizvorrichtung zugeordnet, mittels der gemischte Luft vor ihrer Einleitung in die Flugzeugkabine erwärmbar ist. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine Möglichkeit gegeben, lokal oder auch bereichsweise (z.B. in einem Temperaturzonenbereich) die in die Flugzeugkabine über die Auslassleitung eingeblasene Luft zu erwärmen. Somit ist eine individuelle oder bereichsweise Einflussnahme auf die Temperatur im Sitzbereich der Passagiere möglich, sodass das individuelle oder auch kollektive Komfortempfinden der Flugzeugpassagiere verbessert werden kann. Als eine solche Heizvorrichtung können insbesondere elektrische Heizvorrichtungen eingesetzt werden.
Ebenfalls bevorzugt ist zumindest einer der Luftzufuhrleitungen eine Heizvorrichtung zugeordnet, mittels der darin zugeführte Luft vor ihrer Einleitung in das Mischluftverteilungssystem erwärmbar ist. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung der ersten, inneren Luftzufuhrleitung zugeordnet. Somit ist vorteilhaft eine bereichsweise Erwärmung der in der oder den Luftzufuhrleitungen zugeführten Lüfte möglich, bevor diese über die Auslassleitungen in die Flugzeugkabine eingeblasen werden. Auf diese Weise wird eine bereichsweise Einflussnahme auf die Temperatur ermöglicht, um größere Bereiche der Flugzeugkabine gezielt zu temperieren. Als eine solche Heizvorrichtung können insbesondere elektrische Heizvorrichtungen eingesetzt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Leitungswände der ersten Luftzufuhrleitung und/oder der zweiten Luftzufuhrleitung und/oder des Mischluftverteilungssystems zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Material, insbesondere aus einem flexiblen Gewebestoff, gebildet. Auf diese Weise können sich die Luftzufuhrleitungen bzw. Das Mischluftverteilungssystem vorteilhaft an den zur Verfügung stehenden Raum bzw. das zur Verfügung stehende Volumen anpassen. Auch lastbedingte Verformungen der Rumpfstruktur können von einem flexiblen Material, insbesondere einem flexiblen Gewebestoff, besser abgefangen bzw. Kompensiert werden. Das flexible Material bzw. der flexible Gewebestoff kann eine Isolationsschicht aufweisen oder mit einer solchen versehen sein.
Eine bevorzugte Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützstruktur vorgesehen ist, welche die flexiblen Leitungswände der ersten Luftzufuhrleitung und/oder die flexiblen Leitungswände der zweiten Luftzufuhrleitung und/oder die flexiblen Leitungswände des Mischluftverteilungssystems zueinander positioniert. Auf diese Weise ist der Zusammenhalt des aus flexiblen Leitungswänden aufgebauten Systems sichergestellt. Die Stützstruktur wirkt dabei stabilisierend. Eine stabile Querschnittsform des Systems bzw. der Luftzufuhrleitungen und des Mischluftverteilungssystems wird auch durch den mit der Zufuhr der Lüfte einhergehenden Luftdruck unterstützt. Bevorzugt sind die Auslässe der Luftzufuhrleitungen als Ringe ausgebildet, an denen das flexible Material der Leitungswände endet bzw. in die es mündet.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der die erste Luftzufuhrleitung einenends strömungsführend mit einer Flugzeugklimaanlage verbunden ist und bei der die zweite Luftzufuhrleitung einenends strömungsführend mit einer Rezirkulationsluftanlage verbunden ist. Somit kann in der ersten, inneren Luftzufuhrleitung die in den Klimapacks der Flugzeugklimaanlage abgekühlte Luft geführt werden und in der zweiten Luftzufuhrleitung kann aus der Flugzeugkabine abgesaugte Rezirkulationsluft geführt werden. In aller Regel ist die Packluft kühler als die Rezirkulationsluft und die aus diesen zusammengeführte Mischluft weist eine dazwischenliegende mittlere Temperatur auf.
Schließlich ist ein Flugzeug bevorzugt, mit einem erfindungsgemäßen System, wobei das System im Deckenbereich des Flugzeugrumpfquerschnitts angeordnet ist. Ein derartiges Flugzeug profitiert von den vorgehend beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Systems. Ein solches erfindungsgemäßes Flugzeug weist ein kompaktes, leichtes und besonders effizientes Flugzeugklimatisierungssystem auf.
Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
Figurenliste
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder zumindest ähnliche Elemente, Komponenten oder Aspekte verwendet. Es wird angemerkt, dass im Folgenden eine Ausführungsform im Detail beschrieben wird, die lediglich illustrativ und nicht beschränkend ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken. Die Figuren sind nicht maßstäblich zu verstehen sondern haben nur schematischen und illustrativen Charakter. Es zeigen

1a einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Systems zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine gemäß einer ersten Ausführungsform,
1b einen Längsschnitt durch das System gemäß 1a,
1c einen weiteren Längsschnitt durch das System gemäß 1, der sich durch einen Bereich der Flugzeugkabine erstreckt.
2 einen Temperaturverlauf entlang einer Längsrichtung von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems,
3a einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Systems zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3b einen Längsschnitt durch das System gemäß 3a,
4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft gemäß einer dritten Ausführungsform,
5 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft gemäß einer vierten Ausführungsform,
6 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft gemäß einer fünften Ausführungsform,
7 einen Längsschnitt durch das System gemäß den 3a und 3b, der sich durch einen Bereich der Flugzeugkabine mit unterschiedlicher Bestuhlungsdichte erstreckt, wobei in einem ersten Bereich lokale Heizvorrichtungen vorgesehen sind.
8 einen Längsschnitt durch ein System zur Mischung und Verteilung von Luft mit einer zusätzlichen zentralen Heizvorrichtung,
9 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft mit zwei Temperaturzonen und ersten Mitteln zur Steuerung der Packlufttemperatur,
10 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft mit zwei Temperaturzonen und zweiten Mitteln zur Steuerung der Packlufttemperatur,
11 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft mit zwei Temperaturzonen und dritten Mitteln zur Steuerung der Packlufttemperatur,
12 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System zur Mischung und Verteilung von Luft, dessen Leitungswände zumindest teilweise flexibles Gewebe umfassen.
13 ein erfindungsgemäßes Flugzeug mit einem erfindungsgemäßen System.

Die 1a bis 1c zeigen ein System 10 zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine 12 mit einer ersten, inneren Luftzufuhrleitung 14, und einer zweiten, die innere Luftzufuhrleitung 14 zumindest bereichsweise umgebenden Luftzufuhrleitung 16. Das System 10 umfasst ferner ein Mischluftverteilungssystem 18 zur Mischung der aus den Luftzufuhrleitungen 14, 16 zugeführten Lüfte und zur Verteilung der gemischten Luft. Die beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 weisen Auslässe 20, 22 auf, die jeweils in das Mischluftverteilungssystem 18 münden. Die in den beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 jeweils geführte Luft kann über die Auslässe 20, 22 von der jeweiligen Luftzufuhrleitung 14, 16 in das Mischluftverteilungssystem 18 gelangen, wo die Mischung stattfindet. Das Mischluftverteilungssystem 18 weist seinerseits eine Mehrzahl an Auslassleitungen 24 zum Auslassen von Mischluft in die Flugzeugkabine 12 auf. Die Haupterstreckungsrichtungen 26 der Luftzufuhrleitungen 14, 16 und des Mischluftverteilungssystems 18 sind parallel und/oder kollinear zueinander und zur Flugzeugkabinenlängsrichtung X ausgerichtet. Die Hauptausströmrichtungen 28 von aus den Auslässen 20, 22 in das Mischluftverteilungssystem 18 austretender Luft ist bezüglich einer Mittellängsachse 30 der ersten Luftzufuhrleitung 14 im Wesentlichen radial ausgerichtet. Auch die Hauptausströmrichtungen 32 von aus den Auslassleitungen 24 in die Flugzeugkabine 12 austretender Luft ist bezüglich der Mittellängsachse 30 der Luftzufuhrleitungen 14, 16 im Wesentlichen radial ausgerichtet (oder weist eine radiale Komponente auf).
Zum Regeln eines Mischungsverhältnisses der aus den Luftzufuhrleitungen 14, 16 austretenden Lüfte sind die Strömungsquerschnitte der Auslässe 20, 22 der ersten und/oder zweiten Luftzufuhrleitungen 14, 16 veränderbar. Hierzu können beispielsweise nicht näher dargestellte mechanische Vorrichtungen vorgesehen sein, die z.B. mechanisch oder elektromechanisch ansteuerbar sind.
Wie aus der 1b ersichtlich sind die Auslassleitungen 24 entlang der Haupterstreckungsrichtung 26 des Mischluftverteilungssystems 18 in regelmäßigen Abständen d1 zueinander angeordnet. Die erste Luftzufuhrleitung 14 ist einenends strömungsführend mit einer Flugzeugklimaanlage 34 verbunden und die zweite Luftzufuhrleitung 16 ist einenends strömungsführend mit einer Rezirkulationsluftanlage 36 verbunden. In der Einbausituation in ein Flugzeug 38 können die Flugzeugklimaanlage 34 und die Rezirkulationsluftanlage 36 in einem hinteren Flugzeugbereich angeordnet sein.
Durch die Rezirkulationsluftanlage 36 wird der Flugzeugkabine 12 Luft abgesaugt. Die von der Rezirkulationsluftanlage 36 zur Verfügung gestellte Luft wird als Rezirkulationsluft bezeichnet. Die Flugzeugklimaanlage 34 hingegen stellt so genannte Packluft mit einer gewünschten tiefen Temperatur zur Verfügung. Die Temperatur der zur Verfügung gestellten Rezirkulationsluft liegt typischerweise über der zur Verfügung gestellten Temperatur der Packluft (vgl. 2).
Die Auslassleitungen 24 des Systems 10 münden schließlich über Auslassleitungsöffnungen 40 in einen oberen Bereich der Flugzeugkabine 12 (3).
Von der Flugzeugklimaanlage 34 bereitgestellte Packluft wird durch die erste Luftzufuhrleitung 14 in das Mischluftverteilungssystem 18 geleitet, wo sie mit von der Rezirkulationsluftanlage 36 bereitgestellter und über die zweite Luftzufuhrleitung 16 in das Mischluftverteilungssystem 18 geleiteter Rezirkulationsluft gemischt wird. Die Mischluft wird dann über die Auslassleitungen 24 in die Flugzeugkabine 12 eingeleitet. Der Frischluftanteil wird durch den Zufluss externer Frischluft in die Flugzeugklimaanlage 34 sichergestellt.
2 zeigt einen möglichen Temperaturverlauf der Packluft T Pack, Rezirkulationsluft T Recirc und der Mischluft T Mix. Aufgrund dessen, dass die beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 thermisch miteinander gekoppelt sind, findet während des Durchströmens der beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 ein gegenseitiger Wärmeaustausch statt. Dabei und/oder während des Mischvorgangs in dem Mischluftverteilungssystem 18 stellt sich eine Mischtemperatur T Mix ein. Zur thermischen Kopplung der beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 bildet zumindest ein Leitungswandabschnitt 42 der ersten Luftzufuhrleitung 14 einen Leitungswandabschnitt der zweiten Luftzufuhrleitung 16. Somit erhöht sich die Packlufttemperatur mit zunehmender Durchströmung der ersten Luftzufuhrleitung 14 in X-Richtung (Haupterstreckungsrichtung 26) und die Rezirkulationslufttemperatur nimmt mit zunehmender Durchströmung in X-Richtung entsprechend des Wärmeaustausches ab. Bei dem in 2 dargestellten Temperaturverlauf repräsentiert der linke Diagrammbereich einen vorderen Flugzeugbereich und entsprechend der rechte Diagrammbereich den hinteren Flugzeugbereich. Die Flugzeugklimaanlage 34 und die Rezirkulationsluftanlage 36 sind dabei im hinteren Flugzeugbereich angeordnet. Zwar sind die Temperaturverläufe in 2 linear dargestellt, es versteht sich jedoch, dass ein realer Temperaturverlauf hiervon abweichen kann. Beispielsweise kann sich eine asymptotische Annäherung der Temperaturverläufe in der X-Richtung hin zu der gemeinsamen mittleren Temperatur T Mix einstellen.
3a und 3b zeigen ein weiteres System 10' zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine 12. Das System 10' umfasst im Wesentlichen alle mit Bezug zu den 1a bis 1c beschriebenen Merkmale. Im Unterschied zu der in den 1a bis 1c beschriebenen Ausführungsform umgibt das Mischluftverteilungssystem 18 dieses Systems 10' die beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 zumindest bereichsweise. Das Mischluftverteilungssystem 18 umfasst insbesondere einen die Luftzufuhrleitungen 14, 16 vollständig umgebenden Mischungsbereich 44. Die Auslassleitungen 24 verbinden den Mischungsbereich 44 mit den Auslassleitungsöffnungen 40.
Die in das Mischluftverteilungssystem 18 mündenden Auslässe 20, 22 der zweiten Luftzufuhrleitung 16 sind durch eine Mehrzahl an Perforationen in einer Leitungswand 46 der zweiten Luftzufuhrleitung 16 gebildet. Die Leitungswand 46 grenzt an das Mischluftverteilungssystem 18 bzw. an den Mischungsbereich 44 an. Die Hauptausströmrichtungen 28 von aus den Auslässen 20 der ersten Luftzufuhrleitung 14 in den Mischungsbereich 44 austretender Packluft ist bezüglich der Mittellängsachse 30 der ersten Luftzufuhrleitung 14 im Wesentlichen radial ausgerichtet. Auch die Hauptausströmrichtungen 48 von aus den Perforationen 22 in den Mischungsbereich 44 austretender Rezirkulationsluft ist bezüglich der Mittellängsachse 30 radial ausgerichtet. Die Auslassleitungen 24 sind ebenfalls entlang der Haupterstreckungsrichtung 26 des Mischluftverteilungssystems 16 in regelmäßigen Abständen d1 zueinander angeordnet.
In 4 ist ein weiteres System 10" zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine 12 dargestellt. Im Unterschied zu den vorstehendbeschriebenen Ausführungsformen sind hierbei die Auslässe 20, 22 in einem oberen und unteren Bereich der beiden Luftzufuhrleitungen 14, 16 angeordnet. Die Hauptausströmrichtungen 28 der Auslässe 20 der ersten Luftzufuhrleitung 14 sind radial zur Mittellängsachse 30 ausgerichtet. Zum Regeln des Mischungsverhältnisses der aus den Luftzufuhrleitungen 14, 16 austretenden Lüfte sind die Strömungsquerschnitte der Auslässe 20, 22 der ersten und/oder zweiten Luftzufuhrleitungen 14, 16 veränderbar.
5 zeigt ein weiteres System 10'" zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine 12, bei dem im Unterschied zu den vorstehendbeschriebenen Ausführungsformen die Hauptausströmrichtungen 28' der Auslässe 22 der zweiten Luftzufuhrleitung 16 im Wesentlichen eine Umfangskomponente aufweisen und in einem oberen und einem unteren Bereich der zweiten Luftzufuhrleitung 16 aufeinander zu gerichtet sind. Die auf diese Weise aufeinander treffenden Strömungen der zweiten Luftzufuhrleitung 16 werden zusätzlich an derselben Stelle mit der aus den Auslässen 20 der ersten Luftzufuhrleitung 14 austretenden Luft vermischt.
Die 6 zeigt ebenfalls ein weiteres System 10"" zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine 12, bei dem im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen acht in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Auslässe 20 vorgesehen sind. Diese Auslässe 20 sind jeweils als längliche Strömungsleitungen ausgebildet, die in radialer Richtung durch die zweite Luftzufuhrleitung 16 hindurch führen und in den Mischungsbereich 44 münden. Auf diese Weise wird eine homogene Mischung der zugeführten Lüfte erreicht.
Die 7 zeigt einen Längsschnitt durch das System 10'gemäß den 3a und 3b. Die Perforationsdichte weicht in einem ersten Längsabschnitt 50 der Leitungswand 46 von der Perforationsdichte in einem zweiten Längsabschnitt 52 der Leitungswand 46 ab. Auf diese Weise kann ein erster Mischungsgrad in einem ersten Bereich (vorderer Sitzbereich einer Business-Class-Bestuhlung) und ein zweiter Mischungsgrad in einem zweiten Bereich (Economy-Class-Bestuhlung) ermöglicht werden.
Beispielhaft für alle vorbeschriebenen Ausführungsformen ist in der 7 ferner dargestellt, dass den vorderen drei Auslassleitungen 24 (bzw. Auslassleitungspaaren) jeweils eine Heizvorrichtung 56 zugeordnet ist, mittels derer gemischte Luft vor ihrer Einleitung in die Flugzeugkabine 12 erwärmbar ist. Dadurch kann lokal die in die Flugzeugkabine 12 über die Auslassleitung 24 eingeblasene Luft erwärmt werden.
In 8 ist eine Variante für die vorbeschriebenen Ausführungsformen dargestellt. Bei dieser Variante ist der ersten Luftzufuhrleitung 14 eine Heizvorrichtung 58 zugeordnet, mittels derer darin zugeführte Luft vor ihrer Einleitung in das Mischluftverteilungssystem 18 erwärmbar ist. Dadurch kann die zugeführte Packluft bereichsweise erwärmt werden, bevor diese über die Auslässe 20 in das Mischluftverteilungssystem 18 eingelassen wird. Auf diese Weise wird eine bereichsweise Einflussnahme auf die Temperatur ermöglicht, um größere Bereiche der Flugzeugkabine 12 gezielt zu temperieren.
9 zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres System 10 zur Mischung und Verteilung von Luft, wobei dieses System einen ersten vorderen Systembereich 60 und einen zweiten hinteren Systembereich 62 aufweist. Die ersten und zweiten Systembereiche 60, 62 können jeweils sämtliche in den vorbeschriebenen Ausführungsformen dargestellte Merkmale aufweisen. Der Übersicht halber sind lediglich die Zufuhrleitungen 14a, 14b, 16a, 16b dargestellt. Im Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen sind jedoch dem ersten und zweiten Systembereich 60, 62 jeweils ein Rezirkulationssystem 64, 66 zugeordnet, das jeweils die zweiten Luftzufuhrleitungen 16 der Systembereiche 60, 62 speist. Ebenso im Unterschied hierzu sind dem ersten und zweiten Systembereich 60, 62 jeweils eine Flugzeugklimaanlage 34a, 34b (ein Pack) zugeordnet, das jeweils die ersten Luftzufuhrleitungen 14a, 14b der Systembereiche 60, 62 speist. Um die zugeführte Packlufttemperatur wunschgemäß steuern zu können, sind zwei Trimmlufteinspeisungen 68 vorgesehen, die die von den beiden Flugzeugklimaanlagen 34a, 34b (den Packs) bereitgestellte Luft durch die Einspeisung der wärmeren Trimmluft beeinflussen können. Die Trimmlufteinspeisungen 68 sind erste Mittel zur Steuerung der zugeführten Packlufttemperaturen. Auf diese Weise können zwei Temperaturzonen in der Flugzeugkabine 12 realisiert werden.
Die 10 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch ein weiteres System 10 zur Mischung und Verteilung von Luft, wobei dieses System 10 prinzipiell einen ähnlichen Aufbau wie das System 10 der 9 aufweist. Im Unterschied hierzu wird jedoch die Steuerung der zugeführten Packlufttemperaturen in den ersten und den zweiten Systembereich 60, 62 dadurch erreicht, dass die eine Flugzeugklimaanlagen 34a, 34b bzw. Packs jeweils Luft mit unterschiedlich tiefen Temperaturen zur Verfügung stellen, die dann vor Ihrer Weiterleitung in die beiden Systembereich 60, 62 entsprechend miteinander vermischt werden. Hierbei kommen erste und zweite Strömungsventile 70, 72 zum Einsatz. Die Strömungsventile 70a, 70b sind zweite Mittel zur Steuerung der zugeführten Packlufttemperaturen. Auf diese Weise können ebenfalls zwei Temperaturzonen in der Flugzeugkabine 12 realisiert werden.
Die 11 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch ein weiteres System 10 zur Mischung und Verteilung von Luft. Bei dieser Variante wird jedoch die Steuerung der zugeführten Packlufttemperaturen in den ersten und den zweiten Systembereich 60, 62 dadurch erreicht, dass die Durchflussrate zwischen zwei Flugzeugklimaanlagen 34a, 34b bzw. Packs variiert wird. Hierbei kommen ebenfalls erste und zweite Strömungsventile 72a, 72b zum Einsatz. Die Strömungsventile 72a, 72b sind dritte Mittel zur Steuerung der zugeführten Packlufttemperaturen.
In 12 ist eine Variante der Systeme 10 dargestellt, bei der die Leitungswände 74, 76, 78 der ersten Luftzufuhrleitung 14 und/oder der zweiten Luftzufuhrleitung 16 und/oder des Mischluftverteilungssystems 18 zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Material, insbesondere aus einem flexiblen Gewebestoff, gebildet sind. Dabei ist eine Stützstruktur 80 vorgesehen, welche die flexiblen Leitungswände 74 der ersten Luftzufuhrleitung 14 und/oder die flexiblen Leitungswände 76 der zweiten Luftzufuhrleitung 16 und/oder die flexiblen Leitungswände 78 des Mischluftverteilungssystems 18 zueinander positioniert.
13 zeigt schließlich Flugzeug 38, mit einem System 10 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System 10 im Deckenbereich des Flugzeugrumpfquerschnitts angeordnet ist.

Claims

System (10; 10';10";10'"; 10"") zur Mischung und Verteilung von Luft in einer Flugzeugkabine (12), umfassend: a. eine erste, innere Luftzufuhrleitung (14), b. eine zweite, die innere Luftzufuhrleitung (14) zumindest bereichsweise umgebende Luftzufuhrleitung (16), und c. ein Mischluftverteilungssystem (18) zur Mischung der aus den Luftzufuhrleitungen (14, 16) zugeführten Lüfte und zur Verteilung der gemischten Luft, wobei das Mischluftverteilungssystem (18) eine Mehrzahl an Auslassleitungen (24) zum Auslassen von Mischluft in die Flugzeugkabine (12) umfasst, i. wobei die beiden Luftzufuhrleitungen (14, 16) Auslässe (20, 22) aufweisen, die jeweils in das Mischluftverteilungssystem (18) münden, ii. wobei die beiden Luftzufuhrleitungen (14, 16) thermisch gekoppelt sind, iii. und wobei die Haupterstreckungsrichtungen (26) der Luftzufuhrleitungen (14, 16) und des Mischluftverteilungssystems (18) im Wesentlichen parallel oder kollinear zueinander ausgerichtet sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Kopplung der beiden Luftzufuhrleitungen (14, 16) zumindest ein Leitungswandabschnitt (42) der ersten Luftzufuhrleitung (14) einen Leitungswandabschnitt der zweiten Luftzufuhrleitung (16) bildet.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischluftverteilungssystem (18) die beiden Luftzufuhrleitungen (14, 16) zumindest bereichsweise umgibt, insbesondere dass das Mischluftverteilungssystem (18) einen die Luftzufuhrleitungen (14, 16) vollständig umgebenden Mischungsbereich (44) umfasst.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Mischluftverteilungssystem (18) mündenden Auslässe (22) der zweiten Luftzufuhrleitung (16) durch eine Mehrzahl an Perforationen in einer Leitungswand (46) der zweiten Luftzufuhrleitung (16) gebildet sind, wobei die Leitungswand (46) an das Mischluftverteilungssystem (18), insbesondere an den Mischungsbereich (44) des Mischluftverteilungssystems (18), angrenzt.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationsdichte in einem ersten Längsabschnitt (50) der Leitungswand (46) von der Perforationsdichte in einem zweiten Längsabschnitt (52) der Leitungswand (46) abweicht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassleitungen (24) entlang der Haupterstreckungsrichtung (26) des Mischluftverteilungssystem (18) in regelmäßigen Abständen (d1) angeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptausströmrichtungen (28) der Auslässe (20, 22) und/oder der Auslassleitungen (24) bezüglich einer Mittellängsachse (30) der ersten Luftzufuhrleitung (14) radial ausgerichtet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regulierung eines Mischungsverhältnisses die Strömungsquerschnitte der Auslässe (20, 22) der ersten und/oder zweiten Luftzufuhrleitungen (14, 16) veränderbar sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Auslassleitungen (24) eine Heizvorrichtung (56) zugeordnet ist, mittels derer gemischte Luft vor ihrer Einleitung in die Flugzeugkabine (12) erwärmbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Luftzufuhrleitungen (14, 16) eine Heizvorrichtung (58) zugeordnet ist, mittels derer darin zugeführte Luft vor ihrer Einleitung in das Mischluftverteilungssystem (18) erwärmbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungswände (74, 76, 78) der ersten Luftzufuhrleitung (14) und/oder der zweiten Luftzufuhrleitung (16) und/oder des Mischluftverteilungssystems (18) zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Material, insbesondere aus einem flexiblen Gewebestoff, gebildet sind.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützstruktur (80) vorgesehen ist, welche die flexiblen Leitungswände (74) der ersten Luftzufuhrleitung (14) und/oder die flexiblen Leitungswände (76) der zweiten Luftzufuhrleitung (16) und/oder die flexiblen Leitungswände (78) des Mischluftverteilungssystems (18) zueinander positioniert.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftzufuhrleitung (14; 14a, 14b) einenends strömungsführend mit einer Flugzeugklimaanlage (34, 34a, 34b) verbunden ist und dass die zweite Luftzufuhrleitung (16; 16a,16b) einenends strömungsführend mit einer Rezirkulationsluftanlage (36; 64; 66) verbunden ist.
Flugzeug (38), mit einem System (10; 10';10";10"'; 10"") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System im Deckenbereich des Flugzeugrumpfquerschnitts angeordnet ist.