DE1102186B

DE1102186B - Kuehlsystem

Info

Publication number: DE1102186B
Application number: DEG26235A
Authority: DE
Inventors: Norman Anderson
Original assignee: Sir George Godfrey and Partners Holdings Ltd
Current assignee: Sir George Godfrey and Partners Holdings Ltd
Priority date: 1958-01-25
Filing date: 1959-01-26
Publication date: 1961-03-16
Also published as: ES246785A1; GB915124A; US3012413A

Description

Kühlsystem Die Erfindung bezieht sich auf Kühlsysteme und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf solche Systeme, die nach dem Luftumwälzprinzip arbeiten und die z. B. zur Kühlung der Kabinen von Flugzeugen verwandt werden. Ziel der Erfindung ist es, die durch Eisbildung in derartigen Kühlsystemen ganz allgemein auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden, die insbesondere bei durch Luft bewegten Systemen zur Zuleitung gekühlter Luft in die Flugzeugkabinen ernste Auswirkungen haben, aber auch bei Systemen, in denen solche Schwierigkeiten im wesentlichen überwunden sind.
Gemäß einer bekannten Ausführungsform solcher Kühlsysteme wird die schädliche Eisbildung dadurch vermieden, daß die sie bildenden Eispartikel mittels eines Warmluftstromes in Wasser überführt werden. Der Warmluftstrom wird auf das vordere Ende der Leitung für das gekühlte Medium mittels eines durch einen Thermostat gesteuerten Ventils abgelenkt. Das derart in flüssigen Zustand überführte Eis wird nachfolgend durch einen Wasserabschneider aus dem gekühlten Luftstrom entfernt. Es wird bei diesem System aber ein bedeutender technischerAufwand erforderlich. Auch wirkt sich dieser nicht nur allgemein verteuernd, sondern auch nachteilig auf eine einwandfreie Steuerung der Enteisungsanlage aus.
In zur Kühlung von Flugzeugkabinen benutzten Luftumwälzkühlsystemen wird die für die Zuführung in die Kabine vorgesehene Druckluft in der Turbine des Luftumwälzkühlers expandiert, welcher aus einer einen Kompressor treibenden Turbine oder einem Gebläse besteht, das auf einer gemeinsamen Welle mit der Turbine befestigt ist, wobei Arbeit erzeugt und Wärme abgeführt wird. Die Druckluft durchströmt hierbei entweder direkt die Turbine, wobei der Kompressor oder das Gebläse in freier Luft arbeitet und lediglich eine Luftbremse bilden bzw. dazu dienen, Luft über einen Luft-Luft Wärmeaustauscher zu führen, den die Druckluft auf ihrem Wege zu der Turbine passiert, oder die Druckluft geht zuerst durch den Kompressor und dann durch einen Wärmeaustauscher, bevor sie in der Turbine unter weiterem Wärmeverlust expandiert.
Systeme des vorstehend beschriebenen Typs weisen im allgemeinen einen Entfeuchter auf, der in der Nähe des Abgabeendes der Luftleitung angeordnet ist, so daß das Wasser unmittelbar vor dem Lufteintritt in die Kabine entfernt wird. Die Hauptschwierigkeit, die hierbei in der Praxis unter Vereisungsbedingungen auftritt, besteht darin, daß der Entfeuchter blockiert, wodurch der Luftstrom zu der Kabine ernsthaft gestört wird und ein Überdruck in der Leitung entsteht. Diese Schwierigkeit stammt von der Eisbildung innerhalb des Entfeuchters, aber darüberhinaus werden beim Auftauen Absetzungen, die sich in der vor dem Entfeuchter gelegenen Leitung angesammelt haben, in den Entfeuchter geblasen und verursachen weitere ernsthafte Stauungen.
Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten durch einen Enteiser überwunden, der in eine Leitung des Kühlsystems einschaltbar ist und ein durchlässiges Element derart geringer Lochabmessungen besitzt, daß bei geringstem Eisniederschlag auf diesem Element eine beträchtliche Leitungsblockierung und damit ein höherer Druck auftritt, was eine Aufheizung des Kältemittels zur Folge hat und damit seine Abgabetemperatur oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser hält. Die Gesamtfläche dieses Elementes ist so gewählt, daß, wenn dieses von Eisablagerungen frei ist, ein geeigneter Druckabfall an dem Element entsteht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem zur Kühlung eines gasförmigen Mediums auf oder bis in die Nähe des Gefrierpunktes der in ihm enthaltenen Flüssigkeitspartikel mittels eines Kältemittels mit einem in das System hinter den Wärmeaustauschern einschaltbaren, aus einem durchlässigenElementbestehenden Enteiser.
Das durchlässige Element weist derart bemessene Öffnungen auf, daß der geringste Eisniederschlag auf dem Element eine Druckerhöhung in der Leitung und dadurch eine Aufheizung des Kältemittels auf eine über dem Gefrierpunkt des Wassers liegende Abgabetemperatur hervorruft. Dabei ist die gesamte Fläche des durchlässigen Elements so gewählt, daß ein geeigneter Druckabfall in dem Element entsteht, wenn diese frei von Eisablagerungen ist.
Das durchlässige Element ist vorzugsweise ein Metallnetz mit sehr feiner Maschenweite. Es können aber gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch mehrere Metallnetze das durchlässige Element bilden. Falls erforderlich, kann dieses Netz oder die Netze mit einer durchlöcherten Platte hinterlegt sein, die genügend Festigkeit gegen Zerstörung infolge eines durch Vereisung entstehenden hohen Druckabfalls besitzt.
Bei der Verwendung in Luftumwälzkühlsystemen wird das durchlässige Element vorzugsweise unmittelbar hinter der Turbine des Luftumwälzkühlers angeordnet, um so die Länge der unter hohem Druck stehenden Luftleitung zu beschränken und Auswirkungen infolge der Wärmeübertragung auf die Leitung zu vermeiden.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden, und zwar im Zusammenhang mit einem in Luft gekühlten Luftumwälzkühlsystems zur Zuführung gekühlter Luft in die Kabine eines Flugzeuges.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigt Fig. 1 eine Schemazeichnung des Gesamtsystems, Fig.2 einen Ouerschnitt durch den Enteiser des Systems entsprechend der Erfindung.
In der Schemazeichnung nach Fig. 1 kommt die Luft zur Überdruckerzeugung und Belüftung der Kabine über eine Abzweigung 1 von dem Kompressor eines Gasturbinentriebwerkes des Flugzeuges. Die Luft strömt von dieser Abzweigung über eine Leitung 2 durch einen ersten Luft-Luft Wärmeaustauscher 3, wo sie gekühlt wird, und anschließend durch eine Leitung 4 zu einem Ventil 5. Da die Temperatur der den ersten Wärmeaustauscher 3 verlassenden Luft gewöhnlich noch zu hoch ist, wird sie durch Entspannung in der Turbine einer aus einem Turbo-Kompressor bestehenden Kaltlufteinheit 6 auf eine geeignete Höhe gebracht.
Der Turbo-Kompressor weist eine Turbine 7 mit nach innen gerichteter Zuführung auf, welche einen auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Zentrifugalkompressor 8 antreibt. Die Speiseluft geht von dem Ventil 5 durch den Kompressor 8 über eine Leitung 9 zu einem zweiten Luft-Luft Wärmeaustauscher 10 und durch eine Leitung 11 zu der Turbine 7, wo sie expandiert und in eine Kabinenzuführungsleitung 12 eintritt. Während des Durchtritts der Speiseluft durch den Turbo-Kompressor wird sie durch den Kompressor 8 komprimiert und erwärmt. Anschließend wird in dem zweiten Wärmeaustauscher 10 Wärme abgeführt und innerhalb der Turbine, welche den Kompressor 8 antreibt, die Luft expandiert, d. h. es wird Energie von der Speiseluft unter ihrer gleichzeitigen Kühlung abgenommen.
Der Enteiser 13 ist in der Zuführungsleitung 12 unmittelbar hinter der Turbine 7 zwischen der letzteren und einem Entfeuchter 14 angeordnet, welcher wiederum vor dem Eintritt der Leitung 12 in die Flugzeugkabine sitzt. Die Kabinenwandung ist mit 15 bezeichnet. Ein Rückschlagventil 16 ist in der Leitung 12 unmittelbar vor der Kabine angeordnet.
Entsprechend Fig. 2 weist der Enteiser 13 einen röhrenförmigen Körper 17 doppelt konischer Form mit koaxial angeordneten Einlaß- und Auslaßverbindungen 18 und 19 auf, durch die er mit der Zuführungsleitung 12 verbunden ist: Die doppelt konische Form des Körpers 17 ergibt sich aus der Verbindung der Einlaß- und Auslaßteile 20 und 21, die sich beide nach außen erweitern und an ihren größeren Enden 20 a und 21 a radial geflanscht sind, so daß nach Verbindung mittels eines Ringes von Bolzen 22 eine luftdichte Anordnung entsteht.
Zur Erlangung dieser luftdichten Verbindung ist der Flansch 20 a an dem Einlaßteil 20 des Körpers an seinem äußersten radialen Ende 20 b axial umgebogen, so daß er den dickeren radialen Flansch 21 a des Auslaßteiles 21 umgreift. Die Umgrenzung des Flansches 21 a weist eine Nut auf, in der ein Dichtungsring 23 angeordnet ist, welcher gegen die Innenfläche des axial umgebogenen Teiles 20 b des Einlaßkörperteiles 20 anliegt. Zwischen den radialen Flächen der Flansche 20 a und 21 a ist ein durchlässiges Element 24 angeordnet, welches ein metallisches Netz sehr geringer Maschenweite, oder auch eine Mehrzahl von solchen dann übereinander angeordneten metallischen Netzen aufweist. An der Auslaß- oder Zuführungsseite des Netzes oder der Netze ist eine perforierte Metallplatte 25 hinterlegt, die gleichfalls an ihrer Umgrenzung zwischen den Flanschen 20 a und 21 a angeordnet ist.
Das durchlässige Element 24 bildet einen einfachen und sehr wirkungsvollen Enteiser und weist solche Lochgrößen auf, daß selbst geringste Eisablagerungen darauf eine beträchtliche Blockierung der Leitung 12 und damit eine Druckerhöhung in derselben bewirken, wodurch wiederum eine Aufheizung der Speiseluft in dem Enteiser 13 erzielt und eine Zuführungstemperatur oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser beibehalten wird. Die Gesamtfläche des durchlässigen Elementes 24 ist so gewählt, daß, wenn dieses von Eisablagerungen frei ist, ein geeigneter Druckabfall an dem Element entsteht.
Der Entfeuchter 14 entfernt etwa in der Speiseluft nach Verlassen des Enteisers noch anwesendes Wasser. Auf Grund der Anordnung des letzteren hat sich in der Praxis erwiesen, daß die in den Entfeuchter 14 eintretende Luft nur noch Wasser und keine Trübe oder Eis mehr enthält. Aus diesen Gründen benötigt der Entfeuchter 14 kein üblicherweise sonst erforderliches Ablaufventil, wodurch sich eine wesentlich einfachere und wirkungsvollere Bauweise ergibt.
Für Aufheizzwecke wird Luft aus der Abzweigung 1 durch die Leitung 26, das Ventil 5 und eine Durchflußsteuerung 27 sowie eine Leitung 28 in die Zuführungsleitung 12 unmittelbar vor dem Entfeuchter 14 eingeführt. Bei voller Kühlung wird die Speiseluft, die in die Zuführungsleitung 12 eintritt, nur durch den Wärmeaustauscher 3, das Ventil 5 und den Turbo-Kompressor 6 geführt, während bei voller Aufheizung die gesamte Speiseluft durch das Ventil 5 und die Zuflußsteuerung 27 strömt. Dadurch wirkt das Ventil 5 wie ein Mischventil, dessen Einstellung den Grad der Kühlung und/oder Heizung der der Kabine zugeführten Gesamtluftmenge bestimmt.
Der Hauptstrom der gekühlten Luft ist durch die Düsen der Turbine 7 begrenzt und die Steuerung 27 steuert den zusätzlichen Anteil heißer Luft in Abhängigkeit von dem Luftdruck in der Kabine.
Während des Fluges erhält man die Kühlluft für die Wärmeaustauscher 3 und 10 durch Stauwirkung. Falls das Kühlsystem auf dem Boden benutzt wird, wird ein Kühlluftstrom durch Öffnung der gewöhnlich geschlossenen Ventile 29 erzeugt. Durch Öffnung dieser Ventile strömt Luft unter Druck von der Abzweigung 1 zu den Zuführungsstellen 30, die an den Wärmeaustauschern 3 und 10 angeordnet sind, und die komprimierte Luft tritt aus diesen Zuführungsstellen aus, wodurch eine Einspritzpumpenwirkung und ein Kühlluftstrom über die Wärmeaustauscher erzielt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kühlsystem zur Kühlung eines gasförmigen Mediums auf oder bis in die Nähe des Gefrierpunktes der in ihm enthaltenen Flüssigkeitspartikel mittels eines Kältemittels mit einem in das System hinter den Wärmeaustauschern einschaltbaren aus einem durchlässigen Element bestehenden Enteiser, dadurch gekennzeichnet, daß das durchlässige Element derart bemessene Öffnungen aufweist, daß der geringste Eisniederschlag auf dem Element eine Druckerhöhung in der Leitung und dadurch eine Aufheizung des Kältemittels auf eine über dem Gefrierpunkt des Wassers liegende Abgastemperatur hervorruft, während die Gesamtfläche des durchlässigen Elementes so gewählt ist, daß ein geeigneter Druckabfall an dem Element entsteht, wenn dieses frei von Eisablagerungen ist.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durchlässige Element ein Metallnetz sehr feiner Maschenweite aufweist.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das durchlässige Element mehrere Metallnetze aufweist.
4. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb mit einer durchlöcherten Platte hinterlegt ist, die genügend Festigkeit gegen Zerstörung infolge eines durch Vereisung entstehenden hohen Druckabfalls besitzt.
5. Kühlsystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das durchlässige Element zwischen zwei kegelstumpfförmigen Körperteilen mit koaxial angeordneten Eimaß- und Auslaßverbindungen angeordnet ist.
6. Kühlsystem mit Luftumwälzkühlung und Entfeuchter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das durchlässige Element unmittelbar hinter der Turbine des Luftumwälzkühlers und vor einem Entfeuchter angeordnet ist.
7. Kühlsystem mit einem Ventilationssystem entsprechend den Ansprüchen 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der gekühlten und der warmen Luft zwischen dem Entfeuchter und dem durchlässigen Element stattfindet. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift NTr. 1017 479.