DE1146372B

DE1146372B - Klimaanlage fuer Flugzeugkabinen mit einem geschlossenen Umlaufkuehlsystem und Hilfskuehlsystem

Info

Publication number: DE1146372B
Application number: DEN19341A
Authority: DE
Inventors: Donald John Leech; Brian Howard Rogers
Original assignee: Normalair Ltd
Current assignee: Normalair Ltd
Priority date: 1960-01-07
Filing date: 1960-12-20
Publication date: 1963-03-28

Description

Klimaanlage für Flugzeugkabinen mit einem geschlossenen Umlaufkühlsystem und Hilfskühlsystem Die Erfindung betrifft Klimaanlagen für Flugzeugkabinen mit einem geschlossenen Umlaufkühlsystem und Hilfskühlsystem, welche im Wärmeaustausch miteinander durch einen Wärmeaustauscher stehen und mittels eines Kompressors mechanisch miteinander verbunden sind, der mit einer durch die Luft des Kühlsystems betriebenen Expansionsturbine gekuppelt ist und von ihr angetrieben wird.
Bei bekannten Anlagen dieser Art wurde Luft der Atmosphäre entnommen, komprimiert, gekühlt und durch einfache Kondensationsmittel auf den erforderlichen Feuchtigkeitszustand gebracht, bevor sie der Flugzeugkabine zugeführt wurde, von wo sie dann ausgestoßen wurde. Diese Anlagen waren in erster Linie dazu entwickelt, das Flugzeug noch auf dem Erdboden zu kühlen, bevor es aufstieg. Bei diesen Anlagen war kein Umlauf für die entsprechend zubereitete und der Kabine zugeführte Luft vorgesehen, was wirtschaftlich unzweckmäßig und nachteilig ist. Eine Temperaturregelung wurde nur unter Umgehung des Turbokompressors und eines zweiten Wärmeaustauschers erreicht, und eine Entfeuchtung wurde durch eine einfache Kondensationsvorrichtung innerhalb eines Wärmeaustauschers hinter einer Expansionsturbine durchgeführt.
Es sind ferner Klimaanlagen dieser Art bekannt, bei denen komprimierte Luft vorhanden war, welche durch eine Expansions- und Wärmeaustauschervorrichtung vor dem Eintritt in die Flugzeugkabine gekühlt wurde, von wo sie ausströmt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Umlaufkühlsystem vorgesehen, welches die Luft durch einfache Zuordnung einer Kompressor- und Wärmeaustauschervorrichtung kühlt, welcher das Wärmeaustauscherkühlmittel zugeführt wird, nachdem es durch einen weiteren Wärmeaustauscher und einer Expansionsturbine gekühlt wird. Diese Turbine treibt den Kompressor zum in Umlaufsetzen der Luft durch die Flugzeugkabine an, und ferner einen zweiten Kompressor in der Kühlmittelführung hinter dem Umlaufluftwärmeaustauscher. Hierbei ergibt sich kein Umwälzen der behandelten, der Kabine zugeführten Luft, was wirtschaftlich nachteilig ist. Es ist keine Temperaturregelung und keine Feuchtigkeitskontrolle vorgesehen.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, bei einer Klimaanlage für eine oder mehrere Flugzeugkabinen eine geschlossene Kombination von Luftbehandlungsvorrichtungen mit einem hohen Grad an Wirksamkeit vorzusehen, die einen verhältnismäßig kleinen Betrag an Kraft zum Arbeiten erfordern, so daß eine wesentliche Gewichtsersparnis und Verringerung der Kraftableitung von dem Flugzeugmotor erreicht und die Notwendigkeit für eine Hilfskrafteinheit vermieden wird. Die Erfindung besteht darin, daß das geschlossene Umlaufkühlsystem stromabwärts von den Kabinen in Kombination einen Kompressor, Wärmeaustauscher und eine wärmeabsorbierende Expansionsturbine, einen stromaufwärts von den Kabinen in eine Leitung eingeschalteten Wasserabscheider, einen von einer Leitung und einem Ventil gebildeten Temperatursteuerkreis und einen von einer Leitung und einem Ventil gebildeten Luftergänzungsstromkreis enthält. Die Anordnung der verschiedenen Luftbehandlungsvorrichtungen ermöglicht eine sehr gute und schnelle Zubereitung der Luft für Kabinenzwecke.
Zur Verringerung der von den Flugzeugmotoren abgenommenen Kraft und Ausschaltung der Notwendigkeit der Anordnung einer Hilfskraft bilden Kompressor, Wärmeaustauscher und Expansionsturbine eine einteilige Einheit, die in einer geschlossenen Kombination vorgesehen ist. Eine weitere Verbesserung der Zubereitung der Luft wird ferner dadurch erreicht, daß der von der Leitung und dem Ventil gebildete Temperatursteuerkreis Warmluft von einer Maschinenanzapfung stromabwärts eines darin angeordneten Drosselventils zu dem Kühlluftstromkreis vor dem. in der Leitung angeordneten Wasserabscheider zuführt.
In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.
Fig:1 zeigt eine schematische Darstellung der Klimaanlage; Fig. 2 und 3 zeigen abgeänderte Ausführungsformen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Turbine-Wärmeaustauscher-Kompressor-Einheit 1 vorgesehen, die eine mit einem Kompressor 3 mechanisch verbundene Turbine 2 enthält. In den Kreislauf unmittelbar stromaufwärts von der Turbine 2 ist ein Wärmeaustauscher bzw. Kraftstoffluftkühler 4 eingeschaltet. Stromabwärts von der Turbine 2 ist ein Wasserabscheider 5 in der Leitung 6 zu der Flugzeugkabine 7 und dem Ausrüstungsabteil 8 eingebaut. Eine turboangetriebene Kompressoreinheit 10 besteht aus einer mit einem Kompressor 12 mechanisch verbundenen Hilfsturbine 11. Abzapfluft von einem nicht dargestellten Maschinenkompressor od. dgl. ist mit der Hilfsturbine 11 über eine Leitung 13 verbunden, in welche ein Drosselventil 14 und ein Wärmeaustauscher 15 eingeschaltet sind. Nach einem Expandieren in der Hilfsturbine 11 läuft die abgezapfte Luft durch einen Zwischenkühler 16, Leitung 17 und Regenerativkühler 15, von wo sie zur Atmosphäre entlüftet wird. Der erforderliche Betrag an Auffülluft wird von einer Leitung 13 durch eine Leitung 18 in eine Leitung 19 entnommen, die zwischen dem Ausrüstungsabteil 8 und dem Einheitskompressor 3 angeordnet ist. Eine weitere Einströmungssteuerventil 21 enthaltende Leitung 20 isst zwischen der Abzapfluft in der Leitung 13 und in der in Leitung 6 behandelten Luft angeschlossen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 enthält das System die gleichen Grundbestandteile und die Kreislaufanordnung wie bei Fig. 1. Die einzige Abänderung besteht darin, daß die von der Flugzeugkabine und den Ausrüstungskammern durch die Leitung 19 zurückfließende Luft zuerst durch den turboangetriebenen Kompressor 12 und dann durch den Einheitskompressor 3 fließt. Wie oben ist der Zwischenkühler 16 zwischen den beiden Kompressorstufen vorgesehen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 gleicht im wesentlichen dem nach Fig: 1 und 2, es ist jedoch ein Zwischenkühler zwischen den beiden Kompressoren 12 und 3 angeordnet. Auf diese Weise fließt die abgezapfte Luft nach der Expansion in der Hilfsturbine 11 direkt durch die Leitung 17 in den Regenerativkühler 15, worauf sie zur Atmosphäre entlüftet wird.
Im Betrieb wird die Umlaufluft in zwei Stufen in einem Zustand verdichtet, bei welchem Wärme daraus durch den Kraftstoffluftkühler 4 entzogen werden kann. Die beiden Stufen enthalten den turboangetriebenen Kompressor 12 und den Einheitskompressor 3, die Anordnung, in welcher die Luft durch die Kompressoren 12 und 3 fließt, ist abhängig von der Ausführungsform.
Nach dem Durchlaufen der beiden Kompressionsstufen wird die Umlaufluft in dem Kraftstoffluftkühler 4 durch den Flugzeugkraftstoff gekühlt, wenn er von den Kraftstofftanks zu den Maschinen fließt. Die Luft expandiert dann in der Einheitsturbine 2 auf einen Druck und eine Temperatur, die für einen Umlauf um das Flugzeug geeignet ist und dabei eine Kraft entwickelt, die zum Antrieb des Einherskompressors 3 ausreicht. Die gekühlte Luft fließt dann durch den Wasserabscheider 5 und die Leitung,:6 in die Flugzeugkabine 7 und das Ausrüstungsabteil 8 von wo sie zu den Kompressionsstufen durch die Leitung 19 zurückfließt. Die zum Aufrechterhalten des Druckes notwendige Auffülluft wird von der Maschinenabzapfluft in Leitung 13 durch die Leitung 18 entnommen und der Umlaufluft in Leitung 19 stromabwärts von den Kompressionsstufen zugefügt.
Die Hilfsturbine 11 ist mechanisch mit dem Hilfskompressor 12 gekuppelt, der durch die Expansion der Abzapfluft in der Turbine angetrieben wird. Die Abzapfluft wird von Abzapfstellen an der Maschine entnommen. Nach dem Expandieren läuft die abgezapfte Luft entweder zu dem Regenerativkühler 15 unmittelbar oder über den Zwischenkühler 16 und dann in den Regenerativkühler 15 je nach der verwendeten Ausführungsform. Die Funktion der expandierten Abzapfluft beim Durchlaufen des Zwischenkühlers 16 besteht darin, als Kühlmittel für die Umlaufluft zwischen den beiden Kompressionsstufen' zu wirken. In gleicher Weise wirkt die expandierte Abzapfluft als Kühlmittel in dem Wärmeaustauscher 15 für die Maschinenabzapfluft, bevor sie in die Hilfsturbine 11 eintritt. Schließlich wird die abgezapfte Luft nach Durchlaufen des Regenerativkühlers 15 in die Atmosphäre entlüftet.
Zur Vervollständigung der Ausführungsbeispiele sind Mittel zum Verändern der Kühlwirkung des Systems in Anpassung an die sich ändernden Erfordernisse der Flugzeugkabine und Ausrüstungsabteilungen dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 wird eine anfängliche Reduktion in der Kühlwirkung des Systems durch Drosselung der Luftzufuhr zu der Hilfsturbine und damit ein Verringern der Geschwindigkeit und des Kompressionsverhältnisses des Hilfskompressors erreicht. Wenn die Kühlwirkung noch weiter verringert werden soll, wird Maschinenabzapfluft durch das Strömungs-Steuerventil 21 und die Leitung 20 in den geschlossenen Kreislauf stromaufwärts von dem Wasserabscheider 5 geführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Klimaanlagen für Flugzeugkabinen mit einem geschlossenen Umlaufkühlsystem und Hilfskühl-System, welche im Wärmeaustausch miteinander durch einen Wärmeaustauscher stehen und mittels eines Kompressors mechanisch miteinander verbunden sind, der mit einer durch die Luft des Kühlsystems betriebenen Expansionsturbine gekuppelt ist und von ihr angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Umlaufkühlsystem stromabwärts von den Kabinen (7, 8) in Kombination einen Kompressor (3), Wärmeaustauscher (4) und eine wärmeabsorbierende Expansionsturbine (2), einen stromaufwärts von den Kabinen in eine Leitung (6) eingeschalteten Wasserabscheider (5), einen von einer Leitung (20) und einem Ventil (21) gebildeten Temperatursteuerkreis und einen von einer Leitung (18) und einem Ventil gebildeten Luftergänzungsstromkreis enthält. 2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kompressor (3), Wärmeaustauscher (4) und Expansionsturbine (2) eine einteilige Einheit bilden. 3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Leitung (20) und dem Ventil (21) gebildete Temperatursteuerkreis Warmluft von einer Maschinenanzapfung stromabwärts eines darin angeordneten Drosselventils (14) zu dem Kühlluftkreis stromaufwärts von dem in der Leitung (6) angeordneten Wasserabscheider (5) zuführt. 4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Geschwindigkeit der Turbine (11) mittels des Luftstromes durch die Leitung (13) und damit der von dem damit gekuppelten und dadurch angetriebenen Kompressor (12) geleisteten Arbeit ein Drosselventil (14) so vorgesehen ist, daß damit eine Steuerung des von der Luft in dem Kühlkreislauf entnommenen Wärmebetrages und der Zirkulationsgeschwindigkeit möglich ist. 5. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Leitung (18) und einem Ventil (22) gebildete Auffülluftstromkreis an den Kühlluftstromkreis stromaufwärts von dem Kompressor (3) von einer Stelle stromabwärts von einem Wärmeaustauscher (15) des Hilfskühlstromkreises angeschlossen ist. 6. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (4) mit einem durch den Kraftstoff zugeführten Kühlmedium versehen ist, der von den Tanks des Flugzeuges zu den Maschinen fließt. 7. Klimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel des in dem Kühlluftstromkreis angeordneten Wärmeaustauschers (15) durch die Luft des Kühlluftstromkreises vor dessen Ausfließen gebildet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1070 929; französische Patentschrift Nr. 1174 370; britische Patentschrift Nr. 809 964.