DE1153632B - Geschlossenes Dampfkreislaufsystem fuer mit grosser Geschwindigkeit fliegende Hoehenflugzeuge - Google Patents

Geschlossenes Dampfkreislaufsystem fuer mit grosser Geschwindigkeit fliegende Hoehenflugzeuge

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DE1153632B
DE1153632B DEN20852A DEN0020852A DE1153632B DE 1153632 B DE1153632 B DE 1153632B DE N20852 A DEN20852 A DE N20852A DE N0020852 A DEN0020852 A DE N0020852A DE 1153632 B DE1153632 B DE 1153632B
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DE
Germany
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evaporator
compressor
cycle system
steam cycle
air
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Application number
DEN20852A
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English (en)
Inventor
Brian Howard Rogers
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Normalair Ltd
Original Assignee
Normalair Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D13/08Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned the air being heated or cooled

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

  • Geschlossenes Dampfkreislaufsystem für mit großer Geschwindigkeit fliegende Höhenflugzeuge Die Erfindung betrifft Klimaanlagen für Flugzeuge, insbesondere für solche Flugzeuge, die in großen Höhen mit Überschallgeschwindigkeit fliegen.
  • Es ist bekannt, Umhüllung und Zubehör von Überschallflugzeugen durch Verwendung von einem flüssigen Kraftstoff und einem flüssigen Oxidant von niedriger Temperatur zu kühlen, um die in das Flugzeug eingesaugte und durch die geteilte Umhüllung des Flugzeuges umgewälzte atmosphärische Luft zu kühlen. Es ist ferner bekannt, verschiedene Ausrüstungsteile von Überschallflugzeugen durch Nutzbarmachung der latenten Wärme der Kraftstoffverdampfung von dem durch Senkung der Temperatur zu kühlen, um damit in Wärmeaustauschbeziehung angeordnete Teile zu kühlen. Ein Kühlsystem für schnell fliegende Flugzeuge, welches die niedrige Temperatur der umgebenden freien Luft zum Senken der Wärme verwendet, ist fernerhin vorgeschlagen worden. Diese bekannten Anlagen stehen aber mit der Erfindung in keiner Beziehung.
  • Es ist ferner bei einer Ausführungsform von Wärmeaustauscher für ein Kühlsystem für schnell fliegende Flugzeuge eine Vorrichtung bekannt, bei der Luft nach Abkühlung bei Durchlauf durch eine erste Wärmeaustauschvorrichtung in eine Kabine eines Flugzeuges nach Betätigung einer Turbine ausströmt, welche einen Windflügel zum Umwälzen von Luft innerhalb der Kabine antreibt.
  • Keine der bekannten Ausführungen trifft die durch die Erfindung gelöste Aufgabe, welche sich auf ein geschlossenes Dampfkreislaufkühlsystem mit Kompression, Kondensation und Verdampfung bei einem Flugzeug bezieht, das in großen Höhen und mit Überschallgeschwindigkeit fliegt. Obgleich unter diesen Verhältnissen Stauluft die notwendige Kühlung für den Verdichter vorsehen würde, ist dieses unzweckmäßig, da eine übermäßig hohe Kraft erforderlich und weiterhin die Temperatur des Kühlmittels unerwünscht hoch wäre und zu einer Zersetzung führen würde. Demgegenüber besteht das geeigneteste, zur Verfügung stehende Verdichtungsmedium aus Kraftstoff, welcher bei einem Überschallflugzeug sehr gut oberhalb der Staulufttemperatur liegen kann, die in mit Unterschallgeschwindigkeit fliegenden Flugzeugen verwendet wird, und der Kraftverbrauch und die Kühlmitteltemperatur sind in einem geringeren Grad übermäßig.
  • Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage für ein Flugzeug mit überschA-P Cr schwindigkeit zu schaffen, welches ein geschlossenes Dampfkreislaufkühlsystem enthält, in welchem frische Stauluft durch Wärmeaustauscher vor dem Durchlauf durch die Verdampfer des Kühlsystems vorgekühlt wird, und damit arbeitet das System bei einer tieferen Temperatur, als es sonst der Fall möglich wäre. Der Verdichter braucht deshalb nicht auf solch eine niedrige Temperatur für ein wirksames Arbeiten des Systems gekühlt zu werden, wie es sonst erforderlich gewesen wäre.
  • Das Wesen der Erfindung besteht bei einem geschlossenen Dampfkreislaufsystem für mit großer Geschwindigkeit fliegende Höhenflugzeuge mit einem mehrstufigen Kühlmittelkompressor, Kondensator. Expansionsventilen und Verdampfern darin, daß durch den Durchgang durch den Verdampfer gekühlte frische Luft eine Turbine antreibt, die einen Kompressor vor dem Ausfließen in eine Flugzeugumhüllung antreibt, und eine von dem Luftstrom durch eine Abzweigleitung angetriebene weitere Turbine einen Ventilator zum Rückführen der Luft aus der Umhüllung über dem Verdampfer vor dem Ausfließen in die Umhüllung antreibt.
  • Ein weiteres und wichtiges Merkmal besteht in der Anordnung von zusätzlichen Verdampfern zum Vorkühlen der Fischluft, bevor sie zu den Verdampfern der Anlage gelangt, so daß damit die Anlage bei einer niedrigeren Temperatur arbeiten kann, als es sonst derFall wäre, wodurch es nicht mehr notwendig ist, den Verdichter übermäßig zu kühlen.
  • Der Kompressor besteht vorzugsweise aus einem Mehrstufenkompressor von gleichbleibender oder veränderlicher Geschwindigkeit und die Anordnung ist so getroffen, daß die entsprechenden Stufen des Kompressors automatisch die Druck- und Temperaturhöhe der Verdampfer bestimmen. Bei einem Kompressor mit gleichbleibender Geschwindigkeit ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche die Temperatur des Kühlmittels am Einlaß steuert.
  • Gemäß weiterer Erfindung soll jedes Expansionsventil mit einer Abtastvorrichtung versehen sein, welche die Temperatur stromabwärts von jedem Verdampfer abtastet und dadurch den Kühlmittelstrom dorthin steuert und somit das Kühlen von jedem Verdampfer verändert.
  • In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt ein Dampfkreislaufkühlsystem für eine Luftzustands- oder Klimavorrichtung für Flugzeuge; Fig. 2 und 3 zeigen abgeänderte Ausführungsformen.
  • Bei Fig. 1 ist eine Luftzustands- oder Klimavorrichtung für Flugzeuge mit einem geschlossenen Dampfkreislaufkühlsystem vorgesehen, welches ein zum stufenweisen Kühlen frischer Stauluft bekanntes Kühlmittel enthält.
  • Die Kühlvorrichtung enthält einen mehrstufigen Kühlmittelkompressor 1 mit gleichbleibender Geschwindigkeit, der über eine Leitung 2 mit einem Kühlapparat oder Verdichter 3 in Verbindung steht. An den Auslaß des Kühlers 3 ist eine Leitung 4 angeschlossen, die über Abzweigleitungen 5 und 6 zu einem Verdampfer 7 führt, wobei die Zweigleitung 5 mit der ersten Stufe des Kompressors 1 über eine Leitung 8 und die Zweigleitung 6 mit dem Einlaß des Kompressors über eine Leitung 9 verbunden sind. Entspannungsventile 10 und 11 sind in den Abzweigleitungen 5 und 6 stromaufwärts von dem Einlaß des mehrstufigen Verdampfers 7 vorgesehen. Jedes Entspannungsventil 10 und 11 wird von Temperaturen gesteuert, die stromabwärts von dem Verdampfer 7 durch auf Temperatur ansprechende Leitungen 12 und 13 abgetastet sind. Eine in der Leitung 9 stromaufwärts von dem Einlaß des Kompressors 1 vorgesehene Leistungssteuerungsvorrichtung 14 regelt die Verdampfertemperatur und ändert damit die Temperatur des Kühlmittels am Einlaß zu dem Kompressor.
  • Bei der weiteren Ausführungsform nach Fig. 2 enthält die Anlage grundsätzlich die gleichen Teile und die Kreislaufanordnung, wie sie bei Fig. 1 beschrieben worden ist. Die einzige Abänderung besteht darin, daß die Leitung 8 so angeschlossen ist, daß das Kühlmittel zu der zweiten Stufe des Kühlmittelkompressors 1 zurückfließt, und die Leitung 9 so angeschlossen ist, daß das Kühlmittel zu der ersten Stufe zurückfließt. Ein dritter Verdampfer 15 ist in die Leitung 16 eingeschaltet, die stromabwärts von der Verbindungsstelle zwischen der Zweigleitung 6 und der Leitung 4 liegt. Sie führt das Kühlmittel zu dem Einlaß des Kompressors 1 durch die Leistungssteuerungsvorrichtung 14 zurück.
  • Der Verdampfer 15 ist in einer solchen Weise angeordnet, daß frische Stauluft nach Durchfließen des mehrstufigen Verdampfers 7 durch die Leitung 20 hindurchfließen kann. Ein Entspannungsventil 17 ist stromaufwärts von dem Einlaß des Verdampfers 15 angeordnet und wird durch die stromabwärts von dem Verdampfer durch die auf Temperatur ansprechende Leitung 18 abgetastete Temperatur gesteuert. Die Leitung 20 ermöglicht ein Zurückströmen der Luft von der Umhüllung des Flugzeuges zur Vermischung mit Frischluft, die durch die Leitung 21 fließt, bevor sie über den Verdampfer 15 strömt.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine Anlage vorgesehen, die die gleichen grundlegenden Teile der Fig. 1 und 2 enthält. Die einzige Abänderung besteht darin, daß ein turbinenangetriebener Kompressor mit veränderlicher Geschwindigkeit für den Kompressor mit gleichbleibender Geschwindigkeit nach den früheren Ausführungsbeispielen genommen und ferner der Kühlmittelfluß aufgespalten wird, wobei der eine Zweig die frische Luft und der andere Zweig die aus der Flugzeugkabine zurückgeführte Luft kühlt. Die Art und Weise, in welcher die Anordnung ausgeführt ist, soll insbesondere bei Fig. 3 beschrieben werden, wo die Bezugszeichen der Fig. 1 und 2 nach Möglichkeit verwendet worden sind. Der mehrstufige Kühlmittelkompressor wird von einer Turbine 30 angetrieben, die ihrerseits durch einen Stauluftstrom angetrieben wird, der durch die Leitung 21 und die Leitung mit einer Abzweigleitung 31 fließt, die stromaufwärts von der Turbine 30 angeordnet ist und den Stau zur Leitung 21 stromabwärts von der Turbine 30 zurückführt. Innerhalb der Abzweigleitung 31. ist eine Turbine 32 vorgesehen, die einen Ventilator 33 antreibt. Der Ventilator 33 zieht die von der Flugzeugumhüllung zurückfließende Luft durch eine Leitung 34, die dann an die Leitung 21 zum Ausströmen von Luft in die Flugzeugumhüllung nach Durchfließen des Verdampfers 15 angeschlossen ist. Die grundlegende Anlage zum Kühlen der frischen Stauluft ist weiter oben mit der Ausnahme beschrieben worden, daß bei dieser Ausführungsform die Luft durch einen Stauluftwärmeaustauscher 40 und einen Kraftstoff-Luftwärmeaustauscher 41 vor dem Durchfließen des Verdampfers 7 des Kühlsystems geschickt wird. Stromabwärts von dem Kühler 3 fließt das Kühlmittel durch ein Entspannungsventil 17 und einen Verdampfer 15, die in die Leitung 16 vor dem Rückfluß zur ersten Stufe des Kompressors 1 eingeschaltet sind. Auf diese Weise fließt die rückgeführte Luft durch den Verdampfer 15, während bei der Ausführungsform nach Fig.2 sowohl die rückgeführte Luft als auch die frische Stauluft durch den Verdampfer 15 fließen können. Beim Betrieb verläßt das Kühlmittel den Kompressor 1 in gasförmigem Zustand bei einer im wesentlichen hohen Temperatur und einem hohen Druck und fließt zu dem Kühler 3 durch die Leitung 2, wo Wärme durch den Fluß von Kraftstoffluft oder Stauluft abgeführt wird. Das Kühlmittel verläßt den Kühler in flüssigem Zustand durch die Leitung 3, wo sie zu den Entspannungsventilen 10 und 11 (Fig. 1); 10, 11 und 17 (Fig. 2) und 10 und 17 (Fig. 3) fließt und zu einem nassen Dampf bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck expandiert. Das Kühlmittel wird dann durch den Kompressor 1 nach Durchfließen der Verdampfer 7 (Fig. 1), 7 und 15 (Fig. 2) und 7 und 15 (Fig. 3) zurückgeführt. Frische Stauluft kühlt sich dabei beim Fließen über die Verdampfer ab und wird in die Flugzeugumhüllung mit der rückgeführten, ebenfalls gekühlten Luft entladen, wie bei den Fig. 2 und 3 beschrieben worden ist. Die Kühlung wird in getrennten Stufen entsprechend den Stufen des Kompressors durchgeführt, welcher selbsttätig die Druck-und Temperaturhöhe bestimmt, bei welcher die Verdampfer arbeiten. Gemäß Fig. 1 wird Stauluft beim Durchgang durch den Verdampfer 7 auf eine Zwischenstufe abgekühlt, der durch den Kühlmittelfluß durch die Leitung 5 gekühlt wird, wobei die Stauluft weiterhin auf eine niedrigere Temperatur beim Durchfluß einer weiteren Stufe eines Verdampfers 7 gekühlt wird, der durch den Kühlmittelfluß durch die Leitung 6 gekühlt wird.
  • Die Entspannungsventile werden durch Temperaturen gesteuert, die stromabwärts von jedem Verdampfer durch Temperatur abtastende Leitungen abgetastet werden. Dadurch wird jedes Entspannungsventil so betätigt, daß es das hindurchfließende Kühlmittel steuert und dadurch weiterhin die Kühlung der Verdampfer entsprechend den Temperaturen an den Verdampferauslässen verändert.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Geschlossenes Dampfkreislaufsystem für mit großer Geschwindigkeit fliegende Höhenflugzeuge mit einem mehrstufigen Kühlmittelkompressor, Kondensator, Expansionsventilen und Verdampfern, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Durchgang durch den Verdampfer (7) gekühlte frische Luft eine Turbine (30) antreibt, die einen Kompressor (1) vor dem Ausfließen in eine Flugzeugumhüllung antreibt, und eine von dem Luftstrom durch eine Abzweigleitung (31) angetriebene weitere Turbine (32) einen Ventilator (33) zum Rückführen der Luft aus der Umhüllung über dem Verdampfer (15) vor dem Ausfließen in die Umhüllung antreibt.
  2. 2. Dampfkreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Verdampfer (41) zum Kühlen der Frischluft vor dem Durchlauf durch den Verdampfer (7) vorgesehen ist.
  3. 3. Dampfkreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft und die Umwälzluft beim Durchlauf durch den Verdampfer (7) und den Verdampfer (15) entsprechend den Stufen des Kompressors (1) gekühlt werden, welcher automatisch die Druck-und Temperaturhöhe des Betriebes des Verdampfers (7 und 15) bestimmt.
  4. 4. Dampfkreislaufsystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor (1) von gleichbleibender Geschwindigkeit vorgesehen ist, der mit einer Möglichkeit zum Steuern der Temperatur des Kühlmittels am Einlaß des Kompressors (1) versehen ist.
  5. 5. Dampfkreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor mit veränderlicher Geschwindigkeit vorgesehen ist.
  6. 6. Dampfkreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Expansionsventil (10, 11, 17) mit einer Temperaturabtastvorrichtung zum Abtasten der Temperatur stromabwärts von jedem Verdampfer (7, 15) versehen ist, wodurch der durch ihn hindurchgehende Kühlmittelstrom zur Veränderung der Kühlung eines jeden Verdampfers gesteuert wird.
  7. 7. Dampfkreislaufsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (40, 41) aus einem Kraftstoff-Luftwärmeaustauscher und einem Stauluft-Wärmeaustauscher bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: USA: Patentschriften Nr. 2 801829, 2 958 482, 2 944 409, 2 947154, 2 941372.
DEN20852A 1960-11-26 1961-11-21 Geschlossenes Dampfkreislaufsystem fuer mit grosser Geschwindigkeit fliegende Hoehenflugzeuge Pending DE1153632B (de)

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