DE1679516C3

DE1679516C3 - Vorrichtung zum Verhindern der Eisbildung im Auslass der Lueftungsanlage eines Flugzeugs

Info

Publication number: DE1679516C3
Application number: DE1679516A
Authority: DE
Inventors: Kinsell Robert C; Berhold Edwin D
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1966-08-19
Filing date: 1967-08-16
Publication date: 1974-09-19
Also published as: GB1197305A; DE1679516B2; DE1679516A1; US3355905A

Description

dem Kugelventil (47) und der Einmündung der der Kühlkapazität der Anlage gestattet, schwankt der

Leitung (43) vorgesehen ist, die Luft aus der Ver- Druck in der Flugzeugkabine doch sehr stark infoige

bindungsleitung (44) langsamer entweichen läßt, der dieser Methode anhaftenden Trägheit. Außerdem

als Luft über die Leitung (43) einströmt. ₅₅ verursacht ein plötzlicher Abfall des Eispunktes bei

ό. vorrichtung nacn Anspruch 3, daäurcn ge- sich schlagartig ändernden h-eucntigkeiisvernähnissen

kennzeichnet, daß das Nebenschlußventil (19) ein der einströmenden Luft beim Durchfliegen einer

Gehäuse aufweist, das von einer Platte (33) in Wolke das Gefrieren des Wassers im Wasserabschei-

zwei Teile geteilt ist, daß ein den Druckbalg (32) der, obwohl ein Eisschirm in der Anlage vorgesehen

aufnehmender Becher (36) in dem einen Teil des 60 ist.

Gehäuses angeordnet und mit seinem Rand an Es ist die Aufgabe der Erfindung, die aus der der Platte dicht befestigt ist, daß in der Platte USA.-Patentschrift 2829 505 bekannte Vorrichtung (33) wenigstens ein Loch (38) zwischen dem Be- zum Verhindern der Eisbildung dahingehend zu verchei (36) und der Gehäusewand vorgesehen ist, bessern, daß unter größtmöglicher Ausnutzung der daß im anderen Teil des Gehäuses das Tellerven- 65 gegebenen Temperaturdifferenzen die Luftdrucktil mit Ventilteller (29) und Ventilsitz (30) vorge- Schwankungen, die Lufttemperaturschwankungen sehen ist, wobei ein Balg (31) mit seinem einen und die Luftfeuchtigkeitsschwankungen im Flugzeug-Ende an de*n Ventilteller (29) mit seinem ande- innern möglichst gering gehalten werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß da- die zwischen dem Becher 36 und .dem Gehäuse des durch gelöst, daß das Nebenschiußventil vom Atmo- Tellerventil? 19 liegen, so daß ein Verbindungsweg Sphärendruck beeinflußbar ist und daß in Flußrich- zwischen den Rohren 18 und 28 gebildet wird, wenn tung hinter dem Eisabscheider ein Temperaturfühler der Ventilteller 29 nicht auf dem Ventilsitz 30 ruht, angeordnet ist, der ein Steuerglied des Nebenschluß- 5 Die Stützplatte 33 hat auch eine zentrische öffnung ventils bei Unterschreitung einer vorbestimmten, ge- 39, durch welche die Innenräume der Bälge 31 und ringfügig über dem Eispunkt liegenden Lufttempera- 32 miteinander in Verbindung stehen. Die Bälge sind tür im Auslaßrohr mit dem Atmosphärendruck ver- mit einer Flüssigkeit gefüllt, die eine ausreichende bindet. Dämpfung des Ventiltellers 29 bewirkt, da die Flüs-

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vor- io sigkeit durch die öffnung 39 fließen muß, immer teil einer hohen Kühlleistung ohne die Gefahr einer wenn der Ventilteller 29 sich bewegt. Eine Feder 41 Eisbildung; dabei werden die für das Klima in der mit einer Einsteilvorrichtung 42 ist zur Einsteilung Flugzeugkabine maßgebenden Werte weitgehend der Schließkraft auf den Ventilteller vorgesehen, konstantgehalten. Die Leitung 37 verzweigt sich in die Leitung 43

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines 15 und die Verbindungsleitung 44. Die Leitung 43 steht Ausf Jhrungsbcispiels und der Zeichnung näher er- über eine öffnung 46 mit dem Rohr 28 in Verbinläutert. dung aus Gründen, die im folgenden näher erläutert

In der Zeichnung zeigt Ii ein Hnuptluftrohr, das werden.

mit Druckluft, z. B. Abluft cL-e« :Jüsenmotors ge- Die Verbindungsleitung 44 steht mit einem Kugelspeist wird. Das Rohr Il V.a* ev-, C-Verzweigung 12 20 ventil 47 in Verbindung, das von einem Temperaturzutn Abziehen von Wan,^: ,Γι, die in anderen Teilen fühler 48 im Rohr 27 betätigt wird. Das Kugelventil des Flugzeugs benö'^:gi werden kann. Die für die 47 besteht aus einem becherförmigen Gehäuse 50 nut Lüftungsanlage besm. - te Druckluft wird zu einem dem Temperaturfühler 48, der durch das geschlos-W^.meaustauscher 13 geleitet, in dem die Druckluft sene Ende des Gehäuses 50 in das Rohr 27 hineinaus dem Rohr 11 durch Umgebungsluft gekühlt wird, 25 ragt, so daß die Lufttemptidtur innerhalb des Rohres die durch eine Haube 14 streicht. DL Druckluft ver- 27 geprüft werden kann. Dei Temperaturfühler 48 lälit den Wärmeaustauscher 13 durch ein Rohr 16, besteht aus einem Stab 49 mit relativ großem Warum in einem Kompressor 17 kompromiert zu wer- meausdehnungskoeffizienten, so daß der Stab 49 sich den. Das Rohr 16 hat eine Abzweigung 18, die einen mit steigender Lufttemperatur ausdehnt und mit fal-Teil der komprimierten Luft vom Wärmeaustauscher 30 lender Lufttemperatur zusammenzieht. Am F de des 13 zu einem Nebenschiußventil 19 leitet, welches im Stabes 49 innerhalb des Gehäuses 50 ist eine Stabfolgenden näher beschrieben wird, und welches einen kappe 51 vorgesehen, die eine Stahlkugel 52 gegen Teil der Verbesserung zur Verhinderung der Eisbil- eine in einem Kolben 54 befindliche öffnung 53 dung in der Lüftungsanlage darstellt. preßt. Eine Druckfeder 56 ist zwischen dem Kolben

Nach weiterer Kompression der Druckluft in dem 35 54 und der Stabkappe 51 vorgesehen, während sich Kompressor 17 vird diese in einem Wärmeaustau- eine andere Feder 57 zwischen dem Kolben 54 und ycher 21 ebenfalls von der innerhalb der Haube 14 einer Endplatte 58 befindet, an die eine Leitung 44 befindlichen Umgebungi'uft gekühlt. Die gekühlte angeschlossen ist.

Druckluft aus dem Wärmeaustauscher 21 wird in Wenn die Lufttemperatur im Rohr 27 unter einen

einer Turbine 22 auf den Kabinendruck des Flugzeu- 40 gegebenen Wert, beispielsweise 4° C fsllt, so bewirkt ges expandiert Beim Durchgang durch die Turbine die Feder 57, daß der Kolben 54 gegen die Schulter gibt die Luft Energie al und wird kalt. Die Energie 59 des Gehäuses 50 gepreßt wird. Weiterhin bewirkt wird zum Antrieb des Kompressors 17 benutzt. Tie die Feder 56 bei Lufttemperaturen unter 4° C, daß kalte Luft verläßt die Turbine 22 durch ein Aus- die Stabkappe 51 sich von der Stahlkugel 52 entfernt, gangsrohr 23, tritt dann durch einen schirmartigen 45 wodurch die öffnung 53 freigelegt wird. Wenn die Eisabscheider 24, einen Wasserabscheider 25 und ein Lufttemperatur beispielsweise 4° C erreicht, dehnt Auslaßrohr 27 in die Kabine ein. Zwischen Turbine sich der Stab 49 genügend aus, so ciaß die Stahlkugel 22 und Eisabscheider 24 ist ".in geeignetes T-Stück 26 52 die öffnung 53 berührt und schließt. Falls die eingefügt, um die Luft aus dem Rohr 28 wirksam mit Lufttemperatur noch weiter steigt, dehnt sich der üer Luft ^us dem Rohr 23 zu mischen. 50 Stab 49 weiter aus, und diese Ausdehnung wird von

Das Nebenschiußventil 19 ist ein besonders ausge- der Feder 5 7 aufgenommen, da der Kolben 54 von bildetes Tellervc-tiS, um mögliche Instabilitätspro- der Schuiter 59 wegbewegt wird. Die von dem KoI-bleme in der Anlage so k'ein wie möglich zu halten. ben 54 und dem Gehäuse 50 gebildete Kammer stent Das Nebenschiußventil 19 hat einen Ventilteller 19, in geeigneter Weise durch die öffnung 61 mit dem der auf einem Ventilsitz 30 naht, so daß das Rohr 18 55 Umgebungsdruck in Verbindung, während der Druck von dem Rohr 28 abgeschlossen ist, wenn der Ventil- in der Leitung 44 durch die öffnung 62 mit dem teuer 29 aui dem Vcnüisiu 3G luiii. Zu ücu aktiven Umgebungsdruck Ir. Verbindung e.teht. Elementen des Ventils gehört ein Balg 31 und ein Die Anlage arbeitet wie folgt: Zuerst, wenn das

D. uckbalg 32, die beispielsweise aus Metall beste- Flugzeug auf dem Boden startfertig steht, ist der hen. Der Balg 31 verbindet den Ventilteller 29 mit 60 Druck in der Kabine und im Auslaßrohr 27 gleich einer Stützplatte 33, und der Druckbalg 32 ist an der dem Umgebungsdruck; an einem warmen Tag ist die anderen Seite der Stützplatte 33 gegenüber dem Balg Kabinentemperatur oberhalb 4° C, und die Öffnung 3i befestigt. Der Druckbalg 32 ist an seinem anderen 53 ist daher geschlossen. Komprimierte Abluft von Ende mittels einei Platte 34 verschlossen und inner- dem Motor wird in das Rohr 11 gespeist, wo die Luft halb einer Kammer angeordnet, die aus einem an der 65 im Wärmeaustauscher 13 gekühlt wird, weiter durch Stützplaite 33 dicht befestigten Becher 36 besteht den Kompressor 17 komprimiert v.ird, und wiederum und mit einer Leitung 37 in Verbindung steht. Die im Wärmeaustauscher 21 beinahe auf die Umgc-Stützplatte 33 hr.t eine Vielzahl von öffnungen 38, bungstemperatur gekühlt wird. Die im wesenti hen

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auf die Umgebungstemperatur abgekühlte Druckluft expandiert in der Turbine 26 auf Umgebungsdruck. Da der Druck im Rohr 28 und der Druck in der von dem Becher 36 des Nebenschlußventils 19 eingeschlossenen Kammer beide gleich dem Umgebungsdruck sind, ist das Ncbcnschlußvcntil 19 geschlossen, und nur gekühlte Luft strömt durch das Auslaßrahr 27 in die Kabine, Falls sich Eiskristallc in der aus der Turbine 22 austretenden kalten Luft bilden, werden die Kristalle Von einem Eisabscheider 24 gesammelt, wodurch der Drück ir» dem Rohr 28 ansteigt. Somit steigt die Temperatur der Luft, welche die Turbine verläßt. Weil nun l.is vorhanden ist, im die Lufttemperatur im A'islaßrohr 27 unter 4 C. du· öffnung 53 ist frei, und die Vcrbindungsieitung 44 steht voll mit dem Umgebungsdruck in Verbindung Das Nebenschlußventil 19 öffnet nicht, bevor genügend Eis von dem Eisabscheider 24 angesammelt ist. um einen Druckanstieg in dem Rohr 28 zu verursachen und die Kraft der Feder 41 zu überwinden Dadurch bewegt sich der Ventilteller 29 vom Ventilsitz 30 weg. Wenn sich also mehr Eiskristallt auf dem Eisabscheider sammeln, steigt der Druck im Rohr 28, bis die Kraft der Feder 41 überwunden ist. Somit schickt sich der Ventilteller 29 an. sich vom Sitz 30 wegzubewegen, aber die Flüssigkeit im Balg 31 wird durch die öffnung 39 in den Druckhalg 32 gedrückt, wodurch der Ventilteller 29 sich langsam und in direkter Reaktion zu dem Druck in Rohr 28 beweg? Die warme Hochdrucklufl in Rohr 18 strömt durch das Nebenschlußventil 19. herumgelc. ei um den Kompressor 17 und die Turbine 22. in das Rohr 23. wodurch die Eiskristalle auf dem Ei<-abscheider 24 schmelzen. Somit ist volle Kühlung erreicht, weil die Anlage Taupunkttemperaturen im Auslaßrohr 27 herstellt. Das einen Nebenschluß bildende NcbenschluE\entii 19 gestattet es, die in die Flugzeugkabitic einströmende Luftmenge im wesentlichen konstant /u halten, insbesondere an heißen Tagen, wenn übermäßig \iel F is sich am Eisabschcider 24 ansetzen kann. Wenn somit bei Meereshöhe der Druckabfall am Eisabscheider beispielsweise 76mrr Quecksilbersäule nicht übersteigt, regelt der Eisabscheider IA die Tdupunkttemperatur durch Rückdruck auf die Turbine 22 und durch Anstieg der die Turbine 22 verlassenden Lufttemperatur. Wenn dann der Druckabfall an Eisabscheider beispielsweise 76 mm Quecksilbersäule übersteigt, setzt weiterer Rückdruck der Tu-bine 22 den Luftfluß stark herab, so daß die Taupunkt-Temperaturregelung durch relativ großen Turbinen-Rückdruck erreicht wird, der das Nebenschluß ventil 19 öffnet.

Wenn das Flugzeug fliegt, und die Differenz zwischen Kabinendruck oder Druck im Auslaßrohr 27 und dem Umgebungsdruck größer ist als 254 mm Quecksilbersäule, wird das einen Nebenschluß bildende Nebenschlußventil 19 durch den Temperaturfühler 48 beeinflußt. An einem kalten Tag, beispielsweise mit einer Umgebungstemperatur von — 26° C in 3000 m Höhe, ist die den Wärmeaustauscher 13 verlassende Luft etwa — 12° C und kann Fcuchtigkeil enthalten; der Feuchtigkeitsgehalt würde nicht höher als 10g pro kg sein (die Feuchtigkeilsmcnge in gesättigter Luft in 3000 m Höhe). Somit wäre die Lufttemperatur im Auslaßrohr 27 weit unter 4⁰C, und der Druck in der Verbindungslcitung 44 und

ίο dem Becher 36 wird dem Atmosphärendruck in 3000 m Höhe entsprechen.

Der Druck im Rohr 28 würde der Meereshohe entsprechen, da der Kabinendruck dem Druck in MccR-shöhc entspricht, wodurch das Nebenschlußventil 19 öffnet, so daß 12' C Luft um den Kompressor 17 und die Turbine 22 herumgeleitet wird Somii wird tin maximaler Luftfluß erreicht.

Keine Eiskristalle würden sich bilden, da die hcrumgeleitetc Luft 12¹C hat, und der Eispunkt von

»o Luft in Meereshöhe mit 10 g Feuchtigkeit pro kg ist - 22 C An wa'tmercn Tagen konnte die den Wärmeaustauscher 13 verlassende Luft mehr als 4" C haben, und daher schließ! das Kugelventil 47 die öffnung 53. so daß der Druck in der Vernindungslei-

*S tung 44 ansteigt und das Nebenschlußventil 19 srhheßt. so daß mehr kühle Luft von der Turbine 22 in das Auslaßrohr 27 gelangen kann. Der Druck in dei Verbindungsleitung 44 steigt an, weil die leitung 43 mit dem RoW 28 über eine öffnung 46 in Verbin-

Zo dung steht Die Hochdruckluft im Rohr 28 entweicht langsam durch die öffnung 46. Bei geschlossener Öffnung 53 laßt die öffnung 62. obwohl sie Luft aus der Vcrbindungslcitung 44 entweichen läßt, die Luft mil langsamerer Geschwindigkeit ab als diejenige.

mit der die Luft durch die Öffnung 46 eintritt, wodurch der Druck in der Verbindungsleitung 44 an steigt. Darauf schließt sich das Nebenschlußventil 19 Falis der Kabinendruck bei ?incm in 3000 m Höhe fliegenden Flugzeug zwischen dem Druck in 3000 m Höhe und in Meereshöhe liegt, oder falls die Differenz zwischen Kabinen- und Umgebungsdruck weniger als 254 mm Quecksilbersäule beträgt, so könnte das Nebcnschlußvcntii 19 sich irgendwo zwischen der voll offenen oder voll geschlossenen Stellung bcfinden. Falls sich auf dem Eisabscheider 24 genügend Eis ansammelt, um den Druck im Rohr 28 ansteigen zu lassen, öffnet sich d-is Nebenschlußventil 19 mehr, um mehr warme I.uf' in die Kabine zu lassen und Eisbildung zu verhindern. Wenn jedoch die Umgebungslufi relativ warm ist, tendiert die Lufttemperatur im Auslaßnhr 27 zum Ansteigen auf über 4° C. Die Öffnung 53 in dem Kugelventil 47 ist geschlossen, wodurch der Druck in der Verbindungsleitung 44 ansteigt. Falls der Kabinendruck höher ist als der Umgebungsdruck, wird das Nebenschlußventil 19 geschlossen, um mehr kalte Luft aus der Turbine in das Auslaßrohr 27 einzuleiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ren Ende an der Platte (33) befestigt ist, daß der

Patpntansnrüriip· Innenraum des Druckbalges (32j mit dem des

ratentansprucüe. „^ ^ „^ _{eine öffpung (39) m der p},_atte

di Bäl (31 32)

(33) in Verbindung steht, und die Bälge (31, 32) ^' 1. Vorrichtung zum Verhindern der Eisbildung 5 mit einer Flüssigkeit gefüllt sind.

• im Auslaß der Lüftungsanlage eines Flugzeugs, ir.

• welcher Lüftungsanlage zu kühlende Luft über

ein Einlaßrohr einer Kühleinrichtung rageführt

und gekühlte Luft von dieser über ein Auslaßrohr mit einem Eisabscheider in den zu kühlen- io
den Raum eingespeist wird, wobei eine Nebenschlußleitung mit einem Nebenschlußventil das Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung rum Ver-Einlaßrohr mit dem Auslaßrohr verbindet und hindern der Eisbildung im Auslaß der Lüftungsandas Nebenschlußventil bei Überschreitung eines lage eines Flugzeugs, in welcher Lüftungsanlage zu vorbestimmten Druckanstiegs vor dem Eisab- 15 kühlende Luft über ein Einlaßrohr einer Kühleinscheider zwecks Zumischung von Warmluft in richtung zugeführt und gekehlte Luft von dieser über das Auslaßrohr in Flußrichtung vor dem Eisab- ein Auslaßrohr mit einem Eisabscheider in den zu scheider geöffnet wird, dadurch gekenn- kühlenden Raum eingespeist wird, wobei eine Nezeichnet, daß das Nebenschlußventil (19) benschlußleitung mit einem Nebenschlußventil das vom Atmosphärendruck beeinflußbar ist und daß 30 Einlaßrohr mit dem Auslaßrohr verbindet und das in Flußrichtung hinter dem Eisabscheider (24) Kebenschlußventi! bei Überschreitung einis vorbeein Temperaturfühler (48) angeordnet ist, der ein summten Druckanstiegs vor den Eisabscheider Steuerglied des Nebenschlußventils (19) bei Un- zwecks Zumischung von Warmluft in das Auslaßrohr terschreitung einer vorbestimmten, geringfügig i_n Flußrichtung vor dem Eisabscheider geöffnet wird, über dem Eispunkt liegenden Lufttemperatur im 35 In Lüftungsanlagen von Flugzeugen hat man bis-Auslaßrohr (27) mit dem Atmosphärendruck ver- her eine von zwei Methoden angewandt, um eine bindet. Eisbildung zu verhindern. Bei der einen Methode
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- wird die Temperatur der gekühlten Luft oberhalb kennzeichnet, daß das Nebenschlußventil (19) als einer gegebenen MinimaHemperatur gehalten, die federbelastetes Tellerventil ausgebildet ist und 30 über dem Eispunkt liegt, d. h. immer wenn die Tementgegen der Federkraft vom Druck vor dem pe: atur der gekühlten Luft unter beispielsweise 4° C Eisabscheider (24) beaufschlagt wird. fällt, wird warme Luft hinzugefügt, um die Tempera-
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- tür der gekühlten Luft anzuheben. Dadurch wird kennzeichnet, daß das Nebenschlußventil (19) zwar die Eisbildung verhindert, aber die Kühlkapazieine Kammer aufweist, in der das die Stellung des ₃₅ tat der Anlage ist begrenzt, weil an heißen trockenen Tellerventils beeinflussende, -^s Druckbalg (32) Tagen die gekühlte Luft eine viel tiefere Temperatur ausgebildete Steuerglied angeordnet ist, das in annehmen kann, ohne daß Eis in der Lüftungsanlage Abhängigkeit von der Kühllufttemperatur mit gebildet wird. Dies hängt mit dem wechselnden dem Atmosphärendruck oder mit dem Druck vor Feuchtigkeitsaufnahmevermcgen der Luft zusamdera Eisabscheider (24) beaufschlagbar ist. _4O men. Eine nach vorstehender Methode arbeitende
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- Lüftungsanlage ist aus der USA.-Patentschrift kennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (44) 2 628 481 bekannt.

zwischen der Kammer und der öffnung (61) zur Bei der anderen, aus der USA.-Patentschrift

Atmosphäre ein vom Temperaturfühler (48) be- 2 829 505 bekannten Methode wird der Druckabfall tätigtes Kugelventil (47) angeordnet ist. ₄₅ iihgr einem Eisabseheider in der Anlage gemessen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Wenn der Druckabfall über dem Eisabscheider grökennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (44) ßer wird — was Eisbildung bedeutet — wird zur geeine Leitung (43) einmündet, und mit ihrem an- kühlten Luft warme Luft hinzugefügt, um die Temderen Ende in Flußrichtung vor dem Eisabschei- peratur über den Eispunkt anzuheben und das Eis zu der (24) angeschlossen ist, und daß eine öffnung 50 schmelzen.

(62) in der Verbindungsleitung (44) zwischen Obwohl die letztere Methode die volle Ausnutzung