DE1915841C3 - Belüftungsanlage mit einer Versorgung durch einen Kaltluft- und einen Warmluftstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungsanlage mit einer Versorgung durch einen Kaltluft- und einen Warmluftstrom, die miteinander zu einem Mischstrom vereinigt werden, mit einem Sieb in der Mischstromleitung und mit einem Ventil zur Steuerung des Warmluftstromes, wobei das Warmluftventil über eine Verstellvorrichtung von einem Regler in Abhängigkeit von der Temperatur des Mischstromes und/oder der zu regelnden Raumtemperatur betätigbar ist

Bei einer bekannten Belüftungsanlage der vorstehend genannten Art dient das Sieb der Messung des Mischstromes, Um diese Messung durchzuführen, wird der Druckabfall am Sieb festgehalten und verwendet, um eines der beiden Ventile zu betätigen, um den Mischstrom derart zu verstellen, daß bei Zunahme des Druckabfalls am Sieb eine Bewegung eines der beiden Ventile in Schließstellung erfolgt (GB-PS 9 94 858). Im Unterschied hierzu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Sieb der Belüftungsanlage eisfrei zu halten. Die Belüftungsanlage soll selbsttätig verhindern, daß sich Eiskristalle in der Mischstromleitung und am Sieb sammeln.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Regler bei Zunahme der am Sieb vorhandenen Druckdifferenz derart auf die Verstellvorrichtung einwirkt, daß das Warmluftventil in Offenstellung und bei Abnahme der Druckdifferenz in Schließstellung bewegt wird.

Wenn sich bei der Belüftungsanlage nach der Erfindung Eiskristalle bilden, werden diese am Sieb gesammelt, wodurch dieses teilweise verschlossen wird, so daß der Druckabfall zunimmt. Dieser Druckabfall wird bei der Erfindung benutzt, um die Eisbildung festzustellen und dieser dann durch Anheben der Temperatur in dem Mischstrom entgegenzuwirken. Dieses geschieht durch Öffnen des Warmluftventils, Bei der Belüftungsanlage nach der Erfindung erfolgt bei Zunahme des Druckluftabfalls also ein öffnen des Warmluftventils im Unterschied zu der Regelung bei der vorstehend beschriebenen bekannten Belüftungsanlage.

ίο In vorteilhafter Weise kann die Belüftungsanlage nach der Erfindung derart ausgebildet sein, dab der Regler einen Raum aufweist, der über eine erste Leitung mit der Verstellvorrichtung und über eine zweite Leitung mit der Mischstromleitung verbunden ist, wobei die zweite Leitung stromaufwärts vor dem Sieb mündet und diese Leitung mit einem Auslaßventil verschließbar ist.

Hierdurch kann erreicht werden, daß der Regler das Drucksignal über die erste Leitung zu der Verstelivor richtung nicht unter den Druck stromaufwärts vo<i dem Sieb absenkt.

Schließlich ist es noch möglich, die Belüftungsanlage nach der Erfindung so auszugestalten, daß der Raum durch eine Membran begrenzt ist, die in Abhängigkeit von der Temperatur des Mischstromes und/oder des

Raumes verschiebbar ist und daß diese Membran ein Einlaßventil für Hilfsluft aus dem Warmluftkanal

aufweist.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbei-

spiels in der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung erläutert.

F i g. 1 zeigt die .»pit einem elektro-pneumatischen Regler ausgestattete Belüftungsanlage in schematischer Darstellung.

F i g. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die auf die einzelnen Teile der Anlage nach F i g. 1 einwirkenden Regelorgane,

F i g. 3 veranschaulicht einen Teil des elektro-pneumatischen Reglers in größerem Maßstabe.

Die in F i g. 1 veranschaulichte Belüftungsanlage wird in Flugzeugen verwendet, in denen die in der Kabine 10 herrschende Temperatur zu regeln ist. Der Kabine 10 wird frische Luft durch eine Mischstromleitung 12 zugeführt, die ein Sieb 15 enthält und einerseits mit einer Leitung 13 für Kaltluft und andererseits mit einem Warmluftkanal 14 in Verbindung steht. Bei Flugzeugen ist es üblich, die Kaltluft von einer Luftkühlanlage aus der Leitung 13 zuzuführen. Die heiße, durch den Kanal 14 zugeführte Luft stammt aus der Turbine. Die unter

einem etwas höheren Druck als die Kaltluft stehende heiße Luft wird durch ein Warmluftventil 16 gedrosselt, das in dem Warmluftkanal 14 vorgesehen ist und den Zustrom der Heißluft zu verändern gestattet. Das Ventil 16 ^;st mittels einer Verstellvorrichtung 17 verstellbar, die über eine geeignete Gelenkverbindung auf das Ventil 16 einwirkt. Der Druck der der Verstellvorrichtung 17 zugeführten Steuerflüssigkeit ist mittels eines elektro-pneumatischen Reglers 18 veränderbar, der durch ein Signal des Temperaturreglers 19 steuerbar ist. Dieses vom Temperaturregler 19 ausgehende Signal wird von der an der Kabine 10 herrschenden Temperatur ausgelöst, die von einem oder mehreren Temperaturfühlern 21,22 aufgenommen wird sowie von der Temperatur in der Mischstromleitung 12, die von einem weiteren Temperaturfühler 23 festgestellt wird. Zweckmäßig ist ein Stellknopf 26 am Temperaturregler 19 vorgesehen, so daß die jeweils gewünschte Kabinentemperatur eingestellt werden kann. In einem

Flugzeug wird der Temperaturregler 19 in der Kabine |0 untergebracht sein. Die zur Betätigung des in der Verstellvorrichtung 17 vorgesehenen Kolbens erforderliche Kraft wird der durch den Warmluftkanal 14 strömenden Luft entnommen. Ein Rohr 27 verbindet den Warmluftkanal 14 mit einem Druckregler 28, so daß die in den Regler 18 gelangende Luft konstanten Druck hat, was aus noch darzulegenden Gründen wichtig ist Die Luft konstanten Druckes wird dem Regler 18 durch eine Leitung 29 zugeführt. Der Regler 18 hat ein zylindrisches Gehätise 31, in dem nahe seinem einen Ende eine elastische Gummi · bzw. Kautschukmembran 32 vorgesehen ist. In einer mittleren öffnung dieser Membran 32 ist ein Ventilgehäuse 33 fest angeordnet, das zwei öffnungen 34 und 35 aufweist. Durch die öffnung 34 ragt der Schaft eines als Kugelventil ausgebildeten Einlaßventils 36 hindurch. Das andere Schaftende ist als Kegelventil ausgebildet und bildet das Auslaßventil 50. Dieses Auslaßventil wirkt mit einer entsprechend geformten öffnung 38 zusammen, die in einer das eine Ende des Gehäuses 31 verschließenden Platte 37 vorgesehen ist. Eine Druckfeder 54 preßt das Einlaßventil 36 gegen die öffnung 34, solange die öffnung 38 nicht geschlossen ist. An die öffnung 38 ist eine Leitung 49 angeschlossen, so daß der Raum 416 im Gehäuse 31 mit der Mischstromleitung 12 in Strömungsrichtung vor dem Sieb 15 in Verbindung steht. Außerdem steht der Raum 416 mit dem vor dem Kolben liegenden Raum des Zylinders der Verstellvorrichtung 17 durch eine Leitung 56 in Verbindung, so daß der im Raum 416 herrschende Druck auf den Kolben wirkt. Der auf der anderen Kolbenseile liegende Zylinderraum steht über eine Leitung 53 mit der Mischstromleitung 12 an einer Stelle in Verbindung, die in Strömungsrichtung hinter dem Sieb 15 liegt.

Das andere Ende des zylinderartigen Gehäuses 31 ist mittels eines Deckels 39 luftdicht verschlossen, so daß in dem Gehäuse zwei durch die Membran 32 getrennte Räume 41a und 416 gebildet sind. Die vom Druckregler 28 auf einen bestimmten Druck eingeregelte Luft wird w in den Raum 41a eingeführt. Da der Luftdruck im Raum 41a das Besticben hat, die öffnung 34 freizumachen, wird die Bewegung der Membran 32 durch einen Draht

42 verhindert. Die Enden des Drahtes 42 sind an einem elektrischen Isolierstück 44 befestigt und der Draht selbst ist durch eine am Ventilgehäuse 33 befestigte Öse

43 hindurchgeführt. Die Enden des Drahtes 42 werden durch das Isolierstück 44 festgehaltet., das seinerseits mittels eines Gewindebolzens 46 gesichert ist, der durch eine im Gehäuse 31 befestigte Querwand 47 hindurch- ίο geführt ist. Der Gewindebolzen 46 trägt eine Mutter 48, mit deren Hilfe die Spannung des Drahtes 42 leicht geändert werden kann. Die Spannung des Drahtes 42 wird so gewählt, daß die Öffnung 38 ein wenig geöffnet ist, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, wenn der Draht 42 eine bestimmmte niedrige Temperatur hat. Der Raum 416 hat also den gleichen Druck wie die Außenluft. Die Enden des Drahtes 42 stehen über geeignete (in der Zeichnung schematisch angedeutete) elektrische Leitungen 51 mit einem äußeren elektrischen Anschlußkon- t>o takt 52 in Verbindung. Die Länge des Drahtes kann also mittels eines elektrischen Stromes geregelt werden. Der Draht 42 hat einen geeigneten Widerstandswert und Wärmeausdehnungs-Koeffizienten, so daß die Drahtlänge proportional zur Temperatur zunimmt, wenn der iv> Draht von einem durch ihn hindurchgeleiteten elektrischen Strom aufgeheizt wird.

Da der Druck im Raum 416 infolge der Leitung 56 dem Druck im Zylinder der Verstellvorrichtung 17 entspricht, ist auch die Stellung des Warmluftventils 16 von diesem Druck abhängig. Außerdem steht dieser Druck in folgender Weise in Abhängigkeit von den Stromverhältnissen. Liegt die Temperatur des Drahtes 42 unter dem festgelegten Niedrigwert, so ist die Differenz der Drücke in den Räumen 41a und 416 am größten und der Draht wird sich infolge dieser Druckdifferenz strecken. Die Länge des Drahtes ist jedoch so gewählt, daß die öffnung 34 verschlossen ist, während die öffnung 38 offen ist. Da im Raum 416 der Umgebungsdruck herrscht und da sich am Sieb 15 kein Eis angesammelt hat, ist der Druck im Zylinder der Verstellvorrichtung 17 auf beiden Seiten des Kolbens gleich groß, d. h, das Warmluftventil 16 befindet sich unter der Einwirkung der Feder 55 in seiner Schließlage. Fließt ein stärkerer elektrischer Strom durch den Draht 42, so wird er entsprechend dieser größeren Stromstärke erwärmt, d. h., er dehnt sich, so daß das Kegelventil 50 die öffnung 38 verschließt. Dementsprechend wird die öffnung 34 freigegeben. Der Druck im Raum 416 steigt rasch an. Sobald die a>'? die Membran einwirkende Druckdifferenz abnimmt, sinkt die im Draht 42 herrschende Spannung, so daß der Draht so weit schrumpft, bis sich die Öffnung 34 schließt, jedoch wird die öffnung 38 nicht freigegeben. Der im Raum 416 herrschende Druck ist jetzt größer als der Druck in der Mischstromleitung 12. Das hat zur Folge, daß die Feder 55 etwas zusammengedrückt wird und sich der Kolben nach links bewegt, und zwar so weit, bis die Feder 55 hinreichend zusammengepreßt ist, um der Kolbenkraft zu widerstehen. Wird also der Draht 42 weiter aufgeheizt, so dehnt er sich auch weiter aus, bis die öffnung 34 wieder freigegeben wird und der Druck im Raum 416 weiter ansteigt. Wie zuvor schließt die öffnung 34, sobald die auf die Membran einwirkende Druckdifferenz geringer wird. Der Kolben bewegt sich dabei weiter nach rechts, um das Warmluftventil 16 weiter zu öffnen. Wird der Draht über einen vorbestimmten Höchstwert hinaus erhitzt, so halten die auftretenden Kräfte die öffnung 34 geöffnet, wenn die auf die Membran einwirkende Druckdifferenz gleich Null ist. Im gleichen Augenblick schließt die Öffnung 38. Das Warmluftventil 16 ist dann vollständig geöffnet, so daß sich die maximale Menge an Heißluft mit der kalten Luft mischen kann. Um die Temperatur der Luft zu verringern, wird der Stromzufluß zum Dreht gedrosselt. Es öffnet sich dann die öffnung 38, so daß der Druck im Raum 416 sinkt. Wenn dieser Druck der aufgewandten Stromstärke entspricht, schließt sich die Öffnung 38.

In Fig.2 ist in Form eines Blockschemas der Temperaturregler 19 veranschaulicht, mit dessen Hilfe die Stromstärke beeinflußt wird. Außerdem sind die in der Kabine vorgesehenen Temperaturfühler 21 und 23 dargestellt. Jeder Fühler weist einen Brückenstromkreis au/. Im Brückenstromkreis für den Temperaturfühler 21 liegen Widerstände 61 und 62 in Reihe und Widerstände 63 und 64 gleichfalls in Reihe. Der Brückenstromkreis des Temperaturfühlers 23 weist gleichfalls in Reihe geschaltete Widerstände 71 und 72 bzw. 73 und 74 auf. Die Widerstände «·2, 63, 64, 72, 73 und 74 haben Widerstandswerte, die sich bei schwankenden Temperaturen kaum ändern, während die Widerstände 6ί Und 71 temperaturabhängig sind. Die Brückerstromkreise stehen, wie dies die Zeichnung zeigt, über eine geeignete Stromquelle miteinander in Verbindung, und zwar derart, daß die temp.:raturahhängigen Widerstände an den positiven Pol angeschlossen sind. Der Widerstand

62 ist rr ittels des Siellknopfes 26 regelbar.

Die Verbindungsklemmen 67 und 68 zwischen den Widerständen 61 und 62 einerseits und den Widerständen 63 und 64 andererseits sind mit dem Temperaturregler 19, und zwar mit einem Verstärker 65, verbunden, der den Spannungsunterschied zwischen den beiden Klemmen verstärkt und eine positive Spannung erzeugt, wenn die Spannung an der Klemme 67 höher ist als diejenige an der Klemme 68. Das verstärkte Signal wird einem Spannungsbegrenzer 66 zugeführt, dessen Ausgangsspannung sich bis zu einem Maximalwert direkt mit der Eingangsspannung ändert. Außerdem wird die Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen 77 und 78 der Widerstände 71 und 72 bzw. 73 und 74 gleichfalls dem Temperaturregler 19 zugeführt, und zwar zu einem weiteren Verstärker 75 in diesem Regler. Ebenso wie der Verstärker 65 erzeugt auch der Verstärker 75 eine positive Spannung, wenn das Potential der Klemme 77 hnhi-r lipat aU daiipnice Her Klemme 78.
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Die Ausgänge des Verstärkers 75 und des Spannungsbegrenzers 66 führen zusammen mit einer Vorspannung zu einem Summierkreis, so daß die Ausgangsspannung des letzteren der Summe der den Eingängen zugeführten Spannungen entspricht.

Die Widerstände 61 und 71 sind so beschaffen, daß sich der Widerstand mit der Temperatur ändert, derart, daß, wenn die Temperatur in der Kabine 10 unter den eingestellten Wert fällt, die Spannung an der Klemme 67 größer wird als diejenige an der Klemme 68. Das Verhältnis der Temperaturdifferenz zur Spannungsdifferenz ist z.B. 2 K pro 100 Millivolt (mV). Der Verstärker 65 verstärkt diese Eingangsspannung beispielsweise mit einem Faktor 50; wenn also die Kabinentemperatur um 2 K fällt und das Potential der Klemme 67 um 100 mV höher als dasjenige der Klemme 68 liegt, so beträgt die Ausgangsspannung des Verstärkers 65 plus 5 Volt. Aus noch zu erörternden Gründen begrenzt der Spannungsbegrenzer die verstärkte Spannung z. B. auf plus 5 Volt. Der Begrenzer 66 erzeugt also eine Spannung, die 5 Volt oder geringer ist, jedoch über 0 Volt liegt; denn während des Normalbetriebes übersteigt die Kabinentemperatur selten die eingestellte bzw. gewählte Temperatur. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 75 kann beliebig zwischen 0 Volt und minus 5 Volt liegen. Der Summierkreis addiert die Ausgangsspannung des Spannungsbegrenzers 66 und des Verstärkers 75 zu der zugeführten Vorspannung von 5 Volt und führt die (zwischen 5 und 10 Volt liegende) Spannung dem elektro-pneumatischen Regler 18 zu. so daß der Draht 42 proportional heißer wird. Der Regler 18 hat die Eigenschaft, daß bei Zuführung von 5 Volt zum Draht 42 die öffnung 34 geschlossen und die öffnung 38 etwas geöffnet ist. Wenn andererseits 10 Volt zugeführt werden, so öffnet sich die öffnung 34 etwas und die öffnung 38 ist geschlossen.

Ist das Warmluftventil 16 geöffnet, so strömt heiße Luft durch die Mischstromleitung 12 in die Kabine 10. Um einen übermäßigen Temperaturanstieg in der Kabine zu verhindern, ist die Einrichtung so getroffen, daß der Temperaturfühler 23 das Warmluftventil 16 schließt, bevor es in der Kabine zu warm wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die heiße Luft den Widerstandswert des Widerstandes 71 erhöht, so daß die an der Klemme 77 herrschende Spannung unter diejenige der Klemme 78 fällt. Das Verhältnis zwischen dem Temperaturanstieg in der Mischütromleitung 12 und der erzeugten Spannungsdifferenz ist beispielsweise 20 K je

ίο 100 mV und ruft eine Spannungsdifferenz von 500 mV hervor, wenn die Temperatur an der Mischstromleitung 12 beispielsweise 65°C betragt. Der Verstärker 75 hat beispielsweise einen Verstärkungsfaktor 10. Es wird dann eine negative Ausgangsspannung von minus 1 Volt

ι > je 20 K Temperaturanstieg in deir Leitung erzeugt. Wird nun diese negative Spannung dem Summierkreis zugeführt, so wird dessen Aiisgsingsspannung herabgesetzt und damit das Warmluflventil 16 geschlossen. Immer also, wenn die Luft in der Mischstromleitunp 12

2(i die Temperatur von 65°C erreicht, ist das Ventil 16 vollständig geschlossen, da nicht mehr als 5 Volt vom Regler 18 aufgenommen werden können. Damit sind übermäßig hohe Temperaturen in der Mischstromleitung 12 ausgeschlossen. Wird die Mischstromleitung so bemessen, daß in ihr höhere oder niedrigere Temperaturen entstehen können, so müßten der Temperaturfühler 23 oder der Verstärker 65 so geändert werden, daß minus 5 ^volt entstehen, wenn in der Mischstromleitung eine höhere oder niedrigere Temperatur herrscht. Liegt die Temperatur in der Kabine oberhalb der gewählten Temperatur, so erzeugt der Verstärker 65 eine negative Spannung, die zusammen mit der zusätzlichen Vorspannung von 5 Volt im Summierkreis 76 bewirkt, daß dessen Ausgangsspannung unter 5 Volt absinkt. Da sich das Warmluftventi! 16 nur öffnet, wenn dem Regler eine über 5 Volt liegende Spannung zugeführt wird, wird bei einer Spannung unter 5 Volt das Warmluftventil immer geschlossen bleiben.

In der in F i g. I veranschaulichten Belüftungsanlage darf sich kein Eis bilden, weil dies den Wirkungsgrad beeinträchtigen würde. Das Sieb 15 hat den Zweck anzuzeigen, wenn in der Leitung 12 Bedingungen herrschen, die die Eisbildung begünstigen. In diesem Falle würde sich an dem Sieb 15 Eis festsetzen, so daß an dieser Stelle eine Druckdifferenz entsteht, derart, daß der Druck in Strömungsrichtung vor dem Sieb höher isl als hinter dem Sieb. Durch die Leitung 49 wird der höhere Druck dem vor dem Kolben liegenden Raum der Verstellvorrichtung 17 zugeführt. Da die andere Kolbenseite unter geringerem Druck steht, öffnet sich das Warmluftventil 16, sobald sich Eis am Sieb 15 *-'(det Damit gelangt Warmluft in die Mischstromleitung IZ Ist genügend Warmluft zugeführt worden, so schmilzt da< Eis und die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten de« Siebes fällt gegen Null zurück:. Auf diese Weise isi sichergestellt, daß die Luftemperatur in der Misch stromleitung 12 nicht unter den Taupunkt fallen kann wenn die Anlage an heißen Tagen mit hohei Luftfeuchtigkeit bestrebt ist, die Kabine zu kühlen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Belüftungsanlage mit einer Versorgung durch einen Kaltluft- und einen Warmluftstrom, die miteinander zu einem Mischstrom vereinigt werden, mit einem Sieb in der Mischstromleitung und mit einem Ventil zur Steuerung des Warmluftstromes, wobei das Warmluftventil über eine Verstellvorrichtung von einem Regler in Abhängigkeit von der Temperatur des Mischstromes und/oder der zu regelnden Raumtemperatur betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler(18) bei Zunahme der am Sieb (15) vorhandenen Druckdifferenz derart auf die Verstellvorrichtung (17) einwirkt, daß das Warmluftventil (16) in Offenstellung und bei Abnahme der Druckdifferenz in Schließstellung bewegt wird.

2. Belüftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (18) einen Raum (41 b) aufweist, der über eine erste Leitung (56) mit der Verstellvorrichtung (17) und über eine zweite Leitung (49) mit der Mischstromieiiung (i2) verbunden ist, wobei die zweite Leitung (49) stromaufwärts vor dem Sieb (15) mündet und diese Leitung mit einem Auslaßventil (50) verschließbar ist.

3. Belüftungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (Alb) durch eine Membran (32) begrenzt ist, die in Abhängigkeit von der Temperatur des Mischstromes und/oder des Raumes verschiebbar ist und daß diese Membran (32) ein Einlaßventil (36) für Hilfsluft aus dem Warmluftkanal (14) aufweist.