DE2851474A1 - Aircraft cabin pressurisation system - Google Patents
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Abstract
Description
Bezeichnung: Luftdrucksystem für FlugzeugkabinenName: Air pressure system for aircraft cabins
Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftdrucksystem für Flugzeugkabinen.The invention relates to an air pressure system for aircraft cabins.
Die Kabinen von Flugzeugen, die von Gasturbinentriebwerken angetrieben werden, sind gewöhnlich als Überdruckkabinen ausgebildet und werden mit Luft gespeist, die von einem oder mehreren Flugzeugtriebwerken abgezapft wird. Die Luft strömt durch einen Wärmeaustauscher, um ihre Temperatur zu vermindern, bevor sie durch eine Vorrichtung geschickt wird, die als "Umgebungssteuerstufett bezeichnet wird, und die Luft filtert und deren Temperatur und Feuchtigkeitsgrad auf den gewünschten Wert einstellt. Nach Verlassen der Steuerstufe wird die Luft in die Kabine des Flugzeuges eingelassen, wo sie dazu dient die Kabine unter Druck zu setzen, so daß die Insassen frei atmen können.The cabins of aircraft powered by gas turbine engines are usually designed as pressurized cabins and are supplied with air, which is tapped from one or more aircraft engines. The air flows through a heat exchanger to reduce their temperature before going through sending a device called the "environmental control stage," and filters the air and adjusts its temperature and humidity to the desired level Value adjusts. After leaving the control stage, the air is in the cabin of the aircraft recessed where it is used to pressurize the cabin so that the occupants can breathe freely.
Da die Luft, die der Flugzeugkabine zugeführt wird, von der Atmosphäre, in der das Flugzeug fliegt, abgezogen wird, besteht eine Gefahr, daß in jener Atmosphäre enthaltene Verunreinigungen in die Kabine des Flugzeuges eintreten. Eine solche besonders unerwünschte Verunreinigung ist Ozon. Ozon trifft man gewöhnlich über der Tropopause an, wo die Konzentration sich mit den Längengraden und mit den Jahreszeiten ändert. Im allgemeinen trifft man die höchsten Ozonpegel im Frühling an und in den Bereichen von Nord- und Südpol, wo die Ozonkonzentration bis zu 1,5 Teile pro Million betragen kann. Da man im allgemeinen davon ausgeht, daß der maximal zuträgliche Ozonpegel in der Atemluft bei 0,1 Teilen pro Million liegt, ist es klar, daß unter gewissen Umstanden mit der Luft unerwünscht hohe Ozonpegel in die Kabine eingesaugt werden. Ozon zersetzt sich ziemlich rasch zu Sauerstoff und man nimmt an, daß eine solche Zersetzung in der Luft stattfindet, wenn sie vom Triebwerkskompressor erhitzt und durch das Kabinendrucksystem geschickt wird, bevor sie in die Kabine des Flugzeugs eintritt. Wahrscheinlich zersetzt sich jedoch nur 50% des Ozongehaltes, welches das Kabinendrucksystem durchströmt, zu Sauerstoff und der Rest tritt in die Kabine des Flugzeuges ein und verunreinigt dessen Atmosphäre.Since the air that is supplied to the aircraft cabin is drawn from the atmosphere, in which the plane flies, is withdrawn, there is a risk that in that atmosphere contained contaminants enter the cabin of the aircraft. Such a particularly undesirable contamination is ozone. Ozone is usually met by the tropopause, where the concentration changes with the longitudes and with the seasons changes. In general, the highest ozone levels are found in and in the spring Areas of the North and South Poles where the ozone concentration is up to 1.5 parts per million can be. Since it is generally assumed that the maximum beneficial Ozone level in the air we breathe is 0.1 parts per million, it is clear that below Under certain circumstances, undesirably high ozone levels were sucked into the cabin with the air will. Ozone decomposes to oxygen fairly quickly and is believed to be one such decomposition takes place in the air when heated by the engine compressor and sent through the cabin pressure system before entering the cabin of the aircraft enters. However, probably only 50% of the ozone content decomposes, which flows through the cabin pressure system, to oxygen and the rest enters enters the cabin of the aircraft and pollutes its atmosphere.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Luft drucksystem für eine Flugzeugkabine zu schaffen, bei welchem der Hauptanteil jeglichen Ozongehaltes,der das System durchströmt, zu Sauerstoff zersetzt wird.The invention is therefore based on the object of an air pressure system for an aircraft cabin in which the main part of any ozone content is the flows through the system, is decomposed to oxygen.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einem Luftdrucksystem zum Speisen einer Flugzeugkabine dadurch gelöst, daß wenigstens ein Abschnitt vorhanden ist, der einen porösen Aufbau besitzt, durch welchen die gesamte Luft des Systems hindurchströmt, wobei der poröse Aufbau der hindurchströmenden Luft eine große Oberfläche darbietet, die mit einem Uberzug aus einer Substanz versehen ist, die auf katalytischem Wege eine Zersetzung von Ozon zu Sauerstoff bewirkt, wodurch die Zersetzung des gesamten in der Luft enthaltenen Ozons zu Sauerstoff verbessert wird.According to the invention, the object set is in an air pressure system for feeding an aircraft cabin achieved in that at least one section is present which has a porous structure through which all of the air in the system flows through it, the porous structure of the air flowing through a large surface presents, which is provided with a coating of a substance that is on catalytic Pathways causes a decomposition of ozone to oxygen, thereby reducing the decomposition of the All of the ozone in the air is converted to oxygen.
Indem man auf diese Weise der durch das Kabinenluftdrucksystem hindurchströmenden Luft einen porösen Aufbau entgegensetzt, wird dieser Luft eine größere Oberfläche dargeboten als dies der Fall wäre bei einem Drucksystem, welches nicht mit einem solchen porösen Aufbau versehen ist. Die größere Oberfläche vermindert zusammen mit dem katalytischen Über zug des porösen Aufbaus beträchtlich die Zersetzungsrate von dem gesamten in der Luft enthaltenen Ozon.By in this way the flowing through the cabin air pressure system If air is opposed to a porous structure, this air will have a larger surface presented than would be the case with a printing system that does not have a such a porous structure is provided. The larger surface diminishes together with the catalytic coating of the porous structure considerably reduces the rate of decomposition of all the ozone in the air.
Die Substanz, die auf katalytischem Wege die Zersetzung des Ozons zu Sauerstoff einleitet, kann Silber sein. Stattdessen kann'eine andere Substanz, z.B. Platin, benutzt werden.The substance that catalytically decomposes ozone Introducing to oxygen can be silver. Instead, another substance e.g. platinum.
Der poröse Aufbau kann entweder metallisch oder nichtmetallisch sein. Bevorzugt wird jedoch die Verwendung eines metallischen porösen Aufbaus, da ein solcher eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationsbelastungen besitzt als im Falle beispielsweise eines keramischen Aufbaus.The porous structure can be either metallic or non-metallic. However, it is preferred to use a metallic porous structure, as a such has a greater resistance to vibration loads than in the case of, for example, a ceramic structure.
Wenn der poröse Aufbau metallisch ist, dann kann er die Form eines Metallschwamms besitzen. Stattdessen kann er auch in Form einer metallischen Gaze ausgebildet sein.If the porous structure is metallic, then it can take the form of a Own metal sponge. Instead, it can also be in the form of a metallic gauze be trained.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Abschnitt, der den porösen Aufbau enthält, im Luftdrucksystem so angeordnet, daß die vom Kompressor des Gasturbinentriebwerks abgezapfte Luft durch diesen porösen Aufbau hindurchströmt, bevor sie durch einen Wärmetauscher abgekühlt wird. Durch die Temperatur der komprimierten Luft wird nämlich die Rate erhöht, mit der das in der Luft enthaltene Ozon sich zu Sauerstoff innerhalb des porösen Aufbaus zersetzt.Preferably there is at least one section that forms the porous structure contains, arranged in the air pressure system so that that of the compressor of the gas turbine engine bleed air flows through this porous structure before passing through a Heat exchanger is cooled. Because of the temperature of the compressed air The rate at which the ozone in the air turns to oxygen within increases of the porous structure decomposed.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit einem Kabinen-Luftdrucksystem gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Überprürung der Wirksamkeit des Kabinen-Luftdrucksystems gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine graphische Darstellung der prozentualen Ozon-Zersetzung in Abhängigkeit von der Luftströmungsrate in Liter pro Minuten.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawing described. The drawings show: FIG. 1 a schematic representation a gas turbine engine having a cabin air pressure system according to the invention; 2 shows a schematic representation of the device for checking the effectiveness the cabin air pressure system according to the invention; 3 is a graphical representation the percentage of ozone decomposition as a function of the air flow rate in liters per minute.
Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Kompressor 11, einer Verbrennungseinrichtung 12, einer Turbine 13 und einem Strahlrohr 14. Das Gasturbinentriebwerk 10 arbeitet in herkömmlicher Weise, d.h. die vom Kompressor 11 komprimierte Luft wird mit Brennstoff vermischt und in der Verbrennungseinrichtung 12 verbrannt. Die sich hieraus ergebenden heißen Gase dehnen sich über die Turbine 13 aus und treiben damit diese Turbine 13 an, die ihrerseits den Kompressor 11 antreibt. Dann werden die Heißgase durch das Strahlrohr 14 in die Atmosphäre ausgestoßen.Fig. 1 shows a gas turbine engine 10 with a compressor 11, a combustion device 12, a turbine 13 and a jet pipe 14. The Gas turbine engine 10 operates in a conventional manner, i.e. that of the compressor 11 compressed air is mixed with fuel and placed in the incinerator 12 burned. The resulting hot gases expand over the turbine 13 and thus drive this turbine 13, which in turn drives the compressor 11. Then the hot gases are expelled through the jet pipe 14 into the atmosphere.
Ein Teil der vom Kompressor 11 verdichteten Luft wird durch eine Leitung 15 abgezapft. In diesem speziellen Anwendungsfall wird die komprimierte Luft aus dem Zwischendruckabsohnitt des Kompressors 11 abgezapft. Die an diesem Zwischendruckabschnitt des Kompressors 11 abgezapfte Luft hat eine Temperatur von etwa 1500C. Es ist jedoch klar, daß die Luft auch vom Hochdruckteil des Kompressors 11 abgezapft werden könnte, und in diesem Fall würde die Temperatur etwa 3200C betragen.Part of the air compressed by the compressor 11 is through a line 15 tapped. In this particular application, the compressed air is made up the intermediate pressure section of the compressor 11 is tapped. The one at this intermediate printing section The air drawn off by the compressor 11 has a temperature of about 1500C. However, it is clear that the air could also be tapped from the high pressure part of the compressor 11, and in this case the temperature would be around 3200C.
Die Leitung 15 weist einen angeflanschten abnehmbaren Abschnitt 16 auf, der einen porösen Aufbau aus einer Nickel-Chrom-Legierung besitzt, die aus einem Material hergestellt ist, welche von der Firma Dunlop Ltd. unter der Bezeichnung "Retimet" auf den Markt gebracht wird. Dieser poröse Metallaufbau besitzt einen darauf abgelagerten Silberüberzug. Wenn Luft durch den porösen Metallaufbau hindurchströmt, dann wird der größte Teil des in der Luft enthaltenen Ozon zu Sauerstoff umgeformt.The line 15 has a detachable section 16 flanged on on, which has a porous structure made of a nickel-chromium alloy, which consists of a material made by Dunlop Ltd. under the name "Retimet" is launched. This porous metal structure has a silver coating deposited thereon. When air flows through the porous metal structure, then most of the ozone in the air is converted into oxygen.
Dieser Zerfall des Ozon wird vermutlich verursacht durch die Kombination in dem das Ozon einer großen Oberfläche ausgesetzt wird, daß eine katalytische Aktivität des Silberüberzugs vorliegt, und daß die Luft durch den Kompressor 11 erhitzt ist Nachdem die Luft diesen porösen Metallaufbau verlassen hat, strömt sie durch einen Wärmetauscher 17, der zur Abkühlung der Luft dient, und dann strömt die Luft durch eine Umgebungssteuerstufe 18, die die Luft filtert und Temperatur und Feuchtigkeit auf einen Wert einstellt, der für die Kabine eines Flugzeuges zuträglich ist.This decomposition of the ozone is probably caused by the combination in which the ozone is exposed to a large surface, that catalytic activity of the silver coating is present, and that the air by the compressor 11 is heated After this the air has left this porous metal structure, it flows through a heat exchanger 17, which is used to cool the air, and then the air flows through an environmental control stage 18, which filters the air and adjusts temperature and humidity to a value, which is beneficial for the cabin of an aircraft.
Die Leitung 15 bildet somit zusammen mit dem angeflanschten abnehmbaren Abschnitt 16, den Wärmeaustauscher 17 und der Steuerstufe 18 das Kabinen-Luftdrucksystem 19.The line 15 thus forms together with the flanged removable Section 16, the heat exchanger 17 and the control stage 18, the cabin air pressure system 19th
Um die Aktivität des aus porösem und überzogenem Metallaufbaus im Hinblick auf eine Umwandlung von Ozon in Sauerstoff zu überwachen, wurde die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung benutzt.In order to increase the activity of the porous and coated metal structure in the With regard to the conversion of ozone to oxygen, the in Fig. 2 used device shown.
Die Vorrichtung 20 weist in Strömungsrichtung hintereinander einen Ozongenerator 21, einen Vorheizofen 22, einen Testofen 23 und ein Ozon-Überwachungsgerät 24 auf. Die Luft wird über ein Lufteintrittsrohr 25 dem Generator 21 zugeführt. Der Ozongenerator 21 besteht aus einem Aluminiumgehäuse, das fünf Quecksilberdampflampen aufweist. Der Ozon wurde durch Ultraviolettstrahlung dieser Lampen aus dem Sauerstoff erzeugt, der in der Luft enthalten war. Dann wurde die Luft über die Leitung 26 in den Vorheizofen 22 eingeführt, wo die Temperatur auf 1000C angehoben wurde. Die Luftströmung wurde dann in zwei gleiche Zweige durch ein Verzweigungsrohr 27 aufgeteilt, bevor sie in den Prüf ofen 23 eingelassen wurde, der auf einer Temperatur von 230°C gehalten wurde. Die eine Leitung 28 ist eine Bezugsleitung, während die andere Leitung 29 einen Probekörper 30 aus porösen Metall aufweist, das mit Silber überzogen ist (Retimet) und 2,5 cm lang und 0,75 cm dick war. Nach Verlassen des Prüf ofens 23 wurden die beiden Leitungen 28 und 29 wieder zu einem einzigen Rohr 31 vereint. Ein Ventil 32 in der Leitung 28 und ein Ventil 74 in der Leitung 29 überwachten ob die Luftströmung durch den Prüfofen 23, durch die Leitung 28 oder 29 oder beide. Die Leitung 31 endet in einem Strömungsmengenmesser 32. Die Ozonpegel in der Luftströmung wurden durch ein Ozon-Überwachungsgerät 24 gemessen, das über eine Leitung 33 gespeist wurde, die von der Leitung 31 abzweigt.The device 20 has one behind the other in the direction of flow Ozone generator 21, a preheating furnace 22, a test furnace 23 and an ozone monitor 24 on. The air is fed to the generator 21 via an air inlet pipe 25. The ozone generator 21 consists of an aluminum housing that contains five mercury vapor lamps having. The ozone was removed from the oxygen by ultraviolet radiation from these lamps that was in the air. Then the air was via line 26 introduced into the preheating furnace 22, where the temperature was raised to 1000C. the Air flow was then split into two equal branches by a branch pipe 27, before it was let into the test furnace 23, which is at a temperature of 230 ° C was held. One line 28 is a reference line while the other line 29 has a test piece 30 made of porous metal which is coated with silver (Retimet) and was 2.5 cm long and 0.75 cm thick. After leaving the test furnace 23 were the two lines 28 and 29 again to a single Tube 31 united. A valve 32 in line 28 and a valve 74 in line 29 monitored whether the air flow through the test furnace 23, through the line 28 or 29 or both. The line 31 ends in a flow meter 32. The ozone level in the air flow were measured by an ozone monitor 24, which is about a line 33 was fed, which branches off from the line 31.
Es wurden verschiedene Prüfungen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt, um die Wirksamkeit des silberüberzogenen "Retimet" -Prüflings 30 im Hinblick auf eine Zersetzung von Ozon in Sauerstoff zu überprüfen.There were different tests with different flow rates carried out to determine the effectiveness of the silver-coated "Retimet" specimen 30 im Check for decomposition of ozone into oxygen.
Die Luftströmung wurde anfang durch die Bezugsleitung 28 geschickt, um einen Anfangs-Ozon-Pegel zu erzeugen. Dann wurde die Luftströmung durch die Leitung 29 geschickt, die den überzogenen Retimet-Prüfkörper enthielt.The air flow was initially sent through reference line 28, to create an initial level of ozone. Then the air flow was through the pipe 29, which contained the coated retimet specimen.
Die Versuche wurden zunächst bei Lufttemperaturen von 2200 wiederholt und zweitens unter Benutzung eines Prüfkörpers aus "Retimet" überzogen mit Platin, welches auf einer Tempe-0 ratur von 2300C gehalten wurde.The tests were initially repeated at air temperatures of 2200 and secondly using a test piece made of "Retimet" coated with platinum, which was kept at a temperature of 2300C.
Die Ergebnisse der verschiedenen Prüfungen sind in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 3 aufgezeichnet. Aus dieser graphischen Darstellung ergibt sich, daß silberüberzogenes Retimet, das bei einer Temperatur von 2300C gehalten wurde, eine hohe Wirksamkeit im Hinblick auf die Zersetzung von Ozon in Sauerstoff hat, und zwar insbesondere bei geringen Strömungsraten. Auch platinüberzogenes Retimet erwies sich als wirksam, jedoch nicht in dem gleichen Ausmaß, wenn dies auf einer Temperatur von 2300C gehalten wurde. Außerdem erwies sich mit Silber überzogenes 'Retimet" als nützlich, wenn dieses auf einer Temperatur von 220C gehalten wurde.The results of the various tests are shown in the graphic Representation according to FIG. 3 recorded. From this graphical representation results that silver-coated retimet, kept at a temperature of 2300C has been shown to be highly effective in decomposing ozone into oxygen especially at low flow rates. Also platinum coated retimet Proved to be effective, but not to the same extent when this was done on one Temperature of 2300C was kept. In addition, it turned out to be silver-plated 'Retimet' is useful if it has been kept at a temperature of 220C.
Die vorstehenden Versuchsergebnisse veranschaulichen die Wirksamkeit von porösen Aufbauten, die mit Silber und Platin überzogen sind, im Hinblick auf eine Zersetzung von Ozon in Sauerstoff. Das tatsächliche Volumen des porösen überzogenen Aufbaus, das erforderlich ist, um einen minimalen Prozentsatz von Ozon zu zersetzen, hängt von der LuSttemperatur und der Strömungsrate des betreffenden KabinenDruckluftsystems ab. Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit porösen Aufbauten überzogen mit Silber oder Platin beschrieben. Es ist jedoch klar, daß auch andere Substanzen, die im Hinblick auf eine katalytische Zersetzung von Ozon in Sauerstoff wirksam sind, benutzt werden können.The above test results illustrate the effectiveness of porous structures coated with silver and platinum with a view to a decomposition of ozone into oxygen. The actual volume of the porous coated Build-up required to break down a minimal percentage of ozone, depends on the air temperature and the flow rate of the cabin air system concerned away. The invention has been covered above in connection with porous constructions inscribed with silver or platinum. It is clear, however, that other substances which are effective in catalytically decomposing ozone into oxygen can be used.
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