DE2926369C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer derartigen, aus der US-PS 29 79 916 bekannten Einrichtung wird der Luftstrom zuerst durch die Turbokompres­ soren komprimiert und aufgeheizt und dann in einem Wärmetau­ scher unter Verwendung von Stauluft gekühlt. Beim Durchströ­ men des Wärmetauschers wird die Luft durch die die Turbine verlassende Luft weiter gekühlt. Nach Durchströmen des Wärmetauschers ist die eingeschlossene Feuchtigkeit der Luft nahe dem Taupunkt und der größte Teil des Wassers kann entfernt werden. Der übrige Teil der Feuchtigkeit bleibt auf dem Taupunkt, wenn der Luftstrom in die Turbine gelangt, in der die Luft expandiert und weiter abgekühlt wird; die eingeschlossene Feuchtigkeit wird soweit abgekühlt, daß sie gefriert und daß Eispartikel auftreten. Die Eispartikel enthaltende Luft strömt entweder durch den Wärmetauscher oder wird über eine Bypassleitung geführt. Die Eisbildung kann an den Rippen des Wärmetauschers auftreten und den Luftdurchfluß durch den Wärmetauscher blockieren, was einen höheren Luftdurchsatz durch die Bypassleitung und eine Erhöhung des Druckes am Turbinenausgang bewirkt. Des weiteren können die Eispartikel das Ventil einfrieren, das den Luftstrom durch die Bypassleitung steuert. Damit wird der Betrieb der Einrichtung nachteilig beeinflußt und es kann zum Ausfall der gesamten Klimaanlage kommen.

Die Feuchtigkeit der entfeuchteten Luft wird mit Hilfe von Temperatur- und Druckfühlern gesteuert. Der Ausgang dieser Fühler wird einer logischen Schaltung mit Wheatstone-Brücke aufgegeben, die einen Antrieb steuert, der das Bypassventil öffnet oder schließt. Derartige, dauernd in Betrieb befindli­ che Elemente unterliegen einer Abnutzung und können durch auftretende Fehler ausfallen; es ist hierfür eine laufende, zusätzliche Wartung erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die gattungsgemäße Klimaanlage zum Klimatisieren insbes. von Kabinen in Flugzeu­ gen kompakter und mit geringerem Gewicht auszubilden, die in die Turbine einströmende Luft trockener und mit höherer Temperatur bereitzustellen, damit ein Gefrieren der Feuchtig­ keitspartikel, insbesondere am Wärmetauscher, verhindert wird, und aktive Steuerelemente zur Regelung des in die Turbine gelangenden Luftstromes und des Feuchtigkeitsgehaltes zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteran­ spruches.

Mit einer derartigen Klimaanlage wird erreicht, daß durch erneutes Aufheizen der Luft stromaufwärts in bezug auf die Turbine die in die Turbine einströmende Luft trocken gehalten wird und eine höhere Temperatur aufweist, wodurch die Turbinenleistung erhöht wird und die Klimaanlage thermodyna­ misch wirksamer arbeitet. Daraus ergibt sich eine Klimaanla­ ge, die gegenüber herkömmlichen Klimaanlagen vergleichbarer Art kompakt ist, ein geringeres Gewicht hat und in der Lage ist, der Kabine und der Flugzeugelektronik kühlere Luft zuzuführen. Trockene Luft, die in die Turbine eintritt, verringert auch die Düsen- und Turbinenschaufelerosion und beseitigt die Feuchtigkeit in den Turbinenlagern. Dadurch, daß aktive Steuerelemente, wie z. B. Fühler, Motoren und Bypassventile entbehrlich sind, wird die Anlage nach der Erfindung eine passive Anlage, die Fehler reduziert und den erforderlichen Wartungsaufwand verringert.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich­ nung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Klimaanlage.

Die Anlage 10 stellt einen Durchflußpfad mit offenem Kreis­ lauf für Klimaluft dar, die aus einer komprimierten Luft liefernden Quelle (Pfeil 12) stammt und an einen Verbraucher (Pfeil 14) geleitet wird. Die Quelle ist durch Strahlmotoren oder eine andere Quelle komprimierter Luft in einem Flugzeug gebildet, dessen Kabine der Verbraucher ist. Zusätzlich kann die konditionierte Luft auch teilweise an andere, Kühlluft verwendende Bordeinrichtungen geleitet werden, z. B. elektro­ nische, flugtechnische und/oder Entnebelungsgeräte.

Die Luft wird über eine Rohrleitung 16 dem Einlaß eines Kompressors 18 zugeführt, dessen Auslaß über eine Rohrleitung 20 mit dem Kühlteil eines Wärmetauschers 22 gekoppelt ist. Im Kompressor 18 wird der Druck der komprimierten Luft etwa auf den doppelten Wert erhöht und die Kompressionswärme an­ schließend durch die kühle Luft im Wärmeteil des Wärmetau­ schers 22 extrahiert und in die Umgebung abgegeben.

Aus dem Kühlteil des Wärmetauschers 22 wird die Luft über eine Rohrleitung 24 dem Einlaß 26 der Kühlkanäle 28 eines Wärmetauschers 30 zugeführt. Aus dem Auslaß 32 der Kühlkanäle 28 wird die Luft über eine Rohrleitung 34 dem Einlaß 36 der Kühlkanäle 38 des Kondensator-Wärmetauschers 40 zugeführt. Beim Durchströmen der Kühlkanäle 38 wird die Luft auf einen Wert gekühlt, bei dem die enthaltene Feuchtigkeit konden­ siert; die kondensierten Wassertröpfchen werden in einem Wasserabscheider 44 gesammelt, von dem das Wasser über Bord gegeben oder mittels Sprühdüsen an den Einlaß in den Wärme­ teil des Wärmetauschers 22 geführt wird, damit die durch den Kühlteil strömende Luft eine zusätzliche Kühlwirkung erfährt.

Vom Wasserabscheider 44 wird die Luft über eine Rohrleitung 46 an den Einlaß 48 der Heizkanäle 50 des Wärmetauschers 30 geführt, die in Wärmeaustausch mit den Kühlkanälen 28 stehen, damit Wärme der stromaufwärts befindlichen Luft entzogen und Wärme der stromabwärts befindlichen Luft zugeführt wird. Der Wärmetauscher 30 ist eine Rückheizvorrichtung für die stromabwärts befindliche Luft, die aus dem Auslaß 52 für die Wärmekanäle 50 durch eine Rohrleitung 54 zum Einlaß 56 einer Expansionsturbine 58 geführt wird. Der Auslaß 60 der Expansi­ onsturbine 58 ist über eine Rohrleitung 62 mit dem Einlaß 64 der Heizkanäle 66 gekoppelt, die in Wärmeaustausch mit den Kühlkanälen 38 des Wärmetauschers 40 stehen. Aus den Heizka­ nälen 66 wird die Luft durch den Auslaß 68 über eine Rohrlei­ tung 70 an den Verbraucher geführt.

Die Expansionsturbine 58 ist über eine Leistungsübertragungs­ welle 72 mit den Kompressor 18 gekoppelt; die aus der Luft extrahierte Energie wird dabei durch Expansion in der Turbine in Energie umgewandelt, die an den Kompressor übertragen wird. Die Abgabeleistung der Turbine kann vorzugsweise zusätzlich zu der Übertragung an den Kompressor oder anstelle davon verwendet werden.

Die entspannte Luft niedriger Temperatur aus dem Turbinen­ auslaß ist verhältnismäßig trocken und bewirkt, daß die Temperatur der stromaufwärts vorhandenen komprimierten Luft in den Kühlkanälen 38 des Kondensators 40 abgesenkt wird, um eine erhebliche Kondensation der eingeschlossenen Feuchtig­ keit zu erzielen. Somit ist die an den Verbraucher gelangende Luft weitgehend trocken; die gewünschte Feuchtigkeitsmenge ist vor dem Entspannen entfernt und die Luft infolgedessen erwärmt worden, um die erneute Verdampfung von Restbestand­ teilen der überschüssigen Feuchtigkeit zu gewährleisten. Die Speiseluft wird somit stromaufwärts in bezug auf die Turbine wieder erwärmt, wie dies bei dem Rückheiz-Wärmetauscher 30 der Fall ist.

Eine derartige Einrichtung arbeitet z. B. in einem Betriebs­ bereich, bei dem die Luft in die Kühlkanäle des Rückheiz- Wärmetauschers bei einer Temperatur von etwa 100°C bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 g/kg Luft eintritt, die konditio­ nierte Luft, die an den Verbraucher geführt wird, auf 5°C gekühlt wird und ein Feuchtigkeitsgehalt von 4 g/kg Luft vorhanden ist.

Claims (2)

1. Klimaanlage, insbesondere zum Klimatisieren von Passa­ gier-Räumen in Flugzeugen, mit in Strömungsrichtung der Klimaluft vom Kompressor zur Expansionsturbine nach­ einander angeordnetem Wärmetauscher, Kondensator-Wärme­ tauscher und Wasserabscheider, wobei der Kondensator- Wärmetauscher sekundärseitig mit dem Turbinenaustritt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (30) sekundärseitig zwischen dem Primärausgang des Kondensator-Wärmetauschers (40) und dem Eintritt der Expansionsturbine (58) angeordnet ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Wärmetauscher (30) ein sekundärseitig von Umge­ bungsluft durchflossener Wärmetauscher (22) vorgesehen ist.