DE3442001A1

DE3442001A1 - Einrichtung und verfahren zum klimatisieren von geparkten flugzeugen

Info

Publication number: DE3442001A1
Application number: DE19843442001
Authority: DE
Inventors: Richard Axel Hawthorne Calif. Haglund; Robert Edward Hermosa Beach Calif. Tupack
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1985-05-30
Also published as: IT8449175A1; IT1178241B; GB2150278A; FR2555131A1; AU575355B2; ES8606167A1; AU3548984A; MX161927A; GB2150278B; KR850004066A; SG6388G; CA1291643C; GB8428965D0; IT8449175A0; NZ210198A; FR2555131B1; KR920007845B1; ES537719A0

Description

PATENT Dipl.-lng. A. Wasmeier	iWWAtT^, «	Dipl.-Ing.-H. Graf
		3442001
Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional	Representatives	before the European Patent Office
Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1
An das Deutsche Patentamt Zu/eibrückenstraße 12		D-8400 REGENSBURG 1 GREFLINGER STRASSE 7 Telefon (0941) 5 47 53
8000 München 2		Telegramm Begpatent Rgb.
		Telex ο 5709 repat d
Ihr Zeichen Ihre Nachricht Your Ref. Your Letter	Unser Zeichen Our Ref.	Tag Date
	T/p 11.	712 14. November 1984 W/Ja

Anmelder:

Teledyne Industries, Inc. 1901 Avenue of the Stars Los Angeles, California 90067 USA

Titel:

Erfinder:

Priorität

Einrichtung und Verfahren zum Klimatisieren von geparkten Flugzeugen

1. Richard Axel Haglund

2. Robert Edward Tupack

USA

Nr. 553.439

vom 18. November 1983

IrJ

Einrichtung und Verfahren zum Klimatisieren von geparkten Flugzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf Flugzeug-Klimaanlagen, und insbesondere auf Einrichtungen und Verfahren zum Kühlen der Fluggastkabinen von geparkten Flugzeugen.

Es sind im laufe der Jahre eine Reihe von Systemen entwickelt worden, um die Forderung zu erfüllen, die Temperatur von Fluggastkabinen moderner Flugzeuge auf einem Wert zu halten, der für die Fluggäste für die Zeitdauer, die das Flugzeug geparkt ist, angenehm ist. Bei solchen Flugzeugen tragen die hohe Fluggastdichte, die Innenbeleuchtung, die große Anzahl von Fenstern und der stark isolierte Rumpf dazu bei, daß die Temperatur der Kabine eines geparkten Flugzeuges auf recht unbegueme Werte steigen kann. Es wurde deshalb für notwendig befunden, ein Kühlsystem zu schaffen, um die Kabinentemperatur des Flugzeuges zu verringern, selbst wenn das Flugzeug an Plätzen mit relativ niedriger Außentemperatur geparkt ist.

Eine Art eines bekannten Systems zum Kühlen der Kabine eines geparkten Flugzeuges verwendet eine Hilfsantriebseinheit an Bord, in der Regel eine kleine mit Düsentreibstoff betriebene Turbine. Die Turbine, die betrieben wird, wenn das Flugzeug geparkt ist, wird verwendet, um das Bord-Kühlsystem anzutreiben. Dieses gleiche Kühlsystem wird während des Fluges von den Hauptmaschinen angetrieben.

Eine weitere Art eines bekannten Systems zum Kühlen der Kabine eines geparkten Flugzeuges verwendet eine oder mehrere Bord-Luftzyklusmaschinen, die Spezialwärmepumpen sind. Diese Maschinen kühlen die Kabinenluft, wenn sie mit einer Luft hohen Druckes und hoher Temperatur liefernden Quelle gespeist sind. Während des Fluges ist die Luftquelle ein Bord-Kompressor, der von den Hauptmaschinen angetrieben wird. Ist das Flugzeug geparkt, wird eine am Boden befindliche Klimatisiereinheit verwendet, die Kühlluft unter Druck direkt in das Leitungssystem der Kabinenklimaanlage führt. Diese Klimatisiereinheit am Boden, die stationär oder beweglich sein kann,

ist mit dem geparkten Flugzeug unter Verwendung eines flexiblen Schlauches verbunden. Dieser Schlauch verbindet die Klimatisiereinheit mit einer Verbindungsvorrichtung, die außen am Rumpf angeordnet ist und die direkt mit den Kabinenleitungen in Verbindung steht. Bei dieser Ausführung ist es nicht erforderlich, das Kühlsystem an Bord zu betreiben, wenn das Flugzeug geparkt ist.

Von den bisher beschriebenen Arten von Kühlsystemen ist die Klimatisiereinheit, die am Boden stationiert ist, anerkanntermaßen die, die am energiesparendsten ist. Bekannte, am Boden stationierte Klimatisiereinheiten benötigen zwischen 1/5 bis 1/10 der Energie von solchen Systemen, die an Bord befindliche Hilfsantriebseinheiten verwenden, und zwischen 1/2 und 1/4 der Energie solcher Systeme, die Luftzyklusmaschinen an Bord verwenden.

Obgleich die am Boden befindlichen Klimatisiersysteme im allgemeinen wesentlich wirksamer sind als viele andere Arten von Kühlsystemen, benötigen sie immer noch für ihren Betrieb beachtliche Energie. Beispielsweise benötigen elektrisch betriebene Klimatisiersysteme für große kommerzielle Düsenflugzeuge für ihren Betrieb über 150 kW Leistung.

Bekannte, am Boden befindliche Klimatisiersysteme verwenden in typischer Weise sehr große und starke Gebläse, um einen ausreichend großen Luftstrom zu erzeugen, damit die gewünschte Kabinentemperatur aufrechterhalten werden kann. Diese Gebläse, von denen einige mit einer Leistung über 150 PS ausgelegt sind, erzeugen hohe Geräuschpegel in der Nähe der Klimatisiereinheit. Zusätzlich haben diese großen Gebläse den Nachteil, daß die Kühlluft die Kabinenluftleitungen mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten verlassen, wodurch ein starkes Kabinengeräusch erzeugt wird. Ein weiterer Nachteil bekannter, am Boden stationierter Klimatisiersysteme ist der hohe Feuchtigkeitsgehalt der Kühlluft, die in die Kabinenluftleitungen abgegeben wird. Diese Feuchtigkeit

erhöht don Found t i (jke i t oqehri J t in der Kabine, bewirkt die Bildung von Nebeln und trägt, dazu bei, daf3 das Kabinenklima für die Fluggäste unbequem ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, neuartige und verbesserte Einrichtungen und Verfahren zum Kühlen der Kabinen von geparkten Flugzeugen vorzuschlagen, bei denen die Leistungsaufnahme von auf dem Boden stationierten Flugzeugklimatisiersystemen reduziert wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Umweltbedingungeη in der Kabine von geparkten Flugzeugen dadurch zu verbessern, daß der Geräuschpegel und die Feuchtigkeit, die von dem Klimatisiersystem erzeugt «/erden, reduziert wird.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß ein auf dem Boden stationiertes Klimatisiersystem für geparkte Flugzeuge vorgeschlagen wird, das von herkömmlichen Ausführungen derartiger Klimatisiersysteme dadurch abweicht, daß dem Flugzeug Luft zugeführt wird, die bis unter den Gefrierpunkt von Wasser abgekühlt ist. Im einzelnen wird obige Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche .

Für Klimatisierzvi/ecke haben die Vorschläge zum Stande der Technik die Verwendung von bis unter 40⁰F gekühlter Luft abgelehnt, mit der Begründung, daß solche Kaltluft ein unwirksames System ergibt und zu unbequemen Umweltbedingungen in der Kabine führt. Im Falle vorliegender Erfindung werden jedoch Klimatisiereinrichtungen vorgeschlagen, die die in das Flugzeug eintretende Luft bis unter AO⁰F (vorzugsweise unter 32⁰F) abkühlen, um ein System zum Kühlen von geparkten Flugzeugen zu erzielen, das weniger Energie benötigt, weniger Geräusch außerhalb und innerhalb der Kabine erzeugt und einen Trockner sowie bequemere Kabinenbedingungen als bekannte Systeme vergleichbarer Kühlleistung ergeben.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnungbeschrieben, um Luft bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu erzielen, wobei das Problem eine Frostbildung an den Kühlelementen gelöst wird. Es zeugt:

i-ig. 1 ein Blockschaltbild eines auf dem Boden stationierten Klimatisiersystems nach der Erfindung zum Kühlen eines geparkten Flugzeugs,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mit direkter Expansion arbeitender Kühleinrichtung, die bei dem Klimatisiersystem nach Fig. 1 zur Durchführung der Erfindung verwendet wird,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer mit abgekühlter Flüssigkeit arbeitenden Kühleinrichtung, die bei dem Klimatisiersystem nach Fig..l verwendet wird, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer kombinierten, mit abgekühlter Flüssigkeit und direkter Expansion arbeitenden Kühleinrichtung für ein Klimatisiersystem nach Fig. 1. j

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines auf dem Boden stationierten Klimatisiersystems 10 dargestellt, das zum Kühlen der Kabine eines geparkten Flugzeugs 12 verwendet wird. Das System 10 weist eine Kühleinheit 14 auf, die eine Quelle kalter Flüssigkeit darstellt, welche durch einen Wärmetauscher 16 hindurch in Umlauf gesetzt wird. Ein Gebläse 18 wird verwendet, um Umgebungsluft, die durch den Einlaß eingeführt wird, über die Oberflächen des Wärmetauschers zwangsweise zu führen, wobei die Luft auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird, wenn sie den Auslaß 22 verläßt. Der Wärmetauscher 16 und das Gebläse 18 sind in' einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das in der Nähe des Parkbereiches des Flugzeuges angeordnet ist. Dieses Gehäuse kann stationär oder transportabel ausgebildet sein. Die Kühleinheit 14 kann im gleichen Bereich angeordnet oder aber als Teil eines zentralen Flugplatzkühlsystems entfernt vom Flugzeug angeordnet sein. In einem solchen Fall ist die

Kühl einheit 14 mit dem Wärmetauscher 16 über entsprechende Leitungssysteme verbunden. Die elektrische Energie zum Betreiben des Gebläses 18 und der Kühleinheit 14 kann durch einen transportablen Generator, z.B. einem dieselbetriebenen Generator, dargestellt sein, oder aber über das Leistungsnetz des Flugplatzes unter Verwendung fester Energieleitungen.

Der Luftauslaß 22 des Klimatisiersystems steht mit einem Ende eines flexiblen Schlauches 24 in Verbindung. Das andere Ende dieses Schlauches 24 ist mit einer Anschlußvorrichtung 26 verbunden, die an der Außenfläche des Flugzeuges 12 angeordnet ist. Der Anschluß 26 wiederum steht mit einem Netzwerk von Klimatisierleitungen 28 in Verbindung, die über die Fluggastkabine des Flugzeuge)s 12 verteilt sind.

Um in der Fluggastkabine des geparkten Flugzeuges für den Fluggast bequeme Umweltbedingungen zu erreichen, ist es erwünscht, die Kabinentemperatur auf einem Nennwert von 75⁰F zu halten, selbst unter ungünstigsten Bedingungen maximaler Kabinenwärmebelastung. Faktoren, die diese Wärmebelastung beeinflussen, sind auf der Außenseite herrschende Umgebungstemperatur, Sonnenlicht, das durch die Fenster eingestrahlt wird, Warme von Lichtquellen im Kabineninneren und die Wärmeabstrahlung der Fluggäste in der Kabine.

Bekannte Klimatisiersysteme für geparkte Flugzeuge lösen das Kühlproblem dadurch, daß Luft am Wärmetauscherauslaß 22 bereitgestellt wird, die auf zwischen 40 und 50⁰F abgekühlt worden ist. Die durch den flexiblen Schlauch 24 strömende Luft erfährt einen Temperaturanstieg von etwa 5°F. Entsprechend ist die Temperatur der Luft, die bei bekannten Systemen in das Flugzeug an der Verbindungsstelle 26 einströmt, zwischen 45 und 55⁰F. Das Gebläse 18 ist so dimensioniert, daß es eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft erzeugt, um die gewünschte Temperatur unter Bedingungen maximaler Kabinenwärmebelastung aufrechtzuerhalten.

Die Fachwelt hat bisher das Konzept, Luft am Wärmetauscherausgang 22 bereitzustellen, die kalter als 4O⁰F ist, abgelehnt. Diese Auffassung basierte teilweise auf der technischen Information, die über die Jahre angesammelt wurde und die sich auf die Luftklimatisierung von Wohn- und Geschäftsbauten bezog.

Klimatisieranlagen für Gebäude sehr große Luftleitungen mit einem niedrigen Druckfall. Luft wird durch Kühleinheiten auf zwischen 40 und 55⁰F gekühlt und wird über das Leitungssystem im Gebäude mit sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten verteilt. Im allgemeinen wird ein Luftdruck von lediglich 2,5 bis 7,5 cm Wassersäule benötigt, um die Kühlluft über das ganze Gebäude zu verteilen. Entsprechend ist die Energie, die von den Gebläsen verbraucht wird, welche zur Bewegung der Luft verwendet werden, ziemlich klein im Vergleich zu der Energie, die zum Kühlen der Luft benötigt wird. Ferner bedeutet der sehr niedrige Luftdruck, der bei derartigen Systemen verwendet wird, daß die Gebläse aufgrund der Luftkompression keinen nennenswerten Wärmebetrag an die Luft abgeben.

Im allgemeinen ist ein Klimatisiergerät weniger effizient, wenn die Luft unter 4O⁰F abgekühlt wird. Ferner erzeugt die Luft bei diesen kalten Temperaturen in Gebäuden eine unangenehm kühle Atmosphäre. Es wurde weiter festgestellt, daß Luft bei diesen kühlen Temperaturen eine so geringe Feuchtigkeit hat, daß sie unbequeme trockene Umgebungsbedingungen für die Bewohner der Gebäude ergibt. Ein weiterer Faktor ist, daß das Kühlen von Luft unter etwa 35⁰F die Verwendung von Wärmetauschern mit unter dem Gefrierpunkt liegenden Oberflächentemperaturen erforderlich macht. Diese unter dem Gefrierpunkt liegenden Temperaturen ergeben Probleme in bezug auf Eis- und Frostbildung, die bei bekannten Klimatisiersystemen nicht auftreten. Aus diesem Grunde wurde bisher die Verwendung von unter 40⁰F gekühlter Luft in Klimatisiersystemen aufgrund der ungünstigen Energiebilanz, Problemen in der Hardware-Ausführung und der unbequemen Atmosphäre für den Benutzer unterbunden.

16

Im Gegensatz zu der Lehre nach dem Stande der Technik wird mit vorliegendοr Erfindung vorgeschlagen, Lufttemperaturen uiiLi! r 4O⁰I ( vor /uqnwo i :;o unLor dem Gefrierpunkt von Wasser) bei auf dem Boden stationierten Klimatisiersystemen für geparkte Flugzeuge zu verwenden, was zu einer Verringerung des Energieverbrauches und einer Erhöhung des Fluggastkomforts führt. Dieses überraschende Ergebnis beruht auf einer Kombination von Faktoren, die speziell bei Klimatisiersystemen für Flugzeuge zutreffen, u/ie nachstehend ausgeführt wird.

Aufgrund räumlicher Beschränkungen sind die Klimatisierleitungen für Flugzeugkabinen notwendigerweise mit geringem Querschnitt ausgeführt. Ferner ergibt die hohe Fluggastdichte in modernen Flugzeugen in Verbindung mit anderen, weiter oben ausgeführten wärmeerzeugenden Faktoren eine Wärmebelastung, die einen erheblichen Durchsatz an Kühlluftstrom erforderlich macht, um die gewünschte Kabinentemperatur aufrechtzuerhalten. Die kombinierte Forderung nach hohem Luftdurchsatz und kleiner Querschnittsfläche ergibt die Notwendigkeit, einen hohen Luftdruck zu wählen, um die Kühlluft in die Kabine mit der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit einzuführen.

Die Notwendigkeit eines hohen Luftdruckes wird bei bekannten Systemen dadurch erfüllt, daß große und leistungsfähige Gebläse verwendet werden, die einen erheblichen Teil der gesamten, von dem System benötigten Energie verbrauchen. Beispielsweise verbraucht bei bekannten Klimatisierungssystemen für geparkte Flugzeuge das Gebläse über 40 % des gesamten Energieaufkommens des Systems. Dies steht im Gegensatz zu Klimaanlagen bei Gebäuden, bei denen das Gebläse nur einige wenige Prozent des gesamten Energieverbrauches darstellt.

Das Erfordernis großer Gebläse zur Erzeugung der benötigten Luftdurchflußmengen trägt ferner dazu bei, daß das System ineffizient arbeitet, weil diese Gebläse Wärme in die Luft

17 ' ' "

einführen. Diese Wärme, die durch das Kühlsystem wieder entfernt werden muß, ergibt sich aus der Kompression der Luft, die auftritt, wenn sie unter Druck gesetzt wird.

Im Falle vorliegender Erfindung wurde festgestellt, daß eine Verringerung der Temperatur der Luft, die in das Flugzeug abgegeben wird, gegenüber bekannte Systemen eine Reduzierung des benötigten Luftdurchsatzes ergibt, um die gewünschte Kabinentemperatur aufrechtzuerhalten. Eine derartige Temperaturverringerung, typischerweise auf einen Temperaturpegel unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser, ergibt keine Verringerung des Wirkungsgrades des Betriebes der Kühleinrichtung. Die Möglichkeit, den Luftdurchsatz zu verringern, ergibt jedoch wesentliche Leistungsersparnisse im System, weil sowohl die Größe des Gebläses als auch die Kühlanforderungen des Kühlgerätes reduziert werden. Eine Gesamtenergieeinsparung über 30 % für Klimatisierungssysteme von geparkten Flugzeugen, die nach vorliegender Erfindung gebaut und betrieben wurden, ist nicht ungewöhnlich. Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel I

Dieses Beispiel vergleicht die Leistung bekannter elektrisch betriebener, auf dem Boden stationierter Klimatisiersysteme mit einem vergleichbaren erfindungsgemäßen System, das zum Kühlen der Kabine eines Düsenflugzeuges mit engem Rumpf, z.B. Boing Modell "727-200 verwendet wird. Unter den Bedingungen einer äußeren Umgebungstemperatur von 100⁰F, hellem Sonnenschein, bei angeschalteten Lampen im Kabineninneren und 134 Fluggästen an Bord beträgt die Kabinenwärmebelastung für das vorgenannte Flugzeugmodell etwa 85.940 BTU/Std. Das Ziel des Klimatisierungssystems ist, die Kabinentemperatur bei dieser Wärmebelastung auf 75⁰F zu halten.

Bei bekannten, auf dem Boden stationierten Klimatisierungssystemen wird Luft nicht unter 4O⁰F am Auslaß 22 des Wärmetauschers bereitgestellt. Ein typischer Temperaturanstieg von 5° im Schlauch 24 ergibt eine minimale Lufttemperatur von

45°r" an dem Flugzeugübergang 26. Der Kühlluftdurchsatz, der erforderlich ist, um die gewünschte Kühlung zu erzielen, beträgt etwa 90 kg/min. Bei diesem Durchsatz muß das Gebläse einen Luftdruck von etwa 85 cm Wassersäule erzeugen. Von diesem Druck tragen etwa 12,5 cm Wassersäule zu der Begrenzung im Wärmetauscher 16 und den zugehörigen Leitungen bei, etwa 25 cm Wassersäule fallen auf die Begrenzung, die durch den Schlauch 24 und die zugeordneten Verbindungen bedingt sind, und die restlichen 47,5 cm Wassersäule fallen auf die Begrenzungen, die auf die Kabinenleitung 28 treffen.

Legt man einen typischen Gebläsewirkungsgrad von 62 % und eine Gebläsemotorwirkungsgrad von 90 % zugrunde, ergibt sich, daß ein Gebläse mit einer Nennleistung von 23 Brems-PS erforderlich ist, um den notwendigen Luftdruck zu erzeugen. Ein Gebläse dieser Größe nimmt etwa 19,2 kW elektrische Energie auf. Es kann auch gezeigt werden, daß die Kühleinheit 14 so dimensioniert werden muß, daß sie eine Kühlung bei einem Durchsatz von etwa 27,3 t/h ergibt, um 90 kg/min Luft zu verarbeiten und die notwendige Temperaturreduzierung auf 4O⁰F am Wärmetauscherauslaß 22 zu erreichen. Ferner muß die Kühleinheit 14 auch die Wärme entfernen, die von dem Gebläse 18 beim Komprimieren der Luft entsteht.

Das Gebläse mit der Leistung von 23 Brems-PS liefert Wärme mit der Rate von etwa 58.512 BTU/Std. (4,9 t). Entsprechend muß die Kühleinheit 14 so ausgelegt sein, daß sie einen Gesamtwert von 32,2 t Kühlung einführt. Eine typische Kühleinheit 14 kann eine Kälteeinrichtung mit direkter Expansion verwenden. Eine gut ausgelegte elektrisch betriebene luftgekühlte Kälteeinheit dieser Art, die so ausgelegt ist, daß sie Luft auf 4O⁰F kühlen kann, hat einen Verbrauch von etwa 1,6 kW pro Tonne Kühlkapazität. Entsprechend würde die vorbeschriebene bekannte Kühleinheit etwa 51,5 kW verbrauchen, was kombiniert mit der Gebläseleistungsaufnahme einen Gesamtverbrauch von 70,7 kW bei dem bekannten System ergibt. Nachstehend wird zum Vergleich auf ein System nach der Erfindung bezug genommen, das die gleiche Kabinentemperatur von 75⁰C unter der gleichen Wärmebelastung von 85.940

BTU/h ergibt. Dieses System ist so ausgelegt, daß es Luft am Wärmetauscherausgang 22 mit einer Temperatur von 25°F erzeugt, «/as unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser (32⁰F) liegt. Läßt man eine Temperaturerhöhung von 5⁰F im Schlauch 24 zu, beträgt die Lufttemperatur am Anschluß 26 30⁰F.

Unter Zugrundelegung dieser Zahlen läßt sich zeigen, daß die Anforderung an den Kühlluftdurchsatz zur Erzielung der gewünschten Kühlung nur 6ü kg/min beträgt, was um 33,5 % weniger ist als der vergleichbare Luftdurchsatz bekannter Systeme. Bei diesem niedrigeren Luftdurchsatz braucht das Gebläse 18 nur einen Luftdruck von etwa 32,5 cm Wassersäule zu erzeugen. Von diesem Druck treffen etwa 7,5 cm. Wassersäule auf die Begrenzung im Wärmetauscher 16 und die angeschlossenen Leitungen, etwa 12,5 cm auf die Begrenzung, die auf den Schlauch 24 und die zugeordneten Verbindungen fallen, und die übrigen 12,5 cm auf die Begrenzungen, die durch die Kabinenleitung 28 aufgegeben werden.

Legt man die gleichen Gebläsewirkungsgrade zugrunde wie bei bekannten Systemen, ergibt sich, daß das Gebläse nach vorliegender Erfindung nur auf eine Nennleistung von 5,9 Brems-PS ausge-legt werden muß. Ein solches Gebläse verbraucht '4,9 kW Leistung, was etwa 75 % weniger ist als das Gebläse nach dem bekannten System verbraucht.

Der verringerte Luftdurchsatz ergibt eine Reduzierung in den Kühlanforderungen der Kühleinheit 14 auf 268.128 BTU/h (etwa 22,3 t). Die zusätzliche Wärme, die durch das kleinere Gebläse beigesteuert wird, beträgt nur 15.010 BTU/h (1,3 t). Demgemäß braucht die Kühleinheit 14 im Falle vorliegender Erfindung nur so groß gewählt zu werden, daß 23,6 t Kühlkapazität eingespeist werden, was etwa 27 % weniger ist als für die Kühlung des bekannten Systems erforderlich ist.

Wie bereits weiter oben erläutert, sind Kühleinheiten wie z.B. die Kühleinheit mit direkter Expansion, weniger energiewirksam, wenn sie zur Erzielung der Kühlung unter etwa 40⁰F ausgelegt sind, was für das vorliegende System der Fall ist.

Eine derartige Kühieinheit verbraucht in der Größenordnung 'von 1,85 kW/t Kühlkapazität, was etwa 16 % weniger effizient ist als die bekannte Kühleinheit. Deshalb würde die Kühleinheit mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt etwa 43,7 kW verbrauchen, was kombiniert mit dem Geblaseenergieverbrauch einen Energieverbrauch für das gesamte System von 48,6 kW ergibt,

Vergleicht man die Werte des Gesamtenergieverbrauches für die beiden vorstehend beschriebenen Systeme, ergibt sich, daß trotz der effizienten Kühleinheit das System nach vorliegender Erfindung 22,1 kW v/eniger als vergleichbare bekannte Systeme verbraucht, was einer Leistungseinsparung von über % entspricht,

Beispiel II

Dieses Beispiel vergleicht die Leistung bekannter, elektrisch betriebener, auf dem Boden stationierter Klimatisiersysteme mit einem vergleichbaren System nach vorliegender Erfindung zur Kühlung der Kabine eines Düsenflugzeuges mit breitem Rumpf, z.B. Boing Modell 747-200.

Unter den Bedingungen einer äußeren Umgebungstemperatur von 1Ou⁰F, hellem Sonnenschein, eingeschalteten Kabinenlichtern und 511 Fluggästen an Bord beträgt die Kabinenvi/ärmebelastung für das obengenannte Modell etwa 305.305 BTU/h. Ziel des Klimatisierungssystems ist es, die Kabinentemperatur bei dieser Belastung auf 75⁰F zu halten.

Das bekannte, auf dem Boden stationierte Klimatisierungssystem erzeugt Luft bei 4O⁰F am Auslaß 22 des Wärmetauschers. Ein typischer Temperaturanstieg von 5⁰F im Schlauch 24 ergibt eine Lufttemperatur von 45°F an der Anschlußstelle 26 zum Flugzeug. Legt man die obigen Werte zugrunde, läßt sich zeigen, daß der Kühlluftdurchsatz, der erforderlich ist,.um die gewünschte Kühlung zu erzielen, etwa 320 kg/min beträgt. Bei diesem Durchsatz muß das Gebläse 18 einen Luftdruck von etwa 182,5 cm Wassersäule erzeugen. Von diesem Druck ent-

fallen etwa 12,5 cm auf die Begrenzung im Wärmetauscher 16 und zugehörige Leitungen, etwa 37,5 cm auf die Begrenzung, die durch den Schlauch 24 und die zugehörigen Verbindungen eingeführt werden, und die übrigen 132,5 cm auf die Begrenzung, die durch die Kabinenleitungen 28 aufgebracht wird.

Legt man einen typischen Gebläsewirkungsgrad von 60 % und einen GebläsemotorM/irkungsgrad von 90 % zugrunde, ergibt sich, daß ein Gebläse mit dem Nennwert von 180 Brerns-PS erforderlich ist, um den notwendigen Luftdruck zu erzielen. Ein Gebläse dieser Größe nimmt etwa 150 kW elektrische Energie auf. Die Kühleinheit 14 muß so ausgelegt sein, daß sie eine Kühlung mit dem Durchsatz von 1.156.428 BTU/h (etwa 96,4 t) ergibt, um 320 kg/min Luft zu verarbeiten und die notwendige Temperatur von 4O⁰F am Wärmetauscherauslaß 22 zu erzielen. Ferner muß die Kühleinheit 14 auch die Wärme annehmen, die von dem Gebläse 18 zum Komprimieren der Luft geliefert wird.

Das Gebläse mit 180 Brems-PS führt Wärme mit dem Durchsatz von etwa 457.920 BTU/h (38,2 t) ein. Entsprechend muß die Kühleinheit so ausgelegt sein, daß sie insgesamt 134,6 t Kühlkapazität einspeist. Wie bei dem vorausgehenden Beispiel erläutert, verbraucht eine Kühleinheit mit direkter Expansion zur Kühlung der Luft auf 40⁰F in der Größenordnung von 1,6 kW pro Tonne Kühlkapazität. Entsprechend würde die bekannte, vorbeschriebene Kühleinheit etwa 215,4 kg verbrauchen, was kombiniert mit dem Gebläse-Energieverbrauch einen Gesamtenergieverbrauch von 365,4 kW für das bekannte System ergibt.

Bei einem System nach der Erfindung wird die gleiche Kabinentemperatur von 75°F unter der gleichen Wärmebelastung von 305.305 BTU/h erzielt. Das System nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß es Luft am Wärmetauscherauslaß 22 mit einer Temperatur von 25⁰F ergibt. Legt man einen Temperaturanstieg von 5°F im Schlauch 24 zugrunde, beträgt die Lufttemperatur an der Anschlußstelle 26 30⁰F.

Unter Vorwendunrj dieser ZaIi 1 onvi/er te läßt sich zeigen, daß die Forderungen des Luftdurchsatzes zur Erzielung der gewünschten Kühlung nur etu/a 214 kcj/min ergeben, was 33,3 % weniger ist als der Luftdurchsatz bei dem vergleichbaren bekannten System. Bei diesem niedrigeren Luftdurchsatz braucht das Gebläse 18 nur einen Luftdruck von etwa 115 cm Wassersäule erzeugen. Von diesem Druck entfallen etwa 10 cm auf die Begrenzung im Wärmetauscher 16 und zugehörige Leitungen, etwa 25 cm auf die Begrenzung, die durch den Schlauch 24 und die zugeordneten Verbindungen aufgebracht wird, und die übrigen 80 cm auf die Begrenzung, die durch die Kabinenleitung 28 aufgegeben wird.

Legt man die gleichen Gebläsewirkungsgrade wie bei dem vorbeschriebenen bekannten System zugrunde, läßt sich zeigen, daß das Gebläse nach vorliegender Erfindung nur mit einer Nennleistung von 75 Brems-PS ausgelegt werden muß. Ein derartiges Gebläse verbraucht 62,5 kW Leistung, was etwa 58 % weniger ist als die Leistung, die von dem Gebläse nach dem Stand der Technik verbraucht wird.

Der verringerte Luftdurchsatz ergibt eine Verringerung der Kühlanforderungen der Kühleinheit 14 auf 949.536 BTU/h (etwa 79,1 t). Die zusätzliche Wärme, die durch das kleinere Gebläse beigesteuert wird, beträgt nur 190.800 BTU/h (15,9 t). Dementsprechend braucht die Kühleinheit 14 nach vorliegendem System nur so dimensioniert zu sein, daß sie 95 t der Kühlkapazität einspeist, was etwa 90 % weniger ist als die Kühlmenge für das bekannte System.

Unter Verwendung des Energieverbrauchsfaktors von 1,85 kW pro Tonne Kühlkapazität, die früher benötigt wurde, verbraucht die Kühleinheit, die unterhalb Gefrierpunkt arbeitet, etwa 175,8 kW, was kombiniert mit dem Gebläseenergieverbrauch einen Gesamtenergieverbrauch des Systems von 238,3 kW ergibt.

Vergleicht man die Werte für den Gesamtenergieverbrauch bei den beiden vorstehend erläuterten Systemen für Breitrumpfflugzeuge, ergibt sich, daß trotz der weniger effizienten

Kühleinheit das System nach vorliegender Erfindung 127,1 kW weniger als vergleichbare bekannte Systeme verbraucht, was zu einer Energieeinsparung von etwa 35 % führt.

Über die Energieeinsparungen hinaus ergeben Klimatisierungssysteme nach vorliegender Erfindung andere Vorteile gegenüber bekannten Systemen. Beispielsweise hat die Luft, die an den Flugzeuganschlußstellen bei bekannte Systemen auf 45°F gekühlt wird, im allgemeinen einen extrem hohen Feuchtigkeitsgehalt, was zu einem relativen Feuchtigkeitsgehalt in der Flugzeugkabine in der Größenordnung von 70-80 % führt; bei diesem hohen Wert fühlt sich der Fluggast unbequem. Andererseits wird im Falle vorliegender Erfindung durch Kühlen der Luft auf Temperaturen unter den Gefrierpunkt ein hoher Anteil der Feuchtigkeit durch Kondensation entfernt. Demzufolge hat die Luft, die in die Kabine eintritt, einen wesentlich geringeren Feuchtigkeitsgehalt als bei bekannten Systemen, und es kann ein relativer Feuchtigkeitsgehalt in der Kabine von weniger als 50 % erwartet werden.

Die Luft, die in die Kabine bei dem System nach der Erfindung eingeführt wird, ist kalter als die bei bekannten Systemen. Aus der Lehre nach dem Stande der Technik, die sich auf die Klimatisierung von Gebäuden bezieht, wäre zu erwarten, daß der Fluggast sich bei diesen niedrigeren Temperaturen unbequem fühlt. Im Gegensatz hierzu wurde jedoch festgestellt, daß die hohe Kabinenwärmebelastung, die hohe Dichte von Fluggästen, die relativ kurze Zeitdauer, während der das Flugzeug geparkt ist, wenn Passagiere an Bord sind, und das rasche Mischen von Luft aufgrund der relativ hohen Leitungsaustrittsgeschwindigkeit gemeinsam dazu beitragen, dem Fluggast den Aufenthalt in der Kabine so angenehmzu gestalten, daß er sich bei diesem Klima wohl, fühlt.

Es ist interessant, festzustellen, daß die geringe Feuchtigkeit der Kabinenluft, die bei vorliegender Erfindung erzeugt wird, die Kabinentemperatur um einige Grad über die allgemein gewählten 75°F hinaus erhöhen könnte, und gleichzeitig ein ebenso guter oder sogar besserer Komfort für den Fluggast

wahrnehmbar beibehalten wird. Es irit dem Fachmann bekannt, daß ein solcher v/ahrnehmbarer Komfort eine Funktion sowohl der Temperatur als auch der Feuchtigkeit ist.

Ein weiteres Merkmal vorliegender Erfindung ist die Reduzierung des Kabinengeräusches. Bei Verwendung vorliegender Erfindung wird Luft in die Kabine mit einer Strömungsgeschwindigkeit abgegeben, die etwa 33 % niedriger ist als die bekannter Systeme. Diese verringerte Luftdurchflußgesehwindigkeit verringert das Windgeräusch auf weniger als die Hälfte des Wertes bekannter Systeme. Geräusch, das außerhalb des Flugzeuges in der Nähe des Gebläses 18 erzeugt wird, wird durch Anwendung vorliegender Erfindung ebenfalls reduziert. Die Verwendung von kleineren Gebläsen geringerer Leistung ergibt Gebläsegeräusche, die etwa 6-10 Decibel geringer sind als die bekannter Systeme.

Einbau- und Betriebskosten von Systemen nach vorliegender Erfindung werden gegenüber den Kosten für bekannte Systeme wesentlich verringert. Beispielsweise ermöglicht die Verringerung des elektrischen Energiebedarfs im System eine Verringerung der Kosten für die Flughafenverdrahtung für fest installierte, auf dem Boden befindliche Systeme. Da ein Klimatisierungssystem im allgemeinen an jedem Gate eines Flughafens vorgesehen ist, sind diese Einbauersparnisse von erheblicher Bedeutung.

Die Kühlung der Luft auf Temperaturen unter den Gefrierpunkt ergibt bei vorliegender Erfindung das Problem, daß sich Frost an den Oberflächen des Wärmetauschers 16 ausbilden kann. Um die niedrigen Lufttemperaturen nach vorliegender Erfindung zu erzielen, ist es erforderlich, mindestens einen Teil der Oberflächen des Wärmetauschers 16 unter den Gefrierpunkt von Wasser abzukühlen. Die Ausbildung von Frost an diesen Oberflächen ergibt sich aufgrund des Gefrierens von Feuchtigkeit, die aus der Luft kondensiert ist. Eine übermäßige Frostansammlung kann die Luftströmungskanäle des Wärmetauschers blockieren und die Kühlleistung des Systems reduzie-

ren. Die Fig. 2-4 zeigen verschiedene Klimatisieranordnungen, die als Teil vorliegender Erfindung entwickelt worden sind, um das Problem des Gefrierens zu beheben.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines auf dem Boden stationierten Klimatisiersystems 10, das eine Kühleinheit mit direkter Expansion verwendet. Der Wärmetauscher 16 weist erste und zweite Abschnitte 30 und 32 auf, die in typischer Weise aus Kupferrohren in Spulenform gebildet sind. Der Abschnitt 30 ist dem Gebläse 18 benachbart angeordnet, während der Abschnitt 32 in der Nähe des Wärmetauscherauslasses 22 positioniert ist. Die Abschnitte 30 und 32 sind miteinander so verbunden, daß ein kompressibles Fluid-Kühlmittel, z.B. Freon, durch den Abschnitt 32 von einem Einlaß 34 zu einem Auslaß 36 und dann durch den Abschnitt 30 von einem Einlaß 38 zu einem Auslaß 40 strömen kann. Der Fluidstrom erfolgt von einer dem Auslaß 22 unmittelbar benachbarten Stelle zu einer dem Gebläse 18 im Wärmetauscher 16 unmittelbar benachbarten Stelle. Dieses Flußschema ergibt einen Temperaturgradienten im Wärmetauscher 16, wobei die Luft, die von dem Gebläse 18 zum Auslaß 22 strömt, fortlaufend kälter wird.

Der Auslaß 40 ist mit einem Einlaß eines Kompressors 42 verbunden, der das Fluid komprimiert. Ein Auslaß des Kompressors 42 ist mit einem Einlaß eines Kondensators 44 verbunden, der durch ein Gebläse 46 luftgekühlt werden kann, um das komprimierte Fluid zu verflüssigen. Ein Auslaß des Kondensators 40 ist mit einem Einlaß eines Expansionsventils 48 verbunden, dessen Auslaß mit dem Einlaß 34 des Abschnittes 32 in Verbindung steht. Das Expansionsventil 48 wird verwendet, um zu erreichen, daß das Fluid in den Spulen der Abschnitte 30 und 32 expandiert und verdampft, so daß die Temperatur der Wärmetauscher flächen erniedrigt wird. Ein elektrisch betätigtes Bypass-Ventil 50 ist zwischen Auslaß des Kompressors 42 und Einlaß 34 des Wärmetauscherabschnittes 32 eingeschaltet. Das normalerweise offene Ventil 50 wird in Abhängigkeit von einem auf der Leitung 52 aufgegebenen elektrischen Signal geschlossen.

Die Abschnitte 30 und 32 sind so dimensioniert, daß dann, wenn das Gebläse umgebende Luft über diese Abschnitte drückt, der Abschnitt 30 die Temperatur der Luft soweit reduziert, bis sie nur einige Grad über dem Gefrierpunkt ist. Bei dieser Temperatur wird ein hoher Anteil an Feuchtigkeit in der Luft entfernt, ohne daß ein Gefrieren dieser Feuchtigkeit an den Oberflächen des Abschnittes 30 auftreten kann. Die kondensierte Feuchtigkeit, die von den Oberflächen des Abschnittes 30 herabtropft, wird aus dem Wärmetauscher 16 über einen entsprechenden Abfluss 54 entfernt. Die gekühlte Luft strömt dann über die Oberflächen des zweiten Abschnittes 32, wo sie auf die gewünschte Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes abgekühlt wird. Da der größte Teil der Feuchtigkeit bereits im Abschnitt 30 entfernt worden ist (nur etwa 1,816 g Feuchtigkeit verbleiben pro 0,454 kg trockener Luft), ist die Geschwindigkeit der Eisbildung an den Oberflächen des Abschnittes 32 verhältnismäßig niedrig.

Das Eis, das sich an den Oberflächen des Abschnittes 32 ausbildet, wird periodisch durch Öffnen des Bypass-Ventiles 50 entfernt. Das Öffnen dieses Ventiles 50 ergibt, daß heißes Kühlgas (bei etwa bei etwa 150 - 200 F = 66 - 93⁰C) aus dem Kompressor 42 in die Rohrleitung des Abschnittes 32 eintritt und das Eis rasch schmilzt. Das geschmolzene Eis wird über den Abfluß 56 abgeführt. Das Ventil 50 kann periodisch durch eine elektrische Zeitsteuerung betätigt werden, um den Abschnitt 32 automatisch zu entfrosten. Man hat festgestellt, daß der Betrieb des Ventiles 50 über eine Zeitdauer von 2 Min. innerhalb jeweils 20 Min. ausreicht, um eine übermäßige Frostausbildung zu verhindern.

Während dieses kurzen Entfrostungszyklus steigt die Temperatur der Luft, die den Wärmetauscher 16 verläßt, auf etwa 60° F (= 16⁰C) an. Die große thermische Masse, die durch den Schlauch 24 und das Leitungssystem 28 gebildet wird, wirkt in der Weise, daß die Temperatur der Luft, die in die Kabine eintritt, relativ genau auf der gewünschten Temperatur

27 * *

während dieser Zeitdauer gehalten wird. Entsprechend hat der Entfrostungszyklus einen vernachlässigbaren Einfluß auf die gesamte Kabinentemperatur.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines auf dem Boden stationierten Klimatisiersystems mit einer mit Kühlflüssigkeit arbeitenden Kühleinheit 14. Der Wärmetauscher 16 weist erste und zweite Abschnitte 58 und 60 auf, die in typischer Weise aus Kupferrohren gebildet sind. Der Abschnitt 58 ist unmittelbar am Gebläse 18 angeordnet, während der Abschnitt 60 in der Nähe des Wärmetauscherauslasses 22 positioniert ist. Die Abschnitte 58 und 60 sind miteinander so verbunden, daß eine Flüssigkeit, die einen Gefrierpunkt unterhalb des Wassers hat, durch den Abschnitt 60 aus einem Einlaß 62 in einen Auslaß 64 und dann durch den Abschnitt 58 aus einem Einlaß 66 in einsn Auslaß 68 strömt. Der Strom der Flüssigkeit (die ein Gemisch aus Glykol und Wasser sein kann) verläuft von einer Stelle, die dem Auslaß 22 sehr nahe liegt, an eine Stelle, die dem Gebläse 18 im Wärmetauscher 16 sehr nahe liegt.

Der Auslaß 68 ist mit einem Einlaß einer Pumpe 70 verbunden, die die Flüssigkeit durch den Wärmetauscher pumpt. Ein Auslaß der Pumpe 70 ist mit einem Einlaß eines Kühlers 72 verbunden, und ein Auslaß des Kühlers an den Einlaß 62 des Abschnittes 60 angeschlossen. Der Kühler 72 kann eine einer Vielzahl von Geräteausgestaltungen sein, die in der Lage sind, die Flüssigkeit auf eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser zu kühlen (z.B. auf -7⁰C).

Die Abschnitte 58 und 60 sind so dimensioniert, daß dann, wenn das Gebläse 18 Umgebungsluft über diese Abschnitte führt, der Abschnitt 58 die Temperatur der Luft verringert, bis sie nur einige Grade über den Gefrierpunkt liegt. Wie in der bereits beschriebenen Ausführung dargelegt, wird ein hoher Prozentsatz an Feuchtigkeit entfernt, ohne daß ein Gefrieren an den Oberflächen des Abschnittes 58 auftreten kann. Kondensierte Feuchtigkeit strömt.über den Abfluß 74 ab. Die gekühlte Luft strömt von dem Abschnitt 58 in den Ab-

schnitt 60, wo sie auf die gewünschte Temperatur unter Gefrierpunkt gekühlt wird, und die Luft tritt dann durch den Auslaß 22 aus. Die Geschwindigkeit der Eisbildung an den Oberflächen des Abschnittes 60 ist verhältnismäßig niedrig, weil der größte Teil der Feuchtigkeit in der Luft bereits im Abschnitt 58 entfernt worden ist. Der Strom gekühlter Flüssigkeit durch den Wärmetauscher 16 vom Auslaß 22 zum Gebläse 18 trägt dazu bei, den Abschnitt 60 als den kältesten der beiden Abschnitte zu halten und ergibt den gewünschten Kühlgradienten.

Der Frost, der sich auf den Oberflächen des Abschnittes 60 ausbildet, wird periodisch durch Anhalten der Pumpe 70 entfernt; die Pumpe unterbricht den Strom kalter Flüssigkeit durch den Wärmetauscher 16. Die warme Umgebungsluft, die von dem Gebläse 18 eingesaugt wird und die über die Wärmetauscherflächen gedrückt wird, wirkt in der Weise, daß der Abschnitt 60 rasch entfrostet wird. Die kondensierte Feuchtigkeit läuft von dem Abschnitt 60 über den Abfluß 76 ab." Es wurde festgestellt, daß durch Anhalten der Pumpe 17 über eine Zeitdauer von 2 Min. für einen Takt von jeweils 20 Min. der Abschnitt 60 ausreichend entfrostet wird. Wie bei der Beschreibung des vorausgehenden Systems ergibt das kurze Entfrostungsintervall wegen der hohen thermischen Masse des Schlauches 24 und des Leitungssystems 28 keine wesentliche Erhöhung der Temperatur der Flugzeugkabine.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines auf dem Boden stationierten Klimatisiersystems, das sowohl Kühlflüssigkeit als auch direkte Expansionskühlung verwendet. Der Wärmetauscher 16 weist erste und zweite Abschnitte 78 und 80 auf, die aus Kupferrohren oder dgl. gebildet sind. Der Abschnitt 78 ist in unmittelbarer Nähe des Gebläses 18 positioniert und weist einen Einlaß 82 sowie einen Auslaß 84 auf.

Der Abschnitt 78 ist als Teil eines Kühlflüssigkeitssystems geschaltet, das eine Pumpe 86 und einen Kühler 88 aufweist. Die Pumpe 86 bringt eine Flüssigkeit, die Wasser sein kann, durch den Kühler 88 und durch den Abschnitt 78 aus dem Einlaß

82 in den Auslaß 84 in Umlauf. Zwischen Pumpe 86 und Kühler

88 ist eine Wärmetauscherspule 90 eingeschaltet, die Teil

eines Kondensators 92 ist, auf den weiter unten eingegangen wird.

Der Ab-schnitt 78 ist so ausgelegt, daß er die ankommende Umgebungsluft auf eine Temperatur abkühlt, die etwas über dem Gefrierpunkt von Wasser liegt. Entsprechend braucht die Flüssigkeit, die durch den Abschnitt 78 strömt, nicht bis unter den Gefrierpunkt von Wasser gekühlt werden. Der Kühler 88 kann Teil eines zentralen Flugplatzkühlsystems zur Erzeugung von Kaltwasser sein, und ein Teil dieses Wassers kann so abgezweigt werden, daß es durch den Abschnitt 78 strömt. Die kondensierte Feuchtigkeit, die sich an den Oberflächen dieses Abschnittes ansammelt, wird über den Abfluß 94 abgeführt. Der Abschnitt 80 ist so ausgelegt, daß er die bereits gekühlte Luft aus dem Abschnitt 78 auf die am Auslaß 22 gewünschte Temperatur unter dem Gefrierpunkt kühlt. Der Abschnitt 80 ist als Teil eines Kühlsystems mit direkter Expansion geschaltet, das im Betrieb ähnlich dem System nach Fig. 2 ist.

Ein kompressibles Kühlmittelfluid, z.B. Freon, strömt durch den Abschnitt 80 aus einem Einlaß 96 in einen Auslaß 98. Der Auslaß 98 ist mit einem Einlaß eines Kompressors 100 verbunden, der das Fluid komprimiert. Ein Auslaß des Kompressors 100 ist mit einem Einlaß des Kondensators 92 verbunden, der so ausgelegt ist, daß er das Fluid zu einer Flüssigkeit kondensiert. Der Wärmetauscher 90, der als Teil des vorbeschriebenen Kühlwassersystems geschaltet ist, ergibt eine Kühlung für den Kondensator 92 anstelle der Luftkühlung. Ein Auslaß des Kondensators 92 ist an einen Einlaß eines Expansionsventils 102, und ein Auslaß des Expansionsventils 102 an den Einlaß 96 des Abschnittes 80 gelegt. Das Expansionsventil 102 bewirkt, daß das Fluid in den Spulen des Abschnittes 80 expandiert und verdampft, so daß die Temperatur der Wärmetauscherflächen zur Erzielung der gewünschten Lufttemperatur gesenkt wird.

Ein elektrisch betätigtes Bypass-Ventil 104 ist zwischen den Auslaß des Kompressors 100 und den Einlaß 96 des Abschnittes 80 geschaltet. Das Ventil 104 wird periodisch betätigt, damit heißes komprimiertes Fluid im Abschnitt 80 entsteht, um die Oberflächen dieses Abschnittes zu entfrosten. Wie bei den vorausgehenden Anordnungen ist ein Entfrostungsintervall von 2 Min. für jeweils 20 Min. ausreichend. Das geschmolzene Eis wird von dem Abschnitt 80 durch den Abfluß 106 abgeführt.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

.1. Verfahren zum Klimatisieren eines geparkten Flugzeuges mit einem Außenlufteinlaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur eines Teiles der Umgebungsluft außerhalb des Flugzeuges auf einen ersten Temperaturwert verringert wird, indem ein Kühlsystem verwendet wird, das außerhalb des Flugzeuges angeordnet ist, daß die Luft verringerter Temperatur unter Druck in dem Einlaß für externe Luft am Flugzeug bei einem zweiten Temperaturu/ert bereitgestellt y/ird, und daß die Temperatur des Teiles der Umgebungsluft soweit reduziert wird, daß der zweite Temperaturwert unter 35⁰F (2⁰C) abgesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Teiles der Umgebungsluft soweit verringert wird, daß die ersten und zweiten Temperaturwerte auf den Gefrierpunkt oder unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser abgesenkt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Temperatur des Teiles der Luft auf einen Wert, bei dem der zweite Temperaturwert auf oder unter den Gefrierpunkt von Wasser abgesenkt wird, folgende Schritte umfaßt:

Es wird ein Wärmetauscher mit ersten und zweiten Abschnitten einer spulenförmigen Rohrleitung verwendet, es u/ird ein Fluid durch die ersten und zweiten Abschnitte des Wärmetauschers in Umlauf gesetzt, es wird das in den zweiten Wärmetauscherabschnitt einströmende Fluid bis unter den Gefrierpunkt von Wasser abgekühlt, es wird der Teil der Umgebungsluft an den ersten und zweiten Wärmetauscherabschnitten zwangsweise vorbeigeführt, wo die Luft, die aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt austritt, eine Temperaturetwas über dem Gefrierpunkt von Wasser hat und den größten Teil des Feuchtigkeitsgehaltes abgegeben hat, und die den zweiten Wärme-

tauscherabschnitt verlassende Luft, die auf einem ersten Temperaturpegel liegt, eine Temperaturunter dem Gefrierpunkt von Wasser hat, und

daß der Umlauf des Fluids durch mindestens den zweiten Wärmetauscherabschnitt über ein vorbestimmtes Zeitintervall auf einer periodischen Basis unterbrochen wird, damit der zwangsweise geführte Teil der Umgebungsluft den zweiten Wärmetauscherabschnitt entfrosten kann.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Temperatur des Teiles der Umgebungsluft soweit verringert wird, daß der zweite Temperaturpegel auf oder unter den Gefrierpunkt von Wasser abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher mit ersten und zweiten Abschnitten einer spulenförmigen Rohrleitung versehen wird, daß die ersten und zweiten Wärmetauscherabschnitte so miteinander verbunden werden, daß sie einen Fluidstrom aus einem Einlaß des zweiten Abschnittes in einen Auslaß des ersten Abschnittes ergeben,

daß ein kompressibles Fluid innerhalb der Wärmetauscher-Rohrleitung vorgesehen wird,

daß das aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt austretende Fluid komprimiert wird,

daß das komprimierte Fluid in eine Flüssigkeit kondensiert wird,

daß die Flüssigkeit expandiert wird, wenn sie in den Einlaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes strömt, daß der Teil der Umgebungsluft an dem ersten und zweiten Wärmetauscherabschnitt zwangsweise vorbeigeführt wird, ■ wobei die aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt austretende Luft eine Temperaturetwas über dem Gefrierpunkt von Wasser hat und von dem größten Teil der Feuchtigkeit befreit ist, und die aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt austretende Luft, die auf einem ersten Temperaturwert liegt, eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser hat, und

daß das komprimierte, jedoch nicht kondensierte oder expandierte Fluid durch mindestens den zweiten Wärmetauscherabschnitt über ein vorbestimmtes Zeitintervall auf

³ 3 4 A 2 O

einer periodischen Basis in Umlauf gesetzt wird, damit das komprimierte Fluid den zweiten Wärmetauscherabschnitt entfrostet.
5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperatur des Teiles der Umgebungsluft soweit verringert wird, daß der zweite Temperaturpegel auf oder unter den Gefrierpunkt von Wasser abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher vorgesehen wird, der aus ersten und zweiten Abschnitten einer spulenförmigen Rohrleitung gebildet ist, wobei jeder Abschnitt einen Einlaß und einen Auslaß besitzt,

daß ein kompressibles, erstes Fluid durch den zweiten Wärmetauscherabschnitt in Umlauf gesetzt wird, daß das erste Fluid, das aus dem zweiten Wärmetauscher austritt, komprimiert wird,

daß das komprimierte Fluid in eine Flüssigkeit kondensiert wird,

daß die Flüssigkeit expandiert wird, wenn sie in den Einlaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes strömt, daß ein zweites Fluid durch den ersten Wärmetauscherabschnitt in Umlauf gesetzt wird,

daß das zweite Fluid, das in den ersten Wärmetauscherabschnitt eintritt, gekühlt wird,

daß der Teil der Umgebungsluft zwangsweise an dem ersten und dem zweiten Wärmetauscherabschnitt vorbeigeführt wird, wobei die Luft, die den ersten Wärmetauscherabschnitt verläßt, eine Temperatur etwas über dem Gefrierpunkt von Wasser hat und der größte Teil der Feuchtigkeit daraus entfernt ist, und die Luft, die aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt austritt, welcher auf dem ersten Temperaturwert liegt, eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser hat, und

daß das komprimierte, jedoch nicht kondensierte oder expandierte erste Fluid durch den zweiten Wärmetauscherabschnitt über ein vorbestimmtes Zeitintervall auf einer periodischen Basis in Umlauf gesetzt wird, damit das komprimierte erste Fluid den zweiten Wärmetauscherabschnitt entfrostet.
6. Klimatisierungssystem für geparkte Flugzeuge mit einem externen Lufteinlaß, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung, die außerhalb des Flugzeuges angeordnet ist und die die Temperatur eines Teiles der Umgebungsluft außerhalb des Flugzeuges auf einen ersten Temperatur\i/ert erniedrigt, und eine Transportvorrichtung, die die Luft verringerter Temperatur unter Druck in den Flugzeug-Außenlufteinlaß mit einem zweiten Temperaturwert führt, sowie mit einer Einrichtung, die Teil der Kühlvorrichtung ist und die den zuzeiten. Temperaturpegel bis unter 35⁰F (2⁰C) absenkt.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Vorrichtung zum Absenken des zweiten Temperaturpegels auf oder unter den Gefrierpunkt von Wasser aufweist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aufweist:

einen Wärmetauscher mit ersten und zweiten Abschnitten einer spulenförmigen Rohrleitung,
Fluid,

eine Vorrichtung zum Kühlen des Fluids unter den Gefrierpunkt von Wasser,

eine Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des gekühlten Fluids durch die ersten und zweiten Wärmetauscherabschnitte, eine Gebläsevorrichtung, die den Teil der Umgebungsluft zwangsweise an den ersten und zweiten Wärmetauscherabschnitten vorbeiführt, wobei die aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt austretende Luft ene Temperatur etwas über dem Gefrierpunkt von Wasser hat und sie den größten Teil ihrer Feuchtigkeit abgegeben hat, und die aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt austretende Luft, die auf einem ersten Temperaturpegel liegt, ene Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser abgekühlt hat, und

eine Steuervorrichtung zum periodischen Unterbrechen des Umlaufes des Fluids durch mindestens den zweiten Wärmetauscherabschnitt über ein vorbestimmtes Zeitintervall, damit der zwangsbeaufschlagte Teil der Umgebungsluft den zweiten Wärmetauscherabschnitt entfrosten kann.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung den Umlauf des Fluids in einem Turnus von jeweils 20 Minuten unterbricht, und daß das vorbestimmte Zeitintervall der Unterbrechung etwa 2 Minuten beträgt.
10. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aufweist:

eine Wärmetauschervorrichtung, die aus ersten und zu/eiten Abschnitten einer spulenförmigen Rohrleitung besteht und die so geschaltet ist, daß sie einen Fluidstrom aus einem Einlaß des zweiten Abschnittes in einen Auslaß des ersten Abschnittes richtet,
ein kompressibles Fluid,

einen Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Komprimieren des Fluids,

einen Kondensator mit einem Einlaß und Auslaß zur Verflüssigung des Fluids,

ein Expansionsventil mit einem Einlaß und einem Auslaß, um das kondensierte Fluid im Wärmetauscher zu verdampfen, eine Vorrichtung, die. den Kompressoreinlaß mit dem Auslaß des ersten Wärmetauscherabschnittes verbindet, eine Vorrichtung, die den Kompressorauslaß mit dem Kondensatoreinlaß verbindet,

eine Vorrichtung, die den Kondensatorauslaß mit dem Expansionsventileinlaß verbindet, eine Vorrichtung, die den Expansionsventilauslaß mit dem Einlaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes verbindet, eine Gebläsevorrichtung, die den Teil der Umgebungsluft zwangsweise an den ersten und zweiten Wärmetauscherabschnitten vorbeiführt, wobei die aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt austretende Luft eine Temperaturetwas über dem Gefrierpunkt von Wasser hat und den größten Teil

ihrer Feuchtigkeit abgegeben hat, und die aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt austretende Luft, die auf einem ersten Temperaturpegel liegt, eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser,
ein Bypass-Ventil,

eine Vorrichtung, die das Bypass-Ventil zwischen dem Kompressorauslaß und dem Einlaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes verbindet, und

eine Steuervorrichtung zum periodischen Öffnen des Bypass-Ventiles über ein vorbestimmtes Zeitintervall, um einen Durchfluß zu erzielen und den zuzeiten Wärmetauscherabschnitt zu entfrosten.
11. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aufvi/eist:

eine Wärmetauschervorrichtung, die aus ersten und zweiten Abschnitten von spulenförmigen Rohrleitungen besteht, wobei jeder Abschnitt einen Einlaß und einen Auslaß aufweist,

ein kompressibles erstes Fluid, das in den zweiten Wärmetauscherabschnitt strömt,

einen Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Komprimieren des ersten Fluids,

einen Kondensator mit einem Einlaß und einem Auslaß zur Verflüssigung des ersten Fluids,

ein Expansionsventil mit einem Einlaß und einem Auslaß, um das kondensierte erste Fluid im zweiten Abschnitt des Wärmetauschers zu verdampfen,

eine Vorrichtung, die den Kompressoreinlaß mit dem Auslaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes verbindet, eine Vorrichtung, die den Kompressorauslaß mit dem Kondensatoreinlaß verbindet,

eine Vorrichtung, die den Kondensatorauslaß mit dem Expansionsventileinlaß verbindet, eine Vorrichtung, die den Expansionsventilauslaß mit dem Einlaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes verbindet, ein zweites Fluid, das in den ersten Wärmetauscherabschnitt strömt,
eine Vorrichtung zum Kühlen des zweiten Fluids,

eine Pumpvorrichtung, die das gekühlte zweite Fluid durch den ersten Wärmetauscherabschnitt pumpt, eine Gebläsevorrichtung, die den Teil der Umgebungsluft zwangsweise an dem ersten und dem zweiten Wärmetauscherabschnitt vorbeiführt, wobei die Luft, die aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt austritt, eie Temperatur etwas über dem Gefrierpunkt von Wasser hat und ihr der größte Teil der Feuchtigkeit entzogen ist, und die Luft, die aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt austritt, der auf einem ersten Temperaturwert liegt, ein Temperaturunter dem Gefrierpunkt von Wasser hat,
ein Bypass-Ventil

eine Vorrichtung, die das Bypass-Ventil zwischen den Kompressorauslaß und den Einlaß des zweiten Wärmetauscherabschnittes legt, und

eine Steuervorrichtung, die periodisch das Bypass-Ventil ein vorbestimmtes Zeitintervall lang öffnet, damit das komprimierte erste Fluid durch den zweiten Wärmetauscherabschnitt strömt und diesen entfrostet.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator eine Wärmetauschervorrichtung aufweist, die ein Kühlmittel zum Kühlen des ersten Fluids aufnimmt, und daß das zweite Fluid der Wärmetauschervorrichtung als Kühlmittel zugeführt wird.
13. Verfahren zum Klimatisieren eines geparkten Flugzeuges mit einem äußeren Lufteinlaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur eines Teiles der umgebenden Luft außerhalb des Flugzeuges auf einen ersten Temperaturwert unter Verwendung eines Kühlsystems gesenkt wird, das außerhalb des Flugzeuges angeordnet ist und das ein Gebläse aufweist, um den Teil der Umgebungsluft über eine Oberfläche eines Wärmetauschers zwangsweise zu führen, die gekühlt wird, um die Temperatur des Teiles der umgebenden Luft zu kühlen, daß die Luft verringerter Temperatur unter Druck in einen äußeren Lufteinlaß des Flugzeuges bei einem zweiten Temperaturwert eingeführt wird, und daß die Temperatur mindestens eines Teiles der

Wärmetauscheroberfläche unter den Gefrierpunkt von Wasser gesenkt wird, um den zweiten Temperaturwert unter 35 F (2°C) abzusenken.
14. Klimatisiersystem für geparkte Flugzeuge mit einem äußeren Lufteinlaß, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung, die außerhalb des Flugzeuges angeordnet ist und die ein Gebläse besitzt, um den Teil der Umgebungsluft über eine Oberfläche eines Wärmetauschers zwangsweise zu führen, wobei die Oberfläche soweit gekühlt wird, daß die Temperatur eines Teiles der Umgebungsluft außerhalb des Flugzeuges auf einen ersten Temperaturwert gesenkt wird, eine Transportvorrichtung, die die Luft mit verringerter Temperatur unter Druck in den äußeren Lufteinlaß des Flugzeuges mit einem zweiten Temperaturwert einführt, und eine Einrichtung, die einen Teil der Kühlvorrichtung darstellt und die die Temperatur wenigstens eines Teiles der Wärmetauscheroberfläche unter den Gefrierpunkt von Wasser absenkt, um den zweiten Temperaturwert unter 35°F (2°C) zu verringern.