DE602004003088T2

DE602004003088T2 - Klimatisierungssystem

Info

Publication number: DE602004003088T2
Application number: DE200460003088
Authority: DE
Inventors: Donald E Jr Enfield Army; Douglas L Vernon Christians; Frederick Ellington Peacos III
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: DE602004003088D1; EP1747989B1; US20040194493A1; JP2004306945A; US7000425B2; JP4537106B2; EP1464575A1; EP1747989A1; EP1464575B1; DE602004021513D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungseinheit, die für ein Flugzeug geeignet ist, und im Spezielleren betrifft die Erfindung eine Klimatisierungseinheit in eineinhalbfacher Konfiguration, die zwei Luftumwälzmaschinen verwendet, von denen jede vorzugsweise zwei Turbinen aufweist.
Das Dokument EP 1 283 165 offenbart eine Klimatisierungseinheit mit einer ersten und einer zweiten Luftumwälzmaschine, von denen jede eine erste Turbine hat; mit einer Verzweigungseinrichtung in Fluidverbindung mit den ersten Turbinen der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine; und mit einem Kondensor in Fluidverbindung mit der Verzweigungseinrichtung.
Klimatisierungseinheiten beinhalten typischerweise mindestens eine Luftumwälzmaschine und mindestens einen Wärmetauscher, der Luft von einer Druckluftquelle, wie z.B. Abzapfluft von einem Triebwerk, erhält, um der Kabine und dem Cockpit des Flugzeugs gekühlte Luft zuzuführen. Die Klimatisierungseinheiten können in den Tragflächen und/oder im Heckbereich des Flugzeugs untergebracht sein. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, eine Klimatisierungseinheit mit einer sehr kleinen Baugröße zu schaffen, um das Ausmaß der Flugzeugkonstruktion zu begrenzen, die zum Unterbringen der Klimatisierungseinheit entfernt werden muss. Außerdem muss die Klimatisierungseinheit eine ausreichende Kühlwirkung für die Größe des Flugzeugs schaffen.
Es ist bereits eine Klimatisierungseinheit in eineinhalbfacher Konfiguration zur Verwendung bei einem ersten System des Standes der Technik entwickelt worden, bei dem sich zwei Luftumwälzmaschinen einen gemeinsamen Wärmetauscher teilen. Die eineinhalbfache Konfiguration führt zu einer gesteigerten Kühlwirkung und einer kleineren Baugröße als zwei separate Klimatisierungseinheiten, von denen jede ihren eigenen Wärmetauscher aufweist. Das System verwendet eine Dreirad-Luftumwälzmaschine mit einem Gebläse, einem Kompressor und einer einzelnen Turbine.
Die Klimatisierungseinheit des Standes der Technik besitzt einen Wärmetauscher, der einen primären Wärmetauscher und einen sekundären Wärmetauscher beinhaltet. Abzapfluft wird von einer auf mittlerem oder hohem Druck befindlichen Stufe eines Turbinentriebwerks entnommen. Die Abzapfluft wird innerhalb des primären Wärmetauschers vorgekühlt, wobei die Wärme zu Stauluft verworfen wird und dann mit dem Kompressor der Luftumwälzmaschine in Verbindung gebracht wird. Nach dem Verdichten wird die Luft durch einen zweiten Wärmetauscher mit einem Kondensor in Verbindung gebracht. Kondensierter Wasserdampf wird durch einen Wassersammler extrahiert, und die entfeuchtete Luft wird zu einer Turbine geschickt, wo sich die Luft zum Erzeugen von kalter Luft ausdehnt. Die kalte Luft wird zu einem Mischer und zu einem Verteilungssystem in dem Flugzeug geschickt.
Ein zweites System des Standes der Technik verwendet Klimatisierungseinheiten mit einer einzigen Luftumwälzmaschine und einem einzigen Wärmetauscher. Bei dem System handelt es sich um eine Vierrad-Konfiguration, die ein Gebläse, einen Kompressor sowie eine erste und eine zweite Turbine beinhaltet. Die Arbeitsweise der Klimatisierungseinheit ist ähnlich der Klimatisierungseinheit gemäß dem ersten System des Standes der Technik, jedoch erhält die zweite Turbine die kalte Luft von der ersten Turbine und sorgt für eine weitere Ausdehnung der kalten Luft, um Luft mit einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt zu schaffen. Die zweite Turbine erzeugt Luft, die zum Kühlen von größeren Flugzeugen ausreichend ist.
Derzeit werden sehr große kommerzielle Flugzeuge entwickelt, die bis zu 1000 Passagieren oder mehr befördern können. Diese großen Flugzeuge benötigen Klimatisierungseinheiten, die zum Erzeugen von sehr kalten Temperaturen in der Lage sind. Die Ausbildungseinschränkungen für das Flugzeug machen jedoch eine sehr kleine Baugröße bei gleichzeitiger sehr hoher Zuverlässigkeit erforderlich. Die Konfiguration der Klimatisierungseinheit gemäß dem ersten System des Standes der Technik erzeugt klimatisierte Luft, die für derart große Flugzeuge nicht kalt genug ist. Die Konfiguration der Klimatisierungseinheit gemäß dem zweiten System des Standes der Technik liefert ausreichend kalte Luft, jedoch wären bis zu vier oder mehr Klimatisierungseinheiten für derart große Flugzeuge notwendig, wobei dies das Entfernen von Flugzeugkonstruktionsteilen in einem signifikanten Umfang erforderlich machen würde und eine signifikante Erhöhung des Gewichtes mit sich bringen würde.
Die eineinhalbfache Konfiguration des ersten Systems des Standes der Technik verwendet Elektromagnetventile außerhalb der Verzweigungseinrichtung zum Steuern der Strömung von Luft von den Turbinen zu der Verzweigungseinrichtung, die Luft zu dem Kondensor hin und von diesem weg verteilt. Für den Fall, dass eine der Luftumwälzmaschinen nicht benötigt wird oder nicht funktioniert, wird die ungewollte Luftumwälzmaschine stillgelegt oder in einen Leerlaufbetrieb verbracht. Ein speziell vorgesehenes Elektromagnetventil wird geschlossen, um eine Leckage von der Turbine der ungewollten Luftumwälzmaschine zu verhindern, wobei dies zu großer Ineffizienz im Betrieb führen würde. Aus diesem Grund ist jeder Turbine bei einer Klimatisierungseinheit des Standes der Technik ein Solenoid zugeordnet. Schläuche und Bandklemmen verbinden jeden der Solenoide mit der Verzweigungseinrichtung in der Klimatisierungseinheit. Ferner werden zahlreiche Drähte zum Verbinden eines jeden der Solenoide mit einer Steuerung verwendet. Als Ergebnis hiervon nimmt bei den Klimatisierungseinheiten des Standes der Technik die Anzahl der Komponenten bei zunehmender Anzahl von Turbinen in einer Klimatisierungseinheit stark zu, wobei dies zu höheren Kosten und geringerer Zuverlässigkeit führt.
Es besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Klimatisierungseinheit mit kleiner Baugröße, höherer Zuverlässigkeit und ausreichender Versorgung mit kalter Luft für die Bedürfnisse eines großen Flugzeugs.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Klimatisierungseinheit geschaffen, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft eine Klimatisierungseinheit mit einer ersten und einer zweiten Luftumwälzmaschine, von denen jede eine erste und eine zweite Turbine aufweist. Eine Verzweigungseinrichtung ist zwischen der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine in Fluidverbindung mit jeder der ersten und der zweiten Turbinen der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine angeordnet. Ein Kondensor ist zwischen den Luftumwälzmaschinen in Fluidverbindung mit der Verzweigungseinrichtung vorgesehen. Ein erstes und ein zweites Ventil sind innerhalb der Verzweigungseinrichtung angeordnet und steuern die Strömung von Luft zwischen den Turbinen und dem Kondensor. Eine Aktuatoranordnung ist mit den Ventilen verbunden, um die Ventile zwischen einer Mehrzahl von Positionen zu bewegen. Die Ventile können die Strömung von Luft von den Turbinen von einer der Luftumwälzmaschinen selektiv absperren oder verhindern, falls die Luftumwälzmaschine nicht benötigt wird oder defekt ist.
Somit schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Klimatisierungseinheit mit kleiner Baugröße, höherer Zuverlässigkeit und ausreichend gekühlter Luft für die Bedürfnisse eines großen Flugzeugs.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen erkennbar; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Frontansicht der Klimatisierungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenaufrissansicht der in 1 dargestellten Klimatisierungseinheit;
3 eine perspektivische Bodenansicht der gegenüberliegenden Seite der in 2 dargestellten Klimatisierungseinheit;
4 eine vergrößerte Perspektivansicht unter Darstellung der Halterungen zwischen dem Wärmetauscher und den Luftumwälzmaschinen;
5 eine auseinander gezogene perspektivische Seitenansicht einer Klimatisierungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung der Klimatisierungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung der Verzweigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung;
8 eine Schnittdarstellung der Verzweigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung;
9A eine perspektivische Seitenansicht der Verzweigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Bereich des Gehäuses weggebrochen ist; und
9B eine Perspektivansicht der anderen Seite der in 9A dargestellten Verzweigungseinrichtung, wobei ein Bereich des Gehäuses weggebrochen ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Eine Klimatisierungseinheit (AGU) 10 ist in den 1 bis 3 dargestellt. Die Klimatisierungseinheit 10 erhält Druckluft von einer auf mittlerem oder hohem Druck befindlichen Stufe eines Triebwerks 12 durch ein Ablassventil 14. Die Druckluft wird durch die Klimatisierungsluft 10 aufbereitet, um dem Flugzeug aufbereitete Luft zuzuführen.
Die Klimatisierungseinheit 10 der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine erste und eine zweite Luftumwälzmaschine (ACM) 16, 18. Bei den Luftumwälzmaschinen 16 und 18 der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Vierrad-Konfiguration mit einem Gebläse 20, einem Kompressor 22 sowie einer ersten Turbine 24 und einer zweiten Turbine 26. Die Luftumwälzmaschinen 16 und 18 sind an einem gemeinsamen Wärmetauscher 28 mechanisch angebracht, der an dem Flugzeugrahmen angebracht ist. Ein Stauluft-Einlasskopfteil 30 führt dem Wärmetauscher 28 Stauluft zu, wobei die Stauluft den Wärmetauscher 28 durch ein Stauluft-Auslasskopfteil 32 sowie Stauluftauslässe 34 verlässt. Das Gebläse 20 unterstützt die Bewegung der Luft durch die Kopfteile 30 und 32 hindurch.
Wie am besten in 1 gezeigt ist, tritt die Stauluft entlang einem Weg 1 in das Kopfteil 30 ein. Die Stauluft strömt durch den Wärmetauscher 28 in einem Stauluft-Strömungsweg R, der quer zu dem durch das Einlasskopfteil 30 definierten Weg 1 verläuft. Unter Bezugnahme nunmehr auf 2 beinhaltet der Wärmetauscher 28 einen primären Wärmetauscher 36 und einen sekundären Wärmetauscher 38. Der primäre Wärmetauscher 36 ist ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher, der die Abzapfluft von dem Triebwerk 12 kühlt, bevor diese durch den Kompressor 22 verdichtet. wird. Der sekundäre Wärmetauscher 38 kühlt die verdichtete Luft von dem Kompressor 22, bevor diese zur Ausdehnung und eine weitere Kühlung zu den Turbinen 24 und 26 geschickt wird. Der Wärmetauscher 28 ist in der Nicht-Strömungsrichtung in einen ersten Wärmetauscherbereich 40 und einen zweiten Wärmetauscherbereich 42 geteilt, um die Wärmebelastung an dem Wärmetauscher 28 zu reduzieren, bei dem es sich um das konstruktionsmäßige Rückgrat der Klimatisierungseinheit 10 handelt. Im Spezielleren ist die Strömungsrichtung durch den Weg 1 durch das Stauluft-Einlasskopfteil 30 dargestellt. Durch Teilen des Wärmetauschers 28 entlang der Richtung des Weges 1 werden die auf den Wärmetauscher 28 wirkenden thermischen Belastungen auf der Basis mathematischer Modelle reduziert. Das Teilen des Wärmetauschers 28 in der Richtung der Stauluftströmung R auf ihrem Weg durch den Wärmetauscher 28 hat jedoch eine weniger vorteilhafte Wirkung auf die Wärmebelastungen des Wärmetauschers. Die verminderte Wärmebelastung, die durch den geteilten Wärmetauscher 28 erreicht wird, sorgt für eine längere Lebensdauer des Wärmetauschers sowie der Klimatisierungseinheit 10.
Der Kondensor 44 ist zwischen dem ersten Wärmetauscherbereich 40 und dem zweiten Wärmetauscherbereich 40 angeordnet, so dass sich die Luftumwälzmaschinen 16 und 18 den Kondensor 44 teilen können bzw. diesen gemeinsam nutzen können. Der Kondensor 44 erzeugt Wasserdampf, der durch den Wassersammler 46 gesammelt werden kann, um die von dem sekundären Wärmetauscher 38 empfangene Luft zu entfeuchten. Der Wassersammler 46 ist unterhalb von dem Kondensor 44 vorgesehen, um unter Nutzung der Schwerkraft für ein effizienteres Sammeln von Wasserdampf zu sorgen. Der Kondensor 44 und der Kollektor 46 sind zentral zwischen den Luftumwälzmaschinen 16 und 18 angeordnet. Eine Verzweigungseinrichtung 48 kann zwischen dem Kondensor 44 und dem Wassersammler 46 angebracht sein, um eine effiziente zentralisierte Verbin dung zwischen den Luftumwälzmaschinen 16 und 18 sowie den übrigen Komponenten der Klimatisierungseinheit zu schaffen. Als Ergebnis hiervon können viele Schläuche und Verbindungen in die Konstruktion der Verzweigungseinrichtung 48 sowie andere zentral angeordnete Komponenten integriert werden, um dadurch die Zuverlässigkeit zu steigern.
4 veranschaulicht die Halterungen zwischen den Luftumwälzmaschinen 16 und 18 sowie dem Wärmetauscher 28, die für eine weitere Reduzierung der auf den Wärmetauscher 28 wirkenden Belastungen sorgen und die durch die Luftumwälzmaschinen 16 und 18 erzeugten Vibrationen isolieren sowie eine Übertragung von diesen durch den Wärmetauscher 28 auf das Flugzeug verhindern. Die Halterungen 50 können in einem Dreiecks-Muster zwischen jeder Luftumwälzmaschine 16 und 18 und dem Wärmetauscher 28 angeordnet sein. Im Spezielleren können die Halterungen 50 zwischen jeder Luftumwälzmaschine und deren jeweiligen Wärmetauscherbereich 40 und 42 angeordnet sein. Die Halterungen 50 können einen mit dem Wärmetauscher 28 verbundenen Träger 52 beinhalten, der über einen Gabelkopf 56 mit einer an den Luftumwälzmaschinen 16 und 18 angebrachten, flexiblen Trenneinrichtung 54 verbunden ist. Für weitere Halterungen 50 sind der Träger 52 und der Gabelkopf 56 möglicherweise nicht notwendig. Der Wärmetauscher 28 kann an dem Flugwerk durch Rahmenhalterungen 57 angebracht sein, wie dies am besten in 5 gezeigt ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 tritt druckbeaufschlagte Luft von dem Triebwerk durch einen Abzapflufteinlass 59 ein. Die hohe Temperatur aufweisende Abzapfluft strömt durch den primären Wärmetauscher 36 hindurch, um die Luft auf eine Temperatur zu kühlen, die zur Verwendung bei Aluminiumbauteilen geeignet ist. Die gekühlte Luft aus dem primären Wärmetauscher 36 tritt in den Kompressoreinlass 62 ein, wo sie durch den Kompressor 22 verdichtet wird, um verdichtete Luft zu schaffen. Die Temperatur der verdichteten Luft ist durch den Kompressor 22 derart angestiegen, dass sie durch einen sekundären Wärmetauscher 38 hindurch geführt werden muss. Die verdichtete Luft verlässt den Kompressor 22 durch den Kompressorauslass 64 und tritt in den sekundären Wärmetauscher 38 ein. Die gekühlte Luft wird von dem sekundären Wärmetauscher 48 zu dem Kondensor 44 geleitet, der Wasserdampf in einem ausreichenden Umfang zum Sammeln von diesen durch den Wassersammler 46 bildet. Die entfeuchtete Luft tritt aus dem Wassersammler-Auslass 68 aus und in den ersten Turbineneinlass 69 ein. Die entfeuchtete Luft wird durch die erste Turbine 24 expandiert, um erste aufbereitete Luft mit einer ersten Temperatur zu erzeugen, die so gering wie ca. 34°F (1°C) sein kann.
Die Verzweigungseinrichtung 48 kann einen oberen Verzweigungsbereich 58 und einen unteren Verzweigungsbereich 60 aufweisen, die aneinander befestigt sind. Die Verzweigungseinrichtung 48 ist zentral zwischen den Luftumwälzmaschinen angeordnet und integriert zahlreiche Passagen, die beim Stand der Technik typischerweise durch Schläuche gebildet sind, die zwischen der Luftumwälzmaschine und anderen Komponenten der Klimatisierungseinheit angebracht sind. Die aufbereitete Luft aus dem ersten Turbinenauslass 70 wird durch den unteren Verzweigungsbereich 60 geleitet und durch den Kondensor-Kalteinlass 72 zu dem Kondensor 44 geschickt. Der Kondensor 44 und der Wassersammler 46 entziehen der aufbereiteten Luft von der ersten Turbine 24 zusätzliche Feuchtigkeit. Die weiter entfeuchtete Luft wird von der Verzweigungseinrichtung 48 durch den Kondensor-Kaltauslass 74 in den zweiten Turbineneinlass 76 eingeleitet, wo die Luft durch die zweite Turbine 26 eine weitere Ausdehnung erfährt. Die Temperatur der durch die zweite Turbine 26 erzeugten aufbereiteten Luft ist niedriger als die Temperatur der durch die ersten Turbine 24 erzeugten aufbereiteten Luft. Die durch die zweite Turbine 26 erzeugte aufbereitete Luft kann Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufweisen, so dass die Klimatisierungseinheit 10 zum Kühlen eines großen Flugzeugs besser in der Lage ist.
Luft von einem zweiten Turbinenauslass für aufbereitete Luft wird zu einem Mischer und zu einem Verteilungssystem 84 zum Kühlen des Flugzeugs geschickt. Der zweite Turbinenauslass 78 für aufbereitete Luft kann mit einem ersten Turbinenauslass für aufbereitete Luft sowie mit weiteren Luftquellen in Verbindung stehen, um die Feuchtigkeit und die Temperatur der zu dem Mischer und dem Verteilungssystem 84 geschickten Luft einzustellen.
Bei den Luftumwälzmaschinen 16 und 18 handelt es sich um Vierrad-Maschinen mit einer Welle 82, die das Gebläse 20, den Kompressor 22 sowie die erste und die zweite Turbine 24 und 26 trägt. Das Gebläse 20 ist innerhalb der Stauluftströmung angeordnet. Das Gebläse 20 zieht Luft durch die Wärmetauscher 28 hindurch, wenn das Flugzeug nicht in Bewegung ist. Zum Vereinfachen der Wartung und der Montage der Klimatisierungseinheit 10 kann das Stauluft-Auslasskopfteil 32 einen Stauluft-Auslasskopfteilbereich 86 aufweisen, die zentral durch eine Dichtung 88 aneinander angebracht sind.
Unter Bezugnahme auf die 7 bis 9B ist ein Bereich der Verzweigungseinrichtung 48 schematisch dargestellt. Die Verzweigungseinrichtung 48 besitzt einander gegenüberliegende erste Passagen 90, von denen jede einen ersten Turbinenauslass 70 bildet, der in Fluidverbindung mit den ersten Turbinen 24 der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine 16 und 18 ist. Ferner beinhaltet die Verzweigungseinrichtung 48 einander gegenüberliegende zweite Passagen 92, die jeweils zweite Turbineneinlässe 76 bilden, die in Fluidverbindung mit den zweiten Turbinen 26 der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine 16 und 18 stehen. Die Verzweigungseinrichtung 48 beinhaltet eine Kondensor-Einlasspassage 94, die an einem ersten Schnittpunkt 95 in Fluidverbindung mit den ersten Passagen steht. Eine Kondensor-Auslasspassage 96 steht an einem zweiten Schnittpunkt 97 in Fluidverbindung mit den zweiten Passagen 92. Die Passagen 94 und 96 stehen in Fluidverbindung mit dem Kondensor 44.
Unter Bezugnahme auf 7 sind ein erstes und ein zweites Schieberventil 102 und 104 an dem ersten Schnittpunkt 95 bzw. dem zweiten Schnittpunkt 97 angeordnet. Die Ventile 102, 104 sind von einer gemeinsamen Welle 100 getragen, die zwischen einer Mehrzahl winkelmäßiger Positionen durch eine Aktuatoranordnung 108 rotationsmäßig bewegt wird. Die Ventile 102, 104 sorgen für eine selektive Steuerung der Luftströmung von den Luftumwälzmaschinen 14, 16 zu dem Kondensor 44, um einen effizienten Betrieb der Klimatisierungseinheit 10 zu ermöglichen. Beispielsweise ist möglicherweise nur eine der Luftumwälzmaschinen während des Hochziehens an einem kalten Tag erforderlich, oder eine der Luftumwälzmaschinen kann defekt sein. Als Ergebnis hiervon wäre es wünschenswert, die Strömung zwischen der ungewollten Luftumwälzmaschine und dem Kondensor 44 zu blockieren und dadurch eine Leckage von Luft zu vermeiden, die einen nachteiligen Einfluss auf die Effizienz der Klimatisierungseinheit 10 hätte.
In einer ersten Position P1 sind die Ventile 102, 104 in einer Position angeordnet, in der eine Luftströmung zwischen den beiden Luftumwälzmaschinen 14, 16 und dem Kondensor 44 möglich ist. In einer zweiten Position P2 ist die Strömung zwischen der ersten Luftumwälzmaschine 14 und dem Kondensor 44 blockiert, wäh rend die Luftströmung zwischen der zweiten Luftumwälzmaschine 16 und dem Kondensor 44 aufrecht erhalten bleibt. In einer dritten Position P3 ist die Strömung zwischen der zweiten Luftumwälzmaschine 16 und dem Kondensor 44 blockiert, während die Luftströmung zwischen der ersten Luftumwälzmaschine 14 und dem Kondensor 44 aufrecht erhalten bleibt. Die Ventile 103, 104 müssen zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 sowie der dritten Position P3 lediglich um 45° rotationsmäßig bewegt werden. Die Ventile 102, 104 können in der Art von Kuchenstücken ausgebildet sein oder eine beliebige andere Konfiguration aufweisen.
Die Aktuatoranordnung 108 beinhaltet einen elektrischen Schrittmotor 110, der mit der Welle 100 durch einen Getriebezug 112 gekoppelt ist, der das von dem Motor 110 gelieferte Drehmoment vervielfacht, so dass die erforderliche Größe des Motors reduziert werden kann. Ein rotationsmäßig variabler Verlagerungsmesswandler (RVDT) 114 kann die rotationsmäßige Position der Welle 100 detektieren. Der Motor 110 und der rotationsmäßig variable Verlagerungsmesswandler 114 können mit einer Steuerung (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sein, um die Position der Ventile 102, 104 zu überwachen und zu steuern und ihre Funktion dadurch in den Gesamtbetrieb der Klimatisierungseinheit 10 zu integrieren. Zum Beispiel können die Geschwindigkeiten der Klimatisierungseinheit sowie die Systemtemperaturen von dieser zum Überwachen des korrekten Betriebs der Ventile 102, 104 verwendet werden. Ein Ende 101 der Welle 100 kann sich von der Aktuatoranordnung 108 oder von irgendeiner anderen geeigneten Stelle weg erstrecken, um eine manuelle Einstellung der rotationsmäßigen Position der Ventile 102, 104 zu ermöglichen. Ein grafischer Positionsanzeiger kann dem Ende 101 benachbart angeordnet sein, um einem Servicetechniker die Position der Ventile 102, 104 anzuzeigen.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die 8 bis 9B ist eine vertikale Schnittdarstellung durch die Verzweigungseinrichtung 48 dargestellt. Die Verzweigungseinrichtung 48 bildet ein Gehäuse, das durch Sandguss, Genauguss oder ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren unter Verwendung von Aluminium oder einem beliebigen anderen geeigneten Material gebildet werden kann. Eine Trennwand 98 teilt die ersten Passagen 90 und den Schnittpunkt 95 von den zweiten Passagen 92 und dem Schnittpunkt 97, um die Strömung zwischen der ersten Turbine 24 und der zweiten Turbine 26 sowie dem Kondensor 44 zu trennen. An dem Körper der Verzweigungseinrichtung 48 sind an gegenüber liegenden Enden von diesen Endabdeckungen 105 unter Verwendung von mehreren Befestigungseinrichtungen angebracht. Die Endabdeckungen 105 vereinfachen die Montage und die Wartung der Verzweigungseinrichtung 48.
Die Welle 100 ist durch Bohrungen innerhalb der Endabdeckungen 105 und die Trennwand 98 hindurch gelagert, wie dies am besten in 8 zu sehen ist. Die Bohrungen können nach Wunsch Hülsen und Dichtungen beinhalten, um Reibung und. Luftleckagen zu vermindern. Es können Lagerkühlungseinrichtungen verwendet werden, wie dies für spezielle Anwendungen bei hohen Temperaturen erforderlich sein kann. Die Ventile 102, 104 sind durch Stifte 106 auf der Welle 100 befestigt, um die Montage der Welle 100 und der Ventile 102, 104 in der in der Verzweigungseinrichtung 48 zu ermöglichen. Eine Abdichtung zwischen den Ventilen 102, 104 und dem Verzweigungseinrichtungsgehäuse ist möglicherweise nicht notwendig, wobei dies von dem akzeptablen Schwellenwert hinsichtlich einer Leckage abhängig ist, der für die jeweilige Anwendung gilt.
Die Erfindung ist in erläuternder Weise beschrieben worden, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie im Sinn einer Beschreibung und nicht einer Einschränkung zu verstehen ist. Es ist offensichtlich, dass viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung in Anbetracht der vorstehend geschilderten Lehren möglich sind. Es versteht sich daher, dass die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche auch anders ausgeführt werden kann, als dies speziell beschrieben worden ist.

Claims

Klimatisierungseinheit (10) mit einer ersten und einer zweiten Luftumwälzmaschine (16, 18), von denen jede eine erste und eine zweite Turbine (24, 26) aufweist, wobei die Einheit ferner Folgendes aufweist: eine Verzweigungseinrichtung (48) in Fluidverbindung mit den ersten und zweiten Turbinen (24, 26) der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine 24, 26); einen Kondensor (44) in Fluidverbindung mit der Verzweigungseinrichtung (48); ein erstes und ein zweites Ventil (102, 104), die innerhalb der Verzweigungseinrichtung (48) angeordnet sind und die Strömung von Luft zwischen den Turbinen (24, 26) und dem Kondensor (44) steuern; und eine Aktuatoranordnung (108), die mit den Ventilen (102, 104) verbunden ist, um die Ventile (102, 104) zwischen einer Mehrzahl von Positionen zu bewegen.
Einheit nach Anspruch 1, wobei die Verzweigungseinrichtung (48) ein Paar einander gegenüberliegender erster Passagen (90) aufweist, die an einem ersten Schnittpunkt (95) miteinander in Fluidverbindung stehen, wobei jede der ersten Passagen (90) mit einer der ersten Turbinen (24) in Fluidverbindung steht, und wobei die Verzweigungseinrichtung (48) ein Paar einander gegenüberliegender zweiter Passagen (92) aufweist, die an einem zweiten Schnittpunkt (97) miteinander in Fluidverbindung stehen, wobei jede der zweiten Passagen (92) mit einer der zweiten Turbinen (26) in Fluidverbindung steht, wobei das erste und das zweite Ventil (102, 104) an dem ersten Schnittpunkt (95) bzw. an dem zweiten Schnittpunkt (97) angeordnet sind.
Einheit nach Anspruch 2, wobei die Verzweigungseinrichtung (48) eine Kondensor-Einlasspassage (94) in Fluidverbindung mit dem ersten Schnittpunkt (95) aufweist und die Verzweigungseinrichtung (48) eine Kondensor-Auslasspassage (96) in Fluidverbindung mit dem zweiten Schnittpunkt (97) aufweist, wobei die ersten Passagen (90) mit Auslässen der ersten Turbinen (24) in Fluidverbindung stehen und die zweiten Passagen (92) mit Einlässen der zweiten Turbinen (26) in Fluidverbindung stehen.
Einheit nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl der Positionen eine erste Position, in der die Turbinen (24, 26) der ersten und der zweiten Luftumwälzmaschine (16, 18) mit dem Kondensor in Fluidverbindung sind, eine zweite Position, in der die Turbinen (24, 26) der ersten Luftumwälzmaschine mit dem Kondensor (44) in Fluidverbindung sind und die Turbinen (24, 26) der zweiten Luftumwälzmaschine von dem Kondensor (44) getrennt sind, sowie eine dritte Position beinhaltet, in der die Turbinen der zweiten Luftumwälzmaschine mit dem Kondensor (44) in Fluidverbindung stehen und die Turbinen (24, 26) der ersten Luftumwälzmaschine von dem Kondensor (44) getrennt sind.
Einheit nach Anspruch 2 oder 3, wobei die einander gegenüberliegenden ersten Passagen (90) einander gegenüberliegende erste Turbinenauslässe (70) beinhalten und die einander gegenüberliegenden zweiten Passagen (92) einander gegenüberliegende zweite Turbineneinlässe (92) beinhalten, wobei die Verzweigungseinrichtung (48) eine erste Seite aufweist, die einen der ersten Turbinenauslässe (70) und einen der zweiten Turbineneinlässe (76) beinhaltet, sowie eine zweite Seite aufweist, die den anderen der ersten Turbinenauslässe (70) sowie den anderen der zweiten Turbineneinlässe (76) beinhaltet.
Einheit nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl der Positionen eine erste Position, in der die erste und die zweite Seite mit dem Kondensor (44) in Fluidverbindung stehen, eine zweite Position, in der die erste Seite mit dem Kondensor (44) in Fluidverbindung steht und die zweite Seite von dem Kondensor (44) getrennt ist, sowie eine dritte Position aufweist, in der die zweite Seite mit dem Kondensor (44) in Fluidverbindung steht und die erste Seite von dem Kondensor (44) getrennt ist.
Einheit nach Anspruch 4 oder 6, wobei die erste und die zweite Position voneinander in etwa um 45 Grad winkelmäßig voneinander beabstandet sind und die erste und die dritte Position in etwa um 45 Grad winkelmäßig voneinander beabstandet sind.
Einheit nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Ventile (102, 104) von einer gemeinsamen Welle (100) getragen sind und die Aktuatoranordnung (108) mit der Welle (100) gekoppelt ist.
Einheit nach Anspruch 8, wobei die Aktuatoranordnung (108) einen elektrischen Schrittmotor (110) beinhaltet, der die Welle (100) antreibt.
Einheit nach Anspruch 9, wobei ein Getriebezug (112) zwischen den Schrittmotor (110) und die Welle (100) geschaltet ist, um die Welle (100) mit erhöhtem Drehmoment zu beaufschlagen.
Einheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein rotationsmäßig variabler Verlagerungsmesswandler (114) mit der Welle (100) gekoppelt ist, um eine winkelmäßige Position der Welle (100) zu detektieren.
Einheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei sich ein Ende (101) der Welle (100) von einem Gehäuse weg erstreckt, das eine manuelle Einstellung der Ventile (102, 104) zwischen den Positionen ermöglicht.