DE602004010158T2

DE602004010158T2 - Flugzeugklimaanlagenmischer mit wellungen

Info

Publication number: DE602004010158T2
Application number: DE602004010158T
Authority: DE
Inventors: Charles J. West Granby MCCOLGAN; Donald R. Westfield DESMARAIS; Christopher G. West Willington HADDAD; Thomas M. Suffield ZYWIAK
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2024-09-23
Also published as: ATE378252T1; DE602004010158D1; ES2293346T3; JP2007505788A; US20050061913A1; EP1667903B1; ES2394502T3; WO2005030582A1; US6971607B2; JP4575380B2; EP1667903A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flugzeug-Klimaanlagenmischer, und im Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung einen Mischer zum Mischen von Luft aus einem Klimaanlagenaggregat sowie anderer Luft.
Die US 5 634 964 offenbart einen Flugzeug-Klimaanlagenmischer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Flugzeug-Klimaanlagensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Die US 5 133 194 und die GB 671 567 offenbaren beide Klimaanlagensysteme des Standes der Technik.
Die US 6 004 204 und die EP 0 326 950 A2 offenbaren Induktionsvorrichtungen für Systeme für die Behandlung von Luft.
Flugzeug-Klimaanlagensysteme sorgen für die Zufuhr von konditionierter Luft zu der Flugzeugkabine und zu anderen Stellen überall im Flugzeug. Ein Flugzeug-Klimaanlagenaggregat nimmt Frischluft von außerhalb des Flugzeugs auf und bereitet die Luft beispielsweise unter Verwendung einer Luftzyklusmaschine, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, zur Verwendung im gesamten Flugzeug auf.
Das Klimaanlagenaggregat liefert sehr kalte Luft, die mit rezirkulierter Luft gemischt werden muss, um der Flugzeugkabine zugeführt zu werden. Beispielsweise nimmt ein Mischer die konditionierte Luft auf und mischt diese mit Kabinenzirkulationsluft, die eine höhere Temperatur hat als die konditionierte Luft. Der Mischer ist typischerweise T-förmig ausgebildet und nimmt viel Platz ein. Im Stand der Technik ist ein großer Mischer notwendig, um das erforderliche Mischen zu erzielen und ein Vereisen des Mischers zu verhindern, das zu einem Druckabfall in dem Mischer, einer geringeren Leistungsfähigkeit des Aggregats sowie zum Eintrag von Eispartikeln in die Kabine führt. Wenn sich Eis aufbaut und den Strom der konditionierten Luft durch den Mischer begrenzt, wird die Geschwindigkeit der Luftzyklusmaschine (ACM bzw. air cycle machine) niedriger, wodurch wiederum die Fähigkeit des Aggregats zum Erzeugen von kalter Luft vermindert wird. Zur Überwindung dieses Problems verwendet der Stand der Technik einen Mischer, der in etwa die Größe eines Behälters mit 55 Gallonen hat. Wenn sich die kalte Luft von dem Aggregat mit feuchter Rezirkulationsluft mischt, kondensiert die Feuchtigkeit der Rezirkulationsluft und gefriert, so dass sich Eis am Boden des Mischers sammelt und dort den Strom von konditionierter Luft durch den Mischer behindert. Wünschenswerterweise erzeugen Mischer des Standes der Technik eine gleichmäßige Temperatur der gemischten Luft an dem Austritt aufgrund des großen Volumens des Mischers.
Es besteht daher ein Bedarf für einen kleineren Mischer, der keinem Eisaufbau ausgesetzt ist, während er dennoch eine gleichmäßige Austrittstemperatur der gemischten Luft erzeugt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der erfindungsgemäße Klimaanlagenmischer beinhaltet ein erstes Rohr, das eine Passage mit einem Einlass zum Aufnehmen von konditionierter Luft von einem Klimaanlagenaggregat bildet. Das erste Rohr beinhaltet einen Auslass, der einer Kabine des Flugzeugs gemischte Luft zuführt. Ein äußeres Rohr umgibt das erste Rohr zumindest teilweise und erhält rezirkulierte Luft von der Kabine. Der Auslass des ersten Rohrs steht in Fluidverbindung mit dem Auslass des äußeren Rohrs für Rezirkulationsluft.
Die warme Rezirkulationsluft umgibt den Bereich des ersten Rohrs, um dieses zu erwärmen und dadurch die Bildung von Eis zu verhindern. Die warme Rezirkulationsluft, die durch die Buckelbereiche eintritt, mischt sich in homogener Weise mit der konditionierten Luft von dem Aggregat, um dadurch ein gleichmäßiges Gemisch der Luft an dem Auslass des Mischers zu schaffen. Das erste Rohr beinhaltet in Umfangsrichtung verlaufende Wellungen, die Erhebungen und Senken bilden. Die Wellungen bilden die Buckelbereiche, die das äußere Rohr mit dem ersten Rohr verbinden. Die Wellungen weisen eine schräg verlaufende Wand auf, die in einer Richtung von dem Einlass zu dem Auslass des ersten Rohrs verläuft. Die schräg verlaufende Wand und die in Umfangsrichtung vorgesehenen Wellun gen sorgen für eine gleichmäßige Temperatur an dem Mischluftauslass des Mischers.
Der Mischer beinhaltet ein Cockpit-Versorgungsrohr, das um ein inneres Rohr herum angeordnet ist, das mit dem ersten Rohr strömungsaufwärts von den Öffnungen in Fluidverbindung steht. Kompensationsluft (trim air) wird in das Cockpit-Versorgungsrohr eingeleitet und strömt um das Innenrohr herum, um das Innenrohr zu erwärmen und dadurch einen Eisaufbau zu verhindern.
Die Erfindung schafft somit einen kleineren Mischer, der keinem Eisaufbau ausgesetzt ist, während er eine gleichmäßige Mischluft-Austrittstemperatur erzeugt.
Weiterhin wird auch ein Flugzeug-Klimaanlagensystem nach Anspruch 5 geschaffen.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu verstehen, die nachfolgend kurz beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Flugzeug-Klimaanlagensystems zusammen mit dem erfindungsgemäßen Mischer.
2 zeigt eine Frontaufrissansicht des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Mischers.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäßes Flugzeug-Klimaanlagensystem 10 ist in 1 schematisch dargestellt. Das System 10 beinhaltet ein Klimaanlagenaggregat 12, das frische konditionierte Luft von einer Luftzyklusmaschine liefert. Das Aggregat 12 erhält die Frischluft von einem Triebwerks-Austrittsventil oder in weiter bevorzugter Weise von einem elektrisch betriebenen Kompressor (supercharger).
Konditionierte Luft 14 von dem Aggregat 12 strömt in den erfindungsgemäßen Mischer 16. Gemischte Luft 18 tritt aus dem Mischer 16 aus und in eine Akustikbehandlungsvorrichtung 20 ein, um Geräusch zu reduzieren. Nach der Behandlung wird die gemischte Luft 18 einer Flugzeugkabine 22 zugeführt. Rezirkulationsluft 26 von der Kabine wird durch ein Gebläse 28 zu dem Mischer 16 zurückgeführt, wo diese mit der konditionierten Luft 14 gemischt wird, um dadurch die gemischte Luft 18 innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs zu erhalten.
Einige Flugzeugkonfigurationen erfordern die Zufuhr von Luft zu einem Flugzeug-Cockpit 38 in separater Weise von der der Kabine 22 zugeführten Luft. Für solche Anwendungen erhält der Mischer 16 Kompensationsluft 30 von dem Aggregat 12 zum Mischen mit der konditionierten Luft 14. Die Kompensationsluft 30 kann aus der heißen Luft strömungsaufwärts von dem Aggregat 12 und strömungsabwärts von dem Triebwerk oder den Kompressoren zugeführt werden. Der Mischer 16 führt die konditionierte Luft 32 einer Akustikbehandlungsvorrichtung 34 zu, von der die konditionierte Luft dem Cockpit 38 zugeführt wird.
Der erfindungsgemäße Mischer 16 verhindert den Aufbau von Eis in dem Mischer, welches die Effizienz des Aggregats reduzieren würde, während er die gleichmäßige Austrittstemperatur der gemischten Luft aufrecht erhält. Der Mischer 16 beinhaltet ein erstes Rohr 40, das eine Passage 42 bildet, die sich von einem Einlass 44 zu einem Auslass 46 erstreckt. Der Einlass 44 erhält konditionierte Luft 14 von dem Aggregat 12. Der Auslass 46 gibt gemischte Luft 18, bei der es sich um eine Mischung aus der konditionierten Luft 14 und der Rezirkulationsluft 26 handelt, an die Akustikbehandlungsvorrichtung 20 ab.
Ein äußeres Rohr 48 umschließt das erste Rohr 40 zumindest teilweise, so dass ein Hohlraum 52 gebildet ist. Während des Betriebs des Systems fließt Rezirkulationsluft 26 durch einen Rezirkulationsluft-Einlass 50 hindurch in den Hohlraum 52 und füllt den Hohlraum 52 mit warmer Rezirkulationsluft 26. Die warme Rezirkulationsluft 26 führt Wärme in das Frischluftrohr 40 ein, so dass die Temperatur des ersten Rohrs 40 ansteigt und die Bildung von Eis verhindert ist.
Die Wand des ersten Rohrs 40 weist in Umfangsrichtung verlaufende Wellungen auf, die Buckelbereiche mit Erhebungen 53 und Senken 55 bilden. Die in Um fangsrichtung verlaufenden Wellungen können in integraler Weise mit dem restlichen Mischer 16 ausgebildet sein oder können durch Einsetzen einer separaten Konstruktion in die Passage 42 gebildet sein. Mehrere Buckelbereiche 54 sind in Umfangsrichtung um den Ausgang des ersten Rohrs 40 herum angeordnet, um das erste Rohr 40 mit dem Hohlraum 52 in Fluidverbindung zu bringen. Die warme Rezirkulationsluft 26 strömt von dem Hohlraum 42 durch die Buckelbereiche 54 in die Passage 42, wo sie sich in homogener Weise mit der konditionierten Luft 14 mischt und auf diese Weise gemischte Luft 18 mit einer gleichmäßigen Temperatur erzeugt wird.
Das erste Rohr 40 weist eine schräg verlaufende Wand 51 auf, die von der Einlassseite des Mischers 16 in Richtung auf die Auslassseite nach innen geneigt ist. Die sanft geneigte Wand 51 erzeugt einen Strömungsweg für die Rezirkulationsluft 26, so dass sich diese mit der konditionierten Luft 14 mischt. Die Erhebungen 53 und Senken 55 schaffen eine vergrößerte Oberfläche, um dadurch den Wärmetransfer von der warmen Rezirkulationsluft 26 durch die Wand des ersten Rohrs 40 zu erhöhen. Die gleichmäßige Temperatur der gemischten Luft 18 verhindert die Entstehung von kalten Stellen in dem Mischer 16, die die Bildung von Eis ermöglichen könnten.
Für Anwendungen mit einer separaten Luftversorgung für das Cockpit 38 kann der Mischer 16 ein Cockpit-Versorgungsrohr 56 aufweisen, das sich von dem Körper des Mischers 16 weg erstreckt. Ein Innenrohr 58 erstreckt sich in einem Winkel von dem ersten Rohr 40 weg und ist im Inneren des Cockpit-Versorgungsrohrs 56 angeordnet. Der Winkel beträgt weniger als 90°, um die Strömung aus der Passage 42 zu dem Innenrohr 58 zu steigern. Die Passage 42 hat einen größeren Durchmesser als das Innenrohr 58, da die Kabine 22 einen beträchtlich größeren Luftstrom als das Cockpit 38 benötigt. Die Rohre 56 und 58 sind zur Bildung eines Hohlraums 60 voneinander beabstandet. Vorzugsweise sind die Buckelbereiche 54 strömungsabwärts von dem Innenrohr 58 angeordnet, so dass sich die Rezirkulationsluft 26 nicht mit der Luft zu dem Cockpit 38 mischt.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erstreckt sich ein Kompensationsluftrohr 62 von einer Seite des Cockpit-Versorgungsrohrs 56 weg, um die Kompensationsluft 30 dem Hohlraum 60 zuzuführen. Die heiße Kompensationsluft 30 innerhalb des Hohlraums 60 leitet Wärme in die Wand des Innenrohrs 58 ein und ver hindert damit einen Eisaufbau an dieser Wand. Die Kompensationsluft und die konditionierte Luft treffen am Ende des Innenrohrs 58 aufeinander und beginnen sich zu mischen. Wie bei den anderen Einlässen und Auslässen des Mischers 16 ist ein Kanal 64 mit einem Auslass 66 des Cockpit-Versorgungsrohrs 56 mittels Klemmen verbunden. Die Kompensationsluft und die konditionierte Luft können sich in dem Kanal 64 weiter mischen.
Der Mischer 16 kann aus einem beliebigen geeigneten Material durch Gießen oder Formen gebildet sein. Der erfindungsgemäße Mischer ist beträchtlich kleiner als Mischer des Standes der Technik und hat einen Durchmesser von ca. 9 inch und ein Volumen von ca. 2 Fuß × 2 Fuß × 2 Fuß, ohne dass hierbei Kompromisse bei der Leistungsfähigkeit und der Zuverlässigkeit eingegangen werden. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Mischer viel leichter als Mischer des Standes der Technik.
Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung offenbart worden ist, ist für den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennbar, dass bestimmte Modifikationen im Umfang der vorliegenden Erfindung möglich sind. Aus diesem Grund sind die nachfolgenden Ansprüche zum Bestimmen des wahren Umfangs und Gehalts der vorliegenden Erfindung heranzuziehen.

Claims

Flugzeug-Klimaanlagenmischer (16), aufweisend: ein erstes Rohr (40) mit einer Passage (42), die sich zwischen einem Einlass (44) und einem Auslass (46) erstreckt; und ein zweites Rohr (48), das das erste Rohr unter Bildung eines Hohlraums (52) zumindest teilweise umgibt, wobei das erste Rohr (40) eine in Umfangsrichtung verlaufende Wellung in dem ersten Rohr (40) aufweist, die zumindest einen Buckelbereich (54) bildet, der das erste Rohr (40) in Fluidverbindung mit dem Hohlraum (52) bringt; dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Cockpit-Versorgungsrohr (56) von dem Mischer (16) weg erstreckt und sich ein Innenrohr (58) von dem ersten Rohr (40) weg erstreckt und mit diesem in Fluidverbindung steht, wobei das Innenrohr (58) zumindest teilweise im Inneren des Cockpit-Versorgungsrohrs (56) angeordnet ist und einen weiteren Hohlraum (60) zwischen dem Innenrohr (58) und dem Cockpit-Versorgungsrohr (56) bildet, wobei der weitere Hohlraum (60) zum Empfangen von Kompensationsluft von einem Aggregat (12) dient.
Mischer (16) nach Anspruch 1, wobei das Innenrohr (58) zwischen dem mindestens einem Buckelbereich (54) und dem Einlass (44) angeordnet ist.
Mischer (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere Buckelbereiche (54) um einen Umfang des ersten Rohrs (40) herum angeordnet sind und die Buckelbereiche (54) eine Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum (52) und der Passage (42) bilden.
Mischer (16) nach Anspruch 3, wobei die Buckelbereiche (54) Erhebungen (53) und Senken (55) aufweisen, die durch eine schräg verlaufende Wand (51) gebildet sind, die von einer Einlassseite in Richtung auf eine Auslassseite geneigt ist.
Flugzeug-Klimaanlagensystem (10), aufweisend: ein Aggregat (12) zum Erzeugen von konditionierter Luft; eine Kabine (42), die Rezirkulationsluft liefert; einen Mischer (16), der eine Fluidverbindung zwischen dem Aggregat (12) und der Kabine (22) bildet, wobei der Mischer (16) ein erstes Rohr (40) mit einer Passage (42) aufweist, die sich zwischen einem mit dem Aggregat (12) in Fluidverbindung stehenden Einlass (44) und einem mit der Kabine (22) in Fluidverbindung stehenden Auslass (46) erstreckt; ein äußeres Rohr (48), das unter Bildung eines Hohlraums (52) zumindest teilweise um einen Bereich des ersten Rohrs (40) angeordnet ist, wobei das äußere Rohr (48) einen mit der Kabine (22) verbundenen Rezirkulationsluft-Einlass (50) aufweist; und eine in Umfangsrichtung verlaufende Wellung in dem ersten Rohr (40), die zumindest einen Buckelbereich (54) bildet, der eine Fluidverbindung des Hohlraums (52) mit der Passage (42) herstellt; dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Innenrohr (58) von dem ersten Rohr (40) weg erstreckt und mit diesem in Fluidverbindung steht, wobei sich ein Cockpit-Versorgungsrohr (56) von dem Mischer (16) weg erstreckt und das Innenrohr (58) unter Bildung eines weiteren Hohlraums (60) zwischen dem Innenrohr (58) und dem Cockpit-Versorgungsrohr (56) zumindest teilweise umgibt, und wobei sich ein Kompensationsluftrohr (62) von dem Cockpit-Versorgungsrohr (56) weg erstreckt und Kompensationsluft von dem Aggregat (12) zu dem weiteren Hohlraum (60) liefert.
System (10) nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Einlass (44) um einen Einlass für konditionierte Luft zum Empfangen von konditionierter Luft von dem Aggregat (12) handelt.
System (10) nach Anspruch 6, wobei der Rezirkulationsluft-Einlass (50) zum Empfangen von Rezirkulationsluft von der Kabine (22) dient und der Auslass (46) zum Zuführen von gemischter Luft zu der Kabine (22) dient.
System (10) nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei eine Mehrzahl von Buckelbereichen (54) in einer Wand des ersten Rohrs (40) angeordnet ist.
System (10) nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl der Buckelbereiche (54) Erhebungen (53) und Senken (55) aufweist, die durch eine schräg verlaufende Wand (51) gebildet sind, die von einer Einlassseite in Richtung auf eine Auslassseite geneigt ist.