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Luftversorgungsanlage für abgeschlossene Räume, insbesondere für Druckkabinen
von Höhenflugzeugen Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Temperaturregelung
für Luftversorgungsanlagen von abgeschlossenen Kammern, wie Druckkabinen von Höhenflugzeugen,
bei denen ein Drosselventil als Heizvorrichtung vorgesehen ist.
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Bei solchen Anlagen wird die Luft normalerweise aus der freien Atmosphäre
entnommen, durch ein Gebläse gefördert und dann je nach Bedarf mittels eines Verteilerventils
durch eine Kühl- oder eine Heizvorrichtung geleitet. Die Umleitung der Luft durch
diese Vorrichtungen wird dabei durch Thermostate geregelt. Das Erhitzen geschieht
mittelbar durch ein Drosselventil, das den Luftstrom einengt und dadurch eine Drucksteigerung
erzeugt, die eine Temperaturerhöhung zur Folge hat. Eine auf den Joule-Thompson-Effekt
zurückzuführende Abkühlung, die durch die beim Durchgang durch das Ventil auftretende
Ausdehnung der Luft entsteht, kann vernachlässigt werden.
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Zweck der Erfindung ist es, die Funktionen des Verteilerventils und
des Drosselventils in einer solchen Anlage in einer einzigen Vorrichtung zti vereinigen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der von dem Verdichter
zu der Kammer führenden Hauptleitung eine Umgehungsleitung vorgesehen ist, die ein
in der Hauptleitung vorgesehenes Kühlelement umgeht, wobei der Widerstand, den die
Umgehungsleitung dem Luftstrom entgegensetzt, beträchtlich geringer als der Widerstand
des umgangenen Teils der Hauptleitung ist. Die Luft wird deshalb über ein in der
Hauptleitung
zwischen dem Verdichter und dem Kühlelement vorgesehenes
Ventil normalerweise durch die Umgehungsleitung strömen. Das Ventil, das also mit
dem Einlaßende der Umgehungsleitung in Verbindung steht, enthält Mittel, die den
von dem Verdichter zu dem Ventil gelangenden Luftstrom und den von dem Ventil in
die Umgehungsleitung ge= langenden Luftstrom wechselweise mehr oder weniger drosseln.
Außerdem sind Einrichtungen vorgesehen, durch die diese Drosselmittel wahlvreise
betätigt werden, um die Temperatur der die Hauptleitung verlassenden Luft zu verändern.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß- der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine schematische Ansicht einer Lufttemperaturregelanläge
mit einem kombinierten Drossel- und Verteilerventil, Fig. 2#einen Schnitt durch
das Ventil, aus dem die Einzelheiten seiner Bauart erkennbar sind, Fig. 3 einen
Schnitt durch das Ventil nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. q. eine schematische
Ansicht des Ventils in einer Stellung, die eine Erwärmung der Luft zur Folge hat,
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Ventils :in einer Stellung, die eine Abkühlung
der Luft zur Folge hat, und Fig. 6 eine schematische Ansicht des Ventils in einer
Stellung, die die Abkühlung nur eines Teils der Luft zur Folge hat.
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Wie aus Fig. i ersichtlich ist, enthält die Temperäturregelanlage
einen Verdichter oder ein Gebläse io, vorzugsweise nach Art einer Zahnradpumpe.
Der Verdichter kann aber auch einfach durch eine vom Triebwerksverdichter ausgehende
Entnahmeleitung ersetzt werden. Das Gebläse io wird durch einen Motor oder eine
andere nicht dargestellte Kraftquelle angetrieben und steht über die Leitung 12
mit dem vereinigten Verteiler- und Drosselventil i i in Verbindung. Von dem Ventil
geht eine Doppelleitung aus, deren beide Arme 13 und 14 an einer von dem Ventil
etwas entfernten Stelle 15 wieder zusammengeführt sind, so daß sich eine gemeinsame
Auslaßleitung 16 ergibt, die in die mit Luft zu versorgende Kammer führt. In dem
einen Arm 13 der Doppelleitung ist eine Kühlvorrichtung 17 vorgesehen. Der
andere Arm 14 dient nur zur Umgehung dieser Kühlvorrichtung. Im folgenden werden
dieLeitungen 12,13 und 16 zusammen als Hauptleitung und der Arm 14 als Umgehungsleitung
bezeichnet, obgleich @es klar ist, daß dies nur eine willkürliche Bezeichnung ist,
da der Arm 13 an sich ebensogut als Umgehungsleitung bezeichnet werden könnte.
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Die bevorzugte Bauart des Ventils i i ist . in Fig.2 und 3 veranschaulicht.
Das Ventil besteht aus -einem Gehäuse 18 mit einer zylindrischen Kammer i9, die
durch einen Deckel 2o abgeschlossen ist. Der Deckel ist mittels Schrauben 21 am
Gehäuse befestigt. In der Kammer ist ein sektorförmiger Abschlußschieber 22 schwenkbar
angeordnet und hierzu auf einer Welle 23 befestigt, die gleichachsig mit der zylindrischen
Kammer vorgesehen ist. Der Abschlußschieber 22 hat etwa die Form eines Sektors eines
Zylinders, dessen Durchmesser wenig kleiner als der der Kammer i9 ist: Ein- und
Auslaßstutzen 2q., 25 und 26 des Gehäuses 18 verbinden die Kammer ig mit den Leitungen
i2, 13 und 14. Die Anordnung und - Größe dieser Stutzen ist im Verhältnis zu der
Länge des Bogens des Schiebers 22 so gewählt, daß der Schieber die Stutzen 24 oder
26 abdecken kann, aber kürzer als der geringste auf dem Umfang des Gehäuses gemessene
Abstand dieser beiden Stutzen ist.
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Die aus der freien Atmosphäre eintretende Luft gelangt in das Gebläse
io, in dem ihr Druck erhöht wird, und strömt dann durch die Leitung 12 in das Ventil
i i. Befindet sich der Abschlußschieber 22 in der in Fig. i dargestellten neutralen
Stellung, so kann die Luft ungehindert in das Ventil einströmen. Die Luft wird das
Ventil dann zum größten Teil durch die Umgehungsleitung 14 verlassen, da die in
der Hauptleitung 13 vorgesehene Kühlvorrichtung 17 dem Durchgang der Luft einen
hohen Widerstand entgegensetzt. Wie in Fg. i schematisch dargestellt ist, besteht
die Kühlvorrichtung aus in die Leitung 13 in Längsrichtung eingeschalteten
Rohren, um die Kühlschlangen herümgewunden sind. Da der Gesamtquerschnitt dieser
Rohre geringer als der Querschnitt der vor und hinter den Rohren vorgesehenen Leitung
13 ist, so -ergibt sich dieser höhere Widerstand. Ein solcher höherer Widerstand
kann auch durch Umlenkbleche oder durch in anderer Weise hervorgerufene Einschnürüngen
der Leitung erzielt werden.
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Das Ventil i i wird durch einen Thermostat gesteuert, wie er beispielsweise
in Fig: i schematisch dargestellt ist. In der Auslaßleitung 16 hinter der Zusammenführung
15 der Leitungsarme 13 und 14 ist ein thermostatsch gesteuerter Schalter vorgesehen.
Dieser Schalter enthält ein temperaturempfindliches Element, das als bewegliches
Kontaktglied dient und wechselweise mit zwei festen Kontakten in Berührung kommen
kann und damit den Stromkreis eines umsteuerbaren Motors 28 schließt, auf dessen
Welle ein Hebel 29 befestigt ist. Dieser Hebel ist über einen Lenker 30 mit
einem auf der Welle 23 des Abschlußschiebers sitzenden Hebel 31 verbunden, iso daß
eine Drehung des: Motors in dem einen Sinne eine Schwenkung des Schiebers im gleichen
Sinne und eine Drehung des Motors im entgegengesetzten Sinne eine Schwenkung des
Schiebers ebenfalls im entgegengesetzten Sinne hervorruft.
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Ist der Zustand der in die Anlage eintretenden Luft derart, daß ihre
Temperatur bei Erreichen der Auslaßleitung 16 unter einen bestimmten gewünschten
Wert fällt, so arbeitet der thermostatische Schalter 27 so, daß er diesem Temperaturabfall
entgegenarbeitet, und zwar dadurch, daß er den Motor veranlaßt, den Schieber 22
in die in Fig. q. dargestellte Lage zu bewegen. In dieser Stellung ist der Einläßstutzen
24 teilweise geschlossen. Es ergibt sich also eine
Drosselwirkung,
so daß in der Leitung 12 und dem Gebläse io ein Rückstau entsteht. Wegen dieses
Rückstaus hat das Gebläse eine höhere Leistungsaufnahme, um die durch das System
hindurchzufördernde Luftmenge aufrechtzuerhalten. Die der Luft dabei vermittelte
höhere Leistung äußert sich als Temperaturzunahme der das Gebläse verlassenden Luft.
Diese Luft tritt durch den teilweise abgeschlossenen Eintrittsstutzen 24. in die
Ventilkammer i9 ein und verläßt sie in der Hauptsache durch den Stutzen 26, indem
sie den Weg des geringeren Widerstandes zu der Auslaßlcitung 16 wählt. Dem Fachmann
ist es danach klar, daß die Größe der Temperatursteigerung von dem Maß abhängt,
um das der Schieber 22 den Eintrittsstutzen 24 abdeckt, und daß es möglich ist,
durch den laufend arbeitenden thermostatischen Schalter die Stellung des Schiebers
so zu verändern, daß die Temperatur der Luft in der Auslaßleitung 16 auf einem bestimmten
Wert gehalten wird.
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Wenn die Temperatur der Luft in dem Auslaß über einen bestimmten Wert
ansteigt, so tritt der thermostatische Schalter wiederum in Tätigkeit und bewegt
den Schieber diesmal in die in Fig. 5 dargestellte Stellung, in der er den Stutzen
26 vollkommen abschließt. Die Luft kann nun also nicht mehr unmittelbar durch den
unteren Arm 1.4 zu der Auslaßleitung 16 gelangen, sondern muß das Ventil durch den
Stutzen 25 verlassen und damit durch den Arm 13 und die in ihm vorgesehene Kühlvorrichtung
17 zu der Auslaßleitung strömen. Dabei wird sie gekühlt. Das Maß der Kühlung wird
von dem thermostatischen Schalter durch das Ausmaß geregelt, in dem der Stutzen
26 durch den Schieber 22 abgedeckt wird. Fig. 6 zeigt den Schieber in einer Stellung,
in der er den Stutzen 26 nur teilweise abdeckt, so daß nur ein Teil der in das Ventil
eintretenden Luft durch die Kühlvorrichtung geleitet wird, während der andere Teil
durch den unteren Arm unmittelbar zur Auslaßleitung gelangt. Die beiden Luftteile
werden dann an der Zusammenführungsstelle 15 der beiden Arme miteinander gemischt,
so daß sich im ganzen eine geringere Kühlung ergibt, als wenn die gesamte Luftmenge
durch die Kühlvorrichtung geleitet wird.
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In die Leitung 12 kann ein Überdruckventil 32 eingebaut sein, das
zur Vermeidung von Beschädigungen des Verdichters ein Entweichen der Luft ermöglicht,
wenn das System vollkommen abgeschlossen werden sollte.
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Zur Ergänzung des Überdruckventils 32 ist ein weiteres Überdruckventil
33 vorgesehen, das auf einen etwas geringeren Druck als das zuerst genannte Ventil
eingestellt ist und in Fig. i schematisch dargestellt ist. Dieses Ventil weist in
einer mit der Leitung 12 verbundenen Kammer eine Membran auf. Diese Membran ist
mit einem in einem zusätzlichen Steuerstromkreis des umsteuerbaren Motors 28 vorgesehenen
beweglichen Kontakt 34. verbunden und so eingestellt, daß sie den Kontakt schließt,
wenn der Druck in der Leitung 12 einen bestimmten Wert übersteigt. Dadurch wird
der Motor 28 entgegen dem Uhrzeigersinne in Drehung versetzt, so daß der Schieber
22 den Stutzen 24 etwas mehr freigibt und damit den Gegendruck in der Leitung 12
vermindert.
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Diese zuletzt beschriebene überdruckventilvorrichtung ist von besonderem
Wert, wenn die Anlage zur Versorgung von Druckkabinen in Höhenflugzeugen verwendet
wird. In solchen Fällen kann ein zu hoher Druck entstehen, wenn das Flugzeug in
geringer Höhe fliegt oder wenn eine sehr geringe Außentemperatur herrscht oder,
falls das Gebläse von dem Triebwerk angetrieben wird, bei hohen Tri:ebwerksdrehzahlen.
Die Überdruckregelvorrichtung sorgt dann dafür, daß der Schieber 22 den Stutzen
24 etwas mehr freigibt, wodurch der Druck vermindert wird.