SE446848B - Miljokontrollsystem - Google Patents

Description

446 848 2 hålles då klimatförhålladena är sådana att kabinunpvärmning er- fordras. Ofta utnyttjar miljökontrollsystemet ett kylsystem såsom ett luftcykel- eller freonsystem för kylning av den utläckande kompressorluften då kabinen skall kylas av.

För att åstadkomma miljökontrollsystem med såväl avkylninos- som uppvärmningsförmåaa, har man i praktiken delat komnressorläck- flödet, varvid en del av flödet avkyles av kylsystemet medan resten av flödet ledes förbi kylsystemet, återförenas med den avkvlda luften och föres ut i kabinen. Vanligen användes en ventil i förbi- ledningsluftströmmen för reglering av dess massaflöde således, att ventilen stänger för begränsning av förbiledningsflödet då kylning av kabinluften erfordras och öppnar för att överväldiga kylluft- flödet då kabinuppvärmninq blir nödvändig. Ett flödesbegränsande venturlrör användes ofta för att begränsa totalflödet genom systemet till kabinen för att undvika alltför stort luftuttaq ur motorn.

Dylika kända system företeråtskilliganackdelar. Eftersom t.ex. kylluften inte kontrolleras i eller av sig själv, är kabin- uppvärmningen ofta otillräcklig och kräver alltför stora mängder varm läckluft som ledes förbi kylsektionen för kompensation av luft- kylninqen däri. Emedan dylikt överskottsflöde kan förhindras med en flödesbegränsningsanordning som ett venturirör eller liknande, medför en sådan anordning ett betydande tryckfall i systemet och bidrar till dess ineffektivitet. Det kontrollerade kylluftflödet påverkar dess- utom negativt systemets kabinuppvärmningsförmåga. Exempelvis erford- ras vid låg höjd ett betydligt större kylflöde än värmeflödet vid hög höjd. Vid kända miljökontrollsystem kan dock, ifall ett optimalt luftflöde genom systemet uppnås vid kylning på låg höjd, uppvärmning på högre höjd erfordra väsentligt större flöde än nödvändigt om det inte var tvunget att värma tidigare kyld luft, varvid stora mängder läckluft slösas bort och negativt påverkar motorkapaciteten.

En del av ovannämnda nackdelar kan mildras i sin påverkan genom anordnande av separata ventiler för reglering av såväl avkyld luft som varm förbiledningsluft. US patentskrift 2 562 918 avser ett dylikt anordnande av separata kontrollventiler. Här är en temperatur- kontrollventil anordnad i kylkanalen, ännu en temperaturstyrd ventil är placerad i förbiledningskanalen och en tryckstyrd ventil är placerad vid förbiledningskanalens inlopp för reglering av flödet därigenom i beroende av systemtrycket. I systemet enligt US 2 562 918 kan, ifall tillförseltrycket (motorkompressorns utloppstryck) sjunker, den tryck- styrda ventilen erfordra en öppning för att ge ett tillräckligt luft- 3 446 848 flöde till kabinen för upprätthållande av erforderligt tryck däri.

Ifall emellertid sänkningen i tillfört tryck åtföljes av en ökning av kylbehovet, är det lätt att se att systemet utnyttjar förekommande luft ineffektivt, enär erforderlig tryckreglering sker medelst (varm) förbiledningsluft. Således måste tillräckligt med kyld luft ledas in i kabinen för att motsvara såväl kylbehovet i själva kabinen som för att motverka effekten av det ökade flöde av varm luft till kabinen, vilket erfordras för att bibehålla önskat tryck däri.

Dessutom företer förbilednings- och kylkontrollventilerna enligt US 2 562 918 endast en mindre överlappning. Detta innebär att, utom under vissa begränsade förhållanden, reglering av en av ventilerna ej medför reglering av den andra ventilen. Ifall således vid en given inställning ökad kylning, kan en dylik kylning åstadkommas inte genom effektiv stängning av förbiledningskontrollventilen och sam- tidig öppning av kylkontrollventilen, utan snarare endast uenom stängning av förbiledningsventilen, varvid en ökning av erforder- ligt kylluftflöde undvikes.

Syftet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett miljökontrollsystem där uttemperaturen hålles i huvudsak oberoende av systemutloppstrycket, reglering av systemkylninqen inte påverkas negativt av varmluftflöde, reglering av systemuppvärmningen inte pâverkas negativt av kylluftflödet genom systemet och där, för användning i ett flygplan, minsta möjliga motorkompressorläckflöde utnyttjas för att effektivt uppnå erforderlig kabintemneratur- och tryckreglering.

Enligt uppfinningen sker detta genom att i det inledningsvis definierade miljökontrollsystemet den första kontrollventilen är anordnad uppströms om kyl- och förbiledningskanalerna för reglering av det totala luftflödet från tryckluftkällan, och att de andra och tredje ventilerna är synkroniserade och fasade så att reglering av endera ventilen från ett inställningsläge medför en samtidig och proportionellt motsatt reglering av den andra ventilen, varigenom flödeshastighet och temperatur på det kombinerade flödet genom kyl- organet och förbiledningskanalen är reglerbara oberoende av varandra.

Enligt föreliggande uppfinning är det mycket viktigt att den Första kontrollvcntilen,anordnad Hnhströms om kyl~ och förbilednings~ kanalerna, reglerar luftflödct från Lryckluftkällan i beiocnde av trycket men oberoende av temperaturen, medan de andra och tredje kon- tr ïlventilerna, placerade i serie relativt kylorganet och i förbi- led Jngskanalen, respektive håller kabintemperaturen på önskad nivå 0l.;r-1_..,.|ff{e av i.l'yrxpsztr\,'Ia<'-1f<\v:1 446 848 4 av temperaturen samtidigt med reglering av temperaturen oberoende av trycket, är under vissa förhållanden av stor betydelse. Genom ovannämnda drag håller kontrollventilerna i luftkonditionerings- och förbiledningskanalernaixmperaturen på tillförd luft i beroende av endast kabintemperaturbehoven utan att påverkas av kabintryckkraven.

Likaså håller den första kontrollventilen tillförseltrycket i beroende av endast tryckbehoven men inte i beroende av kabintemperaturkraven.

Således kommer variationer i systemtrycket inte att avleda kabin- temperaturen från önskade värden därpå och variationer i system- temperaturen inte att ändra kabintrycket från önskade värden pâ detsamma. Ett annat väsentligt uppfinningskännetecken är att ven- tilerna som reglerar kyl- och förbiledningsluftflödena är fasade och synkroniserade så, att en inställning av en av ventilerna åt- följes av en motsatt proportionell ändring av den andra ventilens inställning. Då följaktligen mera värme eller kylning erfordras, öppnas motsvarande ventil så att ett ökat flöde av erforderlig varm eller kall luft erhålles med en därav följande minskning av in- flödet av luft med motsatt temperatur. Den andra kontrollventilen, som styrs av trycket oberoende av temperaturen, reglerar det totala systemtillförseltrycket oberoende av det momentana kabintemperatur- behovet, så att justeringar av temperaturen inte negativt påverkar trycket och vice versa. Föreliggande miljökontrollsystem utnyttjar alltså motorläckluft på ett mycket effektivt sätt under upprätthållande av optimala temperatur- och optimala tryckförhållanden.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, på vilken figur 1 schematiskt visar ett miljökontrollsystem enligt upp- fínningen; figur 2 grafiskt visar driftsegenskaperna hos en trvckregle- rande kontrollventil som användes i systemet; och figur 3 grafiskt visar driftsegenskaperna hos temperaturkon- trollventilerna i systemet.

Med hänvisning till figur 1 betecknas miljökontrollsystemet enligt uppfinningen generellt med 10 och innefattar en huvudtill- förselledning eller -kanal 15 med utlopp åt vänster till ett slutet utrymme, t.ex. en flygplanskabin (ej visad), vars temperatur och tryck skall regleras av systemet. Inloppsluft till systemet införes i ledningen 15 från höger vid en lämplig källa såsom kompressorsek- tionen i en gasturbinmotor. Systemet inkluderar en första (tryck- reglerande) kontrollventil 20 som anordnats i ledningen 15 och vars inställning reglerar ledningens effektiva tvärsnittsarea och därvid f 5 446 848 flödet därigenom från källan. Såsom visas är ventilen 20 en spjäll- ventil med ett kuqqdrev 25 på ventilaxeln, vilket kuggdrev ingriner i en kuggstånq 30 som är ansluten till ett ventilmanöverorgan 35.

Alternativt kan ventilen 20 drivas medelst en vevaxel av känd typ.

Manöverorganet 35 innefattar första och andra cylindrar 40 respek- tive 45, vilka mottager i sig första och andra kolvar 50 respektive 55.

Kolvarna 50, 55 är sammankopplade medelst en stång 60, varvid den mindre kolven 50 är tätad vid cylindern 40 medelst ringen 65 och ansluten till kuqqstången 30 med ett lämpligt organ, t.ex. anslut- ninqsstaven 70. Den större kolven 55 är tätad vid cylindern 45 medelst ett rullmembran 75. Kolvens 50 vänstra sida står via en led- ning 80 i förbindelse med ledningen 15 nära systemets luftintaq.

Kolven 55 kommunicerar med systeminloppet via en ledning 85, vilken står i förbindelse med ledningen 80 via en öppning 90 och en kul- ventil 95 som drives av en solenoid 100 och som normalt ej ligger an mat ventilsätet 105. En del av luften i ledningen 85 läcker konti- nuerligt ur denna genom en grenledning 107 med en öponing 110 i änden, varvid öppningens effektiva vta regleras selektivt av en klaff 115.

Under stabila förhållanden pâverkas kolvens 50 vänstra sida av lufttrycket uppströms om spjällventilen 20, som tvingar kolven åt höger med en kraft som är proportionell mot trycket. Likaså på- verkas kolven 55 av systemets luftinloppstryck och tvingar denna åt vänster, varvid luften som läcker från qrenledninqen 107 kom- penserar kolvens 55 större diameter så att båda kolvarna utvecklar i huvudsak lika stora och motsatta krafter på varandra. Vid konstant systeminloppstryck förblir således kolvarna i jämvikt och ventilen 20 intar ett särskilt läge.

En ändrinq i systemets inloppstryck, t.ex. en ökning av komp- ressorns utloppstryck, avkännes först av kolven 50, varvid öponingen 90 fördröjer det ökade tryckets effekter på kolven 55. En dylik ökning av kompressorutloppstrycket sätter följaktligen krafterna på kalvarna 50, 55 ur balans, varvid det ökade trycket som först pâ- verlar kolven 50 för att föra kolvarna åt höger, får kugvstången 30 att delvis stänga ventilen 20. Eventuellt, efter fördröjningen som åstadkommes av öpnningen 90, uppträder det ökade trycket också i cylindern 45, varvid kraften på kolven 55 ökar för att förhindra çtteßligare förskjutning av kolven 50 och ventilen 20 och således “ ¿uätt1 eyetemjämvikten med luft som läckt från öppninqen 110. ';nti!.n 20 pâverkas av omgivningens tryck (flyqhöjd) samt av 446 848 6 systemets inloppstemperatur. Fortfarande med hänvisning till fiqur 1 är klaffen 115 monterad på svängtappen 117 och drives av manöver- anordningen 120. Manöveranordningen 120 innefattar cylindrar 125 och 130, vilka i sig mottager kolvar 135 respektive 140, varvid varje kolv är tätad mot motsvarande cylinder av ett rullmembran.

Klaffen 115 påverkas även av en fjäder 145 som förspänner klaffen mot såväl en evakuerad bälg 150, som påverkas av omgivningens tryck (PAMB), som kolven 135. Kolven 135 kommunicerar med systemflödet nedströms om ventilen 20 via en ledning 160, medan kolven 140 står i förbindelse medrædströmsflödet via ledningen 160 och en ledning 165 med en strypning 170.

Under stabila förhållanden förblir det reglerade systemtrvcket (PREG) konstant vid konstant omgivande tryck (flyghöjd). fall höjden varierar, varierar det omgivande trycket, varvid reglering av systemtrycket erfordras. En ändring av omgivningens tryck resul- terar således i en motsvarande ändring av kraften på den evakuerade bälgen 150, vilket i sin tur medför en reglering av klaffen 115 som innebär antingen en ökning eller en minskning av öppningens 110 Qm effektiva yta (läckflöde). Härvid regleras trycket på kolven 55 s att krafterna på manöverorganet 35 kommer ur balans för reglering av tryckregleringsventilen 20 till ett läge motsvarande erforder- ligt systemutgângstryck. Ändringen i reglerat tryck uppträder omedel- bart i cylindern 125 och påverkar kolven 135 att förskjuta kraft- ändringen på klaffen 115 p.g.a. omgivningens tryckändring. Det reglerade trycket påverkar därefter kolven 140 via ledningen 165 och strypningen 170 för att på nytt reglera öppningens 110 effek- tiva yta, varvid utjämning av krafter på motsatta sidor om kolvarna 50, 53 medges för stabilisering av spjällventilens 20 rörelse.

Flyghöjdens inverkan på ventilens 20 funktion framgår av figur 2, där PREG, det reglerade trycket nedströms om ventilen 20 visas sjunka med ventilens stängning i beroende av ökad höjd. Såsom angivits ovan och som framgår av figur 2, erfordras vid högre höjder där kabinluft måste värmas upp, väsentligt mindre komprimering än vid lägre höjder, där tillräcklig kylning kanske endast uppnås genom att öka kabintrycket.

Aktivering av solenoiden 100 till dess stängningsläge, får trycket på kolven 55 att sjunka via öppningen 110, varvid lufttrycket i cfïindern 40 lillåtes försnänna kolven 50 åt höger så al! vvntíI~n 20 atïnqs och systemet deaktiveras.

Således framgår att miljökontrollsystemet enligt föreliggande , 446 848 uppfinning medger tryckreglering oberoende av varje temperatur- reglering medelst den första kontrollventilen 20 och manöverorganet 35. Likaså uppnås enligt uppfinningen temperaturreglering oberoende av tryckreglering medelst andra och tredje kontrollventiler 175, 180 i en kylledning 183 och förbiledningskanal 185. Såsom visas kan kylledningen 183 innefatta en förlänqning av ledningen 15 och uppvisar däri ett luftkonditioneringsaqgregat 190 eller kylorgan av lämplig typ, t.ex. något av de kända luftcykel- eller freonkyl- systemen. Luft som tillföres via ledningen 180 avkyles i aggregatet 190 för utströmning i flygplanskahinen. Luft som ledas genom kanalen 185 förblir i huvudsak vid inloppstemperaturen, ledes förbi luft- konditioneringsaqgregatet och blandas med kylluften nedströms om aggregatet för utströmning i kabinen.

Temperaturen på luften som strömmar ut ur systemet enligt uppfinningen bestämmes av de andra och tredje kontrollventilernas 1"5, 150 inställning. En kabintemperaturkontroll 195, t.ex. en termostat eller liknande avkänner kabintemperaturen, jämför densamma med önskad temperatur och signalerar till en gemensam manöveranord- ning 200 som ställer in ventilerna 175, 180 för att tillfredsställa kontrollens krav. Ventilerna 175, 180 synkroniseras av manöveranord- ningen 200 via länksystemet 210, innefattande ventillänkar 215 och 220, vilka i sin ena ände är fast anslutna till axeln på mot- svarande kontrollventil och med andra änden svängbart ansluten till en huvudlänk 225 respektive 230. Det kan ses att drivning av manöver-I anordningen 200, i detta fall rotation av en arm 205, resulterar i en i huvudsak vertikal förskjutning av huvudlänkarna 225, 230 och svängning av ventillänkarna 215, 220 , varvid inställning av ven- tilerna 175, 180 sker. Såsom visas är ventilerna inte bara syn- kroniserade utan också fasade, så att reglering av en av ventilerna medelst manöveranordningen 200, resulterar i en samtidig och propor- tionell motsatt reglering av den andra.

Enligt uppfinningen och som framgår av figur 3, medför fas- inställningen och synkroniserinqen av ventilerna att det effektiva flïdesmotstândet (summan av de effektiva areorna) för förbilednings- kanalen 185 (inklusive ventilen 180) och kylluftledningen 183, inllusive luftkonditionerinqsaggregatet 190 och ventilen 175, förblir nästan konstant vid olika inställningar av ventilerna 175, 180.

I figur 3 indikeras förbiledningskanalens med ventilen 180 e'7-kliva :ren för olika manöveranordningsläqen (ventilinställningar) ai 'f:fla :ë5. kjlledningens 183 med ventilen 175 effektiva area

Claims (5)

446 848 8 ”för olika manöveranordningsläqen (ventilens 175 inställnincar) indikeras av en kurva 240. Från kurvan 240 subtraheras den effektiva begränsningen av luftkonditioneringsaggregatet, representerad av kurvan 245, för erhållande av en kurva 250 som definierar den effektiva arean för ledningen 183, ventilen 175 och luftkonditionerinqsagqregatet 190 för alla manöveranordningsläqen. Det skall noteras att den totala effektiva ytan är summan av kurvorna 235 och 250, som ger kurvan 255, vilken representerar ett i huvudsak konstant värde, För alla manöveranordningsinställningar förblir således flödet genom systemet huvudsakligen konstant. Vid konstant flyghöjd kan således reglering av kabintemperatur genomföras utan ändring av kabinflödet. Såsom visas är ventilerna inställda för maximal kyl~ ning, då ventilen 180 är stängd och ventilen 175 helt öppen. Under drift medför t.ex. en signal från temperaturkontrollen 195 som begär högre kabintemparatur, igångsättning av manöveranordningen 200, där armen 205 vrids moturs och drar länkarna 225, 230 i huvudsak upoåt så att länkarna 215, 220 svänqes moturs. Detta tenderar att stänga ventilen 175 samtidigt som ventilen 180 öppnas. Således framgår att en begäran på högre kabintemperatur medför inte bara en öknind av förbiledningsflödet, utan även en motsvarande proportionell minskning av flödet genom luftkonditioneringsaggregatet. Inaetdera av flödena genom ledningarna 180, 183 måste således övervinna det andra och önskad temperatur uppnås med konservering av motorläck- luft och stabilisering av kabintrycket. Patentkrav

1. Miljökontrollsystem, innefattande en tryckluftkälla, ett led- ningsorgan för tryckluftkällan till ett slutet utrymme, ett organ (190) för avkylning av en del av tryckluften, varvid beröringsorganet omfattar en kylkanal (183) och en förbiledninqskanal (185) för att leda återstoden av tryckluften förbi kylorganet i kylkanalen, en första kontrollventil (20) som styrs i beroende av trycket men oberoende av temperaturen, en andra kontrollventil (175) som är anordnad i serie med kylorganet (190) för reglering av luftflödet därtill samt en tredje kontrollventil (180) som är anordnad i för- biledningskanalen för reglering av luftflödet därigenom, varvid de andra och tredje ventilerna styrs i beroende av temperaturen men oš:;oende av trycket, k ä n n e t e c k n a t a v att den första kf~>rfl“ven:i7en (20) är anordnad uppströms om kyl- och förbiled- 9 446 848 ninqskanalerna (183 respektive 185) för reglerino av det totala luftflödet från tryckluftkällan, och att de andra och tredje ven~ tilerna (175, 180) är synkroniserade och fasade så att reqlerino av endera ventilen från ett inställninqsläqe medför en samtidiq och proportionellt motsatt reglerina av den andra ventilen, vari- genom Flödeshastiqhet och temperatur på det kombinerade flödet genom kylorqanet och förbiledninqskanalen är reqlerbara oberoende av varandra.

2. Miljökontrollsystem enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t a v att den totala flödesresistensen hos kylorganet (190) och de andra och tredje kontrollventilerna (175, 180) är i huvud- sak konstant vid alla ínställningsläqen på ventilerna.

3. Miljökontrollsystem enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t a v att de andra och tredje kontrollventilerna (175, 180) är fasinställda således att en av ventilerna är helt öppen då den arifa är helt stängd.

4. Miljökontrollsystem enliqt patentkrav 1, k ä n n e t e c k ~ n a c a V att de andra och tredje kontrollventilerna (175, 180) regïeras medelst en qemensam manöveranordning (200).

5. Mlljöxontrollsystem enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t a v att den första kontrollventilen (20) också styrs i beroende av höjden.