WO2013087063A2

WO2013087063A2 - Luftfiltervorrichtung, kabinenbelüftungsvorrichtung und luftfahrzeug mit einer solchen luftfiltervorrichtung, sowie ein verfahren zum reduzieren von schadstoffen in einer zapfluft eines luftfahrzeugs

Info

Publication number: WO2013087063A2
Application number: PCT/DE2012/001194
Authority: WO
Inventors: Helmut Oberpriller; Christian Wolff
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2014-06-16
Also published as: DE102012024345A1; WO2013087063A3; DE102012024345B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfiltervorrichtung (10) zum Reduzieren von gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Luftfahrzeugstriebwerk, die einen Leitungsbereich (32) zum Hindurchleiten der Zapfluft, einen benachbart zu dem Leitungsbereich (32) angeordneten Schadstoffaufnahmebereich (34) zur Aufnahme von Schadstoffen aus der Zapfluft, eine Trenneinrichtung (14) und eine Schadstoffverringerungseinrichtung (16) zum Reduzieren der Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereich (34) aufweist. Die Trenneinrichtung (14) trennt dabei den Schadstoffaufnahmebereich (34) von dem Leitungsbereich (32), wobei der Leitungsbereich (32) derart ausgebildet ist, dass die Zapfluft an der Trenneinrichtung (14) vorbeiströmt, und wobei die Trenneinrichtung (14) eine Diffusionseinrichtung (24) zum Hindurchdiffundieren von Schadstoffen durch die Trenneinrichtung (14) aufweist. Weiter betrifft die Erfindung eine Kabinenbelüftungsvorrichtung (110) und ein Luftfahrzeug (100), das eine solche Luftfiltervorrichtung (10) aufweist, und ein Verfahren zum Reduzieren von gasförmigen Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Luftfahrzeugstriebwerk (106).

Description

Luftfiltervorrichtung, Kabinenbelüftungsvorrichtung und Luftfahrzeug mit einer solchen Luftfiltervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Reduzieren von

Schadstoffen in einer Zapfluft eines Luftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Luftfiltervorrichtung zum Reduzieren von gasförmigen, und/oder partikulären, z.B. tröpfchenförmigen, Schadstoffen in der Zapfluft aus einem Luftfahrzeugstriebwerk. Ferner betrifft die Erfindung eine Kabinenbelüftungsvorrichtung und ein Luftfahrzeug, die eine solche Luftfiltervorrichtung aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren, das die Prinzipien der Luftfiltervorrichtung verwendet.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Luftfahrt, insbesondere der zivilen Luftfahrt, und befasst sich im Speziellen mit der Reinigung der Luft von Schadstoffen, die einer Kabine eines Luftfahrzeugs zur Belüftung zugeführt wird.

Bei Flügen in Reiseflughöhen, wie sie in der zivilen Luftfahrt üblich sind, kann zur Belüftung der Kabine die Außenluft nicht direkt in die Kabine geleitet werden, da die Außenluft sehr kalt (ca. - 50°C) ist und nur sehr geringe Drücke (ca. 0,2 bar) aufweist. Daher haben Flugzeuge meist eine Belüftungsanlage, die die Kabine mit Luft mit Zimmertemperatur und mit Drücken auf 2300 m über Meeresniveau (ca. 760 mbar) versorgt. Dazu wird Luft aus dem Kompressor eines Triebwerks abgezapft und diese sogenannte Zapfluft der Kabine zugeführt. Die Zapfluft kann jedoch gasförmige und/oder partikuläre, anorganische bzw. organische Verunreinigungen enthalten. Die Verunreinigungen resultieren beispielsweise aus der Kontamination der angesaugten Außenluft oder durch Triebwerksschmieröle, die aufgrund von Triebwerksundichtigkeiten in die Zapfluft gelangen können. Die abgezapfte Luft aus dem Triebwerkskompressor hat eine Temperatur zwischen 400 und 500°C und kann von einem Precooler, der sich z.B. im Pylon, die Befestigung des Triebwerks, befindet, auf ca. 200°C abgekühlt werden. Die Zapfluft wird auch

BESTÄTIGUNGSKOPIE Bleed Air genannt. Die Bleed Air wird dann über den Flügel in den Rumpf des Flugzeugs geleitet und hat nun einen Druck von ca. 2 bar, ehe sie nach Kühlung und Druckentspannung mit der aus der Kabine rezirkulierten Luft gemischt und in die Kabine geleitet wird.

Die Luftverunreinigungen können entweder unverändert in die Kabine gelangen oder aufgrund der hohen Temperaturen thermisch degradiert werden. Dadurch können geruchsaktive sowie möglicherweise gesundheitsgefährdende Stoffe in die Kabine gelangen. Derzeit sind keine marktfähigen Luftaufbereitungsverfahren bekannt, die im Temperaturbereich von 200°C effektiv und effizient arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die eine effektive Reinigung der Luft von gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1 und durch das Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Eine Kabinenbelüftungsvorrichtung und ein Luftfahrzeug mit einer solchen Luftfiltervorrichtung sind Gegenstand der weiteren Nebenansprüche.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Erfindung wird eine Luftfiltervorrichtung zum Reduzieren von gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Luftfahrzeugtrieb- werk geschaffen, die einen Leitungsbereich zum Hindurchleiten der Zapfluft, einen Schadstoffaufnahmebereich zur Aufnahme von Schadstoffen aus der Zapfluft, eine Trenneinrichtung und eine Schadstoffverringerungseinrichtung zum Reduzieren der Schadstoffkonstellation in dem Schadstoffaufnahmebereich aufweist. Der Schadstoffaufnahmebereich ist dabei benachbart zu dem Leitungsbereich ange- ordnet. Die Trenneinrichtung trennt den Schadstoffaufnahmebereich von dem Trennbereich, wobei der Leitungsbereich derart ausgebildet ist, dass die Zapfluft an der Trenneinrichtung vorbeiströmt, und wobei die Trenneinrichtung eine Diffusionseinrichtung zum Hindurchdiffundieren von Schadstoffen durch die Trenneinrichtung aufweist.

Im bevorzugten Betrieb der Luftfiltervorrichtung wird die Zapfluft durch den Leitungsbereich an der Diffusionseinrichtung, mit dieser in Kontakt, vorbeigeleitet. Die Schadstoffkonzentration in dem Leitungsbereich ist höher als in dem Schadstoffaufnahmebereich, da die Schadstoffverringerungseinrichtung die Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereich reduziert. Dadurch entsteht ein Schadstoffkonzentrationsgefälle zwischen dem Leitungsbereich und dem Schadstoffaufnahmebereich, wodurch die Schadstoffe durch die Diffusionseinrichtung in den Schadstoffaufnahmebereich hindurchdiffundieren. Im Schadstoffaufnahmebereich wird die Schadstoffkonzentration durch die Schadstoffverringerungseinrichtung, wie erwähnt, reduziert. Eine Sättigung der Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereich kann somit nicht entstehen, wodurch der Filter vorzugsweise zeitlich unbegrenzt funktionsfähig ist.

Die Luftfiltervorrichtung in ihrer bevorzugten Ausführungsform reinigt die Zapfluft, auch über einen längeren Zeitraum, effektiv von unterschiedlichen gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen. Die Schadstoffe in der Kabinenluft sind somit wesentlich verringert, so dass die Gesundheitsverträglichkeit der Kabinenluft sowie der Komfort für die Passagiere erhöht ist.

Ein weiterer bevorzugter Vorteil der Luftfiltervorrichtung ist, dass geringe Wartungskosten für die Luftfiltervorrichtung anfallen, da ein passives Wirkprinzip zur Reduktion von Schadstoffen in der Zapfluft verwendet wird. Das heißt, bevorzugt werden keine bewegten Teile und keine Verbrauchsmaterialien in der Luftfiltervor- richtung verwendet, die in Wartungsarbeiten gereinigt bzw. ersetzt werden müss- ten. Daher weist die Luftfiltervorrichtung vorteilhafterweise eine quasi unbegrenzte Lebensdauer auf. Zusätzlich fallen für einen bevorzugten Gebrauch der Luftfiltervorrichtung wenig zusätzliche Betriebskosten an, da vorzugsweise nur wenig Verschleißteile vorhanden sind, die routinemäßig ersetzt werden müssten.

Vorzugsweise ist die Luftfiltervorrichtung ein passives System, d.h. es werden keine Komponenten benötigt, die mit Energie versorgt werden müssten. Die bevorzugte Luftfiltervorrichtung ist somit besonders energiesparend, womit der Gesamtenergieverbrauch des Luftfahrzeugs und damit dessen Treibstoffverbrauch gesenkt werden kann.

Es ist bevorzugt, dass die Schadstoffverringerungseinrichtung eine Schadstoffabführeinrichtung zum Abführen von Schadstoffen zwecks Verringerung der Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereich aufweist.

Durch Abführen der Schadstoffe aus dem Schadstoffaufnahmebereich lässt sich einfach und zuverlässig die Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffbereich unter der Schadstoffkonzentration in dem Leitungsbereich halten.

Dazu weist die Schadstoffabführeinrichtung der Luftfiltervorrichtung vorzugsweise wenigstens einen Durchgang auf, der mit der Außenluft verbunden ist, die frei von gasförmigen Schadstoffen ist.

Unter Außenluft soll die Luft um das Luftfahrzeug verstanden werden, die nicht mit dem Triebwerk in Berührung kommt, zum Beispiel Luft, die am Rumpf des Luftfahrzeugs vorbeiströmt. Im Flugbetrieb beträgt die Temperatur der Außenluft üblicherweise -50°C bei einem Druck von 200 mbar. Durch den Durchgang, der mit der Außenluft verbunden ist, wird vorzugsweise eine einfache sowie zuverlässige Vorrichtung geschaffen, die die Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereiche reduziert. Bevorzugt sollte lediglich der Durchgang in einem Bereich des Flugzeugs mit der Außenluft verbunden sein, der keine Schadstoffe, die in der Nähe des Triebwerks entstehen, aufweist. Die Schadstoffe in dem Schadstoffaufnahmebereich werden dann vorzugsweise aufgrund der Druck- und Temperaturdifferenz durch Diffusion der Schadstoffe in die Außenluft oder durch Konvektion der Luft in den Schadstoffaufnahmebereich abgeführt. Dies hätte den Vorteil, dass keine zusätzlichen Einrichtungen, wie beispielsweise ein Gebläse zum Betrieb der Luftfiltervorrichtung, nötig wäre. Dadurch würde der Energieverbrauch der Luftfiltervorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Luftfiltervorrichtungen sowie deren Betriebskosten gesenkt.

Weiter vorzugsweise weist der Durchgang der Schadstoffabführeinrichtung eine Verschlusseinrichtung zum gasdichten Verschließen des Durchgangs auf.

Die Verschlusseinrichtung dient in einer bevorzugten Ausführungsform zum Verschließen des Durchgangs im Falle eines Fehlers in der Luftfiltervorrichtung, wie beispielsweise Undichtigkeiten in der Diffusionseinrichtung, d.h. eine direkte Verbindung des Leitungsbereichs mit dem Schadstoffaufnahmebereich. Das gasdichte Verschließen der Verschlusseinrichtung würde somit verhindern, dass Luft aus dem Leitungsbereich in den Schadstoffaufnahmebereich und dann ins Freie strömen könnte, wodurch potentiell der Druck in der Kabine abfallen könnte. Die Verschlusseinrichtung wäre somit ein Mittel, mit dem im Schadensfall der Luftfiltervorrichtung Auswirkungen auf die Kabine verhindert werden könnten.

Es ist bevorzugt, dass die Diffusionseinrichtung wenigstens eine Austauschfläche umfasst. Die Austauschfläche ist als tubuläre Anordnung und/oder als planare Anordnung ausgebildet. Die Austauschfläche kann als Anordnung mit mehreren auf- einenaderfolgenden oder abwechselnd aufeinanderfolgenden tubulären und/oder planaren Anordnungen ausgebildet sein.

Die tubuläre Anordnung weist wenigstens ein Röhrchen mit einer Wandung auf, durch die die Schadstoffe diffundieren. Vorzugsweise weist die tubuläre Anordnung eine Vielzahl von Röhrchen auf. Die planare Anordnung weist wenigstens zwei Platten auf, durch die die Schadstoffe diffundieren. Vorzugsweise weist die planare Anordnung eine Vielzahl von im Wesentlichen parallel angeordneten Platten auf.

Sowohl die Röhrchen als auch die Platten können je nach Material, aus dem sie hergestellt sind, flexibel oder starr sein. Die flexible Ausgestaltung der Röhrchen, beispielsweise als Schlauch, oder die flexible Ausgestaltung der Platten ist besonders robust gegen Vibrationen und kann einfach an die Form der Luftfiltervorrichtung angepasst werden. Eine gute Anpassung der Luftfiltervorrichtung an die Einbausituation im Luftfahrzeug wäre damit besonders einfach möglich. Eine starre Ausgestaltung böte hiergegenüber den Vorteil, dass die Röhrchen oder Platten einfacher montiert werden könnten. Dies würde die dem Aufnahmebereich zugängliche Oberfläche verringern, die zur Diffusion genutzt werden könnte.

Durch eine bevorzugte Ausgestaltung der Diffusionseinrichtung als Röhrchen und vor allem als einer Vielzahl von Röhrchen oder als Platten und vor allem als einer Vielzahl von Platten wird die Fläche, durch die die Schadstoffe hindurchdiffundieren können, erhöht, wodurch die Effektivität der Luftfiltervorrichtung gesteigert werden kann. Zudem sind Röhrchen oder Platten technisch einfach herzustellen, so dass die Herstellungskosten der Luftfiltervorrichtung gering gehalten werden könnten. Vorzugsweise hat das Röhrchen einen Innendurchmesser zwischen 0,1 mm und 10 mm. Bei der planaren Anordnung entspricht dies dem Abstand zwischen den einzelnen Platten.

Ein geringer Innendurchmesser der Röhrchen oder geringer Plattenabstand ermöglicht es, sehr viele Röhrchen bzw. Platten in eine Luftfiltervorrichtung einer begrenzten Größe einzubauen, wodurch sich die Fläche der Diffusionseinrichtung erhöhen ließe, wodurch wiederum die Effektivität der Luftfiltervorrichtung gesteigert werden könnte.

Weiter vorzugsweise weist die Diffusionseinrichtung eine Wandung aus einem gasdichten absorptionsfähigen Material auf, wobei vorzugsweise das Material der Wandung ein Lösen und anschließende Permeation und Diffusion der Schadstoffe ermöglicht.

Wenn die Diffusionseinrichtung eine Wandung aus einem gasdichten Material hat, wird ermöglicht, dass die Schadstoffe durch die Wandung hindurchdiffundieren können. Die Eigenschaften des gasdichten Materials wird dabei vorzugsweise auf die zu erwartenden Schadstoffe in der Zapfluft abgestimmt.

Zudem weist das gasdichte Material der Diffusionseinrichtung vorzugsweise eine hohe Absorptionsrate gegenüber den Schadstoffen auf. Dies bedeutet, dass die Wechselwirkung zwischen dem gasdichten Material und den Schadstoffen weder zu gering noch zu hoch ist. Wäre die Wechselwirkung zu gering, würde die Absorptionsrate gesenkt, d.h. wenig Schadstoffe diffundieren in das gasdichte Material der Diffusionseinrichtung hinein, so dass die Effizienz der Luftfiltervorrichtung gesenkt würde. Wäre die Wechselwirkung zwischen dem gasdichten Material der Diffusionseinrichtung und den Schadstoffen jedoch zu groß, d.h. es träte eine starke Bindung zwischen den Schadstoffen und dem gasdichten Material auf, würde die Diffusion (Permeation) der Schadstoffe in der Diffusionseinrichtung aufgrund der längeren Bindungsdauer zwischen Schadstoff und gasdichtem Material verlangsamt. Dies hätte zur Folge, dass sich die Schadstoffe in dem gasdichten Material der Diffusionseinrichtung„stauen", so dass weniger Schadstoffe durch das gasdichte Material hindurchdiffundieren. Dies würde wiederum die Effektivität der Luftfiltervorrichtung senken.

Es ist bevorzugt, dass die Diffusionseinrichtung aus Polymeren, insbesondere Silikonen und/oder Teflon basierte Materialien, beispielsweise halogenierte Polymere gefertigt ist.

Die genannten Materialien weisen die oben beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich dem strukturellen Aufbau des gasdichten Materials der Diffusionseinrichtung auf.

Die Luftfiltervorrichtung weist einen Einlassbereich und einen Auslassbereich auf, wobei die Zapfluft von dem Einlassbereich durch den Leitungsbereich in den Auslassbereich strömt.

Vorzugsweise weist die Trenneinrichtung ein erstes Haltemittel und ein zweites Haltemittel auf, die die Diffusionseinrichtung stützen, wobei vorzugsweise das erste Haltemittel den Einlassbereich von dem Schadstoffaufnahmebereich abteilt, und das zweite Haltemittel den Auslassbereich von dem Schadstoffaufnahmebereich abteilt.

Durch diesen bevorzugten einfachen Aufbau der Luftfiltervorrichtung wird ein effektiver Betrieb der Luftfiltervorrichtung bereitgestellt. Weiter vorzugsweise sind das erste und das zweite Haltemittel aus einem Material gefertigt, das Druck, Temperaturgefälle und Vibrationen widerstehen kann und vorzugsweise aus Epoxidharz oder Metall gefertigt ist.

Die genannten Eigenschaften des ersten und zweiten Haltemittels sind bevorzugt, damit die Luftfiltervorrichtung dem Temperatur- und Druckgefälle zwischen dem Einlassbereich dem Leitungsbereich und dem Auslassbereich auf der einen Seite und dem Schadstoffaufnahmebereich auf der anderen Seite Stand halten kann. Die in der Luftfiltervorrichtung auftretenden Vibrationen, die beispielsweise von dem Triebwerk des Luftfahrzeugs verursacht werden, sollten vorteilhafterweise von dem ersten und zweiten Haltemittel toleriert werden können.

Es ist bevorzugt, dass die Luftfiltervorrichtung in einem Temperaturbereich von 50°C bis 400°C und in einem bevorzugten Temperaturbereich von 150°C bis 250°C funktionsfähig ist.

In der bevorzugten Ausführungsform der Luftfiltervorrichtung liegt der Arbeitsbereich der Luftfiltervorrichtung zwischen 150°C und 250°C. Dies bedeutet, dass die Luftfiltervorrichtung vorzugsweise so aufgebaut ist, dass sie in diesem Temperaturbereich funktionsfähig ist. Da die Funktionsweise der bevorzugten Luftfiltervorrichtung auf Diffusion und Permeation beruht, steht der Funktionsfähigkeit der Luftfiltervorrichtung auch unterhalb von 50°C und über 400°C im Prinzip nichts entgegen; allerdings müssten in einem solchen Fall die verwendeten Materialien der Luftfiltervorrichtung den auftretenden Temperaturen, besonders oberhalb von 400°C, Stand halten können.

Die Temperatur, bei der die bevorzugte Luftfiltervorrichtung arbeitet, wird durch die Temperatur der Zapfluft festgelegt. Vorteil der bevorzugten Luftfiltervorrichtung ist es daher, dass die Luft nicht weiter gekühlt werden muss, um von Schadstoffen gereinigt zu werden. Zudem funktioniert das Hindurchdiffundieren der Schadstoffe durch die Diffusionseinrichtung (Permeation) bei ca. 200°C am besten, so dass die Zapfluft zur Reduktion von Schadstoffen vorzugsweise nicht gekühlt werden muss.

Die Erfindung betrifft weiter eine Kabinenbelüftungsvorrichtung zur Belüftung einer Kabine eines Luftfahrzeugs, die eine Luftfiltervorrichtung, wie oben beschrieben, umfasst.

Eine solche Kabinenbelüftungsvorrichtung kann aufgrund der oben genannten Vorteile der Luftfiltervorrichtung besonders günstig in der Wartung und besonders energiesparsam im Betrieb.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeug, das eine Kabine, ein Triebwerk und entweder eine Luftfiltervorrichtung oder eine Kabinenbelüftungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben werden, umfasst, um eine Schadstoffkonzentration einer Zapfluft, die während des Flugs dem Triebwerk durch Belüftung der Kabine entnehmbar ist, zu reduzieren.

Die Zapfluft wird bevorzugt aus dem Kompressor des Triebwerks entnommen.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren von gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Luftfahrzeugtriebwerk, das folgende Schritte umfasst: Vorbeileiten der Zapfluft in einem Leitungsbereich an einer Trenneinrichtung mit einer Diffusionseinrichtung aus gasdichtem Material, Verringern der Konzentration der gasförmigen Schadstoffe in einem Schadstoffaufnahmebereich, der benachbart zu dem Leitungsbereich angeordnet ist und der durch die Trenneinrichtung von dem Leitungsbereich getrennt ist mittels einer Schadstoffverringerungseinrichtung, und Hindurchdiffundieren der Schadstoffe durch die Diffusionseinrichtung von dem Leitungsbereich in den Schadstoffaufnahmebereich.

Das Verfahren nutzt die Prinzipien der oben beschriebenen Luftfiltervorrichtung, wodurch das Verfahren die oben beschriebenen Vorteile der Luftfiltervorrichtung aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Luftfiltervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch zwei Röhrchen einer tubulären Anordnung der

Luftfiltervorrichtung aus Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Luftfahrzeug mit der Luftfiltervorrichtung aus Fig. 1 ,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verschlusseinrichtung der Luftfiltervorrichtung und

Fig. 5 einen Querschnitt durch zwei Platten einer planaren Anordnung der

Luftfiltervorrichtung aus Fig.1.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Luftfiltervorrichtung 10 zum Reduzieren von Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Triebwerk dargestellt. Die Luftfiltervorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 und eine Trenneinrichtung 14 auf. Das Gehäuse 12 weist eine Schadstoffverringerungseinrichtung 16, z.B. in Form einer Schadstoffabführeinrichtung 18 auf. Die Schadstoffabführeinrichtung 18 ist in der gezeigten Ausführungsform der Luftfiltervorrichtung 10 ein Durchgang 20 zur Außenluft. Der Durchgang 20 kann einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet sein oder durch Befestigungsmittel, wie beispielsweise Nieten, um ein Loch im Gehäuse 12 befestigt sein.

Der Durchgang 20 weist eine Verschlusseinrichtung 19 auf, womit der Durchgang 20 gasdicht verschlossen werden kann. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Verschlusseinrichtung 19 eine Klappe 21 , die mechanisch oder elektrisch geöffnet oder geschlossen werden kann.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verschlusseinrichtung 19. Eine Klappe 21 ist mittels zwei elastischer Elemente 23, beispielsweise zwei Federn, oberhalb des Durchgangs 20 angeordnet. Der Durchgang 20 kann mittels einer Dichtung 27 gasdicht verschlossen werden.

Für den unvorhergesehenen Fall, dass schadstoffhaltige Luft 38 aus dem Leitungsbereich 32 in den Schadstoffaufnahmebereich 34 gelangt, erhöht sich der Luftdruck im Schadstoffaufnahmebereich 34 und die Klappe 21 wird von innen gegen die Wandung der Schadstoffabführungseinrichtung 18 gedrückt, wodurch der Durchgang 20 gasdicht verschlossen wird. Mit anderen Worten wird die Klappe 21 aufgrund des erhöhten Luftdrucks im Schadstoffaufnahmebereich 34 automatisch geschlossen.

Die Trenneinrichtung 14 umfasst ein erstes Haltemittel 22, eine Diffusionseinrichtung 24 und ein zweites Haltemittel 26. Das erste Haltemittel 22 und das zweite Haltemittel 26 sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das Druck- Temperaturgefälle und Vibrationen widerstehen kann. Weiter vorzugsweise sind das erste Haltemittel 22 und das zweite Haltemittel 26 aus Epoxidharz oder Metall gefertigt.

Die Diffusionseinrichtung 24 weist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Luftfiltervorrichtung 10 eine tubuläre Anordnung 25a mit drei Röhrchen 28 in der gezeigten Schnittebene auf. Außerhalb der gezeigten Schnittebene sind vorzugsweise noch weitere Röhrchen 28 angebracht. Die Röhrchen 28 sind in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform starr und vorzugsweise aus einem Polymer, beispielsweise Silikon und/oder einem Teflon basierten Material gefertigt.

Alternativ kann die Luftfiltervorrichtung anstatt der tubulären Anordnung 25a auch eine planare Anordnung 25b mit sechs Platten aufweisen. Da der schematische Querschnitt für die tubuläre und planare Anordnung 25a, 25b gleich ist, zeigt Fig. 1 auch einen schematischen Querschnitt einer Luftfiltervorrichtung 10 mit einer planaren Anordnung 25b. Die folgenden Angaben beziehen sich auf Röhrchen 28, genauso wie auf Platten 29.

Das Gehäuse 12 und die Trenneinrichtung 14 teilen die Luftfiltervorrichtung 10 in einen Einlassbereich 30, einen Leitungsbereich 32, einen Schadstoffaufnahmebereich 34 und einen Auslassbereich 36. In dem Einlassbereich 30 strömt schad- stoffhaltige Luft 38, die Zapfluft, von einem nicht gezeigten Precooler in den Leitungsbereich 32. In dem Leitungsbereich 32 diffundieren die Schadstoffe durch eine Wandung 44 der Röhrchen 28 in den Schadstoffaufnahmebereich 34. Die Luft, die im Leitungsbereich 32 zurückbleibt, weist dann eine geringere Schadstoffkonzentration als die schadstoffhaltige Luft 38 auf und wird nun als schadstoffarme Luft 40 bezeichnet. Die schadstoffarme Luft 40 strömt von dem Leitungsbereich 32 über den Auslassbereich 36 in eine in Fig. 1 nicht gezeigte Kabine 108. Der Schadstoffaufnahmebereich 34 weist in Fig. 1 vier Schadstoffaufnahmeunterbereiche 42 auf, die zwar durch die Querschnittsansicht von Fig.1 als voneinander getrennt dargestellt sind, aber miteinander in Fluidverbindung stehen. Die in dem Schadstoffaufnahmebereich 34 aufgenommenen Schadstoffe werden vorzugsweise durch Diffusion der Schadstoffe aufgrund des Druckgefälles bzw. des Temperaturunterschieds der in dem Schadstoffaufnahmebereich 34 enthaltenen Luft durch den Durchgang 20 an die Außenluft abgeführt.

Das erste Haltemittel 22 stützt die Röhrchen 28 auf der Seite des Einlassbereichs 30, während das zweite Haltemittel 26 die Röhrchen 28 auf der Seite des Auslassbereichs 36 stützt. Zugleich trennt das erste Haltemittel 22 den Einlassbereich 30 von dem Schadstoffaufnahmebereich 34. Das zweite Haltemittel 26 trennt den Schadstoffaufnahmebereich 34 von dem Auslassbereich 36.

Die Röhrchen 28 werden nun anhand von Fig. 2, die exemplarisch zwei Röhrchen darstellt, näher erläutert. Die Röhrchen haben eine Wandung 44, die das Innere des Röhrchens, der Leitungsbereich 32, von dem Äußeren des Röhrchens, der Schadstoffaufnahmebereich 34, trennt. Die Wandung 44 ist aus einem gasdichten Material, einem Polymer, beispielsweise Silikon und/oder einem Teflon basierten Material gefertigt. Das Rölirchen 28 hat einen Innendurchmesser DU, der zwischen 0,1 mm und 10 mm liegt. Die Wanddicke DI richtet sich nach dem verwendeten Material und der damit verbundenen Diffusionsgeschwindigkeit der Schadstoffe durch die Wandung 44.

Die Röhrchen 28 sind in der bevorzugten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform benachbart zueinander angeordnet, wobei deren relative Lage je nach Form der Luftfilteranordnung 10 oder der Anzahl der Röhrchen 28 der Luftfiltervorrichtung 10 gewählt werden kann. Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Röhrchen 28, die eng nebeneinander, jedoch voneinander beabstandet, angeordnet sind, die Gesamtoberfläche der Diffusionseinrichtung 24 aufgrund der möglichen hohen Anzahl von Röhrchen 28 in der Luftfiltervorrichtung 10 und damit die Effektivität der Luftfiltervorrichtung 10 erhöhen.

Die Funktionsweise der Luftfiltervorrichtung ist wie folgt. Die schadstoffbelastete Luft 38 wird von dem Einlassbereich 30 durch den Leitungsbereich 32 geleitet. Die Schadstoffkonzentration der Zapfluft 38 ist dabei höher als die Luft in dem Schadstoffaufnahmebereich 34, da die Schadstoffe in dem Schadstoffaufnahmebereich 34 durch den Durchgang 20 abgeführt werden. Es besteht daher ein Konzentrationsgefälle zwischen dem Leitungsbereich 32 und dem Schadstoffaufnahmebereich 34, wodurch die Schadstoffe von dem Leitungsbereich 32 durch das Röhrchen 28 in den Schadstoffaufnahmebereich 34 diffundieren. Die in den Schadstoffaufnahmebereich 34 diffundierten Schadstoffe werden über den Ausgang 20 an die Außenluft abgeführt. Die schadstoffarme Luft 40 strömt in den Auslassbereich 36 und von dort in eine in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigte Kabine 108.

Die Platten 29 werden nun anhand von Fig. 5, die exemplarisch vier Platten 29 darstellt, näher erläutert. Die Platten haben eine Wandung 44, die durch die Dicke der Platte gegeben ist, wobei die Wandung 44 den Leitungsbereich 32 von dem Schadstoffaufnahmebereich 34 trennt. Die Wandung 44 ist aus einem gasdichten Material, beispielweise Silikon und/oder einem Teflon basierten Material gefertigt. Der Abstand DU zwischen zwei Platten 29, die den Leitungsbereich 32 begrenzen, liegt zwischen 0,1 mm und 10 mm. Die Wanddicke DI richtet sich nach dem verwendeten Material und der damit verbundenen Diffusionsgeschwindigkeit der Schadstoffe durch die Wandung 44. Die Platten 29 sind an dem ersten Haltemittel 22 bzw. an dem zweiten Haltemittel 26 befestigt.

Die Platten 29 sind in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform benachbart parallel zueinander angeordnet, wobei die relative Lage je nach Form der Luftfilteranord- nung 10 oder der Anzahl der Platten 29 der Luftfilteranordnung 10 gewählt werden kann. Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Platten 29, die eng nebeneinander, jedoch voneinander beabstandet, angeordnet sind, die Gesamtoberfläche der Diffusionseinrichtung 24 erhöht und damit die Effektivität der Luftfiltervorrichtung 10 erhöht.

Die Funktionsweise der Luftfiltervorrichtung 10, die eine planare Anordnung 25b aufweist, ist die gleiche wie bei der Luftfiltervorrichtung 10 mit tubulärer Anordnung 25a.

Ein Luftfahrzeug 100 wird nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Fig. 3 zeigt schematisch die für die Erfindung oder Weiterentwicklungen der Erfindung im Wesentlichen relevanten Komponenten. Das Luftfahrzeug 100 weist einen Rumpf 102, einen Flügel 104 und ein Triebwerk 106 auf. In dem Rumpf 102 befindet sich eine Kabine 108, in der beispielsweise die Passagiere des Luftfahrzeugs Platz finden. Die Kabine 108 wird von einer Kabinenbelüftungsvorrichtung 110 mit Luft versorgt. Die Kabinenbelüftungsvorrichtung befindet sich beispielsweise im Flügel 104 des Luftfahrzeugs 100. Die Kabinenbelüftungsvorrichtung 1 10 weist eine Temperaturreduktionseinrichtung 111 , die Luftfiltervorrichtung 10, eine Druckeinstelleinrichtung 112a und eine Druck/Temperatureinstelleinrichtung 112b auf. Die Druck/Temperatureinstelleinrichtung 112b senkt den Druck sowie die Temperatur der schadstoffarmen Luft 40 auf kabinenübliche Druck- und Temperaturwerte, beispielsweise auf einen Druck von ca. 760 mbar und eine Temperatur von ca. 20°C.

Das Triebwerk 106 ist über ein Pylon 113 an dem Flügel 104 befestigt und weist einen Kompressorbereich 114 sowie einen Turbinenbereich 116 auf. Der Turbinenbereich 116 ist die„eigentliche" Turbine des Triebwerks 106, d.h. darin befinden sich ein Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Der genaue Aufbau eines Triebwerks 106 ist dem Fachmann bekannt und soll nicht im Detail be- schrieben werden. Es wird hier lediglich erwähnt, dass die Luft im Kompressorbereich 114 von der Luft im Turbinenbereich 116 getrennt ist.

Die Kabinenbelüftungsvorrichtung 110 ist über eine Leitung 118 mit der Kabine 108 und dem Kompressorbereich 114 des Triebwerks 106 verbunden. Außerdem weist die Luftfiltervorrichtung 10 der Kabinenbelüftungsvorrichtung 110 einen Durchgang 20 auf, der mit der Außenluft des Luftfahrzeugs verbunden ist.

Die Funktionsweise der Belüftungsvorrichtung 110 bzw. des Luftfahrzeugs 100 mit einer Luftfiltervorrichtung 10 ist wie folgt. Schadstoffhaltige Luft 38, die Zapfluft, wird aus dem Kompressorbereich 114 des Triebwerks 106 über die Leitung 118 an die Temperaturreduktionseinrichtung 111 geleitet. Die Temperaturreduktionseinrichtung 111 reduziert die Temperatur der Zapfluft, die üblicherweise zwischen 400°C und 500°C beträgt, vorzugsweise auf einen Bereich zwischen 150°C und 250°C. Anschließend wird die abgekühlte Zapfluft über die Leitung 118 and die Luftfiltervorrichtung 10 geleitet. Die Luftfiltervorrichtung 10 reduziert, wie oben beschrieben, die Schadstoffkonzentration in der Zapfluft und führt die Schadstoffe über den Durchgang 20 an die Außenluft ab. Die so erzeugte schadstoffarme Luft 40 wird anschließend an die Druck/Temperatureinstelleinrichtung 112b geleitet, die die schadstoffarme Luft 40 auf einen Kabinendruck und eine Kabinentemperatur einstellt, beispielsweise ca. 760 mbar und ca. 20°C, so dass die so erzeugte schadstoffarme Luft 40 auf Kabinendruck der Kabine 108 zugeleitet werden kann. Somit kann vorzugsweise sichergestellt werden, dass in der Kabine 108 sich schadstoffarme Luft 40 befindet. Bezugszeichenliste

Luftfiltervorrichtung

Gehäuse

Trenneinrichtung

Schadstoffverringerungseinrichtung

Schadstoffabführeinrichtung

Verschlusseinrichtung

Durchgang

Klappe

erstes Haltemittel

elastisches Element

Diffusionseinrichtung

a tubuläre Anordnung

b planare Anordnung

zweites Haltemittel

Dichtung

Röhrchen

Platte

Einlassbereich

Leitungsbereich

Schadstoffaufnahmebereich

Auslassbereich

schadstoffhaltige Luft

schadstoffarme Luft

Schadstoffaufnahmeunterbereiche

Wandung Luftfahrzeug

Rumpf

Flügel

Triebwerk

Kabine Kabinenbelüftungsvorrichtung Temperaturreduktionseinrichtunga, Druckeinstelleinrichtung

b Druck/Temperatureinstelleinrichtung Pylon

Kompressorbereich

Turbinenbereich

Leitung

Claims

Patentansprüche

1. Luftfiltervorrichtung zum Reduzieren von gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Luftfahrzeugtriebwerk (106), mit

einem Leitungsbereich (32) zum Hindurchleiten der Zapfluft,

einem benachbart zu dem Leitungsbereich (32) angeordneten Schadstoffaufnahmebereich (34) zur Aufnahme von Schadstoffen aus der Zapfluft,

einer Trenneinrichtung (14), die den Schadstoffaufnahmebereich (34) von dem Leitungsbereich (32) trennt, wobei der Leitungsbereich (32) derart ausgebildet ist, dass die Zapfluft an der Trenneinrichtung (14) vorbeiströmt, und wobei die Trenneinrichtung (14) eine Diffusionseinrichtung (24) zum Hindurchdiffundieren von Schadstoffen durch die Trenneinrichtung (14) aufweist, und

einer Schadstoffverringerungseinrichtung (16) zum Reduzieren der Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereich (34).

2. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

dass die Schadstoffverringerungseinrichtung (16) eine Schadstoffabführeinrichtung (18) zum Abführen von Schadstoffen zwecks Verringerung der Schadstoffkonzentration in dem Schadstoffaufnahmebereich (34) aufweist.

3. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffabführeinrichtung (18) wenigstens einen Durchgang (20) aufweist, der mit einer Außenluft verbunden ist, die frei von den gasförmigen Schadstoffen ist.

4. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass der Durchgang (20) der Schadstoffabführeinrichtung (18) eine Verschlusseinrichtung (19) zum gasdichten Verschließen des Durchgangs (20) aufweist.

5. Luftfiltervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionseinrichtung (24) wenigstens eine Austauschfläche umfasst.

6. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschfläche eine tubuläre Anordnung (25a) mit wenigstens einem Röhrchen (28) mit einer Wandung (44) aufweist, durch das die Schadstoffe diffundieren, und vorzugsweise eine Vielzahl von Röhrchen (28) aufweist.

7. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschfläche eine planare Anordnung (25b) mit wenigstens zwei Platten (29) aufweist, durch die die Schadstoffe diffundieren, und vorzugsweise eine Vielzahl von Platten (29) aufweist.

8. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Röhrchen (28) einen Innendurchmesser zwischen 0,1 mm und 10 mm hat.

9. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten beabstandet angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen 0,1 mm und 10 mm beträgt.

10. Luftfiltervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionseinrichtung (24) eine Wandung (44) aus einem gasdichten Material aufweist.

11. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (14) ein erstes Haltemittel (22) und ein zweites Haltemittel (26) aufweist, die die Diffusionseinrichtung (24) stützen, wobei vorzugsweise das erste Haltemittel (22) einen Einlassbereich (30) von dem Schadstoffaufnahmebereich (34) abteilt und das zweite Haltemittel (26) einen Auslassbereich (36) von dem Schadstoffaufnahmebereich (34) abteilt.

12. Luftfiltervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfiltervorrichtung (10) in einem Temperaturbereich von 50°C bis 400°C und in einem bevorzugten Temperaturbereich von 150°C bis 250°C funktionsfähig ist.

13. Kabinenbelüftungsvorrichtung zur Belüftung einer Kabine (108) eines Luftfahrzeuges (100), umfassend eine Luftfiltervorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.

14. Luftfahrzeug, umfassend

eine Kabine (108),

ein Triebwerk (106) und

eine Luftfiltervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder eine Kabinenbelüftungsvorrichtung (110) nach Anspruch 13,

um eine Schadstoffkonzentration einer Zapfluft zu reduzieren, die während des Flugs dem Triebwerk (106) zur Belüftung der Kabine (108) entnehmbar ist.

15. Verfahren zum Reduzieren von gasförmigen und/oder partikulären Schadstoffen in einer Zapfluft aus einem Luftfahrzeugtriebwerk (106), mit den Schritten

Vorbeileiten der Zapfluft in einem Leitungsbereich (32) an einer Trenneinrichtung (14) mit einer Diffusionseinrichtung (24) aus einem gasdichtem Material,

Verringern der Konzentration der gasförmigen Schadstoffe in einem Schadstoffaufnahmebereich (34), der benachbart zu dem Leitungsbereich (32) angeordnet ist und der durch die Trenneinrichtung (14) von dem Leitungsbereich (32) getrennt ist, mittels einer Schadstoffverringerungseinrichtung (16), und Hindurchdiffundieren der Schadstoffe durch die Diffusionseinrichtung (24)em Leitungsbereich (32) in den Schadstoffaufnahmebereich (34).