DE102004038860A1

DE102004038860A1 - System zur Erzeugung von Prozessluft

Info

Publication number: DE102004038860A1
Application number: DE102004038860A
Authority: DE
Inventors: Jürgen KELNHOFER; Thomas Scherer
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23
Also published as: JP5336077B2; BRPI0513758A; RU2372253C2; US7922118B2; CN1993265A; RU2007102025A; EP1776271A1; WO2006015858A1; DE602005019414D1; EP1776271B1; JP2008509049A; CA2573660C; CA2573660A1; US20090095004A1; ATE457926T1

Abstract

Ein System zur Bereitstellung von Prozessluft erhältlich ein erstes Kühlsystem (2) mit einem ersten Wärmetauscher, der in einem als Kühlsenke dienenden Kanal (3) angeordnet ist, und ein in das erste Kühlsystem (2) integriertes Kühlsystem (8) mit einem Wärmetauscher (9), der stromabwärts- oder stromaufwärtsseitig zu dem ersten Wärmetauscher in den Kanal (3) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen von Prozessluft, insbesondere ein System zum Erzeugen von temperaturgeregelter, hochverdichteter Prozessluft in einem Flugzeug.

Zum Erzeugen von temperaturgeregelter, hochverdichteter Prozessluft in einem Flugzeug werden nach dem heutigen Stand der Technik unterschiedliche Systeme verwendet.

Hauptsächlich bestehen diese Systeme aus einem Wärmetauscher und zahlreichen (je nach System, unterschiedlich in der Anzahl) Regelventilen und Regelsensoren für Druck und Temperatur.

Die dazugehörige Prozessluft wird aus dem Heißluftsystem (Bleed Air System) entnommen, welches entweder durch die Triebwerke oder die Flugzeughilfsturbine (APU) gespeist wird.

Diese heiße Prozessluft muss beispielsweise in kalte Prozessluft gekühlt und entspannt werden, welche eine Frischluftzufuhr für die Kabine oder das Cockpit eines Flugzeugs darstellt.

Bereits existierende Luftkühlsysteme (deren Wärmetauscher auf einer Luft-Luft- oder Liquid-Luft-Kühltechnologie basieren) benötigen einen eigenen Stauluftkühlkanal zur Erzeugung der notwendigen Kühlsenke.

Der Einbau eines derartigen Stauluftkühlkanals hat jedoch eine Gewichtszunahme für das Flugzeug, mehr Fertigungsaufwand und höhere Wartungskosten zur Folge.

Durch den Einbau eines Stauluftkühlkanals erhöht sich darüber hinaus der Luftwiderstand des Flugzeugs. Durch die Verwendung von externer Kühlluft kommt es hierbei zu einem Momentenwiderstand, der sich als „negativer Schub" auswirkt. Die „Absaugluft" der externen Kühlluft sowie das „Ausblasen" der externen Kühlluft verursacht Störungen in der Gesamtflugzeugumströmung, was sich wiederum negativ auf den Flugzeuggesamtwiderstand auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das die oben genannten negativen Auswirkungen auf das Flugzeug minimiert bzw. nahezu komplett verhindert.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen System ist ein weiteres Kühlsystem in einen als Kühlsenke dienenden Kanal eines bereits existierenden; eingebauten Kühlsystems integriert.

Dieses integrierte Kühlsystem enthält einen Wärmetauscher, entsprechende Regelventile, Regelsensoren, eine Prozessluft-Zuluftleitung und eine Prozessluft-Abluftleitung, die in das bereits vorhandene Kühlsystem derart integriert sind, dass die Prozessluft-Zuluftleitung des integrierten Kühlsystems von einer Prozessluft-Zuluftleitung des bereits existierenden Kühlsystems abzweigt.

Darüber hinaus ist der Wärmetauscher des integrierten Kühlsystems stromabwärts- oder stromaufwärtsseitig zu dem Wärmetauscher des bereits existierenden Kühlsystems in dem Stauluftkühlkanal angeordnet. Wenn die Kühlleistung des zu integrierenden Kühlsystems niedriger ist als die des bereits vorhandenen Kühlsystems, so wird der Wärmetauscher des zu integrierenden Kühlsystems vorzugsweise vor dem Wärmetauscher (also stromaufwärtsseitig) des bereits existierenden Kühlsystems in den Stauluftkühlkanal integriert. Wenn die Kühlleistung des bereits existierenden Kühlsystems niedriger als die des zu integrierenden Kühlsystems ist, so ist ein Einbau des Wärmetauschers des zu integrierenden Kühlsystems hinter (also stromabwärtsseitig) dem bereits existierenden Kühlsystem in den Stauluftkühlkanal vorzuziehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Prozessluft-Zuluftleitung ein Ozonfilter (im Folgenden auch als Ozon-Konverter bezeichnet) angeordnet zur Filterung von Ozon in der Prozessluft-Zuluftleitung. Vorzugsweise ist für das bereits existierende Kühlsystem und für das zu integrierende Kühlsystem ein einzelner Ozon-Konverter vorgesehen. Durch den Anschluss der Prozessluft-Zuleitung für das zu integrierende Kühlsystem nach (stromabwärtsseitig) dem bereits existierenden Ozon-Konverter des vorhandenen Kühlsystems, kann auf dessen Einbau für das zu integrierende Kühlsystem verzichtet werden. Eine Gewichts- und Kostenersparnis ist hier die Folge.

Gemäß der Erfindung ist ein bereits existierendes Kühlsystem beispielsweise ein Flugzeugklimaanlagensystem oder ein Ventilationssystem für nicht mit Druck beaufschlagte Flugzeugbereiche.

Das erfindungsgemäße System kann beispielsweise in einem A380 für den Betrieb des OBIGGS-Systems verwendet werden. Weitere A380-Anwendungen für das therapeutische Sauerstoffsystem oder für die Bedruckung des Frischwassersystems sind möglich.

Durch das spezielle Integrationskonzept gemäß der Erfindung, also der Integration in ein bereits bestehendes Kühlsystem, kann auf Flugzeugebene Gewicht und Mehrarbeit bzw. der Luftwiderstand verringert werden.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems beschrieben.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Bereitstellung von temperaturgeregelter, hochverdichteter Prozessluft gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das System 1 enthält ein bereits existierendes Luftkühlsystem 2. Das in 1 gezeigte Kühlsystem 2 basiert auf einer sog. Luft-Luft Technologie. Alternativ kann auch ein System verwendet werden, welches auf einer Liquid-Luft Technologie oder anderen Technologie basiert.
Für das Kühlsystem 2, welches gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf einer Luft-Luft Technologie basiert, ist ein Stauluftkühlkanal 3 erforderlich. Dieser Stauluftkühlkanal 3 hat einen Stauluftkühlkanaleinlass 4 und einen Stauluftkühlkanalauslass 5 und dient bei dem bereits existierenden Luftkühlsystem 2 zur Erzeugung einer notwendigen Kühlsenke, um heiße Prozessluft in kalte Prozessluft abzukühlen.
Wie in 1 gezeigt, weist das Kühlsystem 2 eine Prozessluft-Zuluftleitung 6 auf, über die heiße Prozessluft, beispielsweise von den Triebwerken, dem Kühlsystem 2 zugeführt wird. Mittels dem in dem Kühlsystem 2 enthaltenen Wärmetauscher (nicht gezeigt) und des als Kühlsenke dienenden Stauluftkühlkanals 3 wird diese heiße Prozessluft in kalte Prozessluft umgewandelt, um als gekühlte, hochverdichtete Prozessluft über eine Prozessluft-Abluftleitung 7 aus dem Kühlsystem 2 zur weiteren Verwendung an entsprechenden Bestimmungsorten ausgegeben zu werden.
Wie in 1 gezeigt, enthält das System 1 ein weiteres (integriertes) Kühlsystem 8, bestehend aus einem Wärmetauscher 9, einem Regelsensor 10 und einem Regelventil 11 zur Regelung der Prozessluftmenge. Dieses integrierte Kühlsystem 8 ist in das bereits existierende Kühlsystem 2 derart integriert, dass gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Wärmetauscher 9 des integrierten Kühlsystems 8 stromaufwärtsseitig in dem Stauluftkühlkanal 3 des Kühlsystems 2 angeordnet ist.
Ferner ist ein Regelventil 15 zur Regelung einer Bypassprozessluft zur Temperaturregelung für das Kühlsystem 8 und/oder der Prozessluft vorgesehen. Die Bezugsziffer 16 bezeichnet eine Bypassleitung für Prozessluft. Ein Regelsensor 17 ist für eine Druck- und Temperaturregelung für das Kühlsystem 8 und/oder die Prozessluft vorgesehen.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, ist es wichtig, dass der Wärmetauscher 9 des zu integrierenden Kühlsystems 8 vor (stromaufwärtsseitig) dem Wärmetauscher (nicht gezeigt) des bereits existierenden Kühlsystems 2 in den Stauluftkühlkanal eingebaut wird, da die Kühlleistung des integrierten Kühlsystems 8 niedriger ist als die des bereits existierenden Kühlsystems 2. Sollte die Kühlleistung des Kühlsystems 2 niedriger sein als die des zu integrierenden Kühlsystems 8, so erfolgt der Einbau des Wärmetauschers 9 des zu integrierenden Kühlsystems vorzugsweise hinter (stromabwärtsseitig) dem Wärmetauscher des bereits existierenden Kühlsystems 2 in dem Stauluftkühlkanal 3.
Wie in 1 gezeigt, weist das zu integrierende Kühlsystem 8 eine Prozessluft-Luftzufuhrleitung 12 auf, über die das Kühlsystem 8 mit heißer Prozessluft versorgt wird. Die Prozessluft-Zufuhrleitung 12 des Kühlsystems 8 ist vorzugsweise mit der Prozessluft-Zufuhrleitung 6 des bereits existierenden Kühlsystems 2 in Verbindung.
Über eine Prozessluft-Abluftleitung 13 gibt das integrierte Kühlsystem 8 temperaturgeregelte, hochverdichtete kalte Prozessluft aus zur weiteren Verwendung an entsprechenden Bestimmungsorten.
Wie in 1 gezeigt, enthält das System 1 ferner einen Ozon-Konverter 14. Dieser Ozon-Konverter 14 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass heiße Prozessluft, beispielsweise von den Triebwerken, ozongefiltert wird, bevor sie über die Prozessluft-Zuluftleitung 6 an das bereits existierende Kühlsystem 2 und über die Prozessluft-Zuluftleitung 12 an das integrierte Kühlsystem 8 geliefert wird. Die Bereitstellung eines Ozon-Konverters 14 ist insbesondere dann notwendig, wenn die kalte Prozessluft, die durch die Kühlsysteme 2, 8 abgekühlt wurde, als Frischluftzufuhr für die Kabine und das Cockpit verwendet wird. Speziell für die Anwendung für das OBIGGS-System (nicht dargestellt) ist es eine Notwendigkeit, ozonfreie Prozessluft zur Verfügung zu stellen, da sonst die sog. Air Separation Modul (nicht dargestellt) beschädigt werden würde.
Obwohl im Vorangegangenen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung in einem Flugzeug beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass eine Anwendung auch in anderen Bereichen, beispielsweise Eisenbahn, Kraftfahrzeug, etc., möglich ist, sofern dort ein Kühlsystem existiert, welches einen als Kühlsenke dienenden Kanal aufweist, in welchen ein weiteres Kühlsystem gemäß der Erfindung integriert werden kann.
Ferner ist es möglich, nicht nur ein weiteres Kühlsystem in ein bereits vorhandenes Kühlsystem in der erfindungsgemäßen Art und Weise einzubauen (zu integrieren), sondern eine Vielzahl von weiteren Kühlsystemen.
Gemäß dem in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, ein weiteres Kühlsystem in ein bereits vorhandenes Kühlsystem zu integrieren, wobei eine Gewichtszunahme für das Flugzeug nahezu verhindert werden kann, da das neue Kühlsystem in einen bereits vorhandenen Stauluftkühlkanal integriert wird. Ferner kann bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Mehraufwand im Fertigungsbereich des Flugzeuges nahezu verhindert werden, da ein weiterer Stauluftkühlkanal nicht eingebaut werden muss. Ferner kann ein höherer Wartungskostenaufwand nahezu verhindert werden, da keine weiteren Systeme in das Flugzeug eingebaut werden müssen. Letztendlich kann gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, eine Erhöhung des Luftwiderstandes des Flugzeugs nahezu kompensiert werden. Es wird zwar weiterhin externe Kühlluft verwendet (ein Momentenwiderstand erfolgt), doch durch die Integration in einen bereits existierenden Stauluftkühlkanal werden die negativen Einflüsse auf das „Absaugen" bzw. „Ausblasen" der externen Kühlluft jedoch nahezu verhindert.

1: System
2: vorhandenes Kühlsystem
3: Stauluftkühlkanal
4: Stauluftkühlkanaleinlass
5: Stauluftkühlkanalauslass
6: Prozessluft-Zuluftleitung
7: Prozessluft-Abluftleitung
8: weiteres Kühlsystem (zu integrierendes Kühlsystem)
9: Wärmetauscher des zu integrierenden Kühlsystems
10: erster Regelsensor
11: erstes Regelventil
12: Prozessluft-Zufuhrleitung
13: Prozessluft-Abfuhrleitung
14: Ozon-Konverter
15: zweites Regelventil
16: Bypassleitung für Prozessluft
17: zweiter Regelsensor

Claims

System zur Bereitstellung von Prozessluft, enthaltend ein erstes Kühlsystem (2) mit einem ersten Wärmetauscher, der in einem als Kühlsenke dienenden Kanal (3) angeordnet ist, und ein in das erste Kühlsystem (2) integriertes Kühlsystem (8) mit einem Wärmetauscher (9), der stromabwärts- oder stromaufwärtsseitig zu dem ersten Wärmetauscher in den Kanal (3) integriert ist.
System nach Anspruch 1, wobei das integrierte Kühlsystem (8) den Wärmetauscher (9), entsprechende Regelventile (11), Regelsensoren (10), eine Prozessluft-Zuluftleitung (12) und eine Prozessluft-Abluftleitung (13) aufweist, die in das erste Kühlsystem (2) integriert sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die stromabwärts- oder stromaufwärtsseitige Anordnung des Wärmetauschers (9) in dem Kanal (3) von der Kühlleistung des integrierten Kühlsystems (8) abhängt.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Prozessluft-Zuluftleitung (12) des integrierten Kühlsystems (8) von einer Prozessluft-Zuluftleitung (6) des ersten Kühlsystems (2) abzweigt.
System nach Anspruch 4, enthaltend einen Ozon-Konverter (14), der stromaufwärtsseitig vor der Abzweigung der Prozessluft-Zuluftleitung (12) angeordnet ist zur Filterung von Ozon in gelieferter heißer Prozessluft.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Kühlsystem (2) ein bereits existierendes Klimaanlagensystem und/oder ein Ventilationssystem ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Kühlsystem (2) und das integrierte Kühlsystem (8) auf einer Liquid-Luft- und/oder Luft-Luft-Technologie basieren.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Bypassleitung (16) für Prozessluft.
Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Flugzeugsystem.