DE10237226A1

DE10237226A1 - Frischwassersystem eines Verkehrsflugzeuges

Info

Publication number: DE10237226A1
Application number: DE2002137226
Authority: DE
Inventors: Christiane Bergmann; Thorsten Gienke
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-03-04
Also published as: WO2004020285A1

Abstract

Bei einem Frischwassersystem eines Verkehrsflugzeuges ist mindestens ein Sammeltank über mindestens eine Sammelrohrleitung und mehrere Anschlussleitungen mit Abgabestellen wie Küchen oder Toiletten verbunden. Am Sammeltank ist eine Entlüftungs- und Überlaufleitung angeschlossen, die zu einem Drainage- und Überlaufventil führt. Weiterhin sind Drainageleitungen vom Sammeltank zu dem Drainage- und Überlaufventil vorgesehen. DOLLAR A Es besteht das Problem, unter Beibehaltung der sehr geringen Rohrneigung der Rohrleitungen ein verbessertes Ablaufverhalten des Wassers zu erreichen und damit die Drainage zu verbessern und eine restlose Entleerung des Systems zu bewirken. DOLLAR A Gelöst wird dieses Problem dadurch, dass zumindest die Sammelrohrleitung sowie die Drainageleitungen auf der Rohrinnenwandung mit einer Antihaftschicht versehen sind, wobei die Antihaftschicht als eine mittels Nanotechnologie hergestellte "Dünne Schicht" ausgebildet ist. Damit wird erreicht, dass die Verkalkungg des Systems verringert wird. Es werden Schwierigkeiten vermieden, die durch ein Einfrieren von Ventilen, verursacht durch Restwasser im Frischwassersystem, entstehen könnten. Ein Keimeintrag in das Frischwassersystem durch Restwasser, welches während Standzeiten im System verbleibt, wird ebenfalls vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Frischwassersystem eines Verkehrsflugzeuges, wobei mindestens ein Sammeltank über mindestens eine Sammelrohrleitung und mehreren Anschlussleitungen mit Abgabestellen wie Küchen oder Toiletten verbunden ist, am Sammeltank eine Entlüftungs-und Überlaufleitung angeschlossen ist, die zu einem Drainage- und Überlaufventil führt sowie Drainageleitungen vom Sammeltank zu dem Drainage- und Überlaufventil vorgesehen sind.

Bei derartigen Flugzeugwassersystemen verlaufen die Versorgungsleitungen üblicherweise im gesamten Flugzeug und sind entsprechend den Abmessungen eines Flugzeuges relativ lang und somit schwer drainierbar. Es ist jedoch notwendig, eine Drainage durchzuführen, wenn ein Flugzeug abgestellt wird. Dies erfolgt einerseits, um eine Aufkeimung des Wassersystems zu verhindern, was insbesondere bei Standzeiten unter warmen klimatischen Bedingungen auftreten kann, und andererseits, um Frostschäden am Frischwassersystem bei Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt zu vermeiden. Die Drainage erfolgt im Freigefälle, d.h. unter Schwerkraftwirkung ohne eine zusätzliche Druckbeaufschlagung des Systems. Der Zeitaufwand für eine Drainage ist bei einem üblicherweise recht kleinen Gefälle von 2° der Sammelrohrleitungen erheblich. Die Rohrneigung wird darüber hinaus abgesehen von der vorgeschriebenen Mindestneigung von 2° im wesentlichen durch konstruktive Einbauvorgaben beeinflusst. Der Zeitaufwand der Draina ge richtet sich daneben nach der Restfüllmenge und nach dem Haftverhalten der Materialien der Rohrleitungen und weiteren Komponenten. Die Restfüllmenge wird durch das Wasserverbrauchsverhalten der Passagiere im Zusammenspiel mit der vorgewählten Füllmenge in den Wassertanks bestimmt. Für das Haftverhalten der Rohrinnenwände sind die verwendeten Materialien für Trinkwasserrohrleitungen – entweder Kunststoff (EPDM – Ethylen – Propylen – Dien – Kautschuk) oder Edelstahl – bestimmend.

Nachteilig bei einem derartigen System ist es, dass während der normalen Drainagezeit nicht restlos das Wasser aus dem System abläuft und Restwasser in den Rohrleitungen verbleibt. Das nachlaufende Wasser staut sich in den Rohrleitungen und kann bei Frostgefahr gegebenenfalls Ventile beschädigen oder die Leitungen dichtsetzen, was vor einer Neubefüllung des Systems ein Auftauen der betroffenen Leitungen erforderlich macht. Darüber hinaus ist das Restwasser ein Keimherd, der als Animpfboden eine Neuverkeimung des Wassersystems verursachen kann. Auch fließt bei einem Öffnen des Systems das verbliebene Restwasser unkontrolliert aus dem System und kann damit ein unfreiwilliges „Duschen" des Bedienpersonals verursachen. Aufgrund des Haftverhaltens der Rohrinnenwände verbleiben darüber hinaus auch dort Tröpfchen, die Ablagerungen (Kalk) oder Keimnester für mikrobielle Verunreinigungen hervorrufen.

Als eine Lösung dieses Problems ist aus DE 42 25 950 C2 ein Frischwassersysteme für ein Flugzeug bekannt, welches für die Drainage der Versorgungsleitung einen Rohrmolch verwendet, der mittels Druckluft innerhalb der Versorgungsleitung bewegbar ist und somit innerhalb einer kurzen Drainagezeit restlos die Versorgungsleitung entleeren kann. Nachteilig ist jedoch, dass zusätzliche Steuerventile in das System integriert werden müssen sowie der Molch als bewegtes Teil stör- und wartungsanfällig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Frischwassersystem derartig auszubilden, dass bei einer Beibehaltung der Rohrneigung der Rohrleitungen ein verbessertes Ablaufverhalten des Wassers erreicht wird und damit die Drainage verbessert und eine restlose Entleerung des Systems erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Frischwassersystem durch die im Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass gegenüber dem bisherigen Stand der Technik beim Entleeren des Frischwassersystems das Ablaufen des Wassers verbessert wird. Damit wird erreicht, dass die Verkalkung des Systems verringert wird. Es werden Schwierigkeiten vermieden, die durch ein Einfrieren von Ventilen verursacht durch Restwasser im Frischwassersystem entstehen könnten. Ein Keimeintrag in das Frischwassersystem durch Restwasser, welches während Standzeiten im System verbleibt, wird ebenfalls vermieden.

Durch die Beschichtung entsteht ein Schutz vor mikrobiellem und chemischen Angriff, was die Haltbarkeit der Rohrleitungen verlängert. Nicht nur das Ablösen des mikrobiellen Bewuchses der Rohrwandungen erfolgt leichter sondern auch die Spülzeiten nach der Entfernung einer Desinfektionslösung aus dem Wassersystem verringern sich durch das bessere Ablaufverhalten. Die Desinfektion des Wassersystems wird damit vereinfacht und ihre Wirksamkeit erhöht.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Der besondere Vorteil nach Anspruch 2 unter Verwendung von hydrophilen Oberflächen liegt darin, dass das System ohne zurückbleibendes Restwasser entleert wird.

Der besondere Vorteil nach Anspruch 3 unter Verwendung von hydrophoben Oberflächen liegt darin, dass auch Schmutzpartikel mit dem Restwasser aus dem System entfernt werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches nachstehend anhand der 1 bis 4 näher beschrieben wird. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Frischwassersystems eines Verkehrsflugzeuges,
2 eine schematische Darstellung von Rohrleitungsoberflächen mit unterschiedlichen Benetzungswinkeln,
3 eine vergrößerte Detaildarstellung einer Rohrleitung mit einer ersten Ausführungsform einer Beschichtung und
4 eine vergrößerte Detaildarstellung einer Rohrleitung mit einer zweiten Ausführungsform einer Beschichtung.
In der 1 ist ein Flugzeugfrischwassersystem 1 eines Verkehrsflugzeuges in schematischer Darstellung gezeigt. Das Mitführen von Frischwasser in einem Flugzeug ist in mindestens einem Wassertank 2 vorgesehen. Die Füllmenge ist abhängig vom vorgesehenen Einsatz auf einer Langstrecke oder einer Kurzstrecke sowie von der Anzahl der mitfliegenden Passagiere. Über mindestens eine Sammelrohrleitung 3 wird das Wasser zu Anschlussstellen in der Passagierkabine 4 des Flugzeuges transportiert. Die Sammelrohrleitungen 3 verlaufen üblicherweise im Unterflurbereich 5 eines Flugzeuges und weisen eine vorgeschriebene Mindestneigung von 2° auf (in der vereinfachten schematischen Darstellung ist die Neigung nicht gezeigt), um eine Drainage des Wassersystems 1 im Freigefälle, d.h. unter Schwerkraftwirkung ohne eine zusätzliche Druckbeaufschlagung des Systems zu erreichen. Über Abzweigungen (beispielhaft gezeigt mit Bezugszeichen 17) ist die in Flugzeuglängsachse verlaufende Sammelrohrleitung 3 mit entsprechend der Position der Anschlussstellen notwendigen quer verlaufenden Sammelrohrleitungen 3' verbunden. Ausgehend von der Sammelrohrleitung 3 bzw. 3' werden über Anschlussleitungen 6 Toiletten 7 und Küchen 8 mit Frischwasser versorgt. Für das Entleeren des Gesamtsystems ist ein Drainageventil 10 sowie ein Füll-/Überlauf- und Drainageventil 17 vorgesehen. Da für das Abstellen des Flugzeuges eine vollständige Entleerung des Wassersystems 1 notwendig ist, sind Drainageleitungen 11 sowohl von dem Sammeltank 2 als auch von der mindestens einen Sammelrohrleitung 3 zu den Drainageventilen 10 und 17 vorgesehen. Weiterhin führen Entlüftungs- und Überlaufleitungen 9 vom mindestens einen Wassertank 2 zum Füll-/ Drainage- und Überlaufventil 17. Der Zeitaufwand für eine Drainage richtet sich nach der Restfüllmenge des Wassersystems 1, welches wiederum durch das Wasserverbrauchsverhalten der Passagiere im Zusammenspiel mit der vorgewählten Füllmenge des Wassersystems 1 bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, durch die Gestaltung des Haftverhaltens der Rohrinnenwandungen und der mit Wasser in Kontakt tretenden weiteren Komponenten des Wassersystems 1 ein verbessertes Ablaufverhalten des Wassers zu erreichen. Das Haftverhalten kann durch ein Aufbringen von einer entsprechenden Beschichtung verringert werden.
Zur Verdeutlichung des Haftverhaltens von Oberflächen sind in den 2A, 2B und 2C die Eigenschaften einer Oberfläche ohne Beschichtung (2A), einer Oberfläche mit einer hydrophilen Beschichtung (2B) sowie einer Oberfläche mit einer hydrophoben Beschichtung (2C) gezeigt. Bei einer Oberfläche ohne Beschichtung liegt der Randwinkel α zwischen 30° bis 60°, es treten Adhäsionskräfte auf, die ein Anhaften von Flüssigkeitstropfen 20A bewirken. Bei einer in 2B gezeigten hydrophilen Beschichtung wird der Randwinkel α kleiner, die Adhäsionskräfte sind vergrößert. Damit wird der Benetzungswinkel der Beschichtung stark erhöht. Es bilden sich keine Flüssigkeitstropfen jedoch ein Wasserfilm 20B. In 2C ist eine Beschichtung mit einer hydrophoben Grenzfläche gezeigt, bei der der Benetzungswinkel stark reduziert ist. Der Randwinkel α ist größer, die Adhäsionskräfte sind verkleinert. Die Haftung eines Flüssigkeitstropfens 20C auf dieser Oberfläche ist stark reduziert.
Zur Verbesserung des Ablaufverhaltens des Wassers aus dem Rohrleitungssystem eines Flugzeugwassersystems 1 können zwei Arten von Beschichtungen vorgesehen sein. In den 3A und 3B in einer Detaildarstellung ist jeweils ein Schnitt durch die Rohrwandung einer Sammelrohrleitung 3 gezeigt. Die Rohrinnenwandung 12 ist mit einer hydrophilen Schicht 13 versehen. Neben der Sammelrohrleitung 3 und 3' können vorteilhaft auch alle weiteren, mit dem Wasser in Berührung kommende Rohrleitungen, wie Drainageleitungen 11, Anschlussleitungen 6 und Ventile 11 sowie auch die Entlüftungs-und Überlaufleitung 9 mit einer derartigen Beschichtung versehen werden. Durch die Beschichtung mit hydrophilen Grenzflächen wird der Benetzungswinkel stark erhöht. Es bilden sich keine Flüssigkeitstropfen, sondern das Wasser fließt auch bei einer leichten Neigung von mindestens 2° nahezu vollständig ab. In der Darstellung in 3A ist ein Wasserfilm 14 auf der Beschichtung 13 während des Abflussvorgangs gezeigt. In 3B ist der Wasserfilm 14 am Ende des Abflussvorgangs gezeigt. Besonders vorteilhaft ist bei Anwendung einer derartigen Beschichtung 13, dass das System vollständig restentleert wird. Es verbleiben keine Tropfen in den Rohrleitungen.
In den 4A und 4B gezeigt ist als eine alternative Ausführungsform eine hydrophobe Beschichtung 15 auf die Rohrinnenwandung 12 aufgebracht. Mit einer derartigen Beschichtung 15 wird der Benetzungswinkel stark reduziert und somit die Haftung von Flüssigkeitstropfen 16 an den Rohrwandungen 12 stark reduziert. In der Darstellung in 4A ist ein Wasserfilm 14 auf der Beschichtung 13 während des Abflussvorgangs gezeigt. In der 4B ist ersichtlich, das am Ende des Abflussvorganges das Restwasser als Flüssigkeitstropfen 16 bei den geneigten Rohrleitungen durch die Schwerkraft aus dem Rohrleitungssystem gleiten. Es ist durch geeignete konstruktive Maßnahmen möglich, dass ins Gleiten geratene Tropfen des Restwassers Schmutzpartikel mit aus dem Wassersystem 1 entfernen.
Zur Herstellung der hydrophilen Schicht 13 bzw. der hydrophoben Schicht 15 ist eine Beschichtung mittels Nano-Technologie vorgesehen. Durch die Nano-Technologie besteht die Möglichkeit „Dünne Schichten" zu erzeugen. Diese besitzen Schichtdicken im nm Bereich.
Als Material zur Herstellung der Nanoschicht eignen sich vorzugsweise Metalle oder Elemente der vierten Hauptgruppe des Periodensystems, insbesondere Cr, Ti, Mn, Ni, Ta, Al, V, W Co, Be, Zr, Hf, Nb, Mo, C, Si, Ge oder Sn. Es ist aber auch möglich Karbide wie MC sowie Sekundärkarbide M₂C, M₃C, M₆C, M₇C, M₂₃C₆ _zu verwenden, wobei hier das M als ein Metall oder für eine intermetallische Metallgruppe steht. Es ist weiterhin möglich, Nitride der Struktur MN oder Boride der Struktur MB zu verwenden, wobei das M wiederum für Metall steht.
Auch ist es möglich, die Nanoschicht aus einer Verbindung mit kovalentem Bindungscharakter, wie z. B. B₄C, SiC, BN, Si₃N₄ oder MoS₂ herzustellen.
Je nach Schichtmaterial entstehen hierdurch geordnete Oberflächen, die zur Folge haben, dass bei Benetzung der Oberfläche der Benetzungswinkel gegen 0° geht und somit die bestmöglich erreichbare Antihaftbeschichtung entsteht (für eine hydrophobe Schicht 15) oder eine Beschichtung erreicht wird, bei der der Benetzungswinkel soweit vergrößert ist, dass keine Tropfen entstehen (hydrophile Schicht 13), sondern das Wasser als Film aus dem System abfließt.
Die „Dünnen Schichten" werden im Hochvakuum aufgebracht. Hierzu stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung und zwar:

– PVD-Verfahren Physical Vapor Deposition Im PVD-Verfahren wird das abzuscheidende Material im Hochvakuum durch Energiezufuhr in die Gasphase gebracht und dann auf der Subtratoberfläche niedergeschlagen.
– klassische Aufdampfmethode mittels Widerstandsheizung
– Sputtertechnik (Plasmastrahlquelle, Magnetronzerstäubung, RFDiodenzerstäubung) Bei der Sputtertechnik wird das Material durch Erhitzen, Elektronen- oder Ionenbeschuß aufgedampft. Das Material schlägt sich auf der kälteren Unterlage nieder.
– Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition CVD), insbesondere deren plasma- oder lasergestützte Versionen Beim CVD-Verfahren werden eine oder mehrere flüchtige anorganische oder organometallische Vorläuferverbindungen in der Gasphase in einen Reaktor transportiert, wo sie durch Energiezufuhr zersetzt und auf einem Substrat als dünner Film abgeschieden werden. Flüchtige Nebenprodukte werden aus dem Reaktor abgepumpt. Als Trägergase können inerte Gase wie Stickstoff oder Argon (Erhöhung der Transportrate) oder reaktive Gase wie Wasserstoff, Ammoniak oder Sauerstoff (sind als reduzierende oder oxidierende Agentien an der Filmabscheidung beteiligt) benutzt werden. Als Vorläuferverbindungen werden binäre Elementhalogenide und -hybride (AlCl₃, TiCl₃, NH₃, CH₄) eingesetzt.

Als bevorzugtes Herstellungsverfahren aus den PVD-Verfahren ist die Magnetron-Sputtertechnik vorgesehen. Diese Technik gehört zur Verfahrensgruppe der Kathodenzerstäubung, bei der im Vakuum die Beschichtung aufgebracht und ein fester Untergrund mit metallischen Schichten versehen wird. Das Beschichtungsmaterial auf den Kathoden wird durch Beschuss mit Gasionen in einer Gasatmosphäre zerstäubt und schlägt sich auf der zu beschichtenden Oberfläche als Schicht nieder. Die Ionen sorgen dafür, dass die oberen Atomschichten aus dem Beschichtungsmaterial durch Impulsaustausch in den gasförmigen Zustand überführt werden. Das nun im gasförmigen Zustand vorliegende Beschichtungsmaterial scheidet sich dann auf der zu beschichtenden Fläche ab.
Mit dieser Magnetron-Sputtertechnik ist die thermische Belastung der zu beschichtenden Rohrleitung relativ gering.
Alternativ kann als CVD-Verfahren die plasmagestützte Abscheidung eingesetzt werden.

1: - Frischwassersystem
2: - Sammeltank
3, 3': - Sammelrohrleitung
4: - Passagierkabine
5: - Unterflurbereich
6: - Anschlussleitungen
7: - Toiletten
8: - Küchen
9: - Entlüftungs- Überlaufleitungen
10: - Drainageventil
11: - Drainageleitungen
12: - Rohrwandungen
13: - hydrophile Schicht
14: - Wasserfilm
15: - hydrophobe Schicht
16: - Flüssigkeitstropfen
17: - Füll-/Überla uf- und Drainageventil

Claims

Frischwassersystem eines Verkehrsflugzeuges, wobei mindestens ein Sammeltank über mindestens eine Sammelrohrleitung und mehreren Anschlussleitungen mit Abgabestellen wie Küchen oder Toiletten verbunden ist, am Sammeltank eine Entlüftungs-und Überlaufleitung angeschlossen ist, die zu einem Drainage- und Überlaufventil führt sowie Drainageleitungen vom Sammeltank zu dem Drainage- und Überlaufventil vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Sammelrohrleitung (3, 3') sowie die Drainageleitungen (11) auf der Rohrinnenwandung (12) mit einer Antihaftschicht (13; 15) versehen sind, wobei die Antihaftschicht (13; 15) als eine mittels Nanotechnologie hergestellte „Dünne Schicht" ausgebildet ist.
Frischwassersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaftschicht (13) als eine hydrophile Schicht ausgebildet ist.
Frischwassersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaftschicht (15) als eine hydrophobe Schicht ausgebildet ist.
Frischwassersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungs- und Überlaufleitung (9) auf der Rohrinnenwandung (12) mit einer Antihaftschicht (13; 15) versehen ist, wobei die Antihaftschicht (13; 15) als eine mittels Nanotechnologie hergestellte „Dünne Schicht" ausgebildet ist.
Frischwassersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Frischwasser in Kontakt kommenden Komponenten des Rohrleitungssystems, wie Ventile (10, 17) oder Abzweigungen mit einer Antihaftschicht (13; 15) versehen sind, wobei die Antihaftschicht (13; 15) als eine mittels Nanotechnologie hergestellte „Dünne Schicht" ausgebildet ist.
Frischwassersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaftschicht (13; 15) mittels Kathodenzerstäubung, vorzugsweise der Magnetron-Sputtertechnik, im Hochvakuum aufbringbar ist, wobei das Beschichtungsmaterial auf den Kathoden durch Beschuss mit Gasionen in einer Gasatmosphäre zerstäubt und sich auf der zu beschichteten Oberfläche niederschlägt.
Frischwassersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaftschicht (13; 15) mittels Gasphasenabscheidung, vorzugsweise plasmagestützte Abscheidung im Hochvakuum aufbringbar ist.