DE102004026647B4

DE102004026647B4 - Einrichtung zur Luftzerlegung

Info

Publication number: DE102004026647B4
Application number: DE102004026647A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rittner; Jürgen PFENNIG; Rüdiger Meckes
Original assignee: DAE Systems GmbH
Current assignee: BE Aerospace Systems GmbH
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: DE102004026647A1; FR2870820A1; FR2870820B1; GB0511104D0; GB2414681B; US7442238B2; GB2414681A; US20050263005A1

Abstract

Einrichtung zur Luftzerlegung (12) an Bord eines Flugzeugs, das ein Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem (4) zur Atemluftversorgung der Flugzeugkabine (8) aufweist, wobei die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) von dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem (4) mit Luft versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) einen ersten Auslass (14) aufweist, über den in der Einrichtung zur Luftzerlegung (12) getrennter Sauerstoff zu einer Notsauerstoffversorgung des Flugzeugs und in der Einrichtung zur Luftzerlegung (12) getrennter Stickstoff zu Treibstofftanks und/oder zu einem Frachtraum weitergeleitet wird, wobei die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) einen weiteren Auslass aufweist, über den der Kabinenbereich (8) während des normalen Flugbetriebs mit zusätzlichem Sauerstoff versorgt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Luftzerlegung an Bord eines Flugzeugs mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Passagierflugzeuge weisen üblicherweise Klimaanlagen auf, mit denen die Innentemperatur, die Luftfeuchtigkeit und der Innendruck in den Flugzeugen gesteuert werden. Eine solche Klimaanlage ist aus EP 1 273 515 A2 bekannt. Bei der dort beschriebenen Flugzeugklimaanlage wird die von den Triebwerken extrahierte heiße Luft durch eine Kühleinrichtung, bestehend aus einem Vorkühler und einem Hauptkühler, gekühlt und der Luft anschließend in einem Wasserabscheider Wasser entzogen, bevor die Luft in den Innenraum des Flugzeugs geleitet wird. Um die Kabine bei Flügen in großer Höhe zu erwärmen, wird ein Teilstrom der von dem Triebwerk extrahierten Luft ausgangsseitig des Vorkühlers der Kühleinrichtung über eine Leitung ohne eine Nachkühlung in dem Hauptkühler in den Flugzeuginnenraum geleitet. In dieser Leitung ist zudem eine Adsorptionseinrichtung vorgesehen, in der ein erstes Adsorptionsmittel Wasser und ein zweites Adsorptionsmittel Sauerstoff adsorbiert. Die Adsorptionseinrichtung kann in zwei Richtungen durchströmt werden. In der ersten Richtung, um warme Triebwerksluft in den Flugzeuginnenraum zu leiten. In diesem Fall werden weder Sauerstoff noch Wasser adsorbiert. In der zweiten Richtung, um verbrauchte Luft aus dem Flugzeuginnenraum abzuleiten. In diesem Fall werden der in der Abluft enthaltende Sauerstoffanteil und das in der Abluft enthaltende Wasser aufgefangen und anschließend wieder zurück in den Flugzeu ginnenraum geleitet, wodurch der Sauerstoffgehalt und die Luftfeuchte in dem Flugzeuginnenraum erhöht werden.
Darüber hinaus weisen Passagierflugzeuge Sauerstoffnotversorgungssysteme auf, die die Passagiere in Notfallsituationen mit Sauerstoff versorgen. Der hierfür erforderliche Sauerstoff wird in Sauerstoffflaschen oder Sauerstofftanks an Bord der Flugzeuge mitgeführt und oder von Sauerstofferzeugungsanlagen während des Fluges erzeugt.
Bei den bekannten Sauerstofferzeugungsanlagen an Bord von Flugzeugen handelt es sich um Luftzerlegungsanlagen, die nach dem Prinzip der Druckwechseladsorption arbeiten. Diese Luftzerlegungsanlagen benötigen üblicherweise Druckluft, die von den Haupt- bzw. Hilfstriebwerken des Flugzeugs oder von separaten Drucklufterzeugern zur Verfügung gestellt wird. Nachteilig an der Nutzung der Triebwerksluft ist es, dass diese sehr heiß ist, einen zu hohen Druck und eine zu große Wasserbeladung aufweist, so dass sie aufwändig aufbereitet werden muss, bevor sie der Druckwechseladsorptionsanlage zugeführt werden kann. Die Luftzerlegungsanlage wird dadurch technisch und baulich sehr aufwändig.
Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Luftzerlegung zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist und ohne großen konstruktiven Aufwand und kostengünstig realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung zur Luftzerlegung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Luftzerlegung an Bord eines Flugzeugs wird in vorteilhafter Weise von dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem für die Flugzeugkabine mit Luft versorgt ist, so dass keine Aggregate für die druck-, temperatur- und feuchtemäßige Aufbereitung der Luft erforderlich sind.
In dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem wird die diesem zugeführte Druckluft bezüglich des Drucks, der Temperatur und des Wassergehalts entsprechend den in der Flugzeugkabine erforderlichen Bedingungen konditioniert, das heißt, dass der Luft in dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem Wasser entzogen wird und die Temperatur und der Druck der Luft den Kabinenbedingungen angepasst werden.
Ein Teilstrom der so konditionierten Luft wird aus dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem abgeleitet und der Einrichtung zur Luftzerlegung zugeführt. Der übrige Teil der Luft des Luftklimatisierungs- und Bedruckssystems wird weiterhin der Flugzeugkabine zugeführt.
In der Einrichtung zur Luftzerlegung wird die von dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem abgeleitete Luft in ihre Hauptbestandteile Stickstoff und Sauerstoff zerlegt. Dabei durchströmt die Luft in den Druckwechseladsorptions-Einheiten unter Druck ein Molekularsieb, an dem der Stickstoff adsorptiv gebunden wird, während der Sauerstoff das Molekularsieb durchdringt. Auf diese Weise erfolgt die gewünschte Trennung von Stickstoff und Sauerstoff. Nach einer gewissen Zeit ist das Adsorptionsvermögen des Molekularsiebs erschöpft, sodass eine Regeneration (Desorption) des beladenen Adsorbers erforderlich ist. Um in der Einrichtung zur Luftzerlegung eine adsorptive Lufttrennung mit einer kontinuierlichen Produktlieferung gewährleisten zu können, müssen mindestens zwei Druckwechseladsorptions-Einheiten parallel betrieben werden, von denen jeweils eine die Luftbestandteile trennt, während die andere zeitgleich regeneriert wird.
Der von der Einrichtung zur Luftzerlegung getrennte Sauerstoff wird in Notfallsituationen oder bei Bedarf über einen ersten Auslass dem Sauerstoffversorgungssystem des Flugzeugs zugeführt. Während des normalen Flugbetriebs wird der durch die Einrichtung zur Luftzerlegung getrennte Sauerstoff und/oder Stickstoff in die Flugzeugkabine und Stickstoff gegebenenfalls auch aus dem Flugzeug abgeleitet. Daher weist die Einrichtung zur Luftzerlegung aus diesem Grund einen weiteren Auslass auf, durch den der Sauerstoff und/oder Stickstoff in die Flugzeugkabine ableitbar ist. Auf diese Weise kann der Sauerstoffanteil der Kabinenluft vergrößert werden, wobei der Sauerstoffanteil mit zunehmender Flughöhe erhöht werden kann. Durch diese Sauerstoffanreicherung der Kabinenluft kann das Jetlack-Risiko verringert werden. Ferner wird das empfundene Fluggefühl verbessert.
Über den ersten Auslass ist Stickstoff in die Treibstofftanks und/oder den Frachtraum ableitbar. Die Zuführung des Stickstoffs in die Treibstofftanks und den Frachtraum minimiert das Feuerrisiko an Bord des Flugzeugs. Die Stickstoffanreicherung der in den Treibstofftanks und dem Frachtraum befindlichen Luft verringert den Partialdruck des in dieser Luft befindlichen Sauerstoffs, sodass beispielsweise in den Treibstofftanks die Gefahr einer Entzündung der in diesen Tanks befindlichen Kerosindämpfe entsprechend verringert wird.
Um den der Flugzeugkabine zugeführten Sauerstoff- und/oder Stickstoffstrom einstellen zu können, weist die Einrichtung zur Luftzerlegung zweckmäßigerweise mindestens ein Stellventil auf. Mit Hilfe dieses Stellventils kann die Luftzusammensetzung in der Flugzeugkabine entsprechend den Flugbedingungen, beispielsweise der Flughöhe, verändert werden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figur zeigt eine Prinzipskizze einer Einrichtung zur Luftzerlegung an Bord eines Flugzeugs.
In der Figur ist eine Druckluftquelle 2 dargestellt, die an ein Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 angebunden ist und dieses mit komprimierter Luft versorgt. Bei der Druckluftquelle 2 handelt es sich im Allgemeinen um die Hoch- und Mitteldruckverdichter der Haupttriebwerke des Flugzeugs bzw. einer Hilfsturbine.
Die komprimierte Luft verlässt die Druckluftquelle 2 mit einer Temperatur von ca. 300°C. Aus diesem Grund sind in dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 Wärmetauscher (nicht dargestellt) vorgesehen, die die Luft auf Kabinentemperatur herunterkühlen. In niedriger Flughöhe, insbesondere beim Durchfliegen von Wolken, kann die von den Turbinen aufgenommene Außenluft eine hohe Wasserbeladung aufweisen. Dieses Wasser wird der Luft in dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 mit Hilfe eines in der Figur nicht dargestellten Wasserabscheiders entzogen. Ferner wird die komprimierte Luft in dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 auf den erforderlichen Kabinendruck entspannt.
Ein Teil der so konditionierten Luft verlässt das Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 durch einen ersten Auslass 6 und wird dem Kabi nenbereich 8 des Passagierflugzeugs zum Aufbau des Kabinendrucks und zur Klimatisierung zugeführt.
Ein zweiter Teilstrom der von dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 konditionierten Luft wird über einen zweiten Auslass 10 an dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem 4 einer Einrichtung zur Luftzerlegung 12 zugeführt. Die Einrichtung zur Luftzerlegung 12 weist Druckwechseladsorptions-Einheiten (nicht dargestellt) auf, in denen die Luft in Ihre Hauptbestandteile Stickstoff und Sauerstoff zerlegt wird, Aus Stabilitätsgründen können die Druckwechseladsorptions-Einheiten während der gesamten Flugdauer permanent im Einsatz sein.
Der von den Druckwechseladsorptions-Einheiten getrennte Stickstoff und Sauerstoff werden über einen ersten Auslass 14 der Einrichtung zur Luftzerlegung 12 an einen Verbraucher 16 weitergeleitet. Bei dem Verbraucher 16 handelt es sich zum einen um die Notsauerstoffversorgung des Flugzeugs, der nahezu reiner Sauerstoff zugeführt wird, zum anderen um die Treibstofftanks und/oder den Frachtraum, die zur Verringerung der Brandgefahr mit dem von der Einrichtung zur Luftzerlegung 12 separierten Stickstoff gespült werden.
Die Einrichtung zur Luftzerlegung 12 weist einen weiteren Auslass 18 auf. Über diesen Auslass 18 wird der Kabinenbereich 8 während des normalen Flugbetriebs mit zusätzlichem Sauerstoff und bevorzugt andere Bereiche wie z. B. der Frachtraum und die Treibstofftanks mit Stickstoff versorgt. Um den Volumenstrom an Sauerstoff bzw. Stickstoff einstellen zu können, weist die Zufuhrleitung des Auslass 18 ein Stellventil 20 auf. Das Stellventil 20 kann durch eine Steuerungselektronik des Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystems 4 angesteuert werden, um so beispielsweise den Partialdruck des Sauerstoffs in der Kabinenluft zu vergrößern.

2: Druckquelle
4: Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem
6: Auslass
8: Kabinenbereich
10: Auslass
12: Einrichtung zur Luftzerlegung
14: Auslass
16: Verbraucher
18: Auslass
20: Stellventil

Claims

Einrichtung zur Luftzerlegung (12) an Bord eines Flugzeugs, das ein Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem (4) zur Atemluftversorgung der Flugzeugkabine (8) aufweist, wobei die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) von dem Luftklimatisierungs- und Bedruckungssystem (4) mit Luft versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) einen ersten Auslass (14) aufweist, über den in der Einrichtung zur Luftzerlegung (12) getrennter Sauerstoff zu einer Notsauerstoffversorgung des Flugzeugs und in der Einrichtung zur Luftzerlegung (12) getrennter Stickstoff zu Treibstofftanks und/oder zu einem Frachtraum weitergeleitet wird, wobei die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) einen weiteren Auslass aufweist, über den der Kabinenbereich (8) während des normalen Flugbetriebs mit zusätzlichem Sauerstoff versorgt wird.
Einrichtung zur Luftzerlegung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) mindestens zwei Druckwechseladsorptions-Einheiten aufweist.
Einrichtung zur Luftzerlegung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) mindestens ein Stellventil (20) aufweist, mit dem der der Flugzeugkabine (8) zugeführte Sauerstoffstrom und/oder Stickstoffstrom einstellbar ist.
Einrichtung zur Luftzerlegung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Luftzerlegung (12) zur Verwendung in einem Flugzeug vorgesehen ist.