DE102007057536A1

DE102007057536A1 - Klimaanlage mit Hybrid-Zapfluft-Betrieb

Info

Publication number: DE102007057536A1
Application number: DE102007057536A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Ing. Dittmar; Nicolas Dr. Antoine; Uwe Dipl.-Ing. Buchholz
Original assignee: Airbus Operations GmbH; Airbus SAS
Current assignee: Airbus Operations GmbH; Airbus SAS
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: US8572996B2; BRPI0818967A2; WO2009068265A1; DE102007057536B4; RU2010124290A; WO2009068265A4; JP2011504844A; CA2706427A1; CN101883720B; US20110138822A1; EP2212200B1; EP2212200A1; CN101883720A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem zum Betreiben mindestens eines Klimatisierungssystems eines Flugzeugs, mit mindestens einem Luftleitungsnetz und mindestens einem elektrischen Leitungsnetz, wobei das Luftleitungsnetz mit dem Klimatisierungssystem und mindestens einem Zapfluftanschluss zum Leiten von Zapfluft an das Klimatisierungssystem verbunden ist, das elektrische Leitungsnetz mit dem Klimatisierungssystem und mindestens einer elektrischen Energiequelle zum Leiten von elektrischer Energie an das Klimatisierungssystem verbunden ist und das Klimatisierungssystem eine elektrisch betreibbare Kühleinrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Klimatisierungssystem und ein Verfahren zum Klimatisieren eines Flugzeugs. Durch das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem wird die den Triebwerken entnommene Energie verbessert an die für den Betrieb des Klimatisierungssystems und weiterer Systeme - wie etwa zur Flügelenteisung - notwendige Energie angepasst und reduziert damit den Treibstoffmehrverbrauch des Flugzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem zum Betreiben mindestens eines Klimatisierungssystems eines Flugzeugs, ein Klimatisierungssystem für ein Flugzeug und ein Verfahren zum Klimatisieren eines Flugzeugs.
Zum Versorgen von Flugzeugklimaanlagen und anderen Systemen wie etwa Enteisungssystemen mit Energie und Frischluft wird üblicherweise einer Verdichterstufe eines Triebwerks oder eines durch eine APU angetriebenen Verdichters Luft entnommen und zu Klimaanlagenaggregaten („Packs") sowie Flügelvereisungsschutzsystemen geleitet. Während des Flugs stellt diese auch „Zapfluft" bzw. „Bleed Air genannte, erwärmte und druckbeaufschlagte Luft die einzige Energiequelle für die Klimaanlagenaggregate dar, deren Energie sowohl zum Beaufschlagen der Flugzeugkabine mit Druck als auch zum Betreiben des entsprechenden Kälteprozesses ausreichen muss. Der Druckbedarf der verschiedenen mit Zapfluft zu versorgenden Systeme bestimmt den notwendigen Druck am Zapfluftanschluss der Verdichterstufe des Triebwerks oder des durch die APU angetriebenen Verdichters. Maßgeblich ist dabei besonders die Anforderung der Packs, die einen relativ hohen Luftdruck zum Betreiben des thermodynamischen Kreisprozesses und zum Zuführen von kalter bzw. frischer Luft in die Kabine benötigen.
Mit höherem notwendigen Zapfluftdruck resultiert jedoch aufgrund der stärkeren Kompression im Triebwerk auch eine höhere Zapflufttemperatur. Um Schäden in Zapfluft aufnehmenden Bauteilen zu verhindern, muss die Zapfluft auf eine vorgegebene Maximaltemperatur begrenzt und demnach auch abhängig von ihrer Temperatur durch einen Vorkühler gekühlt werden. Für den Betrieb eines als Wärmetauscher ausgeführten Vorkühlers ist ein zusätzliches, Wärme aufnehmendes Medium notwendig, das üblicherweise mit Zapfluft niedrigen Druckniveaus aus einer Fan-Stufe eines Haupttriebwerks des Flugzeugs realisiert wird. Diese Kühlluft verlässt mit zusätzlichem Wärmeeintrag aus der zu kühlenden Zapfluft den Vorkühler nach außen in die Umgebung des Flugzeugs und steht als Energieträger für eine weitere Verwendung im Flugzeug nicht mehr zur Verfügung.
Zusätzlich zu der Energieversorgung der eigentlichen Flugzeugklimaanlage wird Zapfluft in ein Leitungsnetzwerk innerhalb der Flügelvorderkantenklappen („Slats") geleitet, um dort die Innenseite der Slats zu erwärmen, so dass das Ausbilden einer Eisschicht auf der Außenseite der Slats verhindert wird.
Bei einem üblichen pneumatischen und Zapfluft basierenden Klimatisierungs- und Energieversorgungssystem wird ferner Zapfluft aus einem durch die APU angetriebenen Verdichters dazu verwendet, um eines oder mehrere der Haupttriebwerke des Flugzeugs mittels einer pneumatischen Triebwerksstarteinheit zu starten.
Diese pneumatisch basierende Energiearchitektur ist ein robustes und bewährtes System, das weltweit in vielen Flugzeugen Anwendung findet. Jedoch stellt dieses Verfahren des Zapfluft basierenden Extrahierens von Energie aus Triebwerken eine deutliche Benachteiligung des dort ablaufenden Gasturbinenprozesses dar. Da ferner die Zapfluftanschlüsse innerhalb der Triebwerke mechanisch fest angeordnet sind, variiert der Zapfluftdruck an den Zapfluftanschlüssen mit unterschiedlichen Triebwerkszuständen. Dies erschwert es, die Menge der entnommenen pneumatischen Energie mit der zum Betrieb der Systeme notwendigen Energie in Einklang zu bringen. Die Positionen der Zapfluftanschlüsse sind im allgemeinen so ausgelegt, dass der dort zur Verfügung stehende Zapfluftdruck in allen Auslegungsfällen stets für den korrekten Betrieb der Flugzeugklimaanlage ausreicht (bspw. bei heißer Umgebung oder verschiedenen Fehlerfällen). Dies bedeutet, dass der an den Zapfluftanschlüssen anliegende Zapfluftdruck den erforderlichen Zapfluftdruck bei normalen Bedingungen deutlich überschreitet. Diese Diskrepanz erfordert die Verwendung von Druck- und Volumenstromregelventilen, wodurch ein Teil der den Triebwerken entnommenen Energie vernichtet wird bzw. ungenutzt bleibt. Daraus resultiert in den meisten Betriebspunkten eine zu große Entnahme von Zapfluftleistung aus dem Triebwerk und dadurch ingesamt insgesamt ein deutlicher Mehrverbrauch an Treibstoff.
Ein weiterer Nachteil eines üblichen vollständig auf Zapfluft basierenden Klimatisierungssystems liegt in der durch die hohe Zapflufttemperatur bedingten be schleunigten Materialermüdung der Drossel- und Entnahmeventile an den Zapfluftanschlüssen, die deren Lebensdauer entsprechend verringert.
Die Aufgabe der Erfindung ist das Verringern oder Eliminieren der genannten Nachteile. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Energieversorgungssystem der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der die Entnahme von Zapfluft aus dem Triebwerken des Flugzeugs dahingehend optimiert wird, dass die den Triebwerken entnommene Leistung im Wesentlichen der für die Klimaanlage notwendigen Leistung entspricht. Die Aufgabe der Erfindung ist ferner, einen Treibstoffmehrverbrauch zu minimieren, der sich aus Drossel- und Wärmeverlusten überschüssig entnommener Triebwerksleistung ergeben würde.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Energieversorgungssystem zum Versorgen mindestens eines Klimatisierungssystems eines Flugzeugs, mit mindestens einem Luftleitungsnetz und mindestens einem elektrischen Leitungsnetz, wobei das Luftleitungsnetz mit dem Klimatisierungssystem und mindestens einem Zapfluftanschluss zum Leiten von Zapfluft an das Klimatisierungssystem verbunden ist, das elektrische Leitungsnetz mit dem Klimatisierungssystem und mindestens einer elektrischen Energiequelle zum Leiten von elektrischer Energie an das Klimatisierungssystem verbunden ist, und das Klimatisierungssystem eine elektrisch betreibbare Kühleinrichtung aufweist.
Durch ein solches Energieversorgungssystem ist es möglich, von den Triebwerken Zapfluft auf einem relativ geringen Druckniveau zu entnehmen. Die entnommene Zapfluft dient dabei nicht zum vollständigen Betrieb eines Klimatisierungsprozesses, der die Beaufschlagung der Kabine mit Druck und Kühlung beinhaltet. Vielmehr wird durch das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem Zapfluft bereitgestellt, die mindestens die Druckbeaufschlagung der Flugzeugkabine in allen Betriebszuständen sicherstellt. Die darüber hinaus notwendige Energie zum Kühlen der zur Kabine geführten Frischluft wird durch ein elektrisches Kühlsystem bereitgestellt. Diese hybride pneumatische und elektrische Versorgung des Klimatisierungssystems ist eine vorteilhafte Möglichkeit, die den Triebwerken entnommene Energie möglichst genau und verlustarm an die notwendige Energie anzugleichen. Die während üblicher Flugzeugeinsätze zu erwartenden Abweichungen in der Umgebungstemperatur müssen nicht bei der Auslegung der Zapfluftentnahme berücksichtigt werden, sondern können leicht durch die elektrische Kühlung ausgeglichen werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird Zapfluft aus je zwei Zapfluftanschlüssen an den Triebwerken entnommen, wobei die jeweiligen Zapfluftanschlüsse eines Triebwerks unterschiedliche Drücke aufweisen. Dadurch wird die Entnahme der Zapfluft weiter optimiert und die Drosselverluste verringert, die beim Reduzieren des Drucks und des Volumenstroms bei Verwendung eines einzigen Zapfluftanschlusses entstehen würden.
Durch Entnahme von Zapfluft auf einem relativ niedrigen Druckniveau ist die Temperatur der Zapfluft niedriger als bei üblichen Systemen. Dies führt dazu, dass bei dem erfindungsgemäßen System kein herkömmlicher Zapfluft betriebener Vorkühlen notwendig ist. Die Verwendung eines Vorkühlsystems bestehend aus einem Stauluftkanal und einem darin angeordneten Wärmetauscher erfordert keine weitere Energiezufuhr und stellt damit eine deutliche Einsparung an Treibstoffmehrverbrauch dar. Zusätzlich hierzu ist im Idealfall keine Zapfluft-Leckage-Detektionseinrichtung notwendig. Dies folgt daraus, dass bei druckverlustoptimierter Gestaltung die Zapfluft auf einem solchen Druckniveau abgezapft werden kann, bei dem die zugehörige Zapflufttemperatur so gering ist, dass sich im Fall einer Leckage im Zapfluftsystem keine sicherheitskritischen Oberflächentemperaturen einstellen. Eine Detektion der Leckage ist daher aus Sicherheitsgründen nicht mehr erforderlich. Die aufwändige Installation eines Detektionssystem kann somit entfallen, wodurch Gewicht, Kosten und Fertigungszeiten bei der Flugzeugmontage verringert werden können.
Weiterhin führt die Verringerung der Zapflufttemperatur zu einer höheren Lebensdauer und längeren Wartungsintervallen der Zapfluftventile, da deren thermische Belastung auf einem im Vergleich zum Stand der Technik erträglicherem Niveau liegt.
Das Ersetzen herkömmlicher pneumatischer Triebwerksstarteinheiten mit in die Triebwerke integrierten Generator-/Startereinheiten vereinfacht das Zapfluft leitende Luftleitungsnetz im Flugzeug. Die Vereinfachung des Luftleitungsnetzes wird durch Ersetzen eines pneumatischen Enteisungs- bzw. Vereisungsschutz systems mit elektrischen Systemen gesteigert. Während des Flugs in Vereisungszuständen ist demnach keine weitere Entnahme von Zapfluft notwendig, so dass die Zapfluftanschlüsse auf einen geringeren Volumenstrom und Druck ausgelegt werden können und dadurch die Energieentnahme aus den Triebwerken zusätzlich optimiert wird.
Wird in dem betreffenden Flugzeug eine vollelektrische APU – beispielsweise in Form einer Brennstoffzelle oder dergleichen – eingesetzt, kann die Luftzufuhr beim Bodenaufenthalt entweder durch ein elektrisch angetriebenes Gebläse und/oder einen externen Lufteinlass bereitgestellt werden. Gleichzeitig werden die Wartungskosten und der Bauraum der APU verringert.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Klimatisierungssystem und ein Verfahren zum Klimatisieren eines Flugzeug mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In den Figuren werden gleiche Objekte durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
1: Eine schematische Ansicht eines Klimatisierungs- und Energiesystems aus dem Stand der Technik,
2: eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
3: eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
4a, b: eine Gegenüberstellung des Zapfluftdruckverlaufs eines Systems aus dem Stand der Technik und des erfindungsgemäßen Systems, und
5: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in den 1–3 dargestellten Systeme sind symmetrisch aufgebaut und bestehen exemplarisch auf zwei spiegelverkehrten Systemhälften. Die Verwen dung von Singular und Plural in Bezug auf Systemkomponenten ist in Zusammenschau mit den Figuren zu interpretieren, da die Beschreibung einer einzelnen Systemhälfte mit einzelnen Systemkomponenten am sinnvollsten erscheint.
1 stellt ein Klimatisierungs- und Energieversorgungssystem aus dem Stand der Technik dar. Dort wird Triebwerken 2 Zapfluft entnommen und mittels Vorkühlern 4 auf eine für nachgeschaltete Geräte akzeptable Temperatur heruntergekühlt. Das in den Vorkühlern 4 Wärme aufnehmende Medium wird als Kühlluft in Form von Zapfluft realisiert, die einer Fan-Stufe der Triebwerke 2 entnommen wird und eine relativ geringe Temperatur aufweist. Diese Kühlluft nimmt Wärme der heißeren Zapfluft aus den näher zu den Brennkammern der Triebwerke gewandten Zapfluftanschlüssen auf und verlässt die Vorkühler 4 in die Umgebung des Flugzeugs. Die durch die Kühlluft aufgenommene und aus den Triebwerken 2 stammende Energie verlässt damit unwiderruflich den Bereich des Klimatisierungssystems.
Auf diese Weise vorgekühlte Zapfluft gelangt in die Klimaaggregate („Packs") 6, in denen sie durch thermodynamische Prozesse – bei größeren Verkehrsflugzeugen etwa mittels einer Expansionskühlanlage – entsprechend konditioniert und zu einer Mischkammer geleitet wird. Die konditionierte Luft wird in der Mischkammer mit verbrauchter Luft aus der Kabine in einem bestimmten Mischungsverhältnis vermischt und der Kabine zugeführt. Die Zapfluft ist dabei die einzige Energiequelle zum Betreiben der Packs 6 und zur Beaufschlagung der Kabine mit Druck.
Weiterhin gelangt die aus den Vorkühlern 4 strömende Zapfluft in die Flügelvereisungsschutzsysteme 8, in der sie von innen auf die Flügelvorderkante aufprallt und dort durch Wärmeeintrag Eisbildung verhindert.
Im Stand der Technik ist es weiterhin üblich, das Klimatisierungssystem des Flugzeugs beim Bodenaufenthalt mit Luft aus einem durch eine APU 10 angetriebenen Verdichter (im folgenden auch „Ladeverdichter" im Sinne des englischen Begriffs „Load Compressor” genannt) 12 zu betreiben. Zusätzlich wird die durch den Ladeverdichter 12 bereitgestellte Luft zum Starten der Triebwerke 2 mittels einer pneumatischen Triebwerksstarteinheit 14 verwendet.
Durch die Generatoren 16 der Triebwerke 2 oder der APU 10 wird elektrische Energie bereitgestellt, die jedoch von den wichtigsten Teilsystemen des Klimatisierungssystems des Flugzeugs nicht genutzt werden.
Das in 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems verfolgt einen anderen Ansatz der Verwendung pneumatischer und elektrischer Energie und resultiert in einem geringeren Treibstoffverbrauch.
Von den Triebwerken 2 wird Zapfluft auf einem – gemessen an üblichen Systemen – relativ niedrigen Druckniveau extrahiert. Abhängig vom derzeitigen Flugzustand des Flugzeugs kann die Zapfluft aus zwei unterschiedlichen Zapfluftanschlüssen 18 und 20 extrahiert werden, welche unterschiedliche Zapfluftdrücke bereitstellen. Aufgrund des niedrigen Druckniveaus befindet sich die resultierende Zapflufttemperatur in einem Bereich, in dem ein Vorkühler 4 nicht mehr erforderlich ist. Das Zapfluftleitungsnetz weist an der Verbindungsstelle mit dem Zapfluftanschluss 18 niedrigen Drucks ein Rückschlagventil 22 auf, um ein Rückströmen der Zapfluft in das Triebwerk 2 zu verhindern, während die Zapfluft von dem Zapfluftanschluss 20 höheren Drucks extrahiert wird. Das Zapfluftleitungsnetz weist im Strömungspfad des Zapfluftanschlusses 20 mit dem höheren Druck außerdem ein Drosselventil 24 auf, um Druck und Volumenstrom der Zapfluft zu regeln, so dass durch Wirkung der Zapfluft mindestens der notwendige Kabinendruck aufrechterhalten werden kann.
Sind die Triebwerke 2 beim Bodenaufenthalt nicht in Betrieb, wird Luft mittels eines durch die APU 10 angetriebenen Ladeverdichters 12 bereitgestellt. Im Gegensatz zu gängigen Systemen ist der erforderliche Druck der durch die APU bereitzustellenden Luft relativ niedrig, da das Klimatisierungssystem 26 (alternativ zu diesem allgemeinen Begriff auch „Air Conditioning and Thermal Management Systems" bzw. „ACTMS" genannt) bis zu einem gewissen Grad durch elektrische Energie betrieben werden. Die Kälteerzeugung innerhalb des ACTMS kann dabei sowohl auf einen luftgestützten als auch auf einen kaltdampfgestüt zen Kälteprozess basieren. Die elektrische Energie wird durch eine elektrische und durch die APU 10 angetriebene Generator-/Starteinheit 28 bereitgestellt. Die APU 10 könnte entweder als gewöhnliche Gasturbine oder zukünftig auch als Brennstoffzelle ausgeführt werden. Für den Fall, dass eine Brennstoffzelle für diesen Zweck ausgewählt wird, wird der Ladeverdichter 12 durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben, der seine elektrische Energie aus der Brennstoffzelle bezieht.
Während des Flugs wird extrahierte Zapfluft von den Zapfluftanschlüssen 18 und 20 weg zu einem Wärmetauscher 30 geleitet, in dem sie mittels durchströmender Stauluft gekühlt wird. Die Stauluft wird hierfür über integrierten Stauluftkanäle 32 durch Staudruck während des Flugs – oder durch in das Klimatisierungssystem 26 integrierte Stauluftventilatoren 34 bei Bodenaufenthalt – bereitgestellt.
Das Klimatisierungssystem 26 dient dazu, vollständig die Temperaturregelung für die Kabine 36 und das nicht dargestellte Cockpit bereitzustellen sowie zusätzliche Kühlung für Flugrechner und Leistungselektronik bereitzustellen. Die Kühlung durch das Klimatisierungssystem 26 kann entweder mit gängigen thermodynamischen Luftkreisprozessen, Verdampferkühlkreisläufen oder anderen thermodynamischen Kreisprozessen realisiert werden, die dafür geeignet erscheinen, die notwendige Temperatur der Kabinenzuluft zu realisieren. Zusätzlich zur Zapfluft wird das Klimatisierungssystem 26 mit elektrischer Energie aus den Generator-/Starteinheiten 28 versorgt, welche durch die Triebwerke 2 oder die APU 10 angetrieben werden. Die zusätzliche elektrische Energie wird durch eine nicht dargestellte Regeleinheit bestimmt, um die von den Triebwerken 2 extrahierte Energie besser an den Energiebedarf des Klimatisierungssystems 26 anzupassen.
Die Generator-/Starteinheiten 28 sind – wie die Bezeichnung vermuten lässt – so ausgelegt, dass sie nicht nur als Generatoren, sondern auch als Starteinheiten zum Starten der Triebwerke 2 bzw. der APU 10 verwendet werden können. Zum Starten der Triebwerke 2 (bzw. eines ersten Triebwerks 2) wird elektrische Energie aus der Generator-/Starteinheit 28 der APU 10 oder alternativ von externen Stromgeneratoren („Ground power units") bereitgestellt.
Zusätzlich werden bei dem erfindungsgemäßen System auf elektrischer Energie basierende Flügelvereisungsschutzsysteme 38 verwendet, die durch die Generator-/Starteinheiten 28 der Triebwerke 2 und der APU 10 versorgt werden. Dabei können die Vereisungsschutzsysteme 38 sowohl als thermische Systeme unter Verwendung elektrischer Heizmatten oder dergleichen zum Aufheizen der äußeren Oberfläche von Flügelvorderkantenklappen ausgeführt werden als auch als elektromechanische Systeme, die Flügelvorderkantenklappen mechanisch von Eis befreien können.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems wird in 3 gezeigt. Der grundlegende Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels zu dem ersten liegt in der unterschiedlichen Betriebsart bei Bodenaufenthalt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Kabinenluft nicht durch einen von der APU 10 angetriebenen Ladeverdichter 12 bereitgestellt, sondern durch ein nicht detailliert dargestelltes und in das Klimatisierungssystem 26 integriertes Zusatzgebläse. Während des Bodenbetriebs wird ein Ventil 40 geöffnet und Außenluft aus einem Außenlufteinlass 42 entnommen, der in den Stauluftkanal 32 integriert ist. Sobald die Triebwerke 2 in Betrieb genommen und fähig sind, Zapfluft zu liefern, wird das Ventil 40 geschlossen und das Klimatisierungs- und Energieversorgungssystem auf die gleiche Weise betrieben, wie beim ersten Ausführungsbeispiel anhand 2 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel erlaubt das Minimieren des Zapfluftleitungsnetzes und ermöglicht eine vollelektrische APU 10. Dies resultiert in Gewichts-, Raum- und Wartungskostenvorteilen.
Die Zapfluftdruckverläufe eines gängigen Klimatisierungs- und Energiesystems (4a) und des erfindungsgemäßen Systems (4b) über der Flugzeit werden schließlich exemplarisch gegenübergestellt. In 4a wird durch eine strichpunktierte Kurve 44 gekennzeichnet, welcher Zapfluftdruck notwendig ist, um ein Klimatisierungssystem an einem Tag mit durchschnittlicher Temperatur zu betreiben. Eine gestrichelte Linie 46 stellt den notwendigen Zapfluftdruckbedarf für einen relativ heißen Tag dar. Da der bereitgestellte Zapfluftdruck alle denkbaren Auslegungsfälle erfüllen muss, liegt der an den Zapfluftanschlüssen anliegende Zapfluftdruck stets über den notwendigen Zapfluftdrücken, so dass die den anliegenden Zapfluftdruck repräsentierende Kurve 48 oberhalb der Kurven 46 und 44 liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen System ist der mit der Kurve 50 dargestellte anliegende Zapfluftdruck nur bereichsweise höher als der notwendige Zapfluftdruck bei durchschnittlicher Temperatur (Kurve 52) oder bei relativ heißem Wetter (Kurve 54).
Nur während Flugabschnitten, bei denen ein relativ hoher Schub erforderlich ist, muss der Druck und der Volumenstrom der entnommenen Zapfluft gedrosselt werden. Während des Reiseflugs jedoch reicht der Zapfluftdruck nur dazu aus, die Flugzeugkabine mit Druck zu beaufschlagen, aber nicht zur Kühlung. Die resultierende Energiedifferenz, welche durch die Fläche zwischen den Kurven 50 und 52 bzw. 54 repräsentiert wird, wird durch elektrische Energie aus den Generator-/Starteinheiten 28 exakt ausgeglichen, die dem Klimatisierungssystem 26 zum Zwecke der Kühlung der Zapfluft zur Verfügung gestellt wird.
Schließlich stellt 5 schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugklimatisierungssystems dar. Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit der Bereitstellung von Luft in Form von Zapfluft, die den Triebwerken des Flugzeugs etwa über zwei Zapfluftanschlüsse 18 und 20 oder einem separaten und bspw. durch eine APU 10 angetriebenen Ladeverdichter 12 entnommen wird 54. Alternativ dazu wird bei Aufenthalt des Flugzeugs am Boden über einen zusätzlichen Lufteinlass 42 und ein Zusatzgebläse dem Klimatisierungssystem Luft bereitgestellt 56. Der Druck und der Volumenstrom der Zapfluft aus den Zapfluftanschlüssen 18 und 20 werden dabei mittels Drosselventilen 24 reguliert 58. Damit es nicht zu einer Rückströmung von Zapfluft bspw. aus einem Zapfluftanschluss höheren Drucks über einen Zapfluftanschluss niedrigeren Drucks kommt, wird die Rückströmung mittels eines Rückschlagventils 22 verhindert 60. Anschließend wird die bereitgestellte Luft an das Klimatisierungssystem geleitet 62 und über einen im Stauluftkanal 32 angeordneten Wärmetauscher 30 vorgekühlt 64. Beim Aufenthalt des Flugzeugs am Boden wird ein Zusatzlüfter 34 im Stauluftkanal 32 betrieben 66, um die Vorkühlung über den Wärmetauscher 30 zu ermöglichen. Die an das Klimatisierungssystem geleitete Luft wird schließlich über eine durch das elektrische Leitungsnetz mit elektrischer Energie versorgte elektrische Kühleinheit gekühlt 68.

Claims

Energieversorgungssystem zum Betreiben von mindestens einem Klimatisierungssystem (26) eines Flugzeugs, mit mindestens einem Luftleitungsnetz und mindestens einem elektrischen Leitungsnetz, wobei das Luftleitungsnetz mit dem Klimatisierungssystem (26) und mindestens einem Zapfluftanschluss (18, 20) zum Leiten von Zapfluft an das Klimatisierungssystem (26) verbunden ist, das elektrische Leitungsnetz mit dem Klimatisierungssystem (26) und mindestens einer elektrischen Energiequelle zum Leiten von elektrischer Energie an das Klimatisierungssystem (26) verbunden ist, und das Klimatisierungssystem (26) eine elektrisch betreibbare Kühleinrichtung aufweist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem kein mit Zapfluft betriebener Vorkühler vorhanden ist.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem während des Flugs mit Stauluft durchströmten Stauluftkanal (32), der einen mit dem Luftleitungsnetz verbindbaren Wärmetauscher (30) aufweist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 3, wobei im Stauluftkanal (32) ein zusätzlicher Lüfter (34) zum Durchströmen des Stauluftkanals (32) mit Luft beim Aufenthalt am Boden integriert ist.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Triebwerke (2) des Flugzeugs je zwei Zapfluftanschlüsse (18, 20) mit unterschiedlichen Druckniveaus aufweisen, die mit dem Luftleitungsnetz verbunden sind.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 5, bei dem der jeweilige Zapfluftanschluss höheren Drucks (20) ein Drosselventil (24) zum Regulieren des Drucks und/oder Volumenstroms der aus dem Zapfluftanschluss (20) entnommenen Zapfluft aufweist.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der jeweilige Zapfluftanschluss niedrigeren Drucks (18) ein Rückschlagventil (22) zum Verhindern der Rückströmung von Zapfluft aus dem Zapfluftanschluss höheren Drucks (20) über den Zapfluftanschluss niedrigeren Drucks (18) in das Triebwerk (2) aufweist.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zapfluft einem durch eine APU (10) angetriebenen Verdichter (12) entnommen wird.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem externen Lufteinlass (42) und einem Zusatzgebläse zum Versorgen des Klimatisierungssystems (26) mit Luft beim Aufenthalt am Boden.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei der externe Lufteinlass (42) in den Stauluftkanal (32) integriert ist.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Triebwerke (2) und die APU (10) des Flugzeugs mit jeweils einer Generator-/Startereinheit (28) als elektrische Energiequelle ausgerüstet sind, wobei die Generator-/Startereinheiten (28) zusätzlich zum zapfluftlosen elektrischen Starten der Triebwerke (2) eingerichtet sind.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kühleinrichtung zusätzlich durch Zapfluft mittels eines Expansionskühlkreislaufs betreibbar ist.
Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Enteisungssystem mit elektrischer Energie versorgt, wobei das Enteisungssystem zum Betrieb ohne Einsatz von Zapfluft eingerichtet ist.
Klimatisierungssystem (26) für ein Flugzeug, das mit mindestens einem Luftleitungsnetz und mindestens einem elektrischen Leitungsnetz verbunden ist und eine elektrische Kühleinrichtung aufweist, wobei das Luftleitungsnetz Zapfluft zum Beaufschlagen der Kabine des Flugzeugs mit Druck an das Klimatisierungssystem (26) leitet und das elektrische Leitungsnetz elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Kühleinrichtung an das Klimatisierungssystem (26) leitet.
Klimatisierungssystem (26) nach Anspruch 14, das durch ein Energieversorgungssystem nach den Ansprüchen 1–13 betrieben wird.
Verfahren zum Klimatisieren eines Flugzeugs, bei dem aus einem oder mehreren Triebwerken (2) Zapfluft entnommen und über mindestens ein Luftleitungsnetz einem Klimatisierungssystem (26) zugeführt wird, wobei die Zapfluft mit einer über mindestens ein elektrisches Leitungsnetz versorgten elektrisch betreibbaren Kühleinrichtung gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Zapfluft nicht durch einen mit Zapfluft betriebenen Vorkühler vorgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem die Zapfluft durch einen in einem Stauluftkanal (32) angeordneten und mit dem Luftleitungsnetz verbindbaren Wärmetauscher (30) vorgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16–18, bei dem ein zusätzlicher Lüfter (34) zum Durchströmen des Stauluftkanals (32) mit Luft beim Aufenthalt des Flugzeugs am Boden betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16–19, bei dem die Zapfluft aus je zwei Zapfluftanschlüssen (18, 20) mit unterschiedlichen Druckniveaus der Triebwerke (2) des Flugzeugs entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16–20, bei dem der Zapfluftvolumenstrom und Zapfluftdruck aus dem jeweiligen Zapfluftanschluss höheren Drucks (20) mittels eines Drosselventils (24) reguliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16–21, bei dem ein Rückströmen von Zapfluft aus dem Zapfluftanschluss höheren Drucks (20) über den Zapfluftanschluss niedrigeren Drucks (18) in das Triebwerk (2) mittels eines Rückschlagventils (22) verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16–22, bei dem die Zapfluft einem durch eine APU (10) angetriebenen Verdichter (12) entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16–23, bei dem Luft über ein Zusatzgebläse und einen externen Lufteinlass (42) beim Aufenthalt des Flugzeugs am Boden in das Klimatisierungssystem (26) geleitet wird.