Klimaanlage (Flugzeug)
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Klimaanlagen in Flugzeugen (environmental control system, ECS, "Umweltkontrollsystem") unterscheiden sich von gewöhnlichen Klimaanlagen hinsichtlich Antriebsenergie (Flugzeugtriebwerk statt Strom), den Leistungsanforderungen und den hohen Sicherheitsanforderungen in Flugzeugen. Die Klimaanlagen in Flugzeugen umfasst die verschiedensten Systemen für die Luftversorgung und Temperaturkontrolle für Besatzung und Passagiere (Klimaanlage, Heizung, Frischluft) und ist eng mit der Druckkontrolle verzahnt.
In modernen Verkehrsflugzeugen wird eine Klimaanlage benötigt, um den Passagieren in einer Flughöhe von über 10.000 Metern eine Atmosphäre mit genügend Luftdruck, Luftsauerstoff und eine angenehme Umgebungstemperatur zu gewähren.
Dies wird mit Hilfe von mindestens zwei von einander unabhängigen Aggregaten, Packs genannt, erreicht. Die Packs werden mit Bleed-Air (Zapfluft - sehr heiß und unter hohem Druck) aus den Strahltriebwerken oder der APU (Hilfstriebwerk) angetrieben. In den Packs wird diese Zapfluft nach der Druck- und Temperaturregelung in die Druckkabine des Flugzeuges geblasen. Der Innendruck wird dabei durch ein Ablassventil (Outflow-Valve) geregelt.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Hauptbaugruppen der Anlage
[Bearbeiten] Kühlturbine und Wärmeübertrager
|
|
Die Air-Cycle-Machine (Kühlturbine - Bild 2) ist das Herz der Klimaanlage im Verkehrsflugzeug. Sie enthält einen Radialkompressor (2), eine Turbine (7) und mehrere Wärmeübertrager (heat exchanger), die aus der Zapfluft klimatisierte Luft erzeugen.
Die Zapfluft (Bild 3: (1)) mit einem Druck von ca. 3 bar und bis zu 150° C Temperatur durchläuft den ersten Wärmeübertrager (Bild 3: (4)), der von der Außenluft (ram air) gekühlt wird. Nach der Druckerhöhung und der damit verbundenen Erwärmung wird ein zweiter Wärmeübertrager (Bild 3: (6)) durchlaufen und danach die Turbine (Bild 3: (7)), in der die Luft expandiert und deshalb weiter abkühlt. Die Rotationsenergie der Turbine treibt wiederum über eine Welle (Bild 3: (20)) den Kompressor an. Am Ausgang der Turbine beträgt die Temperatur etwa 0 °C und wird mit Heißluft aus dem Zapfluft-System gemischt (Bild 3: (10)). Damit die Anlage auch am Boden funktioniert, werden hier die Wärmeübertrager von einem Gebläse, dem „Turbo-Fan“, mit Kühlluft versorgt. Der Turbo-Fan wird elektrisch (Boeing 727), durch einen Luftmotor (Boeing 737 Classic) oder mechanisch auf der Welle der Kühlturbine (Boeing 737-NG) angetrieben.
|
|
[Bearbeiten] Mischkammer
Die Mixing-Chamber (Mischkammer - Bild 5: (23)) ist die Misch- und Verteileinrichtung der Klimaanlage. Hier wird die Luft aus den Packs je nach Bedarf weiter mit Zapfluft angewärmt. Außerdem wird ein Teil der bereits benutzen und gefilterten Kabinenabluft mit Hilfe eines oder mehrerer Gebläse, den "Recirculation Fans", zugemischt (Bild 5 - (18)). Ab hier wird die Luft zur Weiterverteilung bereitgestellt.
[Bearbeiten] Auslassventil
Dieses Druckventil, auch "Outflow-Valve" genannt, ist eine verstellbare Klappe im hinteren Teil der Druckkabine. Es regelt abhängig von der Flugphase den Innendruck. Am Boden ist es geöffnet und wird nach dem Start automatisch durch den Kabinendruckregler (Cabin-Pressure-Controller) geregelt, um dann im Reiseflug einen Luftdruck wie in etwa 2.400 Meter Höhe (bezogen auf Standardluftdruck) zu erzeugen. Sollte die automatische Regelung des Kabinendrucks versagen, kann das Auslassventil auch elektrisch durch einen Handregler verstellt werden.
[Bearbeiten] Sicherheitseinrichtungen
Sollte das Auslassventil nicht öffnen, bestünde die Gefahr eines gefährlichen Überdrucks in der Kabine. Deshalb befinden sich in der Flugzeughaut Überdruckventile (Overpressure-Relief-Valves), die bei einem Differenzdruck von etwa 0,6 bar öffnen. Sollte das Auslassventil nicht schließen, die Klimaanlage versagen oder ein großes Loch in der Flugzeughaut entstehen, würden die über den Passagieren befindlichen Sauerstoffmasken bei einem Luftdruck entsprechend etwa 4.300 Meter Höhe automatisch ausgelöst.
[Bearbeiten] Geschichte
Honeywell Aerospace hat 1940 den ersten Wärmeübertrager für Druckkabinen in die Boeing B-307 eingebaut. 1944 wurde die "Luftausdehnungsturbine" (air expansion turbine) für die Kühlung der Kabine der Lockheed P-80 zur Einsatzreife gebracht.
Die erste "Luftkreislaufklimaanlage" (air cycle ECS - Environmental Control System) wurde 1945 bei der Lockheed Constellation eingesetzt. Das erste "Dampfkreislaufkühlsystem" (aircraft-type vapor cycle cooling system) wurde 1956 von Honeywell Aerospace in der Lockheed L-188 Electra eingesetzt. Die Boeing 727 hatte 1961 das erste komplette "pneumatische Kreislauf-Umgebungsluft-Steuersystem" (pneumatic air cycle ECS - Environmental Control System).
