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DE69404185T2 - Gasversorgungssysteme - Google Patents

Gasversorgungssysteme

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DE69404185T2 DE69404185T DE69404185T DE69404185T2 DE 69404185 T2 DE69404185 T2 DE 69404185T2 DE 69404185 T DE69404185 T DE 69404185T DE 69404185 T DE69404185 T DE 69404185T DE 69404185 T2 DE69404185 T2 DE 69404185T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft die veränderung der Zusammensetzung eines Gases, welches einem umschlossenen Raum zugeführt wird, wobei die Erfindung besonders geeignet ist für Luftfahrzeuge.
  • Ein Beispiel für einen umschlossenen Raum, der Gase von unterschiedlicher Zusammensetzung erfordert, ist der Raum, der durch die Zonen eines Luftfahrzeugs gebildet wird, in denen die Passagiere und die Besatzung befördert werden. Bei einem Verkehrsluftfahrzeug wird Luft für die Passagiere in der Kabine und für die Besatzung im Flugdeck von einer Quelle entnommen, die außerhalb der Kabine und des Flugdecks liegt. Um den Bedarf an Luft von einer solchen externen Luftquelle zu reduzieren, wird gewöhnlich ein Luftrezirkulationssystem vorgesehen, wobei Luft aus dem Flugdeck und der Kabine entnommen wird, gefiltert und gekühlt wird und sodann zur Kabine und zum Flugdeck zurückgeführt wird, häufig mit dem Zusatz eines kleinen Anteils an frischer Luft. Die Luft aus der Kabine und dem Flugdeck enthält erhebliche Mengen an Kohlendioxid und Wasserdampf. Um das Volumen an Kohlendioxid und Wasserdampf in der recycelten Luft zu verringern, wird ein Teil der recycelten Luft durch ein Druckwechseladsorptionssystem geführt, welches Kohlendioxid und Wasserdampf entfernt und die Kohlendioxid- und Wasserdampf-abgereicherte Luft zum Rest der recycelten Luft zurückführt, die dann zur Kabine und zum Flugdeck zurückgeführt wird.
  • Geeignete Druckwechseladsorptionssysteme sind hinreichend bekannt und beispielsweise in der EP-A-0332390 beschrieben.
  • In Luftfahrzeugen besteht ferner die Forderung nach einer Versorgung mit Sauerstoff für Notfälle, falls es zu einem plötzlichen Druckverlust in der Kabine und/oder im Flugdeck kommt. Dies wird durch die Verwendung eines separaten Systems erreicht, welches Masken für die Passagiere und die Flugdeckbesatzung beinhaltet und von einer separaten Sauerstoffquelle versorgt wird. Beispielsweise gibt es Kerzen, die bei der Verbrennung Sauerstoff freisetzen.
  • Eine Alternative ist in der US-A-4428372 offenbart, wobei ein Druckwechseladsorptionssystem Abzapfluft vom Triebwerk nimmt, den Sauerstoffgehalt der Luft durch die Adsorption von Stickstoff anhebt und die sauerstoffreiche Luft dann einem Not- Sauerstoffversorgungssystem zuführt. Eine gewisse Menge der sauerstoffreichen Luft aus dem Druckwechseladsorptionssystem wird einem Speichertank zugeführt und wird aus dem Tank abgezogen, in dem Fall, daß es zu einer Unterbrechung in der Versorgung mit sauerstoffangereicherter Luft aus dem Druckwechseladsorptions system kommt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Verändern der Zusammensetzung eines Gases in einem umschlossenen Raum, wobei das Verfahren umfaßt: Zufuhr eines ersten Gases mit einer ersten Zusammensetzung aus dem umschlossenen Raum zu einem Druckwechseladsorptionssystem, Modifizieren der Zusammensetzung des ersten Gases mit dem System und Zuführen des modifizierten Gases zu dem umschlossenen Raum, gekennzeichnet durch die Schritte: Beenden der Zuführung des ersten Gases zu dem Druckwechseladsorptionssystem, Zuführen eines zweiten Gases mit einer zweiten Zusammensetzung zu dem Druckwechseladsorptionssystem von außerhalb des umschlossenen Raums, Modifizieren der Zusammensetzung des zweiten Gases und Zuführen des modifizierten zweiten Gases zu dem umschlossenen Raum.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gasversorgungssystem geschaffen, umfassend einen umschlossenen Raum, welcher ein erstes Gas mit einer ersten Zusammensetzung aufweist, ein Druckwechseladsorptionssystem mit einem ersten Auslaß&sub1; welcher mit dem Raum verbunden ist, einen Einlaß, welcher von dem umschlossenen Raum zu dem Druckwechseladsorptionssystem führt, und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung zum Verbinden des umschlossenen Raums mit dem Druckadsorptionssystem, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorrat eines zweiten Gases mit einer zweiten Zusammensetzung 15 mit dem Druckwechseladsorptionssystem verbunden ist, wobei das Druckwechseladsorptionssystem ein Adsorbens beinhaltet, welches in der Lage ist, die Zusammensetzung sowohl des ersten als auch des zweiten Gases zu modifizieren, und wobei ein zweiter Einlaß mit dem Raum verbunden ist, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung den umschlossenen Raum mit dem Druckwechseladsorptionssystem verbindet, wenn der erste Auslaß geöffnet ist und der zweite Auslaß geschlossen ist, so daß der umschlossene Raum das modifizierte erste Gas empfängt, und die Zufuhr von erstem Gas zu dem Druckwechseladsorptionssystem beendet und den Vorrat an zweitem Gas mit dem Druckwechseladsorptionssystem verbindet, wenn der zweite Auslaß offen ist und der erste Auslaß geschlossen ist, so daß der umschlossene Raum modifiziertes zweites Gas empfängt.
  • Es folgt eine ausführlichere Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die eine schematische Darstellung eines Luftfahrzeugs ist und eine Kabine und ein Flugdeck des Luftfährzeugs zusammen mit Fracht/Unterflur-Abteilen zeigt, in denen ein Druckwechseladsorptionssystem zur Behandlung rezirkulierter Luft sowie zur Versorgung mit Notsauerstoff installiert ist.
  • Bezugnehmend auf die Zeichnung umfaßt das Luftfahrzeug eine Passagierkabine 10, ein Flugdeck 11 und Unterflurabteile 12, 13. Das Luftfahrzeug weist ferner mindestens ein Triebwerk 30 auf.
  • Die Kabine 10 und das Flugdeck 11 enthalten zwei Atemgas-Auslaßsysteme. Das erste Auslaßsystem 15 beliefert die Kabine 10 und das Flugdeck 11 während des normalen Betriebs des Luftfahrzeugs mit Luft. Das zweite System 16 ist ein Not-Sauerstoffsystem, welches mit Masken 17 ausgestattet ist, durch welche Personen in dem Luftfahrzeug Sauerstoff oder sauerstoffreiche Luft erhalten können, sollte es in der Kabine 10 und dem Flugdeck 11 in einem Notfall zu einem plötzlichen Druckverlust kommen. Im normalen Betrieb gelangt Luft von dem Luftauslaßsystem 15 in die Kabine 10 und das Flugdeck 11 und zirkuliert durch das erste Unterflurabteil 12 und durch Austrittsöffnungen 18 zum zweiten Unterflurabteil 13. In dem zweiten Unterflurabteil 13 befindet sich ein Kabinenluft-Recyclingsystem, welches allgemein mit "19" bezeichnet ist. Bei diesem System 19 wird Luft im Abteil 13 mittels Gebläsen 20 durch Partikel/Geruchsfilter 21 gesaugt. Die gefilterte Luft wird sodann Wärmetauschern 22 zugeführt und dürch einen Kanal 25 geleitet, wobei ein Teil dieser Kanalluft einem Druckwechseladsorptionssystem 23 zugeleitet wird. Die Luftabzweigung aus dem Kanal 25 zum Druckwechseladsorptionssystem 23 erfolgt durch eine Abzweigleitung 26, wobei die Luft durch ein Gebläse 27 in das System 23 gesaugt wird. Solche Systeme sind auf dem Fachgebiet hinreichend bekannt und umfassen ein Paar Adsorptionssäulen, wobei die Luft nacheinander durch jede Säule geleitet wird. Während eine Säule die Adsorptionsfunktion ausführt, wird die andere Säule gespült. Ein solches Druckwechseladsorptionssystem ist z.B. in der EP-A-0332390 gezeigt.
  • Der Spülstrom aus dem Druckwechseladsorptionssystem 23 wird durch einen Auslaß 28 aus dem Luftfahrzeug abgeleitet. Das System 23 beruht auf dem Druckunterschied zwischen dem Druck in der Kabine 10 und dem Flugdeck 11 einerseits und dem Umgebungsluf tdruck andererseits.
  • Die Funktion des Druckwechseladsorptionssystems 23 in dieser Betriebsart besteht darin, die Zusammensetzung der Luft zu verändern, indem Kohlendioxid und Wasserdampf aus dem Luftvorrat entfernt wird, und das Adsorbens in den Säulen wird entsprechend gewählt. Nach der Adsorption dieser Komponenten wird die modifizierte Luft durch einen Auslaßkanal 29 zurückgeführt, um mit der Luft im Kanal 25, die nicht durch das System 25 geleitet wurde, zusammengeführt zu werden. Der gesamte Luftstrom geht dann zu den Wärmetauschern 22.
  • Die Wärmetauscher 22 entnehmen Luft von außerhalb des Luftfahrzeuges und benutzen die kühle Umgebungsluft, um die recycelte Luft auf eine gewünschte Temperatur abzukühlen. Die gekühlte Luft gelangt sodann auf eine Mischereinheit 31. Diese Einheit 31 weist auch einen Einlaß 32 auf, der Umgebungsluft empfängt, nachdem die Umgebungsluft durch eine Filtereinheit 33 gefiltert wurde. Die Mischereinheit 31 mischt die recycelte Luft und die gefilterte Umgebungsluft. Im allgemeinen ist das zugesetzte Volumen an Umgebungsluft klein im Verhältnis zum Volumen der recycelten Luft.
  • Das Luftgemisch wird sodann über Zuführungskanäle 34 dem Luftauslaßsystem 15 zugeführt.
  • Das Sauerstoffsystem 16 erhält Sauerstoff von einem Sauerstoff- Zuführungskanal 35, der von dem Auslaßkanal 29 des Druckwechseladsorptionssystems 23 abzweigt. Ein erstes Ventil 36 kontrolliert die Strömung derart, daß bei einer ersten Position des ersten Ventils der behandelte Luftstrom durch den Kanal 29 geht, um wieder mit dem Rest der recycelten Luft in dem Kanal 25 zusammenzutreffen (wie oben beschrieben), und bei einer zweiten Position des ersten Ventils 36 der Ausgang des Druckwechseladsorptionssystems 23 auf den Sauerstoff-Zuführungskanal 35 geführt wird.
  • Das Triebwerk 30 ist mit einer Druckluftabzapfleitung 37 ausgestattet, welche zu der Abzweigleitung 26 führt, die den Eingang zum Druckwechseladsorptionssystem 23 bildet. Ein zweites Ventil 38 kontrolliert die Strömung durch die Abzweigleitung 26 und die Luftabzapfleitung 37 derart, daß bei einer ersten Position des zweiten Ventils 38 die Abzweigleitung 26 vor dem zweiten Ventil 38 geöffnet ist und recycelte Luft unter der Kontrolle des Gebläses 27 zum Druckwechseladsorptionssystem 23 gelangt. Die Luftabzapfleitung 37 ist geschlossen. Bei einer zweiten Position des zweiten Ventils 38 ist die Abzweigleitung 26 auf stromseitig zu dem zweiten Ventil 38 geschlossen, und die Luftabzapfleitung 37 ist geöffnet, wobei unter Druck stehende Abzapfluft vom Triebwerk 30 dem Druckwechseladsorptionssystem 23 durch die Luftabzapfleitung 37 zugeführt wird.
  • Das erste und das zweite Ventil 36, 38 werden durch eine Steuer- bzw. Regeleinheit 39 kontrolliert, deren Eingangssignal ein Signal von einem Kabinendrucksensor 40 ist.
  • Wenn der Drucksensor 40 einen Druckabfall in der Kabine 10 erkennt, der groß genug ist, um die Versorgung von Personen in der Kabine 10 und im Flugdeck 11 mit Sauerstoff oder sauerstoffreicher Luft notwendig zu machen, schaltet die Steuer- bzw. Regeleinheit 39 die Ventile 36, 38 von ihren ersten Positionen, bei denen recycelte Luft durch das Druckwechseladsorptionssystem 23 verarbeitet wird, auf ihre zweiten Positionen um, bei denen die Zufuhr dieser Luft zum Druckwechseladsorptionssystem 23 angehalten und Abzapfluft vom Triebwerk 30 zum Druckwechseladsorptionssystem 23 geführt wird, dessen Adsorbens Stickstoff sowie Kohlendioxid zu adsorbieren vermag. Derartige Adsorbentien sind auf dem Fachgebiet hinreichend bekannt. Da diese Abzapfluft einen deutlich höheren Druck hat, ist es notwendig, das Druckwechseladsorptionssystem 23 auf eine sehr viel schnellere Zykluszeit umzuschalten, so daß es dahingehend wirkt, die Zusammensetzung der Abzapfluft zu modifizieren, indem Stickstoff aus der Abzapfluft entfernt wird, und einen Vorrat an sauerstoffreicher Luft bereitstellt, die beim Verlassen des Druckwechseladsorptionssystems 23 durch den Sauerstoffzuführungskanal 35 zum Sauerstoffsystem 16 und zu den Masken 17 gelangt.
  • Auf diese Weise kann ein einzelnes Druckwechseladsorptionssystem verwendet werden, um sowohl recycelte Kabinenluft zu regenerieren als auch Notsauerstoff zu liefern. Damit wird das Gewicht und die Komplexität der Ausrüstung, die zu diesem Zweck in einem Luftfahrzeug erforderlich ist, deutlich verringert.
  • Selbstverständlich muß die Verwendung des Systems nicht ausschließlich auf Luftfahrzeuge beschränkt werden. Es könnte verwendet werden, um die Zusammensetzung eines Gases in einem beliebigen umschlossenen Raum zu verändern, wobei das Druckwechseladsorptionssystem die Zusammensetzung eines ersten Gases aus dem Raum modifiziert und es zurück zu den Raum führt und dann die Zusammensetzung eines zweiten Gases aus einer zweiten Quelle außerhalb des umschlossenen Raums modifiziert und es dem umschlossenen Raum zuführt.
  • Unter gewissen Umständen kann Sauerstoff aus einer separaten Quelle dem durch das Druckwechseladsorptionssystem gelieferten Sauerstoff hinzugefügt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Änderung der Zusammensetzung eines Gases in einem umschlossenen Raum (10, 11), umfassend Zufuhr eines ersten Gases mit einer ersten Zusammensetzung aus dem umschlossenen Raum (10, 11) zu einem Wechsel- Druckadsorptionssystem (23),
Modifizieren der Zusammensetzung des ersten Gases mit dem System und
Zuführen des modifizierten Gases zu dem umschlossenen Raum (10, 11), gekennzeichnet durch die Schritte Beenden der Zuführung des ersten Gases zu dem Wechsel- Druckadsorptionssystem (23),
Zuführen eines zweiten Gases mit einer zweiten Zusammensetzung zu dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) von außerhalb des umschlossenen Raumes (10, 11),
Modifizieren der Zusammensetzung des zweiten Gases und Zuführen des modifizierten zweiten Gases zu dem umschlossenen Raum (10, 11).
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das erste Gas dem Wechsel-Drückadsorptionssystem (23) bei einem Druck zugeführt wird, welcher geringer ist als der Druck, mit welchem das zweite Gas dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) zugeführt wird, wobei das Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) eine Zykluszeit aufweist, welche in Abhängigkeit von den Drücken angepaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das erste Gas aus dem umschlossenen Raum (10, 11) recycelte Luft ist, wobei das Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) Kohlendioxid und Wasserdampf aus der Luft entfernt, wobei das zweite Gas von einer externen Quelle für verdichtete Luft entnommen wird, wobei das Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) Stickstoff entfernt, um sauerstoffangereicherte Luft für die Zufuhr zu dem umschlossenen Raum (10, 11) herzustellen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der umschlossene Raum (10, 11) innerhalb eines Luftfahrzeuges angeordnet ist, wobei das zweite Gas verdichtete Abzapfluft eines Triebwerks (30) des Luftfahrzeugs ist.
5. Gasversorgungssystem, umfassend einen umschlossenen Raum (10, 11), welcher ein erstes Gas mit einer ersten Zusammensetzung beinhaltet, ein Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) mit einem ersten Auslaß (15), welcher mit dem Raum (10, 11) verbunden ist, einen Einlaß (18), welcher von dem umschlossenen Raum (10, 11) zu dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) führt, und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung (36, 38) zum Verbinden des umschlossenen Raums (10, 11) mit dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23), dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorrat (30) eines zweiten Gases mit einer zweiten Zusammensetzung mit dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) verbunden ist, wobei das Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) ein Adsorbens beinhaltet, welches in der Lage ist, die Zusammensetzung sowohl des ersten als auch des zweiten Gases zu modifizieren, und wobei ein zweiter Auslaß (16) mit dem Raum (10, 11) verbunden ist, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung (36, 38) den umschlossenen Raum (10, 11) mit dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) verbindet, wenn der erste Auslaß (15) geöffnet ist und der zweite Auslaß (16) geschlossen ist, so daß der umschlossene Raum (10, 11) das modifizierte erste Gas empfängt, und die Zufuhr von erstem Gas zu dem Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) beendet und den Vorrat an zweitem Gas mit dem Wechsel-Druckadsorptionssystem verbindet, wenn der zweite Auslaß (16) offen ist und der erste Auslaß (15) geschlossen ist, so daß der umschlossene Raum (10, 11) modifiziertes zweites Gas empfängt.
6. System nach Anspruch 5, worin das erste Gas Luft ist, worin das Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) die Luft modifiziert, dadurch daß Kohlendioxid und Wasserdampf aus dieser Luft entfernt wird.
7. System nach Anspruch 5 oder 6, worin der Vorrat (30) an zweitem Gas unter einem Druck steht, welcher höher ist als der Druck des Vorrats an erstem Gas.
8. System nach Anspruch 7, worin der Vorrat an zweitem Gas Luft ist, welche aus einer Quelle (30) entnommen ist, welche außerhalb des umschlossenen Raumes liegt.
9. System nach Anspruch 8, worin der umschlossene Raum (10, 11) innerhalb eines Luftfahrzeuges angeordnet ist, worin die Quelle an zweitem Gas ein Triebwerk (30) eines Luftfahrzeugs ist, von welchem Luft unter Druck für das Wechsel-Druckadsorptionssystem (23) abgezapft wird.
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