SE465772B - Foerfarande och anordning foer att foerhindra kondens i skalformiga konstruktioner - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 465 772 orsakas av vatten som kondenserar i flygplanet.

I takt med att kostnaderna för nytillverkade flygplan ökar starkt har det blivit en strävan bland . flygbolagen att förlänga flygplanens livslängd utöver den ursprungligen projekterade livslängden. Komponenter såsom . motorer och annan utrustning kan därvid renoveras och by- tas ut löpande under flygplanets användningstid, medan förslitna delar av flygplanskroppen har visat sig vara svårare och mer tidskrävande att reparera samt tillför flygplanet extra vikt. Skador på flygplanskroppen har i regel sitt ursprung i korrosion främst på flygplanets tryckkabin, vilken utgörs av ett lufttätt skal, som på insidan håller en miljö med hög luftfuktighet, som upp- kommer bl a genom det vatten som varje passagerare avger vid vistelsen i flygplanet, och som på utsidan utsätts för mycket låga lufttemperaturer. Tryckkabinens yttre skal är vidare kompletterat med en värmeisolerad inre vägg som sträcker sig utmed detta skal. Någon diffusions- spärr för vattenånga finns inte mellan den inre väggen och det yttre skalet, varför den fuktiga luften i kabinen obehindrat når det kalla yttre skalet där vattnet i luf- ten kondenserar och eventuellt fryser till is.

I en känd olycka med ett flygplan, där taket på tryckkabinen slets loss i luften, var anledningen till den bristande hållfastheten att tryckkabinen utsatts för mycket svår korrosion, vilket bidragit till att sänka tryckkabinens utmattningshållfasthet.

Vid sidan om skador på avsnitt av själva flyg- planskroppen åstadkommer även det kondenserade vattnet skador på övriga komponenter och främst på elektriska apparater. Även mögel- och svampangrepp förekommer i fuk- tiga utrymmen i flygplan. För att förhindra uppkomsten av sådana skador har man tvingats kapsla in dessa apparater i vattentäta höljen och liknande, vilket dels fördyrat konstruktionerna och dels ökat flygplanets vikt. På grund av tryckförändringar i flygplanet tränger fukt trots des- sa åtgärder in i apparaterna och vållar skador. 10 15 20 25 30 35 465 772 Erfarenheten har också visat att ett flygplan av konventionellt utförande för 120 - 150 passagerare har minst 500 kg vatten såväl i fri form på fria ytor och i håligheter och liknande, som bundet i isoleringen till tryckkabinen och i hygroskopiska material. Även avsevärt större mängder vatten kan under en flygning samlas i flygplanet, t ex i form av is, vilken då den smälter måste dräneras bort eller avlägsnas på annat sätt innan flygplanet åter kan tagas i bruk. Ökningen av flygplanets icke nyttiga last i form av kondensvatten som inte kan avlägsnas under markuppehållen är därför en stor negativ faktor.

För att lösa problemet med kondens i flygplan har man försökt använda markbaserade avfuktningsaggregat, vilka ansluts till flygplanet när det befinner sig på marken. Under avfuktning på marken, vilken också är myck- et tidskrävande, måste kabinen vara helt stängd, vilket innebär att avfuktningen är svår att utföra samtidigt med att tekniskt arbete utförs inuti flygplanet.

En annan lösning som har tillämpats för att min- ska skador av korrosion från kondenserat vatten är att behandla de ytor som är utsatta för korrosionen med vat- tentäta eller vattenavstötande material. Hittills har emellertid dessa metoder inte lett till framgång utan in- spektioner och reparationer har måst vidtagas i en stän- digt ökad omfattning ju äldre flygplanen blir.

Ett allmänt känt sätt att bringa vatten i fuktig luft att kondensera är att låta den fuktiga luften passe- ra kalla ytor med en temperatur under daggpunkten. Detta sätt tillämpas t ex i kända freonbaserade luftkonditione- ringsaggregat i bostäder, fordon och liknande.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att för- hindra vattenånga i fuktig luft i ett inre utrymme i en skalformig konstruktion, som uppvisar ett yttre, åtmin- stone väsentligen lufttätt skal samt en inre vägg som är anordnad med ett utrymme mot det lufttäta skalet, t ex en 10 15 20 25 30 35 465 772 tryckkabin till ett flygplan, från att kondensera till vatten och eventuellt att frysa till is på insidan av det yttre, lufttäta skalet och i utrymmet, samt för att av- lägsna eventuellt befintligt vatten från detta utrymme.

Detta vatten kan t ex ha bildats tidigare genom konden- sation av vattenånga i fuktig luft under en situation där någon avfuktning inte ägt rum. Genom att förhindra att kondens utfaller främst på det lufttäta skalet till kon- struktionen undviks korrosion på dess bärande delar. Syf- tet är vidare att undvika skador på t ex förekommande elektriska apparater och minska den mängd vatten som finns inuti konstruktionen, t ex upptagen i hygroskopiska material och som ökar vikten hos denna. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att kunna reglera luftfuktighe- ten i kabinen då den luft som normalt införes i kabinen från flygplanets motorer är mycket torr.

Syftet har uppnåtts med ett förfarande som kän- netecknas av att torr luft med en relativ fuktighet på mindre än 50 % företrädesvis mindre än 10 % och i synner- het mindre än 5 % införs i utrymmet mellan det yttre ska- let och den inre väggen i skalkonstruktionen. Företrädes- vis införs den torra luften i utrymmet vid skalet med ett tryck som är högre än i ett inre utrymme som innesluts av den inre väggen, varefter denna luft bringas att inträda i det inre utrymmet efter det att den tagit upp fuktighet från de ytor som omger utrymmet. Vidare uppvärms med för- del den torra luften innan den införs i utrymmet vid ska- let till en temperatur på åtminstone 1ü°C, företrädes- vis 20°C och i synnerhet 30°C.

I en särskild tillämpning av uppfinningen utgörs det inre utrymmet till den skalformiga konstruktionen av en tryckkabin till ett flygplan. Den torra luften som in- förs i utrymmet mellan det yttre skalet och den inre väg- gen på tryckkabinen kan därvid åstadkommas genom att upp- värmd, torr ytterluft från åtminstone en av flygplanets motorkompressorer via regleranordningar för tryck och temperatur införs i utrymmet mellan det yttre skalet och 10 15 20 25 30 35 465 772 den inre väggen innan den införs i det inre utrymmet som inneslutes av den inre väggen. Företrädesvis åstadkomms emellertid den torra luften genom att fuktig luft från kabinen bringas att passera åtminstone en avfuktningsan- ordning innan den införs i utrymmet mellan det yttre ska- let och den inre väggen. För att upprätthålla kabintryck- et införs därvid torr, uppvärmd ytterluft från åtminstone en av flygplanets motorkompressorer i kabinen samtidigt som fuktig luft återförs till kabinen från avfuktningsan- ordningen. Överskottet av fuktig luft från avfuktningsan- ordningen bortförs därvid från kabinen genom en utlopps- ventil på flygplanet.

Det är en fördel att uppdela flygplanets tryck- kabin i ett passagerarutrymme och ett lastutrymme, vilka utrymmen är åtskilda av tvärgående väggar i flygplanet eller av flygplanets durk, på vilken flygplanets passa- gerarsäten är placerade. Därvid kan man bringa luft från kabinens passagerarutrymme att passera en första avfukt- ningsanordning, varefter torr luft från denna införs i utrymmet mellan det yttre skalet och den inre väggen som angränsar till passagerarutrymmet, och luft från kabinens lastutrymme att passera en andra avfuktningsanordning, varefter torr luft från denna införs i utrymmet mellan det yttre skalet och den inre väggen som angränsar till lastutrymmet. Härigenom kan således de två avfuktnings- systemen hållas åtskilda så att man undviker att eventu- ella rökgaser från en brand i lastutrymmet kan tränga in i passagerarutrymmet via utrymmet mellan det yttre skalet och den inre väggen.

Utrymmet mellan det yttre, lufttäta skalet och den inre, eventuellt värmeisolerade väggen kan ha en mycket varierande storlek. I ett flygplan för ca 150 passagerare kan detta utrymme ha formen av en spalt på ca 0,01 - 1,0 m utmed flygkroppens längd men även utgöras av ett större utrymme såsom ett komponentutrymme, vilket inte är försett med någon inre vägg mot det yttre skalet.

Den inre väggen kan i det senare fallet utgöras av :i s '§ 10 15 20 25 30 35 465 772 passagerarutrymmets durk eller en tvärgående vägg i flygplanet.

Det har också visat sig vara fördelaktigt att rikta den torra luftströmmen mot för korrosion särskilt känsliga partier i skalkonstruktionen. I ett flygplan är det särskilt viktigt att förhindra korrosionsbildande kondens i bärande konstruktionsdelar som t ex infäst- ningsdetaljer till vingar och landningsställ och motor- fästen.

Föreliggande uppfinning innefattar även en an- ordning för att genomföra förfarandet enligt ovan, vilken kännetecknas av medel för att införa torr luft med ett tryck som överstiger trycket i det mellanliggande utrym- met, vilka medel är anslutna till åtminstone en inlopps- öppning i den skalformiga konstruktionens yttre skal och/eller inre vägg, varvid företrädesvis åtminstone en avfuktningsanordning är permanent anordnad i anslutning till den skalformiga konstruktionen, t ex inuti ett flyg- plan, och att inloppsöppningar i den inre väggen ochlel- ler det yttre skalet är anordnade för införande av torr luft i utrymmet mellan det yttre skalet och den inre väggen.

Uppfinningen är, som framgår av det ovan sagda, inte begränsad till att användas vid tryckkabiner vid flygplan, utan är tillämpbar vid alla slags skalformiga konstruktioner som uppvisar ett utrymme mellan ett yttre lufttätt skal och en inre vägg som sträcker sig utmed detta skal. Ytterligare detaljer avseende uppfinningens tillämpning beskrivs i anslutning till bifogade figur- blad.

BESKRIVNING TILL FIGURER Uppfinningen beskrivs nedan i form av ett utfö- ringsexempel i anslutning till bifogade figurblad.

Figur 1 visar schematiskt ett flygplan i en planvy, i vilket ett trycksättningssystem för en tryck- kabin är schematiskt visat. 10 15 20 25 30 35 465 772 Figur 2 visar schematiskt ett flygplan i ett längdsnitt genom dess tryckkabin.

Figur 3 visar schematiskt ett flygplan i ett tvärsnitt genom en tryckkabin som uppvisar ett övre passagerarutrymme och ett nedre lastutrymme.

Figur 4 visar schematiskt en på marknaden exi- sterande sorptionsavfuktare i ett tvärsnitt.

Figur 5 visar ett diagram över vatteninnehållet i luft vid olika temperaturer och relativ fuktighet.

Flygplanet i exemplet är försett med en tryck- kabin som uppvisar ett inre utrymme 1, som är omgivet av ett yttre lufttätt skal 2 samt en inre, värmeisolerad vägg 3 som sträcker sig utmed skalet 2 med en spalt Ä mot skalet 2. Det inre utrymmet 1 i kabinen på figur 3 är uppdelat i tvâ utrymmen, varav ett passagerarutrymme 1.1 och ett lastutrymme 1.2, vilka är åtskilda från varandra genom en i huvudsak lufttät durk 2.1. Genom denna durk 2.1 är även spalten 4 mellan det yttre skalet 2 och den inre väggen 3 uppdelad i två avsnitt Ä.1, H.2 i angräns- ning till kabinens båda utrymmen 1.1, 1.2. Uppvärmd yt- terluft från flygplanets motorer 5 införs i kabinen på känt sätt, vilket emellertid ej visas på figurerna. Den uppvärmda ytterluften avtappas vid respektive motor från en kompressor 5.1 på känt sätt vid en temperatur på ca 200°C och bringas därefter att passera ett blandnings- aggregat 5.2, i vilket luften kyls i ett eller flera steg till en temperatur på ca 20°C innan den under tryck blåses in i det inre utrymmet 1 i tryckkabinen. Inblås- ningsluften betecknas Ab på figur 1. I blandningsaggrega- tet 5.2 regleras även luftens fukthalt eventuellt genom inblandning av kabinluft, betecknad Ac på figur 1, eller utfällning av vatten beroende på ytterluftens fukthalt.

Ett antal avfuktningsanordningar 6 för kabin- luft, betecknad Ac på figur 2, är placerade utmed kabi- nens längd, med vilkas hjälp torr luft alstras och bring- as att strömma in i och genom spalten H mellan det yttre skalet 2 och den inre väggen 3. Dessa luftströmmar är 10 15 20 25 30 35 465 772 betecknade Ad på figur 2. Fuktig luft från avfuktningsan- ordningarna 6 avleds till en första, för flera avfukt- ningsanordningar 6 gemensam utloppsledning 7 och bringas att utträda ur kabinen till ytterluften. Den utsläppta luftströmmen är betecknad Aw på figur 1 och 2.

På figur 3 visas en första avfuktningsanordning 6.1 placerad i kabinens 1 passagerarutrymme 1.1 och en andra avfuktningsanordning 6.2 placerad i dess lastutrym- me 1.2. Den första avfuktningsanordningen 6.1 är dels an- sluten till den första utloppsledningen 7 för fuktig luft Aw via en anslutningsledning 7.1, dels ansluten till det övre spaltavsnittet 4.1, som är beläget utmed passagerar- utrymmet 1.1, via en första tillförselledning 8.1 och en första inloppsöppning 8.2 för torr luft Ad. Anslutnings- ledningen 7.1 uppvisar även en återföring 7.2 av fuktig luft Ar till kabinens passagerarutrymme 1.1. Den torra luften Ad införs i det övre spaltavsnittet 4.1 med ett tryck som är högre än lufttrycket i passagerarutrymmet 1.1 och tränger därigenom in i passagerarutrymmet 1.1 genom den ej lufttäta inre väggen 3 efter att ha tagit upp fuktighet från de ytor i det övre spaltavsnittet 4.1 på vilka kondens bildats.

Den andra avfuktningsanordningen 6.2 är dels an- sluten till en andra gemensam utloppsledning 9 för fuktig luft Aw via en anslutningsledning 9.1, dels ansluten till det nedre spaltavsnittet 4.2, som är beläget utmed last- utrymmet 1.2, via en andra tillförselledning 8.3 och en andra inloppsöppning 8.4 för torr luft Ad. Det övre spaltavsnittet 4.1 är âtskilt från det nedre spaltavsnit- tet 4.2 genom att durken 2.1 även sträcker sig genom spalten 4. Luft från det nedre spaltavsnittet 4.2 åter- förs till lastutrymmet 1.2 genom den ej lufttäta inre väggen 3 liksom vid passagerarutrymmet 1.1.

Den avfuktningsanordning 6 som företrädesvis är avsedd användas för att åstadkomma den torra luften Ad är i sig känd och utgörs av en så kallad sorpsionsavfuktare.

Ett exempel på en känd och på marknaden existerande sådan 10 15 20 25 30 35 465 772 avfuktare visas på figur 4 för att fullständiga beskriv- ningen av uppfinningen. Uppfinningen är emellertid inte begränsad till användningen av en sådan avfuktare. Denna anordning innefattar en rotor 10, som är försedd med ett fuktabsorberande material, vilken sakta roterar inuti an- ordningen och därvid passeras av två olika luftströmmar.

Den fuktiga kabinluften Ae som skall avfuktas bringas med hjälp av en första fläkt 11 att passera rotorn 10 i en bestämd riktning, varvid dess fuktighet upptas av rotorn 10. Förvärmd luft, så kallad reglerluft Ah, bringas med hjälp av en andra fläkt 12 samtidigt att strömma genom rotorn 10 vid ett annat avsnitt av denna, varvid fukten i rotorn 10 upptas av reglerluften Ah som sedan bortförs helt från konstruktionen i form av fuktig luft Aw eller återinförs delvis som returluft Ar såsom beskrivits ovan.

Reglerluften Ah förvärms med hjälp av en luftförvärmare vilken reglerluften Ah bringas att passera.

I diagrammet på figur 5 visas situationen i spalten H mellan det yttre skalet 2 och den inre väggen 3 till en kabin på ett flygplan vad beträffar kabinluftens Ac temperatur, relativa fuktighet RH och daggpunkt såväl utan som med användning av avfuktningsanordningar enligt uppfinningen. I ett flygplan med passagerare och stängd kabin har i detta exempel kabinluften Ac en temperatur på 20°C och 100 % RH då det befinner sig på marken. Denna punkt betecknas A i diagrammet. Efter uttaxning och start har den relativa fuktigheten minskats i kabinluften Ac till ca 50 % RH genom att torr luft Ab införts från mo- torkompressorerna vid oförändrad temperatur. Denna punkt betecknas B i diagrammet. Efter ca 20 min flygning vid en yttertemperatur på ca - 2000 har den relativa fuktighe- ten i kabinluften Ac nedgått till ca 30 % RH. Punkt C i diagrammet.

Utan användning av avfuktningsanordningar har kabinluften Ac i detta läge en daggpunkt vid ca 0°C.

Temperaturen i spalten mellan det yttre skalet 2 och den inre väggen 3 till kabinen är emellertid lägre än 13, genom 10 15 20 25 30 35 465 772 10 daggpunkten, varför den fuktiga kabinluften Ac som träng- er in i spalten H kondenserar och fäller ut vatten som i regel även fryser till is.

Med användning av avfuktningsanordningar 6 en- ligt uppfinningen sugs kabinluft Ac in omedelbart invid den inre väggen 3 där lufttemperaturen är ca 10°C, punkt X i diagrammet, till avfuktningsanordningarna, i vilka dess relativa fuktighet sänks till 4 % RH och dess temperatur höjs till 20°C. Punkt Y i diagrammet. Den torra luften Ad, som sedan inblåses i spalten U mellan det yttre skalet 2 och den inre väggen 3, får därigenom en daggpunkt på-23°C och någon kondensering äger inte rum i spalten 4.

Det ovan nämnda alternativa förfarandet, vid vilket uppvärmd ytterluft från flygplanets motorkompres- sorer införs i spalten Ä mellan det yttre skalet 2 och den inre väggen 3 för att förhindra vattenånga från att kondensera till vatten samt för att avlägsna eventuellt befintligt vatten från spalten Ä, visas ej i diagrammet på figur 5.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 .Pa Ö\ Ufi “J -J PO 11 PATENTKRAV

1. Förfarande för att förhindra vattenånga i fuktig luft (Ae) i ett inre utrymme (1) i en skalformig konstruktion, som uppvisar ett yttre, åtminstone väsent- ligen lufttätt skal (2) samt en inre vägg (3) som är an- ordnad med ett mellanliggande utrymme (U) mot det lufttä- ta skalet (2), t ex en tryckkabin till ett flygplan, från att kondensera till vatten och eventuellt att frysa till is på insidan av det yttre, lufttäta skalet (2) och i ut- rymmet (U), samt för att avlägsna eventuellt befintligt vatten från detta utrymme (H), k ä n n e t e o k n a t av att torr luft (Ad, Ab) med en relativ fuktighet på mindre än 50 %, företrädesvis mindre än 10 % och i syn- nerhet mindre än 5 % införs i utrymmet (Ä) mellan det yttre skalet (2) och den inre väggen (3).

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att den torra luften (Ad, Ab) införs i utrymmet (4) vid skalet (2) med ett tryck som är högre än lufttrycket i konstruktionens inre utrymme (1), som inne- sluts av den inre väggen (3), varvid denna luft bringas att inträda i det inre utrymmet (1) först efter det att den tagit upp fuktighet från de ytor som omger utrymmet (4).

3. Förfarande enligt något av kraven 1-2, k ä n n e t e c k n a t av att den torra luften (Ad, Ab) uppvärms innan den införs i utrymmet (H) vid skalet (2) till en temperatur på åtminstone 10°C, företrädesvis 2o°c och 1 synnerhet 3o°c.

4. H. Förfarande enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e o k n a t av att den torra luften (Ad) åstadkomms genom att fuktig luft (Ao) från det inre ut- rymmet (1) bringas att passera åtminstone en avfuktnings- anordning (6) innan den införs i utrymmet (Ä) mellan det yttre skalet (2) och den inre väggen (3).

5. Förfarande enligt krav 4, varvid den skal- formiga konstruktionen utgörs av en tryckkabin till ett flygplan, k ä n n e t e o k n a t av att torr, uppvärmd 10 15 20 25 30 35 465 772 12 ytterluft (Ab) från åtminstone en av flygplanets motor- kompressorer via regleranordningar för tryck och tempera- tur införs i kabinen och att fuktig luft (Ar) återförs till det inre utrymmet (1) från avfuktningsanordningen (6), och/eller att ett överskott av fuktig luft (Aw) från avfuktningsanordningen (6) bortförs från flygplanets ytt- re skal (2).

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e - t e c k n a t av att luft (Ao) från kabinens passagerar- utrymme (1.1) bringas att passera en första avfuktnings- anordning (6.1), varefter torr luft (Ad) från denna in- förs i utrymmet (4.1) mellan det yttre skalet (2) och den inre väggen (3) som angränsar till passagerarutrymmet (1.1), och luft (Ao) från kabinens lastutrymme (1.2) bringas att passera en andra avfuktningsanordning (6.2), varefter torr luft (Ad) från denna införs i utrymmet (M.2) mellan det yttre skalet (2) och den inre väggen (3) som angränsar till lastutrymmet (1.2).

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e - av att all fuktig luft (Aw) från den andra avfuktningsanordningen (6) bortförs helt från flygplanets yttre skal (2).

8. Förfarande enligt något av kraven 1-H, var- t e c k n a t vid det inre utrymmet (1) i den skalformiga konstruktio- nen befinner sig i en tryckkabin till ett flygplan, k ä n n e t e c k n a t av att uppvärmd, torr luft (Ab) från åtminstone en av flygplanets motorkompressorer in- förs i utrymmet (H) mellan det yttre skalet (2) och den inre väggen (3) innan den införs i kabinens passagerarut- rymme (1.1) respektive lastutrymme (1.2).

9. Anordning för att genomföra förfarandet en- ligt kraven 1-8 för att förhindra vattenånga i fuktig luft (Ao) i ett inre utrymme (1) i en skalformig kon- struktion, t ex en tryckkabin till ett flygplan, som uppvisar ett yttre, åtminstone väsentligen lufttätt skal (2) samt en inre vägg (3) som är anordnad med ett mellan- liggande utrymme (H) mot det lufttäta skalet (2), 10 15 20 25 30 35 465 772 13 från att kondensera till vatten och eventuellt att frysa till is på insidan av det yttre, lufttäta skalet (2) och i utrymmet (U), samt för att avlägsna eventuellt befint- ligt vatten från detta utrymme, k ä n n e t e c k n a d av medel (6) för att införa torr luft (Ad, Ab) med ett tryck som överstiger trycket i det mellanliggande utrym- met (4), vilka medel är anslutna till åtminstone en in- loppsöppning (8,2, 8.H) i den skalformiga konstruktionens yttre skal (2) och/eller inre vägg (3).

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e - t e c k n a d av medel för uppvärmning av den torra luften (Ad, Ab) innan den införes i det mellanliggande utrymmet (U).

11. Anordning enligt krav 9 eller 10, k ä n - n e t e c k n a d av att nämnda medel utgöres av att åt- minstone en avfuktningsanordning (6) för kabinluft (Ac), företrädesvis en sorptionsavfuktare, är permanent anord- nad i anslutning till den skalformiga konstruktionen.

12. Anordning enligt krav 9 eller 10, k ä n - n e t e c k n a d av att nämnda medel utgörs av uttagsan- ordningar i ett flygplans tryckkabinsystem för torr, upp- värmd luft (Ab) med högre tryck än kabintrycket och åt- minstone en ledning som via en inloppsöppning förbinder tryckkabinsystemet med det mellanliggande utrymmet (4).

13. Anordning enligt något av kraven 9-12, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone en inloppsöpp- ning (8.2, 8.H) är anordnad i anslutning till korrosions- känsliga avsnitt av den skalformiga konstruktionen och/eller apparater i det mellanliggande utrymmet (Ä), så att den torra luften (Ad, Ab), efter att ha passerat in- loppsöppningen (8.2, 8.4), först passerar nämnda avsnitt och/eller apparater innan den sprider sig i det mellan- liggande utrymmet (Ä).