PL112859B1

PL112859B1 - Air conditioning apparatus

Info

Publication number: PL112859B1
Application number: PL1977198198A
Authority: PL
Inventors: George Richard; Donald Richards
Original assignee: Normalair Garret Holdings Ltd
Priority date: 1976-05-18
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1980-11-29
Also published as: SE436486B; DE2722357A1; US4127011A; PL198198A1; FR2352256A1; JPS5756661B2; GB1583143A; FR2352256B1; JPS52151240A; SE7705798L; DE2722357C2; IT1126728B

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie klima¬ tyzacyjne z turbina ekspansyjna — zdolne do dostarczania powietrza o temperaturze znacznie nizszej od 0°C.Znane jest z opisu patentowego Wielkiej Bry¬ tanii nr 759104 urzadzenie klimatyzacyjne zawie¬ rajace turbine ekspansyjna podajaca zimne po¬ wietrze do wylotu urzadzenia. Turbina jest po¬ laczona za posrednictwem komory rozprezania z -wymiennikiem ciepla. Scianki- komory rozprezania sa ogrzewane cieplym powietrzem doprowadza¬ nym do turbiny, aby zapobiec tworzeniu sie kry¬ sztalów lodu na sciankach komory rozprezania, za wylotem turbiny, w wyniku rozprezania po¬ wietrza opuszczajacego tunbine.Znane urzadzenie klimatyzacyjne nie pozwala na .chlodzenie powietrza do temperatur ponizej •0°C, poniewaz chlodzenie powietrza do tych tem¬ peratur w turbinie, w wyniku rozprezania po¬ wietrza, powodowaloby odkladanie sie szronu ria czesci obudowy turbiny, w której obracaja sie lopatka turbiny, co mogloby doprowadzic do pul- sacji predkosci obrotowej lopatek oraz sianych wibracji juz przy chlodzeniu powietrza do tem¬ peratury rzedu —5°C.Celem wynalazku jest uzyskanie urzadzenia klimatyzacyjnego z turbina ekspansyjna, która jest zdolna do dostarczania powietrza o tempe¬ raturze znacznie nizszej od 0°C, bez odkladania sie szronu na elementach turbiny. 10 Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku co najmniej czesc kanalu wylotowego turbiny jest ograniczona scianka, której zewnetrzna powierzch¬ nia stanowi czesc kanalu doprowadzajacego po¬ wietrze od kanalu zasilania powietrzem do kanalu wlotowego turbiny. Umozliwia to przeplyw ciepla ze strumienia zasilanego powietrza do scianki ka¬ nalu wylotowego turbiny, zapobiegajac odklada¬ niu sie szronu.Korzystnie urzadzenie klimatyzacyjne zawiera kanaly laczace kanal wlotowy urzadzenia, poprzez wymienniki ciepla z kanalem wlotowym turbiny, oraz kanal wylotowy.Urzadzenie zawiera ponadto zawór wdelodro- 15 gowy osadzony na kanale pomiedzy wymienni¬ kami ciepla a kanalem wlotowym turbiny, przy czym caly strumien powietrza opuszczajacy wy¬ mienniki ciepla przechodzi przez zawór wielodro- gowy. Korzystnie zawór wielodrogowy zawiera 9 pierwszy kanal laczacy wymiennik ciepla z kana¬ lem wlotowym turbiny, drugi kanal laczacy kanal wlotowy urzadzenia z kanalem wlotowym turbiny oraz trzeci kanal polaczony z kanalem turbiny.Kanal wylotowy turbiny laczy sie z kanalem wylotowym urzadzenia tworzac pompe strumie¬ niowa.Koncepcja wynalazku polegajaca na ogrzewa¬ niu bezposrednim scianek korpusu tuTbdny aby za- 30 pobiec odkladaniu sie szronu, umozliwia chlodzenie 25 112 8593 112 859 4 powietrza, w wyniku rozprezania w turbinie, do temperatur rzedu —4/5^C lufo nizszych.Przedmiot wynalazku zostal uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia instalacje klimatyzacyjna we¬ dlug wynalazku, fig. 2, 2a, 2b, 2c — rózne drogi przeplywu przez zawór wielodrogowy, fig. 3 — turbine ekspansyjna, w przekroju poprzecznym, fig. 4 — instalacje klimatyzacyjna wedlug wyna¬ lazku, w innym przykladzie wykonania, fig. 5, 5a, 5b, 5c rózne drogi przeplywu przez zawór wielo¬ drogowy.Urzadzenie klimatyzacyjne stosowane w samo¬ lotach (fig. .,1) zawiera wymiennik ciepla 11 pola¬ czony przewodem z kanalem wlotowym 12. Prze¬ ciwny koniec wymiennika ciepla 11 jest bezpo¬ srednio polaczony z regeneracyjnym wymienni¬ kiem ciepla 13. Kanal wlotowy 14 powietrza na¬ porowego laczy sie z jedna strona kanalu wtórne¬ go wymiennika ciepla 11 natomiast kanal wylo* towy 15 laczy sie z przeciwna strona kanalu wtórnego. Kanal wylotowy 15 miesci wentylator 16 napedzany turbina ekspansyjna 17. Wylot ka^ nalu wtórnego regeneracyjnego wymiennika ciepla 13 jest polaczony z kanalem wlotowym turbiny 17 poprzez kanal 18, 18a, 18b, na którym jest osa¬ dzony ekstraktor wody 19 oraz zawór wielodro¬ gowy 20. Kanal wylotowy 22 turbiny jest pola¬ czony z kanalem- wylotowym 23 zasilania, tworzac pompe strumieniowa 24. Kanal bocznikowy 21 la¬ czy kanal wlotowy 12 z zaworem wjelodirogo- wym 20.Górna strona kanalu wtórnego regeneracyjnego wymiennika ciepla 13 laczy sie z kanalem wylo¬ towym 23 zasilania poprzez kanal 25. Dolna stro¬ na kanalu wtórnego wymiennika ciepla 13 jest polaczona poprzez kanal 26 z kanalem wylo¬ towym 23. Kanaly 25, 26 oraz kanal wtórny wy¬ miennika ciepla 13 tworza obieg regeneracyjny.Kanal 27 jest polaczony z kanalem 23 w poblizu pompy strumieniowej 24. Dodatkowy kanal 18c laczy zawór wielodrogowy 20 z kanalem 26 za- pewndajac uzyskanie wysokich temperatur.Turbana ekspansyjna 17 (fig. 3) zawiera kanal wlotowy 30, dysze 31 oraz tarcze 32. Kanal wylo¬ towy 22 jest ograniczony scianka 33, której ze¬ wnetrzna powierzchnia 34 stanowi czesc kanalu 35 prowadzacego od kanalu 18b do kanalu wlo¬ towego 30. Kanal 35 jest ograniczony scianka przegrody 36* Przy maksymalnym ochlodzeniu powietrza, fil¬ trowane powietrze od silnika samolotu jest do¬ starczanie przez kanal wlotowy 12. Powietrze to przeplywa przez kanaly pierwotne wymienników ciepla 11, 13, kanal 18, ekstraktor wody 19, kanal 18a, zawór wielodrogowy 20, oraz kanal 18b do turbiny ekspansyjnej 17. Turbina 17 podaje po¬ wietrze o temperaturze bliskiej 0° przez kanal 22 oraz pompe strumieniowa 24 do kanalu wyloto¬ wego 23 a nastepnie do kabiny samolotu. Wtórny kanal wymiennika ciepla 11 odprowadza powie¬ trze naporowe na zewnatrz, zapewniajac wstepne chlodzenie powietrza zasilania. Wentylator 16, pochlaniaijac energie turbiny 17, pracuje przy usu¬ waniu powietrza naporowego. Dalsze chlodzenie powietrza zasilania wystepuje w regeneracyjnym wymienniku ciepla 13, w którym cieplo jest prze¬ kazywane powietrzu zasysanemu kanalem 25 z ka¬ nalu wylotowego 23. Powietrze to, w wyniku dzia- 5 lania pompy strumieniowej 24, przeplywa przez obieg regeneracyjny wymiennika. Dalsze chlodze¬ nie powietrza zasilania zachodzi w turbinie 17, w wyniku rozprezania przy oplywie taTczy 32 po¬ miedzy dyszami 31 i scianka 33 kanalu wylotowego 22. Umozliwia to uzyskanie temperatury ponizej 0°C. Powietrze doprowadzane z kabiny samolotu tloczone przez pompe strumieniowa 24 laczy sie z zimnym powietrzem wyplywajacym z turbiny 17 i ogrzewa je przed doprowadzeniem do kanalu wylotowego' 23 zasilajacego kabine. Wydajnosc chlodzenia wstepnego w wymienniku ciepla 11 po¬ prawia sie przez wtryskiwanie do kanalu wlo¬ towego 14 rozpylonej wody z ekstraktora 19.Zastosowanie kanalu 35 prowadzacego od kanalu 18b do kanalu wlotowego 50 turbiny (fig. 3) zapo¬ biega tworzeniu sie szronu w strefie kanalu wylotowego 22 turbiny 17. Strumien powie¬ trza zasilania doprowadzany do kanalu wlo¬ towego 30 turbiny przez 'kanal 35 jest odchylany przez scianke przegrody 36, i oplywa zewnetrzna powierzchnie 34 scianki 33, oddajac cieplo sciance 33. Scianka przegrody 36 jest wykonana' integral¬ nie ze scianka 33 i jest z nia polaczona zebrami 36a. Scianki kanalu 22 sa utrzymywane w tem¬ peraturze wyzszej od temperatury, w której na¬ stepuje przyleganie szronu, chociaz powietrze prze¬ plywajace przez kanal 2i2 ma temperature poni¬ zej 0°C.Polozenie zaworu wielodrogowego 20 steruje temperature powietrza podawanego przez urzadze¬ nie klimatyzacyjne. Dla maksymalnego chlodzenia polozenie zaworu przedstawia fig. 2. Przy maksy¬ malnym ogrzewaniu powietrza, wymienniki ciepla 11, 13 sa ominiete a strumien powietrza zasilania z kanalu wlotowego 12 jest doprowadzany bezpo¬ srednio eto turbiny 17 poprzez kanal bocznikowy 21 orsz kanal 18b, przy polozeniu zaworu wielp- drogowege* 20 przedstawionym na fig. 2a. Posred¬ nia temperature powietrza uzyskuje sie ustawia¬ jac zawór wielodrogowy 20 w polozeniu, w któ¬ rym kanal bocznikowy 21 oraz kanal 18a sa po¬ laczone z kanalem 18b (fig. 2b).W pewnych warunkach dla uzyskania dosta¬ tecznej ilosci ciepla nie wystarcza zastosowanie zaworu trójdTogowego 20, lecz wymagany jest za¬ wór czterodrogowy, który zapewniajac boczniko¬ wanie wymienników ciepla 11, 13, umozliwia rów¬ niez ominiecie przez czesc strumienia powietarza zasilania turbiny 17. W ukladzie tym wykorzy¬ stuje sie dodatkowy kanal 18e (fig. 1), a w ceiu uzyskania maksymalnego ogrzewania, stosuje sie zawór czterodrogowy 20 ustawiony w polozeniu przedstawionym na fig. 2c. W polozeniu tym £&- nal 18a jest zamkniety, a strumien powietrza za*. silania przeplywa bezposrednio z kanalu wloto¬ wego 12 przez kanal bocznikowy 21 do zaworu wielodrogowego 20, gdzie jest rozdzielany tak, ze czesc strumienia przeplywa przez kanal 18b do turbiny 17, a pozostala - czesc strumienia przeplyw 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60112 859 5 6 wa przez kanal 18c i kanal 26 do kanalu wylo¬ towego 2i3 zasilajacego kabine samolotu.W innym przykladzie wykonania wynalazku (fig. 4) urzadzenie klimatyzacyjne jest zasilane powietrzem z silnika turbinowego przez kanal wlotowy 41. Strumien powietrza przeplywa od ka¬ nalu wlotowego 41 przez kanal 42, kanal 43, ka¬ naly pierwotne wymienników ciepla 44, 45 oraz kanal 46 do turbiny ekspansyjnej 47. Turbina 47 podaje powietrze o temperaturze ponizej 0°C przez kanal wylotowy 48 ograniczony scianka 49, której zewnetrzna powierzchnia ogranicza kanal 42 przez który powietrze zasilania doplywa do turbiny. W czasie pracy ukladu nastepuje odplyw ciepla z powietrza przeplywajacego przez kanal 42 do scianki 49, co pozwala na utrzymanie kanalu 48 w temperaturze wyzszej od temperatury przy¬ legania szronu.W rozwiazaniu tym zastosowano zawór wielo¬ drogowy, 50, w którym kanal 51 jest polaczony z kanalem 46 prowadzacym od kanalu wtórnego wymiennika ciepla 45 do turbiny 47, kanal 52 jest polaczony z kanalami 41, 42, natomiast kanal 53 jest polaczony z kanalem wylotowym 48 turbiny 47. Poszczególne polozenia zaworu wielodrogowego 50 steruja temperatura powietrza doprowadzanego przez kanal wylotowy 48 do kanalu wylotowego 54 zasilania prowadzacego do kabiny samolotu.W celu zasilania zimnym powietrzem zawór jest zamkniety (fig. 5), a strumien powietrza za¬ silania przeplywa przez kanaly 42, 43, wymien¬ niki ciepla 44, 45, oraz kanal 46 do turbiny 47.W celu zasilania chlodnym powietrzem zawór wielodrogowy 50 laczy kanaly 51, 46 z kanalami 53, 48. Umozliwia to odprowadzenie czesci stru¬ mienia powietrza ochlodzonego nastepnie w wy¬ miennikach ciepla 44, 45 do kanalu wylotowego 48, z pominieciem turbiny 47.W celu zasilania cieplym powietrzem zawór wielodrogowy 50 laczy kanaly 51, 53 oraz kanaly 52, 53 ((fig. 5b). Umozliwia to odprowadzanie czesci strumienia powietrza, ochlodzonego wstepnie w wymiennikach ciepla 44, 45, do kanalu wylotowego 48, z pominieciem turbiny 47, oraz odprowadzenie czesci strumienia powietrza zasilania1 poprzez ka¬ naly 52, 53 do kanalu wylotowego 48 z pominie¬ ciem wymienników ciepla 44, 45 oraz turbiny 47.W celu zasilania goracym powietrzem zawór wielodrogowy 50 laczy kanaly 52, 53 (fig. 5c).Umozliwia to czesci strumienia powietrza pomi¬ niecie wymienników ciepla 44, 45 oraz turbiny 47 i bezposredni, doplyw do kanalu wylotowego 48 w celu podniesienia temperatury powietrza od¬ prowadzanego z turbiny.Kanal wylotowy 48 jest polaczony z kanalem wylotowym 54 zasilajacym kabine, poprzez pompe strumieniowa 55, natomiast kanal recyrkulacyjny 56 prowadzacy z kabiny samolotu jest polaczony z kanalem wylotowym 54, w poblizu pompy stru¬ mieniowej 55 tak, ze pompa ta wymusza recyrku¬ lacje powietrza z kabiny samolotu. Kanal 57 Jest polaczony z kanalem wylotowym 54 ponizej pom¬ py strumieniowej 55 i laczy sie z kanalem 56 w poblizu kanalu wylotowego 45 turbiny, poprzez kanaly wtórne regeneracyjnego wymiennika ciepla 45, tworzac obieg regeneracyjny.Na kanale 46 jest osadzony ekstraktor wody 58 polaczony z dyszami 59 wtryskujacymi rozpylona 5 wode do kanalu wlotowego 60 prowadzacego do kanalu pierwotnego wymiennika ciepla 44. Turbi¬ na 47 napedza wentylator 61 osadzony w kanale wylotowym 62 prowadzacym od kanalu wtórnego wymiennika ciepla 44. Wentylator 61 wspomaga usuwanie powietrza z kanalu wylotowego 62.W obu przykladach wykonania wynalazku zawór wielodrogowy moze byc sterowany w dowolny sposób. Przy zastosowaniu instalacji klimatyzacyj¬ nej w samolocie korzystne jest sterowanie zawo¬ rem za^ pomoca regulatora temperatury kabiny, polaczonego z czujnikiem temperatury i z selek¬ torem temperatury.W zakresie wynalazku mozliwe jest wprowadze¬ nie szeregu zmian konstrukcyjnych. Mozliwe jest doprowadzenie do instalacji dodatkowego stru¬ mienia powietrza .pochodzacego z dowolnego zró¬ dla zasilania. Strumien ten jest korzystnie dopro¬ wadzany ponizej wylotu turbiny. Mozliwe jest za¬ stosowanie turbiny polaczonej z tarcza kompre¬ sora, sprezajaca powietrze na wlocie do turbiny.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie klimatyzacyjne, majace wlot po¬ wietrza polaczony z wymiennikami ciepla, turbine ekspansyjna, zawierajaca kanal wlotowy, tarcze, dysze oraz kanal wylotowy, polaczony z kanalem wylotowym odprowadzajacym ochlodzone powie¬ trze z urzadzenia, znamienne tym, ze co najmniej czesc kanalu wylotowego' (22) turbiny (17) jest ograniczona scianka (33), której zewnetrzna po¬ wierzchnia (34) stanowi czesc kanalu (35) dopro¬ wadzajacego powietrze od kanalu (18b) zasilaja¬ cego do. kanalu wlotowego (30) turbiny. 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze zawiera kanaly laczace kanal wlotowy (12) urzadzenia, poprzez wymienniki ciepla (11), (15) z kanalem wlotowym (30) turbiny, oraz kanal wy¬ lotowy, którego czesc stanowi scianka (33). 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze zawiera zawór wielodrogowy (20) osadzony na kanale pomiedzy wymiennikami ciepla (11, 13) a kanalem wlotowym (30) turbiny, przy czym caly strumien powietrza opuszczajacy wymienniki cie¬ pla (11, 13) przechodzi przez zawór wielodrogo¬ wy (20). 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze zawiera kanal bocznikowy (21) laczacy kanal wlotowy (12) z zaworem wielodrogowym (20). 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze zawór wielodrogowy (20) zawiera pierwszy ka¬ nal laczacy wymiennik ciepla (13) z kanalem wlo¬ towym (30) turbiny, drugi kanal laczacy kanal wy¬ lotowy (12) urzadzenia z kanalem wlotowym (30) turbiny oraz trzeci kanal polaczony z kanalem wylotowym (22) turbiny (17). 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym. ze kanal wylotowy (22) turbiny (17) laczy sie z ka¬ nalem wylotowym (23) urzadzenia tworzac uoimv» strumieniowa (24). 15 20 2S 30 ss 40 45 50 55 607 112 859 8 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 6, znamienne tym, ze zawiera kanal recyrkulacyjny (27) polaczony z kanalem, wylotowym (23) urzadzenia w poblizu pompy strumieniowej (24). 8. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze wymienniki cie,pla obejmuja pierwotny wy¬ miennik ciepla (11) majacy kanaly pierwotne i wtórne oraz wtórny wymiennik ciepla (13) ma¬ jacy kanaly pierwotne i wtórne, przy czym kanaly pierwotne wymiennika ciepla (11) sa polaczone szeregowo z kanalami pierwotnymi wymiennika ciepla (13). 9. Urzadzenie wedlug zastrz. 8, znamienne tym, ze wtórny wymiennik ciepla (13) jest wymienni¬ kiem regeneracyjnym, majacym górna strone ka¬ nalów wtórnych polaczona z kanalem wylotowym. (23) urzadzenia, ponizej pompy strumieniowej (24), oraz dolna strone kanalów wtórnych, polaczona l kanalem wylotowym (2) turbiny (17). 10 —ii—i; ;h* FIG.1. M7 FIG.2a. 20 \xbza IBb FIG.2b. 21 2 \rhf "^ IBb FIG.2c. '2 ^H2 859 FIG.3. ^59 FIG.4. 50^ | j^.51 '2^lTP-53 52^flTF-B3 52^FTliF-53 FIG.5. FIG.5a. 50, lk51 52 50. ,.51 53 FIG.5b. FIG.5c. #%* PL

Claims

1. Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie klimatyzacyjne, majace wlot po¬ wietrza polaczony z wymiennikami ciepla, turbine ekspansyjna, zawierajaca kanal wlotowy, tarcze, dysze oraz kanal wylotowy, polaczony z kanalem wylotowym odprowadzajacym ochlodzone powie¬ trze z urzadzenia, znamienne tym, ze co najmniej czesc kanalu wylotowego' (22) turbiny (17) jest ograniczona scianka (33), której zewnetrzna po¬ wierzchnia (34) stanowi czesc kanalu (35) dopro¬ wadzajacego powietrze od kanalu (18b) zasilaja¬ cego do. kanalu wlotowego (30) turbiny.

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze zawiera kanaly laczace kanal wlotowy (12) urzadzenia, poprzez wymienniki ciepla (11), (15) z kanalem wlotowym (30) turbiny, oraz kanal wy¬ lotowy, którego czesc stanowi scianka (33).

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze zawiera zawór wielodrogowy (20) osadzony na kanale pomiedzy wymiennikami ciepla (11, 13) a kanalem wlotowym (30) turbiny, przy czym caly strumien powietrza opuszczajacy wymienniki cie¬ pla (11, 13) przechodzi przez zawór wielodrogo¬ wy (20).

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze zawiera kanal bocznikowy (21) laczacy kanal wlotowy (12) z zaworem wielodrogowym (20). 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze zawór wielodrogowy (20) zawiera pierwszy ka¬ nal laczacy wymiennik ciepla (13) z kanalem wlo¬ towym (30) turbiny, drugi kanal laczacy kanal wy¬ lotowy (12) urzadzenia z kanalem wlotowym (30) turbiny oraz trzeci kanal polaczony z kanalem wylotowym (22) turbiny (17). 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym. ze kanal wylotowy (22) turbiny (17) laczy sie z ka¬ nalem wylotowym (23) urzadzenia tworzac uoimv» strumieniowa (24). 15 20 2S 30 ss 40 45 50 55 607 112 859 8 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 6, znamienne tym, ze zawiera kanal recyrkulacyjny (27) polaczony z kanalem, wylotowym (23) urzadzenia w poblizu pompy strumieniowej (24). 8. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze wymienniki cie,pla obejmuja pierwotny wy¬ miennik ciepla (11) majacy kanaly pierwotne i wtórne oraz wtórny wymiennik ciepla (13) ma¬ jacy kanaly pierwotne i wtórne, przy czym kanaly pierwotne wymiennika ciepla (11) sa polaczone szeregowo z kanalami pierwotnymi wymiennika ciepla (13). 9. Urzadzenie wedlug zastrz. 8, znamienne tym, ze wtórny wymiennik ciepla (13) jest wymienni¬ kiem regeneracyjnym, majacym górna strone ka¬ nalów wtórnych polaczona z kanalem wylotowym. (23) urzadzenia, ponizej pompy strumieniowej (24), oraz dolna strone kanalów wtórnych, polaczona l kanalem wylotowym (2) turbiny (17). 10 —ii—i; ;h* FIG.1. M7 FIG.2a. 20 \xbza IBb FIG.2b. 21 2 \rhf "^ IBb FIG.2c. '2 ^H2 859 FIG.3. ^59 FIG.4. 50^ | j^.51 '2^lTP-53 52^flTF-B3 52^FTliF-53 FIG.

5. FIG.5a. 50, lk51 52 50. ,.51 53 FIG.5b. FIG.5c. #%* PL