DE102013005595A1

DE102013005595A1 - Flugzeugklimatisierungssystem

Info

Publication number: DE102013005595A1
Application number: DE102013005595.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Trümper; Matthias Reiss
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Ein Flugzeugklimatisierungssystem (10) umfasst ein Klimaaggregat (12), das dazu eingerichtet ist, gekühlte Prozessluft bereitzustellen. Eine Prozessluftleitung (14) ist dazu eingerichtet, von dem Klimaaggregat (12) bereitgestellte gekühlte Prozessluft in einen Arbeitsbereich (16) einer Flugzeugkabine zu leiten. Ein Kühler (20) ist dazu eingerichtet, eine in dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine vorgesehene zu kühlende Einrichtung mit Kühlenergie zu versorgen. Schließlich umfasst das Flugzeugklimatisierungssystem (10) eine Wärmetransferanordnung (24), die dazu eingerichtet ist, von dem Kühler (20) erzeugte Abwärme an die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft zu transferieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flugzeugklimatisierungssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugklimatisierungssystems.
Die Kabine eines modernen Verkehrsflugzeugs ist üblicherweise in unterschiedliche Klimazonen unterteilt, die von einer Klimaanlage des Flugzeugs bedarfsgerecht mit Klimatisationsluft versorgt werden. Typische Klimazonen einer Flugzeugkabine sind beispielsweise ein First Class Bereich, ein Business Class Bereich sowie ein Economy Class Bereich. Der Betrieb eines Klimaaggregats der Flugzeugklimaanlage wird üblicherweise in Abhängigkeit des Kühlbedarfs der Klimazone mit dem höchsten Kühlbedarf gesteuert, d. h. das Klimaaggregat stellt gekühlte Prozessluft mit einer Temperatur bereit, die ausreichend gering ist, um die Klimazone mit der höchsten Wärmelast – in der Regel ist das der Economy Class Bereich der Kabine – auf eine komfortable Temperatur zu kühlen. Beispielsweise wird der Betrieb des Klimaaggregats derart gesteuert, dass es gekühlte Prozessluft mit einer Temperatur von 11°C bereitstellt.
Um auch in Klimazonen mit geringerer Wärmelast eine komfortable Temperatur einstellen zu können, wird der von dem Klimaaggregat bereitgestellten gekühlten Prozessluft eine entsprechende Menge heißer Triebwerks-Zapfluft zugemischt, bevor die Luft schließlich in die Klimazone eingeblasen wird. Alternativ dazu kann die von dem Klimaaggregat bereitgestellte gekühlte Prozessluft vor der Zufuhr in eine Klimazone mittels einer elektrischen Heizeinrichtung auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden. Diese Zusammenhänge sind beispielsweise in der EP 1 701 884 B1 oder der US 7,802,732 B2 beschrieben.
In den Türbereichen der Flugzeugkabine vorgesehene Arbeitsbereiche, in denen auch die Flugzeugbordküchen, die sogenannten Galleys angeordnet sind, stellen Kabinenbereiche mit besonders geringer Wärmelast dar, da sich in diesen Bereichen üblicherweise nur wenige Personen aufhalten. Darüber hinaus geben gekühlte Galleybereiche, die beispielsweise der Aufbewahrung von zur Verteilung an die Flugzeugpassagiere vorgesehenen Lebensmitteln dienen, Kühlenergie an die Umgebung ab. Schließlich wird den Arbeitsbereichen einer Flugzeugkabine auch über kalte Innenflächen der Flugzeugtüren Kühlenergie zugeführt. Die den Arbeitsbereichen der Flugzeugkabine von der Flugzeugklimaanlage zugeführte Klimatisationsluft muss daher üblicherweise mittels entsprechender Heizeinrichtungen, wie sie beispielsweise in der EP 1 701 884 B1 oder der US 7,802,732 B2 beschrieben sind, auf eine im Vergleich zur Temperatur der von dem Klimaaggregat der Flugzeugklimaanlage bereitgestellten gekühlten Prozessluft deutlich erhöhte Temperatur aufgeheizt werden, um die Einstellung einer komfortablen Umgebungstemperatur in den Arbeitsbereichen der Flugzeugkabine zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeugklimatisierungssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugklimatisierungssystems bereitzustellen, die eine energieeffiziente Klimatisierung von in einer Flugzeugkabine vorgesehenen Arbeitsbereichen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Flugzeugklimatisierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugklimatisierungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Flugzeugklimatisierungssystem umfasst ein Klimaaggregat, das dazu eingerichtet ist, gekühlte Prozessluft bereitzustellen. Das Klimaaggregat, das einer Flugzeugklimaanalage zugeordnet ist, wird üblicherweise von einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk des Flugzeugs mit komprimierter Triebwerkszapfluft versorgt. Alternativ dazu kann dem Klimaaggregat auch von einem separat ausgebildeten Kompressor komprimierte Luft zugeführt werden. Vor der Zufuhr in das Klimaaggregat durchströmt die komprimierte Triebwerkszapfluft bzw. die von dem Kompressor komprimierte Luft üblicherweise einen Wärmetauscher, einen so genannten Vorkühler, der die komprimierte Triebwerkszapfluft bzw. die von dem Kompressor komprimierte Luft auf eine gewünschte Temperatur abkühlt. In dem Klimaaggregat wird die Luft beim Durchströmen mindestens eines Wärmetauschers sowie verschiedener Kompressions- und Expansionseinheiten weiter gekühlt und expandiert.
Der Betrieb des Klimaaggregats wird üblicherweise von einer zentralen Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage gesteuert. Beispielsweise kann die zentrale Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage den Betrieb des Klimaaggregats in Abhängigkeit des Kühlbedarfs einer in verschiedene Klimazonen unterteilten Kabine eines mit der Flugzeugklimaanlage ausgestatteten Flugzeugs steuern. Insbesondere kann die zentrale Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage den Betrieb des Klimaaggregats in Abhängigkeit des Kühlbedarfs der Klimazone mit dem höchsten Kühlbedarf steuern. In einem derartigen Fall wird der Betrieb des Klimaaggregats mittels der zentralen Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage derart gesteuert, dass das Klimaaggregat gekühlte Prozessluft mit einer Temperatur bereitstellt, die ausreichend gering ist, um die Klimazone mit der höchsten Wärmelast auf eine komfortable Temperatur zu kühlen. Beispielsweise kann die von dem Klimaaggregat bereitgestellte gekühlte Prozessluft eine Temperatur von ca. 11°C aufweisen.
Das Flugzeugklimatisierungssystem umfasst ferner eine Prozessluftleitung, die dazu eingerichtet ist, von dem Klimaaggregat bereitgestellte gekühlte Prozessluft in einen Arbeitsbereich einer Flugzeugkabine zu leiten. Der Arbeitsbereich kann beispielsweise in einem Türbereich der Flugzeugkabine, d. h. einem zu einer Tür benachbarten Bereich der Flugzeugkabine angeordnet sein. In dem Arbeitsbereich kann beispielsweise eine Galley vorgesehen sein. Der Arbeitsbereich einer Flugzeugkabine unterscheidet sich von anderen Bereichen der Flugzeugkabine insbesondere dadurch, dass sich in dem Arbeitsbereich üblicherweise vergleichsweise wenige Personen aufhalten. Darüber hinaus kann über kalte Oberflächen gekühlter Galleybereiche oder der Flugzeugtüren zusätzlich Kühlenergie in den Arbeitsbereich gelangen. Der Arbeitsbereich hat daher üblicherweise einen geringeren Kühlbedarf als andere Bereiche der Flugzeugkabine, beispielsweise ein Business Class Bereich oder ein Economy Class Bereich, in denen sich einem Vielzahl von Passagieren aufhalten. Vielmehr muss die von dem Klimaaggregat bereitgestellte gekühlte Prozessluft üblicherweise vor ihrer Zufuhr in den Arbeitsbereich der Flugzeugkabine auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt werden, um die Erzeugung komfortabler Umgebungsbedingungen in dem Arbeitsbereich zu ermöglichen.
Darüber hinaus ist dem Flugzeugklimatisierungssystem ein Kühler zugeordnet, der dazu eingerichtet ist, eine in dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine vorgesehene zu kühlende Einrichtung mit Kühlenergie zu versorgen. Bei dem Kühler kann es sich beispielsweise um einen Air Chiller handeln, der beispielsweise eine zu kühlende Galleyeinrichtung mit Kühlenergie versorgt. Die zu kühlende Galleyeinrichtung kann beispielsweise ein Fach der Galley sein, das der Aufbewahrung von zur Verteilung an die Flugzeugpassagiere vorgesehenen Lebensmitteln dient. Insbesondere dann, wenn der Kühler in Form eines Air Chillers ausgebildet ist, kann der Kühler zum Betrieb mit einem zweiphasigen Kühlmittel, d. h. einem Kühlmittel ausgelegt sein, das bei der Abgabe von Kühlenergie an die zu kühlende Einrichtung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand überführt wird.
Der Kühler erzeugt im Betrieb Abwärme. Wenn der Kühler mit einem zweiphasigen Kühlmittel betrieben wird, muss das sich nach Abgabe von Kühlenergie an die zu kühlende Einrichtung im gasförmigen Aggregatzustand befindende zweiphasige Kühlmittel durch Wärmeenergietransfer an ein entsprechendes Fluid wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzt werden. Das zur Aufnahme der Abwärme des Kühlers dienende Fluid kann seinerseits im flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand vorliegen.
Schließlich umfasst das Flugzeugklimatisierungssystem eine Wärmetransferanordnung. Die Wärmetransferanordnung ist dazu eingerichtet, die von dem Kühler erzeugte Abwärme an die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft zu transferieren. Die Wärmetransferanordnung sorgt somit dafür, dass die von dem Kühler erzeugte Abwärme dazu genutzt werden kann, die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft vor der Zufuhr in den Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zu erwärmen. Dadurch ist es nicht länger erforderlich, die von dem Kühler erzeugte Abwärme mithilfe der Flugzeugklimaanlage oder eines zusätzlichen Kühlsystems an die Flugzeugumgebung abzuführen. Darüber hinaus kann zur Erzeugung komfortabler Umgebungsbedingungen in dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine auf eine energieintensive Beheizung der Prozessluft vor ihrer Zufuhr in den Arbeitsbereich der Flugzeugkabine durch eine zusätzliche Heizeinrichtung verzichtet werden.
Schließlich stellt die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft aufgrund ihrer tiefen Temperatur von beispielsweise ca. 11°C für die von dem Kühler abzuführende Abwärme eine Wärmesenke mit einem vergleichsweise geringen Temperaturniveau dar. Infolgedessen kann der Kühler besonders energieeffizient betrieben werden. Insbesondere wird bei einem in Form eines Air Chillers ausgebildeten Kühler der Betrieb eines Kompressors des Air Chillers mit einer vergleichsweise geringen Drehzahl ermöglicht. Dadurch können die von dem Air Chiller erzeugten Geräuschemissionen verringert werden. Dies erhöht den Komfort für sich in der Flugzeugkabine und insbesondere in dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine aufhaltende Personen.
Die Wärmetransferanordnung des erfindungsgemäßen Flugzeugklimatisierungssystems kann ferner dazu eingerichtet sein, von einer wärmeerzeugenden Einrichtung einer Galley erzeugte Abwärme an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft zu transferieren. Bei der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Ofen, eine Vorrichtung zur Zubereitung heißer Getränke oder eine beliebige andere Galleyeinrichtung handeln, die im Betrieb Abwärme erzeugt. Wesentlich ist lediglich, dass auch die Abwärme dieser Einrichtung nicht in energieaufwändiger Weise mithilfe der Flugzeugklimaanlage oder eines zusätzlichen Kühlsystems an die Flugzeugumgebung abgeführt werden muss, sondern zur Erwärmung der die Prozessluftleitung durchströmenden Prozessluft genutzt werden kann.
Die Wärmetransferanordnung umfasst vorzugsweise einen Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, ein durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der warmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmtes Fluid mit der die Prozessluftleitung durchströmenden Prozessluft in Wärmekontakt zu bringen. Bei dem durch die Abwärme des Kühles und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmten Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges Wärmeträgermedium, das in dem Wärmetauscher der Wärmetransferanordnung in Wärmekontakt mit der die Prozessluftleitung durchströmenden Prozessluft gebracht wird. Alternativ dazu kann jedoch auch ein zweiphasiges Wärmeträgermedium, d. h. ein Wärmeträgermedium, das durch die Aufnahme von Wärmeenergie von dem Kühler und/oder der wärmeerzeugenden vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand versetzt und anschließend, beim Durchströmen des Wärmetauschers der Wärmetransferanordnung, wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzt wird, eingesetzt werden.
Der Wärmetauscher der Wärmetransferanordnung kann beispielsweise mit einem Wärmeträgerkreislauf koppelbar sein, in dem das durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid zirkuliert. In dem Wärmeträgerkreislauf kann eine beispielsweise in Form einer Pumpe ausgeführte Fördereinrichtung angeordnet sein, die das durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid durch den Wärmeträgerkreislauf fördert. Alternativ dazu kann auch ein Naturumlauf zur Förderung des durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmten Fluids durch den Wärmeträgerkreislauf vorgesehen sein. Der Kühler und die wärmeerzeugende Galleyeinrichtung können parallel zueinander in dem Wärmeträgerkreislauf angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Flugzeugklimatisierungssystem ferner eine weitere Wärmetransferanordnung, die dazu eingerichtet ist, von dem Kühler erzeugte Abwärme und/oder von der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erzeugte Abwärme an ein Kabinenluftextraktionssystem zu transferieren. Das Kabinenluftextraktionssystem dient üblicherweise dazu, Abwärme wärmeerzeugender Einrichtungen an Bord des Flugzeugs und/oder schlechte Gerüche aus der Flugzeugkabine in die Flugzeugumgebung abzuleiten. Die weitere Wärmetransferanordnung ermöglicht die Abfuhr der Abwärme des Kühlers und/oder der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung an die Flugzeugumgebung, beispielsweise, wenn es nicht gewünscht ist, die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft vor ihrer Zufuhr in den Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zu erwärmen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Flugzeugkabine an heißen Tagen im Bodenbetrieb des Flugzeugs möglichst rasch auf ein komfortables Temperaturniveau gekühlt werden soll.
Die weitere Wärmetransferanordnung kann einen weiteren Wärmetauscher umfassen, der dazu eingerichtet ist, ein durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmtes Fluid mit Kabinenabluft in Wärmekontakt zu bringen, die eine Kabinenabluftleitung des Kabinenluftextraktionssystems durchströmt. Bei einer derartigen Konfiguration nimmt folglich die die Kabinenabluftleitung des Kabinenluftextraktionssystems durchströmende Kabinenabluft die überschüssige Wärmeenergie des Kühlers und/oder der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung auf, bevor die Kabinenabluft über die Kabinenabluftleitung an die Flugzeugumgebung abgeführt wird. Zur Förderung der Kabinenabluft durch die Kabinenabluftleitung kann in der Kabinenabluftleitung eine in Form eines Gebläses ausgebildete Fördereinrichtung angeordnet sein.
Der weitere Wärmetauscher der weiteren Wärmetransferanordnung ist vorzugsweise mit dem Wärmeträgerkreislauf koppelbar, in dem das durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid zirkuliert. Ähnlich wie der Wärmetauscher der Wärmetransferanordnung ist folglich auch der weitere Wärmetauscher der weiteren Wärmetransferanordnung von dem durch die Abwärme des Kühlers und der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung erwärmten Fluid durchströmbar. Beim Durchströmen des weiteren Wärmetauschers gibt das Fluid seine überschüssige Wärmeenergie an die Kabinenabluft ab, die in dem weiteren Wärmetauscher der weiteren Wärmetransferanordnung mit dem Fluid in Wärmekontakt gebracht wird.
Das Flugzeugklimatisierungssystem kann ferner eine Steuereinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Wärmetransferanordnung und der weiteren Wärmetransferanordnung in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur der dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft derart zu steuern, dass die von dem Kühler und/oder der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erzeugte Abwärme wahlweise an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft oder das Kabinenluftextraktionssystem transferiert wird, um die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft auf die gewünschte Soll-Temperatur aufzuheizen. Die Steuereinheit kann beispielsweise in Form einer elektronischen Steuereinheit ausgeführt und in die zentrale Steuereinrichtung der Flugzeugklimaanlage integriert sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die Steuereinheit als separate Steuereinheit auszubilden. Unter der Steuerung der Steuereinheit ist es möglich, die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft stets auf eine gewünschte Soll-Temperatur aufzuheizen, die die Einstellung komfortabler Umgebungsbedingungen in dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine ermöglicht.
Grundsätzlich kann die Steuereinheit den Betrieb der Wärmetransferanordnung und der weiteren Wärmetransferanordnung so steuern, dass die von dem Kühler und/oder der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung erzeugte Abwärme entweder ausschließlich an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft oder ausschließlich an das Kabinenluftextraktionssystem transferiert wird. Vorzugsweise ist die Steuereinheit jedoch auch dazu eingerichtet, den Betrieb der Wärmetransferanordnung und der weiteren Wärmetransferanordnung so zu steuern, dass die Abwärme des Kühlers und/oder der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung zum Teil an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft und zum Teil an das Kabinenluftextraktionssystem transferiert wird, wobei die Wärmemenge, die an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft transferiert wird, insbesondere so gesteuert wird, dass die Prozessluft auf die gewünschte Soll-Temperatur aufgeheizt wird.
Insbesondere kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, eine Ventilanordnung derart zu steuern, dass das in dem Wärmeträgerkreislauf zirkulierende, durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur der dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft wahlweise mit der die Prozessluftleitung durchströmenden Prozessluft oder der die Kabinenabluftleitung des Kabinenluftextraktionssystems durchströmenden Kabinenabluft in Wärmekontakt gebracht wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit die Ventilanordnung derart steuern, dass das in dem Wärmeträgerkreislauf zirkulierende erwärmte Fluid entweder ausschließlich durch den Wärmetauscher der Wärmetransferanordnung oder den weiteren Wärmetauscher der weiteren Wärmetransferanordnung geleitet wird. Unter der Steuerung der Steuereinheit kann die Ventilanordnung jedoch auch derart gesteuert werden, dass das den Wärmeträgerkreislauf durchströmende Fluid zum Teil durch den Wärmetauscher der Wärmetransferanordnung und zum Teil durch den weiteren Wärmetauscher der weiteren Wärmetransferanordnung geleitet wird. Die Teilvolumenströme des erwärmten Fluids in Richtung des Wärmetauschers der Wärmetransferanordnung und des weiteren Wärmetauschers der weiteren Wärmetransferanordnung werden dabei vorzugsweise in Abhängigkeit der Soll-Temperatur der dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft gesteuert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugklimatisierungssystems wird mittels eines Klimaaggregats einer Flugzeugklimaanlage gekühlte Prozessluft bereitgestellt. Die von dem Klimaaggregat bereitgestellte gekühlte Prozessluft wird mittels einer Prozessluftleitung in einen Arbeitsbereich einer Flugzeugkabine geleitet. Ferner wird eine in dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine vorgesehen zu kühlende Einrichtung mittels eines Kühlers mit Kühlenergie versorgt. Von dem Kühler erzeugte Abwärme wird mittels einer Wärmetransferanordnung an die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft transferiert.
Vorzugsweise transferiert die Wärmetransferanordnung ferner von einer wärmeerzeugenden Einrichtung einer Galley erzeugte Abwärme an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft.
Vorzugsweise wird ein durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmtes Fluid mittels eines Wärmetauschers der Wärmetransferanordnung mit der die Prozessluftleitung durchströmenden Prozessluft in Wärmekontakt gebracht.
Der Wärmetauscher der Wärmetransferanordnung kann mit einem Wärmeträgerkreislauf koppelbar sein, in dem das durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid zirkuliert.
Von dem Kühler erzeugte Abwärme und/oder von der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erzeugte Abwärme kann ferner mittels einer weiteren Wärmetransferanordnung an ein Kabinenluftextraktionssystem transferiert werden.
Ein durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmtes Fluid kann mittels eines weiteren Wärmetauschers der weiteren Wärmetransferanordnung mit eine Kabinenabluftleitung des Kabinenluftextraktionssystems durchströmender Kabinenabluft in Wärmekontakt gebracht werden. Der weitere Wärmetauscher der weiteren Wärmetransferanordnung ist vorzugsweise mit dem Wärmeträgerkreislauf koppelbar, in dem das durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid zirkuliert.
Vorzugsweise wird der Betrieb der Wärmetransferanordnung und der weiteren Warmetransferanordnung in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur der dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft mittels einer Steuereinheit derart gesteuert, dass die von dem Kühler und/oder der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erzeugte Abwärme wahlweise an die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft oder das Kabinenluftextraktionssystem transferiert wird, um die die Prozessluftleitung durchströmende Prozessluft auf die gewünschte Soll-Temperatur aufzuheizen.
Vorzugsweise steuert die Steuereinheit eine Ventilanordnung derart, dass das in dem Wärmeträgerkreislauf zirkulierende, durch die Abwärme des Kühlers und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung der Galley erwärmte Fluid in Abhängigkeit der Soll-Temperatur der dem Arbeitsbereich der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft wahlweise mit der die Prozessluftleitung durchströmenden Prozessluft oder der die Kabinenabluftleitung des Kabinenextraktionssystems durchströmenden Kabinenabluft in Wärmekontakt gebracht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei
1 eine schematische Darstellung eines Flugzeugklimatisierungssystems zeigt.
Ein in 1 veranschaulichtes Klimatisierungssystem 10 umfasst ein Klimaaggregat 12, dem komprimierte Triebwerkszapfluft von einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk des Flugzeugs oder von einem Kompressor komprimierte Luft zugeführt wird. In dem Klimaaggregat 12 wird die komprimierte Luft beim Durchströmen mindestens eines Wärmetauschers sowie diverser Kompressions- und Expansionseinrichtungen gekühlt und entspannt. Die Temperatur der aus dem Klimaaggregat 12 austretenden Prozessluft wird in Abhängigkeit des Kühlbedarfs einer in verschiedene Klimazonen unterteilten Flugzeugkabine gesteuert. Insbesondere wird der Betrieb des Klimaaggregats 12 derart gesteuert, dass die Temperatur der aus dem Klimaaggregat 12 austretenden Luft ausreichend gering ist, um auch den Kühlbedarf der Klimazone der Flugzeugkabine mit dem höchsten Kühlbedarf – üblicherweise ist das ein Economy Class Bereich der Flugzeugkabine – zu decken. Beispielsweise erzeugt das Klimaaggregat 12 Prozessluft mit einer Temperatur von ca. 11°C.
Die von dem Klimaaggregat 12 erzeugte gekühlte Prozessluft wird über eine Prozessluftleitung 14 in die verschiedenen Klimazonen der Flugzeugkabine geleitet. In 1 ist ein Abschnitt der Prozessluftleitung 14 gezeigt, der dazu dient, die von dem Klimaaggregat 12 erzeugte gekühlte Prozessluft in einen Arbeitsbereich 16 der Flugzeugkabine zu leiten. Der Arbeitsbereich 16 der Flugzeugkabine befindet sich benachbart zu den Türen der Flugzeugkabine (in 1 nicht veranschaulicht). In dem Arbeitsbereich 16 ist eine Galley 18 angeordnet.
Da sich in dem Arbeitsbereich 16 üblicherweise vergleichsweise wenige Personen aufhalten und der Arbeitsbereich 16 überdies durch Kühlenergietransfer von kalten Oberflächen der Flugzeugtüren sowie gekühlter Galleyeinrichtungen gekühlt wird, muss die die Prozessluftleitung 14 durchströmende Prozessluft vor ihrer Zufuhr in den Arbeitsbereich 16 auf eine höhere Temperatur aufgeheizt werden, um die Einstellung komfortabler Umgebungsbedingungen in dem Arbeitsbereich 16 zu ermöglichen.
Der Galley 18 ist ein in Form eines Air Chillers ausgebildeter Kühler 20 zugeordnet. Der Kühler 20 dient dazu, zu kühlende Bereiche der Galley 18 mit Kühlenergie zu versorgen. Bei den zu kühlenden Galleybereichen kann es sich beispielsweise um Galleyfächer handeln, die der Aufbewahrung von zur Verteilung an die Flugzeugpassagiere vorgesehen Lebensmitteln dienen. Im Betrieb erzeugt der Kühler 20 Abwärme. Darüber hinaus ist in der Galley 18 eine wärmeerzeugende Einrichtung 22 vorhanden. Bei der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 kann es sich beispielsweise um einen Ofen, eine Vorrichtung zur Zubereitung von Heißgetränken oder eine beliebige andere Galleyeinrichtung handeln, die im Betrieb Abwärme erzeugt.
Das Flugzeugklimatisierungssystem 10 umfasst ferner eine Wärmetransferanordnung 24, die dazu dient, die von dem Kühler 20 erzeugte Abwärme sowie die von der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 erzeugte Abwärme an die die Prozessluftleitung 14 durchströmende Prozessluft zu transferieren. Die Wärmetransferanordnung 24 umfasst einen Wärmetauscher 26, der auf seiner kalten Seite von der dem Warmetauscher 26 über die Prozessluftleitung 14 zugeführten Prozessluft durchströmt wird. Auf seiner warmen Seite ist der Wärmetauscher 26 dagegen von einem insbesondere in Form eines flüssigen Wärmeträgermediums vorliegenden Fluid durchströmbar, das in einem Wärmeträgerkreislauf 28 zirkuliert, welcher dazu dient, Abwärme von dem Kühler 20 und der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 abzuführen.
In dem Wärmeträgerkreislauf 28 sind der Kühler 20 und die wärmeerzeugende Galleyeinrichtung 22 parallel zueinander angeordnet. Zur Förderung des Wärmeträgerfluids durch den Wärmeträgerkreislauf 28 dient eine in dem Wärmeträgerkreislauf 28 angeordnete und in Form einer Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung 30. Alternativ dazu kann auch ein Naturumlauf zur Förderung des Wärmeträgerfluids durch den Wärmeträgerkreislauf 28 vorgesehen sein. Der Transfer der Abwärme von dem Kühler 20 und der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 auf das durch den Wärmeträgerkreislauf 28 zirkulierende Wärmeträgerfluid erfolgt jeweils über dem Kühler 20 bzw. der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 zugeordnete Wärmetauscher 32, 34.
Das Flugzeugklimatisierungssystem 10 umfasst ferner eine weitere Wärmetransferanordnung 36. Die weitere Wärmetransferanordnung 36 dient dazu, von dem Kühler 20 sowie der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 erzeugte Abwärme bei Bedarf an ein Kabinenluftextraktionssystem 38 zu transferieren. Insbesondere umfasst die weitere Wärmetransferanordnung 36 einen weiteren Wärmetauscher 40, der auf seiner kalten Seite von durch eine Kabinenabluftleitung 42 des Kabinenluftextraktionssystems 38 geleiteter Kabinenabluft durchströmt wird. Die warme Seite des weiteren Wärmetauschers 40 ist dagegen mit dem Wärmeträgerkreislauf 28 koppelbar, in dem das durch die Abwärme des Kühlers 20 und der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 erwärmte Wärmeträgerfluid im Kreislauf geführt wird. Eine in Form eines Gebläses ausgebildete Fördereinrichtung 43 dient der Förderung der aus der Flugzeugkabine abzuführenden Kabinenabluft durch die Kabinenabluftleitung 42 des Kabinenluftextraktionssystems 38.
Der Betrieb der Wärmetransferanordnung 24 und der weiteren Wärmetransferanordnung 36 wird durch eine elektronische Steuereinheit 44 gesteuert. In Abhängigkeit einer Soll-Temperatur der dem Arbeitsbereich 16 der Flugzeugkabine über die Prozessluftleitung 14 zugeführten Prozessluft steuert die Steuereinheit 44 eine zwei Ventile 46, 48 umfassende Ventilanordnung 50 derart, dass das in dem Wärmeträgerkreislauf 28 zirkulierende Wärmeträgerfluid wahlweise durch den Wärmetauscher 26 der Wärmetransferanordnung 24 oder den weiteren Wärmetauscher 40 der weiteren Wärmetransferanordnung 36 geleitet wird. Damit wird die Abwärme des Kühlers 20 und der wärmeerzeugenden Galleyeinrichtung 22 wahlweise entweder an die die Prozessluftleitung 14 durchströmende Prozessluft oder die die Kabinenabluftleitung 42 des Kabinenluftextraktionssystems 38 durchströmende Kabinenabluft transferiert.
Die Ventile 46, 48 der Ventilanordnung 50 weisen einen variabel einstellbaren Strömungsquerschnitt auf, sodass die Fluidvolumenströme die dem Wärmetauscher 26 der Wärmetransferanordnung 24 bzw. dem weiteren Wärmetauscher 40 der weiteren Wärmetransferanordnung 36 zugeführt werden, stets so gesteuert werden können, dass die die Prozessluftleitung 14 durchströmende Prozessluft auf die gewünschte Soll-Temperatur aufgeheizt wird, bevor die Prozessluft in den Arbeitsbereich 16 zugeführt wird. Die den weiteren Wärmetauscher 40 der weiteren Transferanordnung 36 durchströmende Kabinenabluft wird nach dem Austritt aus dem weiteren Wärmetauscher 40 an die Flugzeugumgebung abgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1701884 B1 [0003, 0004]
US 7802732 B2 [0003, 0004]

Claims

Flugzeugklimatisierungssystem (10) mit: – einem Klimaaggregat (12), das dazu eingerichtet ist, gekühlte Prozessluft bereitzustellen, – einer Prozessluftleitung (14), die dazu eingerichtet ist, von dem Klimaaggregat (12) bereitgestellte gekühlte Prozessluft in einen Arbeitsbereich (16) einer Flugzeugkabine zu leiten, und – einem Kühler (20), der dazu eingerichtet ist, eine in dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine vorgesehene zu kühlende Einrichtung mit Kühlenergie zu versorgen, gekennzeichnet durch eine Wärmetransferanordnung (24), die dazu eingerichtet ist, von dem Kühler (20) erzeugte Abwärme an die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft zu transferieren.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransferanordnung (24) ferner dazu eingerichtet ist, von einer wärmeerzeugenden Einrichtung (22) einer Galley (18) erzeugte Abwärme an die die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft zu transferieren.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransferanordnung (24) einen Wärmetauscher (26) umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmtes Fluid mit der die Prozessluftleitung (14) durchströmenden Prozessluft in Wärmekontakt zu bringen.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (26) der Wärmetransferanordnung (24) mit einem Wärmeträgerkreislauf (28) koppelbar ist, in dem das durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmte Fluid zirkuliert.
Flugzeugklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine weitere Wärmetransferanordnung (36), die dazu eingerichtet ist, von dem Kühler (20) erzeugte Abwärme und/oder von der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erzeugte Abwärme an ein Kabinenluftextraktionssystem (38) zu transferieren.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wärmetransferanordnung (36) einen weiteren Wärmetauscher (40) umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmtes Fluid mit eine Kabinenabluftleitung (42) des Kabinenluftextraktionssystem (38) durchströmender Kabinenabluft in Wärmekontakt zu bringen, wobei der weitere Wärmetauscher (40) der weiteren Wärmetransferanordnung (36) vorzugsweise mit dem Wärmeträgerkreislauf (28) koppelbar ist, in dem das durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmte Fluid zirkuliert.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (44), die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Wärmetransferanordnung (24) und der weiteren Wärmetransferanordnung (36) in Abhängigkeit einer Solltemperatur der dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft derart zu steuern, dass die von dem Kühler (20) und/oder der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erzeugte Abwärme wahlweise an die die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft oder das Kabinenluftextraktionssystem (38) transferiert wird, um die die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft auf die gewünschte Solltemperatur aufzuheizen.
Flugzeugklimatisierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, eine Ventilanordnung (50) derart zu steuern, dass das in dem Wärmeträgerkreislauf (28) zirkulierende, durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmte Fluid in Abhängigkeit der Solltemperatur der dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft wahlweise mit der die die Prozessluftleitung (14) durchströmenden Prozessluft oder der die Kabinenabluftleitung (42) des Kabinenluftextraktionssystems (38) durchströmenden Kabinenabluft in Wärmekontakt gebracht wird.
Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugklimatisierungssystems (10) mit den Schritten: – Bereitstellen gekühlter Prozessluft mittels eines Klimaaggregats (12), – Leiten der von dem Klimaaggregat (12) bereitgestellten gekühlten Prozessluft in einen Arbeitsbereich (16) einer Flugzeugkabine mittels einer Prozessluftleitung (14) und – Versorgen einer in dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine vorgesehenen zu kühlenden Einrichtung mit Kühlenergie mittels eines Kühlers (20), dadurch gekennzeichnet, dass von dem Kühler (20) erzeugte Abwärme mittels einer Wärmetransferanordnung (24) an die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft transferiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransferanordnung (24) ferner von einer wärmeerzeugenden Einrichtung (22) einer Galley (18) erzeugte Abwärme an die die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft transferiert.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmtes Fluid mittels eines Wärmetauschers (26) der Wärmetransferanordnung (24) mit der die Prozessluftleitung (14) durchströmenden Prozessluft in Wärmekontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (26) der Wärmetransferanordnung (24) mit einem Wärmeträgerkreislauf (28) koppelbar ist, in dem das durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmte Fluid zirkuliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Kühler (20) erzeugte Abwärme und/oder von der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erzeugte Abwärme mittels einer weiteren Wärmetransferanordnung (36) an ein Kabinenluftextraktionssystem (38) transferiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmtes Fluid mittels eines weiteren Wärmetauschers (40) der weiteren Wärmetransferanordnung (36) mit eine Kabinenabluftleitung (42) des Kabinenluftextraktionssystems (38) durchströmender Kabinenabluft in Wärmekontakt gebracht wird, wobei der weitere Wärmetauscher (40) der weiteren Wärmetransferanordnung (36) vorzugsweise mit dem Wärmeträgerkreislauf (28) koppelbar ist, in dem das durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmte Fluid zirkuliert.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Wärmetransferanordnung (24) und der weiteren Wärmetransferanordnung (36) in Abhängigkeit einer Solltemperatur der dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft mittels einer Steuereinheit (44) derart gesteuert wird, dass die von dem Kühler (20) und/oder der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erzeugte Abwärme wahlweise an die die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft oder das Kabinenluftextraktionssystem (38) transferiert wird, um die die Prozessluftleitung (14) durchströmende Prozessluft auf die gewünschte Solltemperatur aufzuheizen, wobei die Steuereinheit (44) vorzugsweise eine Ventilanordnung (50) derart steuert, dass das in dem Wärmeträgerkreislauf (28) zirkulierende, durch die Abwärme des Kühlers (20) und/oder die Abwärme der wärmeerzeugenden Einrichtung (22) der Galley (18) erwärmte Fluid in Abhängigkeit der Solltemperatur der dem Arbeitsbereich (16) der Flugzeugkabine zuzuführenden Prozessluft wahlweise mit der die Prozessluftleitung (14) durchströmenden Prozessluft oder der die Kabinenabluftleitung (42) des Kabinenluftextraktionssystems (38) durchströmenden Kabinenabluft in Wärmekontakt gebracht wird.