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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums.
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In Verkehrsflugzeugen werden derzeit zur Klimatisierung der Flugzeugkabine, d.h. der Passagierkabine und zumindest Teilbereichen des Frachtraums, üblicherweise sogenannte luftgestützte Klimaanlagen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2008 053 320 B4 bzw. der
US 8 333 078 B2 oder der
EP 2 651 763 A2 bzw. der
US 2013 / 0 269 374 A1 beschrieben sind. Eine Flugzeugklimaanlage dient der Kühlung der Flugzeugkabine, die sonst durch Wärmelasten, wie z.B. Sonneneinstrahlung, Körperwärme der Passagiere und Abwärme von an Bord des Flugzeugs vorhandenen Geräten zu stark erwärmt würde. Darüber hinaus führt die Flugzeugklimaanlage ausreichend Frischluft in die Flugzeugkabine zu, um sicherzustellen, dass in der Flugzeugkabine ein vorgeschriebener Mindestanteil von Sauerstoff vorhanden ist.
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Die
DE 10 2006 014 572 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Luftverteilung in einem Frachtflugzeug mit einem Luftverteilungssystem, das an wenigstens ein Frachtdeck angeschlossen ist.
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Die
DE 199 36 643 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Kabinenbereiches eines Passagierflugzeuges.
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Und die
US 2006 / 0 219 842 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Klimatisierung eines Frachtraumes eines Passagierflugzeuges.
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Luftgestützte Flugzeugklimaanlagen umfassen in der Regel ein Klimaaggregat, dem von den Triebwerken des Flugzeugs, einem separaten Verdichter oder einem Hilfstriebwerk (APU, Auxiliary Power Unit) verdichtete Prozessluft zugeführt wird. In dem Klimaaggregat wird die Prozessluft beim Durchströmen mindestens einer Wärmetauschereinheit sowie diverser Verdichtungs- und Expansionseinheiten abgekühlt und entspannt. Aus dem Klimaaggregat austretende gekühlte Prozessluft wird schließlich in eine Mischkammer geleitet und dort mit aus einem zu klimatisierenden Flugzeugbereich abgeführter Rezirkulationsluft gemischt. Die Mischluft aus der Mischkammer wird über entsprechende Mischluftleitungen in den zu klimatisierenden Flugzeugbereich, wie z.B. die Passagierkabine oder einen zu klimatisierenden Frachtraum geleitet.
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In einem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum ist üblicherweise ein Extraktionsgebläse angeordnet, das Abluft aus dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum saugt. Aufgrund des dadurch in dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum entstehenden Unterdrucks wird über eine Umgebungsluftleitung Umgebungsluft in den zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum gefördert. Bei der über die Umgebungsluftleitung in den Flugzeugfrachtraum geleiteten Umgebungsluft handelt es sich üblicherweise um Luft, die aus einem Bereich des Flugzeugrumpfs neben dem Frachtraum, dem sogenannten „Dreiecksbereich“ unterhalb des Kabinenfußbodens angesaugt wird und im Bodenbetrieb des Flugzeugs deutlich wärmer sein kann, als die Außentemperatur. Je nach Bedarf wird der Umgebungsluft vor der Zufuhr in den zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum kühle Mischluft und/oder heiße Trimluft, die von einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk des Flugzeugs abgezweigt oder von einem separaten Verdichter bereitgestellt wird, beigemischt. Die Zufuhr von Mischluft in den zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum wird durch ein Klimatisationsluftventil gesteuert, das in einer die Mischkammer der Flugzeugklimaanlage mit einer Umgebungsluftleitung verbindenden Mischluftleitung angeordnet ist. In einer ebenfalls in die Umgebungsluftleitung mündenden Trimluftleitung ist ein Trimluftventil angeordnet, das die Zufuhr von Trimluft in den zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum steuert.
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Wenn der zu klimatisierende Flugzeugfrachtraum lediglich mit Umgebungsluft belüftet wird, ist es ausreichend, das in dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum vorgesehene Extraktionsgebläse mit einer konstanten geringen Drehzahl zu betreiben. In einem Betriebsmodus des Klimatisationssystems mit geöffnetem Trimluftventil wird das Extraktionsgebläse dagegen mit einer konstanten hohen Drehzahl betrieben, so dass stets sichergestellt ist, dass der aus dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum abgesaugte Abluftvolumenstrom größer ist als die Summe der dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum zuzuführenden maximalen Mischluft- und Trimluftvolumenströme. Dadurch wird verhindert, dass dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum zu Heizzwecken zuzuführende heiße Trimluft über die Umgebungsluftleitung abströmt. Im Bodenbetrieb des Flugzeugs bei heißen Außentemperaturen wird durch den Betrieb des Extraktionsgebläses mit hoher Drehzahl jedoch zwangsläufig auch ein großer Volumenstrom warmer Umgebungsluft in den zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum gefördert.
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Dies gilt umso mehr, wenn in bestimmten Betriebsphasen der Klimaanlage ein vergleichsweise geringer Druck in der Mischkammer der Klimaanlage vorherrscht und folglich lediglich ein geringer Mischluftvolumenstrom zur Kühlung des zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraums zur Verfügung steht. Um der Kühlanforderung des zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum im Bodenbetrieb des Flugzeugs bei heißen Außentemperaturen gerecht zu werden, muss die Klimaanlage dann mit hoher Leistung betrieben werden, um die Temperatur der Mischluft in der Mischkammer auf eine entsprechende tiefe Temperatur abzukühlen. Gegebenenfalls kann die gewünschte Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugfrachtraum im Bodenbetrieb des Flugzeugs auch gar nicht erreicht werden, so dass auch im Flugbetrieb des Flugzeugs ein Betrieb der Klimaanlage unter Volllast erforderlich ist, bis der zu klimatisierende Flugzeugfrachtraum auf die gewünschte tiefe Temperatur abgekühlt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums bereitzustellen, die einen effektiven und energieeffizienten Betrieb der Klimaanlage erlauben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums wird, beispielsweise mittels eines Temperatursensors, eine Ist-Frachtraumtemperatur erfasst. Die erfasste Ist-Frachtraumtemperatur wird, beispielsweise mittels einer geeigneten elektronischen Steuereinheit, mit einer Soll-Frachtraumtemperatur verglichen. Die Soll-Frachtraumtemperatur kann in einem Speicher der Steuereinheit hinterlegt sein oder manuell, beispielsweise über einen geeigneten Schalter, der z.B. im Cockpit des Flugzeugs angeordnet sein kann, eingegeben werden. Der Schalter zur manuellen Vorgabe der Soll-Frachtraumtemperatur kann auch eine On/Off-Funktionalität zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Flugzeugfrachtraumklimatisierung haben. Alternativ dazu kann für das Ein- bzw. Ausschalten der Flugzeugfrachtraumklimatisierung auch ein separater Schalter vorhanden sein. Wenn die Ist-Frachtraumtemperatur die Soll-Frachtraumtemperatur übersteigt, wird kühle Klimatisationsluft in den Flugzeugfrachtraum zugeführt. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass ein Klimatisationsluftventil, das in einer eine Mischkammer einer Flugzeugklimaanlage mit einer Umgebungsluftleitung zur Zufuhr von Umgebungsluft in den Flugzeugfrachtraum verbindenden Klimatisationsluftleitung angeordnet ist, geöffnet wird. Das Klimatisationsluftventil kann ein Ventil mit kontinuierlich oder stufenweise variablem Strömungsquerschnitt sein, so dass der in den Flugzeugfrachtraum zuzuführende Klimatisationsluftvolumenstrom durch das Klimatisationsluftventil wie gewünscht gesteuert werden kann. Wenn die Ist-Frachtraumtemperatur die Soll-Frachtraumtemperatur übersteigt, wird das Klimatisationsluftventil vorzugsweise vollständig geöffnet.
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Bei der über die Umgebungsluftleitung in den Flugzeugfrachtraum geleiteten Umgebungsluft kann es sich um Luft aus der Umgebung außerhalb des Flugzeugs handeln. Üblicherweise wird die Umgebungsluft aber aus einem Bereich des Flugzeugrumpfs neben dem Frachtraum, dem sogenannten „Dreiecksbereich“ unterhalb des Kabinenfußbodens angesaugt. Diese Luft kann im Bodenbetrieb des Flugzeugs deutlich wärmer sein als die Außentemperatur. Solange der Flugzeugfrachtraum Kühlbedarf hat, d.h. solange die Ist-Frachtraumtemperatur die Soll-Frachtraumtemperatur übersteigt, wird neben Umgebungsluft ausschließlich Klimatisationsluft in den Flugzeugfrachtraum gefördert. Insbesondere wird einem Flugzeugfrachtraum mit Kühlbedarf keine heiße Trimluft zugeführt, d.h. ein Trimluftventil, das in einer in die Umgebungsluftleitung mündenden Trimluftleitung angeordnet sein kann, bleibt geschlossen.
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Ferner wird bei dem Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums ein Druck des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms erfasst. Hierzu kann beispielsweise ein in der Mischkammer der Flugzeugklimaanlage angeordneter Drucksensor eingesetzt werden. Die Erfassung des Drucks des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms ermöglicht unmittelbare Rückschlüsse auf den Volumenstrom der in den Flugzeugfrachtraum geleiteten Klimatisationsluft. Eine Förderleistung einer Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum wird in Abhängigkeit des Drucks des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms gesteuert.
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Das Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums macht sich die Erkenntnis zunutze, dass einem Flugzeugfrachtraum mit Kühlbedarf, d.h. einem Flugzeugfrachtraum, dessen Ist-Frachtraumtemperatur seine Soll-Frachtraumtemperatur übersteigt, keine heiße Trimluft zugeführt wird und daher darauf verzichtet werden kann, die Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum mit ihrer maximalen Leistung zu betreiben, um sicherzustellen, dass keine heiße Trimluft über die Umgebungsluftleitung in den „Dreiecksbereich“ entweicht. Vielmehr kann unter diesen Betriebsbedingungen der Druck und damit der Volumenstrom der aus der Mischkammer der Klimaanlage in den Flugzeugfrachtraum geleiteten Klimatisationsluft als Steuergröße für die die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum herangezogen werden.
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Die Förderleistung der Fördereinrichtung wird dabei insbesondere so gesteuert, dass sie umso geringer ist, je geringer der Druck und folglich der Volumenstrom der Klimatisationsluft ist. Dadurch wird gewährleistet, dass neben der Klimatisationsluft keine oder zumindest nur eine begrenzte Menge Umgebungsluft in den Flugzeugfrachtraum gefördert wird und somit eine effektive Kühlung des Flugzeugfrachtraums realisiert werden kann. Dadurch wird insbesondere im Bodenbetrieb des Flugzeugs bei heißen Umgebungstemperaturen ein effektiver, energieeffizienter und treibstoffsparender Betrieb der Klimaanlage ermöglicht. Ferner kann der Betrieb der Klimaanlage auch im Flugbetrieb des Flugzeugs effizienter und damit treibstoffsparender gestaltet werden, da der Flugzeugfrachtraum bereits im Bodenbetrieb des Flugzeugs besser gekühlt werden kann und es dadurch nicht länger erforderlich ist, die Klimaanlage im Flugbetrieb des Flugzeugs über längere Zeit unter Volllast zu betreiben, bis der Flugzeugfrachtraum auf die gewünschte tiefe Temperatur abgekühlt ist.
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Die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum wird ferner in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur gesteuert. Durch diese Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung, die neben dem Druck des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms auch die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur berücksichtigt, können abrupte Sprünge in der Förderleistung der Fördereinrichtung, die sich im Dauerbetrieb der Fördereinrichtung negativ auf die Lebensdauer der Fördereinrichtung auswirken könnten, vermieden werden.
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Die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum wird konstant auf einem Minimalwert gehalten, solange die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur größer als ein oberer Schwellwert ist. Solange in dem Flugzeugfrachtraum eine die Soll-Frachtraumtemperatur deutlich überschreitende Ist-Frachtraumtemperatur vorherrscht, kann die Förderleistung der Fördereinrichtung somit ausschließlich in Abhängigkeit des Drucks des Klimatisationsluftstroms derart gesteuert werden, dass sichergestellt wird, dass möglichst wenig Umgebungsluft, die die Kühlwirkung der Klimatisationsluft beeinträchtigt, in den Flugzeugfrachtraum eintritt. Der obere Schwellwert kann beispielsweise 4 K betragen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums wird die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum derart gesteuert, dass der aus dem Flugzeugfrachtraum abgeführte Abluftvolumenstrom den Volumenstrom der dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluft geringfügig übersteigt. Insbesondere erfolgt die Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung derart, dass der aus dem Flugzeugfrachtraum abgeführte Abluftvolumenstrom 105 bis 125 %, vorzugsweise 110 bis 120 % des Volumenstroms der dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluft beträgt. Durch eine derartige Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung wird in dem Flugzeugfrachtraum ein geringer Unterdruck erzeugt, der das Entweichen schlechter Gerüche aus dem Flugzeugfrachtraum zuverlässig verhindert. Gleichzeitig wird jedoch immer noch gewährleistet, dass nicht zu viel, die Kühlung des Flugzeugfrachtraums beeinträchtigende Umgebungsluft in den Flugzeugfrachtraum gelangt.
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Wenn die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur den oberen Schwellwert unterschreitet, wird die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum dagegen vorzugsweise mit sinkender Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur erhöht. Die Erhöhung der Förderleistung der Fördereinrichtung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, insbesondere linear in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur.
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Schließlich kann die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum konstant auf einem Maximalwert gehalten werden, wenn die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur einen unteren Schwellwert unterschreitet. Ähnlich wie der Minimalwert, ist auch der Maximalwert der Förderleistung der Fördereinrichtung noch vom Druck des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms abhängig, so dass auch im Betrieb der Fördereinrichtung mit hoher Förderleistung sichergestellt wird, dass nicht zu viel Umgebungsluft in den Flugzeugfrachtraum gelangt. Der Maximalwert der Förderleistung der Fördereinrichtung wird insbesondere so gewählt, dass ein Abluftvolumenstrom, der von der Fördereinrichtung bei einer dem Maximalwert entsprechenden Förderleistung aus dem Flugzeugfrachtraum extrahiert wird, größer ist als eine Summe des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftvolumenstroms und eines dem Flugzeugfrachtraum maximal zuzuführenden Trimluftvolumenstroms. Dadurch wird sicher verhindert, dass dem nicht länger zu kühlenden Flugzeugfrachtraum ggf. zuzuführende Trimluft über die Umgebungsluftleitung entweicht.
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Wie oben erörtert, basiert die Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung in Abhängigkeit des Drucks des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms auf der Voraussetzung, dass der Flugzeugfrachtraum Kühlbedarf hat und dem Flugzeugfrachtraum folglich keine heiße Trimluft zugeführt wird. Sobald Zufuhr von Trimluft in den Flugzeugfrachtraum erfolgt oder nicht ausgeschlossen werden kann, muss jedoch auf jeden Fall ein Entweichen der Trimluft über die Umgebungsluftleitung verhindert werden. Daher wird die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum vorzugsweise konstant auf ihren Maximalwert gesetzt, wenn erfasst wird, dass dem Flugzeugfrachtraum Trimluft zugeführt wird oder die Zufuhr von Trimluft in den Flugzeugfrachtraum nicht sicher ausgeschlossen werden kann. Hierzu kann beispielsweise der Betriebszustand des Trimluftventils überwacht und die Förderleistung der Fördereinrichtung auf ihren Maximalwert gesetzt werden, wenn erfasst wird, dass das Trimluftventil geöffnet ist. Ebenso kann die Förderleistung der Fördereinrichtung sicherheitshalber auf ihren Maximalwert gesetzt werden, wenn der Betriebszustand des Trimluftventils, beispielsweise aufgrund eines Signalübertragungsfehlers oder dergleichen nicht bekannt ist und daher nicht sicher ausgeschlossen werden kann, dass dem Flugzeugfrachtraum Trimluft zugeführt wird.
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Ein System zur Steuerung einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums umfasst einen Temperatursensor zum Erfassen einer Ist-Frachtraumtemperatur. In einer Klimatisationsluftleitung zum Zuführen von Klimatisationsluft in den Flugzeugfrachtraum ist ein Klimatisationsluftventil angeordnet. Das System umfasst ferner einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms und eine Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum. Eine Steuereinrichtung des Systems ist dazu eingerichtet, die von dem Temperatursensor erfasste Ist-Frachtraumtemperatur mit einer Soll-Frachtraumtemperatur zu vergleichen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das Klimatisationsluftventil derart zu steuern, dass Klimatisationsluft in den Flugzeugfrachtraum zugeführt wird, wenn die Ist-Frachtraumtemperatur die Soll-Frachtraumtemperatur übersteigt. Schließlich ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, eine Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum in Abhängigkeit des Drucks des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftstroms zu steuern. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur zu steuern. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum konstant auf einem Minimalwert zu halten, solange die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur größer als ein oberer Schwellwert ist.
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Die Steuereinrichtung ist vorzugweise dazu eingerichtet, die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum derart zu steuern, dass der aus dem Flugzeugfrachtraum abgeführte Abluftvolumenstrom 105 bis 125 %, vorzugsweise 110 bis 120 % des Volumenstroms der dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluft beträgt.
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Ferner kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum mit sinkender Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur zu erhöhen, wenn die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur den oberen Schwellwert unterschreitet.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum konstant auf einem Maximalwert zu halten, wenn die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur und der Soll-Frachtraumtemperatur einen unteren Schwellwert unterschreitet, wobei der Maximalwert insbesondere so gewählt ist, dass ein von der Fördereinrichtung aus dem Flugzeugfrachtraum extrahierter Abluftvolumenstrom größer ist als eine Summe des dem Flugzeugfrachtraum zugeführten Klimatisationsluftvolumenstroms und eines dem Flugzeugfrachtraum maximal zuzuführenden Trimluftvolumenstroms.
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Schließlich kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Förderleistung der Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum konstant auf den Maximalwert zu setzen, wenn erfasst wird, dass dem Flugzeugfrachtraum Trimluft zugeführt wird oder die Zufuhr von Trimluft in den Flugzeugfrachtraum nicht sicher ausgeschlossen werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
- 1 eine Klimaanlage zur Klimatisierung eines Flugzeugfrachtraums zeigt, und
- 2 ein Diagramm zeigt, das die Steuerung des Betriebs einer Fördereinrichtung zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum in der Klimaanlage gemäß 1 veranschaulicht.
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1 zeigt eine Klimaanlage 10, die dazu dient, einen Flugzeugfrachtraum 12 zu klimatisieren. Ferner wird die Klimaanlage 10 auch dazu eingesetzt, weitere in 1 nicht veranschaulichte Bereiche des Flugzeugs, wie z.B. eine Passagierkabine mit Klimatisationsluft zu versorgen. Die Klimaanlage 10 umfasst ein in 1 nicht gezeigtes Klimaaggregat, dem von einem Triebwerk, einem Hilfstriebwerk oder einem separaten Verdichter verdichtete Prozessluft zugeführt wird. In dem Klimaaggregat wird die Prozessluft beim Durchströmen mindestens einer Wärmetauschereinheit sowie diverser Verdichtungs- und Expansionseinheiten abgekühlt und entspannt. Die aus dem Klimaaggregat austretende gekühlte Prozessluft wird in eine Mischkammer 14 geleitet und dort mit aus der Passagierkabine abgeführter Rezirkulationsluft gemischt.
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In dem Flugzeugfrachtraum 12 ist eine in Form eines Gebläses ausgebildete Fördereinrichtung 16 zur Extraktion von Abluft aus dem Flugzeugfrachtraum 12 angeordnet. Im Betrieb der Fördereinrichtung 16 entsteht in dem Flugzeugfrachtraum 12 ein Unterdruck, der bewirkt, dass über eine Umgebungsluftleitung 18 Umgebungsluft aus einem Bereich des Flugzeugsrumpfs neben dem Frachtraum, dem sogenannten „Dreiecksbereich“ unterhalb des Kabinenfußbodens in den Flugzeugfrachtraum 12 gesaugt wird. Je nach Bedarf wird der Umgebungsluft vor der Zufuhr in den Flugzeugfrachtraum 12 kühle Mischluft aus der Mischkammer 14 und/oder heiße Trimluft, die von beigemischt. Hierzu ist eine Trimluftleitung 20 mit einem Triebwerk oder einem Hilfstriebwerk des Flugzeugs oder mit einem separaten Verdichter verbunden und mündet in die Umgebungsluftleitung 18. Die Zufuhr von heißer Trimluft, die von dem Triebwerk oder dem Hilfstriebwerk des Flugzeugs abgezweigt oder von dem separaten Verdichter bereitgestellt wird, in die Umgebungsluftleitung 18 wird durch ein in der Trimluftleitung 20 angeordnetes Trimluftventil 22 gesteuert. Stromabwärts der Mündung der Trimluftleitung 20 in die Umgebungsluftleitung 18 mündet eine mit der Mischkammer 14 verbundene Klimatisationsluftleitung 24 die Umgebungsluftleitung 18. Zur Steuerung der Klimatisationsluftströmung aus der Mischkammer 14 durch die Klimatisationsluftleitung 24 ist in der Klimatisationsluftleitung 24 ein Klimatisationsluftventil 26 angeordnet.
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Eine Ist-Frachtraumtemperatur TIst wird mittels eines in dem Flugzeugfrachtraum 12 angeordneten Temperatursensors 28 erfasst. Ferner ist in der Mischkammer 14 ein Drucksensor 30 zum Erfassen eines Drucks p in der Mischkammer 14 und folglich eines Drucks des dem Flugzeugfrachtraum 12 durch die Klimatisationsluftleitung 24 zuführbaren Klimatisationsluftstroms installiert. Die von den Sensoren 28, 30 bereitgestellten Signale werden einer Steuereinrichtung 32 zur Steuerung des Betriebs der Klimaanlage 10 übermittelt.
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Im Folgenden wird der Betrieb der Klimaanlage 10 erläutert. Wenn der Flugzeugfrachtraum 12 lediglich mit Umgebungsluft belüftet wird, d.h. sowohl das Trimluftventil 22 als auch das Klimatisationsluftventil 26 geschlossen sind und der die Umgebungsluftleitung 18 durchströmenden Umgebungsluft weder heiße Trimluft noch kühle Klimatisationsluft zugemischt wird, wird die Fördereinrichtung 16 unter der Steuerung der Steuereinrichtung 32 mit einer konstanten geringen Förderleistung betrieben, die so gewählt ist, dass eine ausreichende Belüftung des Flugzeugfrachtraums 12 sichergestellt ist, aber sonst keine darüber hinaus gehenden Bedingungen erfüllt sind. Im reinen Belüftungsbetrieb der Klimaanlage 10 gleicht sich die Ist-Frachtraumtemperatur TIst an die Temperatur der Umgebungsluft an. Ein derartiger Betrieb der Klimaanlage 10 bietet sich beispielsweise dann an, wenn eine z.B. in einem Speicher der Steuereinrichtung 32 hinterlegte oder manuell zu wählende Soll-Frachtraumtemperatur TSoll zumindest in etwa der Temperatur der Umgebungsluft entspricht.
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Wenn die Temperatur der Umgebungsluft zu stark von der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll abweicht, wird dagegen in Abhängigkeit der Differenz zwischen der von dem Temperatursensor 28 erfassten Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll ein Heizbetrieb oder ein Kühlbetrieb der Klimaanlage initiiert. Wenn die Steuereinrichtung 32 bei einem Vergleich der Ist-Frachtraumtemperatur TIst mit der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll feststellt, dass die Ist-Frachtraumtemperatur TIst über der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll liegt und auch die Umgebungslufttemperatur höher als die Soll-Frachtraumtemperatur TSoll ist, wird der dem Frachtraum 12 über die Umgebungsluftleitung 18 zugeführten Umgebungsluft Klimatisationsluft aus der Mischkammer 14 zugeführt. Hierzu wird das in der Klimatisationsluftleitung 24 angeordnete Klimatisationsluftventil 26 geöffnet. Der Betrieb der Fördereinrichtung 16 wird dabei von der Steuereinrichtung 32 in Abhängigkeit des von dem Drucksensor 30 gemessenen Drucks p in der Mischkammer und folglich in Abhängigkeit des Drucks und damit des Volumenstroms des dem Flugzeugfrachtraum 12 zugeführten Klimatisationsluftstroms gesteuert.
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Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 32 die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 derart, dass der aus dem Flugzeugfrachtraum 12 abgeführte Abluftvolumenstrom 110 bis 120 % des Volumenstroms der dem Flugzeugfrachtraum 12 zugeführten Klimatisationsluft beträgt. Durch eine derartige Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung 16 wird in dem Flugzeugfrachtraum 12 ein geringer Unterdruck erzeugt, der das Entweichen schlechter Gerüche aus dem Flugzeugfrachtraum 12 zuverlässig verhindert. Gleichzeitig wird gewährleistet, dass neben der kühlen Klimatisationsluft nicht zu viel, die Kühlung des Flugzeugfrachtraums 12 beeinträchtigende warme Umgebungsluft in den Flugzeugfrachtraum 12 gelangt.
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Ferner berücksichtigt die Steuereinrichtung 32, wie in 2 gezeigt, bei der Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung 16 eine Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll, um abrupte Sprünge in der Förderleistung der Fördereinrichtung 16 zu vermeiden. Insbesondere wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 konstant auf einem Minimalwert Fmin gehalten, solange die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll größer als ein oberer Schwellwert ΔTo ist. Solange in dem Flugzeugfrachtraum 12 eine die Soll-Frachtraumtemperatur TSoll deutlich überschreitende Ist-Frachtraumtemperatur TIst vorherrscht, wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 somit ausschließlich in Abhängigkeit des Drucks bzw. des Volumenstroms des Klimatisationsluftstroms derart gesteuert, dass sichergestellt wird, dass möglichst wenig Umgebungsluft, die die Kühlwirkung der Klimatisationsluft beeinträchtigt, in den Flugzeugfrachtraum 12 eintritt. Der obere Schwellwert kann beispielsweise 4 K betragen.
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Wenn die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll den oberen Schwellwert ΔTo unterschreitet, wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 dagegen mit sinkender Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll kontinuierlich und linear in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll erhöht.
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Schließlich wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 konstant auf einem Maximalwert Fmax gehalten, wenn die Differenz zwischen der Ist-Frachtraumtemperatur TIst und der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll einen unteren Schwellwert ΔTu unterschreitet. Ähnlich wie der Minimalwert Fmin, ist auch der Maximalwert Fmax der Förderleistung der Fördereinrichtung 16 noch vom Druck bzw. vom Volumenstrom des dem Flugzeugfrachtraum 12 zugeführten Klimatisationsluftstroms abhängig, so dass auch im Betrieb der Fördereinrichtung 16 mit hoher Förderleistung sichergestellt wird, dass nicht zu viel Umgebungsluft in den Flugzeugfrachtraum 12 gelangt. Der Maximalwert Fmax der Förderleistung der Fördereinrichtung 16 ist jedoch so gewählt, dass ein Abluftvolumenstrom, der von der Fördereinrichtung 16 bei einer dem Maximalwert Fmax entsprechenden Förderleistung aus dem Flugzeugfrachtraum 12 extrahiert wird, größer ist als eine Summe des dem Flugzeugfrachtraum 12 zugeführten Klimatisationsluftvolumenstroms und eines dem Flugzeugfrachtraum 12 maximal zuzuführenden Trimluftvolumenstroms. Dadurch wird sicher verhindert, dass dem nicht länger zu kühlenden Flugzeugfrachtraum 12 ggf. zuzuführende Trimluft über die Umgebungsluftleitung 18 in den „Dreiecksbereich“ entweicht.
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Die Steuerung der Förderleistung der Fördereinrichtung 16 in Abhängigkeit des Drucks bzw. des Volumenstroms des dem Flugzeugfrachtraum 12 zugeführten Klimatisationsluftstroms basiert auf der Voraussetzung, dass der Flugzeugfrachtraum 12 Kühlbedarf hat und dem Flugzeugfrachtraum 12 folglich keine heiße Trimluft zugeführt wird. Sobald Zufuhr von Trimluft in den Flugzeugfrachtraum 12 erfolgt, beispielsweise wenn die Steuereinrichtung 32 bei einem Vergleich der Ist-Frachtraumtemperatur TIst mit der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll feststellt, dass die Ist-Frachtraumtemperatur TIst unter der Soll-Frachtraumtemperatur TSoll liegt und daraufhin das Trimluftventil 22 geöffnet wird, oder die Zufuhr von Trimluft in den Flugzeugfrachtraum 12 nicht ausgeschlossen werden kann, muss jedoch auf jeden Fall ein Entweichen der Trimluft über die Umgebungsluftleitung 18 verhindert werden. Daher wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 konstant auf ihren Maximalwert Fmax gesetzt, wenn erfasst wird, dass dem Flugzeugfrachtraum 12 Trimluft zugeführt wird oder die Zufuhr von Trimluft in den Flugzeugfrachtraum 12 nicht sicher ausgeschlossen werden kann. Hierzu wird beispielsweise der Betriebszustand des Trimluftventils 22 überwacht und die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 auf ihren Maximalwert Fmax gesetzt, wenn erfasst wird, dass das Trimluftventil geöffnet ist. Ebenso wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 16 sicherheitshalber auf ihren Maximalwert Fmax gesetzt, wenn der Betriebszustand des Trimluftventils 22, beispielsweise aufgrund eines Signalübertragungsfehlers oder dergleichen nicht bekannt ist und daher nicht sicher ausgeschlossen werden kann, dass dem Flugzeugfrachtraum 12 Trimluft zugeführt wird.
