EP2483153A2 - System und verfahren zur steuerung eines luftfahrzeugkühlsystems - Google Patents

System und verfahren zur steuerung eines luftfahrzeugkühlsystems

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Publication number
EP2483153A2
EP2483153A2 EP10760931A EP10760931A EP2483153A2 EP 2483153 A2 EP2483153 A2 EP 2483153A2 EP 10760931 A EP10760931 A EP 10760931A EP 10760931 A EP10760931 A EP 10760931A EP 2483153 A2 EP2483153 A2 EP 2483153A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cooling energy
operating state
energy consumers
consumers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10760931A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Hoelling
Werner Rothammer
Jan Dittmar
Carsten Colberg
Wilson Willy Casas Noriega
Ozan Uluc
Sebastian Roering
Holger Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102009043429A external-priority patent/DE102009043429A1/de
Priority claimed from DE102009053094A external-priority patent/DE102009053094A1/de
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Publication of EP2483153A2 publication Critical patent/EP2483153A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D13/08—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned the air being heated or cooled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
    • B64D2013/0655—Environmental Control Systems with zone or personal climate controls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for controlling a cooling system intended in particular for use on board an aircraft. Furthermore, the invention relates to an aircraft cooling system.
  • Modern aircraft in particular commercial aircraft, comprise a plurality of components and systems which have to be cooled depending on their design, their function and their operating state, optionally taking into account the ambient conditions.
  • the various aboard the aircraft are to be cooled
  • the individual cooling systems are usually adapted in terms of their structure and their operation specifically to the cooling requirements set by the aircraft equipment to be cooled.
  • the individual cooling systems associated with the aircraft equipment to be cooled must therefore be dimensioned and designed such that they can be operated even during peak load periods, ie. Times of maximum cooling demand of the aircraft equipment to be cooled, an adequate supply of cooling air conditioning devices with cooling energy.
  • the individual cooling systems therefore have a relatively high weight and a relatively high installation space requirement.
  • the operation of the individual cooling systems is very energy-intensive, especially at peak load times.
  • Cooling energy generated by the refrigerating device during operation is, for example, by means of a cooling circuit, in which a suitable refrigerant medium circulates, a plurality of
  • the invention has for its object to provide a simplified system and method for controlling a particular intended for use on board an aircraft cooling system. It is another object of the invention to provide an aircraft cooling system equipped with a simplified control system.
  • a system for controlling a cooling system in particular for use on board an aircraft, comprises an operating state detection unit which is adapted to detect operating state signals indicative of the operating state of the cooling system and / or the operating state of a plurality of cooling energy by the cooling system supplying cooling energy consumers are characteristic.
  • Cooling energy consumers to be supplied by the cooling system with cooling energy may be any components or system present on board the aircraft, such as e.g. electrical or electronic devices, but also parts of a passenger cabin or a cargo hold of the aircraft.
  • the signals detected by the operating state detection unit can be provided, for example, by the sensors associated with the cooling system or the cooling energy consumer. These sensors can be designed as temperature sensors, but also as sensors, which record characteristic performance parameters for the operating state of the cooling system or of the cooling energy consumers.
  • the operating state detection unit can be supplied with signals that are suitable for the ambient conditions, for example the
  • Ambient temperature, the humidity in the environment, etc. are characteristic.
  • control system comprises a database in which operating state-dependent priority data are stored for a plurality of cooling energy consumers to be supplied with cooling energy by the cooling system the cooling energy consumers in different operating states of the cooling system and / or the cooling energy consumers in the supply of cooling energy to be given priority are characteristic.
  • the data base contains data indicating in which operating states of the cooling system and / or the cooling energy consumer is to give the individual cooling energy consumers in the supply of cooling energy over other cooling energy consumers a higher or lower priority.
  • the priority data can be stored in the database, for example in the form of a look-up table. Additionally or alternatively, however, the priority data in the database may also be stored in parametric form. For example, a presentation of the priority data in the database in the form of equations, in which appropriate operating state parameters of the cooling system and / or the cooling energy consumers can be used.
  • the control system preferably includes a computing unit configured to operate on the basis of operating status data for the refrigeration system and / or the refrigeration energy consumers determined by the operating condition detection unit and the equations stored in the database required in the control system control operation Determine priority data.
  • control system is provided with a control signal generating unit which is adapted to generate the cooling energy supply to the cooling energy consumers to be supplied by the cooling system with cooling energy consumers depending on the operating state signals detected by the operating state detection unit and the priority data stored in the database.
  • the control signals generated by the control signal generating unit may be supplied, for example, to valves which are arranged in a refrigerant circuit of the cooling system and control the cooling energy supply to the cooling energy consumers supplied by the cooling system with cooling energy. Additionally or alternatively, however, the control signal generating unit may also be configured to generate control signals which serve to control the cooling energy consumption of the cooling energy consumers.
  • control signal generating unit can output control signals by which the temperature of a refrigerant medium is controlled after the delivery of cooling energy to a cooling energy consumer.
  • the control signals generated by the control signal generating unit may be components of the cooling system, such. B. thedeenergyzu- drove to the cooling energy consumers controlling valves, and / or the cooling energy consumers are supplied directly.
  • the control signals of the control signal generating unit can also be supplied to local controls of the cooling energy supply to the cooling energy consumers controlling components of the cooling system and / or the cooling energy consumers.
  • the control system according to the invention can only serve to control the supply of cooling energy to the cooling energy consumers supplied by the cooling system with cooling energy.
  • the control system may also be adapted to influence the operation of the cooling energy consumers. For example, can be caused by corresponding output from the control signal generating unit of the control system control signals that the performance of a cooling energy consumer is reduced, which is supplied under the control of the control system according to the invention in a certain operating condition of the cooling system and / or the cooling energy consumer less cooling energy or no cooling energy. It is understood that if necessary, a shutdown of the cooling energy consumer is possible.
  • the control signals output by the control signal generating unit of the control system can directly influence the operation of the cooling energy consumers, wherein the control signals can be supplied directly to the cooling energy consumers or local controls associated with cooling energy consumers.
  • the control signals can be supplied directly to the cooling energy consumers or local controls associated with cooling energy consumers.
  • an indirect influence on the operation of the cooling energy consumers by the output from the control signal generating unit control signals is conceivable.
  • the operation of the cooling energy consumers can be adapted from the local controls associated with cooling energy consumers to a specific cooling energy supply to the cooling energy consumers or the temperature development of the cooling energy consumers for a specific cooling energy supply to the cooling energy consumers.
  • the control system according to the invention can be used in a cooling system that comprises a plurality of refrigeration devices associated with individual or several cooling energy consumers.
  • the control system according to the invention is particularly advantageously usable in a cooling system with a central cooling device which supplies a plurality of cooling energy consumers with cooling energy.
  • the control system according to the invention enables an operating state-dependent prioritization of cooling energy consumers in the supply of cooling energy and consequently an optimized distribution of the cooling energy provided by the cooling system to the cooling energy consumers. As a result, it is no longer necessary to dimension the cooling system so that in all operating states of the cooling system and / or the cooling energy consumers it is able to cover the maximum cooling energy requirement of all cooling energy consumers.
  • the cooling system only needs to be able to generate a cooling energy amount that takes into account the priority of the individual cooling energy consumers in all operating states of the cooling system and / or the cooling energy consumers.
  • the maximum cooling energy to be provided by the cooling system can be reduced and the system can thus be designed with a lower cooling capacity.
  • the control of the cooling energy supply to the cooling energy consumers from priority data stored in a database makes possible a considerable simplification of the central system control, in particular in a cooling system which supplies cooling energy to a plurality of cooling energy consumers.
  • the logic implemented in the central control software of the system can be made much simpler. This also allows a simplified integration of new cooling energy consumers in the system control, since the basic structure and the basic functionality of the control software does not need to be changed.
  • no modification of the general architecture of the cooling system is required for an implementation of the control system according to the invention. Rather, any existing components of the cooling system, such as e.g. the individual cooling energy consumers associated local controls or existing in the cooling energy consumers valves to implement the output from the control signal generating unit of the control system according to the invention control signals are used.
  • control system in particular when used in an aircraft cooling system, increases the safety, since by the operating state-dependent prioritization of cooling energy consumers in the supply with Cooling energy can be ensured that in certain operating conditions of the cooling system and / or the cooling energy consumer safety-relevant cooling energy consumers are always supplied with sufficient cooling energy. This improves the overall availability of key cooling energy consumers.
  • the operating state dependent prioritization of individual cooling energy consumers in the supply of cooling energy allows optimal utilization of the total amount of cooling energy provided by the cooling system. As a result, an overall improved cooling performance of the cooling system can be realized.
  • the operating state detection unit of the control system is preferably configured to detect operating state signals that are characteristic of the utilization state of the cooling system, the cooling requirement of at least one cooling energy consumer to be supplied by the cooling system with cooling energy and / or the ambient conditions.
  • the utilization state of the cooling system can be determined, for example, by measuring the rotational speed of compressors used in the cooling system and / or detecting the total amount of cooling energy generated by the cooling system. To determine the total amount of cooling energy generated by the cooling system, temperature measurements can be made, for example, at various points in the cooling system.
  • the cooling requirement of a cooling energy consumer can be determined for example on the basis of suitable performance parameters of the cooling energy consumer and / or on the basis of temperature measurements. Important parameters characterizing the environmental conditions are, for example, the ambient temperature and / or the
  • the operating state detection unit is configured to use the detected operating state signals to determine whether the cooling system is in a normal operating state, in an error operating state or in an operating start phase.
  • an operating state of the refrigeration system may be classified by the operating state detecting unit as a normal operating state when predetermined essential components of the refrigeration system are operating normally.
  • the operation state detection unit may detect an operation state of the cooling system as an error operation state when predetermined essential components of the cooling system fail or do not operate at a predetermined power.
  • a specific period of time from the start of the cooling system or an operating state of the cooling system can be defined as the operating start phase in which predetermined essential components of the refrigeration system are still in a startup mode of operation.
  • the operating state detection unit may be configured to use the detected operating state signals to determine whether a cooling energy consumer is in a normal operating state or in a critical operating state.
  • An operating state of a cooling energy consumer can be classified by the operating state detection unit as normal operating condition, if the cooling energy consumer operates normally and / or if a reduction in power and thus the cooling energy consumption of the cooling energy consumer or even switching off the cooling energy consumer for a higher-level system, such as an equipped with the cooling energy consumer aircraft , is not critical.
  • a critical operating state of a cooling energy consumer may be an operating state in which, for example due to a lack of cooling, there is a risk of damage to the cooling energy consumer.
  • a critical operating state of a cooling energy consumer an operating state can be considered in which the cooling energy consumer must be operated in order to prevent the occurrence of a critical operating state in a higher-level system, for example an aircraft equipped with the cooling energy consumer.
  • a critical operating state of a cooling energy consumer may be detected by the operating state detection unit when a temperature of a cooling energy consumer exceeds a predetermined target temperature.
  • operating state dependent priority data may be stored for the cooling energy consumers in a normal operating state of the cooling system, in an error operating state and / or in an operating start phase of the cooling system in the supply Cooling energy to be given priority are characteristic.
  • the database contains data that allows the cooling energy consumer to be supplied by the cooling system with cooling energy in one
  • Normal operating state of the cooling system to prioritize different in a fault mode and / or in an operation start phase of the cooling system in the supply of cooling energy.
  • individual cooling energy consumers for example cooling energy consumers, who perform safety-relevant functions on board an aircraft can The priority data stored in the database is given the highest priority in all operating phases of the cooling system.
  • Other cooling energy consumers for example, in a normal operating state and / or a fault operating state of the cooling system prioritized over other cooling energy consumers in the supply of cooling energy, in the operating start phase of the cooling system, however, are treated subordinate to these other cooling energy consumers in the supply of cooling energy.
  • Such a prioritization can be used, for example, for cooling energy consumers which, while in a normal operating state and / or an error operating state of the cooling system, perform important functions whose lower cooling in the startup phase of the cooling system has no or only negligible negative consequences.
  • the operating state dependent priority data stored in the database may be data representative of the priority to be given to the cooling energy consumers in a normal operating state and / or in a critical operating state of the cooling energy consumers in the cooling energy supply.
  • the operating state-dependent priority data stored in the database may additionally or alternatively to the operating state of the cooling system take into account the operating state of the cooling energy consumers, wherein it is preferably distinguished whether the cooling energy consumers in a normal operating state and / or in a critical
  • a setpoint temperature of a cooling medium to be supplied to the cooling energy consumers can be stored.
  • the setpoint temperature stored in the database is preferably a desired minimum setpoint temperature of the coolant medium to be supplied to the cooling energy consumers.
  • the control system may be configured to control the operation of a refrigeration device of the refrigeration system such that the refrigeration device cools the refrigeration medium to be supplied to the refrigeration energy consumers to a temperature corresponding to the lowest setpoint temperature stored in the database, taking into account the operating state dependent priority data stored in the database adapted in a certain operating state of the cooling system and / or the cooling energy consumer with cooling energy supplied cooling energy consumer.
  • the control system first determines, based on the operating state-dependent priority data stored in the database, which cooling energy consumers are supplied with cooling energy in a specific operating state of the cooling system detected by the operating state detection unit and / or the cooling energy consumers. Subsequently, the control system checks the stored for this cooling energy consumers in the database target temperatures of the cooling energy consumers to be supplied refrigerant and determines the lowest stored setpoint temperature. Finally, the operation of the refrigeration device is adapted to this lowest stored setpoint temperature, ie, the operation of the refrigeration device is controlled such that it cools thedeenergy giftedem supplied refrigerant to a temperature which preferably corresponds to the lowest set temperature.
  • control system ensures that none of the cooling energy consumers supplied with cooling energy by the cooling system is supplied with a coolant medium having too low a temperature. At the same time, however, an optimized utilization of the power of the refrigeration device is made possible.
  • the operating state dependent priority data is preferably stored in the database of the control system according to the invention for predefined groups of cooling energy consumers to be supplied by the cooling system with cooling energy.
  • the cooling energy consumers to be supplied by the cooling system with cooling energy are preferably divided into groups, wherein the group division preferably already takes into account the prioritization of the cooling energy consumers in certain operating states of the cooling system and / or the cooling energy consumers.
  • safety-relevant cooling energy consumers which must always be given the highest priority in the supply of cooling energy, can be combined in a first group.
  • a second group of cooling energy consumers may, for example, contain cooling energy consumers which, in the normal operation of the cooling system, are to be prioritized for supplying cooling energy in comparison with other cooling energy consumers, but are not necessarily particularly cool at the start of the cooling system.
  • the division of the cooling energy consumers in groups is thus preferably functionally dependent and therefore independent of the physical location of the cooling energy consumers in the aircraft.
  • cooling energy consumption can also be be be grouped into a group, which are arranged partially in a front and partly in a rear part of the aircraft.
  • operating state signals are detected which are characteristic of the operating state of the cooling system and / or the operating state of a plurality of cooling energy consumers to be supplied with cooling energy by the cooling system.
  • operating state dependent priority data is stored which is characteristic of the priority to be given to the cooling energy consumers in different operating conditions of the cooling system and / or the cooling energy consumers in the supply of cooling energy.
  • the cooling energy supply to the cooling energy consumers to be supplied by the cooling system with cooling energy consumers control signals are generated in dependence of the detected operating state signals and the stored priority data.
  • the cooling system is in a normal operating state, in an error operating state or in an operating start phase. Additionally or alternatively, it can be determined based on the detected operating state signals, whether a cooling energy consumer in a normal operating state or in a critical
  • the operating state dependent priority data stored in the database may be data representative of the priority to be given to the cooling energy consumers in a normal operating state, an error operating state and / or an operating start phase of the cooling system in the supply of cooling energy. Additionally or alternatively, the operating state dependent priority data stored in the database may be data representative of the priority to be given to the cooling energy consumers in a normal operating state and / or in a critical operating state of the cooling energy consumers in the cooling energy supply.
  • a target temperature of the supplied manualsdeenergyverbrau ⁇ cold carrier medium can be stored for a plurality of by the cooling system with cooling energy to versor ⁇ constricting cooling energy consumers. Preferably it is at the target temperature to a desired minimum set temperature of the cooling energy consumers to be supplied refrigerant.
  • the operation of a refrigeration system of the refrigeration system may then be controlled such that the refrigeration device cools the refrigeration medium to be supplied to the refrigeration consumers to a temperature which is a lowest stored setpoint temperature taking into account the stored operating state dependent priority data in a particular operating state of the refrigeration system and / or Cooling energy consumer is adapted to cool energy supplied cooling energy consumers.
  • the operational state dependent priority data for predefined groups of cooling energy consumers to be supplied by the cooling system with cooling energy are stored.
  • the classification of the cooling energy consumers in groups can be independent of the physical location of the cooling energy consumers in the aircraft and allows further simplification of the control logic and facilitates in particular the integration of new cooling energy consumers in the control system.
  • An inventive cooling system which is particularly suitable for use on board an aircraft, comprises a control system as described above.
  • An aircraft cooling system 100 illustrated in the sole figure is equipped with a control system 10 for controlling the operation of the aircraft cooling system 100.
  • the aircraft cooling system 100 includes a refrigeration device 12, which communicates via a coolant medium circuit 14 with a plurality of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d.
  • a coolant medium circuit 14 In the brine medium circuit 14 circulates a suitable refrigerant medium and leads the
  • the aircraft cooling system 100 comprises only one central cooling device 12.
  • the control system 10 for controlling the aircraft cooling system 100 includes an operation state detection unit 30.
  • the operation state detection unit 30 detects operation state signals that are characteristic of the operation state of the aircraft cooling system 100, and particularly the refrigeration device 12.
  • the operating state detection unit 30 is detected by corresponding sensors via a data bus 32, the operating state of the aircraft cooling system 100 and in particular of the refrigeration device 12
  • the operating state detection unit 30 can be supplied via the data bus 32 signals indicating the speed of existing in the refrigeration device 12 compressors. Additionally or alternatively, the operating state detection unit 30 may be supplied with signals indicative of the temperature in the aircraft cooling system 100, which is preferably measured at various locations on the aircraft cooling system 100. On the basis of the signals supplied to it, the operating state detection unit 30 determines the operating state of the aircraft cooling system and, in particular, the state of utilization of the refrigerating device 12.
  • the operating state detection unit 30 is supplied via a data bus 34 signals that are characteristic of the operating state of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d.
  • the individual cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d associated sensors are used.
  • the data supplied via the data bus 34 the data supplied via the data bus 34.
  • Operating state detection unit 30 for example, the load condition and thus determine the cooling energy demand of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d.
  • the operating state detection unit 30 is supplied via a data bus 36 signals that are characteristic of the conditions in the vicinity of the aircraft cooling system 100.
  • the operating state detection unit 30 can be supplied with signals via the data bus 36, which are from a
  • Outdoor temperature sensor an air humidity sensor or the like are provided and thus for the ambient temperature or the humidity in the environment of the aircraft cooling system 100 are characteristic.
  • the operating state detection unit 30 can determine the operating state of the aircraft cooling system 100 and the operating state of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d. In particular, the drive condition detection unit 30 to be able to detect whether the aircraft cooling system 100 is in normal operation, or if an error occurs. Furthermore, the operating state detection unit 30 can recognize whether the aircraft cooling system 100 is in an operation start phase or whether the operation of the aircraft cooling system 10 is terminated, ie the aircraft cooling system 100 is shut down.
  • the operating state detection unit 30 can detect whether the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d are in a normal operating state or in a critical operating state.
  • An operating state of a cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d is classified by the operating state detection unit 30 as normal operating state when the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d is operating normally and if one in a certain operating state of the aircraft cooling system 100th desired reduction of the cooling energy consumption of the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d for the operation of the aircraft is not critical.
  • a critical operating state of a cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d is detected when there is a risk of damage to the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d due to a lack of cooling, a power reduction of the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d or a shutdown of the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d but is not possible without jeopardizing the operational safety of the aircraft.
  • the operating state detection unit 30 can also use data indicating ambient conditions.
  • the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d in the illustrated aircraft cooling system 100 are divided into three groups.
  • the classification of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d into groups can be carried out independently of the physical location of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d in the aircraft.
  • the cooling energy consumers 16a-d associated with a first group are components that perform safety-related functions for the operation of an aircraft equipped with the aircraft cooling system 100.
  • the first group of cooling energy consumers 16a-d includes, for example, an aircraft avionics system and other electronic components that are highly relevant for the operation of the aircraft. It is therefore of the utmost importance in the operation of the aircraft that the first group compressed cooling energy consumers 16a-d are always supplied by the aircraft cooling system 100 with sufficient cooling energy.
  • Cooling energy consumers 18a-d are summarized in a second group, which during normal operation of the aircraft cooling system 100 and when an error occurs during operation of the aircraft cooling system 100 need not necessarily be supplied with cooling energy as the cooling energy consumers 16a-d of the first group, but nevertheless should not be neglected.
  • Aircraft cooling system 100 cooling energy is supplied.
  • cooling energy consumers 20a-d are grouped together in a third group, which perform less important functions for the operation of the aircraft.
  • the cooling energy consumers 20a to 20d of the third group can be, for example, consumer electronics components or components serving merely the comfort of the passengers on board an aircraft. In the start-up phase of the aircraft cooling system 100, however, these components should be supplied as soon as possible with cooling energy, in order to prevent damage to the components due to overheating.
  • the control system 10 further comprises a database 38.
  • the database 38 for the various groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d, operating state-dependent priority data are stored, which are for the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a d are characteristic in different operating states of the aircraft cooling system 100 and / or the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d in the supply of cooling energy priority.
  • the database 38 are stored for the first group of cooling energy consumers 16a-d priority data, which shows that the cooling energy consumers 16a-d in all operating states of the aircraft cooling system 100 is always the highest priority, i. a priority of 1 is to be given.
  • the data base 38 contains data indicating that the cooling energy consumers 18a-d are in normal operation of the aircraft cooling system 100 as well as when an error occurs in the aircraft cooling system 100, a medium priority, ie a priority of 2 is to be granted.
  • the cooling energy consumers 18a to 18d are consequently prioritized in this operating state of the aircraft cooling system 100 compared to the cooling energy consumers 20a-d of the third group in the supply of cooling energy.
  • the database 38 therefore contains corresponding data indicating that the cooling energy consumers 18a-d at start-up of the aircraft cooling system 10 are only to be given a subordinate priority, ie a priority of 3.
  • the normal operating state database 38 and an error operating state of the aircraft cooling system 100 include data indicating the subordinate priority (priority 3) of the cooling energy consumers 20a-d in the cooling energy supply.
  • the cooling energy consumers 20a-d of the third group are prioritized over the cooling energy consumers 18a-d of the second group in the supply of cooling energy (priority 2).
  • the database 38 includes data to be cleared for the cooling power consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d in a normal operating condition, and in a critical operating condition of the cooling power consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d in the cooling power supply Priority are characteristic.
  • the operating state dependent priority data stored in the database 38 in addition to the operating state of the refrigeration system 100, takes into account the operating state of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d.
  • this target temperature is 20 ° C
  • the target temperatures stored in the database 38 for the three groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d respectively represent the temperature which circulates the refrigerant medium circulating in the refrigerant medium circuit 14 for cooling the individual groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a Ideally, if only one group of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d would have d, 20a-d would have to be supplied with cooling energy. That is, if only the first group of cooling energy consumers 16a-d would have to be supplied with cooling energy, the coolant medium would ideally have a temperature of 20 ° C.
  • control system 10 comprises a control signal generation unit 40.
  • the control signal generation unit 40 generates control signals which control the supply of cooling energy to the various groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d in dependence on the operating status signals generated by the operating state detection unit 30.
  • the operating state-dependent priority data stored in the database 38 are also taken into account.
  • the signal generation unit 40 can, if desired or necessary, take into account the operating state of the individual cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d and / or signals characteristic of the ambient conditions.
  • a cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d which in one particular operating state of the aircraft cooling system 100 has only a subordinate priority in the supply of cooling energy, can nevertheless be supplied cooling energy if a predetermined maximum temperature of the cooling energy consumer 16a-d , 18a-d, 20a-d and damage to the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d is imminent, a reduction in the power of the cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d or a shutdown of Cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d but is not possible without jeopardizing the operational safety of the aircraft.
  • control signals generated by the control signal generating unit 40 are passed via a data bus 42 to the refrigeration device 12 of the aircraft cooling system 100. Via a data bus 46, the individual groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d control signals generated by the control signal generating unit 40 can be supplied.
  • the control signals generated by the control signal generating unit 40 are used to control the cooling energy consumption of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d as desired.
  • the maximum temperature of the refrigerant medium after the delivery of its cooling energy to the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d be limited.
  • the control signals generated by the control signal generating unit 40 may be directly supplied to the cooling power consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d. Alternatively, however, it is also conceivable to supply the control signals generated by the control signal generating unit 40 to the individual cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d or to the individual groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d associated with local controls , Furthermore, under the control of the control system 10, only the operation of the refrigeration device 12 and the distribution of the cooling energy generated by the refrigeration device 12 to the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d can be controlled.
  • cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d it is also conceivable to influence the operation of the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d, i. For example, to reduce the power of a cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d, when this cooling energy consumer 16a-d, 18a-d, 20a-d is supplied with little cooling energy.
  • control system 10 controls the operation of the refrigeration device 12 such that the refrigeration device 12 cools the refrigerant to be supplied to the refrigeration consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d to a temperature corresponding to the lowest setpoint temperature of a group of stored in the database 38 Cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d adapted, taking into account the operating state-dependent priority data stored in the database 38 in a specific operating state of the aircraft cooling system 100 and / or the cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d with Cooling energy is supplied.
  • the refrigeration device 12 is controlled by the control system 10 such that the refrigerant medium temperature corresponds to the lowest refrigerant medium temperature target temperature of the groups of cooling energy consumers 16a-d, 18a-d, 20a-d currently supplied with cooling energy.

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Abstract

Ein System (10) zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems (100) umfasst eine Betriebzustandserfassungseinheit (30), die dazu eingerichtet ist, Betriebszustandssignale zu erfassen, die für den Betriebszustand des Kühlsystems (100) und/oder den Betriebszustand einer Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) charakteristisch sind. Ferner umfasst das Steuersystem (10) eine Datenbasis (38), in der für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) betriebszustandsabhängige Prioritätsdaten gespeichert sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in verschiedenen Betriebszuständen des Kühlsystems (100) und/oder der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Eine Steuersignalerzeugungseinheit (40) des Steuersystems (10) ist dazu eingerichtet, die Kühlenergiezufuhr zu den durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) steuernde Steuersignale in Abhängigkeit der von der Betriebszustandserfassungseinheit (30) erfassten Betriebszustandssignale und der in der Datenbasis (38) gespeicherten Prioritätsdaten zu erzeugen.

Description

System und Verfahren zur Steuerung eines Luftfahrzeugkühlsystems
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeugkühlsystem.
Moderne Luftfahrzeuge, insbesondere Verkehrsflugzeuge, umfassen eine Vielzahl von Komponenten und Systemen, die in Abhängigkeit ihrer Ausgestaltung, ihrer Funktion und ihres Betriebszustands, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen, gekühlt werden müssen. In derzeit eingesetzten Luftfahrzeugen werden die verschiedenen an Bord des Luftfahrzeugs vorhandenen zu kühlenden
Einrichtungen häufig durch den zu kühlenden Luftfahrzeugeinrichtungen zugeordnete Einzelkühlsysteme mit Kühlenergie versorgt. Die Einzelkühlsysteme sind hinsichtlich ihres Aufbaus und ihres Betriebs in der Regel speziell an die von den zu kühlenden Luftfahrzeugeinrichtungen gestellten Kühlbedarfsanforderungen angepasst. Um in allen Betriebssituationen des Luftfahrzeugs zuverlässig eine ordnungsgemäße Funktion der zu kühlenden Luftfahrzeugeinrichtungen sicherstellen zu können, müssen die den zu kühlenden Luftfahrzeugeinrichtungen zugeordneten Einzelkühlsysteme daher so dimensioniert und ausgelegt sein, dass sie auch in Spitzenlastzeiten, d.h. Zeiten maximalen Kühlbedarfs der zu kühlenden Luftfahrzeugeinrichtungen, eine ausreichende Versorgung der zu kühlenden Luftfahrzeugeinrichtungen mit Kühlenergie ermöglichen. Die Einzelkühlsysteme haben daher ein verhältnismäßig hohes Gewicht sowie einen verhältnismäßig hohen Einbauraumbedarf. Darüber hinaus ist der Betrieb der Einzelkühlsysteme insbesondere in Spitzenlastzeiten sehr energieintensiv.
Ferner ist es bekannt, Luftfahrzeuge mit zentralen Kühlsystemen auszustatten, die eine zentrale Kälteerzeugungseinrichtung umfassen. Von der Kälteerzeugungseinrichtung im Betrieb erzeugte Kühlenergie wird, beispielsweise mittels eines Kühlkreislaufs, in dem ein geeignetes Kälteträgermedium zirkuliert, einer Mehrzahl von
Kühlenergieverbrauchern zugeführt. Die Kühlenergiezufuhr zu den einzelnen
Verbrauchern muss dabei jeweils an den struktur- und funktionsabhängigen Kühlenergiebedarf der Verbraucher angepasst werden. Ferner ist unter Umständen eine vom Betriebszustand der Verbraucher und/oder den Umgebungsbedingungen abhängige Anpassung der Versorgung der Verbraucher mit Kühlenergie erforderlich. Die zentralen Regelungsalgorithmen und Logiken eines zentralen Luftfahrzeugkühlsys- tems sind daher relativ komplex. Systemänderungen oder Systemerweiterungen sind folglich sehr aufwändig und erhöhen überdies die Fehleranfälligkeit des Systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes System und Verfahren zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems bereitzustellen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mit einem vereinfachten Steuerungssystem ausgestattetes Luftfahrzeugkühlsystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes System zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems umfasst eine Betriebszu- standserfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Betriebszustandssignale zu erfassen, die für den Betriebszustand des Kühlsystems und/oder den Betriebszustand einer Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern charakteristisch sind. Durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgende Kühlenergieverbraucher können beliebige an Bord des Luftfahrzeugs vorhandene Komponenten oder System, wie z.B. elektrische oder elektronische Einrichtungen, aber auch Teile einer Passagierkabine oder eines Frachtraums des Luftfahrzeugs sein. Die von der Betriebszustanderfassungseinheit erfassten Signale können beispielsweise durch die dem Kühlsystem oder den Kühlenergieverbraucher zugeordnete Sensoren bereitgestellt werden. Diese Sensoren können als Temperatursensoren, aber auch als Sensoren ausgebildet sein, die für den Betriebszustand des Kühlsystems oder der Kühlenergieverbraucher charakteristische Leistungsparameter erfassen. Ferner können der Betriebszustandserfassungseinheit Signale zugeführt werden, die für die Umgebungsbedingungen, beispielsweise die
Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung, etc. charakteristisch sind.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Steuersystem eine Datenbasis, in der für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern betriebszustandsabhängige Prioritätsdaten gespeichert sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern in verschiedenen Betriebzuständen des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Mit anderen Worten, die Datenbasis enthält Daten, die angeben, in welchen Betriebszuständen des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher den einzelnen Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie gegenüber anderen Kühlenergieverbrauchern eine höhere oder eine geringere Priorität einzuräumen ist.
Die Prioritätsdaten können in der Datenbasis beispielsweise in Form einer Look-up- Tabelle hinterlegt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Prioritätsdaten in der Datenbasis jedoch auch in parametrischer Form gespeichert sein. Beispielsweise bietet sich eine Darstellung der Prioritätsdaten in der Datenbasis in Form von Gleichungen an, in die entsprechende Betriebszustandsparameter des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher eingesetzt werden können. Bei einer derartigen Anordnung umfasst das Steuersystem vorzugsweise eine Rechnereinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand von Betriebszustandsdaten für das Kühlsystem und/oder die Kühlenergieverbraucher, die von der Betriebszustandserfassungseinheit ermittelt werden, sowie anhand der in der Datenbasis gespeicherten Gleichungen, die im Steuerungsbetrieb des Steuersystems erforderlichen Prioritätsdaten zu ermitteln.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Steuersystem mit einer Steuersignalerzeugungseinheit ausgestattet, die dazu eingerichtet ist, die Kühlenergiezufuhr zu den durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern steuernde Steuersignale in Abhängigkeit der von der Betriebszustandserfassungsein- heit erfassten Betriebszustandssignale und der in der Datenbasis gespeicherten Prioritätsdaten zu erzeugen. Die von der Steuersignalerzeugungseinheit erzeugten Steuersignale können beispielsweise Ventilen zugeführt werden, die in einem Kälteträgermediumkreislauf des Kühlsystems angeordnet sind und die Kühlenergiezufuhr zu den durch das Kühlsystem mit Kühlenergie versorgten Kühlenergieverbrauchern steuern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuersignalerzeugungseinheit jedoch auch dazu eingerichtet sein, Steuersignale zu erzeugen, die der Steuerung der Kühlenergieaufnahme der Kühlenergieverbraucher dienen. Beispielsweise kann die Steuersignalerzeugungseinheit Steuersignale ausgeben, durch die die Temperatur eines Kälteträgermediums nach der Abgabe von Kühlenergie an einen Kühlenergieverbraucher gesteuert wird. Die von der Steuersignalerzeugungseinheit erzeugten Steuersignale können Komponenten des Kühlsystems, wie z. B. die Kühlenergiezu- fuhr zu den Kühlenergieverbrauchern steuernden Ventilen, und/oder den Kühlenergieverbrauchern unmittelbar zugeführt werden. Alternativ dazu können die Steuersignale der Steuersignalerzeugungseinheit jedoch auch lokalen Steuerungen der die Kühlenergiezufuhr zu den Kühlenergieverbrauchern steuernden Komponenten des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher zugeführt werden.
Das erfindungsgemäße Steuersystem kann lediglich dazu dienen, die Zufuhr von Kühlenergie zu den von dem Kühlsystem mit Kühlenergie versorgten Kühlenergieverbrauchern zu steuern. Zusätzlich dazu kann das Steuersystem jedoch auch dazu eingerichtet sein, auf den Betrieb der Kühlenergieverbraucher Einfluss zu nehmen. Beispielsweise kann durch entsprechende von der Steuersignalerzeugungseinheit des Steuersystems ausgegebene Steuersignale bewirkt werden, dass die Leistung eines Kühlenergieverbrauchers verringert wird, dem unter der Steuerung des erfindungsgemäßen Steuersystems in einem bestimmten Betriebszustand des Kühlsystems und/oder des Kühlenergieverbrauchers weniger Kühlenergie oder keine Kühlenergie zugeführt wird. Es versteht sich, dass bei Bedarf auch eine Abschaltung des Kühlenergieverbrauchers möglich ist. Die von der Steuersignalerzeugungseinheit des Steuersystems ausgegebenen Steuersignale können unmittelbar auf den Betrieb der Kühlenergieverbraucher Einfluss nehmen, wobei die Steuersignale unmittelbar den Kühlenergieverbrauchern oder den Kühlenergieverbrauchern zugeordneten lokalen Steuerungen zugeführt werden können. Alternativ dazu ist jedoch auch eine indirekte Einflussnahme auf den Betrieb der Kühlenergieverbraucher durch die von der Steuersignalerzeugungseinheit ausgegebenen Steuersignale denkbar. Beispielsweise kann der Betrieb der Kühlenergieverbraucher von den Kühlenergieverbrauchern zugeordneten lokalen Steuerungen an eine bestimmte Kühlenenergiezufuhr zu den Kühlenergieverbrauchern oder die Temperaturentwicklung der Kühlenergieverbraucher bei einer bestimmten Kühlenenergiezufuhr zu den Kühlenergieverbrauchern ange- passt werden.
Das erfmdungsgemäße Steuersystem kann in einem Kühlsystem zum Einsatz kommen, dass mehrere, einzelnen oder mehreren Kühlenergieverbrauchern zugeordnete Kälteerzeugungseinrichtungen umfasst. Besonders vorteilhaft ist das erfmdungsgemäße Steuersystem jedoch in einem Kühlsystem mit einer zentralen Kälteerzeugungseinrichtung einsetzbar, die ein Mehrzahl von Kühlenergieverbrauchern mit Kühlenergie versorgt. Das erfindungsgemäße Steuersystem ermöglicht eine betriebszustandsabhängige Priorisierung von Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie und folglich eine optimierte Verteilung der von dem Kühlsystem bereitgestellten Kühlenergie auf die Kühlenergieverbraucher. Dadurch ist es nicht länger erforderlich, das Kühlsystem so dimensionieren, dass es in allen Betriebszuständen des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher dazu in der Lage ist, den maximalen Kühlenergiebedarf aller Kühlenergieverbraucher zu decken. Vielmehr muss das Kühlsystem lediglich in allen Betriebszuständen des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher eine die Priorität der einzelnen Kühlenergieverbraucher berücksichtigende Kühlenergiemenge erzeugen können. Dadurch kann die von dem Kühlsystem maximal bereitzustellende Kühlenergie verringert und das System somit mit einer geringeren Kühlleistung ausgelegt werden. Dadurch resultiert ein geringeres Systemgewicht, ein geringerer Energiebedarf sowie ein geringerer Kühlluftbedarf, was bei einem Luftfahrzeugkühlsystem, dem die Kühlluft üblicherweise durch entsprechend dimensionierte Staulufteinlässe zugeführt wird, zu einer Verringerung des Luftwiderstands des Luftfahrzeugs im Flugbetrieb und somit zu einer Verringerung des Treib- stoffverbrauchs des Luftfahrzeugs führt.
Die Steuerung der Kühlenergiezufuhr zu den Kühlenergieverbrauchern anhand von in einer Datenbasis gespeicherten Prioritätsdaten ermöglicht, insbesondere in einem Kühlsystem, das eine Vielzahl von Kühlenergieverbrauchern mit Kühlenergie versorgt, eine beträchtliche Vereinfachung der zentralen Systemsteuerung. Insbesondere können die in der zentralen Steuerungssoftware des Systems implementierten Logiken deutlich einfacher gestaltet werden. Dies ermöglicht auch eine vereinfachte Integration neuer Kühlenergieverbraucher in die Systemsteuerung, da der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionalität der Steuerungssoftware nicht geändert werden muss. Ferner ist für eine Implementierung des erfindungsgemäßen Steuersystems keine Modifikation der generellen Architektur des Kühlsystems erforderlich. Vielmehr können ohnehin vorhandene Komponenten des Kühlsystem, wie z.B. den einzelnen Kühlenergieverbrauchern zugeordnete lokale Steuerungen oder in den Kühlenergieverbrauchern vorhandene Ventile zur Umsetzung der von der Steuersignalerzeugungseinheit des erfindungsgemäßen Steuersystems ausgegebenen Steuersignale eingesetzt werden.
Schließlich erhöht das erfindungsgemäße Steuersystem, insbesondere bei einem Einsatz in einem Luftfahrzeugkühlsystem, die Sicherheit, da durch die betriebszustandsabhängige Priorisierung von Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie sichergestellt werden kann, dass in bestimmten Betriebszuständen des Kühlsystem und/oder der Kühlenergieverbraucher sicherheitsrelevante Kühlenergieverbraucher stets mit ausreichend Kühlenergie versorgt werden. Dadurch wird die Gesamtverfügbarkeit von wichtigen Kühlenergieverbrauchern verbessert. Schließlich ermöglicht die betriebszustandsabhängige Priorisierung von einzelnen Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie eine optimale Ausnutzung der von dem Kühlsystem bereitgestellten Gesamtkühlenergiemenge. Dadurch kann insgesamt eine verbesserte Kühlleistung des Kühlsystems realisiert werden.
Vorzugsweise ist die Betriebszustandserfassungseinheit des erfindungsgemäßen Steuersystems dazu eingerichtet, Betriebszustandssignale zu erfassen, die für den Auslastungszustand des Kühlsystems, den Kühlbedarf mindestens eines durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchers und/oder die Umgebungsbedingungen charakteristisch sind. Der Auslastungszustand des Kühlsystems kann beispielsweise durch die Messung der Drehzahl von in dem Kühlsystem eingesetzten Kompressoren und/oder die Erfassung der von dem Kühlsystem erzeugten Gesamtkühlenergiemenge ermittelt werden. Zur Bestimmung der von dem Kühlsystem erzeugten Gesamtkühlenergiemenge können beispielsweise an verschiedenen Stellen in dem Kühlsystem Temperaturmessungen vorgenommen werden. Der Kühlbedarf eines Kühlenergieverbrauchers kann beispielsweise anhand von geeigneten Leistungsparametern des Kühlenergieverbrauchers und/oder anhand von Temperaturmessungen ermittelt werden. Wichtige die Umgebungsbedingungen charakterisierende Parameter sind beispielsweise die Umgebungstemperatur und/oder die
Luftfeuchtigkeit in der Umgebung.
Vorzugsweise ist die Betriebszustandserfassungseinheit dazu eingerichtet, anhand der erfassten Betriebszustandssignale zu ermitteln, ob sich das Kühlsystem in einem Normalbetriebszustand, in einem Fehlerbetriebszustand oder in einer Betriebsstartphase befindet. Ein Betriebszustand des Kühlsystems kann beispielsweise von der Betriebszustandserfassungseinheit als Normalbetriebszustand eingestuft werden, wenn vorbestimmte wesentliche Komponenten des Kühlsystems normal arbeiten. Im Gegensatz dazu, kann die Betriebszustandserfassungseinheit einen Betriebszustand des Kühlsystems als Fehlerbetriebszustand erfassen, wenn vorbestimmte wesentliche Komponenten des Kühlsystems ausfallen oder nicht mit einer vorbestimmten Leistung arbeiten. Als Betriebsstartphase kann beispielsweise eine bestimmte Zeitdauer ab dem Start des Kühlsystems oder ein Betriebszustand des Kühlsystems definiert werden, in dem sich vorbestimmte wesentliche Komponenten des Kühlsystems noch in einem Startbetriebsmodus befinden.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Betriebszustandserfassungseinheit dazu eingerichtet sein, anhand der erfassten Betriebszustandssignale zu ermitteln, ob sich ein Kühlenergieverbraucher in einem Normalbetriebszustand oder in einem kritischen Betriebszustand befindet. Ein Betriebszustand eines Kühlenergieverbrauchers kann von der Betriebszustandserfassungseinheit als Normalbetriebszustand eingestuft werden, wenn der Kühlenergieverbraucher normal arbeitet und/oder wenn eine Verringerung der Leistung und damit der Kühlenergieaufnahme des Kühlenergieverbrauchers oder gar ein Abschalten des Kühlenergieverbrauchers für ein übergeordnetes System, beispielsweise ein mit dem Kühlenergieverbraucher ausgestattetes Luftfahrzeug, unkritisch ist. Ein kritischer Betriebszustand eines Kühlenergieverbrauchers kann dagegen ein Betriebszustand sein, in dem, beispielsweise aufgrund mangelnder Kühlung, eine Beschädigung des Kühlenergieverbrauchers droht. Ferner kann als kritischer Betriebszustand eines Kühlenergieverbrauchers ein Betriebszustand betrachtet werden, in dem der Kühlenergieverbraucher betrieben werden muss, um das Auftreten eines kritischen Betriebszustands in einem übergeordneten System, beispielsweise einem mit dem Kühlenergieverbraucher ausgestatteten Luftfahrzeug zu verhindern. Einen kritischen Betriebszustands eines Kühlenergieverbrauchers kann die Betriebszustandserfassungseinheit beispielsweise erfassen, wenn eine Temperatur eines Kühlenergieverbrauchers eine festgelegte Solltemperatur überschreitet.
In der Datenbasis des erfindungsgemäßen Steuersystems können für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern betriebszustandsabhängige Prioritätsdaten gespeichert sein, die für die den Kühlenergieverbrauchern in einem Normalbetriebszustand des Kühlsystems, in einem Fehlerbetriebszustand und/oder in einer Betriebsstartphase des Kühlsystems bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Mit anderen Worten, die Datenbasis enthält Daten, die es ermöglicht, die durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbraucher in einem
Normalbetriebszustand des Kühlsystems, in einem Fehlerbetriebszustand und/oder in einer Betriebsstartphase des Kühlsystems bei der Versorgung mit Kühlenergie unterschiedlich zu priorisieren.
Beispielsweise können einzelne Kühlenergieverbraucher, beispielsweise Kühlenergieverbraucher, die an Bord eines Luftfahrzeugs sicherheitsrelevante Funktionen erfül- len, anhand der in der Datenbasis gespeicherten Prioritätsdaten in allen Betriebsphasen des Kühlsystems höchste Priorität genießen. Weitere Kühlenergieverbraucher können dagegen beispielsweise in einem Normalbetriebszustand und/oder einem Fehlerbetriebszustand des Kühlsystems gegenüber anderen Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie priorisiert, in der Betriebsstartphase des Kühlsystems dagegen gegenüber diesen anderen Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie nachrangig behandelt werden. Eine derartige Priorisierung bietet sich beispielsweise für Kühlenergieverbraucher, die in einem Normalbetriebszustand und/oder einem Fehlerbetriebszustand des Kühlsystems zwar wichtige Funktionen erfüllen, deren geringere Kühlung in der Betriebsstartphase des Kühlsystems jedoch keine oder lediglich vernachlässigbare negative Folgen hat.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die in der Datenbasis gespeicherten betriebs- zustandsabhängigen Prioritätsdaten Daten sein, die für die den Kühlenergieverbrauchern in einem Normalbetriebszustand und/oder in einem kritischen Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Mit anderen Worten, die in der Datenbasis gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten können zusätzlich oder alternativ zum Betriebszustand des Kühlsystems den Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher berücksichtigen, wobei vorzugsweise unterschieden wird, ob sich die Kühlenergieverbraucher in einem Normalbetriebszustand und/oder in einem kritischen
Betriebszustand befinden.
Ferner kann in der Datenbasis des erfindungsgemäßen Steuersystems für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern eine Solltemperatur eines den Kühlenergieverbrauchern zuzuführenden Kälteträgermediums gespeichert sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der in der Datenbasis gespeicherten Solltemperatur um eine gewünschte minimale Solltemperatur des den Kühlenergieverbrauchern zuzuführenden Kälteträgermedium. Ferner kann das Steuersystem dazu eingerichtet sein, den Betrieb einer Kälteerzeugungseinrichtung des Kühlsystems derart zu steuern, dass die Kälteerzeugungseinrichtung das den Kühlenergieverbrauchern zuzuführende Kälteträgermedium auf eine Temperatur abkühlt, die an die niedrigste in der Datenbasis gespeicherte Solltemperatur der unter Berücksichtung der in der Datenbasis gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten in einem bestimmten Betriebszustand des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher mit Kühlenergie versorgten Kühlenergieverbraucher angepasst ist. Mit anderen Worten, das Steuersystem ermittelt zunächst anhand der in der Datenbasis gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten, welche Kühlenergieverbraucher in einem mit Hilfe der Betriebszustandserfassungseinheit erfassten bestimmten Betriebszustand des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher mit Kühlenergie versorgt werden. Anschließend prüft das Steuersystem die für diese Kühlenergieverbraucher in der Datenbasis gespeicherten Solltemperaturen des den Kühlenergieverbrauchern zuzuführenden Kälteträgermediums und ermittelt die niedrigste gespeicherte Solltemperatur. Schließlich wird der Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung an diese niedrigste gespeicherte Solltemperatur angepasst, d.h. der Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung wird derart gesteuert, dass sie das dem Kühlenergieverbrauchem zuzuführende Kälteträgermedium auf eine Temperatur abkühlt, die vorzugsweise der niedrigsten Solltemperatur entspricht. Durch eine derartige Ausgestaltung des Steuersystem wird einerseits sichergestellt, dass keinem der von dem Kühlsystem mit Kühlenergie versorgten Kühlenergieverbraucher ein Kälteträgermedium mit einer zu niedrigen Temperatur zugeführt wird. Gleichzeitig wird jedoch eine optimierte Ausnutzung der Leistung der Kälteerzeugungseinrichtung ermöglicht.
Die betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten sind in der Datenbasis des erfindungsgemäßen Steuersystem vorzugsweise für vordefinierte Gruppen von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern gespeichert. Mit anderen Worten, die durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbraucher sind vorzugsweise in Gruppen eingeteilt, wobei die Gruppeneinteilung vorzugsweise bereits die Priorisierung der Kühlenergieverbraucher in bestimmten Betriebszuständen des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher berücksichtigt. Beispielsweise können sicherheitsrelevante Kühlenergieverbraucher, denen bei der Versorgung mit Kühlenergie stets höchste Priorität einzuräumen ist, in einer ersten Gruppe zusammengefasst werden. Eine zweite Gruppe von Kühlenergieverbrauchern kann beispielsweise Kühlenergieverbraucher enthalten, die im Normalbetrieb des Kühlsystems gegenüber anderen Kühlenergieverbrauchern bei der Versorgung mit Kühlenergie zu priorisieren sind, beim Start des Kühlsystems jedoch nicht unbedingt besonders schnell abzukühlen sind. Die Einteilung der Kühlenergieverbraucher in Gruppen erfolgt somit vorzugsweise funktionsabhängig und folglich unabhängig von der physikalischen Lage der Kühlenergieverbraucher in dem Luftfahrzeug. Auf diese Art und Weise können beispielsweise auch Kühlenergieverbrau- cher in einer Gruppe zusammengefasst werden, die teilweise in einem vorderen und teilweise in einem hinteren Teil des Luftfahrzeugs angeordnet sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems werden Betriebszustandssignale erfasst, die für den Betriebszustand des Kühlsystems und/oder den Betriebszustand einer Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern charakteristisch sind. Ferner werden für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern betriebszustandsabhängige Prioritätsdaten gespeichert, die für die den Kühlenergieverbrauchern in verschiedenen Betriebszuständen des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Schließlich werden die Kühlenergiezufuhr zu den durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern steuernde Steuersignale in Abhängigkeit der erfassten Betriebszustandssignale und der gespeicherten Prioritätsdaten erzeugt.
Vorzugsweise wird anhand der erfassten Betriebszustandssignale ermittelt, ob sich das Kühlsystem in einem Normalbetriebszustand, in einem Fehlerbetriebszustand oder in einer Betriebsstartphase befindet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann anhand der erfassten Betriebszustandssignale ermittelt werden, ob sich ein Kühlenergieverbraucher in einem Normalbetriebszustand oder in einem kritischen
Betriebszustand befindet.
Die in der Datenbasis gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten können Daten sein, die für die den Kühlenergieverbrauchern in einem Normalbetriebszustand, in einem Fehlerbetriebszustand und/oder in einer Betriebsstartphase des Kühlsystems bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Zusätzlich oder alternativ dazu können die in der Datenbasis gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten Daten sein, die für die den Kühlenergieverbrauchern in einem Normalbetriebszustand und/oder in einem kritischen Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind.
Ferner kann für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versor¬ genden Kühlenergieverbrauchern eine Solltemperatur eines den Kühlenergieverbrau¬ chern zuzuführenden Kälteträgermediums gespeichert werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Solltemperatur um eine gewünschte minimale Solltemperatur des den Kühlenergieverbrauchern zuzuführenden Kälteträgermediums. Der Betrieb einer Kälteerzeugungseinrichtung des Kühlsystem kann dann derart gesteuert werden, dass die Kälteerzeugungseinrichtung das den Kühlenergieverbrauchern zuzuführende Kälteträgermedium auf eine Temperatur abkühlt, die ein die niedrigste gespeicherte Solltemperatur der unter Berücksichtigung der gespeicherten betriebszustandsab- hängigen Prioritätsdaten in einem bestimmten Betriebszustand des Kühlsystems und/oder der Kühlenergieverbraucher mit kühlenergieversorgten Kühlenergieverbraucher angepasst ist.
Vorzugsweise werden die betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten für vordefinierte Gruppen von durch das Kühlsystem mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern gespeichert. Die Einteilung der Kühlenergieverbraucher in Gruppen kann unabhängig von der physikalischen Lage der Kühlenergieverbraucher in dem Luftfahrzeug erfolgen und ermöglicht eine weitere Vereinfachung der Steuerungslogik und erleichtert insbesondere die Integration neuer Kühlenergieverbraucher in das Steuersystem.
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem, das insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs geeignet ist, umfasst ein oben beschriebenes Steuersystem.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Figur näher erläutert, die den prinzipiellen Aufbau eines Luftfahrzeugkühlsystems sowie eines Steuersystems zur Steuerung des Luftfahrzeugkühlsystems zeigt.
Ein in der einzigen Figur veranschaulichtes Luftfahrzeugkühlsystem 100 ist mit einem Steuersystem 10 zur Steuerung des Betriebs des Luftfahrzeugkühlsystems 100 ausgestattet. Das Luftfahrzeugkühlsystem 100 umfasst eine Kälteerzeugungseinrichtung 12, die über einen Kälteträgermediumkreislauf 14 mit einer Mehrzahl von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d in Verbindung steht. In dem Kälteträgermediumkreislauf 14 zirkuliert ein geeignetes Kälteträgermedium und führt den
Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d von der Kälteerzeugungseinrichtung 12 erzeugte Kühlenergie zu. In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel des Luftfahrzeugkühlsystems 100 umfasst das Luftfahrzeugkühlsystem 100 lediglich eine zentrale Kälteerzeugungseinrichtung 12. Es ist jedoch auch denkbar, das Luftfahrzeugkühlsystem 100 mit mehreren Kälteerzeugungseinrichtungen 12 auszustatten. Das Steuersystem 10 zur Steuerung des Luftfahrzeugkühlsystems 100 umfasst eine Betriebszustandserfassungseinheit 30. Die Betriebszustandserfassungseinheit 30 erfasst Betriebszustandssignale, die für den Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 und insbesondere der Kälteerzeugungseinrichtung 12 charakteristisch sind. Zu diesem Zweck werden der Betriebszustandserfassungseinheit 30 über einen Datenbus 32 von entsprechenden Sensoren erfasste, den Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 und insbesondere der Kälteerzeugungseinrichtung 12
anzeigende Signale zuführt. Beispielsweise können der Betriebszustandserfassungs- einheit 30 über den Datenbus 32 Signale zugeführt werden, die die Drehzahl von in der Kälteerzeugungseinrichtung 12 vorhandenen Kompressoren anzeigen. Zusätzlich oder alternativ dazu können der Betriebszustandserfassungseinheit 30 Signale zuführt werden, die für die vorzugsweise an verschiedenen Stellen an dem Luftfahrzeugkühlsystem 100 gemessene Temperatur in dem Luftfahrzeugkühlsystem 100 charakteristisch sind. Anhand der ihr zugeführten Signale ermittelt die Betriebszu- standserfassungseinheit 30 den Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems und insbesondere den Auslastungszustand der Kälteerzeugungseinrichtung 12.
Ferner werden der Betriebszustandserfassungseinheit 30 über einen Datenbus 34 Signale zugeleitet, die für den Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d charakteristisch sind. Zur Signalerfassung werden geeignete, den einzelnen Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d zugeordnete Sensoren eingesetzt. Anhand der ihr über den Datenbus 34 zugeleiteten Daten kann die
Betriebszustandserfassungseinheit 30 beispielsweise den Lastzustand und damit den Kühlenergiebedarf der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d ermitteln.
Schließlich werden der Betriebszustandserfassungseinheit 30 über einen Datenbus 36 Signale zugeleitet, die für die Bedingungen in der Umgebung des Luftfahrzeugkühlsystems 100 charakteristisch sind. Beispielsweise können der Betriebszustandserfas- sungseinheit 30 über den Datenbus 36 Signale zuführt werden, die von einem
Außentemperatursensor, einem Luftfeuchtigkeitssensor oder dergleichen bereitgestellt werden und folglich für die Umgebungstemperatur bzw. die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Luftfahrzeugkühlsystems 100 charakteristisch sind.
Anhand der ihr zugeführten Signale kann die Betriebszustandserfassungseinheit 30 den Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 sowie den Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d bestimmen. Insbesondere ist die Be- triebszustandserfassungseinheit 30 dazu in der Lage, zu erkennen, ob sich das Luftfahrzeugkühlsystem 100 im Normalbetrieb befindet, oder ob ein Fehlerfall vorliegt. Ferner kann die Betriebszustandserfassungseinheit 30 erkennen, ob sich das Luftfahrzeugkühlsystem 100 in einer Betriebsstartphase befindet oder ob der Betrieb des Luftfahrzeugkühlsystems 10 beendet, d.h. das Luftfahrzeugkühlsystem 100 heruntergefahren wird.
Schließlich kann die Betriebszustandserfassungseinheit 30 erkennen, ob sich die Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d in einem Normalbetriebszustand oder in einem kritischen Betriebszustand befinden. Ein Betriebszustand eines Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d wird von der Betriebszustandserfassungseinheit 30 als Normalbetriebszustand eingestuft, wenn der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a- d, 20a-d normal arbeitet und wenn eine in einem bestimmten Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 gewünschte Verringerung der Kühlenergieaufnahme des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d für den Betrieb des Luftfahrzeugs unkritisch ist. Ein kritischer Betriebszustand eines Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d wird dagegen dann erkannt, wenn aufgrund mangelnder Kühlung eine Beschädigung des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d droht, eine Leistungsverringerung des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d oder ein Abschalten des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d aber nicht möglich ist, ohne die Betriebssicherheit des Luftfahrzeugs zu gefährden. Bei der Beurteilung des Betriebszustands der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d kann die Betriebs- zustandserfassungseinheit 30 auch die Umgebungsbedingungen anzeigende Daten heranziehen.
Wie in der Figur zu erkennen ist, sind die Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d bei dem dargestellten Luftfahrzeugkühlsystem 100 in drei Gruppen eingeteilt. Die Einteilung der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d in Gruppen kann unabhängig von der physikalischen Lage der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d in dem Luftfahrzeug erfolgen. Die einer ersten Gruppe zugeordneten Kühlenergieverbraucher 16a-d sind Komponenten, die für den Betrieb eines mit dem Luftfahrzeugkühlsystem 100 ausgestatteten Luftfahrzeugs sicherheitsrelevante Funktionen erfüllen. Zu der ersten Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 16a-d gehören beispielsweise ein Avionicsystem des Luftfahrzeugs sowie weitere für den Betrieb des Luftfahrzeugs hochrelevante elektronische Komponenten. Im Betrieb des Luftfahrzeugs ist es daher von größter Wichtigkeit, dass die in der ersten Gruppe zusam- mengefassten Kühlenergieverbraucher 16a-d von dem Luftfahrzeugkühlsystem 100 stets mit ausreichend Kühlenergie versorgt werden.
In einer zweiten Gruppe sind Kühlenergieverbraucher 18a-d zusammengefasst, die im Normalbetrieb des Luftfahrzeugkühlsystems 100 sowie dann, wenn im Betrieb des Luftfahrzeugkühlsystems 100 ein Fehler auftritt, zwar nicht so zwingend mit Kühlenergie versorgt werden müssen wie die Kühlenergieverbraucher 16a-d der ersten Gruppe, aber dennoch nicht vernachlässigt werden sollten. Während einer Betriebsstartphase des Luftfahrzeugkühlsystems 100 ist es jedoch nicht entscheidend, dass die Kühlenergieverbraucher 18a-d der zweiten Gruppe möglichst rasch mit Kühlenergie versorgt werden. Vielmehr ist es ausreichend, wenn den Kühlenergieverbrauchern 18a-d der zweiten Gruppe erst in einer späteren Betriebsphase des
Luftfahrzeugkühlsystems 100 Kühlenergie zugeführt wird.
Schließlich sind Kühlenergieverbraucher 20a-d in einer dritten Gruppe zusammengefasst, die für den Betrieb des Luftfahrzeugs weniger wichtige Funktionen erfüllen. Die Kühlenergieverbraucher 20a bis 20d der dritten Gruppe können beispielsweise Unterhaltungselektronikkomponenten oder lediglich dem Komfort der Passagiere an Bord eines Luftfahrzeugs dienende Komponenten sein. In der Startbetriebsphase des Luftfahrzeugkühlsystems 100 sollten diese Komponenten jedoch möglichst rasch mit Kühlenergie versorgt werden, um eine Beschädigung der Komponenten durch Überhitzung zu verhindern.
Das Steuersystem 10 umfasst ferner eine Datenbasis 38. In der Datenbasis 38 sind für die verschiedenen Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d betriebszustandsabhängige Prioritätsdaten gespeichert, die für die den Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d in verschiedenen Betriebszuständen des Luftfahrzeugkühlsystems 100 und/oder der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Mit anderen Worten, in der Datenbasis 38 sind für die erste Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 16a-d Prioritätsdaten gespeichert, aus denen hervorgeht, dass den Kühlenergieverbrauchern 16a-d in allen Betriebszuständen des Luftfahrzeugkühlsystems 100 stets höchste Priorität, d.h. eine Priorität von 1 einzuräumen ist.
Für die zweite Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 18a-d enthält die Datenbasis 38 dagegen Daten, aus denen hervorgeht, dass den Kühlenergieverbrauchern 18a-d im Normalbetrieb des Luftfahrzeugkühlsystems 100 sowie beim Auftreten eines Fehlers in dem Luftfahrzeugkühlsystem 100 eine mittlere Priorität, d.h. eine Priorität von 2 einzuräumen ist. Die Kühlenergieverbraucher 18a bis 18d werden folglich in diesem Betriebszuständen des Luftfahrzeugkühlsystems 100 gegenüber den Kühlenergieverbrauchern 20a-d der dritten Gruppe bei der Versorgung mit Kühlenergie priori- siert. Beim Start des Luftfahrzeugkühlsystems 100 ist es dagegen nicht erforderlich, die Kühlenergieverbraucher 18a-d der zweiten Gruppe sofort zu kühlen. Die Datenbasis 38 enthält daher entsprechende Daten, die anzeigen, dass den Kühlenergieverbrauchern 18a-d beim Start des Luftfahrzeugkühlsystems 10 lediglich eine untergeordnete Priorität, d.h. eine Priorität von 3 einzuräumen ist.
Für die Kühlenergieverbraucher 20a-d der dritten Gruppe enthält die Datenbasis 38 für den Normalbetriebszustand sowie einen Fehlerbetriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 Daten, die die untergeordnete Priorität (Priorität 3) der Kühlenergieverbraucher 20a-d bei der Versorgung mit Kühlenergie anzeigen. Beim Start des Luftfahrzeugkühlsystems 100 werden die Kühlenergieverbraucher 20a-d der dritten Gruppe dagegen gegenüber den Kühlenergieverbrauchern 18a-d der zweiten Gruppe bei der Versorgung mit Kühlenergie priorisiert (Priorität 2).
Ferner enthält die Datenbasis 38 Daten, die für die den Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d in einem Normalbetriebszustand sowie in einem kritischen Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind. Mit anderen Worten, die in der Datenbasis 38 gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten berücksichtigen zusätzlich zum Betriebszustand des Kühlsystems 100 den Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d.
Schließlich ist in der Datenbasis 38 für die Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d eine gewünschte minimale Solltemperatur des den Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d über den Kälteträgermediumkreislauf 14 zugeführten Kälteträgermediums gespeichert. Für die erste Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 16a-d beträgt diese Solltemperatur 20°C, für die zweite Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 18a-d -9°C und für die dritte Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 20a-d 0°C. Die in der Datenbasis 38 für die drei Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d gespeicherten Solltemperaturen geben jeweils die Temperatur wieder, die das in dem Kälteträgermediumkreislauf 14 zirkulierende Kälteträgermedium zur Kühlung der einzelnen Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d idealerweise hätte, wenn nur eine Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a- d, 20a-d mit Kühlenergie versorgt werden müsste. D.h. wenn nur die erste Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 16a-d mit Kühlenergie versorgt werden müsste, hätte das Kälteträgermedium idealerweise eine Temperatur von 20°C, wenn nur die zweite Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 18a-d mit Kühlenergie versorgt werden müsste, wäre dagegen eine Kälteträgermediumtemperatur von -9°C optimal. Bei einer ausschließlichen Versorgung der dritten Gruppe von Kühlenergieverbrauchern 20a-d betrüge die ideale Kälteträgermediumtemperatur 0°C.
Das Steuersystem 10 umfasst schließlich eine Steuersignalerzeugungseinheit 40. Die Steuersignalerzeugungseinheit 40 erzeugt in Abhängigkeit der von der Betriebszu- standserfassungseinheit 30 erzeugten Betriebszustandssignale Steuersignale, die die Zufuhr von Kühlenergie zu den verschiedenen Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d steuern. Neben dem Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 werden ferner die in der Datenbasis 38 hinterlegten betriebszustandsab- hängigen Prioritätsdaten berücksichtigt. Schließlich kann die Signalerzeugungseinheit 40 bei der Erzeugung der Steuersignale, falls gewünscht oder erforderlich, den Betriebszustand der einzelnen Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d anzeigende Signale und/oder für die Umgebungsbedingungen charakteristische Signale berücksichtigen. Beispielsweise kann dadurch einem Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d, der in einem bestimmten Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 lediglich eine untergeordnete Priorität bei der Versorgung mit Kühlenergie hat, trotzdem Kühlenergie zugeführt werden, wenn eine festgelegte Maximaltemperatur des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d überschritten wird und eine Beschädigung des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d unmittelbar bevorsteht, eine Verringerung der Leistung des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d oder ein Abschalten des Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d aber nicht möglich ist, ohne die Betriebssicherheit des Luftfahrzeugs zu gefährden.
Die von der Steuersignalerzeugungseinheit 40 erzeugten Steuersignale werden über einen Datenbus 42 an die Kälteerzeugungseinrichtung 12 des Luftfahrzeugkühlsystems 100 geleitet. Über einen Datenbus 46 können den einzelnen Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d von der Steuersignalerzeugungseinheit 40 erzeugte Steuersignale zugeführt werden.
Die von der Steuersignalerzeugungseinheit 40 erzeugten Steuersignale werden dazu verwendet, die Kühlenergieaufnahme der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a- d wie gewünscht zu steuern. Beispielsweise kann unter der Steuerung des Steuersys- tems 10 die maximale Temperatur des Kälteträgermediums nach der Abgabe seiner Kühlenergie an die Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d begrenzt werden.
Die von der Steuersignalerzeugungseinheit 40 erzeugten Steuersignale können unmittelbar den Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d zugeführt werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die von der Steuersignalerzeugungseinheit 40 erzeugten Steuersignale den einzelnen Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d oder den einzelnen Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d zugeordneten lokalen Steuerungen zuzuführen. Ferner kann unter der Steuerung des Steuersystems 10 lediglich der Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung 12 sowie die Verteilung der von der Kälteerzeugungseinrichtung 12 erzeugten Kühlenergie auf die Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d gesteuert werden. Zusätzlich dazu ist es jedoch auch denkbar, auf den Betrieb der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d Einfluss zu nehmen, d.h. beispielsweise die Leistung eines Kühlenergieverbrauchers 16a-d, 18a-d, 20a-d zu verringern, wenn dieser Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d mit wenig Kühlenergie versorgt wird.
Ferner steuert das Steuersystem 10 den Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung 12 derart, dass die Kälteerzeugungseinrichtung 12 das den Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d zuzuführende Kälteträgermedium auf eine Temperatur abkühlt, die an die niedrigste in der Datenbasis 38 gespeicherte Solltemperatur einer Gruppe von Kühlenergierverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d angepasst ist, die unter Berücksichtigung der in der Datenbasis 38 gespeicherten betriebszustandabhängigen Prioritätsdaten in einem bestimmten Betriebszustand des Luftfahrzeugkühlsystems 100 und/oder der Kühlenergieverbraucher 16a-d, 18a-d, 20a-d mit Kühlenergie versorgt wird. Insbesondere wird die Kälteerzeugungseinrichtung 12 von dem Steuersystem 10 derart gesteuert, dass die Kälteträgermediumtemperatur der niedrigsten Kälteträgermediumtemperatur-Solltemperatur der aktuell mit Kühlenergie versorgten Gruppen von Kühlenergieverbrauchern 16a-d, 18a-d, 20a-d entspricht.
17251

Claims

Patentansprüche
1. System (10) zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems (100), welches umfasst:
- eine Betriebszustandserfassungseinheit (30), die dazu eingerichtet ist, Betriebszu- standssignale zu erfassen, die für den Betriebszustand des Kühlsystems (100) und/oder den Betriebszustand einer Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) charakteristisch sind,
- eine Datenbasis (38), in der für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) be- triebszustandsabhängige Prioritätsdaten gespeichert sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in verschiedenen Betriebszuständen des Kühlsystems (100) und/oder der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind,
- eine Steuersignalerzeugungseinheit (40), die dazu eingerichtet ist, die Kühlenergiezufuhr zu den durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) steuernde Steuersignale in Abhängigkeit der von der Betriebszustandserfassungseinheit (30) erfassten Betriebszustandssigna- le und der in der Datenbasis (38) gespeicherten Prioritätsdaten zu erzeugen.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandserfassungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, anhand der erfassten Betriebszustandssignale zu ermitteln, ob sich das Kühlsystem (100) in einem Normalbetriebszustand, in einem Fehlerbetriebszustand oder in einer Betriebsstartphase befindet und/oder ob sich ein Kühlenergieverbrau¬ cher (16a-d, 18a-d, 20a-d) in einem Normalbetriebszustand oder in einem kritischen Betriebszustand befindet.
3. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die in der Datenbasis (38) gespeicherten betriebszu- standsabhängigen Prioritätsdaten Daten sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in einem Normalbetriebszustand, in einem
Fehlerbetriebszustand und/oder in einer Betriebsstartphase des Kühlsystems (100) bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind und/oder dass die in der Datenbasis (38) gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten Daten sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in einem Normalbetriebszustand und/oder in einem kritischen Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbasis (38) für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) eine Solltemperatur eines den Kühlenergieverbrauchern (16a- d, 18a-d, 20a-d) zuzuführenden Kälteträgermediums gespeichert ist und dass das Steuersystem (10) dazu eingerichtet ist, den Betrieb einer Kälteerzeugungseinrichtung (12) des Kühlsystems (100) derart zu steuern, dass die Kälteerzeugungseinrichtung (12) das den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) zuzuführende Kälteträgermedium auf eine Temperatur abkühlt, die an die niedrigste in der Datenbasis (38) gespeicherte Solltemperatur der unter Berücksichtigung der in der Datenbasis (38) gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten in einem bestimmten Betriebszustand des Kühlsystems (100) und/oder der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) mit Kühlenergie versorgten Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) angepasst ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten in der Datenbasis (38) für vordefinierte Gruppen von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) gespeichert sind.
6. Verfahren zur Steuerung eines insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs vorgesehenen Kühlsystems (100), mit den Schritten:
- Erfassen von Betriebszustandssignalen, die für den Betriebszustand des Kühlsystems (100) und/oder den Betriebszustand einer Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) charakteristisch sind,
- Speichern von betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d), die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in verschiedenen Betriebszuständen des Kühlsystems (100) und/oder der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind,
- Erzeugen von die Kühlenergiezufuhr zu den durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) steuernden Steuersignalen in Abhängigkeit der erfassten Betriebszustandssignale und der gespeicherten Prioritätsdaten.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Betriebszustandssignale ermittelt wird, ob sich das Kühlsystem (100) in einem Normalbetriebszustand, in einem Fehlerbetriebszustand oder in einer Betriebsstartphase befindet und/oder ob sich ein Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) in einem Normalbetriebszustand oder in einem kritischen Betriebszustand befindet.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten Daten sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in einem Normalbetriebszustand, in einem Fehlerbetriebszustand und/oder in einer Betriebsstartphase des Kühlsystems (100) einzuräumende Priorität charakteristisch sind und/oder dass die in der Datenbasis (38) gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten Daten sind, die für die den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) in einem Normalbetriebszustand und/oder in einem kritischen Betriebszustand der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) bei der Versorgung mit Kühlenergie einzuräumende Priorität charakteristisch sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass für eine Mehrzahl von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) eine Solltemperatur eines den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) zuzufüh¬ renden Kälteträgermediums gespeichert wird und dass der Betrieb einer Kälteerzeu¬ gungseinrichtung (12) des Kühlsystems (100) derart gesteuert wird, dass die
Kälteerzeugungseinrichtung (12) das den Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) zuzuführende Kälteträgermedium auf eine Temperatur abkühlt, die an die niedrigste gespeicherte Solltemperatur der unter Berücksichtigung der gespeicherten betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten in einem bestimmten Betriebszustand des Kühlsystems (100) und/oder der Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) mit Kühlenergie versorgten Kühlenergieverbraucher (16a-d, 18a-d, 20a-d) angepasst ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die betriebszustandsabhängigen Prioritätsdaten für vordefinierte Gruppen von durch das Kühlsystem (100) mit Kühlenergie zu versorgenden Kühlenergieverbrauchern (16a-d, 18a-d, 20a-d) gespeichert werden.
11. Kühlsystem (100), insbesondere zur Verwendung an Bord eines Luftfahrzeugs, gekennzeichnet durch ein Steuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
17
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