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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem sowie ein Verfahren
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung.
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Im
Innenraum von Flugzeugen ist eine Vielzahl verschiedener technischer
Einrichtungen vorgesehen, die Wärme
erzeugen und die zur Gewährleistung
einer sicheren Funktionsweise gekühlt werden müssen. Darüber hinaus
befinden sich im Innenraum von Flugzeugen verschiedene abgeschlossene
Räume,
so genannte Kompartments, die auf unterhalb der Kabinentemperatur
liegende Temperaturen temperiert werden müssen. Deshalb werden in Flugzeugen
verschiedene Kühlsysteme
bereitgestellt.
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Beispielweise
ist es aus der
DE 41
05 034 A1 bekannt, für
jede Bordküche
eine autarke, mit Kaltluft als Kühlmedium
arbeitende Kühlvorrichtung
mit einer eigenen Kompressionskältemaschine
(Air-Chiller) bereitzustellen.
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Alternativ
dazu beschreibt die
DE
43 40 317 C2 eine zentralisierte Kompressionskältemaschine, deren
Kälteleistung über einen
Kälteträgerbus in
einem Flugzeug verteilt wird. Kühlsysteme
mit einer Kompressionskältemaschine
haben den Nachteil, dass sie Maschinengeräusche erzeugen, die in der Flugzeugpassagierkabine
hörbar
sind und somit als störend
empfunden werden können.
Darüber
hinaus weisen derartige Systeme aufgrund der vorhandenen rotierenden
Bauteile einer geringere Gesamtzuverlässigkeit auf.
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Ferner
offenbart die
DE 38
12 739 C1 , eine innerhalb einer Bordküche eines Flugzeuges vorgesehene
Kühlkammer
nahe einer Außenhaut
des Flugzeuges anzuordnen und zwischen der Kühlkammer und der Außenhaut
des Flugzeugs eine Kaltluftkammer vorzusehen. Die Kaltluftkammer
steht über die
Außenhaut
in Wärmeaustausch
mit der Außenluft.
Derartige Skin Heat Exchangers haben den Nachteil, dass die Außenluft
bei hohen Umgebungstemperaturen nicht als Wärmesenke verwendet werden kann.
Daher kann, wenn sich das Flugzeug an heißen Tagen am Boden befindet,
keine ausreichende Kühlleistung
bereitgestellt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem sowie ein Verfahren
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung bereitzustellen, die eine zuverlässige kontinuierli che
Kühlung
von wärmeerzeugenden
und anderen Einrichtungen in einem Flugzeug ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kühlsystem zur
Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen sowie ein Verfahren zur Kühlung einer Flugzeugeinrichtung mit
den im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung umfasst einen Verdampfer zur Aufnahme
eines zu verdampfenden Fluids. In dem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann,
je nach Kühlenergiebedarf,
ein Verdampfer oder mehrere Verdampfer zum Einsatz kommen. Beispielsweise
kann der Verdampfer in Form einer mit dem zu verdampfenden Fluid
gefüllten
Platte ausgebildet sein. Der oder die Verdampfer kann/können ein zu
kühlendes
Volumen ganz oder teilweise umschließen oder an einer bestimmten
Stelle bzw. an bestimmten Stellen in dem zu kühlenden Volumen angeordnet
sein. Alternativ dazu kann der Verdampfer, wie später noch
näher erläutert werden
wird, selbst ein Speicher für
ein zu kühlendes
Fluid sein. Als in dem Verdampfer aufgenommenes zu verdampfendes
Fluid kann beispielsweise Wasser oder Alkohol zum Einsatz kommen.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem
umfasst einen ersten Adsorber, der ein Medium zur Adsorption des
in dem Verdampfer verdampften Fluids enthält. Ferner ist ein zweiter
Adsorber vorhanden, der ebenfalls ein Medium zur Adsorption des
in dem Verdampfer verdampften Fluids enthält. Als Adsorptionsmedium wird
vorzugsweise ein feinporöser
Stoff, wie z.B. Aktivkohle, Zeolith, Silikagel oder ähnliches
eingesetzt. Bei der Adsorption des in dem Verdampfer verdampften
Fluids an dem Adsorptionsmedium lagert sich das gasförmige Fluid
in wenigen Moleküllagen
an dem Adsorptionsmedium an. Bei diesem physikalisch-energetisch
einer Kondensation entsprechenden Vorgang wird Kondensationswärme frei,
so dass dem ersten und zweiten Adsorber zur Regeneration, d.h. zur
Desorption der angelagerten Fluidmoleküle von dem Adsorptionsmedium
Regenerationsenergie zugeführt
werden muss. Während
seiner Regeneration steht ein Adsorber somit nicht für die Anlagerung
von von dem Verdampfer verdampftem Fluid zur Verfügung.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem
umfasst daher eine Regelstrecke, die dazu eingerichtet ist, eine
Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer und dem ersten und/oder
dem zweiten Adsorber herzustellen oder zu unterbrechen. Mit Hilfe
der Regelstrecke kann die Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer
und einem der beiden Adsorber unterbrochen werden, so dass der Adsorber,
der nun nicht länger
in Fluidverbindung mit dem Verdampfer steht, durch Zufuhr von Regenerationsenergie
regeneriert werden kann. Während
der Regenerationsphase des Adsorbers kann die Regelstrecke den Verdampfer mit
dem anderen Adsorber verbinden, so dass ein kontinuierlicher Betrieb
des erfindungsgemäßen Kühlsystems
gewährleistet
wird.
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Beispielsweise
kann die Regelstrecke die Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer
und einem der beiden Adsorber trennen, wenn der Partialdruck des
in dem Verdampfer verdampften Fluids in dem Adsorber dem Fluidpartialdruck
in dem Verdampfer entspricht. Die Regelstrecke kann die Fluidverbindung
zwischen dem Verdampfer und dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber
jedoch auch zu beliebigen Zeitpunkten herstellen oder unterbrechen. Darüber hinaus
kann die Regelstrecke dazu eingerichtet sein, den Volumenstrom des
in dem Verdampfer verdampften Fluids in Richtung des ersten und/oder
des zweiten Adsorbers zu steuern. Dadurch wird die Einstellung einer
gewünschten
Temperatur und/oder eines gewünschten
Zustands in einer von dem Kühlsystem
gekühlten
Flugzeugeinrichtung ermöglicht.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kühlsystem nimmt
das in dem Verdampfer zu verdampfende Fluid Wärme von einer zu kühlenden
Flugzeugeinrichtung auf und ändert
dabei seinen Aggregatzustand. Das Kühlsystem kommt somit ohne bewegte
Teile aus, so dass störende
Maschinengeräusche
vermieden und die Gesamtzuverlässigkeit
des Systems erhöht
werden können.
Darüber
hinaus kann das System in relativ einfacher Art und Weise an Bord
des Flugzeugs eingebaut werden und während des Verdampfungsprozesses
unabhängig
vom elektrischen Bordnetz des Flugzeugs Kühlenergie liefern. Schließlich ist
das System durch den Verzicht auf den Einsatz von fluorierten Kohlenwasserstoffen
(HFC) als Kältemittel
besonders umweltfreundlich und ermöglicht ein gezieltes Wärmemanagement
sowie ein gezieltes Energiemanagement.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kühlsystems
ist/sind der erste und/oder der zweite Adsorber in einen Kältekreisprozess
oder ein Energieversorgungssystem integriert, der/das die zur Regeneration
des ersten und/oder des zweiten Adsorbers erforderliche Energie
bereitstellt. Beispielsweise kann die zur Regeneration des ersten
und/oder des zweiten Adsorbers benötigte Energie der Kabinenabluft
entzogen werden, die dadurch auf eine tiefere Temperatur abgekühlt wird. Durch
die Integration des erfindungsgemäßen Kühlsystems mit anderen Systemen
an Bord des Flugzeugs ergibt sich insgesamt ein höherer Gesamtwirkungsgrad
auf Flugzeugebene. Darüber
hinaus können
Gewichtsvorteile erzielt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem
kann die Regeneration eines Adsorbers von der Kühlfunktion des Systems entkoppelt
werden. Die einem Adsorber zugeführte Regenerationsenergie
hat daher keinen Einfluss auf die von dem Kühlsystem gekühlte Einrichtung.
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Vorzugsweise
ist/sind der erste und/oder der zweite Adsorber mit einer Fluidabfuhreinrichtung
verbunden, die dazu eingerichtet ist, während der Regeneration des
ersten und/oder des zweiten Adsorbers freigesetztes Fluid aus dem
ersten und/oder dem zweiten Adsorber abzuführen. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem
wird von dem Adsorptionsmedium in dem ersten und/oder dem zweiten
Adsorber desorbiertes Fluid somit nicht direkt in den Verdampfer
zurückgeleitet.
Das erfindungsgemäße System
ist daher besonders flexibel einsetzbar. Die Fluidabfuhreinrichtung
kann beispielsweise eine mit dem ersten Adsorber verbundene erste
Abfuhrleitung sowie eine mit dem zweiten Adsorber verbundene zweite
Abfuhrleitung umfassen. In der ersten und/oder der zweiten Abfuhrleitung
können
entsprechende Steuerventile angeordnet sein, um die Abfuhr von desorbiertem
Fluid aus dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber zu steuern. Die
ersten und zweiten Abfuhrleitungen können in eine gemeinsame Abfuhrsammelleitung
münden.
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Die
Fluidabfuhreinrichtung kann beispielsweise mit einem Kühler verbunden
sein, der dazu dient, von dem Adsorptionsmedium in dem ersten und/oder
dem zweiten Adsorber desorbiertes Fluid auf eine gewünschte Temperatur
abzukühlen.
Der Kühler
steht vorzugsweise in Fluidverbindung mit einem Fluideinlass des
Verdampfers, so dass ein geschlossenes Kühlsystem erhalten wird. Bei
einem Kühlsystem,
das mehrere Verdampfer umfasst, ist der Fluideinlass eines jeden
Verdampfers vorzugsweise mit einer separaten Zufuhrleitung verbunden, in
der ein Steuerventil zur Steuerung der Fluidzufuhr aus dem Kühler in
den jeweiligen Verdampfer angeordnet ist. Die einzelnen Zufuhrleitungen
können
in eine mit dem Kühler
verbundene Zufuhrsammelleitung münden.
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Vorzugsweise
ist die Fluidabfuhreinrichtung des erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einem Abwassersystem
des Flugzeugs verbunden. Bei dieser Ausführungsform des Systems wird
in dem Verdampfer Wasser als das zu verdampfende Fluid verwendet.
Von dem Adsorptionsmedium in dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber
desorbiertes, in Dampfform vorliegendes Wasser wird von dem ersten
und/oder dem zweiten Adsorber über
die Fluidabfuhreinrichtung in das Abwassersystem des Flugzeugs eingespeist
und beispielsweise einem Wasserspeicherbehälter zugeführt.
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Ein
Fluideinlass des Verdampfers kann mit einem Wasserversorgungssystem
des Flugzeugs verbunden sein, so dass ein in das Wasservorsorgungssystem
des Flugzeugs integriertes halboffenes Kühlsystem erhalten wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kühlsystems
wird als Verdampfer ein in einem Wasserspendersystem eingesetzter Wasserspeicherbehälter verwendet.
Bei gegenwärtig an
Bord eines Flugzeugs zur Versorgung der Passagiere mit Trinkwasser
eingesetzten Wasserspendersystemen ist es üblich, einen Trinkwasserspeicherbehälter mit
aktiven Kühlmethoden,
beispielsweise mit Hilfe einer Kompressionskältemaschine, zu kühlen. Durch
die vorliegende Erfindung wird somit ein integriertes Wasserspender/Kühlsystem
bereitgestellt. In dem Wasserspeicherbehälter aufgenommenes Trinkwasser
wird verdampft und dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber zugeführt, wenn
die Temperatur des in dem Wasserspeicherbehälter aufgenommenen Trinkwassers
eine gewünschte
Temperatur überschreitet.
Dadurch wird Kühlenergie
frei, so dass in dem Wasserspeicherbehälter verbleibendes, nicht verdampfendes
Wasser gekühlt
wird.
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Im
Normalbetrieb eines an Bord eines Flugzeugs eingesetzten Trinkwasserspendersystems, wird
der Trinkwasserspeicherbehälter
unter einem bestimmten Überdruck
gehalten, um einen zum Zapfen des Trinkwassers aus dem Trinkwasserspeicherbehälter erforderlichen
Förderdruck
bereitzustellen. Zur Initiierung des oben beschriebenen Verdampfungsvorgang,
ist es jedoch erforderlich, in dem Wasserspeicherbehälter einen
Unterdruck aufzubauen. Der Wasserspeicherbehälter ist daher vorzugsweise mit
einem Druckregelsystem verbunden, das, je nach Bedarf, einen Unterdruck
oder einen Überdruck
in dem Wasserspeicherbehälter
aufbauen kann.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung wird ein Fluid in einem Verdampfer verdampft
und eine Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer und einem ersten Adsorber
hergestellt, so dass das in dem Verdampfer verdampfte Fluid an einem
in dem ersten Adsorber enthaltenen Medium adsorbiert wird. Zu einem
vorbestimmten Zeitpunkt, beispielsweise dann, wenn ein Partialdruck
des in dem Verdampfer verdampften Fluids in dem ersten Adsorber
dem Fluidpartialdruck in dem Verdampfer entspricht, wird die Fluidverbindung
zwischen dem Verdampfer und dem ersten Adsorber unterbrochen und
eine Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer und einem zweiten Adsorber hergestellt,
so dass das in dem Verdampfer verdampfte Fluid an einem in dem zweiten
Adsorber enthaltenen Medium adsorbiert wird. Dem ersten Adsorber
wird Regenerationsenergie zugeführt,
während der
Verdampfer mit dem zweiten Adsorber verbunden ist. Entsprechend
kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer und dem zweiten Adsorber
unterbrochen und stattdessen eine Fluidverbindung zwischen dem Verdampfer
und dem ersten Adsorber hergestellt werden, während dem zweiten Adsorber
Regenerationsenergie zugeführt
wird. Die vorliegende Erfindung stellt somit ein kontinuierliches
Verfahren zur Adsorptionskühlung
einer Flugzeugeinrichtung bereit.
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Vorzugsweise
wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung durch abwechselnde Verwendung des ersten und
zweiten Adsorbers ein kontinuierlicher Kühlprozess realisiert.
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Vorzugsweise
wird die zur Regeneration des ersten und/oder des zweiten Adsorbers
erforderliche Energie von einem Kältekreisprozess oder einer
im Flugzeug vorhandenen Energiequelle, beispielsweise Zapfluft aus
den Triebwerken bereitgestellt, in den/die der erste und/oder der
zweite Adsorber integriert ist/sind.
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Während der
Regeneration des ersten und/oder des zweiten Adsorbers freigesetztes
Fluid kann über
eine mit dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber verbundene Fluidabfuhreinrichtung
aus dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber abgeführt werden.
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Beispielsweise
kann das während
der Regeneration des ersten und/oder des zweiten Adsorbers freigesetzte
Fluid über
die Fluidabfuhreinrichtung einem Kühler zugeführt werden, der seinerseits
in Fluidverbindung mit einem Fluideinlass des Verdampfers steht.
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Das
während
der Regeneration des ersten und/oder des zweiten Adsorbers freigesetzte
Fluid kann über
die Fluidabfuhreinrichtung einem Abwassersystem des Flugzeugs zugeführt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung wird einem Fluideinlass des Verdampfers
Wasser aus einem Wasserversorgungssystem des Flugzeugs zugeführt.
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Vorzugsweise
wird als Verdampfer ein in einem Wasserspendersystem an Bord eines
Flugzeugs eingesetzter Wasserspeicherbehälter verwendet.
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Der
Druck in dem Wasserspeicherbehälter kann
mittels eines mit dem Wasserspeicherbehälter verbundenen Druckregelsystems
geregelt werden.
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Vorzugsweise
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung die Kühlung
der Flugzeugeinrichtung nicht beeinträchtigt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnungen näher
erläutert, von
denen
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1 den
grundlegenden Aufbau eines erfindungsgemäßen Kühlsystems zur Kühlung einer Flugzeugeinrichtung
zeigt,
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2 ein
als geschlossenes System ausgebildetes erfindungsgemäßes Kühlsystem
zur Kühlung
einer Flugzeugeinrichtung zeigt,
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3 ein
als halboffenes System ausgebildetes erfindungsgemäßes Kühlsystem
zur Kühlung einer
Flugzeugeinrichtung zeigt, und
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4 ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem zeigt,
bei dem ein Wasserspeicherbehälter
eines an Bord eines Flugzeugs vorgesehenen Wasserspendersystems
als Verdampfer eingesetzt ist.
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1 zeigt
ein Kühlsystem 10 zur
Kühlung einer
Flugzeugeinrichtung 12, das drei in der zu kühlenden
Flugzeugeinrichtung 12 verteilt angeordnete Verdampfer 14, 16, 18 umfasst.
In jedem Verdampfer ist ein Fluid F, beispielsweise Alkohol oder
Wasser aufgenommen, das dazu vorgesehen ist, in dem Verdampfer 14, 16, 18 verdampft
zu werden und die bei der Änderung
seines Aggregatzustands frei werdende Kühlenergie an die zu kühlende Flugzeugeinrichtung 12 abzugeben.
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Die
Verdampfer 14, 16, 18 sind über eine Verbindungsleitung 20 mit
einer in Form eines Dreiwegeventils ausgebildeten Regelstrecke 22 verbunden.
Mit Hilfe der Regelstrecke 22 können die Verdampfer 14, 16, 18 wahlweise
mit einem ersten oder einem zweiten Adsorber 24, 26 verbunden
oder von dem ersten und/oder dem zweiten Adsorber 24, 26 getrennt
werden. Die Regelstrecke 22 ist als Dreiwegeventil mit
variablem Strömungsquerschnitt
ausgebildet, so dass eine variable Einstellung der Fluidzufuhr von
den Verdampfern 14, 16, 18 zu dem ersten und/oder
dem zweiten Adsorber 24, 26 möglich ist.
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Der
erste und der zweite Adsorber 24, 26 enthalten
jeweils ein feinporöses
Adsorptionsmedium 28, beispielsweise Aktivkohle, Zeolith
oder Silikagel. Das Adsorptionsmedium 28 weist eine große Oberfläche auf,
so dass sich das in dem Verdampfer 14, 16, 18 verdampfte
Fluid F in nur wenigen Moleküllagen
an dem Adsorptionsmedium 28 anlagern kann.
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Bei
der Adsorption des in den Verdampfern 14, 16, 18 verdampften
Fluids an dem Adsorptionsmedium 28 wird Energie frei. Für den umgekehrten Vorgang,
d.h. für
die Desorption der Fluidmoleküle von
dem Adsorptionsmedium 28 muss daher Energie aufgebracht
werden. Die ersten und zweiten Adsorber 24, 26 sind
daher jeweils mit einer Energiezufuhreinrichtung 30, 32 verbunden, über die
den ersten und zweiten Adsorbern 24, 26 Regenerationsenergie zugeführt werden
kann.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des Kühlsystems 10 erläutert. Wie
bereits erwähnt,
wird im Betrieb des Kühlsystems 10 das
in den Verdampfern 14, 16, 18 aufgenommene
Fluid F verdampft. Die dabei frei werdende Kühlenergie wird der zu kühlenden
Flugzeugeinrichtung 12 zugeführt. Das aus den Verdampfern 14, 16, 18 im
gasförmigen
Zustand austretende Fluid F wird über die Regelstrecke 22 dem ersten
Adsorber 24 zugeführt,
so dass sich die Fluidmoleküle
auf der Oberfläche
des Adsorptionsmediums 28 in dem ersten Adsorber 24 anlagern.
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Wenn
der Partialdruck des in den Verdampfern 14, 16, 18 verdampften
Fluids F dem Fluidpartialdruck in dem ersten Adsorber 24 entspricht,
ist das Adsorptionsmedium 28 in dem ersten Adsorber 24 "gesättigt" und bedarf der Regeneration.
Zu diesem Zweck wird dem ersten Adsorber 24 über die
Energiezufuhreinrichtung 30 Wärmeenergie zugeführt. Dadurch
werden die an der Oberfläche
des Adsorptionsmediums 28 angelagerten Fluidmoleküle desorbiert
und das Adsorptionsmedium 28 somit wieder zur Aufnahme
neuer Fluidmoleküle
aktiviert.
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Während der
Regeneration des Adsorptionsmediums 28 in dem ersten Adsorber 24 wird
mit Hilfe der Regelstrecke 22 die Fluidverbindung zwischen den
Verdampfern 14, 16, 18 und dem ersten
Adsorber 24 unterbrochen. Gleichzeitig wird die Fluidverbindung
zwischen den Verdampfern 14, 16, 18 und dem
zweiten Adsorber 26 geöffnet.
Das in den Verdampfern 14, 16, 18 verdampfte
Fluid F wird somit während
der Regeneration des Adsorptionsmediums 28 in dem ersten
Adsorber 24 dem zweiten Adsorber 26 zugeführt und
an dem in dem zweiten Adsorber 26 bereitgestellten Adsorptionsmedium 28 adsorbiert.
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In ähnlicher
Weise kann während
der Regeneration des Adsorptionsmediums 28 in dem zweiten Adsorber 26 die
Fluidverbindung zwischen den Verdampfern 14, 16, 18 und
dem zweiten Adsorber 26 unterbrochen und stattdessen die
Fluidverbindung zwischen den Verdampfern 14, 16, 18 und
dem ersten Adsorber 24 wieder hergestellt werden. Das Kühlsystem 10 ermöglicht somit
einen kontinuierlichen Kühlbetrieb.
Darüber
hinaus ist die zu kühlende
Flugzeugeinrichtung 12 von den Energiezufuhreinrichtungen 30, 32 zur
Zufuhr von Regenerationsenergie zu den ersten und zweiten Adsorbern 24, 26 entkoppelt und
wird somit durch die den ersten und zweiten Adsorbern 24, 26 zugeführte Regenerationsenergie nicht
beeinflusst.
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Im
Betrieb des Kühlsystems 10 herrscht
sowohl in den Verdampfern 14, 16, 18 als
auch in dem mit den Verdampfern 14, 16, 18 in
Fluidverbindung stehenden ersten und/oder zweiten Adsorber 24, 26 ein
Unterdruck vor. Die Kühlleistung
des Kühlsystems 10 wird
durch den von den Verdampfern 14, 16, 18 dem
ersten und/oder dem zweiten Adsorber 24, 26 über die
Regelstrecke 22 zugeführte
Fluidvolumenstrom gesteuert. Die Temperatur der zu kühlenden
Flugzeugeinrichtung 12 kann somit durch eine entsprechende
Steuerung des Fluidvolumenstroms von den Verdampfern 14, 16, 18 in
Richtung des ersten und/oder des zweiten Adsorbers 24, 26 mit
Hilfe der in Form eines Dreiwegeventils mit variablem Strömungsquerschnitt
ausgebildeten Regelstrecke 22 eingestellt werden. Das Kühlsystem 10 ermöglicht somit
ein aktives Wärmemanagement.
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In 2 ist
ein in Form eines geschlossenen Systems ausgebildetes Kühlsystem 10 gezeigt,
das an Bord eines Flugzeugs zur Kühlung einer Flugzeugküche eingesetzt
werden kann. Bei dem Kühlsystem 10 sind
der erste und der zweite Adsorber 24, 26 in einen
in der 2 nicht näher
veranschaulichten Kältekreisprozess
integriert, so dass die den ersten und zweiten Adsorber 24, 26 während der
Regenerationsphasen zugeführte
Regenerationsenergie der aus einer Flugzeugkabine abgeführten Kabinenabluft
entzogen werden kann. Dadurch wird ein besonders energieeffizienter
Betrieb des Systems 10 ermöglicht, so dass der Gesamtwirkungsgrad
auf Flugzeugebene verbessert werden kann.
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Die
ersten und zweiten Adsorber 24, 26 des Kühlsystems 10 sind
jeweils mit einer Fluidabfuhreinrichtung 34 verbunden, über die
während
der Regenerationsphasen von dem Adsorptionsmedium 28 in den
ersten und zweiten Adsorbern 24, 26 desorbiertes
Fluid F im gasförmigen
Zustand aus den ersten und zweiten Adsorbern 24, 26 abgeführt werden kann.
Die Fluidabfuhreinrichtung 34 umfasst eine mit dem ersten
Adsorber 24 verbundene erste Abfuhrleitung 36 sowie
eine mit dem zweiten Adsor ber 26 verbundene zweite Abfuhrleitung 38.
In der ersten und der zweiten Abfuhrleitung 36, 38 ist
jeweils ein Ventil 40, 42 zur Steuerung der Fluidabfuhr
aus den ersten und zweiten Adsorbern 24, 26 angeordnet.
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Die
erste und die zweite Abfuhrleitung 36, 38 münden in
eine Abfuhrsammelleitung 44, die mit einem Kühler 46 verbunden
ist. In dem Kühler 46 wird das
aus den ersten und zweiten Adsorbern 24,26 während der
Regenerationsphasen der ersten und zweiten Adsorber 24, 26 abgeführte Fluid
F auf eine gewünschte
Temperatur abgekühlt.
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Ein
Fluidauslass 48 des Kühlers 46 steht über eine
Zufuhrsammelleitung 50 mit Zufuhrleitungen 52, 54, 56 in
Verbindung, über
die in dem Kühler 46 gekühltes Fluid
F in die Verdampfer 14, 16, 18 geleitet
werden kann. Zur Steuerung der Fluidzufuhr aus dem Kühler 46 in
die einzelnen Verdampfer 14, 16, 18 sind
in den Zufuhrleitungen 52, 54, 56 jeweils Ventile 58, 60, 62 angeordnet.
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Das
in der 3 gezeigte Kühlsystem 10, das
ebenfalls zur Kühlung
einer Flugzeugküche
verwendet werden kann, unterscheidet sich von dem in der 2 dargestellten
System dadurch, dass es als halboffenes System ausgebildet ist.
Das Kühlsystem 10 gemäß der 3 zeichnet
sich insbesondere dadurch aus, dass es in ein nicht näher veranschaulichtes
Wasserversorgungs- bzw. Abwassersystem an Bord des Flugzeugs integriert
ist. Zu diesem Zweck wird den Verdampfern 14, 16, 18 über die
Zufuhrsammelleitung 50 und die Zufuhrleitungen 52, 54, 56 Wasser
aus dem Wasserversorgungssystem des Flugzeugs als das in den Verdampfern 14, 16, 18 in den
gasförmigen
Aggregatzustand zu überführende Fluid
F zugeführt.
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Die
ersten und zweiten Adsorber 24, 26 sind über die
Fluidabfuhreinrichtung 34 mit dem Abwassersystem des Flugzeugs,
beispielsweise einem Wasserspeicherbehälter verbunden. Im Übrigen entsprechen
der Aufbau und die Funktionsweise des in der 3 gezeigten
Kühlsystems 10 dem
Aufbau und der Funktionsweise des Systems gemäß der 2.
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4 zeigt
einen speziellen Anwendungsfall eines Kühlsystems 10, bei
dem der Verdampfer 14 zur Aufnahme des zu verdampfenden
Fluids F durch einen Wasserspeicherbehälter gebildet wird, der Teil eines
Trinkwasserspendersystems zur Versorgung der Passagiere an Bord
eines Flugzeugs mit gekühltem
Trinkwasser ist. Der in Form eines Wasserspeicherbehälters ausgebildete
Verdampfer 14 ist über
eine Trinkwasserversorgungsleitung 64 mit dem nicht näher veranschaulichten
Trinkwas serspendersystem verbunden. Zur Steuerung der Trinkwasserzufuhr
in den in Form eines Wasserspeicherbehälters ausgebildeten Verdampfer 14 ist
in der Trinkwasserversorgungsleitung 64 ein Ventil 65 angeordnet.
Ferner weist der in Form eines Wasserspeicherbehälters ausgebildete Verdampfer 14 einen
Trinkwasserzapfhahn 66 zur Entnahme von gekühltem Trinkwasser auf.
Die Steuerung der Trinkwasserentnahme über den Trinkwasserzapfhahn 66 erfolgt
mittels eines Ventils 67.
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Darüber hinaus
ist der Verdampfer 14 mit einem Druckregelsystem 68 verbunden,
das dazu dient, den Druck in dem in Form eines Trinkwasserspeicherbehälters ausgebildeten
Verdampfer 14 zu regeln. Das Druckregelsystem 68 ist über ein
Ventil 70 mit dem Verdampfer 14 verbunden und
dazu in der Lage, in dem Verdampfer 14 sowohl einen Unterdruck
als auch einen Überdruck
zu erzeugen.
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Die
ersten und zweiten Adsorber 24, 26 des Kühlsystems 10 sind,
wie bei dem in der 3 gezeigten System, über die
Fluidabfuhreinrichtung 34 mit dem Abwassersystem des Flugzeugs
verbunden.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des in 4 gezeigten
Kühlsystems 10 erläutert. Wenn
das in dem in Form eines Trinkwasserspeicherbehälters ausgebildeten Verdampfer 14 aufgenommene
Trinkwasser die gewünschte
kühle Ausgabetemperatur hat,
wird der Verdampfer 14 mit Hilfe des Druckregelsystems 68 unter
einem Überdruck
gehalten, so dass am Trinkwasserzapfhahn 66 der zur Entnahme
von Trinkwasser aus dem Verdampfer 14 erforderliche Förderdruck
bereitsteht.
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Wenn
die Temperatur des Trinkwassers in dem Verdampfer 14 dagegen
die gewünschte
Zapftemperatur überschreitet,
wird mit Hilfe des Druckregelsystems 68 in dem Verdampfer 14 ein
Unterdruck erzeugt, so dass in dem Verdampfer 14 aufgenommenes
Trinkwasser in den gasförmigen
Aggregatzustand überführt werden
kann. Die dabei frei werdende Kälteenergie
kann zur Kühlung
des verbleibenden Trinkwassers in dem Verdampfer 14 genutzt
werden. Im Übrigen
entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise des Kühlsystems 10 gemäß der 4 dem Aufbau
und der Funktionsweise des in 3 gezeigten
Kühlsystems.