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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines insbesondere
zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord eines Flugzeugs geeigneten
Kühlsystems, bei dem mittels einer Kälteerzeugungseinrichtung
Kühlenergie erzeugt und mittels eines Kühlkreislaufs
mindestens einer Kühlstation zugeführt wird. In
dem Kühlkreislauf zirkuliert ein Kälteträgermedium,
das bei Abgabe seiner Kühlenergie an die mindestens eine
Kühlstation vom flüssigen in den gasförmigen
Aggregatzustand überführt und anschließend
durch eine entsprechende Druck- und Temperatursteuerung in dem Kühlkreislauf
wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurück
versetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein für einen
derartigen Betrieb geeignetes Kühlsystem.
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Ein
für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium
geeignetes Kühlsystem ist aus der
DE 10 2006 005 035 B3 bekannt
und dient beispielsweise dazu, an Bord eines Passagierflugzeugs gelagerte
und zur Ausgabe an die Passagiere vorgesehene Lebensmittel zu kühlen.
Typischerweise werden die zur Versorgung der Passagiere vorgesehenen
Lebensmittel in mobilen Transportbehältern aufbewahrt.
Diese Transportbehälter werden außerhalb des Flugzeugs
bestückt, vorgekühlt und nach der Verladung in
das Flugzeug an entsprechenden Stellplätzen in der Flugzeugpassagierkabine,
beispielsweise in den Bordküchen, abgestellt. Um zu gewährleisten,
dass die Lebensmittel bis zur Ausgabe an die Passagiere frisch bleiben,
sind im Bereich der Transportbehälterstellplätze
Kühlstationen vorgesehen, die von einer zentralen Kälteerzeugungseinrichtung mit
Kühlenergie versorgt werden und diese Kühlenergie
an die Transportbehälter mit den darin gelagerten Lebensmitteln
abgeben. Ein Kühlsystem mit einer zentralen Kälteerzeugungseinrichtung
hat dabei gegenüber separat an den einzelnen Transportbehälterstellplätzen
ausgebildeten Kälteerzeugungsaggregaten die Vorteile eines
geringeren Einbauvolumens sowie eines geringeren Gewichts und erfordert
darüber hinaus weniger Montage- und Wartungsaufwand. Darüber
hinaus können beim Einsatz eines Kühlsystems mit
einer zentralen, außerhalb der Passagierkabine angeordneten
Kälteerzeugungseinrichtung durch im Bereich der Transportbehälterstellplätze platzierte
Kälteerzeugungsaggregate erzeugte Maschinengeräusche
vermieden werden, die in der Flugzeugpassagierkabine hörbar
sind und somit als störend empfunden werden können.
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Bei
dem aus der
DE
10 2006 005 035 B3 bekannten Kühlsystem ermöglichen
die im Betrieb des Systems erfolgenden Phasenumwandlungen des den
Kühlkreislauf durch strömende Kälteträgermediums
eine Nutzung des dabei auftretenden latenten Wärmeverbrauchs
zu Kühlzwecken. Der zur Bereitstellung einer gewünschten
Kühlleistung erforderliche Kälteträgermediummassenstrom
ist daher deutlich geringer als z. B. in einem Flüssigkeitskühlsystem,
in dem ein einphasiges flüssiges Kälteträgermedium
zum Einsatz kommt. Infolge dessen kann das in der
DE 10 2006 005 035 B3 beschriebene
Kühlsystem geringere Leitungsquerschnitte aufweisen als ein
Flüssigkeitskühlsystem mit vergleichbarer Kühlleistung.
Ferner ermöglicht die Reduktion des Kälteträgermediummassenstroms
eine Verringerung der zur Förderung des Kälteträgermediums
durch den Kühlkreislauf des Kühlsystems erforderlichen
Förderleistung. Dies hat eine gesteigerte Effizienz des
Systems zur Folge, da weniger Energie zum Betreiben einer entsprechenden
Fördereinrichtung, wie z. B. einer Pumpe nötig
ist und überdies weniger zusätzliche Wärme
von dem Kühlsystem abgeführt werden muss, die
im Betrieb der Fördereinrichtung von der Fördereinrichtung
erzeugt wird.
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Ein
Problem bei dem in der
DE
10 2006 005 035 B3 offenbarten Kühlsystem stellt
jedoch der hohe Ruhedruck des Kälteträgermediums,
der im Ruhezustand des Systems auftreten kann, wenn sich das Kälteträgermedium
im Ruhezustand des Systems im gasförmigen Aggregatzustand
befindet. Während der Ruhedruck des Kälteträgermediums
in einem Flüssigkeitskühlsystem, in dem beispielsweise
Galden
® als Kälteträgermedium
zum Einsatz kommt, üblicherweise maximal ca. 20 bar beträgt,
können in einem für einen zweiphasigen Betrieb
ausgelegten Kühlsystem, in dem beispielsweise CO
2 als Kälteträgermedium
verwendet wird, bei einer Systemtemperatur von ca. 85°C
Drücke von 170 bis 220 bar auftreten. Infolgedessen ist
das Leitungssystem des Kühlsystems erheblichen mechanischen
Belastungen ausgesetzt und muss entsprechend ausgelegt werden. Dies führt
zu einer Erhöhung des Gewichts der Leitungen, was sich
insbesondere beim Einsatz des Kühlsystems an Bord eines
Flugzeugs nachteilig auswirkt. Darüber hinaus weist ein
Kühlsystem, in dessen Kühlkreislauf hohe Drücke
vorherrschen, sicherheitstechnische Nachteile sowie eine erhöhte
Anfälligkeit für Leckagen auf. Schließlich
ist für die Wartung eines derartigen System ein erhöhter
Zeit- und somit Kostenaufwand erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
eines Kühlsystems bereitzustellen, das eine gewichtsoptimierte
und in sicherheitstechnischer Hinsicht verbesserte Ausgestaltung
eines zum Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium
ausgelegten und insbesondere zur Kühlung von Lebensmitteln
an Bord eines Flugzeugs geeigneten Kühlsystems ermöglicht.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gewichtsoptimiertes
und in sicherheitstechnischer Hinsicht verbessertes Kühlsystem
anzugeben, das zum Betrieb mit einem zweiphasigen Kälte trägermedium ausgelegt
und insbesondere zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord
eines Flugzeugs geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kühlsystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben
eines Kühlsystems wird mittels einer Kälteerzeugungseinrichtung
Kühlenergie erzeugt. Die von der Kälteerzeugungseinrichtung
erzeugte Kühlenergie wird mittels eines Kühlkreislaufs
mindestens einer Kühlstation zugeführt. In dem
Kühlkreislauf zirkuliert ein Kälteträgermedium,
das bei Abgabe seiner Kühlenergie an die mindestens eine
Kühlstation vom flüssigen in den gasförmigen
Aggregatzustand überführt und anschließend
durch eine entsprechende Druck- und Temperatursteuerung in dem Kühlkreislauf
wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzt
wird. Als Kälteträgermedium kann z. B. CO2 oder R134A (CH2F-CF3) eingesetzt werden.
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Der
Kühlkreislauf des Kühlsystems kann mit lediglich
einer, beispielsweise im Bereich einer Bordküche in einer
Passagierkabine eines Flugzeugs angeordneten Kühlstation
verbunden sein. Der Kühlkreislauf kann jedoch auch dazu
eingerichtet sein, mehrere Kühlstationen, die in der Passagierkabine des
Flugzeugs verteilt angeordnet sein können, mit von der
Kälteerzeugungseinrichtung erzeugter Kühlenergie
zu versorgen. Im letztgenannten Fall umfasst der Kühlkreislauf
dann vorzugsweise eine Zufuhrleitung, über die ein von
einer zentralen Kälteerzeugungseinrichtung auf die erforderliche
Temperatur abgekühltes Kälteträgermedium
in Richtung der einzelnen Kühlstationen geleitet werden
kann, sowie eine Abfuhrleitung, über die das durch den
Kühlenergietransfer an die Kühlstationen erwärmte
Kälteträgermedium wieder in Richtung der zentralen
Kälteerzeugungseinrichtung zurückgeführt
werden kann. Die einzelnen Kühlstationen können
beispielsweise über entsprechende Stichleitungen mit der
Zufuhr- bzw. der Abfuhrleitung des ersten Kühlkreislaufs
verbunden sein.
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Die
Kälteerzeugungseinrichtung kann direkt mit dem Kühlkreislauf
gekoppelt sein. Vorzugsweise besteht jedoch lediglich eine thermische
Kopplung zwischen der Kälteerzeugungseinrichtung und dem Kühlkreislauf,
die beispielsweise mittels eines Wärmetauschers realisiert
sein kann. Dadurch kann vermieden werden, dass das Leitungssystems
des Kühlkreislaufs mit dem in der Kälteerzeugungseinrichtung vorherrschenden,
gegebenenfalls sehr hohen Druck beaufschlagt wird. Der Wärmetauscher
kann in Form eines Kondensators ausgebildet sein, so dass das in dem Kühlkreislauf
zirkulierende Kälteträgermedium beim Durchströmen
des Wärmetauschers vom gasförmigen in den flüssigen
Aggregatzustand versetzt wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird beim Überführen
des Kühlsystems in seinen Ruhezustand ein in dem Kühlkreislauf
angeordnetes Steuerventil derart gesteuert, dass sich in dem Kühlkreislauf
stromabwärts des Steuerventils ein gewünschter
Betriebsdruck einstellt. Durch die Kälteerzeugungseinrichtung
gekühltes Kälteträgermedium wird in einem
stromaufwärts des Steuerventils in dem Kühlkreislauf
angeordneten Reservoir aufgenommen. Im Kontext dieser Anmeldung
sind die Begriffe ”stromabwärts” und ”stromaufwärts” jeweils
auf die Strömungsrichtung des Kälteträgermediums
durch den Kühlkreislauf bezogen. Als Steuerventil kann
ein Ventil mit einem variablen Strömungsquerschnitt, wie z.
B. ein Magnetventil oder dergleichen eingesetzt werden. Das Reservoir
ist vorzugsweise in einem Bereich des Kühlkreislaufs angeordnet,
der stromaufwärts eines Kühlkreislaufbereichs
liegt, in dem der Kühlkreislauf zur Übertragung
der von der Kälteerzeugungseinrichtung erzeugten Kühlenergie
auf das den Kühlkreislauf durchströmende Kälteträgermedium
entweder direkt oder lediglich thermisch mit der Kälteerzeugungseinrichtung
gekoppelt ist.
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Durch
das erfindungsgemäße Betriebsverfahren kann wirksam
verhindert werden, dass ein stromaufwärts des Steuerventils
liegender Bereich des Kühlkreislaufs, d. h. die in diesem
Bereich des Kühlkreislaufs vorgesehenen Leitungen und sonstigen
Komponenten, wie z. B. Ventile, Wärmetauscher etc. im Ruhezustand
des Kühlsystems mit dem hohen maximalen Ruhedruck des zweiphasigen
Kälteträgermediums beaufschlagt werden kann, der
sich einstellt, wenn das Kälteträgermedium im
gasförmigen Aggregatzustand vorliegt. Stattdessen kann
der stromabwärts des Steuerventils liegende Bereich des Kühlkreislaufs
unter einem vergleichsweise geringen Betriebsdruck gehalten werden.
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Die
mechanischen Belastungen, denen das Leitungssystem sowie die weiteren
Komponenten des stromabwärts des Steuerventils liegenden
Kühlkreislaufbereichs im Ruhezustand des Kühlsystems ausgesetzt
sind, können durch das erfindungsgemäße
Betriebsverfahren somit deutlich verringert werden. Eine an die
verringerten mechanischen Belastungen angepasste Auslegung des Kühlkreislaufs
ermöglicht daher Gewichts- und Volumenreduktionen, die
sich insbesondere bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen
Kühlsystems an Bord eines Flugzeugs positiv auswirken und
zu einer Senkung der Herstellungs- und Betriebskosten führen.
Darüber hinaus zeichnet sich ein nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren betriebenes Kühlsystem aufgrund des verringerten
Drucks, der im Ruhezustand des Kühlsystem in weiten Bereichen
des Kühlkreislaufs vorherrscht, durch eine erhöhte
Betriebssicherheit und eine verringerte Leckageanfälligkeit
aus. Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße
Betriebsverfahren eine Vereinfachung von Montage- und Wartungsarbeiten.
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Vorzugsweise
wird der Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung bei dem
erfindungsgemäß Verfahren zum Betreiben eines
Kühlsystems derart gesteuert, dass sich ein gewünschter
Anteil des Kälteträgermediums bei der Aufnahme
in dem Reservoir im flüssigen Aggregatzustand befindet.
Der Anteil des Kälteträgermediums, der sich bei
der Aufnahme in dem Reservoir im flüssigen Aggregatzustand
befindet, ist vorzugsweise möglichst hoch und beträgt Idealerweise
100%. Durch die Überführung des Kälteträgermediums
in den flüssigen Aggregatzustand kann der Druck, dem das
Reservoir im Ruhezustand des Kühlsystems ausgesetzt ist,
in vorteilhafter Weise minimiert werden. Um sicherzustellen, dass
das System auch bei Umgebungstemperaturen von ca. 85°C
in Ruhezustand gehalten werden kann, ist das Reservoir jedoch vorzugsweise
so ausgelegt sein, dass es dazu in der Lage ist, dem maximalen Ruhedruck
des Kälteträgermediums Stand zu halten, der sich
einstellt, wenn das Kälteträgermedium im gasförmigen
Aggregatzustand vorliegt.
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Der
Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung kann derart gesteuert
werden, dass dem Kälteträgermedium beim Überführen
des Kühlsystems in seinen Ruhezustand zumindest zeitweise
mehr Kühlenergie zugeführt wird als im Normalbetrieb
des Kühlsystems. Die Menge der dem Kälteträgermedium
zugeführten Kühlenergie kann in Abhängigkeit
verschiedener Parameter gesteuert werden. Zu diesen Parametern können
beispielsweise der Anteil des Kälteträgermediums,
der sich bei der Aufnahme des Kälteträgermediums
in dem Reservoir im flüssigen Aggregatzustand befinden
soll, sowie der Wärmeinhalt des Kälteträgermediums
vor der Kühlenergiezufuhr gehören. Eine gesteigerte
Kühlenergiezufuhr zu dem in dem Kühlkreislauf
zirkulierenden Kälteträgermedium kann beispielsweise
durch eine Absenkung der Betriebstemperatur des Wärmetauschers
realisiert werden, der dazu dient, die Kälteerzeugungseinrichtung
thermisch mit dem Kühlkreislauf zu koppeln.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betreiben eines Kühlsystems wird die Rückströmung
von Kälteträgermedium aus dem Reservoir in einen
stromaufwärts des Reservoirs liegenden Bereich des Kühlkreislaufs durch
ein stromaufwärts des Reservoirs in dem Kühlkreislauf
angeordnetes Ventil, z. B. ein Rückschlagventil unterbunden.
Das z. B. als Rückschlagventil ausgebildete Ventil und
das Steuerventil begrenzen damit einen Bereich des Kühlkreislaufs,
der für den maximalen Ruhedruck des Kälteträgermediums
ausgelegt sein muss, wohingegen alle außerhalb dieses Bereichs
liegenden Bereiche des Kühlkreislaufs lediglich so gestaltet
sein müssen, dass sie dem Betriebsdruck des Systems standhalten.
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Beim Überführen
des Kühlsystems in seinen Ruhezustand wird bei dem erfindungsgemäßen
Betriebsverfahren durch eine entsprechende Ansteuerung des Steuerventils,
die beispielsweise das Schließen des Steuerventils bewirkt,
in dem stromabwärts des Steuerventils liegenden Kühlkreislaufbereich
der gewünschte Betriebsdruck eingestellt. Die Kälteerzeugungseinrichtung
und/oder eine Fördereinrichtung zur Förderung
des Kälteträgermediums durch den Kühlkreislauf
wird/werden dagegen auch nach dem Schließen des Steuerventils
vorzugsweise noch weiter betrieben, um Kälteträgermedium
aus dem stromabwärts des Steuerventils liegenden Kühlkreislaufbereich
durch Kühlenergiezufuhr von der Kälteerzeugungseinrichtung
abzukühlen und/oder in das Reservoir zu fördern.
Beispielsweise können die Fördereinrichtung und/oder
die Kälteerzeugungseinrichtung erst dann abgeschaltet werden,
wenn ein gewünschter Kälteträgermediumfüllstand
in dem Reservoir und/oder ein gewünschtes Kälteträgermediumdruck/Kälteträgermediumtemperatur-Verhältnis
in einem in Form eines Kondensators ausgebildeten Wärmetauscher
erreicht ist, der dazu eingerichtet ist, die von der Kälteerzeugungseinrichtung
erzeugte Kühlenergie auf das in dem Kühlkreislauf
zirkulierende Kälteträgermedium zu übertragen.
Der Kälteträgermediumfüllstand, der Kälteträgermediumdruck und
die Kälteträgermediumtemperatur können
durch geeignete Sensoren gemessen werden.
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Falls
dies beispielsweise nach Montage- oder Wartungsarbeiten gewünscht
oder erforderlich ist, kann der Kühlkreislauf im Ruhezustand
des Kühlsystems über eine mit dem Reservoir verbundene Füllleitung
mit Kälteträgermedium befüllt werden.
In der Zufuhrleitung kann ein z. B. in Form eines Rückschlagventils
ausgebildetes Ventil angeordnet sein, um eine unerwünschte
Rückströmung von Kälteträgermedium
aus dem Reservoir in die Füllleitung zu unterbinden. Durch
die Füllleitung kann der Kühlkreislauf des Kühlsystems
mit Kälteträgermedium befüllt werden,
ohne dass eine vorhergehende Evakuierung des Kühlkreislaufs
erforderlich ist.
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Wenn
im Normalbetrieb des Kühlsystems oder beim Überführen
des Kühlsystems in seinen Ruhezustand erkannt wird, dass
in dem Kühlsystem, beispielsweise in dem Leitungssystem
oder einer anderen Komponente des Kühlkreislaufs, ein Lufteinschluss
vorhanden ist, kann das Kühlsystem durch eine entsprechende
Steuerung eines in einer Entlüftungsleitung angeordneten
Entlüftungsventils entlüftet werden. Das Entlüftungsventil
kann beispielsweise ein Magnetventil mit einem variablen Strömungsquerschnitt
sein und manuell oder automatisch gesteuert werden. Die Entlüftungsleitung
kann beispielsweise mit einem unterkühlten Bereich des
Wärmetauschers verbunden sein, der dazu dient, die von der
Kälteerzeugungseinrichtung erzeugte Kühlenergie
auf das in dem Kühlkreislauf zirkulierende Kälteträgermedium
zu übertragen. Dadurch kann gewährleistet werden,
dass nur Luft, nicht aber das Kälteträgermedium
aus dem Kühlkreislauf austritt. Um einen Lufteinschluss
in dem Kühlsystem zu erkennen, kann beispielsweise eine
Korrelation zwischen der Tautemperatur und dem Taudruck des in dem
Kühlkreislauf zirkulierenden Kälteträgermediums überwacht werden.
Wenn die Korrelation zwischen der Tautemperatur und dem Taudruck
des in dem Kühlkreislauf zirkulierenden Kälteträgermediums
außerhalb eines Normalbereichs liegt, wird dies als Indiz
für das Vorliegen eines Lufteinschlusses in dem Kühlsystem
gewertet und die Entlüftung des Systems eingeleitet.
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Ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem, das insbesondere
zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord eines Flugzeugs geeignet
ist, umfasst eine Kälteerzeugungseinrichtung sowie einen
Kühlkreislauf, der dazu eingerichtet ist, mindestens einer
Kühlstation von der Kälteerzeugungseinrichtung
erzeugte Kühlenergie zuzuführen, wobei ein in
dem Kühlkreislauf zirkulierendes Kälteträgermedium
so gewählt ist, dass es bei Abgabe seiner Kühlenergie
an die mindestens eine Kühlstation vom flüssigen
in den gasförmigen Aggregatzustand überführbar
und anschließend über eine entsprechende Druck-
und Temperatursteuerung in dem Kühlkreislauf wieder in
den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzbar
ist. Als Kälteträgermedium kann z. B. CO2 oder R134A (CH2F-CF3) eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst eine
Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, beim Überführen
des Kühlsystems in seinen Ruhezustand ein in dem Kühlkreislauf
angeordnetes Steuerventil derart zu steuern, dass sich in dem Kühlkreislauf stromabwärts
des Steuerventils ein gewünschter Betriebsdruck einstellt.
Die Steuereinheit kann beispielsweise in Form einer elektronischen
Steuereinheit ausgeführt sein und bei der Steuerung des
Steuerventils Signale verwerten, die der Steuereinheit von einem
Drucksensor zur Messung des Kälteträgermediumdrucks
in einem stromabwärts des Steuerventils liegenden Kühlkreislaufbereich
zugeführt werden. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Kühlsystem
ein stromaufwärts des Steuerventils in dem Kühlkreislauf
angeordnetes Reservoir, das dazu eingerichtet ist, durch die Kälteerzeugungseinrichtung
gekühltes Kälteträgermedium aufzunehmen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kühlsystem sind
das Leitungssystem sowie die weiteren Komponenten des stromabwärts
des Steuerventils liegenden Kühlkreislaufbereichs lediglich
dem durch die entsprechende Steuerung des Steuerventils eingestellten
gewünschten Betriebsdruck ausgesetzt. Es kann daher darauf
verzichtet werden, diese Kühlsystemelemente so auszulegen,
dass sie dem maximalen Ruhedruck des Kälteträgermediums
standhalten können. Dadurch lassen sich Gewichts- und Volumenreduktionen
erreichen, so dass das erfindungsgemäße Kühlsystem
besonders gut zum Einsatz an Bord eines Flugzeugs geeignet ist.
Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße
Kühlsystem durch eine erhöhte Betriebssicherheit
und eine verringerte Leckageanfälligkeit aus. Schließlich
ist das Kühlsystem verhältnismäßig
einfach zu montieren und zu warten.
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Vorzugsweise
ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung
derart zu steuern, dass sich ein gewünschter Teil des Kälteträgermediums
bei der Aufnahme in dem Reservoir im flüssigen Aggregatzustand
befindet. Der gewünschte Anteil des Kälteträgermediums, der
sich bei der Aufnahme des Kälteträgermediums in
dem Reservoir im flüssigen Aggregatzustand befindet, ist
vorzugsweise möglichst hoch und beträgt idealerweise
100%.
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Die
Steuereinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, den Betrieb der
Kälteerzeugungseinrichtung derart zu steuern, dass dem
Kälteträgermedium beim Überführen
des Kühlsystems in seinen Ruhezustand zumindest zeitweise
mehr Kühlenergie zugeführt wird als im Normalbetrieb
des Kühlsystems.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem kann ferner
ein stromaufwärts des Reservoirs in dem Kühlkreislauf
angeordnetes z. B. in Form eines Rückschlagventils ausgebildetes
Ventil umfassen, dass dazu eingerichtet ist, die Rückströmung
von Kälteträgermedium aus dem Reservoir in einen
stromaufwärts des Reservoirs liegenden Bereich des Kühlkreislaufs
zu unterbinden.
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Die
Steuereinheit des erfindungsgemäßen Kühlsystems
kann ferner dazu eingerichtet sein, eine Fördereinrichtung
zur Förderung des Kälteträgermediums
durch den Kühlkreislauf und/oder die Kälteerzeugungseinrichtung
abzuschalten, wenn ein gewünschter Kälteträgermediumfüllstand
in dem Reservoir und/oder ein gewünschtes Kälteträgermediumdruck/Kälteträgermediumtemperatur-Verhältnis
in einem in Form eines Kondensators ausgebildeten Wärmetauscher
erreicht ist, der dazu eingerichtet ist, die von der Kälteerzeugungseinrichtung
erzeugte Kühlenergie auf das in dem Kühlkreislauf
zirkulierende Kälteträgermedium zu übertragen.
Der Kälteträgermediumfüllstand, der Kälteträgermediumdruck und
die Kälteträgermediumtemperatur können
durch geeignete Sensoren gemessen werden.
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Das
Kühlsystem kann ferner eine mit dem Reservoir verbundene
Füllleitung umfassen, durch die der Kühlkreislauf
im Ruhezustand des Kühlsystems mit Kälteträgermedium
befüllbar ist. In der Füllleitung kann ein z.
B. in Form eines Rückschlagventils ausgebildetes Ventil
angeordnet sein.
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Die
Steuereinheit des erfindungsgemäßen Kühlsystems
kann ferner dazu eingerichtet sein, ein in einer Entlüftungsleitung
angeordnetes Entlüftungsventil derart zu steuern, dass
das Kühlsystem entlüftet wird, wenn im Betrieb
des Kühlsystems ein Lufteinschluss erkannt wird. Zur Erkennung
eines Lufteinschlusses kann die Steuereinheit eine Korrelation zwischen
der Tautemperatur und dem Taudruck des in dem Kühlkreislauf
zirkulierenden Kälteträgermediums überwachen
und die Entlüftung des Systems einleiten, wenn diese Korrelation
außerhalb eines Normalbereichs liegt.
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Die
Entlüftungsleitung kann mit einem unterkühlten
Bereich eines in Form eines Kondensators ausgebildeten Wärmetauschers
verbunden sein, der dazu eingerichtet ist, die von der Kälteerzeugungseinrichtung
erzeugte Kühlenergie auf das in dem Kühlkreislauf
zirkulierende Kälteträgermedium zu übertragen.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem ist besonders
gut zur Verwendung in einem Flugzeug, insbesondere zur Kühlung
von Lebensmitteln an Board des Flugzeugs geeignet.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand
der beigefügten schematischen Zeichnungen näher
erläutert, von denen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem zeigt,
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2 eine
vergrößerte Darstellung einer in dem erfindungsgemäßen
Kühlsystem nach 1 eingesetzten Kälteerzeugungseinrichtung
zeigt und
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3 eine
vergrößerte Darstellung des in 1 markierten
Bereichs des erfindungsgemäßen Kühlsystems
zeigt.
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1 zeigt
ein Kühlsystem 10, das dazu vorgesehen ist, an
Bord eines Passagierflugzeugs zur Ausgabe an die Passagiere vorgesehene
und in mobilen Transportbehältern gelagerte Lebensmittel
zu kühlen. Das Kühlsystem 10 umfasst
eine zentrale Kälteerzeugungseinrichtung 12 sowie
eine Mehrzahl von Kühlstationen 14, die im Bereich
der Bordküchen an jeweiligen Stellplätzen der
Transportbehälter in der Pas sagierkabine des Flugzeugs
verteilt angeordnet sind. Zur Versorgung der Kühlstationen 14 mit Kühlenergie
ist ein Kühlkreislauf 16 vorgesehen, der von einem
Kälteträgermedium, wie durch den Pfeil P angedeutet,
entgegen dem Uhrzeigersinn durchströmt wird. Als Kälteträgermedium
kommt in dem Kühlkreislauf 16 CO2 zum
Einsatz.
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Der
Kühlkreislauf 16 des Kühlsystems 10 ist über
einen in Form eines Kondensators ausgebildeten Wärmetauscher 18 thermisch
mit einem weiteren Kühlkreislauf 20 der Kälteerzeugungseinrichtung 12 gekoppelt.
Im Übrigen sind der Kühlkreislauf 16 des Kühlsystems 10 und
der weitere Kühlkreislauf 20 der Kälteerzeugungseinrichtung 12 getrennt
voneinander ausgebildet, so dass der Kühlkreislauf 16 des Kühlsystems 10 im
Betrieb des Kühlsystems 10 nicht mit dem in dem
weiteren Kühlkreislauf 20 der Kälteerzeugungseinrichtung 12 vorherrschenden,
gegebenenfalls sehr hohen Druck beaufschlagt wird.
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Der
Kühlkreislauf 16 umfasst eine Zufuhrleitung 22,
eine Abfuhrleitung 24 sowie eine Mehrzahl von Stichleitungen 26,
wobei die Stichleitungen 26 jeweils dazu dienen, die einzelnen
Kühlstationen 14 mit der Zu- bzw. der Abfuhrleitung 22, 24 des
Kühlkreislaufs 16 zu verbinden. Eine in Form einer
Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung 28 ist in
der Zufuhrleitung 22 des Kühlkreislaufs 16 angeordnet
und dient dazu, das Kälteträgermedium aus einem
stromaufwärts der Fördereinrichtung 28 liegenden
Bereich des Kühlkreislaufs 16 in ein stromabwärts
der Fördereinrichtung 28 in dem Kühlkreislauf 16 angeordnetes Reservoir 30 zu
fördern. Das Reservoir 30 ist mit einer entsprechenden
Isolierung versehen, so dass das in dem Reservoir 30 zwischengespeicherte
Kälteträgermedium auf einer gewünschten
tiefen Temperatur gehalten werden kann.
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In
jeder die Zufuhrleitung 22 des Kühlkreislaufs 16 mit
den einzelnen Prüfstationen 14 verbindenden Stichleitung 26 ist
ein Drosselventil 31 angeordnet, das dazu dient, die Durchflussrate
des Kälteträgermediums in Richtung einer jeden
Kühlstation 14 sowie den Druck des Kälteträgermediums
stromaufwärts einer jeden Kühlstation 14 zu
steuern. Jedes Drosselventil 31 ist bei Bedarf dazu in
der Lage, den Durchfluss des Kälteträgermediums
durch die entsprechende Stichleitung 26 vollständig
zu unterbrechen und somit die Zufuhr des Kälteträgermediums
zu der stromabwärts des Drosselventils 31 angeordneten
Kühlstation 14 zu stoppen. Dadurch können
einzelne Kühlstationen 14 auf einfache Art und Weise
von dem Kühlkreislauf 16 entkoppelt werden, während
anderen Kühlstationen 14 weiterhin Kühlenergie
zugeführt wird.
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Jede
Kühlstation 14 weist einen getrennt von dem Kühlkreislauf 16 ausgebildeten
Kühlkreislauf 32 auf, der über einen
Wärmetauscher 33 thermisch mit dem Kühlkreislauf 16 gekoppelt
ist. Der Wärmetauscher 33 ist als Verdampfungseinrichtung
ausgebildet, so dass das den Kühlkreislauf 16 durchströmende
Kälteträgermedium bei der Abgabe seiner Kühlenergie
an die Kühlstation 14 vom flüssigen in
den gasförmigen Aggregatzustand überführt
wird. Nach seinem Austritt aus dem Wärmetauscher 33 wird
das Kälteträgermedium durch entsprechende Temperatur-
und Drucksteuerung in dem Kühlkreislauf 16 wieder
in den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzt.
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Wie
aus 2 ersichtlich wird, ist in dem weiteren Kühlkreislauf 20 der
Kälteerzeugungseinrichtung 12 eine in Form eines
Kompressors ausgebildete weitere Fördereinrichtung 34 angeordnet,
die dazu dient, ein weiteres Kälteträgermedium
in dem weiteren Kühlkreislauf 20 zu zirkulieren.
Als weiteres Kälteträgermedium wird CO2 eingesetzt. Stromabwärts der weiteren
Fördereinrichtung 34 ist in dem weiteren Kühlkreislauf 20 der
Kälteerzeugungseinrichtung 12 eine als Gaskühler
ausgebildete Kühlvorrichtung 36 angeordnet. Die
Kühlvorrichtung 36, bei der Umgebungsstauluft
als Wärmesenke verwendet wird, dient dazu, das in dem weiteren
Kühlkreislauf 20 zirkulierende weitere Kälteträgermedium
auf die erforderliche tiefe Temperatur abzukühlen.
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In
dem weiteren Kühlkreislauf 20 der Kälteerzeugungseinrichtung 12 ist
ferner ein weiterer Wärmetauscher 38 angeordnet.
Der weitere Wärmetauscher 38 sorgt für
eine thermische Kopplung eines sich stromaufwärts der weiteren
Fördereinrichtung 34 erstreckenden Abschnitts
des weiteren Kühlkreislaufs 20 mit einem sich
stromabwärts der Kühlvorrichtung 36 erstreckenden
Abschnitt des weiteren Kühlkreislaufs 20. Durch
die Anordnung des weiteren Wärmetauschers 38 in
dem weiteren Kühlkreislauf 20 wird erreicht, dass
das durch die Kühlenergieübertragung von dem weiteren
Kühlkreislauf 20 auf den Kühlkreislauf 16 in
dem Wärmetauscher 18 erwärmte Kälteträgermedium
vor seinem Eintritt in die weitere Fördereinrichtung 34 und
die Kühlvorrichtung 36 zunächst den weiteren
Wärmetauscher 38 durchströmt. Bei Durchtritt
durch den weiteren Wärmetauscher 38 nimmt das
weitere Kälteträgermedium, das den sich stromaufwärts
der weiteren Fördereinrichtung 34 erstreckenden
Abschnitt des weiteren Kühlkreislaufs 20 durchströmt,
Wärme auf und erfährt somit eine Temperaturerhöhung.
Dadurch wird sichergestellt, dass das als weiteres Kälteträgermedium
eingesetzte CO2 der als Kompressor ausgebildeten
weiteren Fördereinrichtung 34 im gasförmigen
Zustand zugeführt wird.
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Wie
am Besten in 3 zu erkennen ist, umfasst das
Kühlsystem 10 ferner ein Steuerventil 44, das
stromabwärts des Reservoirs 30 in dem Kühlkreislauf 16 angeordnet
ist. Stromaufwärts des Reservoirs 30 ist in dem
Kühlkreislauf 16 ein Rückschlagventil 46 vorgesehen.
Eine mit dem Reservoir 30 verbundene Füllleitung 48 dient,
beispielsweise nach Wartungsarbeiten, der Zufuhr von Kälteträgermedium
in den Kühlkreislauf 16. In der Zufuhrleitung 48 ist
ein weiteres Rückschlagventil 50 angeordnet.
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Ferner
umfasst das Kühlsystem 10 eine Entlüftungsleitung 52 sowie
ein in der Entlüftungsleitung 52 angeordnetes
Entlüftungsventil 54. Die Entlüftungsleitung 52 ist
mit einem unterkühlten Bereich 56 des in Form
eines Kondensators ausgebildeten Wärmetauschers 18 verbunden.
Das Entlüftungsventil 54 wird, ebenso wie die
Fördereinrichtung 28, das Steuerventil 44 und
die Kälteerzeugungseinrichtung 12 mittels einer
elektronischen Steuereinheit 58 gesteuert. Die elektronische
Steuereinheit 58 kann mit verschiedenen in den Figuren
nicht veranschaulichten Sensoren zur Erfassung des Betriebszustands
des Kühlsystems 10, wie z. B. Druck und Temperatursensoren
verbunden sein und die von diesen Sensoren ausgegebenen Signale
zur Steuerung der Fördereinrichtung 28, des Entlüftungsventils 54,
des Steuerventils 44 und der Kälteerzeugungseinrichtung 12 heranziehen.
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Wenn
das Kühlsystem 10 in seinen Ruhezustand überführt
werden soll, steuert die elektronische Steuereinheit 58 das
Steuerventil 44 derart, dass sich in dem Kühlkreislauf 16 stromabwärts
des Steuerventils 44 ein gewünschter Betriebsdruck
pB einstellt. Dies kann beispielsweise durch
das Schließen des Steuerventils 44 erreicht werden.
Die Fördereinrichtung 28 und die Kälteerzeugungseinrichtung 12 werden
jedoch auch nach dem Schließen des Steuerventils 44 zunächst
weiterbetrieben. Dadurch wird Kälteträgermedium
aus dem stromabwärts des Steuerventils 44 liegenden
Bereich des Kühlkreislaufs 16 zunächst
dem Wärmetauscher 18 zugeführt.
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Die
elektronische Steuereinheit 58 steuert die Kälteerzeugungseinrichtung 12 derart,
dass das Kälteträgermedium beim Durchströmen
des Wärmetauschers im Wesentlichen vollständig
in den flüssigen Aggregatzustand überführt
wird. Hierzu kann die elektronische Steuereinheit 58, falls
erforderlich, die Kälteerzeugungseinrichtung 12 auch
so steuern, dass dem Kälteträgermedium beim Überführen
des Kühlsystems 10 in seinen Ruhezustand zumindest zeitweise
mehr Kühlenergie zugeführt wird, als im Normalbetrieb
des Kühlsystems 10. Die Fördereinrichtung 28 fördert
das flüssige Kälteträgermedium dann in
das Reservoir 30, wobei eine Rückströmung des
Kälteträ germediums aus dem Reservoir 30 in
einen Stromaufwärts des Reservoirs 30 liegenden
Bereich des Kühlkreislaufs 16 durch das Rückschlagventil 46 unterbunden
wird.
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Die
Kälteerzeugungseinrichtung 12 und die Fördereinrichtung 28 werden
solange betrieben, bis in dem Reservoir 30 ein gewünschter
Kälteträgermediumfüllstand und/oder ein
gewünschter Kälteträgermediumdruck erreicht
ist. Beispielsweise kann der Kälteträgermediumdruck
in dem Reservoir gleich dem Betriebsdruck pB,
der mittels des Steuerventils 44 auch in dem stromabwärts
des Steuerventils 44 legenden Bereich des Kühlkreislaufs 16 eingestellt wird.
Im Ruhezustand des Kühlsystems 10 kann somit lediglich
der von dem Rückschlagventil 46 und dem Steuerventil 44 begrenzte
Bereich des Kühlkreislaufs 16 mit dem maximalen
Ruhedruck pR des Kälteträgermediums
beaufschlagt werden, der sich dann einstellt, wenn das Kälteträgermedium
vollständig im gasförmigen Zustand vorlegt. Die
außerhalb dieses Bereichs angeordneten Komponenten des Kühlkreislaufs 16 werden
dagegen lediglich mit dem Betriebsdruck pB beaufschlagt.
Es ist daher möglich, diese Komponenten einfacher und damit
leichter auszulegen. Darüber hinaus zeichnet sich das Kühlsystem 10 aufgrund
des verringerten Drucks, der im Ruhezustand des Kühlsystems 10 in
weiten Bereichen des Kühlkreislaufs 16 vorherrscht,
durch eine erhöhte Betriebssicherheit und eine verringerte
Leckageanfälligkeit aus.
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Durch
die Zufuhrleitung 48 kann der Kühlkreislauf 16 des
Kühlsystems 10, beispielsweise nach Wartungsarbeiten,
mit Kälteträgermedium befüllt werden,
ohne dass hierzu eine vorhergehende Evakuierung des Kühlkreislaufs 16 erforderlich
wäre. Dies erleichtert die Wartung und Wiederinbetriebnahme
des Kühlsystems 10.
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Schließlich überwacht
die elektronische Steuereinheit 58 durch die Verarbeitung
entsprechender Sensorsignale eine Korrelation zwischen der Tautemperatur
und dem Taudruck des Kälteträgermediums in dem
Kühlkreislauf 16. Wenn diese Korrelation außerhalb
eines definierten Normalbereichs liegt, wertet die elektronische
Steuereinheit 58 dies als Indiz dafür, dass in
dem Kühlsystem 10 ein Lufteinschluss vorhanden
ist. In Reaktion auf die Erkennung eines Lufteinschlusses in dem
Kühlsystem 10 steuert die elektronische Steuereinheit 58 das Entlüftungsventil 54 an,
wodurch das Entlüftungsventil 54 geöffnet
und der Kühlkreislauf 16 entlüftet werden
kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006005035
B3 [0002, 0003, 0003, 0004]