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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 durchströmenden 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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Bei dem in der
DE 10 2006 040 380 A1 beschriebenen Kühlsystem sind in einem geschlossenen Kühlkreislauf ein Verdichter, ein Verflüssiger, ein Stoppventil und ein Verdampfer zur Abgabe von Kühlenergie an eine Kühlstation in Reihe angeordnet. Beim Übergang des Kühlsystems in eine Ruhephase schließt eine Steuereinheit gleichzeitig mit dem Ausschalten des Verdampfers das Stoppventil, um im Verflüssiger einen hohen Druck aufrecht zu erhalten, so dass zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer ein Druckunterschied entsteht.
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Die
DE 43 40 316 A1 beschreibt ein Kühlsystem mit einem Kühlkreislauf, in dem ein Kälteträgermedium zirkuliert, das bei Abgabe seiner Kühlenergie an Kühlstationen durch den Kühlstationen zugeordneten Verdampfer vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt und anschließend einem Kondensator zugeführt wird, um wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzt zu werden. Das in dem Kondensator verflüssigte Kälteträgermedium wird in einem Behälter aufgefangen, um von diesem aus über eine Flüssigkeitskühlmittelzufuhrleitung den einzelnen Kühlstationen zugeführt zu werden. Jeder Kühlstation, sprich jedem Verdampfer, ist ein Durchflussmengenregler vorgeschaltet.
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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 Kälteträgermedium 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 und stromabwärts der Kopplung des Kühlkreislaufs mit der Kälteerzeugungseinrichtung 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 stromabwärts 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 im 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 und stromabwärts der Kopplung des Kühlkreislaufs mit der Kälteerzeugungseinrichtung 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 Passagierkabine 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 Kühlstationen 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 Kälteträgermediums 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 liegenden 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 vorliegt. 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.