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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen.
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Moderne Luftfahrzeuge, insbesondere Verkehrsflugzeuge, umfassen eine Vielzahl von Komponenten und Systemen, die in Abhängigkeit ihrer Ausgestaltung, ihrer Funktion und ihres Betriebszustands sowie in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen gekühlt und/oder beheizt werden müssen. Einige an Bord des Luftfahrzeugs vorhandene Systeme, wie z. B. elektronische Einrichtungen müssen im Betrieb ausschließlich gekühlt werden, um eine ausreichende Abfuhr der von den Luftfahrzeugeinrichtungen erzeugten Wärmelasten und damit eine ordnungsgemäße Funktion der Luftfahrzeugeinrichtungen zu gewährleisten. Andere Systeme müssen dagegen insbesondere dann, wenn sich das Luftfahrzeug im Flugbetrieb befindet und Außentemperaturen von bis zu –60°C vorherrschen, beheizt werden. Schließlich gibt es Systeme, die in bestimmten Betriebssituationen, beispielsweise im Bodenbetrieb des Luftfahrzeugs, gekühlt und in anderen Betriebssituationen, beispielsweise im Flugbetrieb des Luftfahrzeugs, beheizt werden müssen.
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In derzeit eingesetzten Luftfahrzeugen werden die verschiedenen an Bord des Luftfahrzeugs vorhandenen zu kühlenden und/oder zu beheizenden Einrichtungen durch den zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen zugeordnete Einzelkühl- und/oder -heizsysteme mit Kühl- und/oder Heizenergie versorgt. Die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme sind hinsichtlich ihres Aufbaus und ihres Betriebs in der Regel speziell an die von den zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen gestellten Kühl- und oder Heizbedarfsanforderungen angepasst. Um in allen Betriebssituationen des Luftfahrzeugs zuverlässig eine ordnungsgemäße Funktion der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen sicherstellen zu können, müssen die den zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen zugeordneten Einzelkühl- und/oder -heizsysteme daher so dimensioniert und ausgelegt sein, dass sie auch in Spitzenlastzeiten, d. h. Zeiten maximalen Kühl- und/oder Heizbedarfs der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen, eine ausreichende Versorgung der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen mit Kühl- und/oder Heizenergie ermöglichen. Die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme haben daher ein verhältnismäßig hohes Gewicht sowie einen verhältnismäßig hohen Einbauraumbedarf. Ferner ist der Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme insbesondere in Spitzenlastzeiten sehr energieintensiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen bereitzustellen, die eine leichtgewichtige und einbauraumsparende Dimensionierung und Auslegung von den zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen zugeordneten Einzelkühl- und/oder -heizsystemen sowie einen energieeffizienten Betrieb dieser Einzelkühl- und/oder -heizsysteme ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein System zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Das erfindungsgemäße System zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen umfasst ein erstes, einer ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordnetes Einzelkühl- und/oder -heizsystem. Ferner umfasst das erfindungsgemäße System ein zweites, einer zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordnetes Einzelkühl- und/oder -heizsystem. Die zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen können beliebige an Bord des Luftfahrzeugs vorhandene Komponenten oder Systeme, wie z. B. elektrische oder elektronische Einrichtungen, aber auch Teile einer Passagierkabine oder eines Frachtraums des Luftfahrzeugs sein. Die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme dienen dazu, die Luftfahrzeugeinrichtungen, je nach Bedarf, mit Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgen. Dabei können die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme so ausgelegt sein, dass sie lediglich Kühl- oder Heizenergie erzeugen können. Alternativ dazu können die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme jedoch auch so ausgelegt sein, dass sie die Luftfahrzeugeinrichtungen beispielsweise in Abhängigkeit der Betriebssituation des Luftfahrzeugs mit Kühl- oder Heizenergie versorgen können.
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Das erfindungsgemäße System zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen umfasst ferner eine Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung, die dazu eingerichtet ist, von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugte Kühl- und/oder Heizenergie der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zuzuführen. Mit anderen Worten, die Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung dient dazu, von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugte Kühl- und/oder Heizenergie auf die erste und/oder die zweite zu kühlende und/oder zu beheizende Luftfahrzeugeinrichtung zu verteilen.
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Zu diesem Zweck kann die Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung beispielsweise ein entsprechend gestaltetes Leitungssystem umfassen, das dazu in der Lage ist, von dem ersten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugte Kühl- und/oder Heizenergie entweder nur der ersten oder nur der zweiten, bei Bedarf aber auch der ersten und der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zuzuführen. In ähnlicher Weise kann das Leitungssystem der Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu lediglich der ersten oder lediglich der zweiten, aber auch zu der ersten und der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung ermöglichen. Die Steuerung der Kühl- und/oder Heizenergieströme durch das Leitungssystem der Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung kann beispielsweise durch entsprechende in den Leitungen des Leitungssystems angeordnete Ventile erfolgen.
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Schließlich umfasst das erfindungsgemäße System eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Signale zu empfangen und zu verarbeiten, die für den Kühl- und/oder Heizbedarf der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung, den Kühl- und/oder Heizbedarf der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung sowie den Auslastungszustand des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems charakteristisch sind. Die der Steuereinrichtung zuzuführenden Signale können beispielsweise durch entsprechende der ersten und der zweiten Luftfahrzeugeinrichtung bzw. dem ersten und dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem zugeordnete Sensoren bereitgestellt werden. Die der ersten und der zweiten Luftfahrzeugeinrichtung zugeordneten Sensoren können als Temperatursensoren, aber auch als Sensoren ausgebildet sein, die für den Betriebszustand der ersten und der zweiten Luftfahrzeugeinrichtung charakteristische Leistungsparameter der ersten und der zweiten Luftfahrzeugeinrichtung erfassen. In ähnlicher Weise können die dem ersten und dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem zugeordneten Sensoren als Sensoren ausgebildet sein, die für den Betriebszustand des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems charakteristische Leistungsparameter des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems erfassen. Wesentlich ist lediglich, dass die Steuereinrichtung anhand der von ihr empfangenen Signale dazu in der Lage ist, den aktuellen Kühl- und/oder Heizbedarf der ersten und der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung sowie den Auslastungszustand des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems zu ermitteln.
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Auf der Grundlage der von ihr empfangenen Signale steuert die Steuereinrichtung den Betrieb des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung. Die von dem ersten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugte Kühlenergie wird somit nicht länger ausschließlich der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeführt, sondern kann bei Bedarf mittels der Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung unter der Steuerung der Steuereinrichtung auch der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeführt werden. Ein derartiger Betrieb des erfindungsgemäßen Systems ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn das der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordnete Einzelkühl- und/oder -heizsystem bereits stark ausgelastet ist, das der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordnete Einzelkühl- und/oder -heizsystem dagegen noch Kühl- und/oder Heizkapazität hat. Umgekehrt kann es sinnvoll sein, bei einer starken Auslastung des ersten, der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordneten Einzelkühl- und/oder -heizsystems auch von dem zweiten, der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordneten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugte Kühl- und/oder Heizenergie zur Versorgung der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zu nutzen.
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Das erfindungsgemäße System zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen sorgt somit für eine Auflösung der starren Zuordnung von Einzelkühl- und/oder -heizsystemen zu einzelnen zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen. Stattdessen wird ein Gesamtsystem bereitgestellt, das für eine optimierte Verteilung von Kühlenergie- und/oder Heizenergieströmen, die von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen erzeugt werden, auf die Kühl- und/oder Heizenergieverbraucher, d. h. die zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen sorgt. Dadurch ist es nicht länger erforderlich, die den einzelnen zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen zugeordneten Einzelkühl- und/oder -heizsysteme so zu dimensionieren und auszulegen, dass sie auch in Spitzenlastzeiten den maximalen Kühl- und/oder Heizbedarf der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen decken können. Vielmehr muss lediglich das Gesamtsystem dazu in der Lage sein, die von den zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen im Betrieb benötigte Kühl- und/oder Heizenergie zur Verfügung zu stellen. Die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme können dadurch nicht nur leichter, sondern auch kleiner und damit einbauraumsparender ausgelegt werden als dies in Systemen mit einer starren Zuordnung von Einzelkühl- und/oder -heizsystemen zu zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen der Fall sein kann. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße System die Realisierung von Synergien der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme, die eine weitere Gewichts- und Volumenreduktion des Gesamtsystems ermöglichen können.
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Das erfindungsgemäße System zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen kann lediglich zwei Einzelkühl- und/oder -heizsysteme umfassen. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, das erfindungsgemäße System mit einer beliebigen Anzahl von Einzelkühl- und/oder -heizsystemen auszustatten. Die Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung ist dann vorzugsweise dazu eingerichtet, mindestens eine, vorzugsweise alle von dem erfindungsgemäßen System mit Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgenden Luftfahrzeugeinrichtung(en) so mit den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen zu koppeln, dass die Luftfahrzeugeinrichtung(en) von mindestens zwei, vorzugsweise allen Einzelkühl- und/oder -heizsystemen mit Kühl- und/oder Heizenergie versorgt werden können.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen dazu eingerichtet, den Betrieb des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung derart zu steuern, dass der zur Erzeugung der Kühl- und/oder Heizenergie durch das erste und/oder das zweite Einzelkühl- und/oder -heizsystem erforderliche Gesamtenergiebedarf des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems minimiert wird. Mit anderen Worten, die Steuereinrichtung steuert den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme sowie die Verteilung der von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen erzeugten Kühl- und/oder Heizenergie derart, dass der Energieverbrauch des Gesamtsystems optimiert wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme sowie den Betrieb der Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung derart steuern, dass ein bereits mit hoher Auslastung und folglich hohem Energiebedarf betriebenes Einzelkühl- und/oder -heizsystem bei steigendem Kühl- und/oder Heizenergiebedarf der dem Einzelkühl- und/oder -heizsystem zugeordneten Luftfahrzeugeinrichtung nicht in energieintensiver Art und Weise mit noch höherer Auslastung betrieben wird, sondern dass stattdessen der zusätzliche Kühl- und/oder Heizenergiebedarf der Luftfahrzeugeinrichtung durch ein weniger ausgelastetes und folglich energieeffizienter betreibbares Einzelkühl- und/oder -heizsystem gedeckt wird.
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Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Betrieb des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung unter Berücksichtigung auslastungsabhängiger Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems zu steuern. Wenn die Steuereinrichtung stets auf auslastungsabhängige Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems zugreifen kann, kann die Steuereinrichtung auf besonders einfache und komfortable Art und Weise dafür sorgen, dass der Gesamtenergiebedarf des erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen minimiert wird.
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Beispielsweise kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, auf in einer Datenbank gespeicherte auslastungsabhängige Energiebedarfsdaten des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems zuzugreifen. In der Datenbank können die Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems beispielsweise in Form einer Lookup-Tabelle hinterlegt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuereinrichtung jedoch auch dazu eingerichtet sein, auslastungsabhängige Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems anhand entsprechender Gleichungen zu berechnen. Bei einer derartigen Anordnung sind die auslastungsabhängigen Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems nicht als fixe Daten, sondern in parametrischer Form gespeichert.
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Durch die Ausgestaltung, d. h. die Auslegung und Dimensionierung der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme wird die maximale Gesamtkühl- und/oder Heizenergieerzeugungskapazität des erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen festgelegt. Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen kann ferner dazu eingerichtet sein, bei der Steuerung des Betriebs des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder der Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung der Versorgung der ersten oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung mit Kühl- und/oder Heizenergie gegenüber der Versorgung der zweiten oder der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung mit Kühl- und/oder Heizenergie eine höhere Priorität einzuräumen, wenn der Gesamtkühl- und/oder Heizbedarf der ersten und der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung die maximale Gesamtkühl- und/oder Heizenergieerzeugungskapazität des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems übersteigt. Mit anderen Worten, wenn der Gesamtkühl- und/oder Heizbedarf aller mit Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgenden Luftfahrzeugeinrichtungen die Gesamtkühl- und/oder Heizenergieerzeugungskapazität der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme des Gesamtsystems überschreitet, priorisiert die Steuereinrichtung eine oder mehrere zu kühlende und/oder zu beheizende Luftfahrzeugeinrichtung(en) bezüglich der Versorgung mit Kühl- und/oder Heizenergie.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, bei der Priorisierung der ersten oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung gegenüber der zweiten oder der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung bei der Versorgung mit Kühl- und/oder Heizenergie Daten zu berücksichtigen, die für die Relevanz der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung für den Betrieb des Luftfahrzeugs charakteristisch sind. Dadurch kann die Steuereinrichtung beispielsweise einer sicherheitsrelevanten Luftfahrzeugeinrichtung bei der Versorgung mit Kühl- und/oder Heizenergie eine höhere Priorität einräumen als einem System, das lediglich dem Komfort oder der Unterhaltung von sich an Bord des Luftfahrzeugs befindenden Passagieren dient. Es versteht sich jedoch, dass das Gesamtsystem dennoch so ausgelegt und dimensioniert sein sollte, dass stets, d. h. in allen Betriebssituationen des Luftfahrzeugs, alle für einen ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb des Luftfahrzeugs erforderlichen Kühl- und/oder Heizaufgaben erfüllt werden können.
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Die für die Relevanz der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung für den Betrieb des Luftfahrzeugs charakteristischen Daten sind vorzugsweise vom Betriebszustand des Luftfahrzeugs abhängige Daten. Das heißt, die Daten berücksichtigen beispielsweise, ob sich das Luftfahrzeug im Bodenbetrieb oder im Flugbetrieb befindet. Ferner ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, Signale zu empfangen und zu verarbeiten, die für den Betriebszustand des Luftfahrzeugs charakteristisch sind, und die Priorisierung der ersten oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung gegenüber der zweiten oder der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung bei der Versorgung mit Kühl- und/oder Heizenergie in Abhängigkeit der für den Betriebszustand des Luftfahrzeugs charakteristischen Signale durchzuführen.
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Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen kann lediglich der Steuerung des Betriebs der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme des Gesamtsystems sowie der Steuerung der Verteilung der von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen erzeugten Kühl- und/oder Heizenergie auf die zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen dienen. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung jedoch auch dazu eingerichtet sein, auf den Betrieb der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen Einfluss zu nehmen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, in Betriebssituationen des Gesamtsystems, in denen die von dem Gesamtsystem erzeugte Kühl- und/oder Heizenergiemenge nicht ausreicht, alle zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen mit ausreichend Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgen, die Leistung und damit den Kühl- und/oder Heizenergiebedarf einzelner, vorzugsweise in dieser Betriebssituation weniger relevanter Luftfahrzeugeinrichtungen zu verringern. Die Steuereinrichtung kann unmittelbar dazu eingerichtet sein, in den Betrieb der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen einzugreifen. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, dass die Steuereinrichtung entsprechende Signale an weitere Steuereinrichtungen zur Steuerung des Betriebs der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen sendet.
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Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen kann dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme des Gesamtsystems und/oder den Betrieb der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen digital zu steuern, d. h. Einzelkühl- und/oder -heizsysteme und/oder zu kühlende und/oder zu beheizende Luftfahrzeugeinrichtungen, je nach Bedarf, an- oder auszuschalten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuereinrichtung jedoch auch dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme des Gesamtsystems und/oder den Betrieb der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen derart zu steuern, dass eine stufenweise oder stufenlose Anpassung der Leistung der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme und/oder der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen erfolgt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen wird ein erstes, einer ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordnetes Einzelkühl- und/oder -heizsystem bereitgestellt. Ferner wird ein zweites, einer zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zugeordnetes Einzelkühl- und/oder -heizsystem bereitgestellt. Schließlich wird eine Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugte Kühl- und/oder Heizenergie der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung zuzuführen. Einer Steuereinrichtung werden Signale zugeführt, die für den Kühl- und/oder Heizbedarf der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung sowie den Auslastungszustand des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems charakteristisch sind. Der Betrieb des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung wird mittels der Steuereinrichtung auf der Grundlage dieser Signale gesteuert.
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Vorzugsweise wird der Betrieb des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung derart gesteuert, dass der zur Erzeugung der Kühl- und/oder Heizenergie durch das erste und/oder das zweite Einzelkühl- und/oder -heizsystem erforderliche Gesamtenergiebedarf des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems minimiert wird.
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Der Betrieb des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder die Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung kann unter Berücksichtigung auslastungsabhängiger Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems gesteuert werden.
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Die Steuereinrichtung kann auf in einer Datenbank gespeicherte auslastungsabhängige Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems zugreifen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuereinrichtung auslastungsabhängige Energiebedarfsdaten des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems anhand entsprechender Gleichungen berechnen.
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Bei der Steuerung des Betriebs des ersten und/oder des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems und/oder der Zufuhr von Kühl- und/oder Heizenergie, die von dem ersten und/oder dem zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystem erzeugt wird, zu der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung kann der Versorgung der ersten oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung mit Kühl- und/oder Heizenergie gegenüber der Versorgung der zweiten oder der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung mit Kühl- und/oder Heizenergie eine höhere Priorität eingeräumt werden, wenn der Gesamtkühl- und/oder Heizbedarf der ersten und der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung die maximale Gesamtkühl- und/oder Heizenergieerzeugungskapazität des ersten und des zweiten Einzelkühl- und/oder -heizsystems übersteigt.
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Bei der Priorisierung der ersten oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung gegenüber der zweiten oder der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung bei der Versorgung mit Kühl- und/oder Heizenergie kann die Steuereinrichtung Daten berücksichtigen, die für die Relevanz der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung für den Betrieb des Luftfahrzeugs charakteristisch sind.
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Die für die Relevanz der ersten und/oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung für den Betrieb des Luftfahrzeugs charakteristischen Daten können vom Betriebszustand des Luftfahrzeugs abhängige Daten sein. Die Steuereinrichtung kann Signale empfangen und verarbeiten, die für den Betriebszustand des Luftfahrzeug charakteristisch sind und die Priorisierung der ersten oder der zweiten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung gegenüber der zweiten oder der ersten zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtung bei der Versorgung mit Kühl- und/oder Heizenergie in Abhängigkeit der für den Betriebszustand des Luftfahrzeugs charakteristischen Signale durchführen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Figur näher erläutert, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Kühlung und/oder Beheizung von zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen zeigt.
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Ein in der Figur allgemein mit 10 bezeichnetes System dient dazu, eine Reihe von an Bord eines Luftfahrzeugs vorhandene Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18, je nach Bedarf, mit Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14 so ausgestaltet, dass ihnen in allen Betriebssituationen Kühlenergie zugeführt werden muss, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14 zu gewährleisten. Die Luftfahrzeugeinrichtung 16 ist dagegen eine Luftfahrzeugeinrichtung, der im Betrieb Heizenergie zugeführt werden muss. Die Luftfahrzeugeinrichtung 18 muss dagegen in Abhängigkeit ihres Betriebszustands und des Betriebszustands des Luftfahrzeugs wahlweise entweder gekühlt oder beheizt werden.
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In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel dient das System 10 dazu, vier Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 mit Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgen. Es versteht sich jedoch, dass das System 10 auch dazu eingerichtet sein kann, weniger als vier oder mehr als vier Luftfahrzeugeinrichtungen mit Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgen. Darüber hinaus kann die Ausgestaltung der Luftfahrzeugeinrichtungen dahingehend variieren, ob die Luftfahrzeugeinrichtungen nur mit Kühlenergie, nur mit Heizenergie oder, je nach Betriebszustand, mit Kühl- und Heizenergie zu versorgen sind.
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Den einzelnen Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 sind jeweils entsprechende Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 zugeordnet. Die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 sind jeweils so dimensioniert und ausgelegt, dass sie primär der Versorgung der ihnen zugeordneten Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 mit Kühl- und/oder Heizenergie dienen. Eine ein entsprechend gestaltetes Leitungssystem umfassende Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung 28 ist jedoch dazu eingerichtet, von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen 20, 22, 24, 26 erzeugte Kühl- und/oder Heizenergie allen Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 zuzuführen. Mit anderen Worten, mit Hilfe der Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung 28 kann jede Luftfahrzeugeinrichtung 12, 14, 16, 18 von jedem Einzelkühl- und/oder -heizsystem 20, 22, 24, 26 mit Kühl- und/oder Heizenergie versorgt werden. Die Steuerung der Kühl- und/oder Heizenergieströme durch das Leitungssystem der Kühl- und/oder Heizenergiezufuhreinrichtung 28 kann beispielsweise mit Hilfe entsprechender in dem Leitungssystem angeordneter Ventile erfolgen.
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Ferner umfasst das System 10 eine Steuereinrichtung 30. Die Steuereinrichtung 30 ist in Form einer elektronischen Steuereinrichtung ausgebildet und dazu eingerichtet, Signale zu empfangen und zu verarbeiten, die für den Kühl- und/oder Heizbedarf der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 charakteristisch sind. Mit anderen Worten, die Steuereinrichtung 30 empfängt von entsprechenden, den einzelnen Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 zugeordneten Sensoren, die beispielsweise in Form von Temperatursensoren oder das aktuelle Leistungsniveau der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 erfassenden Sensoren ausgebildet sein können, Signale, aus denen die Steuereinrichtung 30 den aktuellen Kühl- und/oder Heizbedarf der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 ableiten kann. Ferner empfängt die Steuereinrichtung 30 Signale, die der Steuereinrichtung 30 Informationen über den Auslastungszustand der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 liefern. Diese Signale werden von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen 20, 22, 24, 26 zugeordneten Sensoren bereitgestellt.
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Anhand der ihr von den den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen 20, 22, 24, 26 zugeordneten Sensoren zugeführten, für den Auslastungszustand der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 charakteristischen Signalen ermittelt die Steuereinrichtung 30 entsprechende auslastungsabhängige Energiebedarfsdaten der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26. Die auslastungsabhängigen Energiebedarfsdaten können entweder in einer Datenbank gespeichert sein oder von der Steuereinrichtung 30 anhand entsprechender Gleichungen berechnet werden. Im Ergebnis kann die Steuereinrichtung 30 bei der Steuerung des Betriebs der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 und/oder der Zufuhr der von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen 20, 22, 24, 26 erzeugten Kühl- und/oder Heizenergie zu den Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 die auslastungsabhängigen Energiebedarfsdaten der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 berücksichtigen.
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Dadurch wird die Steuereinrichtung 30 in die Lage versetzt, die Zufuhr der von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen 20, 22, 24, 26 erzeugten Kühl- und/oder Heizenergie und/oder den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 derart zu steuern, dass der zur Erzeugung der Kühl- und/oder Heizenergie durch die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 erforderliche Gesamtenergiebedarf der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 minimiert wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 30 dafür sorgen, dass in einem Fall, in dem die Luftfahrzeugeinrichtung 14 zusätzliche Kühlenergie benötigt, das der Luftfahrzeugeinrichtung 14 zugeordnete Einzelkühlsystem 22 jedoch bereits mit hoher Auslastung betrieben wird, der Kühlbedarf der Luftfahrzeugeinrichtung 14 durch das eigentlich der Luftfahrzeugeinrichtung 12 zugeordnete, aber weniger ausgelastete Einzelkühlsystem 20 gedeckt wird, wenn dadurch eine Minimierung des Gesamtenergiebedarfs der Einzelkühlsysteme 20, 22 möglich wird.
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Grundsätzlich kann im Betrieb des Systems 10 auch der Fall auftreten, dass der Gesamtkühl- und/oder Heizbedarf der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 die maximale Gesamtkühl- und/oder Heizenergieerzeugungskapazität der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 übersteigt. In einem derartigen Fall empfängt die Steuereinrichtung 30 von entsprechenden Sensoren 32 Signale, die für den Betriebszustand des Luftfahrzeugs charakteristisch sind. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 30 anhand der ihr von den Sensoren 32 zugeführten Signale feststellen, ob sich das Luftfahrzeug am Boden oder im Flugbetrieb befindet.
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In Abhängigkeit des Betriebszustands des Luftfahrzeugs priorisiert die Steuereinrichtung 30 die Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 hinsichtlich ihrer Relevanz für den Betrieb des Luftfahrzeugs. Beispielsweise genießen sicherheitsrelevante Luftfahrzeugeinrichtungen höchste Priorität, wohingegen die Steuereinrichtung 30 Luftfahrzeugeinrichtungen, die lediglich dem Komfort von sich an Bord des Luftfahrzeugs befindenden Personen dienen, eine lediglich geringere Priorität einräumt. Die Steuereinrichtung 30 steuert dann den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 sowie die Verteilung der von den Einzelkühl- und/oder -heizsystemen 20, 22, 24, 26 erzeugten Kühl- und/oder Heizenergie auf die Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 derart, dass zunächst die Luftfahrzeugeinrichtungen mit Kühl- und/oder Heizenergie versorgt werden, denen die Steuereinrichtung 30 in einem bestimmten Betriebszustand des Luftfahrzeugs die höchste Priorität einräumt. Die Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 werden in einer derartigen Situation vorzugsweise mit maximaler Auslastung betrieben.
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Falls gewünscht oder erforderlich, kann die Steuereinrichtung 30 auch auf den Betrieb der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 Einfluss nehmen. Wenn die Steuereinrichtung 30 anhand der ihr zur Verfügung stehenden Daten feststellt, dass die maximale Gesamtkühl- und/oder Heizenergieerzeugungskapazität der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 nicht ausreicht, um alle Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 mit ausreichend Kühl- und/oder Heizenergie zu versorgen, kann die Steuereinrichtung 30 den Auslastungszustand und damit den Kühl- und/oder Heizenergiebedarf einzelner, vorzugsweise als weniger relevant eingestufte Luftfahrzeugeinrichtungen verringern. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 30 direkt steuernden Einfluss auf den Betrieb der Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 nehmen. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, dass die Steuereinrichtung 30 den einzelnen Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 zugeordneten Steuereinrichtungen entsprechende Steuersignale zuführt.
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Die Steuereinrichtung 30 kann dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 und/oder den Betrieb der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 digital zu steuern, d. h. Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 und/oder zu kühlende und/oder zu beheizende Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18, je nach Bedarf, an- oder auszuschalten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuereinrichtung 30 jedoch auch dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 und/oder den Betrieb der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 derart zu steuern, dass eine stufenweise oder stufenlose Anpassung der Leistung der Einzelkühl- und/oder -heizsysteme 20, 22, 24, 26 und/oder der zu kühlenden und/oder zu beheizenden Luftfahrzeugeinrichtungen 12, 14, 16, 18 erfolgt.
