DE102011014943A1

DE102011014943A1 - Multifunktionaler Kälteträgermediumbehälter und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kälteträgermediumbehälters

Info

Publication number: DE102011014943A1
Application number: DE102011014943A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Piesker Markus
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27
Also published as: EP2689202A2; US20140090407A1; WO2012126635A2; US9603380B2; CN103443564A; CN103443564B; WO2012126635A3

Abstract

Ein Kälteträgermediumbehälter (10), der insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem geeignet ist, umfasst einen in einem Innenraum des Kälteträgermediumbehälters (10) angeordneten Aufnahmeraum (12) zur Aufnahme eines Kälteträgermediums. In dem Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) ist ein Wärmeübetrager (24) angeordnet, der von einem weiteren Kälteträgermedium durchströmbar und dazu eingerichtet ist, Wärme von in dem Aufnahmeraum (12) aufgenommenen, im flüssigen und/oder gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen, um das Kälteträgermedium zu unterkühlen und/oder in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.

Description

Die Erfindung betrifft einen multifunktionalen Kälteträgermediumbehälter, der insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord eines Flugzeugs geeignet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kälteträgermediumbehälters.
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.
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.
Ein Problem bei dem in der DE 10 2006 005 035 B3 offenbarten Kühlsystem ist 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 CO₂ 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.
Die DE 10 2009 011 797 A1 schlägt daher vor, ein in der DE 10 2006 005 035 B3 beschriebenes Kühlsystem mit einem in dem Kühlkreislauf des Kühlsystems angeordneten Steuerventil auszustatten, das beim Überführen des Kühlsystems in seinen Ruhezustand derart gesteuert wird, 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.
Durch das in der DE 10 2009 011 797 A1 beschriebene 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, 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.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlsystemen besteht das Problem, dass es häufig schwierig ist, die Systemkomponenten in dem an Bord eines Flugzeugs nur in sehr begrenztem Umfang vorhandenen Einbauraum unterzubringen oder gar derart relativ zueinander zu positionieren, dass z. B. durch die Ausnutzung der Schwerkraft bei der Prozessführung ein effizienzoptimierter Betrieb des Kühlsystems ermöglicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälter bereitzustellen, der eine flexible und damit volumen- und gewichtsoptimierte Gestaltung des Kühlsystems ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kälteträgermediumbehälters anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Kälteträgermediumbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kälteträgermediumbehälters mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Kälteträgermediumbehälter, der insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem, beispielsweise einem Kühlsystem zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord eines Flugzeugs geeignet ist, umfasst einen in einem Innenraum des Kälteträgermediumbehälters angeordneten Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Kälteträgermediums. Der Kälteträgermediumbehälter kann im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems und insbesondere im Ruhezustand des Kühlsystems dazu dienen, im Betrieb des Kühlsystems in einem Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkulierendes Kälteträgermedium aufzunehmen. Das Kälteträgermedium kann dem Kälteträgermediumbehälter im flüssigen oder im gasförmigen Aggregatzustand oder als Nassdampf zugeführt werden.
Das in dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters aufzunehmende Kälteträgermedium ist vorzugsweise ein Kälteträgermedium, das bei Abgabe seiner Kühlenergie an eine zu kühlende Einrichtung vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt und anschließend durch eine entsprechende Druck- und Temperatursteuerung wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurückversetzt werden kann. Beispielsweise kann der Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters dazu eingerichtet sein, als Kälteträgermedium CO₂ oder R134A (CH₂F-CF₃) aufzunehmen. Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters so ausgelegt, dass er dazu in der Lage ist, eine in dem Aufnahmeraum aufzunehmende Gesamtmenge an Kälteträgermedium auch dann sicher aufzunehmen, wenn sich das Kälteträgermedium vollständig im gasförmigen Aggregatzustand befindet. Der Aufnahmeraum bzw. eine den Aufnahmeraum umgebende Umhüllung muss dann so ausgelegt sein, dass sie dem Druck des sich im gasförmigen Aggregatzustand befindenden Kälteträgermediums standhalten kann, ohne Schaden zu nehmen. Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum groß genug, um die Gesamtmenge an Kälteträgermedium aufzunehmen, die im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkuliert. Der Kälteträgermediumbehälter ist somit als Hochdrucksammler für das im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkulierende Kälteträgermedium einsetzbar.
In dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters ist ein Wärmeübertrager angeordnet, der von einem weiteren Kälteträgermedium durchströmbar und dazu eingerichtet ist, Wärme von in dem Aufnahmeraum aufgenommenem, im flüssigen und/oder gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen, um das Kälteträgermedium zu unterkühlen und/oder in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen. Dadurch kann der Kälteträgermediumbehälter neben seiner Funktion als Hochdrucksammler die Funktion eines Verflüssigers übernehmen. Auf den Einsatz eines separaten Verflüssigers kann daher ggf. verzichtet werden. Wenn das in dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters aufgenommene Kälteträgermedium eine tiefere Temperatur hat als das den Wärmeübertrager durchströmende weitere Kälteträgermedium, kann der Kälteträgermediumbehälter auch als Kältereservoir betrieben und Kühlenergie von im Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters aufgenommenem Kälteträgermedium auf das den Wärmeübertrager durchströmende weitere Kälteträgermedium übertragen werden. Der als Hochdrucksammler, Verflüssiger oder Kältereservoir einsetzbare Kälteträgermediumbehälter ermöglicht die Realisierung verschiedener Funktionalitäten auf kleinstem Einbauraum. Ferner ermöglicht der Kälteträgermediumbehälter einen besonders flexiblen Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems.
Das dem Wärmeübertrager zugeführte weitere Kälteträgermedium kann ein anderes Kälteträgermedium als das zur Aufnahme in dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters vorgesehene Kälteträgermedium sein und von einer separat von dem Kälteträgermediumbehälter ausgebildeten Kälteerzeugungseinrichtung vor seiner Zufuhr in den Wärmeübertrager auf eine gewünschte tiefe Temperatur gekühlt werden. Beispielsweise kann ein flüssiges Kälteträgermedium, aber auch ein zweiphasiges Kälteträgermedium, insbesondere CO₂ oder R134A als weiteres Kälteträgermedium zum Einsatz kommen. Falls gewünscht, kann dem Wärmeübertrager zumindest in bestimmten Betriebsphasen eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems auch das zur Aufnahme in dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters vorgesehene Kälteträgermedium als weiteres Kälteträgermedium zugeführt werden.
Der Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters ist vorzugsweise mit einer ersten Aufnahmeraumleitung zur Zufuhr des Kälteträgermediums in den Aufnahmeraum sowie einer zweiten Aufnahmeraumleitung zur Abfuhr des Kälteträgermediums aus dem Aufnahmeraum verbunden. Die erste Aufnahmeraumleitung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, als Nassdampf vorliegendes Kälteträgermedium in den Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters zu leiten. Durch die zweite Aufnahmeraumleitung wird im Betrieb des in den Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters integrierten Wärmeübertragers vorzugsweise flüssiges Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters abgeführt.
Die erste Aufnahmeraumleitung ist vorzugsweise in einem oberen Bereich des Kälteträgermediumbehälters mit dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters verbunden. Im Gegensatz dazu ist die zweite Aufnahmeraumleitung vorzugsweise mit einem Sumpf des Aufnahmeraums verbunden. Falls gewünscht, kann die Kälteträgermediumzufuhr in den Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters zumindest in bestimmten Betriebsphasen eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems jedoch auch über die mit einem Sumpf des Aufnahmeraums verbundene zweite Aufnahmeraumleitung und die Abfuhr von Kälteträgermediumzufuhr aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters über die in einem oberen Bereich des Kälteträgermediumbehälters mit dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters verbundene erste Aufnahmeraumleitung erfolgen.
Ferner ist es denkbar, zumindest in bestimmten Betriebsphasen eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems sowohl die erste Aufnahmeraumleitung als auch die zweite Aufnahmeraumleitung zur Abfuhr von Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters zu nutzen. Beispielsweise kann die in einem oberen Bereich des Kälteträgermediumbehälters mit dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters verbundene erste Aufnahmeraumleitung dazu genutzt werden, gasförmiges Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters abzuführen. Im Gegensatz dazu kann die mit einem Sumpf des Aufnahmeraums verbundene zweite Aufnahmeraumleitung dazu genutzt werden, durch Wärmeübertrag auf den Wärmeübertrager verflüssigtes Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters abzuführen. Der Kälteträgermediumbehälter kann somit auch als Abscheider zur Trennung von gasförmigem und flüssigem Kälteträgermedium genutzt werden.
In der ersten Aufnahmeraumleitung ist vorzugsweise ein Steuerventil zur Steuerung der Strömung des Kälteträgermediums durch die erste Aufnahmeraumleitung angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch in der zweiten Aufnahmeraumleitung ein Steuerventil zur Steuerung der Strömung des Kälteträgermediums durch die zweite Aufnahmeraumleitung angeordnet sein. Da das Kälteträgermedium sowohl im gasförmigen als auch im flüssigen Aggregatzustand in den Aufnahmeraum zugeführt oder aus dem Aufnahmeraum abgeführt werden kann, sind die in der ersten Aufnahmeraumleitung und/oder der zweiten Aufnahmeraumleitung angeordneten Ventile vorzugsweise auch geeignet, den Druck des die erste Aufnahmeraumleitung und/oder die zweite Aufnahmeraumleitung durchströmenden Kälteträgermediums zu steuern. Alternativ dazu können in der ersten Aufnahmeraumleitung und/oder der zweiten Aufnahmeraumleitung zusätzliche Druckminderer angeordnet sein.
Durch die in der ersten Aufnahmeraumleitung und/oder der zweiten Aufnahmeraumleitung angeordneten Steuerventile kann der Kälteträgermediumbehälter von stromaufwärts oder stromabwärts des Kälteträgermediumbehälters angeordneten Komponenten des Kühlsystems getrennt werden. Dadurch kann wirksam verhindert werden, dass im Ruhezustand eines mit dem Kälteträgermediumbehälter ausgestatteten Kühlsystems, wenn das Kälteträgermedium, das im Betrieb des Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkuliert, im gasförmigen Aggregatzustand in dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters aufgenommen ist, stromabwärts und/oder stromaufwärts des Kälteträgermediumbehälters liegende Komponenten des Kühlsystem mit dem hohen maximalen Ruhedruck des Kälteträgermediums beaufschlagt. Stattdessen können außerhalb des Kälteträgermediumbehälters liegende Bereiche des Kühlkreislaufs unter einem vergleichsweise geringen Betriebsdruck gehalten werden.
Die mechanischen Belastungen, denen das Leitungssystem sowie andere Komponenten des Kühlsystems ausgesetzt sind, können dadurch deutlich verringert werden.
Eine an die verringerten mechanischen Belastungen angepasste Auslegung dieser Komponenten ermöglicht daher Gewichts- und Volumenreduktionen, die sich insbesondere bei einem Einsatz des Kühlsystems an Bord eines Flugzeugs positiv auswirken und zu einer Senkung der Herstellungs- und Betriebskosten führen. Darüber hinaus zeichnet sich ein Kühlsystem aufgrund des verringerten Drucks, der im Ruhezustand des Kühlsystems in weiten Bereichen des Kühlkreislaufs vorherrscht, durch eine erhöhte Betriebssicherheit und eine verringerte Leckageanfälligkeit aus. Schließlich werden Montage- und Wartungsarbeiten vereinfacht.
Der Wärmeübertrager kann mit einer ersten Wärmeübertragerleitung zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager sowie einer zweiten Wärmeübertragerleitung zur Abfuhr des weiteren Kälteträgermediums aus dem Wärmeübertrager verbunden sein. Die erste Wärmeübertragerleitung kann beispielsweise mit einer separat von dem Kälteträgermediumbehälter ausgebildeten Kälteerzeugungseinrichtung verbunden sein. Ferner kann die erste Wärmeübertragerleitung mit der Abfuhrleitung zur Abfuhr von Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters verbindbar sein, so dass der Wärmeübertrager von Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters durchströmt werden kann. Die zweite Wärmeübertragerleitung kann einen aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters herausführenden ersten Leitungszweig sowie einen in den Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters mündenden zweiten Leitungszweig umfassen. Durch den ersten Leitungszweig der zweiten Wärmeübertragerleitung kann das weitere Kälteträgermedium aus dem Wärmeübertrager und dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters herausgeführt und, beispielsweise nach entsprechender Abkühlung durch eine Kälteerzeugungseinrichtung, im Kreislauf wieder in den Wärmeübertrager zurückgeführt werden. Durch den zweiten Leitungszweig der zweiten Wärmeübertragerleitung kann das weitere Kälteträgermedium nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers dagegen in den Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters geleitet werden.
In der zweiten Wärmeübertragerleitung ist vorzugsweise ein Steuerventil zur Steuerung der Strömung des weiteren Kälteträgermediums durch den ersten und/oder den zweiten Leitungszweig angeordnet. Ein in der zweiten Wärmeübertragerleitung angeordnetes Steuerventil oder in den Leitungszweigen der Wärmeübertragerleitung angeordnete Steuerventile ermöglichen es, in dem Wärmeübertrager einen Druck des weiteren Kälteträgermediums einzustellen, der höher ist als ein Druck des Kälteträgermediums im Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters. Dadurch kann eine bestehende Temperaturdifferenz zwischen einem Innenraum des Wärmeübertragers und dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters aufrechterhalten werden.
Ein in der zweiten Wärmeübertragerleitung angeordnetes Steuerventil kann außerhalb des Aufnahmeraums im Innenraum des Kälteträgermediumbehälters angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Bereich des Innenraums des Kälteträgermediumbehälters, der nicht von Kälteträgermedium durchströmt wird, als Einbauraum für ein in dem ersten und/oder dem zweiten Leitungszweig der zweiten Wärmeübertragerleitung angeordnetes Steuerventil genutzt werden. Eine Anordnung von Ventilen oder anderen Bauteilen außerhalb eines von dem Kälteträgermedium durchströmten Bereichs des Kälteträgermediumbehälters ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Ventile oder anderen Bauteile elektrische oder elektronische Komponenten umfassen.
Grundsätzlich kann der Wärmeübertrager als ein durchgängiges Bauteil ausgeführt sein. Alternativ dazu kann der Wärmeübertrager aber auch einen ersten Abschnitt sowie einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der erste Abschnitt des Wärmeübertragers dazu eingerichtet sein kann, Wärme von in einem Sumpf des Aufnahmeraums aufgenommenem und im flüssigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen, und wobei der zweite Abschnitt des Wärmeübertragers dazu eingerichtet sein kann, Wärme von in einem oberhalb des Sumpfs liegenden Bereich des Aufnahmeraums aufgenommenem und in einem gasförmigen Aggregatszustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen. Ein Wärmeübertrager mit zwei Abschnitten ermöglicht eine differenzierte Wärmeübertragung von in unterschiedlichen Bereichen des Aufnahmeraums des Kälteträgermediumbehälters aufgenommenem Kälteträgermedium. Es versteht sich, dass auch ein Kälteträgermediumbehälter, der einen zwei Abschnitte aufweisenden Wärmeübertrager umfasst, als Kältereservoir betrieben werden und Kühlenergie von im Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters aufgenommenem Kälteträgermedium auf das den Wärmeübertrager durchströmende weitere Kälteträgermedium übertragen kann.
Die erste Wärmeübertragerleitung zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager kann einen mit dem ersten Abschnitt des Wärmeübertragers verbundenen ersten Leitungszweig sowie einen mit dem zweiten Abschnitt des Wärmeübertragers verbundenen zweiten Leitungszweig umfassen. In der ersten Wärmeübertragerleitung ist vorzugsweise mindestens ein Steuerventil zur Steuerung der Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den ersten und/oder den zweiten Abschnitt des Wärmeübertragers angeordnet. Dadurch können der erste und der zweite Abschnitt des Wärmeübertragers differenziert mit weiterem Kälteträgermedium versorgt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters, welcher einen in einem Innenraum des Kälteträgermediumbehälters angeordneten Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Kälteträgermediums umfasst, wird ein in dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters angeordneter Wärmeübertrager von einem weiteren Kälteträgermedium durchströmt und führt Wärme von in dem Aufnahmeraum aufgenommenen, im gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium ab, um das Kälteträgermedium in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.
Der Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters kann mit einer ersten Aufnahmeraumleitung zur Zufuhr des Kälteträgermediums in den Aufnahmeraum sowie einer zweiten Aufnahmeraumleitung zur Abfuhr des Kälteträgermediums aus dem Aufnahmeraum verbunden sein, wobei ein in der ersten Aufnahmeraumleitung und/oder der zweiten Aufnahmeraumleitung angeordnetes Steuerventil die Strömung des Kälteträgermediums durch die erste Aufnahmeraumleitung und/oder die zweite Aufnahmeraumleitung steuern kann.
Der Wärmeübertrager kann mit einer ersten Wärmeübertragerleitung zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager sowie einer zweiten Wärmeübertragerleitung zur Abfuhr des weiteren Kälteträgermediums aus dem Wärmeübertrager verbunden sein, wobei die zweite Wärmeübertragerleitung einen aus dem Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters herausführenden ersten Leitungszweig sowie einen in den Aufnahmeraum des Kälteträgermediumbehälters mündenden zweiten Leitungszweig umfassen kann.
Ein in der zweiten Wärmeübertragerleitung angeordnetes Steuerventil kann die Strömung des weiteren Kälteträgermediums durch den ersten und/oder den zweiten Leitungszweig steuern.
Ein in der zweiten Wärmeübertragerleitung angeordnetes Steuerventil kann außerhalb des Aufnahmeraums im Innenraum des Kälteträgermediumbehälters angeordnet sein.
Der Wärmeübertrager kann einen ersten Abschnitt sowie einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der erste Abschnitt des Wärmeübertragers Wärme von in einem Sumpf des Aufnahmeraums aufgenommenem und im flüssigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abführen kann, und wobei der zweite Abschnitt des Wärmeübertragers Wärme von in einem oberhalb des Sumpfs liegenden Bereich des Aufnahmeraums aufgenommenem und in einem gasförmigen Aggregatszustand vorliegendem Kälteträgermedium abführen kann.
Die erste Wärmeübertragerleitung zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager kann einen mit dem ersten Abschnitt des Wärmeübertragers verbundenen ersten Leitungszweig sowie einen mit dem zweiten Abschnitt des Wärmeübertragers verbundenen zweiten Leitungszweig umfassen. Mindestens ein in der ersten Wärmeübertragerleitung angeordnetes Steuerventil kann die Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den ersten und/oder den zweiten Abschnitt des Wärmeübertragers steuern.
Der erfindungsgemäße Kälteträgermediumbehälter ist besonders gut zum Einsatz in einem Flugzeugkühlsystem zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord des Flugzeugs geeignet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen:
1 eine erste Ausführungsform eines zum Einsatz in einem Flugzeugkühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters zeigt,
2 eine zweite Ausführungsform eines zum Einsatz in einem Flugzeugkühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters zeigt,
3 eine dritte Ausführungsform eines zum Einsatz in einem Flugzeugkühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters zeigt,
4 eine vierte Ausführungsform eines zum Einsatz in einem Flugzeugkühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters zeigt, und
5 eine fünfte Ausführungsform eines zum Einsatz in einem Flugzeugkühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters zeigt.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kälteträgermediumbehälters 10, der insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem, beispielsweise einem Kühlsystem zur Kühlung von Lebensmitteln an Bord eines Flugzeugs geeignet ist. Der Kälteträgermediumbehälter 10 umfasst einen in einem Innenraum des Kälteträgermediumbehälters 10 angeordneten Aufnahmeraum 12 zur Aufnahme eines zweiphasigen Kälteträgermediums, das im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgestatteten Kühlsystems in einem Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkuliert. Beispielsweise kann der Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 dazu vorgesehen sein, CO₂ oder R134A aufzunehmen.
Der Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 ist so ausgelegt, dass er die Gesamtmenge an Kälteträgermedium, die im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgestatteten Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkuliert, selbst dann aufnehmen kann, wenn sich das Kälteträgermedium, beispielsweise im Ruhezustand des Kühlsystems, im gasförmigen Aggregatzustand befindet. Der Aufnahmeraum 12 bzw. eine den Aufnahmeraum umgebende Umhüllung 14, die in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Kälteträgermediumbehälters 10 durch einen Außenmantel des Kälteträgermediumbehälters 10 gebildet wird, ist folglich so ausgelegt, dass sie dem Druck des sich im gasförmigen Aggregatzustand befindenden Kälteträgermediums standhalten kann, ohne Schaden zu nehmen. Der Kälteträgermediumbehälter 10 ist somit als Hochdrucksammler für das im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgestatteten Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkulierende Kälteträgermedium einsetzbar.
In einem oberen Bereich ist der Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 ist mit einer ersten Aufnahmeraumleitung 16 verbunden. Ein Sumpf des Aufnahmeraums 12 ist dagegen mit einer zweiten Aufnahmeraumleitung 18 verbunden. Durch die Aufnahmeraumleitungen 16, 18 kann dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 Kälteträgermedium zugeführt oder Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 abgeführt werden. In der ersten Aufnahmeraumleitung 16 ist ein Steuerventil 20 zur Steuerung der Strömung des Kälteträgermediums durch die erste Aufnahmeraumleitung 16 angeordnet. Ferner ist in der zweiten Aufnahmeraumleitung 18 ein Steuerventil 22 zur Steuerung der Strömung des Kälteträgermediums durch die zweite Aufnahmeraumleitung 18.
Die in den Aufnahmeraumleitungen 16, 18 angeordneten Ventile 20, 22 sind auch geeignet, den Druck des die Aufnahmeraumleitungen 16, 18 durchströmenden Kälteträgermediums zu steuern. Insbesondere dienen die Ventile 20, 22 jedoch dazu, den Kälteträgermediumbehälter 10 bzw. den Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 von stromaufwärts oder stromabwärts des Kälteträgermediumbehälters 10 angeordneten Komponenten eines mit dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgestatteten Kühlsystems zu trennen. Dadurch kann wirksam verhindert werden, dass in Betriebsphasen des Kühlsystems, in denen das Kälteträgermedium, das im Normalbetrieb des Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkuliert, im gasförmigen Aggregatzustand in dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommen ist, stromabwärts und/oder stromaufwärts des Kälteträgermediumbehälters 10 liegende Komponenten des Kühlsystem mit hohem Druck beaufschlagt. Stattdessen können außerhalb des Kälteträgermediumbehälters 10 liegende Bereiche des Kühlkreislaufs unter einem vergleichsweise geringen Betriebsdruck gehalten werden.
In dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 ist ein Wärmeübertrager 24 angeordnet, der von einem weiteren Kälteträgermedium durchströmbar ist.
Das dem Wärmeübertrager 24 zugeführte weitere Kälteträgermedium kann ein anderes Kälteträgermedium als das zur Aufnahme in dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 vorgesehene Kälteträgermedium sein und beispielsweise von einer separat von dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgebildeten Kälteerzeugungseinrichtung vor seiner Zufuhr in den Wärmeübertrager 24 auf eine gewünschte tiefe Temperatur gekühlt werden. Beispielsweise kann ein flüssiges Kälteträgermedium, aber auch ein zweiphasiges Kälteträgermedium, insbesondere CO₂ oder R134A als weiteres Kälteträgermedium zum Einsatz kommen. Falls gewünscht, kann dem Wärmeübertrager 24 zumindest in bestimmten Betriebsphasen eines mit dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgestatteten Kühlsystems auch das zur Aufnahme in dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 vorgesehene Kälteträgermedium als weiteres Kälteträgermedium zugeführt werden.
Der Wärmeübertrager ist mit einer ersten Wärmeübertragerleitung 26 zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager 24 sowie einer zweiten Wärmeübertragerleitung 28 zur Abfuhr des weiteren Kälteträgermediums aus dem Wärmeübertrager 24 verbunden. Die erste Wärmeübertragerleitung 26 kann beispielsweise mit einer separat von dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgebildeten Kälteerzeugungseinrichtung verbunden sein. Ferner kann die erste Wärmeübertragerleitung 26 mit der zweite Aufnahmeraumleitung 18 verbunden sein, so dass bei Bedarf Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 in den Wärmeübertrager 24 zugeführt werden kann.
Die zweite Wärmeübertragerleitung 28 umfasst einen aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 herausführenden ersten Leitungszweig 30 sowie einen in den Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 mündenden zweiten Leitungszweig 32. Durch den ersten Leitungszweig 30 der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 kann das weitere Kälteträgermedium aus dem Wärmeübertrager 24 und dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 herausgeführt und, beispielsweise nach entsprechender Abkühlung durch eine Kälteerzeugungseinrichtung, im Kreislauf wieder in den Wärmeübertrager 24 zurückgeführt werden. Durch den zweiten Leitungszweig 32 der zweiten Wärmeübertragerleitung kann das weitere Kälteträgermedium nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers 24 dagegen in den Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 geleitet werden.
In einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungszweig 30, 32 ist in der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 ein Steuerventil 34 zur Steuerung der Strömung des weiteren Kälteträgermediums durch den ersten und den zweiten Leitungszweig 30, 32 angeordnet. Das Steuerventil 34 ermöglicht es, in dem Wärmeübertrager 24 einen Druck des weiteren Kälteträgermediums einzustellen, der höher ist als ein Druck des Kälteträgermediums im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10. Dadurch kann eine bestehende Temperaturdifferenz zwischen einem Innenraum des Wärmeübertragers 24 und dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufrechterhalten werden.
Im Folgenden werden die Funktionsweise und der Betrieb des Kälteträgermediumbehälters 10 erörtert. Wie bereits erwähnt, ist der Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 so ausgelegt, dass er die Gesamtmenge an Kälteträgermedium, die im Betrieb eines mit dem Kälteträgermediumbehälter 10 ausgestatteten Kühlsystems im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkuliert, aufnehmen kann, wenn sich das Kühlsystem in seinem Ruhezustand befindet. Beim Herunterfahren des Kühlsystems kann daher das im Kühlkreislauf des Kühlsystems zirkulierende Kälteträgermedium in den Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 gefördert werden. Das Kälteträgermedium kann dem Kälteträgermediumbehälter 10 im flüssigen oder im gasförmigen Zustand oder als Nassdampf zugeführt werden.
In jedem Fall verdampft das Kälteträgermedium im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10, wenn die Umgebungstemperatur die Verdampfungstemperatur des Kälteträgermediums überschreitet und der Kälteträgermediumbehälter 10 nicht gekühlt wird. Die Steuerventile 20, 22 verhindern jedoch, dass der Druck des gasförmigen Kälteträgermediums im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 auf stromabwärts und/oder stromaufwärts des Kälteträgermediumbehälters 10 liegende Komponenten des Kühlsystem übertragen wird. Im Ruhezustand des Kühlsystems dient der Kälteträgermediumbehälter 10 somit als Hochdrucksammler.
Wenn, z. B. beim Anfahren des Kühlsystem, ein Teil des gasförmigen Kälteträgermediums aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 in den Kühlkreislauf des Kühlsystems abgelassen werden soll, kann die Abfuhr des Kälteträgermediums aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 über die erste oder die zweite Aufnahmeraumleitung 16, 18 erfolgen. Der Druck wird dabei über die in den Aufnahmeraumleitungen 16, 18 angeordneten Ventile 20, 22 oder durch separate Druckminderer gesteuert.
Ferner kann beim Anfahren des Kühlsystems das im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommene gasförmige Kälteträgermedium verflüssigt, d. h. der Kälteträgermediumbehälter 10 als Verflüssiger betrieben werden. Hierzu wird dem Wärmeübertrager 24 über die erste Wärmeübertragerleitung 26 von einer externen Kälteerzeugungseinrichtung auf eine tiefe Temperatur gekühltes weiteres Kälteträgermedium zugeführt. Beim Durchströmen des Wärmeübertragers 24 verdampft das weitere Kälteträgermedium unter Abgabe von Kühlenergie an das im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommene gasförmige Kälteträgermedium. Das beim Durchströmen des Wärmeübertragers 24 verdampfte weitere Kälteträgermedium wird über die zweite Wärmeübertragerleitung 28 aus dem Wärmeübertrager 24 und dem Kälteträgermediumbehälter 10 abgeführt und der externen Kälteerzeugungseinrichtung zur erneuten Kühlung zugeleitet, bevor es im Kreislauf über die erste Wärmeübertragerleitung 26 wieder in den Wärmeübertrager 24 zurückgeführt wird. Das im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommene Kälteträgermedium wird dagegen durch den Transfer von Wärmeenergie auf das den Wärmeübertrager 24 durchströmende weitere Kälteträgermedium verflüssigt. Dadurch sinkt der Druck im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10.
Zu Beginn des Verflüssigungsbetriebs bleiben die in den Aufnahmeraumleitungen 16, 18 angeordneten Ventile 20, 22 geschlossen, um stromabwärts und/oder stromaufwärts des Kälteträgermediumbehälters 10 liegende Komponenten des Kühlsystems vor dem hohen Druck im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 zu schützen. Wenn der Druck im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 durch Verflüssigung eines entsprechenden Anteils des im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommenen Kälteträgermediums auf ein gewünschtes niedriges Niveau gesunken ist, kann dagegen durch Öffnen eines der Ventile 20, 22 oder beider Ventile 20, 22 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 und dem Kühlkreislauf des Kühlsystems hergestellt werden.
Im Normalbetrieb des Kühlsystems wird dem Kälteträgermediumbehälter 10 über die erste Aufnahmeraumleitung 16 üblicherweise als Nassdampf vorliegendes Kälteträgermedium zugeführt. Das als Nassdampf vorliegende Kälteträgermedium wird durch den Transfer von Wärmeenergie auf das den Wärmeübertrager 24 durchströmende weitere Kälteträgermedium verflüssigt und kann über die zweite Aufnahmeraumleitung 18 im flüssigem Zustand aus dem Sumpf des Aufnahmeraums 12 des Kälteträgermediumbehälter 10 in den Kühlkreislauf des Kühlsystems abgeführt werden. Im Normalbetrieb des Kühlsystems wird üblicherweise kontinuierlich weiteres Kälteträgermedium im Kreislauf durch den Wärmeübertrager 24 geleitet.
Um eine bestehende Temperaturdifferenz zwischen einem Innenraum des Wärmeübertragers 24 und dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufrechterhalten zu können, wird mittels des in der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 angeordneten Steuerventils 34 der Druck des weiteren Kälteträgermediums in dem Wärmeübertrager 24 so eingestellt, dass er höher ist als ein Druck des Kälteträgermediums im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10. Unter der Steuerung des Ventils 34 kann dabei weiteres Kälteträgermedium über den zweiten Leitungszweig 30 der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 in den Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 geführt werden. Das aus dem zweiten Leitungszweig 30 der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 austretende weitere Kälteträgermedium entspannt sich in dem unter Systemdruck stehenden Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 und erlangt dadurch mehr oder weniger Nassdampfeigenschaften. Um Beschädigungen von in dem Kühlkreislauf des Kühlsystems angeordneten Fördereinrichtungen zu verhindern, ist es daher sinnvoll, das weitere Kälteträgermedium vor seiner Abfuhr aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 zu verflüssigen.
Sollte es zu einem unerwünschten Temperaturanstieg in dem Kälteträgermediumbehälter 10 kommen, kann der Kälteträgermediumbehälter 10 kaltgefahren werden. Hierzu wird das in der ersten Aufnahmeraumleitung 16 angeordnete Steuerventil 34 geschlossen, wodurch die weitere Zufuhr von Nassdampf in den Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 unterbunden wird. Der Betrieb des Wärmeübertragers 24 wird jedoch ebenso fortgesetzt wie die Abfuhr von flüssigem Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 durch die zweite Aufnahmeraumleitung 22.
Wenn das in dem Aufnahmeraum 12 Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommene Kälteträgermedium eine tiefere Temperatur hat als das den Wärmeübertrager 24 durchströmende weitere Kälteträgermedium, kann der Kälteträgermediumbehälter 10 auch als Kältereservoir betrieben werden und Kühlenergie von dem im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommenen Kälteträgermedium auf das den Wärmeübertrager 24 durchströmende weitere Kälteträgermedium übertragen. Ferner ist es denkbar, den Kälteträgermediumbehälter 10 als Abscheider zur Trennung von gasförmigem und flüssigem Kälteträgermedium zu betreiben, indem in einem entsprechenden Betriebszustand des Wärmeübertragers 24 sowohl die erste Aufnahmeraumleitung 16 als auch die zweite Aufnahmeraumleitung 16 zur Abfuhr von Kälteträgermedium aus dem Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 genutzt werden.
Die in 2 veranschaulichte zweite Ausführungsform eines Kälteträgermediumbehälters 10 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 1 lediglich dadurch, dass das in der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 angeordnete Steuerventil 34 außerhalb des Aufnahmeraums 12 im Innenraum des Kälteträgermediumbehälters 10 angeordnet ist. Dadurch sind elektrische oder elektronische Komponenten des Ventils 34 vor dem Kontakt mit dem im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommenen Kälteträgermedium geschützt. Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise des Kälteträgermediumbehälters 10 gemäß 2 dem Aufbau und der Funktionsweise der in 1 veranschaulichten Anordnung.
Bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform eines Kälteträgermediumbehälters 10 weist der Wärmeübertrager 24 einen ersten Abschnitt 24a sowie einen zweiten Abschnitt 24b auf. Der erste Abschnitt 24a des Wärmeübertragers 24 ist dazu eingerichtet, Wärme von im Sumpf des Aufnahmeraums 12 aufgenommenem und im flüssigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen. Der zweite Abschnitt 24b des Wärmeübertragers 24 ist dagegen dazu eingerichtet, Wärme von in einem oberhalb des Sumpfs liegenden Bereich des Aufnahmeraums 12 aufgenommenem und in einem gasförmigen Aggregatszustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen. Ein Wärmeübertrager 24 mit zwei Abschnitten 24a, 24b ermöglicht eine differenzierte Wärmeübertragung von in unterschiedlichen Bereichen des Aufnahmeraums 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommenem Kälteträgermedium. Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise des Kälteträgermediumbehälters 10 gemäß 3 dem Aufbau und der Funktionsweise der in 2 veranschaulichten Anordnung.
Bei der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform eines Kälteträgermediumbehälters 10 weist die erste Wärmeübertragerleitung 26 zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager 24 einen mit dem ersten Abschnitt 24a des Wärmeübertragers 24 verbundenen ersten Leitungszweig 36 sowie einen mit dem zweiten Abschnitt 24a des Wärmeübertragers 24 verbundenen zweiten Leitungszweig 38 auf. In der ersten Wärmeübertragerleitung 26 ist an einer Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Leitungszweigs 36, 38 ein Steuerventil 40 zur Steuerung der Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den ersten und den zweiten Abschnitt 24a, 24b des Wärmeübertragers 24 angeordnet. Dadurch können der erste und der zweite Abschnitt 24a, 24b des Wärmeübertragers 24 differenziert mit weiterem Kälteträgermedium versorgt werden.
In einer die Abschnitte 24a, 24b des Wärmeübertragers 24 verbindenden Verbindungsleitung ist ein Rückschlagventil 42 angeordnet, das eine Rückströmung von weiterem Kälteträgermittel von dem zweiten Abschnitt 24b des Wärmeübertragers 24 in den ersten Abschnitt 24a des Wärmeübertragers zu unterbinden. Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise des Kälteträgermediumbehälters 10 gemäß 4 dem Aufbau und der Funktionsweise der in 3 veranschaulichten Anordnung.
Die in 5 veranschaulichte fünfte Ausführungsform eines Kälteträgermediumbehälters 10 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 4 lediglich dadurch, dass die in der ersten Wärmeübertragerleitung 26 und der zweiten Wärmeübertragerleitung 28 angeordneten Steuerventile 40, 34 außerhalb des Aufnahmeraums 12 im Innenraum des Kälteträgermediumbehälters 10 angeordnet sind. Dadurch sind elektrische oder elektronische Komponenten der Ventile 34, 40 vor dem Kontakt mit dem im Aufnahmeraum 12 des Kälteträgermediumbehälters 10 aufgenommenen Kälteträgermedium geschützt. Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise des Kälteträgermediumbehälters 10 gemäß 5 dem Aufbau und der Funktionsweise der in 4 veranschaulichten Anordnung.
Hier im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen des Kälteträgermediumbehälters beschriebene Merkmale können selbstverständlich auch in anderen Ausführungsformen des Kälteträgermediumbehälters verwirklicht werden. Im Zusammenhang mit spezifischen Ausführungsformen des Kälteträgermediumbehälters beschriebene Merkmale sind folglich in beliebiger Kombination auf andere Ausführungsformen des Kälteträgermediumbehälters übertragbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006005035 B3 [0002, 0003, 0003, 0004, 0005]
DE 102009011797 A1 [0005, 0006]

Claims

Kälteträgermediumbehälter (10), insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem, welcher einen in einem Innenraum des Kälteträgermediumbehälters (10) angeordneten Aufnahmeraum (12) zur Aufnahme eines Kälteträgermediums umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) ein Wärmeübertrager (24) angeordnet ist, der von einem weiteren Kälteträgermedium durchströmbar und dazu eingerichtet ist, Wärme von in dem Aufnahmeraum (12) aufgenommenen, im flüssigen und/oder gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen, um das Kälteträgermedium zu unterkühlen und/oder in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.
Kälteträgermediumbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) mit einer ersten Aufnahmeraumleitung (16) zur Zufuhr des Kälteträgermediums in den Aufnahmeraum (12) sowie einer zweiten Aufnahmeraumleitung (18) zur Abfuhr des Kälteträgermediums aus dem Aufnahmeraum (12) verbunden ist, wobei in der ersten Aufnahmeraumleitung (16) und/oder der zweiten Aufnahmeraumleitung (18) ein Steuerventil (20, 22) zur Steuerung der Strömung des Kälteträgermediums durch die erste Aufnahmeraumleitung (16) und/oder die zweite Aufnahmeraumleitung (18) angeordnet ist.
Kälteträgermediumbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (24) mit einer ersten Wärmeübertragerleitung (26) zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager (24) sowie einer zweiten Wärmeübertragerleitung (28) zur Abfuhr des weiteren Kälteträgermediums aus dem Wärmeübertrager (24) verbunden ist, wobei die zweite Wärmeübertragerleitung (28) einen aus dem Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) herausführenden ersten Leitungszweig (30) sowie einen in den Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) mündenden zweiten Leitungszweig (32) umfasst.
Kälteträgermediumbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Wärmeübertragerleitung (28) ein Steuerventil (34) zur Steuerung der Strömung des weiteren Kälteträgermediums durch den ersten und/oder den zweiten Leitungszweig (30, 32) der zweiten Wärmeübertragerleitung (28) angeordnet ist.
Kälteträgermediumbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in der zweiten Wärmeübertragerleitung (28) angeordnete Steuerventil (34) außerhalb des Aufnahmeraums (12) im Innenraum des Kälteträgermediumbehälters (10) angeordnet ist.
Kälteträgermediumbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (24) einen ersten Abschnitt (24a) sowie einen zweiten Abschnitt (24b) aufweist, wobei der erste Abschnitt (24a) des Wärmeübertragers (24) dazu eingerichtet ist, Wärme von in einem Sumpf des Aufnahmeraums (12) aufgenommenem und im flüssigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen, und wobei der zweite Abschnitt (24b) des Wärmeübertragers (24) dazu eingerichtet ist, Wärme von in einem oberhalb des Sumpfs liegenden Bereich des Aufnahmeraums (12) aufgenommenem und in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abzuführen.
Kälteträgermediumbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmeübertragerleitung (26) zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager (24) einen mit dem ersten Abschnitt (24a) des Wärmeübertragers (24) verbundenen ersten Leitungszweig (36) sowie einen mit dem zweiten Abschnitt (24b) des Wärmeübertragers (24) verbundenen zweiten Leitungszweig (38) umfasst, und dass in der ersten Wärmeübertragerleitung (26) mindestens ein Steuerventil (40) zur Steuerung der Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den ersten und/oder den zweiten Abschnitt (24a, 24b) des Wärmeübertragers (24) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines insbesondere zum Einsatz in einem für einen Betrieb mit einem zweiphasigen Kälteträgermedium ausgelegten Kühlsystem geeigneten Kälteträgermediumbehälters (10), welcher einen in einem Innenraum des Kälteträgermediumbehälters (10) angeordneten Aufnahmeraum (12) zur Aufnahme eines Kälteträgermediums umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) angeordneter Wärmeübertrager (24) von einem weiteren Kälteträgermedium durchströmt wird und Wärme von in dem Aufnahmeraum (12) aufgenommenen, im gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abführt, um das Kälteträgermedium in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) mit einer ersten Aufnahmeraumleitung (16) zur Zufuhr des Kälteträgermediums in den Aufnahmeraum (12) sowie einer zweiten Aufnahmeraumleitung (18) zur Abfuhr des Kälteträgermediums aus dem Aufnahmeraum (12) verbunden ist, wobei ein in der ersten Aufnahmeraumleitung (16) und/oder der zweiten Aufnahmeraumleitung (18) angeordnetes Steuerventil (20, 22) die Strömung des Kälteträgermediums durch die erste Aufnahmeraumleitung (16) und/oder die zweite Aufnahmeraumleitung (18) steuert.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (24) mit einer ersten Wärmeübertragerleitung (26) zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager (24) sowie einer zweiten Wärmeübertragerleitung (28) zur Abfuhr des weiteren Kälteträgermediums aus dem Wärmeübertrager (24) verbunden ist, wobei die zweite Wärmeübertragerleitung (28) einen aus dem Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) herausführenden ersten Leitungszweig (30) sowie einen in den Aufnahmeraum (12) des Kälteträgermediumbehälters (10) mündenden zweiten Leitungszweig (32) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der zweiten Wärmeübertragerleitung (28) angeordnetes Steuerventil (34) die Strömung des weiteren Kälteträgermediums durch den ersten und/oder den zweiten Leitungszweig (30, 32) der zweiten Wärmeübertragerleitung (28) steuert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das in der zweiten Wärmeübertragerleitung (28) angeordnete Steuerventil (34) außerhalb des Aufnahmeraums (12) im Innenraum des Kälteträgermediumbehälters (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (24) einen ersten Abschnitt (24a) sowie einen zweiten Abschnitt (24b) aufweist, wobei der erste Abschnitt (24a) des Wärmeübertragers (24) Wärme von in einem Sumpf des Aufnahmeraums (12) aufgenommenem und im flüssigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abführt, und wobei der zweite Abschnitt (24b) des Wärmeübertragers (24) Wärme von in einem oberhalb des Sumpfs liegenden Bereich des Aufnahmeraums (12) aufgenommenem und in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegendem Kälteträgermedium abführt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmeübertragerleitung (26) zur Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den Wärmeübertrager (24) einen mit dem ersten Abschnitt (24a) des Wärmeübertragers (24) verbundenen ersten Leitungszweig (36) sowie einen mit dem zweiten Abschnitt (24b) des Wärmeübertragers (24) verbundenen zweiten Leitungszweig (38) umfasst, und dass mindestens ein in der ersten Wärmeübertragerleitung (26) angeordnetes Steuerventil (40) die Zufuhr des weiteren Kälteträgermediums in den ersten und/oder den zweiten Abschnitt (24a, 24b) des Wärmeübertragers (24) steuert.
Verwendung des Kälteträgermediumbehälters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zu Kühlzwecken an Bord eines Flugzeugs.