DE102012201223A1

DE102012201223A1 - Wärmetauscher zum Abkühlen von Luft, Heizung für eine sowie Bordküche mit einem derartigen Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102012201223A1
Application number: DE102012201223A
Authority: DE
Inventors: Jens Schult; Thorsten Trümper
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-01
Also published as: US9557122B2; EP2620727B1; EP2620727A3; US20140027088A1; EP2620727A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher 14 zum Abkühlen von Luft, mit einem Kältemittelvorlaufanschluss 8 zum Zuführen von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft und einem Kältemittelrücklaufanschluss 10 zum Abführen von flüssigen Kältemittel. Zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetaucher 10 ist eine Heizung 22 vorgesehen, der ein elektrisches Heizelement 24 zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen zugeordnet ist. Eine Betriebssicherung 46 verhindert Überhitzungen der Heizung 22. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebssicherung 46 eine Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist. Ferner gehören zur Erfindung eine Heizung 22, mit einem Heizelement 24 zur Lufterwärmung zur Beaufschlagung von Eisablagerungen mit erwärmter Luft, und mit einer derartigen Betriebssicherung 46, sowie eine Bordküche 2 für ein Luftverkehrsflugzeug, mit einem Aufnahmeraum 4 für Trolleys, und einer Kühleinrichtung 6 zum Kühlen des Aufnahmeraumes 4, wobei die Kühleinrichtung 6 einen derartigen Wärmetauscher 14 zum Abkühlen von Luft aufweist. Mit der Erfindung wird die Betriebssicherheit eines derartigen Wärmetauschers 14, einer Heizung 22 für einen derartigen Wärmetauscher 14 und einer Bordküche 2 mit einem derartigen Wärmetauscher 14 erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Abkühlen von Luft, mit einem Kältemittelvorlaufanschluss zum Zuführen von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft, einem Kältemittelrücklaufanschluss zum Abführen von flüssigen Kältemittel, einer Heizung zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetauscher, wobei der Heizung ein elektrisches Heizelement zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen mit zugeordnet ist, und mit einer Betriebssicherung zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung. Ferner betrifft die Erfindung eine Heizung mit einem Heizelement zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen und mit einer Betriebssicherung zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung, sowie eine Bordküche für ein Verkehrsflugzeug, mit einem Aufnahmeraum für Trolleys und einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Aufnahmeraumes, wobei die Kühleinrichtung einen derartigen Wärmetauscher aufweist.
Verkehrsflugzeuge weisen Bordküchen auf, in denen Speisen und Lebensmittel für die Fluggäste zubereitet, bspw. erwärmt werden können. Um auch verderbliche Speisen bzw. Lebensmittel über eine längeren Zeitraum frisch und genießbar zu halten, weisen derartige Bordküchen einen oder mehrere kühlbare Aufnahmeräume auf, in denen die Speisen bzw. Lebensmittel in Servierwagen, den sogenannten Trolleys eingelagert oder zwischengelagert werden können.
Zum Kühlen wird ein auf –9°C gekühltes Wasser-Glykolgemisch innerhalb einer Luftkühleinheit (Air Chilling Unit – ACU) durch einen Wärmetauscher gepumpt. Der genannte Wert von –9°C ist eine freiwillige systemintern gesetzte Sollwerttemperatur für das flüssige Kühlmittel. Es sind auch andere Sollwerttemperaturen möglich, solange der gesetzlich geforderte Wert von 4°C für die gelagerten Speisen bzw. Lebensmittel eingehalten wird. Ein Lüfter fördert Luft durch den Wärmetauscher, der diese abkühlt, so dass durch Beaufschlagung der Speisen bzw. Lebensmittel in den Trolleys mit gekühlter Luft diese gekühlt werden. Aufgrund der niedrigen Temperaturen und der in der Luft enthaltenden Luftfeuchtigkeit kann sich am Wärmetauscher Eis bilden, welches den Luftstrom durch den Wärmetauscher nach und nach blockiert. Diese Eisanlagerungen werden regelmäßig in einem Abtauzyklus durch eine Heizung am Wärmetauscher entfernt, mit der die Eisanlagerungen aufgeschmolzen werden. Diese Heizung kann im Fehlerfall unzulässig hohe Temperaturen erzeugen und muss daher überwacht werden.
Diese Heizung kann als Heizmatte ausgeführt und auf einen aus Aluminium gefertigten Wärmetauscher aufgeklebt sein. An einer Stelle der Heizmatte ist eine Temperatursicherung aufgebracht, die bei Überschreiten eines Grenzwerts für die Temperatur des Wärmetauschers auslöst und so die Heizmatte deaktiviert. Diese Temperaturüberwachung basiert auf einem funktionierenden thermischen Pfad zwischen der Heizmatte und der Temperatursicherung. Versagt die Klebverbindung zwischen der Temperatursicherung und dem Wärmetauscher oder bilden sich Bläschen zwischen dem Wärmetauscher und der Heizmatte, funktioniert diese Form der Temperatursicherung nicht mehr. Ein weiterer Fehlerfall ist ein lokales Versagen der Heizmatte, wodurch es zur Lichtbogenbildung und damit sehr hohen lokalen Temperaturen kommen kann. Der Wärmetauscher verfügt zwar über ein metallisches Gehäuse. Dieses kann jedoch lokale Temperaturüberhöhungen nicht vermeiden, insbesondere wenn sich die Heizmatte ablöst und/oder ein Lichtbogen auftritt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Betriebssicherheit eines derartigen Wärmetauschers, einer Heizung für einen derartigen Wärmetauscher und einer Bordküche mit einem derartigen Wärmetauscher zu erhöhen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Heizung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch eine Bordküche mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Der Wärmetauscher zum Abkühlen von Luft weist einen Kältemittelvorlaufanschluss zum Zuführen von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft und einen Kältemittelrücklaufanschluss zum Abführen von flüssigen Kältemittel auf, so dass Speisen bzw. Lebensmittel mit gekühlter Luft beaufschlagt werden können, um diese zu kühlen. Ferner weist der Wärmetauscher eine Heizung zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetaucher auf, wobei der Heizung ein elektrisches Heizelement zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen zugeordnet ist. Eine Betriebssicherung stellt sicher, dass es während des Betriebs der Heizung, d.h. während des Abtauzyklus, zu keiner Überhitzung der Heizung kommt, die z.B. ein Aufschmelzen der elektrischen Isolierung des Heizwiderstands des elektrischen Heizelements zur Folge haben könnten.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebssicherung eine Fehlerstromerfassungseinrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist. Somit wendet sich die Erfindung von der aus dem Stand der Technik bekannten Lehre ab, die Temperatur des Heizung messtechnisch zu erfassen und bei Überschreiten eines Schwellwertes für die Temperatur die Heizung zu deaktivieren, d.h. nicht mehr mit elektrischer Energie zu versorgen, sondern es wird erfasst, ob z.B. durch eine bereits aufgeschmolzene elektrische Isolierung des Heizwiderstand des Heizelements elektrische Fehlerströme fließen. Somit ist eine wärmeleitfähige Verbindung zwischen dem Heizelement und einer Temperatursicherung nicht mehr Voraussetzung für ein zuverlässiges Funktionieren der Betriebssicherung. So wird die Betriebssicherheit gesteigert.
Bei den elektrischen Fehlerströmen kann es sich um elektrische Ströme handeln, die durch eine beschädigte elektrische Isolierung fließen, und/oder es handelt sich bei den elektrischen Fehlerströmen um unzulässig große elektrische Ströme, die durch einen Kurzschluss mit anschließender Lichtbogenbildung verursacht werden. Das Heizelement kann in direktem wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmetauscher stehen. Alternativ kann mit der Heizung auch Luft erwärmt werden, mit denen die Eisanlagerungen beaufschlagt werden, um diese aufzuschmelzen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Betriebssicherung ein Wärmeleitelement umfasst, das aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist und mit einem Masseanschluss verbindbar ist, und das Wärmeleitelement in wärmeleitender Verbindung mit dem Heizelement steht. Z.B. kann das Wärmeleitelement aus Aluminium, Kupfer, oder eine Kupfer oder Aluminium enthaltende Legierung gefertigt sein. Unter einem elektrisch leitfähigen Material wird ein Material verstanden, dessen elektrische Leitfähigkeit größer als 10⁶ s/m ist. Durch die elektrische leitfähige Verbindung des Wärmeleitelements mit einem Masseanschluss, wie z.B. der Masse eines Verkehrsflugzeugs, und der wärmeleitfähigen Verbindung mit dem Heizelement wird sichergestellt, dass ein Versagen des Heizelements durch Aufschmelzen der elektrischen Isolierung auch dann erfasst wird, wenn sich die z.B. Klebverbindung zwischen dem Heizelement und dem Wärmetauscher löst oder hier Blasen bilden, da in diesem Fall ein elektrischer Fehlerstrom über das Wärmeleitelement und den Masseanschluss fließt. So wird die Betriebssicherheit der Betriebssicherung weiter gesteigert, da sie auch im Falle eines Ablösens des Heizelements vom Wärmetauscher zuverlässig funktioniert. Da auch der über das Wärmeleitelement fließende elektrische Fehlerstrom mit der Fehlerstromerfassungseinrichtung erfasst werden kann weist die Betriebssicherung einen besonders einfachen Aufbau auf, da es mit der Fehlerstromerkennungseinrichtung möglich ist, beide elektrischen Fehlerströme zu erfassen.
Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Fehlerstromerfassungseinrichtung auf ein Erfassen eines Überschreitens eines Fehlerstromgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom das Heizelement deaktiviert, und/oder die Fehlerstromerfassungseinrichtung auf ein Erfassen eines Überschreitens eines Wärmeleitelementgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom durch das Wärmeleitelement das Heizelement deaktiviert. Durch die Wahl der Höhe der Grenzwerte kann ausgeschlossen werden, dass die Betriebssicherung während eines Abtauzyklus die Heizung deaktiviert wird, obwohl keine Überhitzung der Heizung zu befürchten ist. So können Fehlfunktionen der Betriebssicherung ausgeschlossen und die Betriebssicherheit insgesamt gesteigert werden.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass dem Wärmetauscher ein Lüfter zum Erzeugen einer Zwangsluftströmung durch den Wärmetauscher zugeordnet ist, wobei die Fehlerstromerfassungseinrichtung auf das Erfassen eines Überschreitens eines Fehlerstromgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom und/oder eines Überschreitens eines Wärmeleitelementgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom durch das Wärmeleitelement den Lüfter erst nach Ablauf einer Mindestzeitdauer deaktiviert. Somit wird die Fehlerstromerfassungseinrichtung den Lüfter nach einer Grenzwertüberschreitung für eine Mindestzeitdauer mit elektrischer Energie versorgen, d.h. der Lüfter wird erst nach Ablauf einer Mindestzeitdauer deaktiviert und erzeugt solange eine Luftströmung. Durch diesen Nachlauf des Lüfters wird ein Wärmestau in dem Wärmetauscher verhindert, so dass sichergestellt ist, dass Überhitzungen der Heizung keinen Schaden anrichten können, was die Betriebssicherheit nochmals steigert.
Die Fehlerstromerfassungseinrichtung weist vorzugsweise einen Trennschalter zum allpoligen Trennen des Heizelements auf. Durch den allpoligen Trennschalter ist sichergestellt, dass nach Auslösen des Trennschalters die Heizung bzw. das Heizelement spannungsfrei ist und keine Gefahr mehr darstellt, da nun die Gefahr von elektrischen Stromschlägen für Personen, die bspw. bei der Suche nach der Fehlerquelle sind, gebannt ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Gleichspannung notwendig, die bipolar auftritt. Bei z.B. 115 Volt Wechselspannung im Bordnetz treten üblicherweise 270 Volt im Gleichstromzwischenkreis auf. Diese sind jedoch +/–135 Volt um die Flugzeugmasse bezogen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Heizelement eine Heizmatte mit flächiger Erstreckung ist, die eine Heizelementoberfläche bildet. Durch die Ausbildung des Heizelements mit einer flächigen Erstreckung steht eine vergrößerte Abstrahlfläche zur Verfügung, die eine schnelle Erwärmung bewirkt und damit den Zeitbedarf für einen Abtauzyklus verkürzt. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeleitelement eine flächige Erstreckung aufweist, die eine Wärmebauteilelementoberfläche bildet, und die Heizelementoberfläche und die Wärmebauteilelementoberfläche miteinander in Kontakt stehend verbunden sind. Z.B. können die Heizelementoberfläche und die Wärmeleitelementoberfläche stoffschlüssig, z.B. durch Kleben, miteinander verbunden sein. Durch die Verbindung der beiden Oberflächen wird ein optimaler Wärmeübergang von dem Heizelement zu dem Wärmeleitelement gewährleistet und so eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung bei ungleicher Erwärmung erreicht. So wird verhindert, dass bei starker lokaler Erwärmung, z.B. durch einen Lichtbogen, durch die weitere Erwärmung weitere Schäden angerichtet werden, sondern durch die vergleichmäßigende Wirkung des Wärmeleitelements wird die Temperaturzunahme abgemildert und das Entstehen von weiteren Schäden verzögert.
Außerdem ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Heizung einen Drehstromanschluss aufweist. Somit kann die Heizung problemlos an ein bordeigenes Drehstromnetz eines Verkehrsflugzeugs angeschlossen werden, dass z.B. elektrische Energie mit 115 Volt und 230 Volt liefert. Dabei ist das bordeigene Drehstromnetz derart ausgebildet, dass sein Sternpunkt mit einem elektrischen Masseanschluss des Verkehrsflugzeugs verbunden ist, d.h. die elektrische Masse des Verkehrsflugzeugs bildet den Nullleiter des bordeigenen Drehstromnetzes. Alternativ kann ein Anschluss für einphasigen Wechselstrom oder Gleichstrom vorgesehen sein. Im Fall von der Verwendung von Gleichstrom kann die Fehlerstromermittelung durch den Einsatz von z.B. Hallsensoren erfolgen.
Des weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Heizung einen Gleichrichter aufweist, der eingangsseitig elektrisch leitend mit dem Drehstromanschluss verbunden ist, und der ausgangsseitig einen Zwischenkreiskondensator aufweist. Somit ist der Gleichrichter zum Gleichrichten von 3-phasigen Drehstrom ausgebildet. Der Zwischenkreiskondensator ist galvanisch untrennbar mit dem Gleichrichter und damit mit dem Drehstromanschluss elektrisch leitend verbunden. Dabei wird unter galvanisch untrennbar eine elektrisch leitfähige Verbindung verstanden, die nicht durch Schalter, wie z.B. dem Trennschalter, aufgetrennt werden kann, sondern nur durch Lösen von Klemmverbindungen zum Herstellen der elektrisch leitfähigen Verbindung oder durch Zerstören der elektrischen Leitungen, die den Drehstromanschluss, den Gleichrichter und/oder den Zwischenkreiskondensator miteinander verbinden.
Des weiteren gehört zur Erfindung eine Heizung, insbesondere für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher, mit einem Heizelement zur Lufterwärmung zur Beaufschlagung von Eisanlagerungen mit erwärmter Luft, und einer Betriebssicherung zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebssicherung eine Fehlerstromerfassungseinrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist.
Des weiteren gehört zur Erfindung noch eine Bordküche für ein Luftverkehrsflugzeug, mit einem Aufnahmeraum für Trolleys und einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Aufnahmeraumes, wobei die Kühleinrichtung einen Wärmetauscher zum Abkühlen von Luft aufweist, wobei der Wärmetauscher einen Kältemittelvorlaufanschluss zur Zufuhr von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft aufweist, und der Wärmetauscher einen Kältemittelrücklaufanschluss zum Abführen von flüssigen Kältemittel aufweist, wobei dem Wärmetauscher eine Heizung zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetauscher zugeordnet ist, wobei der Heizung ein Heizelement zur Lufterwärmung zur Beaufschlagung von Eisanlagerungen mit erwärmter Luft zugeordnet ist, und dem Wärmetauscher eine Betriebssicherung zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung zugeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebssicherung eine Fehlerstromerfassungseinrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist.
Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Unteransprüchen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bordküche,
2 eine perspektivische Ansicht einer Luftkühleinheit für die Bordküche in 1,
3 ein elektrisches Ersatzschaltbild gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
4 ein elektrisches Ersatzschaltbild gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jedoch bei mehreren gleichen Elementen in den Figuren lediglich einige der Elemente mit einem Bezugszeichen versehen.
Es wird zunächst auf die 1 und 2 Bezug genommen.
In der 1 ist ein Abschnitt einer Bordküche 2 dargestellt, wie sie in Verkehrsflugzeugen eingebaut werden kann.
Die Bordküche 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Aufnahmeräume 4 für Trolleys (nicht dargestellt) auf, in denen Speisen bzw. Lebensmittel (nicht dargestellt) bis zu ihrer Zubereitung zwischengelagert werden können.
Um ein Verderben der in den Trolleys zwischengelagerten Lebensmittel bzw. Speisen zu verhindern, können die Aufnahmeräume 4 gekühlt werden. Hierzu ist eine Kühleinrichtung 6 zum Kühlen der Aufnahmeräume 4 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 6 weist einen Kühlmittelvorlaufanschluss 8 und einen Kühlmittelrücklaufanschluss 10 auf, mit denen einer Luftkühleinheit 12 – auch Air Cooling Unit bzw. ACU genannt – flüssiges Kühlmittel, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Wasser-Glykolgemisch, mit einer Temperatur von z.B. –9°C, zu bzw. abgeführt werden kann.
Die Luftkühleinheit 12 weist einen Wärmetauscher 14 (siehe 2) auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Aluminium gefertigt ist. Der Wärmetauscher 14 steht in Verbindung mit einem Lufteinlass 16 und einem Luftauslass 18 der Bordküche 2, so dass Luft aus den Aufnahmeräumen 4 durch den Lufteinlass 16 angesaugt und dem Wärmetauscher 14 der Luftkühleinheit 12 zugeführt, und nach ihrem Abkühlen in dem Wärmetauscher 14 durch den Luftauslass 18 wieder zurück in die Aufnahmeräume 4 geleitet werden kann. Zur Erzeugung der Luftströmung zwischen dem Lufteinlass 16 und dem Luftauslass 18 weist die Luftkühleinheit 12 einen Lüfter 20 (siehe 2) auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Elektromotor (nicht dargestellt) als Antrieb aufweist.
Im Betrieb wird das flüssige Kühlmittel durch den Wärmetauscher 14 geleitet, so dass Luft abgekühlt wird, die durch den Lufteinlass 16 der Bordküche 2 angesaugt und durch einen Luftauslass 18 der Bordküche 2 wieder abgegeben wird, um die Lebensmittel bzw. Speisen in den Trolleys in den Aufnahmeräumen 4 mit gekühlter Luft zu beaufschlagen und so ihre Haltbarkeit zu steigern. Jedoch können sich während des Betriebs der Kühleinrichtung 6 Eisanlagerungen aus kondensierter Luftfeuchtigkeit im Wärmetauscher 14 bilden, die die Luftströmung von dem Lufteinlass 16 zu dem Luftauslass 18 teilweise oder vollständig blockieren. Um diese Eisanlagerungen zu entfernen ist dem Wärmetauscher 14 eine Heizung 22 zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetauscher 14 zugeordnet. Die Heizung 22 weist ein elektrisches Heizelement 24 zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen auf, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Heizmatte 28 mit einem elektrischen Heizwiderstand (nicht dargestellt) ausgebildet ist und im vorliegenden Ausführungsbeispiel in direktem wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmetauscher 14 steht.
Eine Entfernung von Eisanlagerungen erfolgt dabei in vorgegebenen Intervallen oder bei Bedarf durch Inbetriebnahme der Heizung 22 bzw. der Heizmatte 28. Zur Ansteuerung der Heizung 22 in vorgegebenen Intervallen oder bei Bedarf ist eine Steuerung 30 vorgesehen. Um sicherzustellen, dass es dabei nicht zu ungewollten Überhitzungen der Heizung 22 kommt ist eine Betriebssicherung 46 vorgesehen.
Der Aufbau und die Funktionsweise der Betriebssicherung 46 werden nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 3 erläutert.
Gemäß 3 ist die Kühleinrichtung 6 an ein Bordnetz 32 eines Verkehrsflugzeugs elektrisch angeschlossen, um die Luftkühleinheit 12 mit elektrischer Energie für ihren Betrieb zu versorgen.
Das Bordnetz 32 umfasst einen Generator 34, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Drehstromgenerator ausgebildet ist und dessen Sternpunkt 36 elektrisch mit einem Masseanschluss 38 des Verkehrsflugzeugs verbunden ist. Der Drehstromgenerator erzeugt im vorliegenden Ausführungsbeispiel z.B. elektrische Energie mit einer elektrischen Wechselspannung von 115 Volt gegen Masse und einer Außenleiterspannung von 230 Volt. Der Drehstromgenerator kann aber auch elektrische Energie mit einer elektrischen Wechselspannung von 230 Volt gegen Masse und einer Außenleiterspannung von 400 Volt erzeugen.
Die Kühleinrichtung 6 selbst weist einen Gleichrichter 40 zur Wandlung des von dem Generator 34 gelieferten elektrischen Drehstroms in elektrischen Gleichstrom auf, der über einen Drehstromanschluss 42 an das Bordnetz 32 angeschlossen ist. Zur Glättung des elektrischen Gleichstroms ist dem Gleichrichter 40 ein Zwischenkreiskondensator 44 nachgeschaltet. Mit dem geglätteten Gleichstrom wird die Heizmatte 28 während der Abtauphase versorgt. Der Gleichstrom versorgt gleichzeitig auch einen Inverter zum Betrieb des als Drehstrommotors ausgebildeten Antriebs für den Lüfter 20.
Im Folgenden wird der Aufbau einer Betriebssicherung 46 erläutert. Als erstes weist die Betriebssicherung 46 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen auf. Die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 ist eingangsseitig vor dem Gleichrichter 40 angeordnet, d.h. die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 erfasst, ob die Summe des in den Gleichrichter 40 hinein und aus den Gleichrichter 40 heraus fließenden elektrischen Ströme der einzelnen Phasen des Drehstroms gleich Null sind, oder einen vorgegebenen Fehlerstromgrenzwert überschreiten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 ausgebildet, einen elektrischen Fehlerstrom mit dem Induktionsverfahren zu bestimmen, d.h. ein elektrischer Fehlerstrom erzeugt ein Magnetfeld, das einen Schaltvorgang auslöst. Alternative Verfahren sind z.B. Hallsensoren, oder Nebenstromwiderstände (Shunts) mit Operationsverstärker und Summenbildung.
Die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 steht in Wirkverbindung mit einem Trennschalter 50, so dass ein den Fehlerstromgrenzwert überschreitender elektrischer Fehlerstrom in der Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 eine Schaltvorgang auslöst, der den Trennschalter 50 veranlasst, die Heizung 22 von dem Zwischenkreiskondensator 44 zu trennen, so dass der Heizmatter 28 keine weitere elektrische Energie zugeführt wird und diese abkühlen kann. Dabei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Trennschalter 50 zur allpoligen Trennung der Heizung 22 bzw. der Heizmatte 28 von ihrer Energiezufuhr ausgebildet ist. Somit ist sichergestellt, dass nach Auslösen des Trennschalters 50 die Heizung 22 spannungsfrei ist und keine Gefahr mehr darstellt.
Als zweites weist die Betriebssicherung 46 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Wärmeleitelement 52 auf. Das Wärmeleitelement 52 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Aluminium, Kupfer oder eine Kupfer oder Aluminium enthaltende Legierung gefertigt. Das Wärmleitelement 52 weist wie die Heizmatte 28 eine flächige Erstreckung auf. Dabei bildet die flächige Erstreckung des Wärmeleitelements 52 eine Wärmeleitelementoberfläche 54, während die flächige Erstreckung der Heizmatte 28 eine Heizelementoberfläche 56 bildet. Um einen besonders guten Wärmeübergang zwischen der Heizmatte 28 und dem Wärmeleitelement 52 zu erreichen sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Heizelementoberfläche 56 und die Wärmeleitelementoberfläche 54 vollflächig miteinander in Kontakt stehend verbunden, z.B. durch eine stoffschlüssige Verbindung wie eine Klebeverbindung.
Elektrisch ist das Wärmeleitelement 52 mit einem weiteren Masseanschluss 58 des Verkehrsflugzeugs verbunden. Somit fließt, wenn die aufgeschmolzene elektrische Isolierung des elektrischen Heizwiderstands der Heizmatte 28 versagt, ein elektrischer Strom über das Wärmeleitelement 52 zu dem zweiten Masseanschluss 58. Dabei ist die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 ausgebildet, dass auf ein Erfassen eines Überschreitens eines Wärmeleitelementgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom durch das Wärmeleitelement 52 die Heizung 22 durch Aktivieren des Trennschalters 50 von seiner Energieversorgung getrennt wird.
Im Betrieb wird also zugleich zum Aktivieren der Heizung 22 mit der Heizmatter 28 zum Entfernen von Eisanlagerungen an dem Wärmetauscher 14 die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 aktiviert.
Daraufhin überwacht die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48, ob der Fehlerstromgrenzwert für einen elektrischen Fehlerstrom und/oder der Wärmeleitelementgrenzwert für einen elektrischen Fehlerstrom durch das Wärmeleitelement 52 überschritten wird. Auf das Erfassen eines Überschreitens des Fehlerstromgrenzwertes und/oder des Wärmeleitelementgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom durch das Wärmeleitelement 52 wird die Heizung 22 durch den Trennschalter 50 von seiner elektrischen Energieversorgung getrennt, d.h. das Heizelement 24 deaktiviert. Jedoch versorgt danach die Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 den Lüfter 20 zum Erzeugen einer Zwangsluftströmung durch den Wärmetauscher 14 für eine Mindestzeitdauer mit elektrischer Energie, d.h. der Lüfter 20 wird erst nach Ablauf einer Mindestzeitdauer deaktiviert. Durch diesen Nachlauf des Lüfters 20 wird ein Wärmestau in dem Wärmetauscher 14 verhindert, so dass sichergestellt ist, dass Überhitzungen der Heizung 22 keinen Schaden anrichten können.
4 zeigt eine Abwandlung des Ersatzschaltbildes der 3, in der eingangsseitig vor dem der Drehstromanschluss 42 ein fernsteuerbarer Trennschalter 60 (Remote Controlled Circuit Breaker – RCCB) vorgesehen ist, der ebenfalls mit der Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 in Wirkverbindung steht, derart, dass auf Grenzwertüberschreitungen der fernsteuerbarer Trennschalter 60 eine Trennung vom Bordnetz 32 bewirkt. Dabei ist der fernsteuerbare Trennschalter 60 zum allpoligen Abschalten ausgebildet. Es können so Gewicht und Kosten gespart werden, da dieses Abschaltorgan auf Luftfahrzeugebene bereits vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher 14 zum Abkühlen von Luft, mit einem Kältemittelvorlaufanschluss 8 zum Zuführen von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft und einem Kältemittelrücklaufanschluss 10 zum Abführen von flüssigen Kältemittel. Zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetaucher 10 ist eine Heizung 22 vorgesehen, der ein elektrisches Heizelement 24 zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen zugeordnet ist. Eine Betriebssicherung 46 verhindert Überhitzungen der Heizung 22.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebssicherung 46 eine Fehlerstromerfassungseinrichtung 48 zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist.
Ferner gehören zur Erfindung eine Heizung 22, mit einem Heizelement 24 zum Aufschmelzen von Eisablagerungen, und mit einer derartigen Betriebssicherung 46, sowie eine Bordküche 2 für ein Luftverkehrsflugzeug, mit einem Aufnahmeraum 4 für Trolleys, und einer Kühleinrichtung 6 zum Kühlen des Aufnahmeraumes 4, wobei die Kühleinrichtung 6 einen derartigen Wärmetauscher 14 zum Abkühlen von Luft aufweist.
Mit der Erfindung wird die Betriebssicherheit eines derartigen Wärmetauschers 14, einer Heizung 22 für einen derartigen Wärmetauscher 14 und einer Bordküche 2 mit einem derartigen Wärmetauscher 14 erhöht.
Bezugszeichenliste

2: Bordküche
4: Aufnahmeraum
6: Kühleinrichtung
8: Kältemittelvorlaufanschluss
10: Kältemittelrücklaufanschluss
12: Luftkühleinheit (ACU)
14: Wärmetauscher
16: Lufteinlass
18: Luftauslass
20: Lüfter
22: Heizung
24: Heizelement
28: Heizmatte
30: Steuerung
32: Bordnetz
34: Generator
36: Sternpunkt
40: Gleichrichter
42: Drehstromanschluss
44: Zwischenkreiskondensator
46: Betriebssicherung
48: Fehlerstromerfassungseinrichtung
50: Trennschalter
52: Wärmeleitelement
54: Wärmeleitelementoberfläche
56: Heizelementoberfläche
58: Masseanschluss
60: fernsteuerbarer Trennschalter

Claims

Wärmetauscher (14) zum Abkühlen von Luft, mit einem Kältemittelvorlaufanschluss (8) zum Zuführen von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft, einem Kältemittelrücklaufanschluss (10) zum Abführen von flüssigen Kältemittel, einer Heizung (22) zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetauscher (14), wobei der Heizung (22) ein elektrisches Heizelement (24) zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen zugeordnet ist, und einer Betriebssicherung (46) zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssicherung (46) eine Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist.
Wärmetauscher (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssicherung (46) ein Wärmeleitelement (52) umfasst, das aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist und mit einem Masseanschluss (58) verbindbar ist, und das Wärmeleitelement (52) in wärmeleitender Verbindung mit dem Heizelement (25) steht.
Wärmetauscher (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) auf ein Erfassen eines Überschreitens eines Fehlerstromgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom das Heizelement (24) deaktiviert, und/oder die Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) auf ein Erfassen eines Überschreitens eines Grenzwertes für einen elektrischen Strom durch das Wärmeleitelement (52) das Heizelement (24) deaktiviert.
Wärmetauscher (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (14) ein Lüfter (20) zum Erzeugen einer Zwangsluftströmung durch den Wärmetauscher (14) zugeordnet ist, wobei die Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) auf das Erfassen eines Überschreitens eines Fehlerstromgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom und/oder eines Überschreitens eines Wärmeleitelementgrenzwertes für einen elektrischen Fehlerstrom durch das Wärmeleitelement (52) den Lüfter (20) erst nach Ablauf einer Mindestzeitdauer deaktiviert.
Wärmetauscher (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) einen Trennschalter (50) zum allpoligen Trennen des Heizelements (24) aufweist.
Wärmetauscher (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (24) eine Heizmatte (28) mit flächiger Erstreckung ist, die eine Heizelementoberfläche (56) bildet, das Wärmeleitelement (52) eine flächige Erstreckung aufweist, die eine Wärmeleitelementoberfläche (54) bildet, und die Heizelementoberfläche (56) und die Wärmeleitelementoberfläche (54) miteinander in Kontakt stehend verbunden sind.
Wärmetauscher (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (22) einen Drehstromanschluss (42) aufweist.
Wärmetauscher (14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (22) einen Gleichrichter (40) aufweist, der eingangsseitig elektrisch leitend mit dem Drehstromanschluss (42) verbunden ist, und ausgangsseitig einen Zwischenkreiskondensator (44) aufweist.
Heizung (22), insbesondere für einen Wärmetauscher (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Heizelement (24) zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen, und mit einer Betriebssicherung (46) zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssicherung (46) eine Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist.
Bordküche (2) für ein Luftverkehrsflugzeug, mit einem Aufnahmeraum (4) für Trolleys, einer Kühleinrichtung (6) zum Kühlen des Aufnahmeraumes (4), wobei die Kühleinrichtung (6) einen Wärmetauscher (14) zum Abkühlen von Luft aufweist, der Wärmetauscher (14) einen Kältemittelvorlaufanschluss (8) zur Zufuhr von flüssigen Kältemittel zum Abkühlen von Luft aufweist, und der Wärmetauscher (14) einen Kältemittelrücklaufanschluss (10) zum Abführen von flüssigen Kältemittel aufweist, dem Wärmetauscher (14) eine Heizung (22) zur Eisentfernung durch Aufschmelzen von Eisanlagerungen in dem Wärmetauscher (14) zugeordnet ist, der Heizung (22) ein Heizelement (24) zum Aufschmelzen von Eisanlagerungen zugeordnet ist, und dem Wärmetauscher (14) eine Betriebssicherung (46) zur Vermeidung von Überhitzungen der Heizung (22) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssicherung (46) eine Fehlerstromerfassungseinrichtung (48) zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen aufweist.