DE19733934C1

DE19733934C1 - Anordnung und Verfahren zur Abwärmenutzung einer Bordküchen-Kältemaschine in einem Passagierflugzeug

Info

Publication number: DE19733934C1
Application number: DE1997133934
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Thoelstedt
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2017-08-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Abwärmenutzung in einem Passagierflugzeug. Ihre Anwendungen liegt im Bereich der verbesserten (effizienten) Ausnutzung vorhandener Wärmeenergie-Ressourcen bei der Klimatisierung von rumpfinneren Bereichen eines Passagierflugzeuges.

Es ist bekannt, daß der (die) Bordküchenbereich(e) [Galley-Bereich(e)] eines Passagierflugzeuges von einer Kältemaschine (Chiller) über eine Rohrleitung (Supply-Rohr) mit Kaltluft versorgt wird, die dort zum Um- bzw. Durchspülen der zu kühlenden Küchenservicewagen (Trolleys) benötigt wird. Die (durch Wärmeabgabe der Küchenservicewagen) erwärmte Kaltluft wird über eine Rohrleitung (Return-Rohr) der Kältemaschine zurückgeführt. Dabei wird am (Kondensator)-Ein gang der Kältemaschine eine (in unmittelbarer Nähe der Kältemaschine befindliche kühlere) Umgebungsluft angesaugt, die der Kondensator während des stattfindenden Kompressions-Kalt dampfprozesses zur Kühlung der (aus dem Küchenbereich) zurückgeführten Warmluft nutzt. Durch diesen Kühlprozeß erwärmt sich die angesaugte Umgebungsluft (weiter), die über eine mit dem (Kondensator-)Ausgang der Kältemaschine verbundene Rohrleitung (Condenser-Ausgangs rohr) als Kondensatorabluft (Condenser-Abluft) abgeführt wird. Die Kondensatorabluft wird vom Kondensatoreingang weggeführt, da eine im Kondensatoreingangsbereich lokalisierte (zu) hohe Lufttemperatur die Funktionsfähigkeit der Kältemaschine einschränken würde. Die Wärmeenergie der abgeführte Kondensatorluft wird (weitestgehend) nicht weiter ausgenutzt, da die Kondensator luft über dem Flugzeugrumpf positionierte Ausströmventil(e) [Out Flow Valve(s)] nach außerhalb des Flugzeuges abgegeben wird. Es ist kein Vorbild dafür bekannt, wonach wenigstens ein Teil der abgeführten temperierten Kondensatorluft zur Hebung des Temperaturniveaus (fußbodennaher Zonen) im Passagierbereich, hauptsächlich zur Erwärmung der Passa-agier-Türbereiche, im Passa gierflugzeug genutzt wird.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Abwärmenutzung einer Bordküchen-Kältemaschine in einem Passagierflugzeug anzugeben, mit der sich wenigstens ein Teil der einer Kältemaschine abgeführten (und nach außerbords eines Passa gierflugzeuges ausgeblasenen) Kondensator-Warmluft zur Erwärmung der bodennahen Passagier bereiche, hauptsächlich zur Erwärmung der Passagier-Türbereiche, ausnutzen läßt. Dabei soll eine geregelte Nutzung der Kondensator-Warmluftmenge vorgesehen werden, wobei durch die Entla stung der traditionell genutzten Energieressourcen gleichzeitig eine Erhöhung des Passagierkomforts an Bord eines Flugzeuges beabsichtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den weiteren Unteransprüchen sind zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Maß nahmen angegeben.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei wird das Verfahren anhand der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 den Rohrleitungsverlauf zur Abwärmenutzung einer Bordküchen-Kältemaschine im Unterflur eines Passagierflugzeuges mit einer dem Oberdeckbereich verbundenen Zuluftleitung, durch welche die geregelte Zufuhr von Kondensator-Warmluft erfolgt;

Fig. 2 die Ansicht A-A nach Fig. 1 mit Darstellung des Rohrleitungsverlaufes ohne Wie dergabe der nämlichen Zuluftleitung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt eine Bordküchen-Kältemaschine (Chiller), die nachfolgend als Kältemaschine 1 bezeichnet wird, der eine Luftversorgungsleitung 2 (Supply-Rohr) und eine Rückluftleitung 3 (Return-Rohr) sowie eine Abluftleitung 4 (Condenser-Ausgangs rohr) angeschlossen ist. Dabei sind die Luftversorgungsleitung 2 und die Rückluftleitung 3 mit dem im Oberdeckbereich 8 befindlichen Küchenbereich 81 (Galley-Bereich) des Passagierflugzeu ges verbunden, wobei die beiden Leitungen durch den Fußboden des Oberdeckbereiches 8 geführt sind. Die Abluftleitung 4 ist in den Bereich der Bilge 91 im Unterdeckbereich 9 (Unterflur) des Passagierflugzeuges geführt. In der Fig. 2 wird dazu der bisher beschriebene Rohrleitungsverlauf gemäß der Ansicht A-A nach Fig. 1 mit Anschluß der nämlichen Rohrleitungen an die Kältema schine 1 im (Rumpf-)Querschnitt des Unterdeckbereiches 9 gezeigt.

Die Kältemaschine 1 liefert (pumpt) Kaltluft, die über die Luftversorgungsleitung 2 zur Bordküche strömt. Dabei werden die innerhalb dem Küchenbereich 81 positionierten Küchenservicewagen (Trolleys), die es infolge ihrer Erwärmung zu kühlen gilt, von der Kaltluft um- und/oder durchspült. Die erwärmte Kaltluft wird danach über die Rückluftleitung 3 zur Kältemaschine 1 zurückgeführt (abgesaugt). Die Kältemaschine 1 verfügt über einen ihr (bildlich nicht dargestell ten) integrierten Kondensator 10, der luftstrombezogen mit einem Kondensator-Saugeingang 7 (Condenser-Eingang) in Verbindung steht. Über den Kondensator-Saugeingang 7 wird (kühle = zur Luftkühlung ausreichend tief temperierte) Umgebungsluft, die die Kältemaschine 1 umgibt, durch letztere angesaugt und danach dem Kondensator 10 zugeführt.

Mit Hilfe der angesaugten Umgebungsluft wird die (durch die Küchenservicewagen) erwärmte (erhitzte) Kaltluft im Kondensator 10 abgekühlt und danach der Luftversorgungsleitung 2 einge speist. Dieser Luftkreislauf zur Kühlung der Küchenservicewagen mit rezirkulierter Kaltluft läßt sich (bis zum Abschluß des Kühlprozesses) ständig wiederholen. Dabei wird die angesaugte Umgebungsluft durch den in der Kältemaschine 1 stattfindenden Kompressions-Kaltdampfprozeß zur Kühlung der rückgeführten (trolley-)erwärmten Kaltluft (Rückluft) genutzt. Die erwärmte Umgebungsluft wird als Kondensatorabluft (Condenser-Warmluft) über die Abluftleitung 4 (Condenser-Ausgangsrohr), die einem Kondensatorausgang der Kältemaschine 1 angeschlossen ist und mit dem Kondensator 10 in Verbindung steht, in den Bereich der Bilge 91 im Unterdeckbe reich 9 abgeführt. Von dort aus wird sie herkömmlicherweise über (nicht dargestellte) regelbare Luftausströmventile, die dem Flugzeugrumpf 12 integriert sind, nach außerhalb des Flugzeuges ausgeblasen.

Da die Lufttemperatur der angesaugten Umgebungsluft (wegen der Wärmeübertragung der trolley erwärmten Kaltluft auf die Umgebungsluft) durch diese Maßnahme ständig weiter anwachsen wird, erfolgt der Verlauf der Abluftleitung 4 in genügendem (ausreichenden) Abstand zum Kondensator-Saugeingang 7. Eine zusätzliche Erwärmung (Aufheizung) der Umgebungsluft, die den Kondensator-Saugeingang 7 mit einem (nicht beabsichtigten) Wachstum der Luftumgebungs temperatur belasten würde, führt zur Einschränkung der Funktionsfähigkeit der Kältemaschine 1 und damit zur Gefährdung der Kühlung der trolley-erwärmten Kaltluft im Kondensator 10.

Um wenigstens einen Teil der erwärmten Kondensatorabluft zweckbestimmt zur Temperierung anderer Flugzeugbereiche im Rumpfinneren, die herkömmlich durch andere Wärmeenergiequellen bedient werden, zu verwenden, wird die Kondensatorabluft vor ihrer Einleitung in den Bereich der Bilge 91 eine Leitungsverzweigung 13 passieren, die der Abluftleitung 4 integriert ist. Der Lei tungsverzweigung 13 ist eine Zuluftleitung 5 angeschlossen, die mit einem im Fußbodenbereich des Oberdeckbereiches 8 eingelassenen Luftauslaß 11 in Verbindung steht. Dabei strömt die den Luftauslaß 11 passierende warme Zuluft (Kondensatorabluft) beispielsweise einem Passagierbe reich ein, wobei ihre Verwendung hauptsächlich zur Erwärmung der ohnehin kalten Passagiertür bereiche den Passagierkomfort an Bord des Passagierflugzeuges verbessern hilft. Dann wäre der Luftauslaß 11 unterhalb und nahe der betreffenden Passagiertür zu installieren.

Ein der Leitungsverzweigung 13 integriertes Luftmengen-Regelventil 6 realisiert die Verzweigung der Kondensatorabluft entweder gänzlich in die Zuluftleitung 5 oder gänzlich in den (der Leitungs verzweigung 13 nachgeordneten und in die Bilge geführten (unteren) Rohrleitungsabschnitt 41 der Abluftleitung 4 oder teilweise in diese beiden Rohrleitungsbereichs. Das Luftmengen-Regelventil 6 bestimmt danach die Luftstromverteilung der Kondensatorabluft in die genannten Rohrleitungs bereiche.

Das Luftmengen-Regelventil 6 wird dermaßen geregelt, daß die Luftstromverteilung (Luftregulie rung) der Kondensatorabluft in die Zuluftleitung 5 und/oder in den Rohrleitungsbereich 41 der Abluftleitung 4 in Abhängigkeit von belüftungsinternen und anderer korrelierenden Systemparame ter des Flugzeuges [beispielsweise: in Abhängigkeit von der Flughöhe, der aktuellen Kabinentem peratur, der Passagieranzahl, der Frachtraumkühlung (Ein/Aus) bzw. der Frachtraumauslastung] realisiert wird.

Es ist denkbar, daß nahe der Leitungsverzweigung 13 in der Abluftleitung 4 und/oder in der Zuluftleitung 5 (der Leitungsverzweigung 13 vor- oder nachgeordnet) jeweils ein Luftregelventil 6 angeordnet ist, mit dem sich die Luftströmung der Kondensatorabluft regulieren läßt. Die Realisie rung dieser Maßnahme würde den Wegfall des der Leitungsverzweigung 13 unmittelbar integrier ten Luftmengen-Regelventiles 6 bedeuten. Es ist im besonderen denkbar, daß das der Leitungsver zweigung 13 unmittelbar integrierte Luftregelventil 6 mit einem Mehrwege-Luftregelventil reali siert ist.

Dabei läßt sich der Luftregelmechanismus des einzelnen Luftregelventils 6 elektrisch oder optoelek tronisch (mittels geeigneter Lichtleittechnik) ansteuern läßt, das dementsprechend über elektrische Signalleitungen oder Lichtwellenleiter mit einer elektrischen oder optoelektronischen Steuer einrichtung verbunden ist, die die entsprechenden Signalimpulse zur mechanischen Betätigung des Luftregelventils (6) setzt.

Mit dem Einsatz der vorgestellten Lösung wird bezweckt, daß die dem Bleedsystem des Passagier flugzeuges entnommene Heißluftmenge beispielsweise zur Erwärmung der Passagierkabine reduziert und damit Heizleistung eingespart wird. Die anfallende Abwärme der Kältemaschine 1 zur Bordküchenkühlung wird dabei dermaßen verwendet, daß die reduzierte Heizleistung ersetzt und das lokale Temperaturniveau der Passagierkabine bei Bedarf erhöht werden kann. Mit der Umsetzung dieser Maßnahme wird hauptsächlich eine Erwärmung der Flugzeugtürbereiche ange strebt, wodurch die Installation zusätzlicher Heizausrüstung (elektrischer Heizgeräte) entfällt. Demnach würden Gewichts- und Kosteneinsparungen (Treibstoffersparnis, Wegfall zusätzlicher Heizausrüstung, Einsparung elektrischer Energie) erreicht werden.

Bezugszeichenliste

1

Kältemaschine (Chiller)

2

Luftversorgungsleitung (Supply-Rohr)

3

Rückluftleitung (Return-Rohr)

4

Abluftleitung (Condenser-Ausgangsrohr)

41

Rohrleitungsabschnitt

41

(der Abluftleitung

4

)

5

Zuluftleitung

6

Luftregelventil

7

Kondensator-Saugeingang

8

Oberdeckbereich

81

Küchenbereich (Galley-Bereich)

9

Unterdeckbereich; Unterflur

91

Bilge

10

Kondensator

11

Luftauslaß

12

Rumpf

13

Leitungsverzweigung

Claims

1. Anordnung zur Abwärmenutzung einer Bordküchen-Kältemaschine in einem Passa gierflugzeug, mit einer Kältemaschine (1), der eine Luftversorgungsleitung (2), die die Versorgung eines im Oberdeckbereich (8) des Passagierflugzeuges befindlichen Küchenbe reiches (81) mit Kaltluft realisiert, und eine Rückluftleitung (3), die die Rückführung der im Küchenbereich (81) erwärmten Kaltluft zur Kältemaschine (1) realisiert, angeschlossen ist, bei der die Kältemaschine (1) einen Kondensator (10) und einen Kondensator-Saugein gang (7) aufweist, der mit dem Kondensator (10) verbunden ist, über den eine die Kälte maschine (1) umgebende kühle Umgebungsluft, die zur Abkühlung der aus dem Küchen bereich (81) rückgeführten erwärmten Kaltluft im Kondensator (10) benötigt wird, zu geführt wird, bei der der Kältemaschine (1) eine Abluftleitung (4) angeschlossen ist, die in den Bereich der Bilge (91) im Unterdeckbereich (9) des Passagierflugzeuges geführt ist, mit der die Rückführung der im Kondensator (10) erwärmten Umgebungsluft als Kon densatorabluft realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftleitung (4) eine Leitungsver zweigung (13) aufweist, mit der eine Zuluftleitung (5), die einem im Fußbodenbereich des Oberdeckbereiches (8) eingelassenen Luftauslaß (11) angeschlossen ist, verbunden ist, wobei sich über die Zuluftleitung (5) wenigstens ein Teil der Kondensatorabluft rückfüh ren läßt, und daß der Leitungsverzweigung (13) wenigstens ein Luftregelventil (6) inte griert ist, mit dem sich die Kondensatorabluft in die Zuluftleitung (5) und/oder in den der Leitungsverzweigung (13) nachgeordneten Bereich (41) der Abluftleitung (4), der zur Bilge (91) geführt ist, verzweigen läßt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Leitungsverzweigung (13) in der Abluftleitung (4) und/oder in der Zuluftleitung (5) jeweils ein Luftregelventil (6) angeordnet ist, mit dem sich die Luftströmung der Kon densatorabluft regulieren läßt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftre gelventil (6) mit einem Mehrwege-Luftregelventil realisiert ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftregelmechanismus des einzelnen Luftregelventils (6) sich elektrisch ansteuern läßt, der dementsprechend über Signalleitungen mit einer elektrischen Steuereinrichtung ver bunden ist, die die entsprechenden Signalimpulse zur mechanischen Betätigung des Luftre gelventils (6) setzt.

5. Verfahren zur Abwärmenutzung einer Bordküchen-Kältemaschine in einem Passa gierflugzeug, bei dem ein im Oberdeckbereich des Flugzeuges befindlicher Küchenbereich von einer Kältemaschine mit Kaltluft versorgt wird, die durch Um- und/oder Durch spülung von im Küchenbereich positionierten Küchenservicewagen erwärmt wird und danach als erwärmte Kaltluft der Kältemaschine zurückgeführt wird, bei dem über einen Kondensator-Saugeingang der Kältemaschine kühle Umgebungsluft angesaugt und einem der Kältemaschine integrierten Kondensator zugeführt wird, wobei mit der Umgebungsluft die der Kältemaschine zurückgeführte erwärmte Kaltluft im Kondensator abgekühlt wird und die dadurch erwärmte Umgebungsluft als Kondensatorabluft dem Bereich der Bilge im Unterdeckbereich des Flugzeuges abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorabluft vor ihrer Einleitung in den Bereich der Bilge einer Leitungs verzweigung zugeführt wird und mit einem der Leitungsverzweigung integrierten Luftre gelventil verzweigt wird, dermaßen, daß die Luftströmung hier Kondensatorabluft mit dem Luftregelventil reguliert wird, so daß wenigstens eine Teilmenge der Kondensatorabluft einem Fußbodenbereich des Oberdeckbereichs zugeführt wird, der dann einen oberhalb des Fußbodenbereiches befindlichen bodennahen Bereich erreichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon densatorabluft zu strömungsgeregelten Teilen dem bodennahen Bereich des Fußboden bereiches zugeführt wird und/oder zum Bereich der Bilge abgeführt wird, von wo aus die abgeführte Abluftmenge der Kondensatorabluft über ein Ausström-Regelventil in die Umgebung außerhalb des Flugzeuges ausgeblasen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Luftregelventil vorgenommene Luftregulierung der Kondensatorabluft in Abhängigkeit von belüftungsinternen Systemparametern des Flugzeuges realisiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftregu lierung der Kondensatorabluft in Abhängigkeit von der Flughöhe des Flugzeuges sowie von der Passagieranzahl und dem transportierten Frachtgut im Ober- oder Unterdeckbe reich des Flugzeuges realisiert wird und dabei zur wärmemäßigen Beeinflussung der Umgebungstemperatur im Oberdeckbereich, wenigstens im bodennahen Bereich des Fußbodenbereiches, sowie zur wärmemäßigen Beeinflussung der Umgebungstemperatur im Unterdeckbereich des Flugzeuges, wenigstens in ausgewählten Frachtraumbereichen, durch Beimischung zu einer Frischluft, die den Ober- und/oder Unterdeckbereichen des Flugzeuges zugeführt wird, genutzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulie rung der zu einem Teil dem bodennahen Fußbodenbereich zugeführten Kondensatorabluft zur wärmemäßigen Beeinflussung der im Flugzeugtürbereich zirkulierenden Luft genutzt wird.