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Title:
AIRCRAFT COOLING SYSTEM EVAPORATOR ARRANGEMENT FOR TWO COOLING AGENT CIRCUITS THAT ARE INDEPENDENT FROM EACH OTHER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/030448
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an aircraft cooling system evaporator arrangement (10) comprising at least two coolant circuits (20a, 20b) for a coolant, that are independent from each other, at least two hydraulic evaporator arrangements (12a, 12b) that are arranged parallel and that are used to allow heat to be exchanged between the coolant circuit and the coolant, at least two supply lines (18a, 18b) for feeding the coolant to the evaporator arrangements (12a, 12b), at least two removal lines (22a, 22b) used to remove the coolant from the evaporator arrangements (12a, 12b). Each coolant circuit (20a, 20b) is associated with one of the evaporator arrangements (12a, 12b), one of the supply lines (18a, 18b) and one of the removal lines (22a, 22b). According to the invention, the various supply lines (18a, 18b) and removal lines (22a, 22b) associated with the coolant circuits (20a, 20b) are hydraulically separated from each other and also each removal line (22a, 22b) is associated with at least one coolant sensor (24a, 24b) for monitoring a coolant state. Also, the evaporator arrangement (10) comprises an expansion valve (16) that is configured in order to control the coolant flows through the supply lines (18a, 18b) according the coolant sensors (24a, 24b).

Inventors:
EBIGT WOLFGANG (DE)
CASAS NORIEGA WILSON WILLY (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/007128
Publication Date:
March 12, 2009
Filing Date:
September 01, 2008
Export Citation:
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Assignee:
AIRBUS GMBH (DE)
EBIGT WOLFGANG (DE)
CASAS NORIEGA WILSON WILLY (DE)
International Classes:
F25B5/02
Domestic Patent References:
WO2005030579A12005-04-07
Foreign References:
DE102006006731A12007-08-16
US20060288713A12006-12-28
EP1806547A12007-07-11
EP0091006A21983-10-12
US6898945B12005-05-31
DE1601023A11970-07-16
US6880353B12005-04-19
US6381974B12002-05-07
EP1780479A12007-05-02
Attorney, Agent or Firm:
BEYER, Andreas (Schweigerstrasse 2, München, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Flugzeugkühlanlagenverdampferanordnung (10) mit:

- mindestens zwei voneinander unabhängigen Kreisläufen (20a, 20b) für einen Kälteträger;

- mindestens zwei hydraulisch parallel angeordneten Verdampfungseinrichtungen (12a, 12b) zum Ermöglichen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kälteträger und einem Kältemittel;

- mindestens zwei Zufuhrleitungen (18a, 18b) zur Zufuhr von Kältemittel zu den Verdampfungseinrichtungen (12a, 12b);

- mindestens zwei Abfuhrleitungen (22a, 22b) zur Abfuhr von Kältemittel aus den Verdampfungseinrichtungen (12a, 12b);

- wobei jedem Kälteträgerkreislauf (20a, 20b) eine der Verdampfungseinrichtungen (12a, 12b), eine der Zufuhrleitungen (18a, 18b) und eine der Abfuhrleitungen (22a, 22b) zugeordnet ist;

- wobei die verschiedenen Kälteträgerkreisläufen (20a, 20b) zugeordneten Zufuhrleitungen (18a, 18b) und Abfuhrleitungen (22a, 22b) jeweils hydraulisch getrennt angeordnet sind;

- wobei ferner jeder der Abfuhrleitungen (22a, 22b) mindestens ein Kältemittelsensor (24a, 24b) zur überwachung eines Kältemittelzustands zugeordnet ist;

- und wobei die Verdampferanordnung (10) ferner ein Expansionsventil (16) um- fasst, das dazu ausgelegt ist, zum Steuern von Kältemittelströmen durch die Zufuhrleitungen (18a, 18b) nach Maßgabe der Kältemittelsensoren (24a, 24b) angesteuert zu werden.

2. Verdampferanordnung nach Anspruch 1, bei der die Kältemittelsensoren (24a, 24b) Temperatursensoren sind.

3. Verdampferanordnung nach Anspruch 1, bei der die Kältemittelsensoren (24a, 24b) Drucksensoren sind.

4. Verdampferanordnung nach Anspruch 1, bei der die Kältemittelsensoren (24a, 24b) Dichtesensoren sind.

5. Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ferner eine Hauptkältemittelzuleitung (14) vorgesehen ist, von der sich die Kältemittelzufuhrleitungen (18a, 18b) verzweigen.

6. Verdampferanordnung nach Anspruch 5, bei der das Expansionsventil (16) in der Hauptkältemittelzuleitung (14) angeordnet ist.

7. Verdampferanordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Verzweigung der Hauptkältemittelzuleitung (14) in Kältemittelzufuhrleitungen (18a, 18b) gleichen Querschnitts erfolgt.

8. Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abfuhrleitungen (22a, 22b) stromabwärts der mindestens zwei Verdampfungseinrichtungen (12a, 12b) zu einer Hauptkältemittelableitung (26) zusammengeführt werden.

9. Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verdampferanordnung (10) ferner eine Steuereinrichtung (28) umfasst, die mit den Kältemittelsensoren (24a, 24b) und dem Expansionsventil (16) verbunden ist.

10. Verdampferanordnung nach Anspruch 9, bei der die Steuereinrichtung (28) auf Basis der durch die Kältesensoren (24a, 24b) bestimmten Kältemittelzustände einen Kälteträgerkreislauf (20a, 20b) zu bestimmen vermag, der unter einer größten Kühllast steht.

11. Verdampferanordnung nach Anspruch 10, bei der die Steuereinrichtung (28) das Expansionsventil (16) nach Maßgabe desjenigen Kältesensors (24, 24b) anzusteuern vermag, der der Kältemittelabfuhrleitung (22a, 22b) zugeordnet ist, die dem Kälteträgerkreislauf (20a, 20b) unter größter Kühllast zugeordnet ist.

12. Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Expansionsventil (16) elektrisch ansteuerbar ist.

13. Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kältemittelsensoren (24a, 24b) elektrische Sensorsignale auszusenden vermögen.

14. Verdampferanordnung nach Ansprüchen 9, 12 und 13, bei der die Steuereinrichtung (28) elektrische Sensorsignale von den Kältemittelsensoren (24a, 24b) zu empfangen und das Expansionsventil (16) nach Maßgabe der Sensorsignale elektrisch anzusteuern vermag.

15. Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verdampfungseinrichtungen (12a, 12b) integral miteinander ausgebildet sind.

16. Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage mit einer Verdampferanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

- überwachen von Kältemittelzuständen in Abfuhrleitungen (22a, 22b) durch Kältemittelsensoren (24a, 24b);

- Ansteuern eines Expansionsventils (16) zum Steuern von Kältemittelströmen durch Kältemittelzufuhrleitungen (18a, 18b) nach Maßgabe der Kältemittelsensoren (24a, 24b).

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

- Bestimmen, auf Basis der überwachten Kältemittelzustände in den Kältemittelabfuhrleitungen (22a, 22b), des unter einer größten Kühllast stehenden Kälteträgerkreislaufes (20a, 20b);

- Ansteuern des Expansionsventils (16) nach Maßgabe desjenigen Kältemittelsensors (24a, 24b), der den Kältemittelzustand in der dem Kälteträgerkreislauf (20a, 20b) unter größter Kühllast zugeordneten Kältemittelabfuhrleitung (22a, 22b) überwacht.

18. Kühlanlage eines Flugzeugs, die eine Verdampferanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.

19. Flugzeug, das eine Kühlanlage nach Anspruch 18 aufweist.

20. Flugzeug, das eine Verdampferanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.

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Description:

Flugzeugkühlanlagenverdampferanordnung für zwei voneinander unabhängige Kälteträgerkreisläufe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeugkühlanlagenverdampferanordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängigen Kälteträgerkreisläufen.

In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird mit dem Begriff „Kälteträger" ein Medium bezeichnet, dass bei seiner Verwendung in einem Kühlsystem im Wesentlichen ohne Phasenänderung Kälte bzw. Wärme zwischen Orten unterschiedlicher Temperatur transportiert (kurzfristige lokale Phasenänderungen im Kälteträgermedium können allerdings auftreten). Dies gilt selbstverständlich für die Betriebsbedingungen, für die das betreffende System ausgelegt ist, da sich unter hinreichend extremen Bedingungen immer eine Phasenänderung hervorrufen lässt. Kälteträger liegen im Allgemeinen in flüssigem Zustand vor. Als Kälteträger kann beispielsweise mit Alkohol oder anderem Gefrierschutzmittel versetztes Wasser zum Einsatz kommen.

Der Begriff „Kältemittel" hingegen bezeichnet vorliegend ein Medium, dass beim Kältetransport bzw. Wärmetransport seinen Aggregatzustand ändert. In der Regel wird gasförmiges Kältemittel in einem Kondensator abgekühlt und geht dabei in den flüssigen Zustand über. Durch Wärmeaustausch mit einem zu kühlenden Medium - beispielsweise dem Kälteträger - kann das flüssige Kältemittel verdampfen und das zu kühlende Medium abkühlen, indem es ihm die zur Verdampfung des Kältemittels notwendige Energie (Verdampfungsenthalpie) entzieht. Auch diese Definition bezieht sich auf die Bedingungen, für die das System ausgelegt ist, in dem das Kältemittel verwendet wird. Als Kältemittel finden häufig CO 2 oder Kohlenwasserstoffverbindungen Verwendung.

Moderne Verkehrsflugzeuge sind zumeist mit Kühlanlagen ausgestattet, um beispielsweise für Bordküchen Kühlfunktionen bereitzustellen. Die Kühlanlagen sind nicht mit den ebenfalls vorhandenen Klimaanlagen zur Regelung der Lufttemperatur und des Luftzustands in der Kabine zu verwechseln, und sind in aller Regel unabhängig von diesen. Insbesondere größere Flugzeuge verfügen häufig über mehr als einen Verbraucher mit Kühlbedarf, beispielsweise können mehrere Bordküchen vorhanden sein.

Bisher wurde diese Mehrzahl an Verbrauchern häufig dezentral versorgt. Jeder Verbraucher verfügte über eine eigene, ihm zugeordnete Kühlanlage bzw. Kältemaschine. Eine solche Kühlanlage wird in der Regel im Flug mit kühler Stauluft aus einem Staulufteinlass versorgt. Die Stauluft strömt durch einen Kondensator und kühlt dabei ein Kältemittel. Das Kältemittel wird über einen üblichen Kältemittelkreislauf einem Verdampfer zugeführt, in dem ein Kälteträger durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel gekühlt wird. Daher sind in herkömmlichen Systemen eine Vielzahl von unterschiedlichen Kältemaschinen beziehungsweise Verdampfern nötig, die auf den relativ geringen Kühlbedarf der einzelnen Verbraucher abgestimmt sind. Bei derartigen herkömmlichen Systemen wird Abwärme in den Flugzeugrumpf abgegeben, was die Klimaanlage zusätzlich belastet.

In modernen Verkehrsflugzeugen werden allerdings zunehmend zentrale Flugzeugkühlanlagen verwendet. Die verschiedenen Verbraucher werden mit gekühltem Kälteträger versorgt, wobei jeweils ein oder mehrere zentrale Verdampfungseinrichtungen zur Kühlung des Kälteträgers für mehrere Verbraucher vorgesehen sind. Das Kältemittel, mit dem der Kälteträger gekühlt wird, wird in derartigen Systemen durch Stauluft gekühlt, ähnlich wie oben beschrieben. Allerdings sind bei zentralen Systemen weniger, aber dafür größere Staulufteinlasse vorgesehen, um für genügend Kühlung zu sorgen.

In der Regel werden bei derartigen zentralen Kühlsystemen zwei unabhängige Kreisläufe für Kälteträger von zwei Kältemaschinen mit Kältemittelkreisläufen gekühlt, um eine Redundanz sicherzustellen. Häufig sind dabei die Verdampfer in einem Kältemittelkreislauf nacheinander in Serie angeordnet.

WO 2005/030579 Al offenbart ein Kühlsystem für Flugzeugbordküchen, bei dem verschiedene Komponenten eines Kühlsystems von einem anderen Kühlsystem mit verwendet werden.

Die DE 1 601 023 offenbart einen Zwangsdurchlauf-Verdampfer für Kompressions- Kälteanlagen, bei der die Benetzung der Oberfläche einer Kanalwand mit Kühlmittelflüssigkeit erhöht ist. Ferner offenbart das Dokument, einen Temperaturfühler hinter einem Verdampfer anzuordnen, um ein Expansionsventil zu steuern, das vor dem Verdampfer angeordnet ist.

Auch die Dokumente US 6,880,353 Bl, US 6,381,974 Bl und EP 1 780 479 Al behandeln Kühlvorrichtungen.

Bei starker (Kühl-) Belastung der Kälteträgerkreisläufe, insbesondere bei unterschiedlich starker Belastung der Kälteträgerkreisläufe, kann das Problem auftreten, dass einer der Kälteträgerkreisläufe so viel Kühlung benötigt, dass das Kältemittel schon zu so großen Teilen in die Gasphase übergegangen ist, dass eine ausreichende Kühlung des nachfolgenden Kälteträgerkreislaufes nicht mehr möglich ist. Es kann sogar vorkommen, dass ein stark belasteter erster Kälteträgerkreislauf das Kältemittel in einem ersten Verdampfer vollständig verdampft, so dass nahezu keine Kühlung des zweiten Kreislaufes mehr möglich ist. Eine Messung und Steuerung des Kältemittelstromes an verschiedenen Stellen mit mehreren Sensoren und Ventilen, die solche Zustände verhindern helfen soll, ist aufwendig, teuer und komplex.

Es besteht daher Bedarf an einer Flugzeugkühlanlagenverdampferanordnung, die diese Probleme umgeht und dabei einfach und preisgünstig in der Herstellung ist.

Abriss der Erfindung

Zur Lösung des oben genannten Problems sieht die vorliegende Erfindung eine Flug- zeugkühlanlagenverdampferanordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängigen Kreisläufen für Kälteträger, mindestens zwei hydraulisch parallel angeordneten Verdampfungseinrichtungen zum Ermöglichen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kälteträger und einem Kältemittel, mindestens zwei Zufuhrleitungen zur Zufuhr von Kältemittel zu den Verdampfungseinrichtungen und mindestens zwei Abfuhrleitungen zur Abfuhr von Kältemittel aus den Verdampfungseinrichtungen vor. Dabei ist jedem Kälteträgerkreislauf eine der Verdampfungseinrichtungen, eine der Zufuhrleitungen und eine der Abfuhrleitungen zugeordnet. Verschiedenen Kälteträgerkreisläufen zugeordnete Zufuhrleitungen und Abfuhrleitungen sind jeweils hydraulisch getrennt angeordnet. Weiterhin ist jeder der Abfuhrleitungen mindestens ein Kältemittelsensor zur überwachung eines Kältemittelzustands zugeordnet. Erfindungsgemäß umfasst die Verdampferanordnung außerdem ein Expansionsventil, das dazu ausgelegt ist, zum Steuern von Kältemittelströmen durch die Zufuhrleitungen nach Maßgabe der Kältemittelsensoren angesteuert zu werden. Es kann vorgesehen sein, die verschiedenen Kälteträgerkreisläufen zugeordneten Zufuhrleitungen und Abfuhrleitungen jeweils hydraulisch parallel anzuordnen.

Die erfindungsgemäße Flugzeugkühlanlagenverdampferanordnung erfordert nur ein einziges Expansionsventil, um mehrere Kältemittelströme zu steuern. Dadurch ist die Verdampferanordnung besonders preisgünstig und wartungsarm. Trotzdem lassen

sich erforderliche Kältemittelströme zuverlässig einstellen, so dass die Kälteträgerkreisläufe jeweils ausreichend gekühlt werden können. Dies ermöglicht insbesondere eine Unabhängigkeit der Kältemittelversorgung der verschiedenen Kältemittelträgerkreisläufe dahingehend, dass nicht ein Kreislauf soviel Kältemittel verbraucht, dass ein anderer Kreislauf nicht mehr genügend gekühlt werden kann.

Vorzugsweise sind die Kältemittelsensoren als Temperatursensoren ausgebildet. Durch Bestimmen der Temperatur des Kältemittels stromabwärts der Verdampfungs- einrichtungen lassen sich zuverlässig Rückschlüsse auf den Zustand des Kältemittels ziehen, insbesondere ist es möglich festzustellen, ob das Kältemittel vollständig verdampft ist. In alternativen Ausführungsformen können die Kältemittelsensoren auch als Drucksensoren oder Dichtesensoren ausgebildet sein. Auch andere Arten von Sensoren sind möglich, solange sie es gestatten, zuverlässig einen zu hohen Dampfoder Gasanteil im Kältemittel stromabwärts einer Verdampfungseinrichtung festzustellen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner eine Hauptkältemittelzuleitung vorgesehen, von der sich die Kältemittelzufuhrleitungen verzweigen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Expansionsventil in der Hauptkältemittelzuleitung angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Expansionsventil einfach zum Steuern der Kältemittelströme durch die Zufuhrleitungen eingesetzt werden, da es sich an einer bezüglich der Kältemittelströme zentralen Position befindet.

Vorzugsweise findet die Verzweigung der Hauptkältemittelzuleitung in Kältemittelzufuhrleitungen gleichen Querschnitts statt. Dadurch wird ein mengenmäßig ausgeglichener Kältemittelstrom durch die Zufuhrleitungen gewährleistet.

Vorteilhafterweise sind die Abfuhrleitungen stromabwärts der mindestens einen Verdampfungseinrichtung zu einer Hauptkältemittelableitung zusammengeführt. Dies erleichtert das Führen des Kältemittels in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verdampferanordnung eine Steuereinrichtung umfasst, die mit den Kältemittelsensoren und dem Expansionsventil verbunden ist. Dies ermöglicht ein leichtes Ansteuern des Expansionsventils nach Maßgabe der Kältemittelsensoren mittels der Steuereinrichtung. In der Steuereinrichtung können auch komplexe Steuerprogramme für das Expansionsventil realisiert sein.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung, auf Basis der durch die Kältesensoren bestimmten Kältemittelzustände, einen Kälteträgerkreislauf zu bestimmen vermag, der unter einer größten Kühllast steht. Vorteilhafterweise vermag es die Steuereinrichtung ferner, das Expansionsventil nach Maßgabe desjenigen Kältesensors anzusteuern, der der Kältemittelabfuhrleitung zugehörig ist, die dem Kälteträgerkreislauf unter größter Kühllast zugeordnet ist. Somit kann das Expansionsventil derart angesteuert werden, dass die maximal erforderliche Kühllast von dem Kältemittel geliefert werden kann. Insbesondere wird verhindert, dass der unter größter Kühllast stehende Kälteträgerkreislauf nur unzureichend mit Kältemittel versorgt wird.

Zur Bestimmung des unter größter Kühllast stehende Kälteträgerkreislaufes kann dabei vorzugsweise der Sättigungsgrad von flüssigem Kältemittel in den Abfuhrleitungen dienen. Es ist davon auszugehen, dass der Kälteträgerkreislauf unter größter Kühllast am meisten flüssiges Kältemittel benötigt, um die erforderliche Kühlung zu gewährleisten. Die Abfuhrleitung mit dem niedrigsten Anteil an flüssigem Kältemittel (wie mittels der Kältemittelsensoren bestimmt) ist daher dem Kälteträgerkreislauf mit der größten Kühllast zugeordnet.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Expansionsventil elektrisch ansteuerbar ist. Dies ermöglicht ein besonders gut kontrolliertes Ansteuern und vermindert die Anzahl beweglicher Teile. Damit erhöht sich die Zuverlässigkeit der Ansteuerung des Expansionsventils und die Lebensdauer des Systems.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kältemittelsensoren elektrische Sensorsignale auszusenden vermögen. Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, die Steuereinrichtung als eine elektronische Steuereinrichtung auszubilden, die elektrische Sensorsignale von den Kältemittelsensoren zu empfangen und das Expansionsventil nach Maßgabe der Sensorsignale elektrisch anzusteuern vermag. Derartige elektrische Systeme lassen sich zuverlässiger und mit geringerem Gewicht ausbilden als beispielsweise mechanische Systeme mit ähnlicher Funktion.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Verdampfungseinrichtungen integral miteinander ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Verdampfungseinrichtungen gemeinsam in einem Bauteil realisiert sind. Dadurch lässt sich die Kühlung des Kälteträgers in den Kälteträgerkreisläufen platzsparend an einem Ort vornehmen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage mit einer Verdampferanordnung, wie sie oben beschrieben ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, Kältemittelzustände in Abfuhrleitungen durch Kältemittelsensoren zu überwachen und ein Expansionsventil zum Steuern von Kältemittelströmen durch Kältemittelzufuhrleitungen nach Maßgabe der Kältemittelsensoren anzusteuern.

Dabei kann auch vorgesehen sein, auf Basis der überwachten Kältemittelzustände in den Kältemittelabfuhrleitungen denjenigen Kälteträgerkreislauf zu bestimmen, welcher unter einer größten Kühllast steht. Das Expansionsventil wird dann nach Maßgabe desjenigen Kältemittelsensors angesteuert, der den Kältemittelzustand der dem Kälteträgerkreislauf unter größter Kühllast zugeordneten Kältemittelabfuhrleitung überwacht.

Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem eine Kühlanlage eines Flugzeugs, die eine Verdampferanordnung wie vorstehend beschrieben aufweist. Außerdem umfasst die Erfindung ein Flugzeug, das eine solche Kühlanlage oder eine oben beschriebene Verdampferanordnung aufweist.

Kurze Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt schematisch eine Flugzeugkühlanlage.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Verdampferanordnung.

Detaillierte Beschreibung der Figuren

In Figur 1 ist schematisch eine Flugzeugkühlanlage 2 dargestellt. Die Flugzeugkühlanlage 2 hat einen Staulufteinlass 3, durch den kalte Luft aus der Außenumgebung des Flugzeugs zugeführt wird. Diese kalte Luft wird zu einem Kondensator 4 geführt, der Teil eines Kältemittelkreislaufs 5 ist. über einen Luftauslass 6 kann die Stauluft, nachdem sie ihre Kühlfunktion erfüllt hat, wieder in die Außenumgebung des Flugzeugs abgelassen werden.

Der Kältemittelkreislauf 5 weist ferner einen Verdampfer 10 auf. Im Kältemittelkreislauf 5 wird ein Kältemittel geführt, das im Betrieb zwei Phasen annehmen kann, üblicherweise flüssig und gasförmig. In dieser vereinfachten Darstellung sind weitere, übliche Komponenten des Kältemittelkreislaufes wie Kompressor, Filter, usw. nicht

gezeigt, um die übersichtlichkeit der Figur zu erhalten; derartige Komponenten wird der Fachmann nach Bedarf hinzufügen.

Der Verdampfer 10 ist außerdem an einen Kreislauf 11 für einen Kälteträger angeschlossen. Der Kälteträgerkreislauf 11 bringt einen Kälteträger zu mehreren, insgesamt als 13 bezeichneten, Verbrauchern z.B. Kühlschränken von Bordküchen. Die genaue Dimensionierung und der Verlauf des Kälteträgerkreislaufes 11 ist durch die Erfordernisse und Anordnung der Verbraucher eines speziellen Flugzeugs gegeben.

Der Einfachheit halber ist hier nur ein Kälteträgerkreislauf 11 dargestellt, in der Regel sind allerdings zwei oder mehr Kälteträgerkreisläufe vorhanden, die am Verdampfer 10 angeschlossen sind. Diese mehreren Kälteträgerkreisläufe versorgen dann verschiedene Gruppen von Verbrauchern. Dadurch ergibt sich eine Redundanz, so dass bei Ausfall eines Kreislaufes für Kälteträger immer noch eine Kühlfähigkeit bereitgestellt werden kann.

Im Betrieb kühlt eintretende kalte Stauluft (die bei üblichen Flughöhen eine Temperatur von etwa -55° C hat) gasförmiges Kältemittel im Kondensator 54 ab, so dass das Kältemittel kondensiert. Auf der anderen Seite des Kältemittelkreislaufes 56 wird das Kältemittel im Verdampfer 10 in Wärmeaustausch mit dem Kälteträger im Kälteträgerkreislauf 11 gebracht. Das Kältemittel verdampft und entnimmt die dazu nötige Verdampfungsenergie dem Kälteträger, der dadurch abgekühlt wird. Der Kälteträger wird dann über den Kälteträgerkreislauf 11 den Verbrauchern 13 zugeführt.

In Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Verdampferanordnung 10 dargestellt. Die Verdampferanordnung 10 umfasst in dieser Ausführungsform einen Verdampfer, der aus zwei miteinander integral ausgebildeten, aber hydraulisch getrennten, Verdamp- fungseinrichtungen 12a, 12b besteht. Als Verdampfer kann jeder herkömmliche geeignete Verdampfer verwendet werden, z.B. ein Plattenverdampfer. Die hydraulische Trennung kann beispielsweise durch Einfügen einer Trennplatte in einen großen Verdampfer hergestellt werden, so dass hydraulisch parallel angeordnete Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b in einem Bauteil bereitstehen. Die genaue Konstruktion des Verdampfers 10 bzw. der Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b wird von den Erfordernissen des Flugzeugs bestimmt, für das sie gebaut werden.

Die Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b sind auf bekannte Weise mit Kälteträgerkreisläufen 20a, 20b verbunden. Diese führen den Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b Kälteträger zu, der in den Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b abgekühlt wer-

den soll. Ferner umfasst die Verdampferanordnung eine Hauptkältemittelzuleitung 14, in der ein Expansionsventil 16 angebracht ist. Die Hauptkältemittelzuleitung 14 verzweigt in zwei Kältemittelzufuhrleitungen 18a, 18b, die jeweils der Verdampfungseinrichtung 12a bzw. 12b Kältemittel zuführen. In den Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b werden Kältemittel und Kälteträger zum Wärmeaustausch gebracht. Dabei verdampft ein mehr oder weniger großer Teil des Kältemittels.

über Kältemittelabfuhrleitungen 22a, 22b wird das Kältemittel aus dem Verdampfer abgeführt. In den Kältemittelabfuhrleitungen 22a, 22b sind Kältemittelsensoren 24a, 24b vorgesehen, die den Zustand des Kältemittels überwachen. In dieser Ausführungsform sind die Kältemittelsensoren 24a, 24b als Temperaturfühler ausgebildet, welche die Temperatur des Kältemittels überwachen. Die Kältemittelsensoren 24a, 24b stellen elektrische Sensorsignale bereit.

Jeweils stromabwärts der Kältemittelsensoren 24a, 24b vereinigen sich die Kältemittelabfuhrleitungen 22a, 22b zu einer Hauptkältemittelableitung 26. In Figur 2 nicht gezeigt ist der vollständige Kältemittelkreislauf, in dem die Hauptkältemittelzuleitung 14 und die Hauptkältemittelableitung 26 so miteinander verbunden sind, dass sich ein geschlossener Kältemittelkreislauf ergibt, in dem die Kältemittelzufuhrleitungen 18a, 18b und die Kältemittelabfuhrleitungen 22a, 22b jeweils hydraulisch parallel angeordnet sind. Die Leitungen 18a, 18b beziehungsweise 22a, 22b sind also jeweils hydraulisch getrennt. Im Kältemittelkreislauf können femer nicht gezeigte zusätzliche Komponenten wie z.B. ein Kondensator, ein Kompressor und/oder ein Filter vorgesehen sein.

Die Kältemittelsensoren 24a, 24b sind über elektrische Leitungen (in der Figur 2 gepunktet dargestellt) mit einer Steuereinrichtung 28 verbunden. Diese wiederum ist elektrisch mit dem Expansionsventil 16 verbunden und kann dieses nach Maßgabe der Sensoren 24a, 24b ansteuern. Die Steuereinrichtung 28 kann auch integral mit dem Expansionsventil 16 ausgebildet sein.

Im Betrieb ist vorgesehen, dass die Kältemittelsensoren 24a, 24b den Zustand des die Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b verlassenden Kältemittels überwachen und Sensorsignale an die Steuereinrichtung 28 übertragen. Die Temperatur des Kältemittels dient als ein Maßstab für seinen Grad an Sättigung mit Kältemittel in flüssiger Phase. Befindet sich die Temperatur über einem kritischen Wert, der von den genauen Bedingungen des Kühlsystems und dem verwendeten Kühlmittel abhängt, ist der

Anteil an flüssigem Kühlmittel zu gering oder gar nicht mehr vorhanden. Die kritische Temperatur kann für jedes System nach Bedarf festgelegt werden.

Wenn einer der Sensoren 24a, 24b eine zu hohe Temperatur meldet, die auf zu starkes Verdampfen des Kältemittels in der zugehörigen Verdampfungseinrichtung 12a, 12b (insbesondere aufgrund einer hohen Kühllast des Kälteträgerkreislaufes) hindeutet, steuert die Steuereinrichtung 28 das Expansionsventil 16 derart an, dass der Kältemittelstrom durch das Expansionsventil 16 erhöht wird. In dieser Ausführungsform richtet sich die Steuereinrichtung 28 bei der Bewertung, ob das Expansionsventil 16 weiter zu öffnen oder zu schließen ist, nach dem Kältemittelsensor 24a, 24b, der in derjenigen Abfuhrleitung 22a, 22b angeordnet ist, die dem Kältemittelträgerkreislauf mit der höchsten Kühllast zugeordnet ist. Dabei wird die Abfuhrleitung 22a, 22b, in welcher der Anteil an flüssigem Kältemittel am niedrigsten ist (in dieser Ausführungsform, diejenige, in der die Temperatur des Kältemittels am höchsten ist) als diejenige Abfuhrleitung 22a, 22b angenommen, die dem Kälteträgerkreislauf 20a, 20b mit der höchsten Kühllast zugeordnet ist. In anderen Ausführungsformen können andere Arten von Sensoren verwendet werden, die einem anderen Zusammenhang zwischen dem von ihnen gemessenen Parameter und dem Sättigungsgrad des Kältemittels folgen.

Durch Vergrößern des Kältemittelflusses durch das Expansionsventil 16 ergeben sich erhöhte Kältemittelströme in den Kältemittelzufuhrleitungen 18a, 18b und durch die Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b. Die Ansteuerung kann dabei in einem kleinen, festgelegten öffnungsschritt erfolgen, in dem das Expansionsventil 16 nur um einen solchen kleinen festgelegten Schritt weiter geöffnet wird. Sollten weitere Sensormessungen ergeben, dass immer noch nicht genügend Kältemittel bereitgestellt wird, so bewirkt die Steuereinrichtung 28 eine weitergehende öffnung des Expansionsventils 16. Dies wird solange durchgeführt, bis der Zustand des Kältemittels stromabwärts der Verdampfungseinrichtungen 12a, 12b hinreichend mit flüssigem Kältemittel gesättigt ist, um sicherzustellen, dass ausreichend Kühlung für beide Kälteträgerkreisläufe 20a, 20b zur Verfügung steht.

Es ist selbstverständlich auch möglich, bestimmte öffnungszustände des Expansionsventils 16 bestimmten Kältemittelzuständen des stärker belasteten Zweiges der Abfuhrleitungen 22a, 22b zuzuordnen. Die Steuereinrichtung 28 steuert dann das Expansionsventil 16 immer so an, wie es der relevante Kältemittelzustand erfordert.

Durch den erhöhten Kältemittelstrom wird verhindert, dass das Kältemittel vollständig verdampft, ohne eine ausreichende Kühlwirkung zu erzielen.

Wenn beide Sensoren 24a, 24b anzeigen, dass das Kältemittel zu einem wesentlichen Teil nicht verdampft wird, kann die Steuereinrichtung 28 das Expansionsventil 16 derart ansteuern, dass der Kältemittelstrom durch das Ventil 16 sich verringert. Daraus ergibt sich ein verringerter Kältemittelfluss durch die Kältemittelzufuhrleitungen 18a, 18b. Auch des Schließen des Expansionsventils 16 kann in kleinen Schritten erfolgen, mit anschließendem überprüfen, ob der Kältemittelzustand im stärker belasteten Zweig den gewünschten Zustand erreicht hat, und eventuellem Nachregeln, analog zu dem oben beschriebenen Vorgehen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Kältemittelstrom bzw. das Expansionsventil 16 so zu steuern, dass die erforderliche Kühlleistung des am stärksten belasteten Kälteträgerkreislaufes 20a, 20b unter den günstigsten Betriebsbedingungen für die Kühlanlage bereitgestellt wird.

Die beschriebene Anordnung stellt sicher, dass durch jede Verdampfungseinrichtung 12a, 12b genügend Kältemittel strömt, um die Kälteträgerkreisläufe ausreichend mit Kühlung zu versorgen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in verschiedenen Variationen ausgeführt werden. Es kann z.B. vorgesehen sein, mehr als zwei Kälteträgerkreisläufe und eine entsprechende Anzahl von Verdampfungseinrichtungen sowie Kältemittelsensoren anzuordnen.

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