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Die
Erfindung betrifft eine flexible Luftfahrzeugklimaanlage für eine flexibel
unterteilbare Luftfahrzeugkabine, die mehrere Zonen variabler Länge umfasst.
Die Luftfahrzeugklimaanlage kann flexibel an die tatsächliche
Länge der
einzelnen Zone angepasst werden.
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Bei
Luftfahrzeugen des Standes der Technik erfordert eine Layout-Änderung
einer Luftfahrzeugkabine in der Regel eine Umstellung der Luftverteilung
und der Temperaturregelung der Luftfahrzeugklimaanlage. Eine derartige
Umstellung ist aufwendig und zeitintensiv. Bei einer Luftfahrzeugklimaanlage des
Standes der Technik wird ein Strom kalter vorkonditionierter Luft
angezapft, um verschiedene Zonen einer Luftfahrzeugkabine zu versorgen.
Die individuelle Einblastemperatur einzelner Zonen wird durch Heizeinrichtungen
bestimmt. Derartige Heizeinrichtungen können beispielsweise Trimmventile sein,
die auch als Trim Air Valve (TAV) bezeichnet werden. Zum Erreichen
einer angenehmen Temperatur in den jeweiligen Zonen kann es erforderlich
sein, dass den Zonen Luft unterschiedlicher Temperatur zugeführt werden
muss. Die Wärmelasten
in einer Zone werden beispielsweise durch deren Passagierdichte
und die darin vorhandene Unterhaltungselektronik bestimmt. Beispielsweise
benötigt
man in einer Zone mit weniger Passagieren eine höhere Einblastemperatur als
in einer Zone mit vielen Passagieren.
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Die
Aufteilung und die Größe der Zonen,
beispielsweise für
die erste Klasse, die Business-Klasse und die Economy-Klasse, wird
teilweise durch die Verwender des Luftfahrzeuges kurzfristig, d.
h. entsprechend dem jeweiligen Bedarf, geändert. Wird die Grenze einer
Zone verschoben, um beispielsweise die Business-Klasse zu vergrößern, ist
im Stand der Technik auch ein Umbau des Luftverteilungssystems erforderlich.
Der Übergang
der verschiedenen Einblastemperaturen sollte möglichst genau an der Grenze
der beiden Zonen stattfinden, damit auch den Passagieren im Übergangsbereich
der an die Passagierdichte angepasste Luftstrom zur Verfügung gestellt
werden kann.
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Die
Veränderung
der Länge
einer Zone bringt einen erheblichen Aufwand mit sich. Die Luftauslässe beider
Zonen müssen
umgebaut werden. Ferner ist eine erneute Kalibrierung des gesamten Luftverteilungssystems,
beispielsweise mittels Blenden erforderlich, da sich die Druckverhältnisse
und Volumenströme ändern. Zuführleitun gen
zu beiden Zonen müssen
schon bei der Auslegung des Luftfahrzeuges auf die jeweils größte Konfiguration
ausgelegt sein, d. h. es muss der größte erforderliche Leitungsdurchmesser
verwendet werden. Die Heizeinrichtungen, beispielsweise die Trimmventile,
müssen
auf die jeweils größte Konfiguration
der Zone ausgelegt sein.
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1a und 1b zeigen
eine Luftfahrzeugkabine mit einer ersten Zone 106a und
einer zweiten Zone 106b variabler Länge. Die erste Zone 106a umfasst
einen Zonentemperatursensor 116a, und die zweite Zone 106b umfasst
einen zweiten Zonentemperatursensor 116b. Bei der ersten
Konfiguration 102 gemäß 1a ist
die erste Zone 106a kürzer
als die zweite Zone 106b. Der ersten Zone 106a sind
eine erste Luftzuführleitung 110a,
ein erstes Trimmventil 108a und ein erster Temperatursensor 112a zugeordnet.
Eine erste Verteilleitung 114a mit einer Mehrzahl von Luftaustritten
verteilt die der ersten Zone 106a zugeführte Luft. Der zweiten Zone 106b sind
eine zweite Luftzuführleitung 110b,
ein zweites Trimmventil 108b und ein zweiter Temperatursensor 112b zugeordnet.
Eine zweite Luftverteilleitung 114b mit einer Mehrzahl
von Öffnungen
verteilt die zugeführte
Luft in der zweiten Zone 106b.
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1b stellt
eine zweite Konfiguration 104 dar, bei der die erste Zone 106a vergrößert wurde und
die zweite Zone 106b entsprechend verkürzt wurde. Dazu wurde die Länge der
ersten Luftzuführleitung 114a verlängert, und
die Länge
der zweiten Luftzuführleitung 114b verkürzt. Folglich
wird die erste Luftzuführleitung 110a bei
der zweiten Konfiguration 104 verglichen mit der ersten
Konfiguration 102 von einem größeren Luftvolumen durchströmt, während die
zweite Luftzuführleitung 110b bei
der zweiten Konfiguration 104 verglichen mit der ersten
Konfiguration 102 von einem geringeren Luftvolumen durchströmt wird.
Dies erfordert beispielsweise eine neue Kalibrierung der Luftfahrzeugklimaanlage und/oder
des Luftverteilungssystems, die zeitaufwendig und fehleranfällig ist.
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Die
US 5,479,983 A offenbart
das Unterteilen einer Flugzeugkabine in eine vordere Zone, eine
mittlere Zone und eine hintere Zone. Die Kabine ist in sechs Luftzuführabschnitte
unterteilt. Jeder Luftzuführabschnitt
ist einem individuellen Luftverteilungssystem zugeordnet. Den drei
Zonen ist je ein Zonentemperatursensor zugeordnet. Eine Zonensteuerungseinheit
umfasst drei Regelkreise, die den drei zu klimatisierenden Zonen
entsprechen. Es werden vier unterschiedliche Konfigurationen der
zu klimatisierenden Zonen in der Kabine offenbart.
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Die
DE 103 61 721 A1 offenbart
verschiedene Stellkomponenten zum Beeinflussen der Temperatur der
in eine Kabine eintretenden Luft. Es wird ein Soll-Wert für die Temperatur
von in die Kabine eingeblasener Luft bestimmt, falls kein aussagekräftiger Ist-Wert
der Zonentemperatur verfügbar
ist. Ein Einblastemperatur-Sollwert einer ersten Kabinenzone wird
auf Grundlage des Einblastemperatur-Sollwerts und/oder des Einblastemperatur-Istwerts
mindestens einer weiteren Kabinenzone gebildet.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Luftfahrzeugklimaanlage
für eine
Luftfahrzeugkabine mit einer Mehrzahl von Zonen variabler Länge zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird durch eine Luftfahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch
1 gelöst.
Die Luftfahrzeugklimaanlage umfasst eine erste Zuführleitung, eine
erste Klimatisierungseinrichtung und einen ersten Zuführleitungstemperatursensor,
die einer ersten Zone einer Luftfahrzeugkabine zugeordnet sind.
Die erste Zuführleitung
führt der
ersten Zone Luft zu. Die erste Klimatisierungseinrichtung ist zum Ändern der Temperatur
der in die ersten Zone einströmenden Luft
ausgebildet. Der erste Zuführleitungstemperatursensor
erfasst die Ist-Temperatur der in die erste Zone einströmenden Luft.
Die erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
umfasst ferner eine zweite Zuführleitung,
eine zweite Klimatisierungseinrichtung und einen zweiten Zuführtemperatursensor,
die einer zweiten Zone der Luftfahrzeugkabine zugeordnet sind. Die
zweite Zuführleitung
führt der
zweiten Zone Luft zu. Die zweite Klimatisierungseinrichtung ist
zum Ändern
der Temperatur der in die zweite Zone einströmenden Luft ausgebildet. Der
zweite Zuführleitungstemperatursensor
erfasst die Ist-Temperatur der
in die zweite Zone einströmenden
Luft.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage ist dazu ausgebildet, zumindest eine erste
Zwischenzone zu klimatisieren, die sich zwischen der ersten Zone
und der zweiten Zone befindet und wahlweise der ersten Zone und
der zweiten Zone zuordenbar ist. Ist die Zwischenzone der ersten
Zone zugeordnet, soll die Zwischenzone im Betrieb im Wesentlichen
den gleichen Klimatisierungszustand wie die erste Zone aufweisen.
Ist die Zwischenzone der zweiten Zone zugeordnet, soll die Zwischenzone
im Wesentlichen den gleichen Klimatisierungszustand wie die zweite
Zone aufweisen. Die erste Zone kann beispielsweise die Business-Klasse
und die zweite Zone kann beispielsweise die Economy-Klasse sein.
Die Zwischenzone kann sich zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone
befinden und kann je nach Auslastung als verlängerte Business-Klasse oder
als verlängerte
Economy-Klasse genutzt werden.
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Der
ersten Zwischenzone sind eine erste Zwischenzonenzuführleitung,
die Luft der ersten Zwischenzone zuführt, eine erste Zwischenzonenklimatisierungseinrichtung
und ein erster Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor
zugeordnet. Die erste Zwischenzonenklimatisierungseinrichtung ist
dazu ausgebildet, die Temperatur der in die erste Zwischenzone einströmenden Luft
zu ändern.
Der ersten Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor
erfasst die Ist-Temperatur der in die erste Zwischenzone einströmenden Luft.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage ist derart ausgebildet, dass die Soll-Temperatur
der in die erste Zwischenzone einströmenden Luft der Soll-Temperatur
der in die erste Zone einströmenden
Luft entspricht, falls die erste Zwischenzone der ersten Zone zugeordnet
ist. Ferner ist die erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
derart ausgebildet, dass die Soll-Temperatur der in die erste Zwischenzone
einströmenden
Luft der Soll-Temperatur der in die zweite Zone einströmenden Luft
entspricht, falls die erste Zwischenzone der zweiten Zone zugeordnet
ist.
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Bei
der Luftfahrzeugklimaanlage ist eine flexible Änderung der Zonenverteilung
der Luftfahrzeugkabine möglich,
ohne dass die Luftfahrzeugklimaan lage umgebaut werden muss. Es ist
auch keine erneute Kalibrierung der Luftfahrzeugklimaanlage erforderlich.
Die Luftfahrzeugklimaanlage kann lediglich per Software oder durch
eine sogenannte Pin-Programmierung, bei der Schaltbrücken an
einer Steuerungseinrichtung für
die Luftfahrzeugklimaanlage geändert
werden, an die neue Zoneneinteilung angepasst werden. Der Durchmesser
der Zuführleitungen
und die Leistung der Klimatisierungseinrichtungen können exakt
auf die Größe der Zonen
angepasst werden, da keine Umbauten zu erwarten sind, die zu einer
Vergrößerung einer
Zone führen
können.
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Der
Zwischenzone kann der gleiche Volumenstrom und die gleiche Luftfeuchtigkeit
wie der Zone zugeführt
werden, der die Zwischenzone zugeordnet ist.
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Über die
erste Klimatisierungseinrichtung wird Luft nach Maßgabe einer
Regelungseinrichtung erwärmt.
Der erste Zuführleitungstemperatursensor ermittelt
die Ist-Temperatur
der der ersten Zone zugeführten
Luft. Die ermittelte Ist-Temperatur wird an die Regelungseinrichtung übermittelt.
Die von der ersten Zuführleitung
zugeführte
Luft wird über
eine Verteilleitung mit einer Mehrzahl von Öffnungen in der ersten Zone
verteilt. Ein erster Zonentemperatursensor ermittelt die Ist-Temperatur
der Luft in der ersten Zone. Die ermittelte Ist-Temperatur der Zone
wird an die Regelungseinrichtung übermittelt, die daraus die Soll-Temperatur
für die
erste Zone einströmende
Luft bestimmt. Zum Regeln der Temperatur der ersten Zone sind somit
zwei kaskadierte Regelkreise vorhanden. Ein innerer Regelkreis regelt
mit Hilfe des ersten Zuführleitungstemperatursensors
und der ersten Klimatisierungseinrichtung die Temperatur der Luft
in der ersten Zuführleitung.
Ein äußerer Regelkreis
regelt mit Hilfe des Zonentemperatursensors die Ist-Temperatur der
Luft in der ersten Zone. Der äußere Regelkreis
gibt die Soll-Temperatur der Luft in der Zuführleitung vor. Die Temperatur
der Luft in der zweiten Zone wird mit dem gleichen Verfahren geregelt.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage kann dazu ausgebildet sein, eine Mehrzahl
von Zwischenzonen zu klimatisieren, die sich zwischen der ersten
Zone und der zweiten Zone befinden und je wahlweise der ersten Zone
oder der zweiten Zone zuordenbar sind. Jeder Zwischenzone sind eine
Zwischenzonenzuführleitung,
die Luft der Zwischenzone zuführt,
eine Zwischenzonenklimatisierungseinrichtung und ein Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor
zugeordnet. Die Zwischenzonenklimatisierungseinrichtung ist dazu
ausgebildet, die Temperatur der in die entsprechende Zwischenzone
einströmenden
Luft zu ändern.
Der jeweilige Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor
erfasst die Ist-Temperatur der in die entsprechende Zwischenzone
einströmenden Luft.
Die Luftfahrzeugklimaanlage kann derart ausgebildet sein, dass die Soll-Temperatur
der in die jeweilige Zwischenzone einströmenden Luft der Soll-Temperatur der in
die erste Zone einströmenden
Luft entspricht, falls die jeweilige Zwischenzone der ersten Zone
zugeordnet ist. Die Luftfahrzeugklimaanlage kann ferner derart ausgebildet
sein, dass die Soll-Temperatur der in die jeweilige Zwischenzone einströmenden Luft
der Soll-Temperatur der in die zweite Zone einströmenden Luft
entspricht, falls die jeweilige Zwischenzone der zweiten Zone zugeordnet
ist.
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Umfasst
eine Luftfahrzeugkabine eine Mehrzahl von Zwischenzonen zwischen
der ersten Zone und der zweiten Zone, können alle Zwischenzonen der
ersten Zone beziehungsweise der zweiten Zone zugeordnet werden.
Es versteht sich, dass auch ein Teil der Zwischenzonen der ersten
Zone zugeordnet werden kann und ein anderer Teil der Zwischenzonen der
zweiten Zone zugeordnet werden kann.
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Eine
derartig ausgebildete Luftfahrzeugklimaanlage ist besonders flexibel,
da sie eine Mehrzahl von Zwischenzonen klimatisieren kann, und bei einer Änderung
der Zonenaufteilung keine mechanischen Änderungen an der Luftfahrzeugklimaanlage und
keine erneute Kalibrierung vorzunehmen sind. Auch bei dieser Luftfahrzeugklimaanlage
kann die Anpassung an die geänderte
Zonenaufteilung per Software oder einer sogenannten Pin-Programmierung
erfolgen.
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Zumindest
eine Zwischenzone kann kürzer als
die zur Sicherstellung einer stabilen Temperaturregelung erforderliche
Länge sein.
Ist eine Zwischenzone zu kurz für
eine autarke Regelung, ergibt sich ein instabiler Regelkreis. Im
derzeitigen Stand der Technik muss einer Zwischenzone eine Länge von mindestens
6 m aufweisen, damit eine stabile autarke Regelung der Zwischenzonen
möglich
ist. Dabei muss sich der Temperatursensor zum Erfassen der Ist-Temperatur
der Zone in der Mitte der Zwischenzone befinden. Die erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
kann auch Zwischenzonen mit einer Länge von weniger als 6 m mit
einer stabilen Regelung klimatisieren. Die erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
kann Zwischenzonen klimatisieren, die eine Länge von etwa 1 m bis etwa 4
m aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zwischenzone mit
der ersten Zone oder mit der zweiten Zone gekoppelt wird. Die Ist-Temperatur
der Luft in der Zwischenzone wird lediglich gesteuert.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage kann ferner eine Regelungseinrichtung umfassen,
die derart ausgebildet ist, dass sie, falls eine Zwischenzone der ersten
Zone zugeordnet ist, die Soll-Temperatur der in diese Zwischenzone
einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der Luft in der ersten Zone
regelt. Die Regelungseinrichtung kann ferner derart ausgebildet
sein, dass sie, falls eine Zwischenzone der zweiten Zone zugeordnet
ist, die Soll-Temperatur der in diese Zwischenzone einströmenden Luft
basierend auf der Ist-Temperatur der Luft in der zweiten Zone regelt.
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Die
Ist-Temperatur der durch die Zwischenzonenzuführleitung einströmenden Luft
wird mit Hilfe des Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensors
und der Zwischenzonenklimatisierungseinrichtung geregelt. Die Soll-Temperatur
der aus der Zwischenzonenzuführleitung
in die Zwischenzone einströmenden
Luft wird durch die Soll-Temperatur der Zone vorgegeben, der die
Zwischenzone zugeordnet ist. Die Soll-Temperatur der in die Zwischenzone
einströmenden
Luft wird durch die Regelung der Ist-Temperatur der Luft in der
Zone vorgegeben, der die Zwischenzone zugeordnet ist.
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Die
erste Klimatisierungseinrichtung, die zweite Klimatisierungseinrichtung
und/oder zumindest eine der Zwischenzonenklimatisierungseinrichtungen
können
ein Trimmventil, eine Heizeinrichtung, beispielsweise eine elektrische
Heizeinrichtung, und/oder eine Kühleinrichtung
umfassen.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage kann derart ausgebildet sein, dass, falls
eine Zwischenzone der ersten Zone zugeordnet ist, die Soll-Temperatur
der in diese Zwischenzone einströmenden
Luft der Soll-Temperatur der in die erste Zone einströmenden Luft
plus einem Offset entspricht. Die Luftfahrzeugklimaanlage kann ferner
derart ausgebildet sein, dass, falls eine Zwischenzone der zweiten
Zone zugeordnet ist, die Soll-Temperatur
der in diese Zwischenzone einströmenden
Luft der Soll-Temperatur der in die zweite Zone einströmenden Luft
plus einem Offset entspricht. Es versteht sich, dass der Offset
positiv oder negativ sein kann. Das Vorsehen eines Offsets kann
sinnvoll sein, wenn besondere Kenntnisse über die Wärmelasten in der Zwischenzone
vorliegen. Da die Zwischenzone einen eigenen Regelkreis zur Regelung
der durch die Zwischenzonenzuführleitung
in die Zwischenzone einströmenden
Luft umfasst, kann ein derartiger Offset problemlos vorgesehen werden. Der
Regelkreis zum Regeln der Temperatur der aus der Zwischenzonenzuführleitung
in die erste Zwischenzone eintretenden Luft erfasst die Temperatur der
Luft in der Zwischenzonenzuführleitung
mit dem Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor
und ändert
die Temperatur der Luft in der Zwischenzonenzuführleitung mit der Zwischenzonenklimatisierungseinrichtung.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage kann derart ausgebildet sein, dass die Soll-Temperatur
der in eine Zwischenzone einströmenden
Luft dem Mittelwert der Soll-Temperatur der in die erste Zone und der
in die zweite Zone einströmenden
Luft entspricht. Die Soll-Temperatur der in eine Zwischenzone einströmenden Luft
kann einem gewichteten Mittelwert der Soll-Temperatur der in die
erste Zone und der in die zweite Zone einströmenden Luft entsprechen. Die
Festlegung der Gewichtungsfaktoren erfolgt beispielsweise aufgrund
von Erfahrungen, die mit unterschiedlichen Kabinenlayouts gewonnen
wurden.
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Die
Luftfahrzeugklimaanlage kann zumindest einen Zwischenzonenkabinentemperatursensor umfassen,
der zumindest einer Zwischenzone zugeordnet ist. Die Regelungseinrichtung
kann derart ausgebildet sein, dass sie, falls diese Zwischenzone der
ersten Zone zugeordnet ist, die Temperatur der in diese Zwischenzone
einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der Luft in der ersten Zone
und der Ist-Temperatur
der Luft in dieser Zwischenzone regelt. Die Regelungseinrichtung
kann ferner derart ausgebildet sein, dass sie, falls diese Zwischenzone der
zweiten Zone zugeordnet ist, die Temperatur der in diese Zwischenzone
einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der Luft in der zweiten Zone
und der Ist-Temperatur der Luft in dieser Zwischenzone regelt.
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Der
Zwischenzonenkabinentemperatursensor muss zuverlässig nur von der Luft in der
Zwischenzone umströmt
werden. Es darf keine Luft von benachbarten Zonen zu dem Zwischenzonenkabinentemperatursensor
strömen.
Die von dem Zwischenzonenkabinentemperatursensor erfasste Ist-Temperatur
der Zwischenzone geht lediglich in Kombination mit der von dem Zonentemperatursensor
erfassten Ist-Temperatur
der Zone, der die Zwischenzone zugeordnet ist, in die Regelung der Soll-Temperatur der aus
der Zwischenzonenzuführleitung
in die Zwischenzone eintretenden Luft ein.
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Die
Regelungseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sie, falls
eine Zwischenzone der ersten Zone zugeordnet und benachbart ist,
die Temperatur der in diese Zwischenzone einströmenden Luft basierend auf der
Ist-Temperatur der Luft in der ersten Zone und der Ist-Temperatur
der Luft in dieser Zwischenzone regelt. Die Regelungseinrichtung kann
auch derart ausgebildet sein, dass sie, falls eine Zwischenzone
der zweiten Zone zugeordnet und benachbart ist, die Temperatur der
in diese Zwischenzone einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der Luft in der zweiten Zone
und der Ist-Temperatur der Luft in dieser Zwischenzone regelt. Der Zwischenzonenkabinentemperatursensor
ist als zusätzlicher
Sensor zum Stabilisieren der Regelung vorgesehen. Der Zwischenzonentemperatursensor bestimmt
jedoch nicht alleine den Ist-Wert, der für die Regelung der Temperatur
der in die Zwischenzone eintretenden Luft relevant ist. Der Zwischenzonenkabinentemperatursensor
ermittelt lediglich eine zusätzliche
Ist-Temperatur, die mit der Ist-Temperatur der Zone kombiniert wird,
der die Zwischenzone zugeordnet ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren nach Anspruch
7 gelöst.
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Es
wird ferner ein exemplarisches Verfahren zum Klimatisieren einer
Luftfahrzeugkabine beschrieben, die eine erste Zone, eine zweite
Zone und zumindest eine Zwischenzone umfasst. Jede Zwischenzone
ist der ersten Zone oder der zweiten Zone zuordenbar. Das Verfahren
umfasst folgende Schritte: Zuführen
von Luft mit einer ersten Soll-Temperatur der ersten Zone über eine
erste Zuführleitung,
Zuführen
von Luft mit einer zweiten Soll-Temperatur der zweiten Zone über eine
zweite Zuführleitung
und Zuführen
von Luft in zumindest eine Zwischenzone über eine dieser zugeordneten
Zwischenzonenzuführleitung.
Die Soll-Temperatur der der Zwischenzone zugeführten Luft entspricht der Soll-Temperatur
der der ersten Zone zugeführten
Luft, falls die zumindest eine Zwischenzone der ersten Zone zugeordnet
ist. Die Soll-Temperatur
der der Zwischenzone zugeführten
Luft entspricht der Soll-Temperatur der der zweiten Zone zugeführten Luft,
falls die zumindest eine Zwischenzone der zweiten Zone zugeordnet
ist.
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Das
Verfahren kann ferner folgende Schritte umfassen: Erfassen der Ist-Temperatur
der Luft in der ersten Zone, Erfassen der Ist-Temperatur der Luft
in der zweiten Zone, Regeln der Soll-Temperatur der in die erste
Zone einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der ersten Zone, Regeln der Soll-Temperatur
der in die zweite Zone einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der zweiten Zone, Steuern
der Soll-Temperatur der in die Zwischenzone einströmenden Luft
basierend auf der Ist-Temperatur der ersten Zone, falls die Zwischenzone
der ersten Zone zugeordnet ist, und Steuern der Soll-Temperatur
der in die Zwischenzone einströmenden
Luft basierend auf der Ist-Temperatur der zweiten Zone, falls die
Zwischenzone der zweiten Zone zugeordnet ist.
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Die
Ausdrücke
erste Zone und zweite Zone sind nicht dahingehend auszulegen, dass
die Luftfahrzeugkabinen lediglich zwei Zonen umfassen kann, zwischen
denen eine oder mehrere Zwischenzonen vorhanden sein können. Eine
Luftfahrzeugkabine kann ferner eine dritte Zone umfassen, wobei sich
zwischen der zweiten Zone und der dritten Zone eine oder mehrere
Zwischenzonen befinden können. Es
ist ferner mög lich,
dass die Luftfahrzeugkabine eine Vielzahl von Zonen umfasst, wobei
sich jeweils zwischen zwei Zonen eine oder mehrere Zwischenzonen
befinden können.
Jede die ser Zwischenzonen kann von der Luftfahrzeugklimaanlage,
wie zuvor beschrieben wurde, mit klimatisierter Luft versorgt werden.
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Die
Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen
Figuren detaillierter beschrieben. Es zeigen:
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1a und 1b eine
Luftfahrzeugklimaanlage für
eine Luftfahrzeugkabine mit einer Mehrzahl von Zonen variabler Länge des
Standes der Technik;
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2a, 2b und 2c eine
erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
für eine
Luftfahrzeugkabine mit einer Zwischenzone; und
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3a, 3b, 3c und 3d eine
erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
für eine Luftfahrzeugkabine
mit einer Mehrzahl von Zwischenzonen.
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2a zeigt
eine Luftfahrzeugkabine, die eine erste Zone 6a, eine zweite
Zone 6b und eine Zwischenzone 6c umfasst, die
zwischen der ersten Zone 6a und der zweiten Zone 6b angeordnet
ist. Der ersten Zone 6a ist eine Zuführleitung 10a zugeordnet. Über ein
Trimmventil 8a wird warme Luft nach Maßgabe einer Regelungseinrichtung
(nicht gezeigt) zugeführt.
Ein erster Zuführleitungstemperatursensor 12a ermittelt
die Ist-Temperatur der der ersten Zone zugeführten Luft. Die ermittelte
Ist-Temperatur wird an die Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) übermittelt.
Die von der ersten Zuführleitung 10a zugeführte Luft
wird über
eine Verteilleitung 14a mit einer Mehrzahl von Öffnungen
in der ersten Zone 6a verteilt. Ein erster Zonentemperatursensor 16a ermittelt
die Ist-Temperatur der Luft in der ersten Zone 6a. Die
ermittelte Ist-Temperatur
der Zone 6a wird an die Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) übermittelt,
die daraus die Soll-Temperatur für
die in die erste Zone 6a einströmende Luft bestimmt. Zum Regeln
der Temperatur der ersten Zone 6a sind somit zwei kaskadierte
Regelkreise vorhanden. Ein innerer Regelkreis regelt mit Hilfe des
ersten Zuführleitungstemperatursensors 12a und
des ersten Trimmventils 8a die Temperatur der Luft in der
ersten Zuführleitung 10a.
Ein äußerer Regelkreis
regelt mit Hilfe des Zonentemperatursensors 16a die Ist-Temperatur
der Luft in der ersten Zone. Der äußere Regelkreis gibt die Soll-Temperatur
der Luft in der ersten Zuführleitung 10a vor.
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Der
zweiten Zone 6b sind eine zweite Zuführleitung 10b, ein
zweites Trimmventil 8b, ein zweiter Zuführleitungstemperatursensor 12b,
eine zweite Luftverteilleitung 14b mit einer Mehrzahl von Öffnungen
und ein zweiter Kabinentemperatursensor 16b zugeordnet.
Die Funktionsweise dieser Komponenten entspricht den der ersten
Zone 6a zugeordneten Komponenten, so dass hinsichtlich
deren Funktionsweise auf die der ersten Zone zugeordneten Komponenten
verwiesen wird.
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Die
Luftfahrzeugkabine umfasst ferner eine Zwischenzone 6c.
Der Zwischenzone 6c sind eine Zwischenzonenzuführleitung 10c,
ein Zwischenzonentrimmventil 8c, ein Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12c und
eine Zwischenzonenluftverteilleitung 14c mit einer Mehrzahl
von Öffnungen
zugeordnet. Über
die Zwischenzonenzuführleitung 10c strömt Luft
in die Zwischenzone 6c. Die in die Zwischenzone 6c strömende Luft
wird durch das Trimmventil 8c erwärmt. Der Zwischenzonentemperatursensor 12c erfasst
die Ist-Temperatur der in die Zwischenzone 6c strömenden Luft.
Eine Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) steuert das Zwischenzonentrimmventil 8c derart
an, dass die Temperatur der Luft, die in die Zwischenzone 6c einströmt, einer
vorgegebenen Soll-Temperatur entspricht. Die von dem Zwischenzonenzuleitungstemperatursensor 12c erfasste
Temperatur wird an die Regelungseinrichtung übermittelt. Die Temperatur
der in die Zwischenzone 6c einströmenden Luft wird folglich nur
durch einen inneren Regelkreis der zuvor beschriebenen kaskadierten
Regelkreise bestimmt.
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2b zeigt
eine Kabinenzonenkonfiguration, bei der die Zwischenzone 6c der
zweiten Zone 6b zugeordnet ist. Der zweite Kabinentemperatursensor 16b ermittelt
die Ist-Temperatur der Luft in der zweiten Zone 6b. Die
erfasste Ist-Temperatur wird an die Regelungseinrichtung (nicht
gezeigt) übermittelt.
Wie zuvor erwähnt
wurde, bestimmt der zweite Zonentemperatursensor 16b die
Ist-Temperatur des äußeren Regelkreises
der zwei kaskadierten Regelkreise. Die Regelungseinrichtung (nicht
gezeigt) bestimmt aus der Ist-Temperatur der Luft in der zweiten
Zone die Soll-Temperatur
der durch die zweite Zuführleitung 10b einströmenden Luft,
wie zuvor erläutert
wurde.
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Erfindungsgemäß entspricht
die Soll-Temperatur der durch die Zwischenzonenzuführleitung 10c in
die Zwischenzone 6c eintretenden Luft im Wesentlichen der
Soll-Temperatur
der durch die zweite Zuführleitung 10b in
die zweite Zone 6b eintretenden Luft. Somit ermittelt der äußere Regelkreis
der kaskadierten Regelkreise die Soll-Temperatur der in die zweite Zone 6b einströmenden Luft
und den Sollwert der in die Zwischenzone 6c einströmenden Luft.
Wie zuvor erwähnt
wurde, regelt die Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) über das
zweite Trimmventil 8b und den zweiten Zuführleitungssensor 12b die
Temperatur der Luft in der zweiten Zuführleitung 10c.
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Die
Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) regelt auch über das
Zwischenzonentrimmventil 8c und den Zwischenzonentemperatursensor 12c die
Temperatur der Luft in der Zwischenzonenzuführleitung 10c.
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Die
Soll-Temperatur der aus der zweiten Zuführleitung 10b austretenden
Luft wird mit Hilfe des zweiten Zonentemperatursensors 16b und
dem äußeren der
kaskadierten Regelkreise geregelt. Jedoch wird die Soll-Temperatur
der aus der Zwischenzonenzuführleitung 10c in
die Zwischenzone 6c austretenden Luft über den zweiten Zonentemperatursensor 16b und
den äußeren der
kaskadierten Regelkreise gesteuert. Die Luftverteilleitung 14c,
die mit der Zwischenzonenzuführleitung 10c gekoppelt
ist, ist von dem zweiten Zonentemperatursensor 16b so weit
entfernt, dass sich kein geschlossener Regelkreis ergibt.
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Bei
der Konfiguration gemäß 2b wird
die erste Zone 6a über
die erste Zuführleitung 10a mit Luft
versorgt, die über
die erste Verteilleitung 14a in der ersten Zone 6a verteilt
wird. Der erste Zonentemperatursensor 16a erfasst die Temperatur
der Luft in der ersten Zone 6a. Eine Regelungseinrichtung (nicht
gezeigt) ermittelt daraus die Soll-Temperatur der über die
erste Zuführleitung 10a in
die erste Zone 6a einströmenden Luft. Diese Regelung
bildet den äußeren Regelkreis
zweier kaskadierter Regelkreise. Ein erster Zuführleitungstemperatursensor 12a erfasst
die Ist-Temperatur
der Luft in der ersten Zuführleitung.
Die Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) regelt basierend auf der
erfassten Ist-Temperatur der Luft in der ersten Zuführleitung 10a ein
erstes Trimmventil 8a. Dieser Regelkreis bildet den inneren
Regelkreis der zwei kaskadierten Regelkreise.
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In
der Konfiguration gemäß 2c ist
die Zwischenzone 6c der ersten Zone 6a zugeordnet.
In der Zwischenzone 6c soll somit im Wesentlichen die gleiche
Temperatur wie in der ersten Zone 6a herrschen. In der
Zwischenzone 6c kann auch die gleiche Luftfeuchtigkeit
wie in der ersten Zone 6a herrschen. Es ist auch möglich, dass
die Zwischenzone 6c mit dem gleichen Luftvolumenstrom wie
die erste Zone 6a versorgt wird. Der erste Zonentemperatursensor 16a erfasst
die Temperatur in der ersten Zone 6a. Der äußere Regelkreis
zweier kaskadierter Regelkreise bestimmt daraus die Soll-Temperatur
der Luft in der ersten Zuführleitung 10a.
Ferner wird aus der von dem ersten Zonentemperatursensor 16a erfassten Ist-Temperatur
die Soll-Temperatur
der Luft in der Zwischenzonenzuführleitung 10c bestimmt.
Die Soll-Temperatur
der Luft in der ersten Zuführleitung 10a kann
im Wesentlichen gleich der Soll-Temperatur der Luft in der Zwischenzonenzuführleitung 10c sein.
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Auch
bei dieser Konfiguration erfasst der erste Zuführleitungstemperatursensor 12a die
Ist-Temperatur der Luft in der ersten Zuführleitung 10a. Der innere
Regelkreis der zwei kaskadierten Regelkreise regelt basierend auf
der vom Zuführleitungstemperatursensor 12a erfassten
Temperatur das erste Trimmventil 8a. Der Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12c erfasst
die Ist-Temperatur der Luft in der Zwischenzonenzuführleitung 10c.
Die Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) regelt basierend auf der
von dem Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12c erfassten
Temperatur das Zwischenzonentrimmventil 8c. Der erste Zonentemperatursensor 16a ist
derart angeordnet, dass die von ihm erfasste Ist-Temperatur im Wesentlichen
nicht von der aus der Zwischenzonenzuführleitung 10c austretenden
Luft beeinflusst wird. Somit wird die Zwischenzone 6c nicht
von der von den ersten Zonentemperatursensor 16a erfassten
Ist-Temperatur geregelt, sondern von dieser lediglich gesteuert.
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Die
Soll-Temperatur der in die Zwischenzone 6c einströmenden Luft
kann bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung aus einem Mittelwert der Soll-Temperaturen der in
die erste Zone 6a und die zweite Zone 6b einströmenden Luft
bestimmt werden. Die Soll-Temperaturen der in die ersten Zone 6a und
in die zweite Zone 6b einströmenden Luft können unterschiedlich
gewichtet werden. Beispielsweise könnte die Soll-Temperatur der
in die erste Zone 6a einströmenden Luft mit 60% und die
Soll-Temperatur der in die zweite Zone 6b einströmenden Luft mit
40% gewichtet werden. Dieser gewichtete Mittelwert bestimmt dann
die Soll-Temperatur der in die Zwischenzone 6c einströmenden Luft.
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Die
Soll-Temperatur der Luft in der Zwischenzonenzuführleitung 10c kann
sich von der Soll-Temperatur der Luft in der ersten Zuführleitung 10a um
einen Offset unterscheiden. Der Offset zwischen der Soll-Temperatur
der in die zweite Zone 6b einströmenden Luft und der Soll-Temperatur
der in die Zwischenzone 6c einströmenden Luft kann beispielsweise
2°C betragen.
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Die
Bestimmung des Offsets und der Gewichtung kann beispielsweise aufgrund
von Erfahrungswerten, beispielsweise über die Luftströmung in der
Kabine, erfolgen. Durch den Offset zwischen der Soll-Temperatur
der in die erste Zone 6a oder in die zweite Zone 6b einströmenden Luft,
die Mittelung und/oder die gewichtete Mittelung der Soll-Temperaturen
der in die erste Zone 6a und die zweite Zone 6b einströmenden Luft
lässt sich
beispielsweise eine unter Umständen
störende
Luftströmung
zwischen den Zonen vermeiden.
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Das
Zuordnen der Zwischenzone 6c zur ersten Zone 6a oder
zur zweiten Zone 6b kann per Softwareprogrammierung oder
per Pin-Programmierung, d. h. durch Umsetzen eines Steckers an einer
Steuerungseinrichtung der Luftfahrzeugklimaanlage, erfolgen. Dadurch
kann eine Luftfahrzeugklimaanlage sehr schnell an eine Mehrzahl
Zonen unterschiedlicher Länge
angepasst werden, ohne dass es erforderlich ist, mechanische Umbauten
vorzunehmen, wie beispielsweise das Anpassen von Luftleitblenden.
Ferner ist es nicht erforderlich, dass die erfindungsgemäße Luftfahrzeugklimaanlage
nach dem Zuweisen der Zwischenzone 6c zur ersten Zone 6a oder
zur zweiten Zone 6b erneut kalibriert werden muss. Das
Anpassen der erfindungsgemäßen Luftfahrzeugklimaanlage
an eine geänderte
Kabinenkonfiguration kann somit schneller und weniger fehleranfällig als
bei Luftfahrzeugklimaanlagen des Standes der Technik erfolgen.
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3a bis 3d zeigen
eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Luftfahrzeugklimaanlage
für ein
Luftfahrzeug mit einer ersten Zone 6a, einer zweiten Zone 6b,
einer ersten Zwischenzone 6c und einer zweiten Zwischenzone 6d. Die
erste Zwischenzone 6c umfasst eine erste Zwischenzonenzuführleitung 10c,
eine erste Zwischenzonenverteilleitung 14c, einen ersten Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12c und
ein erstes Zwischenzonentrimmventil 8c. Die zweite Zwischenzone 6d,
die zwischen der ersten Zwischenzone 6c und der zweiten
Zone 6b angeordnet ist, umfasst eine zweite Zwischenzonenzuführleitung 10d,
eine zweite Zwischenzonenverteilleitung 14d, einen zweiten
Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12d und
ein zweites Zwischenzonentrimmventil 8d. Die Funktionsweise
der Komponenten der ersten Zone 6a, der zweiten Zone 6b,
der ersten Zwischenzone 6c und der zweiten Zwischenzone 6d der
Ausführungsform
gemäß 3a bis 3d entspricht
der Funktionsweise der Ausführungsform
gemäß 2a bis 2c.
In der Konfiguration gemäß 3b sind
die erste Zwischenzone 6c und die zweite Zwischenzone 6d der
zweiten Zone 6b zugeordnet. Diese Konfiguration entspricht
im Wesentlichen der Konfiguration 2b, abgesehen davon,
dass bei der Konfiguration gemäß 3b zwei
Zwischenzonen der zweiten Zone 6b zugeordnet sind. Der
Zonentemperatursensor 16b erfasst die Ist-Temperatur der
Luft in der zweiten Zone 6b. Die Regelungseinrichtung (nicht
gezeigt) ermittelt daraus die Soll-Temperatur der Luft in der ersten
Zwischenzonenzuführleitung 10c und
die Soll-Temperatur der Luft in der zweiten Zwischenzonenzuführleitung 10d.
Der zweite Zonentemperatursensor 16b ist jedoch derart
angeordnet, dass die von ihm erfasste Ist-Temperatur nicht von der
Luft beeinflusst wird, die durch die erste Zwischenzonenzuführleitung 10c oder
die zweite Zwischenzonenzuführleitung 10d abgegeben
wird. Somit wird die Soll-Temperatur der von der ersten Zwischenzonenzuführleitung 10c und
der zweiten Zwischenzonen zuführleitung 10d abgegebenen
Luft über
den zweiten Zonentemperatursensor 16b lediglich gesteuert.
Die erste Zwischenzone 6c umfasst einen ersten Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12c, über den
die Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) das erste Zwischenzonentrimmventil 8c regelt.
Die zweite Zwischenzone 6d umfasst einen zweiten Zwischenzonenzuführleitungstemperatursensor 12d,
der zum Regeln des zweiten Zwischenzonentrimmventils 8d verwendet
wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann auch ein zweiter Zwischenzonentemperatursensor 16d in
der zweiten Zwischenzone 6d angeordnet sein, der die Ist-Temperatur
der Luft in der zweiten Zwischenzone erfasst. Zum Bestimmen der
Soll-Temperatur der in die erste Zwischenzone 6c und/oder
zweiten Zwischenzone 6d einströmenden Luft wird jedoch nicht alleine
die von dem zweiten Zwischenzonentemperatursensor erfasste Ist-Temperatur
verwendet, da aufgrund der kurzen Länge der ersten Zwischenzone 6c und/oder
der kurzen Länge
der zweiten Zwischenzone 6d kein stabiler Regelkreis erreicht
werden könnte.
Daher wird zum Bestimmen der Soll-Temperatur der in die erste Zwischenzone 6c und/oder
in die zweite Zwischenzone 6d einströmenden Luft eine Kombination
der Ist-Temperaturen verwendet, die von dem zweiten Zonentemperatursensor 16b und dem
zweiten Zwischenzonentemperatursensor 16d erfasst werden.
Die von dem zweiten Zwischenzonentemperatursensor 16d erfasste
Temperatur der Luft in der zweiten Zwischenzone 16d kann
ferner zusätzlich
zu der von dem zweiten Zonentemperatursensor 16b erfassten
Ist-Temperatur zum Bestimmen der Soll-Temperatur der in die zweite
Zone 6b einströmenden
Luft verwendet werden. Der zweite Zwischenzonentemperatursensor 16d muss
derart angeordnet sein, dass er nicht von Luft aus der ersten Zone 6a umströmt wird.
Der zweite Zwischenzonentemperatursensor 16d liefert lediglich
einen zusätzlichen
Ist-Wert zur Bestimmung der Soll-Temperatur der in die erste Zwischenzone 6c,
die zweite Zwischenzone 6d und/oder die zweite Zone 6b einströmenden Luft.
Die Ist-Temperaturen,
die von dem zweiten Zwischenzonentemperatursensor 16d und dem
zweiten Zonentemperatursensor 16b erfasst werden, können gemittelt
werden oder gewichtet gemittelt werden.
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3c zeigt
eine Konfiguration, bei der die erste Zwischenzone 6c der
ersten Zone 6a und die zweite Zwischenzone 6d der
zweiten Zone 6b zugeordnet ist. Die Soll-Temperatur der in
die erste Zwischenzone 6c einströmenden Luft wird mit Hilfe
der vom ersten Zonentemperatursensor 16a erfassten Ist-Temperatur
bestimmt. Die Soll-Temperatur
der in die zweite Zwischenzone 6d einströmenden Luft
wird über
die von dem zweiten Zonentemperatursensor 16b erfasste
Ist-Temperatur bestimmt.
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3d zeigt
eine Konfiguration, bei der die erste Zwischenzone 6c und
die zweite Zwischenzone 6d der ersten Zone 6a zugeordnet
sind. Die Funktionsweise der Konfiguration gemäß 3d entspricht im
Wesentlichen der Konfiguration gemäß 3b mit
der Ausnahme, dass die Soll-Temperatur der in die erste Zwischenzone 6c und
die zweite Zwischenzone 6d einströmenden Luft basierend auf der
von dem ersten Zonentemperatursensor 16a bestimmten Ist-Temperatur
erfolgt. Die Konfiguration gemäß 3d kann
auch einen ersten Zwischenzonentemperatursensor 16c umfassen.
Wie bereits bei der Konfiguration gemäß 3b erwähnt wurde,
bestimmt die von dem ersten Zwischenzonentemperatursensor 16c erfasste
Ist-Temperatur lediglich
in Kombination mit der von dem ersten Zonentemperatursensor 16a erfassten
Ist-Temperatur die Soll-Temperatur der in die erste Zwischenzone 6a und/oder
in die zweite Zwischenzone 6d einströmenden Luft.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass die Luftfahrzeugklimaanlage schnell
und einfach an eine aktuelle Kabinenkonfiguration mit einer Mehrzahl
von Zonen variabler Länge
angepasst werden kann. Das Anpassen kann durch eine Softwareprogrammierung oder
eine sogenannte Pin-Programmierung erfolgen, bei der beispielsweise
Stecker an der Steuerungseinrichtung für die Luftfahrzeugklimaanlage
umgesteckt werden. Bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage sind
keine mechanischen Umbauarbeiten, beispielsweise das Versetzen und
Einstellen von Blenden, erforderlich, um diese einer neuen Kabinenkonfiguration
anzupassen. Ferner ist keine erneute Kalibrierung nach dem Ändern der
Kabinenkonfiguration erforderlich. Dadurch kann das Anpassen der
Luftfahrzeugklimaanlage an eine geänderte Kabinenkonfiguration
einerseits schneller und einfacher durchgeführt werden und andererseits
kann das Anpassen weniger fehleranfällig durchgeführt werden.