Am Arbeitsbereich Flugzeug-Systemtechnik der TU Hamburg-Harburg wird im Auftrag der Airbus Deutschland GmbH der Anlagenbau eines Bordkühlsystems in Flugzeugen untersucht. Ziel ist es, das Systemverhalten bei unterschiedlichen Architekturen mit mehreren parallelen Verbrauchern zu untersuchen und damit einen Beitrag zur Verbesserung des Betriebsverhaltens zu leisten. Hierzu wurde ein Experimentalsystem realisiert, das eine CO2-Kälteanlage mit mehreren parallelen Verdampfern repräsentiert. Das Experimentalsystem arbeitet nach dem Prinzip einer Kaltdampf-Kältemaschine und stellt eine direktverdampfende CO2-Kälteanlage mit bis zu drei parallelen Verbraucherstationen dar. Im Wesentlichen besteht es aus dem primären Kältemittelkreislauf sowie Luftkreisläufen an den Wärmeübertragern. Der Anlagenaufbau entspricht dem ursprünglich für Kälteanlagen mit nur einem Verbraucher entwickelten transkritischen Lorentzen-Prozeß. Das Regelungskonzept der Anlage zielt auf die Bereitstellung der Kälteleistung und deren Aufteilung auf die einzelnen Kühlstellen bei wechselnden Belastungszuständen ab. Als Regelgrößen treten die jeweilige Kühlstellentemperatur und der Hochdruck auf. Die Stellgrößen sind die Öffnungsquerschnitte der Expansionsventile und die Drehzahl und das Hubvolumen des Verdichters. Bei der Modellierung der Regelstrecke wird eine Zerlegung in Teilsysteme vorgenommen, die dann einzeln parametrisiert und zum Gesamtsystem zusammengesetzt werden. Die Teilmodelle können linearisiert werden, da im geregelten System nur geringe Abweichungen vom Arbeitspunkt auftreten. Die Bestimmung der parametrischen Teilmodelle kann theoretisch (durch Aufstellung physikalischer Bilanzgleichungen und phänomenologischer Gesetze) oder experimentell (durch meßtechnische Identifikation der Antwortfunktion des Teilsystems auf definierte Eingangssignale) erfolgen. Für die Regelung der einzelnen Kühlstellen wird im Experimentalsystem zunächst eine dezentrale Regelung der Teilmassenströme über die Expansionsventile bei separater Verdichterregelung geprüft. Im nächsten Schritt ist dann eine genauere Untersuchung der Querkopplungen im Gesamtsystem der Kälteanlage sowie der Entwurf einer integrierten Mehrgrößenregelung erforderlich.
Systementwurf einer direktverdampfenden CO2-Kälteanlage mit dezentralen Verbrauchern
2002
18 Seiten, 5 Bilder, 16 Quellen
Conference paper
German
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