CN101378959A - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种冷却系统(10)，其特别适用于冷却飞行器上的食物，所述冷却系统(10)包括制冷装置(12)和第一冷却回路(16)，所述第一冷却回路(16)适于将制冷装置(12)产生的冷却能量供给到至少一个冷却站(14)。制冷装置(12)包括第二冷却回路(20)，所述第二冷却回路(20)与所述第一冷却回路(16)分开地形成并热耦连到所述第一冷却回路(16)。

Description

冷却系统
技术领域
本发明涉及一种特别用于冷却飞行器上的食物的冷却系统，其具有如权利要求1前序部分所述的特征。
背景技术
从DE 43 40 317 A1中获知这种冷却系统，其用来例如冷却储存在客机上并要分发给乘客的食物。待提供给乘客的食物通常保存在活动运送容器中。这些运送容器在飞行器外进行配备和预冷，并且在被装载到飞行器上之后放置在飞行器客舱内的适当安放位置处——例如放置在机载厨房中。
为了保证食物在分发给乘客之前都能保持新鲜，在运送容器放置区域设置冷却站，这些冷却站通过一中央制冷装置提供冷却能量，且该冷却能量被输送给储存有食物的运送容器。与单独地形成在各运送容器安放位置的制冷单元相比，具有中央制冷装置的冷却系统具有安装体积更小和重量更轻的优点，并且此外需要更少的组装和维修成本。并且，当使用具有布置在客舱外的中央制冷装置的冷却系统时，可以避免由布置在运送容器安放位置区域中的制冷单元产生的、可在客舱中听到以及在分发时感受到的机器噪音。
在DE 43 403 17 A1公开的冷却系统中，中央制冷装置与各冷却站通过冷却回路来热耦连。该冷却回路包括其中循环制冷剂的供给管线和返回管线。供给管线将中央制冷装置连接到各冷却站，以供给通过中央制冷装置冷却到适当低温的制冷剂并从而将冷却能量供给到冷却站。另一方面，通过将冷却能量输送给冷却站而得以加热的制冷剂通过返回管线从冷却站返回到中央制冷装置。在每种情况下，供给和返回管线都直接连接中央制冷装置，从而冷却管路的管线系统自动地受到中央制冷装置内的高压的作用。
特别是当冷却系统设计成用于两相运行时——即当冷却能量输送到冷却站时制冷剂从液态转化为气态、然后必须在冷却管路中通过适当的压力和温度控制而再次恢复到液态，因此在冷却回路的直接连接到中央制冷装置的管线系统中产生高的压差和温差。因此该管线系统受到很大的热载荷和机械载荷并必须相应地设计。这导致管线重量及体积的增加，这在冷却系统用于飞行器上时尤为不利。此外，其冷却管路受到高压的冷却系统在安全角度也是不利的。最后，此类系统的维修需要更多的时间、从而需要更多的成本。
US 2003/0042361 A1公开了一种用于冷却食物的系统，食物保存在飞行器机载厨房的活动推车上。在机载厨房中设置风扇以及第一制冷剂流经的热交换器。空气通过风扇在热交换器上循环、在过程中冷却、然后供给到待冷却的食物。第一制冷剂在第一冷却回路中循环，并通过制冷机冷却到所需低温。独立于第一冷却回路的第二冷却回路设置在制冷机中。制冷机所产生的冷却能量通过另一热交换器从第二冷却回路传送到第一冷却回路。
FR 27 37 000 A1介绍了一种冷却食物的系统，其中冷却剂从中央贮液器供给到各冷却站。与制冷机的冷却回路热接触的热交换器用于冷却中央贮液器的冷却剂。
DE 1 601 874 OS公开了一种冷却系统，其中冷却容器通过第一热交换器连接到外制冷源。外制冷源包括冷凝器、压缩机、蒸发器以及收集容器。冷却能量通过另一热交换器——其通过管线与第一热交换器相连——传送给该容器。
发明内容
本发明的目的是提供一种特别适于冷却飞行器上的食物、在安全性方面得以改善、且具有轻重量及小体积的冷却系统。
为了实现上述目的，假定根据本发明的冷却系统具有制冷装置以及适于将制冷装置产生的冷却能量供给到至少一个冷却站的第一冷却回路，制冷装置包括与第一冷却回路分开地形成的第二冷却回路。制冷装置的第二冷却回路与冷却系统的第一冷却回路热耦连。换句话说，在本发明的冷却系统的情形下，第一冷却回路——其中例如可循环有第一制冷剂以将制冷装置产生的冷却能量供给到至少一个冷却站——不再与中央制冷装置直接地连接。相反地，第一冷却回路和形成在制冷装置中的第二冷却回路仅热耦连。这可有效地防止第一冷却回路的管线系统受到中央制冷装置内的压力的作用——该压力可能非常高。因此可以显著降低第一冷却回路的管线系统内的压差和温差。
因此在根据本发明的冷却系统中，第一冷却回路的管线系统在该冷却系统运行期间所受到的热载荷和机械载荷与现有技术系统相比显著降低。因而，与管线系统的降低的热载荷和机械载荷相适配的冷却回路设计使得可以减轻重量和体积，这在根据本发明的冷却系统应用在飞行器上时是特别有利的，并使得生产和运行成本降低。此外，当与现有技术的系统相比时，根据本发明的冷却系统的优越性在于:由于第一冷却回路中的压力降低，所以增加了运行安全性。最后，由于第一和第二冷却回路是相互独立地形成的，因此根据本发明的系统能够简化组装和维修工作。
根据本发明的冷却系统的第一冷却回路可仅仅连接至一个冷却站——该冷却站例如设置在飞行器客舱中的机载厨房区域内。然而，根据本发明的冷却系统的第一冷却回路也可适于将制冷装置产生的冷却能量供应给多个可分布在飞行器客舱中的冷却站。在后者情况下，第一冷却回路优选包括有供给管线以及返回管线，由中央制冷装置冷却到所需温度的第一制冷剂可通过该供给管线沿各冷却站方向流动，被传递给冷却站的冷却能量所加热的第一制冷剂可通过该返回管线再次沿中央制冷装置方向返回。各冷却站可通过例如相应分支管线连接到第一冷却回路的供给管线和返回管线。
在根据本发明的冷却系统的情形中，用于降低在第二冷却回路中循环的第二制冷剂的温度的冷却装置设置在第二冷却回路中。可使用各种类型的冷却器作为该冷却装置。例如，可使用其中环境(流动)空气用作冷源的装置。
热交换器设置在制冷装置的第二冷却回路中。该热交换器将第二冷却回路中延伸于冷却装置上游的一个部分热耦连到第二冷却回路中延伸于冷却装置下游的一个部分。
用于在第二冷却回路中循环制冷剂的输送装置优选地也设置在位于根据本发明的冷却系统的制冷装置中的第二冷却回路上。该输送装置例如可呈压缩机的形式。优选用CO2或R134A(CH2-CF3)作为第二制冷剂。一般来说，第一和第二制冷剂可使用相同的制冷剂——例如CO2或R134A(CH2-CF3)。然而，也可以用不同的制冷剂来运行第一和第二冷却回路。
因此，由从第二冷却回路传递到第一冷却回路的冷却能量加热的第二制冷剂在进入输送装置和冷却装置之前首先流过热交换器。在其经过热交换器时，流经延伸于冷却装置上游的该部分第二冷却回路以及输送装置的第二制冷剂吸收热量——即其温度进一步升高。从而可以确保特别是当用CO2作为第二制冷剂时该第二制冷剂能够以气态供给到冷却装置和输送装置。
在离开热交换器之后，在热交换器中被加热的第二制冷剂可通过输送装置前进到冷却装置并在此冷却到所需温度。最后，离开冷却装置并流经延伸于冷却装置下游的该部分第二冷却回路的第二制冷剂在与第一冷却回路热接触之前流经热交换器。在热交换器中，流经延伸于冷却装置下游的该部分第二冷却回路的第二制冷剂通过传递到流经延伸于冷却装置上游的该部分第二冷却回路和输送装置的第二制冷剂的热量而进一步地冷却。因此，热交换器也确保流经延伸于冷却装置下游的该部分第二冷却回路的第二制冷剂在储存于其中的冷却能量传递给第一冷却回路之前处于所需的低温。
在根据本发明的冷却系统的一个优选实施方式中，第二冷却回路通过另一个热交换器热耦连到第一冷却回路。该另一个热交换器使得从制冷装置的第二冷却回路到冷却系统的第一冷却回路的冷却能量传递可以最优化。该另一个热交换器可以与制冷装置一体地形成或者形成为一个独立构件。
在根据本发明的冷却系统的另一优选实施方式中，选择在第一冷却回路中循环的第一制冷剂，使得其可以在将其冷却能量输送给至少一个冷却站时能够从液态转变成气态，并然后通过第一冷却回路中的适当的压力和温度控制再次恢复到液态。例如CO2或R134A(CH2-CF3)可用作第一制冷剂。根据本发明的冷却系统的这种两相运行从能量角度来说是特别有利的，并且通过根据本发明的构造——其中冷却系统的第二制冷装置冷却回路与第一冷却回路独立地形成——能够没有问题地实施。
用于在第一冷却回路中循环第一制冷剂的输送装置优选地设置在根据本发明的冷却系统的第一冷却回路中。输送装置优选呈泵的形式并集成于第一冷却回路的供给管线中，通过该输送装置，由制冷装置冷却到所需温度的第一制冷剂沿冷却站或多个冷却站方向流动。
在根据本发明的冷却系统的一个优选实施方式中，用于暂时储存第一制冷剂的第一贮液器设置在第一冷却回路中。在第一冷却回路的供给管线中，贮液器优选设置在输送装置的上游。在根据本发明的冷却系统的运行期间，然后可通过输送装置从第一贮液器输送第一制冷剂。第一贮液器优选设置有适当的隔热装置，从而将暂时储存在第一贮液器中的第一制冷剂保持在所需的温度下。第一贮液器还可另外地形成为使得第一制冷剂可保持在特定的压力水平下——例如保持在升高的压力水平下。
节流阀优选地设置在第一冷却回路中。节流阀调节通过第一冷却回路的第一制冷剂的流率。此外，节流阀还可用于调节第一冷却回路中的第一制冷剂的压力、并因此调节蒸发温度。
如果根据本发明的冷却系统包括仅仅一个冷却站，则优选地在第一冷却回路中设置仅仅一个节流阀。节流阀然后在第一冷却回路的供给管线中例如设置于输送装置的下游，由制冷装置冷却到适当温度的第一制冷剂通过该节流阀供给到冷却站。节流阀然后用于调节第一制冷剂流入相关冷却站的速率。此外，在冷却能量输送给冷却站时，节流阀还可用于调节第一制冷剂的压力、并从而调节蒸发温度。
另一方面，如果根据本发明的冷却系统包括多个冷却站，则优选设置与冷却站数量对应的多个节流阀。然后节流阀调节第一制冷剂往各冷却站的流入，并设置在例如将第一冷却回路的输送管线连接到各冷却站的相应分支管线上。节流阀也可用于在冷却能量输送给冷却站时调节第一制冷剂的压力、从而调节蒸发温度。
节流阀/多个节流阀还可形成为其能够完全阻止第一制冷剂流经所述节流阀/多个节流阀。从而可以通过关闭或打开节流阀以简单的方式中断或恢复将第一制冷剂供给到相应的冷却站。这在包括多个冷却站的冷却系统中是特别有利的，因为于是第一制冷剂以及冷却能量可供给到单个冷却站，同时其它冷却站能够以简单的方式与第一冷却回路隔离开。
用于暂时储存第二制冷剂的第二贮液器优选设置在制冷装置的第二冷却回路中。在第二冷却回路中，第二贮液器位于例如第二输送装置的上游，从而该输送装置可从第二贮液器输送暂时储存在第二贮液器中的第二制冷剂。
在根据本发明的冷却系统的一个优选实施方式中，冷却站包括第三冷却回路，所述第三冷却回路与第一冷却回路分开形成并与第一冷却回路热耦连。在这种设计类型的情况下，第三冷却回路优选地可与第一冷却回路中的压力隔开。此外，更易于在系统的各个构件上进行维修工作。
在根据本发明的冷却系统的一个优选实施方式中，第三冷却回路通过第三热交换器与第一冷却回路热耦连。所述第三热交换器使得从冷却系统的第一冷却回路到冷却站的第三冷却回路的冷却能量传递可以最优化。
第三热交换器优选地形成为蒸发装置。然后，流经第一冷却回路的第一制冷剂在将其冷却能量输送给冷却站后从液态转变为气态。然后，第一制冷剂通过第一冷却回路中适当的温度和压力控制而再次恢复到液态。根据本发明的冷却系统的这种两相运行从能量角度来说是特别有利的，并且通过根据本发明的冷却系统的构造能够没有问题地实施。
如果根据本发明的冷却系统包括多个冷却站，则这些冷却站在所有情形下都设置有第三冷却回路，每个第三冷却回路与第一冷却回路通过相应的第三热交换器热耦连，第三热交换器热优选地形成为蒸发装置。
附图说明
现在基于示例性的附图详细介绍根据本发明的冷却系统的优选实施方式，附图中:
图1示出了根据本发明的冷却系统；
图2示出了用于如图1所示的根据本发明的冷却系统中的制冷装置的放大示意图，
图3是现有技术的冷却系统中制冷过程控制的压焓图示意图，其采用CO2作为第一制冷剂，以及
图4是根据本发明的冷却系统中制冷过程控制的压焓图示意图，其采用CO2作为第一制冷剂。
具体实施方式
图1示出了用于冷却客机上储存在活动传送容器中并分发给乘客的食物的冷却系统10。冷却系统10包括中央制冷装置12以及多个冷却站14，在飞行器客舱中，冷却站在各传送容器的安放位置处分布于机载厨房区域中。为了给冷却站14供应冷却能量，设置了第一冷却回路16，第一制冷剂如箭头P所示逆时针方向流经该第一冷却回路16。用CO2作为第一制冷剂。
冷却系统10的第一冷却回路16通过第一热交换器18与制冷装置12的第二冷却回路20热耦连。另外地，第一冷却回路16、第二冷却回路20相互独立地形成，从而第一冷却回路16不受第二冷却回路20中的压力作用，第二冷却回路20中的压力在冷却系统10运行期间可能会非常高。
第一冷却回路16包括供给管线22、返回管线24和多个分支管线26，分支管线26在各种情况下用于将各冷却站14连接到第一冷却回路16的供给管线22或返回管线24。
泵形式的第一输送装置28设置在第一冷却回路16的供给管线22上，并用于输送来自第一贮液器30的第一制冷剂并在第一冷却回路16中循环第一制冷剂，第一贮液器30在第一冷却回路16中设置在输送装置28的上游。第一贮液器30具有适当的隔热装置，从而临时储存在第一贮液器30中的第一制冷剂可以保持在所需低温下。
节流阀31设置在将第一冷却回路16的供给管线22连接到各冷却站14的每个分支管线26处，其中所述的阀31用于控制第一制冷剂沿各冷却站14方向的流率以及各冷却站14上游的第一制冷剂的压力。如果需要，各节流阀31能够完全中断第一制冷剂流经相应分支管线26，从而停止第一制冷剂供给到位于节流阀31下游的冷却站14。各冷却站14因此可通过简单的方式与第一冷却回路16隔离开，同时其它冷却站14继续被供给以冷却能量。
各冷却站14具有第三冷却回路32，其与第一冷却回路16独立设置并通过热交换器33与第一冷却回路16热耦连。热交换器33形成为蒸发装置，从而流经第一冷却回路16的第一制冷剂在其冷却能量输送给冷却站14时就从液态转变为气态。在从热交换器33离开之后，第一制冷剂通过第一冷却回路16中适当的温度和压力控制再次恢复到液态。
从附图的图2中可以看到，压缩机形式的第二输送装置34设置在制冷装置12的第二冷却回路20中，其用于在第二冷却回路20中循环第二制冷剂。CO2用作第二制冷剂。形为气体冷却器的冷却装置36设置在制冷装置12的第二冷却回路20中第二输送装置34的下游。其中周围流动空气用作冷源的冷却装置36用于将循环于第二冷却回路20中的第二制冷剂冷却到所需的低温。
第二热交换器38也设置在制冷装置12的第二冷却回路20中。第二热交换器38将第二冷却回路20中延伸于第二输送装置34上游的一个部分热耦连到第二冷却回路20中延伸于冷却装置36下游的一个部分。通过将第二热交换器38设置在第二冷却回路20中，第二制冷剂——其在第一热交换器18中因为冷却能量从第二冷却回路20传送到第一冷却回路16而得以加热——在进入第二输送装置34以及冷却装置36之前先流经第二热交换器38。当其通过第二热交换器38时，流经延伸于第二输送装置34上游的该部分第二冷却回路20的第二制冷剂吸收热量、从而温度升高。这确保用作第二制冷剂的CO2以气态供给到形成为压缩机的第二输送装置34。
流经延伸于第二输送装置34上游的该部分第二冷却回路20的第二制冷剂进入第二热交换器38，与流经延伸于制冷装置36下游的该部分第二冷却回路20的第二制冷剂热接触。因此，流经延伸于制冷装置36下游的该部分第二冷却回路20的第二制冷剂通过将热量传递给流经延伸于第二输送装置34上游的该部分第二冷却回路20的第二制冷剂而在第二热交换器38中被进一步冷却。因此，在热交换38下游，第二制冷剂处于所需的低温，以在第一热交换器18中实现流经冷却系统10第一冷却回路16的第一制冷剂的所需冷却。
最后，临时储存第二制冷剂的第二贮液器40和节流阀42设置在制冷装置12的第二冷却回路20中。第二贮液器40设置第二冷却回路20第二输送装置34的上游，而节流阀42设置在第二热交换器38的下游。第二输送装置34因而可从第二贮液器40输送临时储存在第二贮液器40中的第二制冷剂。节流阀42调节经过第二冷却回路20的第二制冷剂流动。此外，节流阀42也可以用来控制第二冷却回路20中第二制冷剂的压力、从而控制其蒸发温度。
图3以压焓图示出例如DE 43 403 17 A1的现有技术中的冷却系统的制冷过程控制，其以CO2作为第一制冷剂。在此现有技术的冷却系统的情况下，第一冷却回路直接地连接到中央制冷装置，从而处于大约为30℃的环境温度下的制冷装置中的大约为95巴的高压直接作用在第一冷却回路的供给管线上(点A、B处)。只有在将第一冷却回路的供给管线连接到相应冷却站的分支管线区域中，第一制冷剂中的压力才通过分支管线中节流阀的作用而降低到大约为30巴的压力。在紧邻冷却站上游的点C与位于冷却站下游的分支管线中或位于第一冷却回路的返回管线中的点D和E之间，第一制冷剂通过冷却站的热交换器转化为气态，该热交换器形成为蒸发装置。最后，第一制冷剂在流经制冷装置时产生大致95巴的压力升高。
图4以压焓图示出图1和2所示的冷却系统中的制冷过程控制，其CO2作为第一制冷剂。从图3和图4的比较可以明显看出，根据图1图2的冷却系统中的第一冷却回路中的压力水平明显低于现有技术的系统。另外，根据图1和2的系统的过程控制与现有技术系统的过程控制的区别在于:根据图1和2的系统的第一冷却回路示出右手循环过程，即循环过程顺时针进行，而现有技术系统的冷却回路示出左手循环过程，即循环过程逆时针进行。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种冷却系统(10)，其特别用于冷却飞行器上的食物，所述冷却系统具有：
- 制冷装置(12)和
- 第一冷却回路(16)，其适于将制冷装置(12)产生的冷却能量供给到至少一个冷却站(14)，其中所述制冷装置(12)包括第二冷却回路(20)，所述第二冷却回路(20)与所述第一冷却回路(16)分开地形成并通过第一热交换器(18)热耦连到所述第一冷却回路(16)，
其特征在于，
选择在所述第一冷却回路(16)中循环的第一制冷剂，使得所述第一制冷剂能够在其冷却能量输送给所述至少一个冷却站(14)时从液态转变成气态，并然后能够通过所述第一冷却回路(16)中的适当的压力和温度控制再次恢复到液态。
2.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于，在所述第一冷却回路(16)中设置有用于在所述第一冷却回路(16)中循环所述第一制冷剂的输送装置(28)。
3.根据权利要求1或2的冷却系统，其特征在于，在所述第一冷却回路(16)中设置有暂时储存所述第一制冷剂的第一贮液器(30)。
4.根据权利要求1至3中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第一冷却回路(16)中设置有节流阀(31)。
5.根据权利要求1至4中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第二冷却回路(20)中设置有用于在所述第二冷却回路(20)中循环第二制冷剂的输送装置(34)。
6.根据权利要求1至5中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第二冷却回路(20)中设置有冷却装置(36)。
7.根据权利要求5和6之一的冷却系统，其特征在于，在所述第二冷却回路(20)中设置有热交换器(38)，该热交换器(38)将所述第二冷却回路(20)中延伸于所述冷却装置(36)上游的一个部分热耦连到所述第二冷却回路(20)中延伸于所述冷却装置(36)下游的一个部分。
8.根据权利要求1至7中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第二冷却回路(20)中设置有暂时储存所述第二制冷剂的第二贮液器(40)。
9.根据权利要求1至8中任一项的冷却系统，其特征在于，所述冷却站(14)包括第三冷却回路(32)，所述第三冷却回路(32)与所述第一冷却回路(16)分开地形成并与所述第一冷却回路(16)热耦连。
10.根据权利要求9的冷却系统，其特征在于，所述第三冷却回路(32)通过第三热交换器(33)与所述第一冷却回路(16)热耦连，所述第三热交换器(33)优选形成为蒸发装置。

Claims (10)

1.一种冷却系统(10)，其特别用于冷却飞行器上的食物，所述冷却系统具有:
-制冷装置(12)和
-第一冷却回路(16)，其适于将制冷装置(12)产生的冷却能量供给到至少一个冷却站(14)，其中所述制冷装置(12)包括第二冷却回路(20)，所述第二冷却回路(20)与所述第一冷却回路(16)分开地形成并热耦连到所述第一冷却回路(16)，其中在所述第二冷却回路(20)中设置有冷却装置(36)，
其特征在于，
在所述第二冷却回路(20)中设置有热交换器(38)，该热交换器(38)将所述第二冷却回路(20)中延伸于所述冷却装置(36)上游的一个部分热耦连到所述第二冷却回路(20)中延伸于所述冷却装置(36)下游的一个部分。
2.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于，所述第二冷却回路(20)通过另外的热交换器(18)热耦连到所述第一冷却回路(16)。
3.根据权利要求1或2的冷却系统，其特征在于，选择在所述第一冷却回路(16)中循环的第一制冷剂，使得所述第一制冷剂能够在其冷却能量输送给所述至少一个冷却站(14)时从液态转变成气态，并然后通过所述第一冷却回路(16)中的适当的压力和温度控制再次恢复到液态。
4.根据权利要求1至3中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第一冷却回路(16)中设置有用于在所述第一冷却回路(16)中循环所述第一制冷剂的输送装置(28)。
5.根据权利要求1至4中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第一冷却回路(16)中设置有暂时储存所述第一制冷剂的第一贮液器(30)。
6.根据权利要求1至5中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第一冷却回路(16)中设置有节流阀(31)。
7.根据权利要求1至6中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第二冷却回路(20)中设置有用于在所述第二冷却回路(20)中循环第二制冷剂的输送装置(34)。
8.根据权利要求1至7中任一项的冷却系统，其特征在于，在所述第二冷却回路(20)中设置有暂时储存所述第二制冷剂的第二贮液器(40)。
9.根据权利要求1至8中任一项的冷却系统，其特征在于，所述冷却站(14)包括第三冷却回路(32)，所述第三冷却回路(32)与所述第一冷却回路(16)分开地形成并与所述第一冷却回路(16)热耦连。
10.根据权利要求9的冷却系统，其特征在于，所述第三冷却回路(32)通过第三热交换器(33)与所述第一冷却回路(16)热耦连，所述第三热交换器(33)优选形成为蒸发装置。
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