CN102056801A - 用于冷却交通工具特别是飞机中的受热设备的系统和方法 - Google Patents

用于冷却交通工具特别是飞机中的受热设备的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却交通工具特别是飞机中的受热设备(14)的冷却系统(10)，该冷却系统包括：冷却回路(12)，该冷却回路(12)被载热流体渗过且被热联接到所述受热设备，以将热从所述受热设备(14)移除。所述冷却系统(10)的换热器(18)包括经由所述交通工具的外蒙皮(22)热联接到外部环境的区段(20)。

Description

用于冷却交通工具特别是飞机中的受热设备的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备的系统和方法。
背景技术
在飞机上，提供有大量的不同技术设备，这些技术设备生成热且必须被冷却以确保可靠运行。这些技术设备例如包括飞机的电子控制部件。而且，在飞机上运输的货物或乘客和全体机务人员所需的食品经常需要保持冷却。最后，可能希望支持飞机的空调系统。利用外界空气来冷却飞机上的热负载设备的各种飞机冷却系统根据现有技术是已知的。
例如，根据DE 38 12 739 C1，已知将冷却室布置在飞机的靠近该飞机外蒙皮的厨房内，并在飞机的冷却室和外蒙皮之间提供冷空气室。在该冷空气室中，作为冷传递介质的空气通过与被设计成没有绝热层的飞机外蒙皮热交换而被冷却，随后被供应到冷却室以冷却例如盛满待冷却的饮料和食品的服务手推车。根据DE 38 12 739 C1已知的冷却系统因使用空气作为冷传递介质而具有缺点，即，为了带走大量的热而需要大的空气体积流动。因此，冷空气室占据相当大的安装空间。此外，被DE 38 12 739 C1中描述的冷却系统冷却的热负载设备在空间上必须被布置为接近飞机外蒙皮以避免压力损失，并因而有损于从热负载设备的热移除。
DE 42 27 965 A1描述一种用于冷却储存在飞机上的食品的冷却系统，其包括表面换热器，传热流体流动通过该表面换热器以被冷却。该表面换热器被安装在飞机外蒙皮的外表面上，使得流动通过该表面换热器的传热流体通过与外界空气热交换而被冷却。然而，安装在飞机外蒙皮的外表面上的表面换热器不利地增大气动阻力并因而增大飞机的燃料消耗。此外，流动通过表面换热器的传热流体所用的管道必须被引导通过飞机外蒙皮，从而造成增大的安装复杂性和泄漏的风险。
最后，DE 103 61 645 A1公开一种用于冷却飞机上的生热设备的冷却系统，其中制冷机利用来自飞机受压机身外部的外界空气作为放热的散热器(heat sink)，并将热废气释放到飞机受压机身外部的环境中。为了确保向制冷机进行适当的外界空气供应和从制冷机进行适当的废气移除，相应的空气入口和空气出口开口必须被提供在飞机外蒙皮中。然而，这再次不利地增大气动阻力并因而增大飞机的燃料消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于灵活使用的节省安装空间的用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备的冷却系统，该冷却系统利用外界空气来冷却所述热负载设备。
为实现该目的，根据本发明的用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备的冷却系统包括冷却回路，传热流体流动通过该冷却回路，并且该冷却回路被热联接到所述热负载设备，以将热从所述热负载设备移除。此外，根据本发明的冷却系统包括换热器，该换热器包括热联接到外部环境的区段。“外部环境”在此被理解为指外部大气。因此，根据本发明的冷却系统的换热器利用包含在外界空气或外部空气中的冷却能量将流动通过冷却回路的传热流体冷却到希望的低温。所述换热器的所述区段经由所述交通工具的外蒙皮被热联接到所述外部环境。换言之，所述换热器的所述区段与所述外部环境之间的热联接通过将所述换热器区段热联接到所述交通工具外蒙皮而实现。然而，所述换热器自身被布置在所述交通工具内。
通过利用将所述换热器区段热联接到所述外部环境的所述交通工具外蒙皮，所述换热器能够以特别节省安装空间的方式构造。此外，将所述换热器直接联接到所述外部环境甚至可以特别有效地带走大量的热。借助于冷却回路，没有被布置在紧邻所述飞机外蒙皮附近的热负载设备也能够通过根据本发明的冷却系统被供应冷却能量。结果，该热负载设备的安装地点能够被灵活地选择。根据本发明的该冷却系统的进一步优点在于，该冷却系统能够对包含外界空气或外部空气的冷却能量进行利用，而不必为此目的将换热器安装在所述交通工具外蒙皮的外表面上，或者在所述交通工具外蒙皮中形成用于管道的空气入口和空气出口开口或引导部。因此，交通工具的气动阻力不会通过根据本发明的冷却系统的换热器而增大，从而能够有效避免所述交通工具的燃料消耗的增大。最后，在根据本发明的冷却系统的情况下，通过利用包含在外界空气或外部空气中的冷却能量，根据具体应用或系统结构，在合适时能够省去使用额外的用于冷却流动通过冷却回路的传热流体的制冷机。
优选地，根据本发明的冷却系统被提供用于冷却在飞机上使用的热负载设备。所述换热器的热联接到所述外部环境的所述区段因而经由飞机外蒙皮被热联接到所述外部环境。优选地，在所述飞机外蒙皮被热联接到所述换热器区段以形成所述换热器区段与所述外部环境的热联接的区域中，所述飞机外蒙皮没有被提供内绝缘体，以能够最佳地将热移除到外界空气或外部空气。然而，可以为所述换热器的远离所述外部环境的表面提供绝缘体。
所述换热器的热联接到所述外部环境的所述区段优选经由所述飞机外蒙皮的布置在飞机机身下壳的区域中的区段被热联接到所述外部环境。这种构造在下述情况极为有利，即，所述飞机外蒙皮在飞机机身上壳的区域中被连续地提供有内绝缘体，而至少部分地在所述飞机机身下壳的区域中能够省去所述飞机外蒙皮的内绝缘体。
原则上，为了使根据本发明的冷却系统合适地发挥作用，仅仅需要将所述换热器的一区段热联接到所述交通工具外蒙皮，以形成所述换热器与所述外部环境的热联接。为此目的，所述换热器例如能够连接到所述交通工具外蒙皮的内表面，以能够大面积传热。然而，对此可替代的是，还可设想到将所述换热器整体式形成到所述交通工具外蒙皮中，以使所述换热器的热联接到所述外部环境的所述区域由所述交通工具外蒙皮自身的一区段形成。
优选地，所述换热器包括热联接到所述冷却回路的管道。所述换热器的所述管道能够被直接整体式形成在冷却回路中，并且在所述冷却回路中循环的传热流体能够流动通过该管道。然而，对此可替代的是，还可设想到仅仅将所述换热器的所述管道热联接到传热流体所流动通过的所述冷却回路。所述换热器的所述管道优选被形成为使得其占据所述换热器的大部分面积，以能够最佳地将热传递到外界空气或外部空气。例如，所述管道能够通过多个转弯延伸通过所述换热器。
所述换热器的所述管道能够为毛细管的形式。所述毛细管具有的内直径足够小，以在所述换热器运行时产生适当的希望的毛细作用。所述毛细管的尺寸在此可取决于流动通过所述换热器的传热流体。
所述换热器的所述管道能够被整体式形成在衬垫(mat)中，该衬垫的轮廓适合于所述交通工具外蒙皮的将所述换热器区段热联接到所述外部环境的区段的轮廓。所述衬垫例如能够由塑性材料、塑性泡沫或纤维材料制成，并被提供用于紧固到所述交通工具外蒙皮的内表面。当所述衬垫具有特定柔性时，可以将所述衬垫特别简单地安装到所述交通工具外蒙皮的所述内表面。然而，对此可替代的是，还可设想到将所述换热器的所述管道直接紧固到所述交通工具外蒙皮。
所述衬垫的材料能够根据具体应用进行选择，使得所述衬垫具有希望的导热性能。例如，可以设想到将整体式形成在所述衬垫中的所述管道铺设在所述衬垫的面对所述交通工具外蒙皮的表面的区域中，并使所述衬垫由具有低导热性的材料形成。所述衬垫因而具有特定的绝热效果。对此可替代的是，所述衬垫能够由具有不同导热性的两种不同材料制成。具有高导热性的层可因而形成与所述交通工具外蒙皮的热联接，并确保向所述外部环境良好传热。相反，具有低导热性的层可形成所述换热器的远离所述交通工具外蒙皮的表面，并确保特定的绝热效果。
优选地，具有整体式形成的管道的所述衬垫被可拆卸地紧固到所述交通工具外蒙皮的将所述换热器区段热联接到所述外部环境的所述区段。具有整体式形成的管道的所述衬垫可因而被简单地安装在所述交通工具外蒙皮上，并且还可例如出于检修目的再次从所述交通工具外蒙皮上拆卸。用于将具有整体式形成的管道的所述衬垫可拆卸地紧固到所述交通工具外蒙皮的形成所述换热器的热联接到所述外部环境的所述区段的区段的合适的紧固装置包括：例如螺钉、贴筘连接、粘合连接等。
液态传热流体能够流动通过根据本发明的所述冷却系统的冷却回路。液态传热流体在必须从所述热负载设备移除大量的热时特别有利。此外，液态传热流体所流动通过的冷却回路能够在其用于将热从以分散方式布置在交通工具中的多个热负载设备移除时被极为有利地使用。对此可替代的是，两相传热流体也能够使用在根据本发明的所述冷却系统的冷却回路中，该流体因从所述热负载设备的热吸收而蒸发，并在冷却时再次转变回液态。
此外，空气也能够流动通过冷却回路。这在待冷却的热负载设备被布置在所述交通工具外蒙皮附近时特别有利。例如，空气能够从飞机的保留区域或其他区域中抽出，并经由冷却回路供应到根据本发明的冷却系统的所述换热器。在所述换热器中，从所述飞机的保留区域或其他区域抽出的空气在被再次引导回所述飞机的保留区域或其他区域之前能够通过与外界空气或外部空气热交换被冷却到希望的低温。
一种根据本发明的用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备的方法，包括步骤：通过热联接到所述热负载设备的冷却回路输送传热流体，以将热从所述热负载设备移除，以及将流动通过所述冷却回路的所述传热流体热联接到换热器。所述换热器将所述传热流体供应到该换热器的热经由热联接到所述交通工具的外蒙皮的区段释放到外部环境。
本发明能够被有利地使用在例如机动车以及火车的交通工具中，然而特别是使用在飞机中。本发明能够被特别有利地使用在包括在德国专利申请10 2007 049 926中描述的空调系统的飞机中，这是因为在该飞机中，在飞机机身下壳的区域中的飞机外蒙皮的至少一部分并不必须被提供有内绝缘体。德国专利申请10 2007 049 926的内容通过引用合并于此。
附图说明
现在参照示意性附图更详细地解释根据本发明的冷却系统的优选实施例，在附图中：
图1显示用于冷却飞机上的热负载设备的冷却系统，以及
图2显示使用在根据图1的冷却系统中的换热器的横截面图示。
具体实施方式
图1中所示的飞机冷却系统10包括冷却回路12，传热流体流动通过该冷却回路12，并且该冷却回路12被热联接到热负载设备14，以将热从热负载设备14中移除。采用泵形式的输送设备16通过冷却回路12输送传热流体。换热器18被整体式形成在冷却回路12中，并且在冷却回路12中循环的传热流体流动通过该换热器18。
在冷却回路12中循环的且通过与热负载设备14热接触而被加热的传热流体，通过将热移除到外界空气或外部空气而在换热器18中被冷却。换言之，换热器18使用外界空气或外部空气作为散热器以将热从热负载设备14移除。为此目的，换热器18具有区段20，该区段20面向外部环境并因而被热联接到外部环境，并且该区段20被连接到飞机外蒙皮22并由此被热联接到飞机外蒙皮22。飞机外蒙皮22的将换热器区段20热联接到外部环境的区段被布置在飞机机身下壳24的区域中，不同于飞机机身上壳26的区域，在飞机机身下壳24的区域中，飞机外蒙皮22没有被提供内绝缘体(未显示在图1中)。
如特别在图2中可见，换热器18以薄板状延伸在加强飞机机身下壳24的纵桁28与未显示在图2中的机架之间。换热器18包括毛细管形式的管道30，该管道30被整体式形成在冷却系统10的冷却回路12中，并且在冷却回路12中循环的传热流体流动通过该管道30。管道30被整体式形成在由纤维材料制成的衬垫32中，并通过多个转弯延伸通过该衬垫32。衬垫32的形状和轮廓适合于飞机外蒙皮22的将换热器区段20热联接到外部环境的区段的形状和轮廓。换言之，衬垫32的轮廓具有的曲率适合于飞机外蒙皮22的曲率。具有整体式形成的管道30的衬垫32被可拆卸地紧固到飞机外蒙皮22。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备(14)的冷却系统(10)，具有：
冷却回路(12)，传热流体流动通过该冷却回路(12)，并且该冷却回路(12)被热联接到所述热负载设备(14)，以将热从所述热负载设备(14)移除，和
换热器(18)，包括经由所述交通工具的外蒙皮(22)热联接到外部环境的区段(20)，所述换热器(18)包括热联接到所述冷却回路(12)的管道(30)，
其特征在于，所述换热器(18)的所述管道(30)为毛细管的形式并被整体式形成在衬垫(32)中，该衬垫(32)的轮廓适合于所述交通工具外蒙皮(22)的将所述换热器区段(20)热联接到所述外部环境的区段的轮廓。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)的所述区段(20)经由飞机外蒙皮(22)被热联接到所述外部环境。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)的所述区段(20)经由所述飞机外蒙皮(22)的布置在飞机机身下壳的区域中的区段被热联接到所述外部环境。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)被整体式形成在所述交通工具的所述外蒙皮(22)中，使得所述换热器(18)的热联接到所述外部环境的所述区段(20)由所述交通工具外蒙皮(22)的一区段形成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，带有所述整体式形成的管道(30)的所述衬垫(32)被可拆卸地紧固到所述交通工具外蒙皮(22)的将所述换热器区段(20)热联接到所述外部环境的所述区段。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，液态传热流体或空气流动通过所述冷却回路(12)。
7.一种用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备(14)的方法，具有步骤：
通过热联接到所述热负载设备(14)的冷却回路(12)输送传热流体，以将热从所述热负载设备(14)移除，以及
将流动通过所述冷却回路(12)的所述传热流体热联接到换热器(18)，所述换热器(18)将所述传热流体供应到该换热器(18)的热经由热联接到所述交通工具的外蒙皮(22)的区段(20)释放到外部环境，并且所述换热器(18)通过管道(30)被热联接到所述冷却回路，
其特征在于，所述换热器(18)的所述管道(30)为毛细管的形式并被整体式形成在衬垫(32)中，该衬垫(32)的轮廓适合于所述交通工具外蒙皮(22)的将所述换热器区段(20)热联接到所述外部环境的区段的轮廓。

Claims (10)

1.一种用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备(14)的冷却系统(10)，具有：
冷却回路(12)，传热流体流动通过该冷却回路(12)，并且该冷却回路(12)被热联接到所述热负载设备(14)，以将热从所述热负载设备(14)移除，和
换热器(18)，
其特征在于，所述换热器(18)包括经由所述交通工具的外蒙皮(22)热联接到外部环境的区段(20)。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)的所述区段(20)经由飞机外蒙皮(22)被热联接到所述外部环境。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)的所述区段(20)经由所述飞机外蒙皮(22)的布置在飞机机身下壳的区域中的区段被热联接到所述外部环境。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)被整体式形成在所述交通工具的所述外蒙皮(22)中，使得所述换热器(18)的热联接到所述外部环境的所述区段(20)由所述交通工具外蒙皮(22)的一区段形成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)包括热联接到所述冷却回路(12)的管道(30)。
6.根据权利要求5所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)的所述管道(30)为毛细管的形式。
7.根据权利要求5或6所述的冷却系统，
其特征在于，所述换热器(18)的所述管道(30)被整体式形成在衬垫(32)中，该衬垫(32)的轮廓适合于所述交通工具外蒙皮(22)的将所述换热器区段(20)热联接到所述外部环境的区段的轮廓。
8.根据权利要求7所述的冷却系统，
其特征在于，带有所述整体式形成的管道(30)的所述衬垫(32)被可拆卸地紧固到所述交通工具外蒙皮(22)的将所述换热器区段(20)热联接到所述外部环境的所述区段。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，液态传热流体或空气流动通过所述冷却回路(12)。
10.一种用于冷却交通工具特别是飞机中的热负载设备(14)的方法，具有步骤：
通过热联接到所述热负载设备(14)的冷却回路(12)输送传热流体，以将热从所述热负载设备(14)移除，以及
将流动通过所述冷却回路(12)的所述传热流体热联接到换热器(18)，
其特征在于，所述换热器(18)将所述传热流体供应到该换热器(18)的热经由热联接到所述交通工具的外蒙皮(22)的区段(20)释放到外部环境。
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