CN103419937A

CN103419937A - 用于操作飞机冷却系统的方法和飞机冷却系统

Info

Publication number: CN103419937A
Application number: CN201310181332XA
Authority: CN
Inventors: 托斯特·特林佩尔; 艾米特·卡伊汉·基里亚曼
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: EP2664543B1; US20130319650A1; CN103419937B; EP2664543A1; US9903672B2

Abstract

公开了用于操作飞机冷却系统的方法和飞机冷却系统。在用于操作飞机冷却系统（10）的方法中，引导冷却介质通过冷却回路（16），冷却回路（16）连接至制冷机（12）和至少一个与冷却能量消耗者（14）相关联的冷却站（20），以将被制冷机（12）冷却的冷却介质供应给冷却站（20）。检测冷却站（20）上游的冷却介质温度和冷却站（20）下游的冷却介质温度。根据冷却能量消耗者（14）的热输出以及根据冷却站（20）上游的冷却介质温度和冷却站（20）下游的冷却介质温度之间的差，来控制供应给冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

Description

用于操作飞机冷却系统的方法和飞机冷却系统

技术领域

本发明涉及用于操作飞机冷却系统的方法和飞机冷却系统，具体地，该飞机冷却系统是例如用于冷却位于飞机上的电子部件的飞机液体冷却系统。

背景技术

在现代飞机中，逐渐利用液体冷却系统来向位于飞机上的冷却能量消耗者（例如食物或诸如电子部件之类的发热部件）供应冷却能量。在例如DE43 40 317C2、DE102006 005 035B3、WO2007/080012A1、DE10 2009 011797A1和US2010/0251797A1中所描述的飞机液体冷却系统包括中央压缩制冷机，中央压缩制冷机的制冷量经由适用的冷却介质所流经的冷却回路分布至多个冷却站。各冷却站将中央制冷机所提供的冷却能量释放给单独的冷却能量消耗者。

需供应给每个冷却站的冷却介质的标称质量流量根据与该冷却站相关联的冷却能量消耗者的标称热输出以及根据在冷却系统正常操作期间供应给该冷却站的冷却介质的温度来确定。具体地，具有预定温度的冷却介质的标称质量流量向每个冷却站的供应确保了，与该冷却站相关联并且具有依赖于热输出（即，冷却能量消耗者在正常操作期间的热输出）的冷却能量需求的相应冷却能量消耗者的充分冷却。

飞机冷却系统的管道系统通常根据由该冷却系统供应冷却能量的冷却能量消耗者的类型和安装地点来具体设计。具体地，以向相应冷却能量消耗者所关联的各个冷却站供应标称容积流量的冷却介质的方式，借助于耗时且因此成本高的模拟，来设计管道系统，而不考虑该冷却站在冷却回路中的位置，因此不考虑该冷却站与用于经由冷却回路输送冷却介质的输送设备之间的距离。连接至被布置在距输送设备较远距离处的冷却站的管道，通常要求具有比连接至靠近输送设备布置的冷却站的管道较大的截面面积，因此增加了冷却系统的安装空间要求以及重量。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种用于操作飞机冷却系统的方法以及飞机冷却系统，其简化了为恰当设计飞机冷却系统的管道系统的大小而采用的设计过程。

该问题通过根据权利要求1的用于操作飞机冷却系统的方法和根据权利要求7的飞机冷却系统得到解决。

在根据本发明的用于操作飞机冷却系统的方法中，引导冷却介质通过冷却回路，冷却回路连接至制冷机和至少一个与冷却能量消耗者相关联的冷却站，以将被制冷机冷却的冷却介质供应给冷却站，从而供应给冷却能量消耗者。制冷机可以是中央制冷机，中央制冷机经由冷却回路向多个冷却站并由此向多个冷却能量消耗者供应冷却介质。可以借助于与冷却能量消耗者相关联的冷却站的热交换器，来将冷却能量从冷却回路转移至冷却能量消耗者。可以使用例如水、

的液体冷却介质、气体冷却介质或二相冷却介质作为冷却介质。

用于操作飞机冷却系统的方法进一步包括检测冷却站上游的冷却介质温度的步骤和检测冷却站下游的冷却介质温度的步骤。例如，可以采用第一温度传感器，来检测流经位于冷却站上游的冷却回路的冷却介质的温度，并且可以采用第二温度传感器，来检测流经位于冷却站下游的冷却回路的冷却介质的温度。可以将温度传感器所提供的温度信号传输至控制单元，优选为电子控制单元。

在根据本发明的用于操作飞机冷却系统的方法中，根据冷却能量消耗者的热输出以及根据冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度之间的差，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。例如，用于接收表示冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度的传感器信号的控制单元，可以通过比较冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度来确定温度差，即随着冷却介质流经冷却站从而将其冷却能量释放给冷却能量消耗者，冷却介质所经历的温度升高。此外，控制单元可以接收信号，或者利用表示冷却能量消耗者的热输出的存储数据，然后根据冷却能量消耗者的热输出以及根据冷却介质的温度差，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

通过根据冷却能量消耗者的热输出以及根据冷却介质的温度差来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量，可以在冷却能量消耗者和冷却系统的所有操作状态期间确保对冷却能量消耗者的充分冷却，而不考虑与冷却能量消耗者相关联的冷却站在冷却回路中的位置，即不考虑冷却站与用于经由冷却回路输送冷却介质的输送设备之间的距离。因此，在设计依照根据本发明的方法可操作的飞机冷却系统时，可以省略管道系统的耗时且成本高的模拟。因此，大大地简化了为适当设计飞机冷却系统的管道系统的大小而采用的设计过程。

此外，在依照根据本发明的方法可操作的飞机冷却系统中，根据与冷却站相关联的冷却能量消耗者的冷却能量需求，来单独控制向冷却站供应的冷却介质，从而单独控制向冷却站供应的冷却能量。因此，不再需要为了确保向远离输送设备布置的冷却站供给充分质量流量的冷却介质而在冷却回路中采用具有大的截面面积的管道，其中输送设备用于通过冷却回路输送冷却介质。结果，可以降低冷却系统的安装空间要求和重量。

可以根据冷却能量消耗者的热输出的标称值，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。冷却能量消耗者的热输出的标称值被定义为冷却能量消耗者在正常操作期间的热输出的值。如果冷却能量消耗者是电子部件，则热输出的标称值通常是已知的，或者至少易于确定。因此，根据冷却能量消耗者的热输出的恒定标称值对供应给冷却站的冷却介质的质量流量进行控制特别容易实现。

然而，也可以想到，根据冷却能量消耗者的热输出的变化检测值或计算值，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。具体地，可以通过适当的传感器实际测量或基于冷却能量消耗者的操作状态计算冷却能量消耗者的热输出。例如，在冷却能量消耗者以高负荷操作并因此具有高热输出的冷却能量消耗者操作状态期间，可以增加供应给冷却站的冷却介质的质量流量。类似地，在冷却能量消耗者以低负荷操作并因此具有低热输出的冷却能量消耗者操作状态期间，可以降低供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

通过在控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量时考虑冷却能量消耗者的实际热输出，可以优化向冷却能量消耗者的冷却能量供应，即，可以将供应给冷却站的冷却介质的总质量流量最小化，同时仍确保对冷却能量消耗者的充分冷却。结果，可以降低被引导通过冷却回路的冷却介质的总质量流量，因此降低用于通过冷却回路输送冷却介质的输送设备的负荷。于是，可以采用较小的输送设备，或至少降低输送设备在操作期间的磨损。

最后，根据冷却能量消耗者的热输出来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量还可以例如根据冷却系统的操作状态而改变。具体地，在冷却系统的某些操作状态期间，可以根据冷却能量消耗者的热输出的恒定标称值来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量，并且在冷却系统的某些操作状态期间，根据冷却能量消耗者的热输出的变化检测值或计算值来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

可以将供应给冷却站的冷却介质的质量流量控制为，使得冷却介质的质量流量不超过标称值。优选地，供应给冷却站的冷却介质的质量流量的标称值与冷却能量消耗者的热输出的标称值相关联，即供应给冷却站的冷却介质的质量流量的标称值被定义为，在冷却能量消耗者产生热输出标称值的冷却能量消耗者正常操作期间，确保对冷却能量消耗者进行充分冷却而供应给冷却站的冷却介质的质量流量的值。通过将供应给冷却站的冷却介质的质量流量限制到预定值，可以降低通过冷却回路的冷却介质的总质量流量，因此降低用于通过冷却回路输送冷却介质的输送设备的负荷。

在冷却系统的操作期间，可以将冷却站上游的冷却介质温度维持不变。这可以通过适当地控制制冷机的操作使得制冷机将流过冷却回路的冷却介质冷却至预定恒温来实现。然而，也可以想到，流经位于冷却站上游的冷却回路的冷却介质的温度例如由于制冷机的操作状态的改变而改变，如例如在DE10 2009 030 743A1和WO2010/149267A2中所描述的。于是，可以根据冷却站上游的冷却介质的变化的温度，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

由于在根据本发明的用于操作飞机冷却系统的方法中，利用冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度之间的温度差，作为用于控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量的控制参数，因此冷却站上游的冷却介质的温度变化不会影响控制策略。因此，在制冷机的冷却能量输出被改变以例如优化冷却系统的冷却性能和能量效率的飞机冷却系统中，也可以采用用于操作飞机冷却系统的方法。

可以借助于控制阀来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量，其中控制阀可以例如形成为电磁阀。优选地，控制阀具有连续可变的流动截面，这允许对供应给冷却站的冷却介质的质量流量进行特别精确的控制。

供应给冷却站的冷却介质的质量流量可以在需要时由电子控制单元基于以下等式计算得到：

m=Q/(c×ΔT)

其中m是供应给冷却站的冷却介质的质量流量，c是冷却介质的特定热容量，ΔT是冷却介质的温度差，即冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度之间的差。然而，也可以想到，基于查找表来确定供应给冷却站的冷却介质的质量流量。查找表可以存储在电子控制单元中，并且可以包含冷却能量消耗者的热输出的存储值、冷却介质的温度差、冷却介质的特定热容量和/或供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

根据本发明的飞机冷却系统包括制冷机和冷却回路，冷却回路连接至制冷机和至少一个与冷却能量消耗者相关联的冷却站，并且冷却回路适于将被制冷机冷却的冷却介质供应给冷却站。该冷却系统进一步包括适于检测冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度的检测设备。此外，该飞机冷却系统的控制单元适于根据冷却能量消耗者的热输出以及根据冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度之间的差，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

该控制单元可以适于根据冷却能量消耗者的热输出的恒定标称值和/或根据冷却能量消耗者的热输出的变化的检测值或计算值，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

该控制单元可以适于将供应给冷却站的冷却介质的质量流量控制为，使得冷却介质的质量流量不超过标称值。

该控制单元可以适于根据冷却站上游的冷却介质的变化的温度，来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

该控制单元可以进一步适于借助于控制阀来控制供应给冷却站的冷却介质的质量流量。该控制阀可以具有连续可变的流动截面。

最后，该控制单元可以适于基于查找表来确定供应给冷却站的冷却介质的质量流量。查找表可以包含冷却能量消耗者的热输出的存储值、冷却站上游的冷却介质温度和冷却站下游的冷却介质温度之间的差、冷却介质的特定热容量和/或供应给冷却站的冷却介质的质量流量。

附图说明

现在将参照所附示意图更加详细地说明本发明的优选实施例，附图示出了飞机冷却系统的概图。

具体实施方式

附图中所示的飞机冷却系统10包括中央制冷机12，中央制冷机12向多个冷却能量消耗者14供应冷却能量。冷却能量消耗者14可以例如是电子部件或电气部件。制冷机12热连接至飞机冷却系统10的冷却回路16。液体冷却介质，例如水、

或其它适用的冷却介质，流经冷却回路16。为了通过冷却回路16输送液体冷却介质，在冷却回路16中设置采用泵的形式的输送设备18。

冷却能量借助于冷却站20从冷却回路16被转移至冷却能量消耗者14。被引导通过冷却回路16的冷却介质流经冷却站20，冷却站20可以例如包括热联接至单独的冷却能量消耗者14从而向冷却能量消耗者14传递冷却能量的热交换器。

第一温度传感器22布置在位于每个冷却站20上游的冷却回路16中。第一温度传感器22用于检测流经位于冷却站20上游的冷却回路16的冷却介质的温度Tu。第二温度传感器24布置在位于每个冷却站20下游的冷却回路10中。第二温度传感器24用于检测流经位于冷却站20下游的冷却回路16的冷却介质的温度Td。第一温度传感器22和第二温度传感器24将表示冷却站20上游和下游的冷却介质温度的信号传输至电子控制单元26。

基于温度传感器22、24所提供的信号，电子控制单元26确定冷却站20上游的冷却介质温度T_u和冷却站20下游的冷却介质温度T_d之间的温度差ΔT，即随着冷却介质流经冷却站20从而将其冷却能量释放给与该冷却站20相关联的冷却能量消耗者14，冷却介质所经历的温度升高。

此外，向电子控制单元26提供表示冷却能量消耗者14的热输出Q的信号。可以向电子控制单元26提供冷却能量消耗者14的热输出Q的恒定标称值，其中冷却能量消耗者14的热输出Q的标称值被定义为冷却能量消耗者14在正常操作期间产生的热输出Q的值。可以将冷却能量消耗者14的热输出Q的恒定标称值存储在电子控制单元26中。然而，也可以向电子控制单元26提供表示冷却能量消耗者14的变化的热输出Q的信号。该信号可以是直接表示冷却能量消耗者14的热输出Q的信号，或者是表示冷却能量消耗者14的操作状态的信号，电子控制单元16可以基于表示冷却能量消耗者14的操作状态的信号来计算冷却能量消耗者14的热输出Q。然而，也可以想到，向电子控制单元26既提供冷却能量消耗者14的热输出Q的恒定标称值，又提供表示冷却能量消耗者14的变化热输出Q的信号。

电子控制单元26通过适当地控制阀28，根据冷却能量消耗者14的热输出Q并根据冷却介质的温度差ΔT，来控制供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m，其中阀28可以例如形成为电磁阀。阀28具有连续可变的流动截面，因此允许对供应给冷却站的冷却介质的质量流量m进行精确控制。

在控制供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m时，电子控制单元26可以利用冷却能量消耗者14的热输出Q的恒定标称值或冷却能量消耗者14的热输出Q的变化的检测值或计算值。然而，也可以想到，在控制供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m时，电子控制单元26在冷却系统10的某些操作状态期间利用冷却能量消耗者14的热输出Q的恒定标称值，而在冷却系统10的某些操作期间利用冷却能量消耗者14的热输出Q的变化检测值或计算值。

电子控制单元26至少在冷却系统10的某些操作状态期间，以使冷却介质的质量流量m不超过与冷却能量消耗者14的热输出Q的标称值相关联的标称值的方式，来控制供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m。然而，在冷却系统10和/或冷却能量消耗者14的某些操作状态期间，例如在冷却能量消耗者14的高负荷操作期间，电子控制单元16也可以允许供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m超过标称值。

制冷机12可以操作为，使得流经冷却回路的冷却介质被冷却至恒定温度。然而，也可以想到，例如为了优化冷却系统10的冷却性能以及能量效率，制冷机12被操作为，使得流经位于冷却站20上游的冷却回路16的冷却介质的温度改变。这并不影响对供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m的控制。

供应给冷却站的冷却介质的质量流量m可以在需要时由电子控制单元26基于以下等式计算得到：

m=Q/(c×ΔT)

其中m是供应给冷却站的冷却介质的质量流量，c是冷却介质的特定热容量，ΔT是冷却介质的温度差。然而，电子控制单元26也可以利用查找表，来确定供应给冷却站的冷却介质的质量流量m。查找表可以包含冷却能量消耗者14的热输出Q的存储值、冷却介质的温度差ΔT、冷却介质的特定热容量c和/或供应给冷却站20的冷却介质的质量流量m。

Claims

1.一种用于操作飞机冷却系统（10）的方法，包括以下步骤：

引导冷却介质通过冷却回路（16），所述冷却回路（16）连接至制冷机（12）和至少一个与冷却能量消耗者（14）相关联的冷却站（20），以将被所述制冷机（12）冷却的冷却介质供应给所述冷却站（20），

检测所述冷却站（20）上游的冷却介质温度和所述冷却站（20）下游的冷却介质温度，以及

根据所述冷却能量消耗者（14）的热输出以及根据所述冷却站（20）上游的冷却介质温度和所述冷却站（20）下游的冷却介质温度之间的差，来控制供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量根据所述冷却能量消耗者（14）的热输出的标称值和/或根据所述冷却能量消耗者（14）的热输出的变化检测值或计算值来控制。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量被控制为，使得冷却介质的所述质量流量不超过标称值。

4.根据权利要求1所述的方法，

其中供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量根据所述冷却站（20）上游的冷却介质的变化的温度来控制。

5.根据权利要求1所述的方法，

其中供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量借助于具有连续可变的流动截面的控制阀（28）来控制。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量基于查找表来确定，所述查找表包含所述冷却能量消耗者（14）的热输出的存储值、所述冷却站（20）上游的冷却介质温度和所述冷却站（20）下游的冷却介质温度之间的差、所述冷却介质的特定热容量和/或供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

7.一种飞机冷却系统（10），具有：

制冷机（12），

冷却回路（16），所述冷却回路（16）连接至所述制冷机（12）和至少一个与冷却能量消耗者相关联的冷却站（20），并且所述冷却回路（16）适于将被所述制冷机（12）冷却的冷却介质供应给所述冷却站（20），

检测设备（22），适于检测所述冷却站（20）上游的冷却介质温度，

检测设备（24），适于检测所述冷却站（20）下游的冷却介质温度，以及

控制单元（26），适于根据所述冷却能量消耗者（14）的热输出以及根据所述冷却站（20）上游的冷却介质温度和所述冷却站（20）下游的冷却介质温度之间的差，来控制供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

8.根据权利要求7所述的系统，

其中所述控制单元（26）适于根据所述冷却能量消耗者（14）的热输出的标称值和/或根据所述冷却能量消耗者（14）的热输出的变化检测值或计算值，来控制供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

9.根据权利要求7所述的系统，

其中所述控制单元（26）适于将供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量控制为，使得冷却介质的所述质量流量不超过标称值。

10.根据权利要求7所述的系统，

其中所述控制单元（26）适于根据所述冷却站（20）上游的冷却介质的变化的温度，来控制供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

11.根据权利要求7所述的系统，

其中所述控制单元（26）适于借助于具有连续可变的流动截面的控制阀（28），来控制供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。

12.根据权利要求7所述的系统，

其中所述控制单元（26）适于基于查找表来确定供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量，所述查找表包含所述冷却能量消耗者（14）的热输出的存储值、所述冷却站（20）上游的冷却介质温度和所述冷却站（20）下游的冷却介质温度之间的差、和/或供应给所述冷却站（20）的冷却介质的质量流量。