CN103538722A - 冷却单元的功率电子器件的热耗散 - Google Patents

Abstract

本发明提供冷却单元的功率电子器件的热耗散。冷却单元包括：向冷却单元提供电功率的功率电子器件；热交换器，将由运输工具上提供的中央冷却系统所供应的冷却剂与供给冷却单元的空气热耦接，以便通过冷却剂冷却空气，从而以冷空气的形式将冷却能量提供至一个或多个发热设备；导热管，用于功率电子器件的热耗散，其中在导热管的第一部分处，容纳于导热管内的工作剂的至少一些处于液相，并且在导热管的第二部分处，容纳于导热管内的工作剂的至少一些处于气相，其中导热管的第一部分与功率电子器件热耦接以通过蒸发处于液相的工作剂从功率电子器件吸收热量，并且导热管的第二部分与冷却剂热耦接以通过冷凝处于气相的工作剂将热量释放至冷却剂。

Description

冷却单元的功率电子器件的热耗散

技术领域

本发明涉及用于提供在运输工具例如飞行器上的一个或多个发热设备的冷却单元、冷却单元的使用、包括冷却单元的冷却系统、以及包括冷却单元的运输工具，例如飞行器。

背景技术

冷却系统通常被提供在运输工具例如飞行器、船、火车或公共汽车上，从而适当地冷却布置在或运载在运输工具上的部件。这些部件可以包括要求保存例如食物的部件，以及在工作时发热的部件，像热发生设备，例如电气或电子设备和电气或电子部件。

在例如DE4340317A1和US5,513,500中描述了一种用于冷却飞行器上的食物的冷却系统。提供给乘客的食物通常保存在移动运输容器中。这些运输容器在飞行器外部装备并预冷却，并且在被装载到飞行器上后，放在飞行器客舱中的适当的寄存位置处，例如放在机上厨房中。为了在食物被分发给乘客之前确保食物保持新鲜，在运输容器寄存位置的区域中提供了冷却站，这些冷却站由中央制冷设备供应冷却能量，并且该冷却能量被传送至食物存储于其中的运输容器。中央制冷设备经由冷却回路热耦接至各冷却站。冷却回路包括制冷剂在其中流通的进给线路和回收线路。进给线路将中央制冷设备连接至各冷却站，以便由中央制冷设备喂送被冷却至适当低温的制冷剂，并因此将冷却能量喂送给冷却站。通过传送冷却能量至冷却站而被加热的制冷剂经由回收线路从冷却站返回至中央制冷设备。

在DE102006005035B3和WO2007/088012A1中公开了用于冷却例如飞行器上的食物的另一个冷却系统。该冷却系统包括制冷设备和适用于将该制冷设备产生的冷却能量喂送给至少一个冷却站的第一冷却回路。制冷设备包括独立于第一冷却回路形成并热耦接至第一冷却回路的第二冷却回路。

DE102009011797A1和US2010/0251737A1也描述了一种用于冷却例如飞行器上的食物的冷却系统。冷却系统包括冷藏设备和冷却回路。冷却回路被设计为将冷藏设备产生的冷却能量供给至少一个冷却站。选择在冷却回路中流通的制冷剂使得：一旦制冷剂的冷却能量被释放到至少一个冷却站，就可以借助于冷却回路中的相应的压力和温度控制，从液态转换至气态，然后可以转换回液态。

在已知的冷却系统（其有时还被称为补充冷却系统）中，所使用的冷却剂（有时还被称为制冷剂或冷却液以明确的表示使用了液体）经常被冷却至低于0℃的低温，例如大约-9℃的温度。然后冷却剂借助于一个或多个冷却回路被供给冷却站。在飞行器的情况下，用于冷却食物的冷却站经常被认为是冷却单元或空气冷却单元（有时还被称为是空气制冷单元）（ACU）。为了冷却食物，ACU通常被分配在是冷却区域的机上厨房中。

像电子设备的发热设备，例如飞行器的飞行娱乐（IFE）系统的电子设备，通常布置在被冷却的机上厨房区域或其他制冷区域的外面。围绕像飞行器的运输工具的外部温度在热区中有时可以升至60℃，其还会在运输工具（例如飞行器）的未冷却区域中导致高温。因此，简单地提供用于冷却食物也用于冷却其他发热设备的ACU导致了ACU的功率电子器件在运行时发热的问题，并且为了防止ACU过热，ACU的功率必须被降至较低水平。

因为ACU内部的有限空间，以及在ACU外面和ACU内部的最大允许温度（通常为90℃左右）之间的微小温度差，已知的功率电子器件借助于冷却叶片的热耗散技术无法应用。

已设想了通过冷却台，即供应有补充冷却系统的冷却剂（冷却液）的元件，来冷却功率电子器件。如果使这样的冷却台与功率电子器件相接触，例如如果功率半导体被布置在冷却台上，则以（极）低温（例如大约-9℃）供应的冷却液会把功率电子器件的部件或元件冷却至功率电子器件的外界空气的露点以下的温度。这会在功率电子器件中导致短路、电弧或电火花或者其他不期望的现象。

发明内容

本发明的目的是提供用于冷却在运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备的紧凑且可靠的技术。

这个目的通过根据权利要求1的冷却单元、根据权利要求10的冷却单元的使用、根据权利要求11的包括冷却单元的冷却系统以及根据权利要求13的包括冷却单元的运输工具来解决。从属权利要求分别限定优选的实施例。

根据第一方面，提供用于冷却在运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备的冷却单元。冷却单元包括功率电子器件、热交换器和导热管。功率电子器件适用于向冷却单元提供电功率。热交换器适用于将由运输工具上提供的中央冷却系统所供应的冷却剂与供应到冷却单元中的空气热耦接，以便借助于冷却剂来冷却空气，从而以冷空气的形式将冷却能量提供至一个或多个发热设备。导热管适用于耗散功率电子器件的热量。在导热管的第一部分，容纳于导热管内部的工作剂中的至少一些处于液相，并且在导热管的第二部分，容纳于导热管内部的工作剂中的至少一些处于气相。导热管的第一部分与功率电子器件热耦接，以便通过蒸发处于液相的工作剂而吸收来自功率电子器件的热量，并且导热管的第二部分与冷却剂热耦接，以便通过冷凝处于气相的工作剂将热量释放至冷却剂。

换句话说，导热管的第一部分可以以与冷却单元的功率电子器件导热连接的方式布置在冷却单元中，以便通过蒸发处于液相（液相有时还被叫作液态）的工作剂而吸收来自功率电子器件的热量。另外，导热管的第二部分可以以与冷却剂导热连接的方式布置在冷却单元中，以便通过冷凝处于气相（气相有时还被叫作气态）的工作剂而将热量释放至冷却剂。发热设备可以是运行时发热的任何部件、任何部件或设备的组合。例如，发热设备可以是适合于在运输工具例如飞行器上运行的任何电气或电子设备。例如，发热设备可以是形成在飞行器上提供的飞行娱乐（IFE）系统的一部分的电子部件或电子设备。功率电子器件可以包括像晶体管（例如绝缘栅双极晶体管（IGBT））、晶闸管和单个芯片之类的一个或多个电子部件。

导热管的第一部分可以被认为是导热管的热界面、热部分或蒸发器段。同样，导热管的第二部分可以被认为是导热管的冷界面、冷部分或冷凝器段。第一部分可以包括或是导热管的第一端（或热端），而第二部分可以包括或是导热管的第二端（或冷端）。在本文中，词语热意思是与暖部件（例如至少比蒸发工作剂所要求的温度更暖），即发热设备，热耦接的热界面或热部分，以从暖部件吸收热量，而不是指导热管的部分会热。同样，词语冷意思是与冷部件（例如至少比冷凝工作剂所要求的温度更冷），即冷却剂，热耦接的冷界面或冷部分，以将热量释放至冷部件，而不是指导热管的部分会冷。

热界面（第一部分）可以处于低压（非常低），例如至少低于导热管的其他部分（第二部分）的压力。在第一部分，处于液相的工作剂通过从功率电子器件吸收热量而变成蒸汽。换句话说，当导热管的第一部分被加热时，导热管内处于液相的工作剂（工作液体）蒸发并增加了导热管的腔内的蒸汽压。由处于液相的工作剂（工作液体）的汽化所吸收的蒸发潜热降低了导热管第一部分（热界面或热端）处的温度，并且因此降低了功率电子器件的温度。由于第一部分处的蒸汽压高于第二部分处的蒸汽压，压力差驱动汽化的工作剂转移至第二部分。在第二部分（冷界面），蒸汽冷凝回液体，从而将其潜热释放至冷却回路中的冷却剂，冷却剂进而变暖。

因为通过导热管耗散了由功率电子器件产生的热量，所以冷却单元可以以更高功率运行而不会过热。导热管是紧凑设备。因此，提供了用于冷却一个或多个发热设备的紧凑的冷却单元。另外，导热管是具有良好热传导性能的高效传热设备。因此，提供了用于冷却一个或多个发热设备的可靠的冷却单元。

根据根据第一方面的冷却单元的一个可能的实现方式，冷却单元可以进一步包括用于供应冷却单元中的空气的风扇单元。如果没有提供风扇，则空气可以从外面供给冷却单元。热交换器可以适用于使冷却剂与例如由风扇单元供给冷却单元的空气热接触，以便通过冷却剂冷却空气。冷却剂可以由例如如DE102006005035B3和WO2007/088012A1中描述的中央制冷设备产生。冷却剂可以由运输工具例如飞行器上提供的中央冷却系统（补充冷却系统）供应，如通过引用合并于此的DE102006005035B3和WO2007/088012A1以及DE102009011797A1和US2010/0251737A1中所述。冷却剂可以被冷却至低于0℃的温度，例如冷却至大约-9℃。

导热管的第二部分可以被热耦接至布置在与中央冷却系统耦接的冷却单元中的进给线路，进给线路用于将冷却剂从中央冷却系统供给热交换器。可替代的或另外的，导热管的第二部分可以被热耦接至布置在与中央冷却系统耦接的冷却单元中的排出线路（有时还会被称为返回线路或回收线路），排出线路用于将制冷剂从热交换器返回至中央冷却系统。

导热管的第一部分可以与功率电子器件的壳体直接或间接接触，从而从功率电子器件吸收热量。功率电子器件的壳体可以包括金属或任何其他导热材料。例如，壳体可以是金属壳体。

根据第一方面的第二实现方式，导热管可以具有密封壳体，该实现方式可以与第一方面的第一实现方式相结合或不结合。工作剂可以以低于大气压的预定压力容纳于密封壳体中，以使通过蒸发处于液相的工作剂吸收来自功率电子器件的热量时的预定温度低于在大气压下处于液相的工作剂的标准沸点。预定压力可以设定为使功率电子器件的温度保持在功率电子器件的外界空气的露点之上。通过这种方法，可以有效防止像短路或电弧或电火花的现象，并且甚至还可以提高冷却单元的可靠性。

导热管可以包括壳体（其还可以被叫作容器）、工作剂（或者工作液体）和毛细结构（有时还被称为芯）。容器可以适用于使工作剂（工作液体）与外部环境隔开。容器可以是密封的，同时可以能够转移从工作剂（工作液体）产生的热量和将热量转移至工作剂（工作液体）。工作剂（工作液体）可以根据预期的运行蒸汽温度范围来选择。在近似温度带中，可以使用若干可能的工作剂。可以考虑许多特性来确定本申请考虑的优选工作剂。这些特性可以无限制地包括良好的热稳定性、不太高或不太低于运行压力的蒸汽压力、温度范围、高潜热、高热传导性、可接受的冰点或流点等。蒸汽的高潜热可期望是以最小的液体流动转移大量的热量，并且因此在导热管中维持低压降。工作液体的热传导性可以被设置为高到使径向温度梯度最小化。毛细结构可以是由像钢、铝、镍或铜的材料以各种孔径大小范围制成的多孔结构。导热管中的毛细结构的主要目的是产生毛细管压力，以将工作剂从第二部分（冷凝器段）运输至第一部分（蒸发器段）。毛细结构可以适用于将蒸发器段附近的液体分发至热量可能被导热管接收的任何区域。导热管的毛细结构的选择可以依赖于许多因素，其中的一些与工作液体的特性有密切联系。例如，渗透度通常随着孔径的增加而增加。导热管的热运输能力通常随着毛细结构的厚度增加而提高。蒸发器段的总热阻也依赖于工作液体在毛细结构中的传导性。

根据第一方面的第二实现方式的一个特定示例性配置，导热管可以被形成为被抽真空的圆柱形容器，圆柱形容器具有布满毛细结构或芯的内壁，毛细结构或芯渗透有工作液体。根据该特定示例性配置，导热管最初可以被抽真空，然后在被密封之前充满工作液体。通过这种方法，可以由液体的蒸汽压力设定内部压力。当热量被输入到蒸发器段时，毛细结构中的液体被汽化，从而在蒸汽核中产生压力梯度。这种压力梯度迫使蒸汽沿着导热管流向冷却区域，蒸汽在冷却区域冷凝释放其蒸发潜热，蒸发潜热被热沉（冷却剂）排到周围。然后液体凭借毛细结构的小孔所产生的毛细管压力的作用通过毛细结构中的孔返回至蒸发器区域。最终，热量在导热管的一端被吸收并且被排到另一端。工作液体充当热运输媒介。因为工作液体被汽化或冷凝，所以导热管的热输入区域可以被叫作蒸发器段，并且冷却区域可以被叫作冷凝器段。在蒸发器段和冷凝器段之间，可以具有绝热区域。

导热管可以被配置为使工作剂是选择性可调节的（可改变的），从而改变预定温度。可替代的或另外的，预定压力可以是选择性可调节的，从而将预定温度改变为例如更低水平或更高水平。换句话说，不同的工作剂可以用于替代先前或最初使用的工作剂，从而改变预定温度。可替代的或另外的，导热管可以被设置为与最初或先前的设定压力不同的压力，从而改变预定温度。

例如，工作剂和/或压力可以最初被选择为，使从功率电子器件吸收热量时的预定温度为第一温度水平。然后，工作剂和/或压力可以被改变为，使预定温度为高于或低于第一温度水平的第二温度水平。

工作剂可以包括适合于在导热管中工作的任何冷却液。例如，工作剂可以包括水、乙醇、丙酮、钠和/或汞。也可以设想工作剂是水、乙醇、丙酮、钠或汞。

导热管可以是中空的，其内部空间至少几乎被抽真空。以此方式，内部的剂（液体）的状态可以在液态和气态之间改变。在导热管内部可以存在小量的水、例如纯净水。在标准大气压下，水在100℃下沸腾，但是随着气压降低，沸点温度将会小于100℃。这是由于气压差导致的。换句话说，导热管内部液体的沸点可以被改变。例如，在（纯净）水的情况下，根据压力，沸点温度还可以被设置在大约30℃。在这种情况下，当导热管被加热到30℃以上时，水汽化。蒸汽（快速）行进至导热管的冷界面（例如第二端），从而转移热量。由于热量在冷界面（冷凝器部分）处损失，因此蒸汽冷凝以形成液体（水），并且返回至导热管的第一部分（例如第一端），以再次重复该过程。

当水被用作工作剂时，预定压力可以被设置为0巴和1巴之间的任何水平。在第二实现方式的一个可能配置中，工作剂是水，并且预定压力被设置为0.0234巴，以使通过蒸发液相的工作剂而从功率电子器件吸收热量时的预定温度等于或高于20℃。换句话说，当预定压力被设置为0.0234巴时，通过蒸发液相的工作剂而从功率电子器件吸收热量时的预定温度等于或高于20℃。例如在0℃和100℃之间的水的情况下，通过在0巴和1巴之间调节预定压力，可以根据运行条件调节工作剂的沸点温度，运行条件例如是由冷却单元冷却的发热设备、功率电子器件的负载、冷却单元外部的外部温度或运输工具外部的外部温度等。

例如，最初可以使用水作为工作剂。预定压力可以被设置为大约0.2巴以使预定温度为大约60℃。根据运行条件，例如根据运输工具周围的温度，工作剂和/或预定压力可以被改变。例如，水可以仍旧被用作工作剂，但是预定压力可以被设置为大约0.0234巴，以使预定温度变为大约20℃。

以此方式，可以确保在功率电子器件处于预定阈值以上时，导热管仅仅从功率电子器件吸收热量。换句话说，可以确保在功率电子器件没有比预定阈值更暖时，不吸收热量，并且功率电子器件不会被冷却至低于预定阈值的温度，例如不低于功率电子器件的外界空气的露点。

导热管可以是可变热导的导热管（VCHP）。可替代的，导热管可以是压力控制的导热管（PCHP），其为主动控制的VCHP。VCHP和PCHP都允许使导热管的导热性发生变化。在飞行器作为运输工具的情况下，冷却单元可以是附加地包括这里所述的导热管的空气冷却单元（空气制冷单元）（ACU）。

根据第二方面，提供这里所述的用于冷却运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备的冷却单元的使用。

根据第三方面，提供用于运输工具例如飞行器的冷却系统。冷却系统包括：至少一个（例如多个）这里所述的用于冷却运输工具上提供的一个或多个（例如多个）发热设备的冷却单元；至少一个（例如多个）与冷却单元不同的用于冷却运输工具上提供的食物的冷却站；以及用于产生冷却能量的中央制冷设备，其中制冷设备与至少一个冷却单元和至少一个冷却站热耦接，以将冷却能量供给至少一个冷却单元和至少一个冷却站。

冷却系统可以进一步包括被热耦接至制冷设备以将冷却能量供给至少一个冷却单元和至少一个冷却站的第一冷却回路。

根据第四方面，提供一种运输工具，例如飞行器，包括这里所述的用于冷却运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备的冷却单元。根据第四方面的一个可能变体，运输工具可以包括根据第三方面的冷却系统。

运输工具可以是飞行器。在这种情况下，冷却单元可以被布置在飞行器上，以使冷却能量以冷空气形式被供给至IFE电子部件。例如，冷却单元可以被布置在承载TFE电子部件的架上。

虽然这里已经关于导热管或冷却单元描述了以上方面中的一些，但是这些方面还可以被实施为方法，或还可以涉及冷却单元、冷却系统和运输工具的使用。类似的，描述为方法的方面或关于方法描述的方面可以由冷却单元中的合适的单元实现。

附图说明

在下文中，将结合附图所示的示例实施例进一步描述本发明，其中：

图1示意性示出冷却单元的实施例；

图2示意性示出水的温度压力图；

图3示意性示出图1的冷却单元的可能的操作；并且

图4示意性示出包括图1的冷却单元的冷却系统的实施例。

具体实施方式

在下文的描述中，为了解释而不限制的目的，阐述具体细节，诸如具体部件的具体布置，从而提供对本发明的透彻理解。对于本领域技术人员来说是显而易见的是，可以以不偏离这些具体细节的其他实施例来实施本发明。例如，技术人员将领会，本发明可以以不同于以下讨论的水的其他工作剂并且以以下讨论的不同的压力水平来实施，从而示出本发明。虽然结合飞行器作为本发明可应用的运输工具的示例来描述以下所述的示例性实施例，但是技术人员会理解，本发明还可应用于其它的运输工具，像船、公交车或火车等。

图1示意性示出根据本发明实施例的冷却单元100。冷却单元100在下文中示例性地且没有限制地被称作空气冷却单元（ACU），其包括用于为ACU100提供功率的功率电子器件120、冷却回路160、热交换器180和风扇200。进一步，导热管140被布置在被用于功率电子器件120的热耗散的ACU100中。

图1进一步示意性示出，导热管140与功率电子器件120和冷却回路160热耦接。在图1的示例性配置中，导热管140的第一端（在图1中是上端）被热耦接至功率电子器件120，并且导热管的第二端（在图1中是下端）被热耦接至冷却回路160的返回线路160b。然而，其他配置也是可以想到的，例如其中导热管140的第二端（冷界面）与冷却回路160的进给线路160a耦接。在图1的特定示例性配置中，导热管140的第一端（热界面）与功率电子器件120周围的金属壳或金属盒直接接触。冷却回路160与热交换器180耦接，以使流通通过冷却回路160的冷却剂可以流过热交换器180。进一步，风扇200被布置为使由风扇200供给的空气被引导至热交换器180，从而将空气通过热交换器180吹到在图1中示意性布置于热交换器180旁边的发热设备220。替代使用风扇200，空气可以从ACU100的外部提供到ACU100中，并且可以被引导到热交换器180。

工作剂容纳于导热管140中。在下文中，没有限制地示例性假定，水容纳于导热管140中作为工作剂。在导热管140的热界面（其与功率电子器件120接触）处，水的至少一些处于液相，而在冷界面（其与冷却回路160接触）处，水的至少一些处于气相。水以预定压力容纳于导热管140中。根据预定压力，水可以在不同沸点温度下沸腾。图2中示意性给出水的压力和沸点之间的关系（示出压力p与温度）。

从图2可以看出，预定压力越高，沸点温度越高。当1巴的压力（其近似于大气压）导致大约100℃的沸点温度时，0.0234巴的压力导致20℃的沸点温度。因此，在0.0234巴的预定压力下，低于20℃水不能执行相变，而仅在20℃或高于20℃可以执行相变。

现在相对于图3进一步解释图1的冷却单元的操作。从图3中的虚线可以看出，步骤306可以执行，但是也可以被省略。

在下文中，假定导热管140被布置为如图1中所示。也就是说，导热管的第一端（在图1中的上端（热界面））与功率电子器件120热耦接，并且导热管140的第二部分（在图1中的下端（冷界面）），与流通过冷却回路160的冷却剂热耦接。当功率电子器件120为了给冷却单元供应用于冷却发热设备220的必须的功率（能量）而运行时，功率电子器件（连续不断的）产生热。最初导热管140中的压力被设置为预定压力，例如至0.2巴。当水被用作工作剂时，仅仅当工作剂的温度高于60℃（参见图2）时可以实现相变。因此，当工作剂的温度高于60℃时（参见步骤302），导热管140从功率电子器件120吸收热量。吸收热量的工作剂被汽化，并且最终的蒸汽转移至导热管140的冷界面（图1中的下端）。在冷界面处，处于气相的工作剂冷凝，并且因而将热量释放至冷却回路160的冷却剂（参见步骤304）。冷凝的工作剂流回至导热管140的上端。为了能够使得工作剂流回至上端，在导热管140中示意性地提供毛细结构。然而，可以设想例如交换功率电子器件120和冷却回路160的位置，从而也交换导热管140的方向。然后冷凝的工作剂可以仅仅由于重力从导热管的上端流回到导热管的下端，而不需要任何毛细结构。

除了步骤302至304之外，可以设想在步骤306中选择性地调节工作剂和/或预定压力。例如水可以仍然被用作工作剂，但是压力可以被改变至例如0.0234巴。结果，如果工作剂的温度为至少20℃（参见图2），才从功率电子器件吸收热量。以此方式，可以阻止功率电子器件被冷却至低于会发生短路的温度，但是同时功率电子器件可以（几乎）全功率运行。然后可以以调节后的压力重复步骤302和304，直到在步骤306中工作剂再次被改变和/或再次调节压力。

图4示意性示出包括图1的冷却单元的冷却系统的实施例。图4的冷却系统的配置是基于通过引用合并于此的DE102006005035B3和WO2007/088012A1中公开的冷却系统的结构。

图4示出冷却系统10，其被提供以冷却在客机上提供并存储在移动运输容器中的用于分发给乘客的食物，并且冷却提供在飞行器上的发热设备。在下文中，没有限制地假定发热设备是飞行器的IFE系统的电子设备。冷却系统10包括中央制冷设备12、分布在飞行器客舱中运输容器各寄存位置处的机上厨房区域中的多个冷却站14（在图4中仅以示例方式示出一个冷却站14）和分布在布置飞行器IFE系统的IFE设备的IFE架区域处或中的多个图1的冷却单元100（在图4中仅以示例方式示出一个冷却单元100）。为了给冷却站14和冷却单元100供给冷却能量，提供第一冷却回路16，第一制冷剂（第一冷却剂）逆时针流过第一冷却回路16，如箭头P所示。以示例但是没有限制地假定，在下文中CO₂被用作第一制冷剂（第一冷却剂）。

冷却系统10的第一冷却回路16经由第一热交换器18热耦接至制冷设备12的第二冷却回路20。第一冷却回路16包括进给线路22、回收线路24和多个分支线路26，在每个实例中分支线路26用于将各冷却站14和冷却单元100连接至第一冷却回路16的进给线路22或回收线路24。

采用泵形式的第一输送设备28被设置在第一冷却回路16的进给线路22中，用于输送来自第一储液器30的第一制冷剂，并且用于使第一制冷剂在第一冷却回路16中流通，第一储液器30被设置在第一冷却回路16中的输送设备28的上游。第一储液器30被提供有适当的隔离，以使暂时存储在第一储液器30中的第一制冷剂可以被维持在期望的低温。

节流阀31被设置在将第一冷却回路16的进给线路22连接至相应冷却站14和相应冷却单元100的每个分支线路26中，阀31用于控制第一制冷剂在每个冷却站14和每个冷却单元100的方向上的流速，以及第一制冷剂在每个冷却站14和每个冷却单元100上游的压力。如果需要，每个节流阀31能够完全中断第一制冷剂通过对应的分支线路26的流动，并且因此停止将第一制冷剂喂送给设置在节流阀31下游的冷却站14或冷却单元100。因此，各冷却站14和冷却单元100可以以简单方式与第一冷却回路16隔开，同时继续向其他冷却站14和冷却单元100喂送冷却能量。

每个冷却站14具有单独从第一冷却回路16形成并且经由热交换器33热耦接至第一冷却回路16的第三冷却回路32。同样，每个冷却单元100具有单独从第一冷却回路16形成并且经由热交换器33热耦接至第一冷却回路16的第四冷却回路160（在图4的示例性配置中，使用图1示出的冷却回路160）。第三冷却回路32和第四冷却回路160可以彼此不同或者可以具有相同的配置。热交换器33被形成为蒸发设备，以使流过第一冷却回路16的第一制冷剂在其冷却能量被传递至冷却站14和冷却单元100时从液态转换至气态。当从热交换器33出来之后，第一制冷剂通过第一冷却回路16中的适当的温度和压力控制再次返回至液态。

以此方式，客机上提供的食物和像IFE系统的电子设备之类的电子设备可以通过相同的冷却系统10来冷却。用于冷却食物的冷却站14和用于冷却电子设备的冷却单元100只需要被设置在飞行器的不同区域中。例如，冷却站14和冷却单元100可以具有类似的结构，并且不同可以仅仅在于冷却单元100附加地包含这里所述的导热管140。

相信从上述描述可以完整理解本发明的许多优点，并且在本发明示例性方面的形式、构造和布置方面进行各种改变是显而易见的，不会偏离本发明的范围，也不会牺牲本发明的全部优点。因为本发明可以通过许多方法来变体，所以可以认为本发明应当仅仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (15)

1.一种冷却单元（100），用于冷却在运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备，所述冷却单元（100）包括：

功率电子器件（120），用于向所述冷却单元（100）提供电功率，

热交换器（180），用于将由运输工具上提供的中央冷却系统所供应的冷却剂与供给所述冷却单元（100）的空气热耦接，以便借助于所述冷却剂冷却所述空气，从而以冷空气的形式将冷却能量提供至所述一个或多个发热设备，以及

导热管（140），用于所述功率电子器件（120）的热耗散，其中在所述导热管（140）的第一部分处，容纳于所述导热管（140）内的工作剂的至少一些处于液相，并且在所述导热管（140）的第二部分处，容纳于所述导热管（140）内的工作剂的至少一些处于气相，其中所述导热管（140）的第一部分与所述功率电子器件（120）热耦接，以通过蒸发处于液相的工作剂从所述功率电子器件（120）吸收热量，并且其中所述导热管（140）的第二部分与所述冷却剂热耦接，以通过冷凝处于气相的工作剂将热量释放至所述冷却剂。

2.根据权利要求1所述的冷却单元（100），其中所述冷却单元（100）进一步包括用于供应所述冷却单元（100）中的空气的风扇单元（200）。

3.根据权利要求1或2所述的冷却单元（100），其中所述导热管（140）的第二部分与布置在所述冷却单元（100）中的进给线路（160a）和/或布置在所述冷却单元（100）中的排出线路（160b）热耦接，所述进给线路（160a）用于将所述冷却剂从所述中央冷却系统供给所述热交换器（180），所述排出线路（160b）用于将所述冷却剂从所述热交换器（180）返回至所述中央冷却系统。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却单元（100），其中所述导热管（140）的第一部分与所述功率电子器件（120）的壳体，例如所述功率电子器件（120）的金属壳体直接或间接接触，以从所述功率电子器件（120）吸收热量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却单元（100），其中所述导热管（140）具有密封壳，并且所述工作剂以低于大气压的预定压力被容纳在所述密封壳内，使得通过蒸发处于液相的工作剂从所述功率电子器件（120）吸收热量时的预定温度低于在大气压下处于液相的工作剂的标准沸点。

6.根据权利要求5所述的冷却单元（100），其中所述预定压力被设定为使所述功率电子器件（120）的温度保持在所述功率电子器件的外界空气的露点之上。

7.根据权利要求5或6所述的冷却单元（100），其中所述导热管（140）被配置为使所述工作剂和/或所述预定压力选择性地可调节，从而改变所述预定温度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却单元（100），其中所述工作剂包括水、乙醇、丙酮、钠和/或汞，例如所述工作剂是水、乙醇、丙酮、钠或汞。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的冷却单元（100），其中所述工作剂是水，并且所述预定压力被设定为0.0234巴，使得通过蒸发处于液相的工作剂从所述功率电子器件（120）吸收热量时的预定温度等于或大于20℃。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的冷却单元（100）的使用，所述冷却单元（120）用于冷却在运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备。

11.一种用于运输工具例如飞行器的冷却系统（10），其中所述冷却系统（10）包括：

至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的冷却单元（100），所述冷却单元（100）用于冷却在运输工具上提供的一个或多个发热设备，

不同于至少一个冷却单元的至少一个冷却站（14），用于冷却运输工具上提供的食物，以及

用于产生冷却能量的中央制冷设备（12），其中所述制冷设备（12）与所述至少一个冷却单元（100）和所述至少一个冷却站（14）热耦接，以将所述冷却能量供给所述至少一个冷却单元（100）和所述至少一个冷却站（14）。

12.根据权利要求11所述的冷却系统（10），其中所述冷却系统（10）进一步包括热耦接至所述制冷设备（12）的冷却回路（16），以将所述冷却能量供给所述至少一个冷却单元（100）和所述至少一个冷却站（14）。

13.运输工具，例如飞行器，包括根据权利要求1至9中任一项所述的冷却单元（100），所述冷却单元（100）用于冷却运输工具例如飞行器上提供的一个或多个发热设备。

14.根据权利要求13所述的运输工具，其中所述运输工具是飞行器，并且所述冷却单元（100）被布置在所述飞行器上，使得所述冷却能量以冷空气的形式被供给飞行娱乐IFE电子部件。

15.根据权利要求14所述的运输工具，其中所述冷却单元（100）被布置在承载IFE电子部件的架上。

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