CN104097778B - 飞机冷却系统和用于操作飞机冷却系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种飞机冷却系统（10），包括：冷却器（12），该冷却器（12）适于将冷却能供给到待冷却的飞机设备，和传热装置（18），该传热装置（18）适于将由所述冷却器（12）产生的废热传递到机舱抽气系统（20）。所述传热装置（18）包括传热回路（26），通过所述冷却器（12）的废热而加热的液体传热介质在传热回路（26）中循环。

Description

飞机冷却系统和用于操作飞机冷却系统的方法
技术领域
本发明涉及飞机冷却系统和用于操作飞机冷却系统的方法。
背景技术
在现代商业飞机中，在机上厨房区域通常提供有至少一个待冷却的设备。例如，该待冷却的设备可以是手推车或者例如用于存储打算分配给飞机乘客的食物的机上厨房区域。待冷却的机上厨房设备能借助分配给机上厨房的分散的冷却器而被供应冷却能。分散的冷却器例如可被构造为风冷式冷冻机的形式并被设计为利用两相冷却剂(即，当将冷却能传输到待冷却的设备时从液态转化为气态的冷却剂)操作。风冷式冷冻机的冷却剂将其冷却能传输到在流过风冷式冷冻机之后被吹入到机上厨房设备中的气流。
替代于此，分散的冷却器可被构造为借助制冷集成电路产生冷却能并将其传输到待冷却的机上厨房设备的电动操作制冷器的形式。被构造为风冷式冷冻机形式的分散的冷却器以及被构造为制冷器形式的分散的冷却器在操作中均产生废热。该废热被释放到冷却器周围，即，被传导到飞机机舱中，并最终必须借助飞机空调系统从飞机机舱移除。
而且，例如从DE 43 40 317 C2和US 5,513,500或从EP 1 979 233 A1和US 2009/000329 A1已知，通过被布置在机上厨房区域中并供应有来自中央制冷设备的冷却能的冷却站来冷却机上厨房设备，例如，填充有食物的手推车或机上厨房隔间。冷却站经由冷却回路连接到分散的制冷设备，液体或两相传冷传递介质在该冷却回路中循环。配备有冷却站以及中央制冷设备的冷却系统的废热通常经由热交换器被传输到流过飞机的冲压气体管道的冲压气体。
发明内容
本发明所基于的目的在于提供一种飞机冷却系统或一种用于操作飞机冷却系统的方法，其能够实现待在飞机上供应有冷却能的设备的能量有效的冷却。
该目的通过下述飞机冷却系统以及下述用于操作飞机冷却系统的方法来实现。
根据本发明的飞机冷却系统包括适于将冷却能供给到待冷却的飞机设备的冷却器。该冷却器可以是例如将冷却能供给到待冷却的机上厨房设备的风冷式冷冻机或电动操作制冷器。待冷却的机上厨房设备可以为例如用于存储打算分配给飞机乘客的食物的机上厨房的隔间。特别当冷却器被构造为风冷式冷冻机的形式时，冷却器可以被设计为利用两相冷却剂(即，当将冷却能传输到待冷却的设备时从液态转化为气态的冷却剂)操作。替代于此，冷却器可装备有用于产生冷却能的珀耳帖元件。
冷却器在操作中产生废热。当冷却器利用两相冷却剂操作时，在将冷却能传输到待冷却的设备之后处于气态的两相冷却剂应该通过向适当介质的热能量传递而再次转回液态。因此，飞机冷却系统包括适于将由冷却器产生的废热传递到机舱抽气系统的传热装置。机舱抽气系统通常用于将难闻气味从飞机机舱移除到飞机周围。而且，通过借助传统的机舱抽气系统将从飞机机舱移除，通过布置在飞机机舱的发热部件被传输到飞机机舱中的废热也需要从飞机机舱移除。
与此相反，根据本发明的飞机冷却系统的不同之处在于：传热装置包括传热回路，由冷却器的废热加热的液体传热介质在该传热回路中循环。在根据本发明的冷却系统中，冷却器的废热由此借助例如被分配到冷却器的热交换器被传输到在传热回路中循环的液体传热介质，该介质就其本身而言将其热能传输到机舱抽气系统。
因此，传热装置经由传热回路或在传热回路中循环的液体传热介质在产生废热的冷却器与机舱抽气系统之间产生非常有效的热联接。
根据本发明的飞机冷却系统能够实现将冷却器的废热从飞机机舱中能量有效的移除。结果，不再需要借助飞机空调系统或另外的冷却系统将冷却器产生的废热移除到飞机周围，从而飞机空调系统能够缓解压力或者另外的冷却系统的冲压空气的要求可减少。这在装备有根据本发明的飞机冷却系统的飞机的操作中能够实现燃料节约。
飞机冷却系统的传热装置可进一步适于将发热飞机设备产生的废热传递到机舱抽气系统。发热飞机设备可为机上厨房设备，例如烤箱，用于准备热饮的装置或在操作中产生废热的任何其他机上厨房设备。最重要的是，该设备的废热还不需要借助飞机空调系统或另外的冷却系统以能量集中的方式被移除到飞机周围，而是能借助飞机冷却系统的传热装置被传递到机舱抽气系统。
优选地，发热飞机设备被分配有用于将发热飞机设备的废热传递到在传热回路中循环的液体传热介质的热交换器，该介质就其本身而言将其热能传递到机舱抽气系统。被分配到冷却器的热交换器以及被分配到发热飞机设备的热交换器可彼此平行地布置在液体传热介质流过的传热回路中。在传热回路中，进一步布置有例如以泵的形式的传送设备，该传送设备将通过冷却器的废热和/或发热飞机设备的废热而加热的传热介质传送通过传热回路。替代于此，还可提供自然循环用于将通过冷却器的废热和/或发热飞机设备的废热而加热的传热介质传送通过传热回路。
在飞机冷却系统的优选实施例中，传热装置包括适于将通过冷却器的废热和/或发热飞机设备的废热而加热的传热介质与流过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气热接触。传热装置的热交换器因此优选被构造为液体/空气热交换器的形式，使得能够实现从流过传热回路的液体传热介质向流过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气的特别有效的热能传递。
优选地，传热装置的热交换器机舱抽气系统的机舱排气管线中被布置在抽出器的下游。因此，可包含一个或多个过滤器的抽出器在机舱排气管线中沿通过机舱排气管线的机舱排气的流动方向被布置在传热装置的热交换器的上游，并特别用于将难闻气味从飞机机舱移除。通过传热装置的热交换器布置在抽出器下游，抽出器的功能未因传热装置的热交换器而削弱。
飞机冷却系统可进一步包括控制单元，该控制单元适于根据流过机舱排气管线的机舱排气的温度的函数以及冷却器和/或发热飞机设备的操作状态的函数控制通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量，以使确保期望的废热从冷却器和发热飞机设备移除。控制单元可为例如以电子控制单元的形式并可集成到机舱抽气系统的中央控制设备中。然而，替代于此，还能想到将控制单元形成为单独的控制单元。流过机舱排气管线的机舱排气的温度例如可借助布置在机舱排气管线中的温度传感器进行测量。
而且，冷却器和/或发热飞机设备的产能利用率状态的操作参数特性被传送到控制单元，该参数允许得出处于对应的产能利用率状态下的冷却器和/或发热飞机设备产生的废热量。替代于此或另外地，在传热装置的热交换器的上游流过传热装置的传热回路的传热介质的温度也可根据参数通过控制单元测量和估算，该参数作为操作状态的函数表征由冷却器和/或发热飞机设备产生的废热量。流过传热装置的传热回路的传热介质的温度例如可借助在传热回路中布置在传热装置的热交换器的上游的温度传感器进行测量。
如果流过机舱排气管线的机舱排气的温度高，例如在热天当飞机在地面时，通过增加通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量，控制单元能确保将废热从冷却器和发热飞机设备的适当移除。而且，控制单元能通过增加通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量而反作用于由冷却器和/或发热飞机设备产生的增加的废热量。
相反，当流过机舱排气管线的机舱排气的具有低温度时，控制单元能减少通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量，并因此对于待从冷却器和/或发热飞机设备移除的废热形成特别有效地热耗。同样地，例如在冷却器和/或发热飞机设备的产能利用率低的情况下，当由冷却器和/或发热飞机设备产生的废热量下降时，在控制单元的控制下，通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量减少。
特别地，控制单元可适于根据流过机舱排气管线的机舱排气的温度的函数以及冷却器和/或发热飞机设备的操作状态的函数控制通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量，以使在传热装置的热交换器的下游流过传热装置的传热回路的传热介质的温度对应于预定期望温度。如果在传热装置的热交换器的下游流过传热装置的传热回路的传热介质的温度对应于预定期望温度，则确保从冷却器和/或发热飞机设备的适当的废热移除，即，确保由冷却器和/或发热飞机设备产生的废热从传热装置适当地传递到机舱抽气系统。
在飞机冷却系统的优选实施例中，控制单元适于通过对用于将机舱排气传送通过机舱排气管线的传送设备的适当控制而控制通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量。用于将机舱排气传送通过机舱排气管线的传送设备例如可被构造为布置在机舱排气管线中的风扇的形式。
在根据本发明的用于操作飞机冷却系统的方法中，借助冷却器将冷却能供给到待冷却的飞机设备。借助传热装置将由冷却器产生的废热传递到机舱抽气系统。传热装置包括传热回路，通过冷却器的废热而加热的液体传热介质在传热回路中循环。
传热装置可进一步将由发热飞机设备产生的废热传递到机舱抽气系统。
借助传热装置的热交换器，提供冷却器的废热和/或发热飞机设备的废热而加热的传热介质可与流过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气热接触。
优选借助控制单元根据流过机舱排气管线的机舱排气的温度的函数以及冷却器和/或发热飞机设备的操作状态的函数控制通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量，以使确保期望的废热从冷却器和/或发热飞机设备移除。
可借助控制单元根据流过机舱排气管线的机舱排气的温度的函数以及冷却器和/或发热飞机设备的操作状态的函数控制通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量，以使在传热装置的热交换器的下游流过传热装置的传热回路的传热介质的温度对应于预定期望温度。
控制单元可通过对用于将机舱排气传送通过机舱排气管线的传送设备的适当控制而控制通过机舱抽气系统的机舱排气管线的机舱排气体积流量。
附图说明
现在将参照附图更详细地解释本发明的优选实施例，其中：
图1显示飞机冷却系统的示意图示。
具体实施方式
图1中例示的飞机冷却系统10包括被构造为风冷式冷冻机的冷却器12，其用于将冷却能供给到机上厨房14的待冷却的区域。待冷却的机上厨房区域可为例如用于存储打算分配给飞机乘客的食物的机上厨房隔间。在操作中，冷却器12产生废热。而且，发热飞机设备16存在于机上厨房14中。发热飞机设备16可为例如烤箱、用于准备热饮的装置或在操作中产生废热的任何其他设备。
飞机冷却系统10进一步包括传热装置18，该传热装置18用于将由冷却器12产生的废热以及由发热飞机设备16产生的废热传递到机舱抽气系统20。传热装置18包括热交换器22，通过机舱抽气系统20的机舱排气管线24传导的机舱排气流过该热交换器的冷侧。相反，液体传热介质可流过该热交换器22的热侧，液体传热介质在用于从冷却器12和发热飞机设备16的移除废热的传热回路26中循环。传热装置18的热交换器22布置在机舱抽气系统20的机舱排气管线24的抽出器27的下游。
冷却器12和发热飞机设备16被彼此平行布置在传热回路26中。被构造为泵形式并被布置在传热回路26中的传送设备28用于将传热介质传送通过传热回路26。替代于此，还可提供自然循环用于将传热介质传送通过传热回路26。将废热从冷却器12和发热飞机设备16向通过传热回路26循环的传热介质的传递在不同的情况下经由被分别分配到冷却器12和发热飞机设备16的热交换器30、32实现。被构造为风扇形式的传送设备42用于将待从飞机机舱移除的机舱排气传送通过机舱抽气系统20的机舱排气管线24。
最后，飞机冷却系统10包括被构造为电子控制单元形式的控制单元34。控制单元34根据流过机舱排气管线24的机舱排气的温度的函数以及冷却器12和发热飞机设备16的操作状态的函数控制流过机舱抽气系统20的机舱排气管线24的机舱排气体积流量，以使在传热装置18的热交换器22的下游流过传热装置18的传热回路26的传热介质的温度对应于预定期望温度，并因此确保从冷却器12和发热飞机设备16的适当的废热移除。流过机舱排气管线24的机舱排气的温度借助布置在机舱排气管线24中的温度传感器36进行测量。在传热回路26中布置在热交换器22下游的温度传感器38用于检测在热交换器22的下游流过传热回路26的传热介质的温度。
而且，冷却器12和发热飞机设备16的产能利用率状态的操作参数特性被传送到控制单元34，该参数允许得出处于对应的产能利用率状态下的冷却器12和发热飞机设备16产生的废热量。另外地，在热交换器22的上游流过传热装置18的传热回路26的传热介质的温度借助在传热回路26中布置在热交换器22的上游的温度传感器40进行测量。根据这些参数，控制单元34根据操作状态的函数确定由冷却器12和发热飞机设备16产生的废热量。
如果流过机舱排气管线24的机舱排气的温度高，例如在热天当飞机在地面时，通过增加流过机舱抽气系统20的机舱排气管线24的机舱排气体积流量，控制单元34确保将废热从冷却器12和发热飞机设备16的适当移除，并且确保在传热装置18的热交换器22的下游流过传热装置18的传热回路26的传热介质的温度对应于预定期望温度。而且，控制单元34通过增加流过机舱抽气系统20的机舱排气管线24的机舱排气体积流量而反作用于由冷却器12和发热飞机设备16产生的增加的废热量。相反，当流过机舱排气管线24的机舱排气的具有低温度时，控制单元34减少流过机舱抽气系统20的机舱排气管线24的机舱排气体积流量。同样地，例如在冷却器12和/或发热飞机设备16的产能利用率低的情况下，当由冷却器12和发热飞机设备16产生的废热量下降时，在控制单元34的控制下，流过机舱抽气系统20的机舱排气管线24的机舱排气体积流量减少。
通过机舱抽气系统20的机舱排气管线24的机舱排气体积流量通过控制单元34对用于将机舱排气传送通过机舱排气管线24的传送设备42的适当控制而被控制。在图1例示的飞机冷却系统10的实施例中，传送设备42被构造为布置在机舱排气管线24中的风扇的形式。

Claims (13)

1.一种飞机冷却系统(10)，具有：
冷却器(12)，该冷却器(12)适于将冷却能供给到待冷却的飞机设备，和
传热装置(18)，该传热装置(18)在所述冷却器(12)和机舱抽气系统(20)之间产生热联接以便将由所述冷却器(12)产生的废热传递到所述机舱抽气系统(20)，所述传热装置(18)包括传热回路(26)，通过所述冷却器(12)的废热而加热的液体传热介质在该传热回路(26)中循环。
2.根据权利要求1所述的飞机冷却系统，其中所述传热装置(18)进一步适于将由发热飞机设备(16)产生的废热传递到所述机舱抽气系统(20)，其中所述冷却器(12)用于将冷却能供给到机上厨房(14)的区域，并且所述发热飞机设备(16)布置在所述机上厨房(14)中并被配置为在操作中产生废热。
3.根据权利要求1所述的飞机冷却系统，其中所述传热装置(18)包括热交换器(22)，该热交换器(22)适于将通过所述冷却器(12)的废热与发热飞机设备(16)的废热中的至少一种而加热的传热介质与流过所述机舱抽气系统(20)的机舱排气管线(24)的机舱排气热接触。
4.根据权利要求3所述的飞机冷却系统，其中所述传热装置(18)的所述热交换器(22)在所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)中被布置在抽出器(27)的下游。
5.根据权利要求1所述的飞机冷却系统，进一步包括控制单元(34)，该控制单元(34)适于根据流过机舱排气管线(24)的机舱排气的温度的函数以及所述冷却器(12)和发热飞机设备(16)中的至少一个的操作状态的函数控制通过所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)的机舱排气体积流量，以使确保期望的废热从所述冷却器(12)和所述发热飞机设备(16)中的至少一个移除。
6.根据权利要求5所述的飞机冷却系统，其中所述控制单元(34)适于根据流过所述机舱排气管线(24)的机舱排气的温度的函数以及所述冷却器(12)和所述发热飞机设备(16)中的至少一个的操作状态的函数控制通过所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)的机舱排气体积流量，以使在所述传热装置(18)的热交换器(22)的下游流过所述传热装置(18)的所述传热回路(26)的传热介质的温度对应于预定期望温度。
7.根据权利要求6所述的飞机冷却系统，其中所述控制单元(34)适于通过对用于将机舱排气传送通过所述机舱排气管线(24)的传送设备(42)的适当控制而控制通过所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)的机舱排气体积流量。
8.一种用于操作飞机冷却系统(10)的方法，具有步骤：
借助冷却器(12)将冷却能供给到待冷却的飞机设备；以及
借助传热装置(18)将由所述冷却器(12)产生的废热传递到机舱抽气系统(20)，所述传热装置(18)在所述冷却器(12)和所述机舱抽气系统(20)之间产生热联接，所述传热装置(18)包括传热回路(26)，由所述冷却器(12)的废热加热的液体传热介质在该传热回路(26)中循环。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述传热装置(18)进一步将由发热飞机设备(16)产生的废热传递到所述机舱抽气系统(20)，其中所述冷却器(12)将冷却能供给到机上厨房(14)的区域，并且所述发热飞机设备(16)布置在所述机上厨房(14)中并在操作中产生废热。
10.根据权利要求8所述的方法，其中借助所述传热装置(18)的热交换器(22)，通过所述冷却器(12)的废热与发热飞机设备(16)的废热中的至少一个而加热的传热介质与流过所述机舱抽气系统(20)的机舱排气管线(24)的机舱排气热接触。
11.根据权利要求8所述的方法，其中借助控制单元(34)根据流过机舱排气管线(24)的机舱排气的温度的函数以及所述冷却器(12)和发热飞机设备(16)中的至少一个的操作状态的函数控制通过所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)的机舱排气体积流量，以使确保期望的废热从所述冷却器(12)和所述发热飞机设备(16)中的至少一个移除。
12.根据权利要求11所述的方法，其中借助所述控制单元(34)根据流过所述机舱排气管线(24)的机舱排气的温度的函数以及所述冷却器(12)和所述发热飞机设备(16)中的至少一个的操作状态的函数控制通过所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)的机舱排气体积流量，以使在所述传热装置(18)的热交换器(22)的下游流过所述传热装置(18)的传热回路(26)的传热介质的温度对应于预定期望温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述控制单元(34)通过对用于将机舱排气传送通过所述机舱排气管线(24)的传送设备(42)的适当控制而控制通过所述机舱抽气系统(20)的所述机舱排气管线(24)的机舱排气体积流量。
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