CN108712984B - 用于飞机食品供应设备的固态冷却附加杆单元 - Google Patents
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Abstract
一种用于安装在飞机中的厨房的固态冷却设备，其包括至少一个储存外壳和固态空气到空气热电装置，该至少一个储存外壳用于容纳冰冷饮料和/或食品以用于储存，该固态空气到空气热电装置具有安装在厨房中的热侧和冷侧，并且具有至少有一个风扇以用于在储存外壳附近循环冰冷空气。提供了一种废热捕获装置，其包括热空气出口以用于将来自冷却热电装置的热侧的废热排放到飞机中的厨房外部。
Description
技术领域
本申请涉及用于与飞机厨房和类似物的附加杆单元连接的固态冷却设备。
背景技术
本发明利用商业上可获得的热电装置(TED)(也称为热电冷却器(TEC))以便以完全集成的厨房线可更换单元(LRU)的形式提供冷却饮料和其他食品的特定和独特方法的基础。这些认证要求不如应用于厨房插入装备(GAINS)的要求严格。
热电效应是温度差直接转换为电压，反之亦然。当每侧温度不同时，热电装置产生电压。相反地，当施加电压时，会产生温度差。在原子尺度上，施加的温度梯度导致材料中的载流子从热侧扩散到冷侧。此效应可以用于发电、测量温度或改变物体的温度。因为加热和冷却的方向由施加的电压的极性决定，所以热电装置可以用作温度控制器。
TED可以使用热电模块(TEM)两侧的翅片式热侧和冷侧(空气到空气)或翅片和罐(空气到液体)散热器来制造。TEM由夹在内导电板和外陶瓷板之间的P型和T型半导体形成。
本发明利用TED技术的优点来提供集成到食品供应设备结构中的独特紧凑的冷却解决方案。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供将TED功能集成到食品供应设备结构中，允许它们被认证为用于适航认证目的的食品供应设备系统的一部分，而不是更严格要求的应用到外部制造并供应的GAINS。
本发明的另一个目的是提供以一定方式将TED集成到食品供应设备结构中，其显著减小冷却器安装的尺寸、成本和重量以及复杂性，这降低了LRU的维护成本和平均故障间隔时间(MTBF)，并且可以非常快速简便地进行更换。
本发明的另一个目的是提供以一定方式将TED集成到食品供应设备结构中，其消除了在现有的蒸汽循环和冷冻液体食品供应设备冷却器的制造和操作中使用对环境不友好的气体和/或液体。
本发明的这些目的和其它目的以及优点在下面公开的优选实施例中通过提供一种集成的线路可更换单元固态冷却设备来实现，该设备包括至少一个冷却器储存外壳，该至少一个冷却器储存外壳具有半封闭反向再循环冷却装置和竖直安装的空气到空气热电装置，该空气到空气热电装置具有热侧和冷侧。具有全封闭再循环冷却装置的至少一个冷却器与水平安装的空气到空气热电装置一起被提供，该空气到空气热电装置具有热侧和冷侧。提供了一种废热捕获装置，其包括热空气出口以用于将来自冷却热电装置的热侧的废热排放到周围环境中。这种废热可以被用作例如飞机机舱中的补充热量。
根据本发明的另一个实施例，一种用于安装在飞机中的厨房的固态冷却设备，其包括至少一个储存外壳和固态空气到空气热电装置，该储存外壳用于容纳冰冷饮料和/或食品以用于储存，该固态空气到空气热电装置具有安装在厨房中的热侧和冷侧，并且具有至少一个风扇以用于在储存外壳附近循环冰冷空气。提供了一种废热捕获装置，其包括热空气出口以用于将来自冷却热电装置的热侧的废热排放到飞机中的厨房外部。
根据本发明的另一个实施例，热电装置是半封闭反向再循环冷却装置。
根据本发明的另一个实施例，热电装置是全封闭再循环冷却装置。
根据本发明的另一个实施例，热电装置是开放式非再循环级联冷却装置。
根据本发明的另一个实施例，厨房包括用于加温食品的加温舱，并且热电装置将来自热侧的废热排放到加温舱中。
根据本发明的另一个实施例，固态冷却装置包括多个热电装置，这些热电装置以竖直堆叠的方式位于厨房中，并且适用于排出冰冷空气，使冰冷空气从厨房的顶部向下流过厨房到厨房的底部。
根据本发明的另一个实施例，固态冷却装置包括多个热电装置，这些热电装置以竖直堆叠的方式位于厨房中，并且适用于排出冰冷空气，使冰冷空气从厨房的顶部向下流过厨房到厨房的底部。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种安装在飞机中的用于食品供应设备的固态冷却设备，其包括至少一个开放式饮料/食品架和冷空气级联热电装置，该至少一个开放式饮料/食品架位于食品供应设备中，该冷空气级联热电装置具有冷侧和热侧，该冷空气级联热电装置位于至少一个开放式饮料/食品架上方的食品供应设备顶部，以用于向至少一个开放式饮料/食品架提供向下级联的非再循环的冰冷空气。冰桶/瓶冷却器位于饮料/食品架下方，以用于接收来自饮料/食品架的吹扫的冰冷空气。提供了具有冷侧和热侧的全封闭再循环热电装置，其用于将冰冷空气循环到冰桶/瓶冷却器。至少一个滑动饮料抽屉位于冰桶/瓶冷却器下方，以用于接收来自饮料/食品架和冰桶/瓶冷却器的吹扫的空气，并且提供了具有冷侧和热侧的半封闭反向再循环冷却热电装置，其用于在饮料抽屉内循环冰冷空气。食品加温舱位于将冰冷空气循环到冰桶/瓶冷却器的热电装置上方的食品供应设备中，并与热侧气流连通以用于接收来自热侧的排气以加温加温舱的食物。提供了至少一个暖空气出口，其用于从滑动饮料抽屉热电装置的热侧排出暖空气。
根据本发明的另一个实施例，第一滑动饮料抽屉和第二滑动饮料抽屉位于食品供应设备中，并且通过相应的第一半封闭反向再循环冷却热电装置和第二半封闭反向再循环冷却热电装置配备冰冷空气。
根据本发明的另一个实施例，第一半封闭反向再循环冷却热电装置和第二半封闭反向再循环冷却热电装置将暖空气从相应的热侧排出到通向飞机机舱的暖空气出口。
根据本发明的另一个实施例，第一滑动饮料抽屉和第二滑动饮料抽屉配备有从开放式饮料/食品架的热电装置吹扫的空气。
根据本发明的另一个实施例，第一开放式架、第二开放式架和第三开放式架位于食品供应设备中。
根据本发明的另一个实施例，热电装置包括二级冷却，其中次级热侧的环境供应空气通过集成的初级冷却级预冷。
根据本发明的另一个实施例，食品供应设备包括厨房。
根据本发明的另一个实施例，热电装置包括由石墨烯制成的散热器。
附图说明
上面已经阐述了本发明的一些目的。当结合以下附图描述本发明时，本发明的其它目的和优点将显现出来，其中：
图1是典型TED操作的示意图；
图2表示典型热电装置的冷侧；
图3表示典型热电装置(TED)的热侧；
图4是根据本发明的一个实施例的通过厨房附加杆单元的竖直横截面图；
图5是根据本发明的一个实施例的用于保持冰冷饮料罐等的滑动抽屉形式的线路可更换单元的冷侧的布局图；
图6是根据本发明的一个实施例的封闭式冰桶或瓶冷却器等形式的线路可更换单元的冷侧的布局图；以及
图7是根据本发明的一个实施例的管道冰冷空气流形式的冷空气级联的布局图，该管道冰冷空气流供应用于容纳饮料罐的水平架。
具体实施方式
图1、图2和图3示出了典型TED的基本操作原理，这是相关技术领域的技术人员所熟知的。
图1示出了TEM设备，其工作原理是在半导体之间传递电流以在模块的一侧和另一侧之间产生温度差。通过冷却模块的热侧(排出热量)，冷侧的温度进一步降低(吸收热量)。在空气到空气配置中，使用翅片式铝、石墨或其他材料散热器来散热。使空气通过翅片式冷侧散热器循环允许产生冰冷空气流，其可以在封闭舱内再循环或用作没有再循环的冷空气级联。
为了冷却热侧，使用环境空气。热空气通常被认为是废气。
作为使用空气冷却热侧的替代方案，可以使用合适的液体。
如图2和图3所示，示出了典型TED 10，其包括在热侧覆盖翅片式散热器14和翅片式散热器16的护罩12。轴向冷却风扇18将空气推过TED 10。冷侧包括部分地覆盖翅片式散热器22的部分护罩20。轴向再循环/级联风扇24从TED 10排出冷空气用于冷却。
这些原理在本发明的飞机厨房环境中得到有效并高效应用，根据图4-图7中的若干应用说明了这些原理。
图4示出了厨房附加杆单元30，其适用于作为模块插入飞机厨房物中(未示出)。杆单元30包括用于保持饮品罐或类似产品的滑动抽屉32、滑动抽屉34。抽屉32、抽屉34用半封闭反向再循环冷却装置以及竖直安装的空气到空气TED 36、空气到空气TED 38冷却。从TED36、TED 38排出的废热用于通过热空气出口40进行机舱加温，该热空气出口40从冷却滑动抽屉32、滑动抽屉34的TED 36、TED 38的热侧排出废热。
具有全封闭再循环冷却装置和水平安装的空气到空气TED 44的冰桶/瓶冷却器42安装在杆单元30中。使用来自冰桶/瓶冷却器42的废热加热半封闭加温舱46。
没有再循环和开放式冷却架50的冷空气级联TED单元48使用空气到空气或液体到空气热侧到冷侧。因此，允许来自TED 48的冷空气通过开放式冷却架50向下级联，从而冷却储存在架48上的物品。热排气从杆单元30向上排出，并且还可以用于为飞机机舱提供暖空气。
尽管它们具有功能集成，但TED仍然是用于维护、维修和更换目的的线路可更换单元(LRU)。如上所述，由热电循环产生的冰冷空气可以用于空气再循环的全封闭舱或半封闭舱，或者也可以用于冷却空气非再循环的级联。如上所述，厨房集成舱LRU可以采用具有开口盖的滑动抽屉的形式，其中在支撑饮料罐的多孔架下面引入冰冷空气。再循环空气可以通过涡旋风扇50穿过热/冷分隔板52和翅片式散热器54吹扫并返回，并且该冰冷空气循环被认为是半密封的。参见图5。
冰桶/瓶冷却器42由围绕插入容器循环的空气冷却。冰和/或瓶子可以在容器中放置、更换或更新，而不会破坏再循环冷空气。空气通过两个轴向风扇64、66穿过热/冷分隔板60和翅片式散热器62。因此，冰冷空气循环被认为是密封的。参见图6。
如图7所示，例如用于冷却开放式架50的冷空气级联采用管道冰冷空气流的形式。冰冷空气流不会再循环并排放到大气中。轴向风扇70、轴向风扇72使空气穿过热/冷侧分隔板74和翅片式散热器76循环。
翅片式散热器和空气到空气TED可以由石墨烯制成，以显著提高导热系数25倍，并可以减轻重量。TED可以使用DC电风扇或AC电风扇来提供冷侧空气分配和热侧冷却。这些可以采用轴型、管轴型和鼓风机型风扇的形式。
在TED的热侧和冷侧之间的分隔板可以由隔离值面板制成，例如玻璃纤维、表皮式泡沫芯板、封装的真空绝热板(VIP)或用耐热涂料处理过的蜂窝芯玻璃纤维板。在某些TED设计中，热侧散热器可以通过飞机的机舱抽气系统代替电风扇进行冷却。
在可行的情况下，TED热侧翅片式散热器可以用液体热交换器代替。液体可以由飞机从现有的冰冷液体回路系统供应，或者通过使用结合具有强制空气冷却的液体到空气热交换器连接到局部系统。
TEM可以被提供有二级冷却系统，其中次级热侧的环境供应空气通过集成的初级预冷。这允许在次级热侧和冷侧之间实现更大的温度差。在更高的冷却能力、二级TED的情况下，可以冷却更大的舱，例如餐箱(标准单元)储存和餐车(手推车)托架。在适当的情况下，TED的翅片式冷侧散热器可以用直接接触传导板代替，该直接接触传导板可以代替使用循环气流用于冷却单个物品或特定区域。
使用循环冰冷液体(经由飞机基础系统)或蒸汽循环空气冷却器对厨房部件进行冷却是已知技术，热电冷却的原理也是如此。然而，将固态冷却功能集成到厨房结构中(如LRU)不是已知技术。
设计的独特方面(例如使用热排气用于二次加热目的、二级冷却、石墨烯散热器、基于VIP的热/冷侧分隔器以及封闭冷却应用、半封闭冷却应用和开环冷却应用)也是新颖的。
本发明显著减小了冷却器安装的尺寸、成本和重量以及复杂性，降低了LRU的维护成本和MTBF，并且可以非常快速简便地进行更换。TED还消除了在现有蒸汽循环和冷却液体厨房冷却器的制造和操作中使用对环境不友好的气体和/或液体。
上文描述了一种用于与飞机厨房和类似物的附加杆单元连接的集成线路可更换单元固态冷却设备。在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各种细节。此外，提供本发明的优选实施例的前述描述和用于实践本发明的最佳模式仅是为了说明的目的，而不是为了限制的目的，本发明由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种安装在飞机中的用于食品供应设备的固态冷却设备，所述固态冷却设备包括：
(a)至少一个开放式食品架，其位于所述食品供应设备中；
(b)冷空气级联热电装置，其具有冷侧和热侧，所述冷空气级联热电装置位于所述至少一个开放式食品架上方的所述食品供应设备的顶部，以用于向所述至少一个开放式食品架提供向下级联的非再循环的冰冷空气；
(c)冰桶/瓶冷却器，其位于所述至少一个开放式食品架的下方用于接收来自所述至少一个开放式食品架的吹扫的冰冷空气；以及全封闭再循环热电装置，其具有冷侧和热侧以用于将冰冷空气循环到所述冰桶/瓶冷却器；
(d)至少一个滑动饮料抽屉，其位于所述冰桶/瓶冷却器下方用于接收来自所述至少一个开放式食品架和所述冰桶/瓶冷却器的吹扫的空气；以及半封闭反向再循环冷却热电装置，其具有冷侧和热侧以用于在所述滑动饮料抽屉内循环冰冷空气；
(e)食品加温舱，其位于将冰冷空气循环到所述冰桶/瓶冷却器的所述全封闭再循环热电装置上方的所述食品供应设备中，并与所述全封闭再循环热电装置的热侧进行气流连通以用于接收来自所述全封闭再循环热电装置的热侧的排气以加温所述食品加温舱的食物；以及
(f)至少一个暖空气出口，其用于从所述冷空气级联热电装置或所述半封闭反向再循环冷却热电装置的所述热侧排出暖空气。
2.根据权利要求1所述的固态冷却设备，其中第一滑动饮料抽屉和第二滑动饮料抽屉位于所述食品供应设备中并通过相应的第一半封闭反向再循环冷却热电装置和第二半封闭反向再循环冷却热电装置配备冰冷空气。
3.根据权利要求2所述的固态冷却设备，其中所述第一半封闭反向再循环冷却热电装置和所述第二半封闭反向再循环冷却热电装置将暖空气从相应的热侧排出到通向飞机机舱的暖空气出口。
4.根据权利要求2所述的固态冷却设备，其中所述第一滑动饮料抽屉和所述第二滑动饮料抽屉配备有从所述至少一个开放式食品架的所述冷空气级联热电装置吹扫的空气。
5.根据权利要求1所述的固态冷却设备，其包括位于所述食品供应设备中的第一开放式架、第二开放式架以及第三开放式架。
6.根据权利要求1所述的固态冷却设备，其中所述冷空气级联热电装置、所述全封闭再循环热电装置和所述半封闭反向再循环冷却热电装置包括二级冷却，其中次级热侧的环境供应空气通过集成的初级冷却级预冷。
7.根据权利要求1所述的固态冷却设备，其中所述食品供应设备包括厨房。
8.根据权利要求1所述的固态冷却设备，其中所述冷空气级联热电装置、所述全封闭再循环热电装置和所述半封闭反向再循环冷却热电装置包括由石墨烯制成的散热器。
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