CN1902086B - 飞机中用于冷却发热装置和使封闭区域温度保持低于座舱温度的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

飞机中用于冷却发热装置(44、46、48)的冷却系统(10)，具有制冷装置(12)、至少一个冷量消耗装置(44、46、48)、和连接所述制冷装置(12)和所述冷量消耗装置(44、46、48)的冷量传输系统(14)，所述制冷装置(12)包括至少一个制冷机(18、20)，所述至少一个制冷机满足所述至少一个冷量消耗装置(44、46、48)的最大冷量需求，并且所述至少一个冷量消耗装置(44、46、48)通过在所述冷量传输系统(14)内循环的制冷剂被供以在所述制冷装置(12)内产生的冷。

Description

飞机中用于冷却发热装置和使封闭区域温度保持低于座舱温度的冷却系统
技术领域
本发明涉及飞机中用于冷却发热装置以及用于使封闭区域的温度保持低于座舱温度的冷却系统。
背景技术
在飞机内部装备了许多发热且必须冷却以确保安全运行的各种技术装置。此外，在飞机内部还有各种不同的封闭区域，即所谓的隔舱，必须使其温度保持低于座舱的温度。因此飞机内装备了各种冷却系统。
例如从DE 3812739 C1已知，在飞机机载厨房内靠近飞机蒙皮的位置布置一冷却室，以便在冷却室和飞机蒙皮之间提供一冷气室。在冷气室中，空气作为制冷剂通过与飞机外壳之间的热交换过程而冷却，并在冷却室冷却后被供给用于冷却例如装满需要冷却的食物和饮料的服务推车中。但是，该现有技术具有必须为每一冷却室单独配备冷气室的缺点。这使飞机内的空间分布相对没有柔性。另外，只有当飞机在环境温度非常低的高空中飞行时才能提供可靠的冷却功能。当飞机着陆后位于地面上时，冷却功能只能通过制冷量受限制的额外冷藏库来保证。
从专利说明书DE 4340317 C2得知飞机中用于冷却食物的冷却系统。在此冷却系统中，在飞机中设有中央制冷装置，其经由管路系统将制冷剂输送至独立的热交换单元。热交换单元经由另外的管路连接到机载厨房的存储空间区域内的待冷却输送容器。在各种情况下输送容器都装有需被冷却的食物。该冷却系统需要敷设各种管路系统并因此造价昂贵。
从US 2003/0042361 A1得知一种类似的冷却系统。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种最初类型的冷却系统，其具有简单的结构，且在安装方面具有很大的灵活性且与当前冷量需求有良好的匹配性。
该目的通过飞机中用于冷却发热装置的冷却系统实现，所述冷却系统具有：制冷装置；至少一个构造成发热装置或构造成需保持低于座舱温度的区域的冷量消耗装置；和连接制冷装置和冷量消耗装置的冷量传输系统。制冷装置包括至少两个制冷机，至少两个制冷机满足至少一个冷量消耗装置的最大冷量需求，并且至少两个制冷机彼此独立运行且平行地耦连到冷量传输系统，其中至少一个冷量消耗装置通过在冷量传输系统内循环的制冷剂被供以在制冷装置内产生的冷，并且设有中央控制单元，中央控制单元根据至少一个指示当前冷量需求量的参数来控制制冷量。中央控制单元以平均运行时间长度基本相同的方式来启动制冷机。
因此，根据本发明，冷却系统的制冷量能通过制冷装置的特定启动而根据当前需求设定。这样，冷却系统的效率可获得提高，因为特别地如果只需要低制冷量，所述冷却系统能以低负荷运行，反之，如果需要一高制冷量，所述冷却系统能以相应的高负荷运行。其最终既导致了用于运行制冷装置的电能的最佳消耗，又减少了飞机的耗油量且延长了制冷装置的寿命。
本发明进一步的发展规定制冷装置具有至少两个相互独立运行且平行地连接到冷量传输系统的制冷机。这样，一方面制冷装置的最大制冷量提高而另一方面冷却系统获得了更高的可靠性，因为即使在其中一个制冷机不工作的情况下冷却系统还能由至少一个其它制冷机提供最小制冷量。依据本发明的一种变型，制冷装置的制冷机数量优选地以下述方式选择：满足地面运行期间飞机的冷量需求，此时飞机周围的外部温度具比在大高度飞行期间高得多。
在本发明的具体实施例变型中，规定至少一个制冷机通过冷蒸气方式(cold vapour process)进行制冷。冷蒸气方式提供了在相对低的技术费用产生以适度的低温制冷的可能性。
为了能确保制冷剂经由冷量传输系统在至少一个冷量消耗装置和制冷装置之间可靠地传输，本发明进一步发展规定冷量传输系统具有至少一个用于循环制冷剂的制冷剂泵。
依据本发明可进一步规定冷量传输系统具有至少一个存储器用于制冷剂的中间存储。借助于该存储器，由热导致的制冷剂体积变化和冷量传输系统中的泄漏能在一定程度上得到补偿。
本发明的进一步发展规定至少一个冷量消耗装置具有辅助冷量传输系统，其中冷通过辅助制冷剂(优选地为空气)从制冷剂传递。用于实现此目的的原理被应用于例如飞机机载厨房内。这种情况下，厨房空气冷却器被用来将冷从制冷剂传递到用作辅助制冷剂的空气，并例如用经冷却的空气冷却食物和饮料。
本发明有利的进一步发展规定设置中央控制单元，中央控制单元根据至少一个指示当前冷量需求的参数来控制制冷量。在这一点上依据本发明可进一步规定，指示当前冷量需求的参数复制在冷量传输系统内至少一点处的制冷剂温度，优选地至少是从制冷剂泵流出的制冷剂温度、或/和关于至少一个冷量消耗装置的冷量需求信息或/和冷量传输系统内制冷剂的压力。
就本发明的描述提及的“控制器”而言，其意味着一方面包括根据预定的特征曲线无反馈地控制冷却系统各个元件的情况。另一方面此表达方式还意味着包括元件被启动作为反馈的情况，也就是自动控制。
如上文提到的，依据本发明根据当前需求量设定制冷量是可能的。所以，在本发明进一步的发展中能通过打开和关闭制冷装置的各个制冷机来控制制冷量以匹配飞机中的当前冷量需求。换句话说，例如，如果当有一小制冷量需求，只有一个制冷机运行，而制冷量需求暂时增加时至少有另一制冷机额外启动。为了大致相同地给冷却系统中的所有制冷机施加负荷，本发明的进一步发展规定中央控制单元以在平均时间上基本上相同运行长度的方式来启动制冷机。
作为经由中央控制单元启动制冷机的替代，采用过程分布模式也是可能的。例如，飞机中所有制冷机的状态能经由数据总线被取出。依据一预定优先级制冷发生器能被自动地启动。例如该优先级可以是时间相关的。例如，对于本发明的该具体实施例变型，还可改变各个制冷机的启动顺序。例如，在前一冷却循环中相对于其它制冷机相对晚地被启动的制冷机，可能在随后的冷却循环中较早被启动，例如正好首先被启动。该方法还允许负荷在时间上平均地分配到各个制冷机。
在本发明的一种变型中，制冷剂既流经关闭的制冷机也流经打开的制冷机。这样，在流动管路中制冷剂的混合温度提高。但同样可能的是为每一制冷机配备关闭阀。这能防止制冷剂流经关闭的制冷机及流动管路中制冷剂的混合温度提高。
作为上文描述的根据需求打开制冷机的情况的替代，本发明的进一步发展规定至少一个制冷机的制冷量是可由控制装置控制的，优选地是连续可控的。在这一点上其能规定例如控制单元检测制冷剂流出制冷机的流出温度并根据检测到的流出温度启动制冷机。在根据本发明的另一具体实施例中至少一个制冷机的制冷量能被改变，例如，通过改变制冷机中所使用压缩机的运行速度。
作为上文中描述的影响制冷量的可能性的附加和替代，依据本发明其还可能为了控制冷却系统的制冷量所述控制单元改变冷量传输系统内的制冷剂输送量。根据所要求的制冷量，相应地或多或少的制冷剂经由冷量传输系统从制冷装置输送到所述至少一个冷量消耗装置。其例如可通过下述方式实现：为了控制制冷量，所述控制单元改变至少一个制冷机泵的运行速度。
附图说明
在下文中通过附图解释本发明的一具体实施例将，附图中示意性示出一个根据本发明的冷却系统。
具体实施方式
附图中根据本发明的冷却系统整体上用标号10示出。其包括制冷装置12、冷量传输系统14和其内消耗冷气的区域16。
制冷装置12具有两个制冷机18和20，在所述两个制冷机中制冷剂经由热力学中已知的冷蒸气过程冷却并经由两根平行管道22和24导入冷量传输系统14中。在冷量传输系统14中，两根平行管道22和24汇合于一点26。制冷剂经由具有可独立启动的关闭阀29的可选输送管输送至泵单元30。泵单元30具有两个泵32和34，所述两个泵相互平行地连通，且配备有可独立启动的关闭阀36和38。制冷剂中间存储40被逆流连接到泵单元30内的泵32和34的并联线路中。中间存储用来在热膨胀和泄漏的情况下补偿体积。
因为泵单元30的循环作用，冷却了的制冷剂经由进给管42输送到不同的冷量消耗装置44、46和48。冷量消耗装置44、46和48例如是飞机机载厨房内需要冷却的功能单元，如装满食物和饮料的冷却室，或运行过程中需要被冷却的计算单元或飞机的影象系统。
在各种情况下经冷却的制冷剂都从供给管42经由单管被供给至冷量消耗装置44、46、48中。制冷剂在每一制冷消耗单元44、46、48中被加热，也就是吸收它们的热量。另一方面，制冷剂将“冷”释放到冷量消耗装置44、46、48中。相应地，经加热的制冷剂然后借助于泵单元30经由反馈管50通过冷量传输系统14而被导回制冷装置12的制冷机18和20。同时经加热的制冷剂再次冷却并再次经由管道22和24被导回至冷量传输系统14。
冷却系统能够根据飞机的尺寸和飞机内的冷量需求而不同地布设和启动。因此可能，例如，如果需要相对大的冷量需求那么配备较多的制冷机，也就是说，在高冷量需求的运行情况下，所述制冷机可根据需求打开，而在低冷量需求的运行情况下可切换到空转状态或完全关闭。其还可能例如，通过改变制冷机内使用的压缩机的运行速度来连续地控制制冷机18和20其中之一的制冷量。附加地或替代地，在高的冷量需求情况下将关闭阀29切换到锁定位置，以便所有经冷却的制冷剂经由进给管42供应至冷量消耗装置44、46、48中。另一方面，在低冷量需求的运行情况下，关闭阀29被打开，以便部分经冷却的制冷剂经由泵单元30被输送回制冷机18和20。
进一步影响冷却系统10的制冷量的可能性包括根据需求来启动循环泵32和34。因此本发明一种变型规定泵32和34的运行速度可连续改变并因此泵32和34的输送量也可在某一限度内改变。
对于冷却系统10，其进一步可能根据当前制冷量需求来逐一地打开或关闭配备给泵32和34的关闭阀36或38。这意味着关闭阀36和38的阀位置可在完全打开位置和完全关闭位置之间连续地改变。这同样适用于关闭阀29。其还允许特别地设定冷量传输系统所输送的体积。
泵32和34以及关闭阀29、36、38的启动能根据在冷量传输系统14内不同的点处测得的压力检测值来实现，例如，如通过管道42内的传感器52来测量。
此外，每一消耗装置44、46、48可具有一温度传感器，能根据在消耗装置44、46和48内测量的温度来控制所述系统的各可启动元件，如制冷机18、20，泵32和34以及各个关闭阀29、36和38。对于本领域的技术人员来说不言而喻的是，制冷剂的参数，如温度、压力、流速等等，也能在冷却系统10内多个其他的点测量，且冷却系统10的上述可启动元件能使用所述测得值来控制。
本发明说明了冷却系统10，该冷却系统具有多个能够使用冷却到适当程度的制冷剂来进行中央冷却以确保安全和可靠运行的各种冷量消耗装置44、46、48，其中冷却系统10的制冷量能与当前冷量需求相匹配。这样能提高部分负荷运行时，也就是相对低的当前冷量需求时的效率。最终导致飞机内电能的较低消耗，其还带来飞机减少的耗油量。此外，采用根据本发明的冷却系统10能够实现使用的制冷机18、20不仅能够连续工作，而且能根据需求而可选地关闭。这能可观地延长它们的使用寿命。

Claims (17)

1.冷却系统(10)，其用于在飞机内冷却发热装置(44、46、48)以及用于使封闭区域的温度保持低于座舱温度，具有
制冷装置(12)；
至少一个构造成发热装置或构造成需保持低于座舱温度的区域的冷量消耗装置(44、46、48)；和
连接所述制冷装置(12)和所述冷量消耗装置(44、46、48)的冷量传输系统(14)，
所述制冷装置(12)包括至少两个制冷机(18、20)，所述至少两个制冷机满足所述至少一个冷量消耗装置(44、46、48)的最大冷量需求，并且所述至少两个制冷机彼此独立运行且平行地耦连到所述冷量传输系统(14)，其中所述至少一个冷量消耗装置(44、46、48)通过在所述冷量传输系统(14)内循环的制冷剂被供以在所述制冷装置(12)内产生的冷，并且设有中央控制单元，所述中央控制单元根据至少一个指示当前冷量需求量的参数来控制制冷量，
其特征为，所述中央控制单元以平均运行时间长度基本相同的方式来启动所述制冷机(18、20)。
2.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述制冷装置(12)中制冷机(18、20)的数量以在地面运行期间满足飞机的冷量需求的方式选择。
3.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为至少一个制冷机(18、20)使用飞机加压机身内的空气作为用于散发热量的冷源。
4.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述至少一个制冷机(18、20)通过冷蒸气方式产生冷。
5.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述冷量传输系统(14)具有至少一个用于循环所述制冷剂的制冷剂泵(32、34)。
6.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述冷量传输系统(14)具有至少一个用于补偿所述制冷剂的热膨胀和泄漏损失的存储器(40)。
7.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述至少一个冷量消耗装置(44、46、48)具有辅助的冷量传输系统，在所述辅助的冷量传输系统内冷通过辅助制冷剂从所述制冷剂传出。
8.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为指示当前冷量需求量的所述参数复制所述冷量传输系统(14)内至少一点处的制冷剂温度或/和关于所述至少一个冷量消耗装置(44、46、48)冷量需求量的信息或/和所述冷量传输系统(14)内制冷剂的压力。
9.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为，所述制冷量可通过打开和关闭所述制冷装置(12)的各个制冷机(18、20)来匹配飞机中的当前冷量需求量而进行控制。
10.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为，所述制冷机通过基于经由数据总线对所有制冷机实际状态进行监控的自动的和与时间相关的启动来控制。
11.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述制冷剂既流经运行的制冷机(18、20)又流经关闭的制冷机。
12.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为，为每一制冷机配备关闭阀。
13.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述至少一个制冷机(18、20)的制冷量借助于控制装置是可控的。
14.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为所述中央控制单元检测所述制冷剂流出所述制冷机(18、20)的流出温度并根据测得的流出温度来启动制冷机(18、20)。
15.如权利要求14所述的冷却系统(10)，其特征为所述至少一个制冷机(18、20)的制冷量能借助于热气旁通阀和/或通过改变所述制冷机(18、20)中所使用压缩机的运行速度来改变。
16.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征为，为了影响所述冷却系统(10)的制冷量，所述中央控制单元改变在所述冷量传输系统(14)内输送的制冷剂的量。
17.如权利要求16所述的冷却系统(10)，其特征为，为了影响所述制冷量，所述中央控制单元改变所述至少一个制冷剂泵(32、34)的运行速度。
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