CN1902087A - 用于对飞机中产生热量的设备进行冷却的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于冷却飞机中产生热量的设备(44、46、48)的冷却系统(10)，所述冷却系统设计有：一个中央制冷设备(12)，至少一个耗冷设备(44、46、48)以及一个冷传输系统(14)，所述的冷传输系统将该制冷设备(12)和耗冷设备(44、46、48)连接起来。通过此冷却系统，所述的冷传输系统(14)具有至少一个冷却回路，所述冷却回路将冷却过的冷载体介质从所述的制冷设备(12)供应到至少一个耗冷设备(44、46、48)，并从该耗冷设备送回所述的制冷设备(12)，从而，通过在所述冷却回路中循环的冷载体介质而对所述至少一个耗冷设备(44、46、48)供应产生于所述制冷设备(12)内的冷量。

Description

用于对飞机中产生热量的设备进行冷却的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种冷却系统，其用于对飞机中产生热量的设备进行冷却。
背景技术
在飞机的内部，除了飞机的空调系统之外，存在有多种产生热量的不同技术设备，为了保证安全地工作，必须对这些技术设备进行冷却。为此，长时间以来，在飞机内就设置有不同的冷却系统，以对相应的待冷却技术设备提供各个相关的解决方案。设置这种类型的独立系统需要较大的飞机内的结构空间且灵活度很小。而且，这种类型的独立系统通常直接地把周围空气用作散热器，用以消除从待冷却技术设备中排出的热量。然而，这导致飞机内部不利地升温。
例如根据DE 38 12 739 C1，将一个冷却室设置在飞机的厨房内、邻近于飞机的外蒙皮，并且在所述的冷却室和飞机的外蒙皮之间设置一个冷气室是现时的实践。在该冷气室内，作为冷载体介质的空气通过与飞机外蒙皮进行热交换而冷却，并且在冷却之后被供应到冷却室以冷却送餐车，该送餐车内装有例如待冷却的饮料或食物。然而，此现有技术的缺点在于：每个冷却室都需要一个独立的冷气室。这意味着飞机内的空间分布变得较不灵活。而且，只有当飞机飞行在很高的高度上时——其时飞机周围环境非常地冷——才可保证可靠的冷却功能。如果飞机在降落后处于地面上，则只能通过一个另外的冷储存单元来保证冷却功能，该冷储存单元的制冷能力是有限的。
发明内容
为此，本发明的一个目的是提出一种上述类型的冷却系统，其避免了上述现有技术中的缺点，且结构简单并提供了很高的安装灵活性及可很好地与现有的冷却要求相适应。
这个问题通过一种用于对飞机中产生热量的设备进行冷却的冷却系统而得以解决，所述冷却系统具有一个中央制冷设备、至少一个耗冷设备以及一个冷传输系统，所述的冷传输系统将该制冷设备和耗冷设备相互连接起来，从而，所述的冷传输系统具有至少一个冷却回路，所述冷却回路将冷却过的冷载体介质从所述的制冷设备传送到至少一个耗冷设备，并从该耗冷设备送回所述的制冷设备，其中通过在冷却回路中循环的冷载体介质而对所述至少一个耗冷设备供应产生于制冷设备内的冷量。
依据本发明，耗冷设备所需的冷量输出因而可通过冷却回路而从中央制冷设备供应。制冷设备可紧凑地设置在飞机内，并且不与飞机的其它构件干涉。由此，飞机内部的布置是非常灵活的。特别地，冷却系统可以与飞机内的各个空间分隔相适配。
本发明的另一个实施方式建议：制冷设备具有至少两个彼此独立地工作、并与冷传输系统并联地耦接的冷却器。由此，一方面，增加了制冷设备的最大冷量输出，并在另一方面，冷却系统变得更为可靠。哪怕一个冷却器失效，冷却系统仍然可以通过至少一个另外的冷却器而提供最少的冷量输出。优选地，依据本发明的一个变型，如此地选择制冷设备中冷却器的数量：在地面工作时——其中飞机周围的外部环境温度明显地高于飞行之时——可以满足飞机的冷量需求。
为了增加制冷设备的效率、并从而也提高依据本发明的冷却系统的效率，本发明的一个方面建议：至少一个冷却器把来自于飞机压力舱外的空气用作冷源以实现散热，且被驱出的热空气被排到压力舱外。由此，确保了冷却系统可排出所释放的热量，而不会影响由空调系统所产生的舱内气流，且不会不利地使飞机机舱变热。
为了进一步增加依据本发明的冷却系统的可靠度，可设置多个不同的、基本上彼此独立的冷却回路。如果一个冷却回路因为技术故障的原因而失效，至少另一个冷却回路不会受这个故障的影响。依据本发明，冷却回路的独立可例如如此地实现：相对于飞机的纵向轴线而言，在飞机的每一侧上都分别地设置有一个冷却回路，和/或在飞机的前部和后半部分上各设置一个冷却回路。尽管设置了几个彼此独立地工作的回路，依据本发明的另一个方面，可通过至少两个冷却回路而共同地对位于飞机中央的耗冷设备供应冷载体介质。此措施还使得需要冷却的设备被持续地有效冷却，哪怕有一个冷却回路发生故障。
在本发明的一个实施方式中，至少一个冷却器通过冷蒸发过程而制冷。冷蒸发过程可以在较低温度下较为廉价地制冷。
为了在至少一个耗热设备和制冷设备之间通过冷传输系统确保可靠地进行冷载体介质的传输，本发明的另一个方面建议：各冷却管线具有至少一个用于循环冷载体介质的冷载体泵。为了避免一个冷载体泵的失效导致整个所涉及的冷却回路都不再工作，本发明的另一个实施方式建议：设置至少两个冷载体泵，所述的这些冷载体泵配备在同一个冷却回路中。优选地，对至少两个冷载体泵彼此独立地进行供电。
此外，依据本发明，每个冷却回路可联结有一个存储单元，用于中间地存储冷载体介质。通过所述的存储单元，可以在一定程度上平衡由热引起的冷载体介质的体积变化以及冷却回路中的渗漏。
虽然依据本发明的冷却系统的各个冷却回路可彼此独立地液压分开，依据本发明的另一个实施方式，至少两个冷却回路通过制冷设备和/或通过耗冷设备的热交换器而热耦接。
本发明的另一个实施方式建议：至少一个耗冷设备具有一个第二冷传输系统，在该冷传输系统中，通过第二冷载体——其优选地为空气，冷量从冷载体介质中得以输送。这个解决方案的原理例如被用于一个飞机中的机上厨房(飞机上的厨房)内。在此使用了一个机上厨房空气冷却器，以将冷量从冷载体介质传送到用作第二冷载体的空气中，并且通过该冷却后的空气来冷却例如食物和饮料。
本发明另一个有利的实施方式建议：设置有一个中央控制的单元，其根据至少一个给出了冷量需求的当前参数而对各冷却回路中的冷量输出进行控制。与此相关的，本发明也建议：给出了当前冷量需求的参数反映出了冷却回路至少一个位置处的冷载体介质的温度，优选地至少反映出了从冷载体泵输出的冷载体介质的输出温度，和/或反映出了至少一个耗冷设备的冷量需求信息，和/或反映出了所涉及的冷却回路的冷载体介质的压力。
如果在本发明中提及了“控制”，一方面，这包括了这样的情形：依据给出的参考值(specified reference line)对冷却系统的各个部件进行无反馈的控制。在另一方面，此术语还包括这样的情形：其中对部件进行反馈控制，即调节地控制。
依据本发明，可根据当前需求来设定冷量输出。因此，本发明的另一个改进建议：通过打开和关闭制冷设备中的冷却器，冷量输出是可以控制的，从而与当前飞机中的冷量需求相适配。换句话说，如果仅需要很少的冷量输出，例如仅一个冷却器工作，且需要暂时地增加冷量输出，则可以另外地启动至少另一个冷却器。为了将冷却系统中所使用的所有冷却器都加载到相同的程度，本发明的另一个实施方式建议：中央控制单元如此地控制冷却器：它们的工作时间大致相等。
在本发明的一个变型中，冷载体介质可流经关闭的冷却器及打开的冷却器。由此，可提高初次供应中的冷载体介质的混合温度。
然而，同样地，也可以设置与各冷却器相关的止回阀和旁路管线，所述的旁路管线用于旁路所述冷却器。这可防止冷载体介质流经已经关闭的、已经释放出冷量的冷却器。
作为上述情形的一个可选形式——其中冷却器根据需要而打开，本发明的另一个实施方式建议：通过控制设备，至少一个冷却器的冷量输出是可控的，优选地是连续可控的。与此相关地，例如，控制设备可记录离开冷却器的冷载体介质的输出温度，并根据所测得的输出温度对冷却器进行控制。
通过一个依据本发明的可选实施方式，通过一个旁通阀和/或通过改变冷却器中使用的压缩器的每分种的转数，至少一个冷却器的冷量输出是可以变化的。
此外，或者作为对上述冷量输出的控制或调节的一个可选方式，依据本发明，用于对冷却系统的冷量输出进行控制的控制单元还可以改变在所涉及的冷却回路中输送的冷载体介质的量。取决于所需要的冷量输出的量，或多或少的冷载体介质通过冷传输系统而从制冷设备供应到至少一个耗冷设备。这可以例如通过控制单元——其用于对冷量输出进行控制——改变至少一个冷载体泵的每分种的转数而实现。
附图说明
在下文中，通过参照附图而对本发明的各种形式进行描述：
图1示意性地示出了依据本发明的冷却系统的第一种形式，以及
图2示意性地示出了依据本发明的冷却系统的第二种形式。
具体实施方式
在附图1中，依据本发明的冷却系统的以标号10示出。其包括制冷设备12、冷传输系统14、以及消费冷的区域16。
制冷设备12具有两个冷却器18和20，其中冷载体介质通过在热力学领域公知的冷蒸发过程而冷却，并沿着冷却回路25的两个平行管线22和24供应到冷传输系统14。在冷传输系统14中，两个平行管线22和24在点26处会合。冷载体介质通过供应管线28供应到泵单元30，该供应管线28设置有一个可特殊控制的止回阀29。泵单元30具有两个可彼此并联控制的泵32和34，为泵32和34设置了独立的可控止回阀36和38。冷载体介质的中间存储单元40连接到泵单元30中的泵32和34的并联结构。这用于在存在有热膨胀效应或渗漏效应时使得体积均衡。
通过泵单元30的循环效应，冷却后的冷载体介质通过供应管线42供应到不同的耗冷设备44、46和48。耗冷设备44、46和48例如是在飞机上的厨房中的需要冷却的功能单元——例如是装有食物和饮料的冷却室、或者是在使用时必须冷却的计算机单元、或者是飞机的视频系统。
冷却后的冷载体介质从供应管线42经过各个管线供应到各个耗冷设备44、46、48。冷载体介质在各耗冷设备44、46、48内加热，即其吸收热量。换句话说，冷载体介质将其“冷量”分配给耗冷设备44、46、48。然后，相应地被加热的冷载体介质在泵单元30的作用下，经过返回管线50并通过冷传输系统14而被送回到制冷设备12的冷却器18和20。在该处，变热的冷载体介质再此被冷却下来，并且可通过管线22和24而送回到冷传输系统14。
取决于飞机的大小以及飞机内的冷却要求，可对冷却系统进行不同的设置和控制。例如，如果对冷量的要求较大时，可以设置更多的冷却器，然后，可以按需地——即在需要很多冷量时的工作情形下——打开这些冷却器，以及在所需冷量有限的工作情形下将这些冷却器切换到闲置状态或完全地关闭。
同样地，当对冷量的要求较大时，可以将止回阀29切换到止回位置上，从而使得所有的被冷却过的冷载体介质都通过供应管线42供应到耗冷设备44、46、48。然而，在所需冷量有限的工作状态中，止回阀29打开，从而使得部分被冷却过的冷载体介质通过泵单元30供应到冷却器18和20。
另一种可能的控制冷却系统10的冷量输出的方法是：根据需要来对循环泵32和34进行控制。因此，本发明的一个变型提出：泵32和34的每分种的转数可以连续地变化，从而，泵32和34的供应输出也可以在特定的范围内变化。
通过冷却系统10，也可以根据当前的冷量输出需求而打开或关闭分配给泵32和34的止回阀36和38。这意味着止回阀36和38的阀位置可以在完全打开的位置和完全关闭位置之间连续地改变。这也可应用于止回阀29。由此，也可以具体地设置冷传输系统的供应量。
例如可根据在冷传输系统14内的不同位置处所测量到的压力值——例如通过位于管线42中的传感器52而测量到的压力值——而对泵32和34及止回阀29、36、38进行控制。而且，每个耗冷设备44、46、48都可具有一个温度传感器，从而，可根据在耗冷设备44、46、48内所测量到的温度而对所述系统的不同可控部件——例如冷却器18和20、泵32和34、以及各个止回阀29、36和38——进行控制。本领域内的技术人员清楚地知道：也可在冷却系统10内的其它位置处对冷载体介质的其它参数——例如温度、压力、流率等——进行测量，且上述冷却系统10的可控部件可参照所测得的值而进行控制。
本发明示出了一种冷却系统10，通过该冷却系统，多个不同的耗冷设备44、46、48为了安全和可靠地操作而通过足够强的冷却冷载体介质进行中央冷却，从而，冷却系统10的冷量输出可与当前的冷量需求相适配。由此，在部分负载的工作情形下，即当前对冷量的需求较低的情况下，可提高效率。最终，这使得飞机中的电能消耗减少，这也意味着飞机燃料的消耗减少。而且，通过依据本发明的冷却系统10，所使用的冷却器18、20并不连续地操作，而是可以根据情况关闭。这意味着其工作寿命可以明显地延长。
图2示出了依据本发明的冷却系统的第二实施方式，其总体上以标号110标出。为了避免重复，在下文对图2的描述中，对于与上述图1以相同方式工作的、或者相同类型的构件将使用相同的参考标号，但是以“1”区别开。
图2示出的冷传输系统分成为两个冷却回路125和127。在图2中以虚线示出的冷却回路125与在图2中以连续线示出的冷却回路127液力地分开。两个冷却回路125和127都与冷却器118和120热耦接，输送到冷却回路125和127的冷载体介质在该处冷却。在两个冷却回路125和127中，分别地设置有两个循环泵，即在冷却回路125中设置有循环泵132和134，以及在冷却回路127中设置有循环泵156和158。循环泵132和134及循环泵156和158分别彼此并联地控制。一个冷载体介质的存储单元连接到各并联控制的循环泵，即在冷却回路125中设置有存储单元140，以及在冷却回路127中设置有存储单元160。
冷却器118和120、循环泵132和134及158和156以及存储单元140和160结合成一个中央单元164，并且位于飞机内部不会造成阻碍的位置处。然后，冷载体介质可以通过冷却回路125和127的管线从这个中央单元164供应到不同的耗冷设备。
冷却回路125具有例如位于飞机侧部的、形式为机上厨房(飞机上的厨房)的厨房空气冷却器之类的耗冷设备144、146和148。此外，冷却回路125具有一个电子空气冷却器162，飞机的电子设施通过该电子空气冷却器冷却。而且，设置在飞机中央的用于机上厨房(飞机上的厨房)的另一部分厨房空气冷却器——即厨房空气冷却器166、170和174——通过冷却回路125而供冷。最后，还在冷却回路125中也设置有止回阀186，从而，可以改变通过冷却回路125的冷传输介质的流率。
在另一方面，冷却回路127为厨房空气冷却器180、182和184供冷。而且，电子冷却器178也通过冷却回路127供冷。此外，冷却回路127冷却位于飞机中央的、机上厨房的另一部分空气冷却器，即机上厨房空气冷却器168、172和176。冷却回路127也具有止回阀188，可通过此止回阀控制冷载体介质的流动。
基于图1的示意图，图2示出了，通过依据本发明的冷却系统，可以根据需要和飞机的装备而如需地对不同的耗冷设备供以或多或少的冷载体介质，且同时可以满足很高的安全标准。图2的实施形式的优点在于：即使两个冷却回路125和127中的一个冷却器118和120发生了故障，还可以提供最少量的冷量输出。即使冷却回路125和127中的一个循环泵发生故障，仍然可以通过泵132和134及158和156的并联控制来保证冷载体介质的供应。即使冷却回路125和127中的一个由于渗漏或其它故障而完全失效，由于仍然在工作的另一个相应冷却回路将提供冷却的冷载体介质，从而确保了对飞机内重要功能单元的冷却。

Claims (23)

1.一种用于冷却飞机中产生热量的设备(44、46、48)的冷却系统(10、110)，所述冷却系统具有：
中央制冷设备(12)，
至少一个耗冷设备(44、46、48)以及
冷传输系统(14)，所述冷传输系统将该制冷设备(12)和耗冷设备(44、46、48)连接起来，
其中，所述冷传输系统(14)具有至少一个冷却回路，所述冷却回路将冷却过的冷载体介质从所述的制冷设备(12)供应到至少一个耗冷设备(44、46、48)，并将其从该耗冷设备送回到所述制冷设备(12)，其中通过在所述冷却回路中循环的冷载体介质而对所述至少一个耗冷设备(44、46、48)供应在所述制冷设备(12)中产生的冷量。
2.如权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征在于：所述的制冷设备(12)具有至少两个彼此独立工作的、且并联地与所述冷传输系统(14)耦接的冷却器(18、20)。
3.如权利要求1或2所述的冷却系统(10)，其特征在于：所述制冷设备(12)的冷却器(18、20)的数量选择为使得可以满足在地面工作时的飞机的冷量需求。
4.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于：至少一个冷却器(18、20)把飞机压力舱外的气体用作冷源而排出热量，且将热空气排出所述压力舱。
5.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(110)，其特征在于：设置有多个基本上彼此独立的冷却回路(125、127)。
6.如权利要求5所述的冷却系统(10)，其特征在于：相对于飞机的纵轴在飞机的每一侧都设置有一个冷却回路(125、127)，和/或在飞机的前半部分以及在飞机的后半部分各设置有一个冷却回路(125、127)。
7.如权利要求6所述的冷却系统(10)，其特征在于：从至少两个冷却回路(125、127)为设置在飞机中央的耗冷器(166、168、170、172、174、176)供应冷载体介质。
8.如权利要求中5到7中任一项所述的冷却系统(110)，其特征在于：每个冷却回路(125、127)都具有至少一个用于循环冷载体介质的冷载体泵(132、134、156、158)。
9.如权利要求8所述的冷却系统(110)，其特征在于：对分配到同一个冷却回路(125、127)中的至少两个冷载体泵(132、134、156、158)彼此独立地供电。
10.如权利要求中5到9中任一项所述的冷却系统(110)，其特征在于：每个冷却回路(125、127)都配备有至少一个用于中间地存储冷载体介质的存储单元(140、160)。
11.如权利要求中5到10中任一项所述的冷却系统(110)，其特征在于：至少两个冷却回路(125、127)通过制冷设备和/或热交换器而与耗冷设备热耦接。
12.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于：至少一个耗冷设备(44、46、48)具有一个第二冷传输系统，其中冷量通过优选为空气的第二冷载体而从所述的冷载体介质传出。
13.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于：设置有至少一个中央控制单元，该中央控制单元根据至少一个当前冷量需求的特定参数而对各冷却回路的冷量输出进行控制。
14.如权利要求13所述的冷却系统(10)，其特征在于：所述给出当前冷量需求的参数反映出了在冷却回路至少一个位置处的冷载体介质的温度，优选地至少反映出了从冷载体泵输出的冷载体介质的温度，和/或反映出了至少一个耗冷设备(44、46、48)的冷量需求信息，和/或反映出了所涉及的冷却回路中的冷载体介质的压力。
15.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于：通过将制冷设备(12)的各冷却器(18、20)打开或关闭而对冷量输出进行控制，从而与飞机中的当前冷量需求相适配。
16.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于：各冷却器配备有止回阀和对所述冷却器进行旁路的旁路管线。
17.如权利要求13和另一上述权利要求所述的冷却系统(10)，其特征在于：借助于所述控制单元，至少一个冷却器(18、20)的冷量输出是可控的，优选地是连续可控的。
18.如权利要求13和另一上述权利要求所述的冷却系统(10)，其特征在于：所述控制单元记录离开冷却器(18、20)的冷载体介质的输出温度，并根据所测得的和记录的输出温度对冷却器(18、20)进行控制。
19.如权利要求18所述的冷却系统(10)，其特征在于：通过一个旁通阀和/或通过改变冷却器(18、20)中使用的压缩器的每分种的转数，至少一个冷却器(18、20)的冷量输出能够改变。
20.如权利要求13和另一上述权利要求所述的冷却系统(10)，其特征在于：用于对冷却系统(10)的冷量输出进行控制的控制单元改变在所涉及冷却回路中输送的冷载体介质的量。
21.如权利要求20所述的冷却系统(10)，其特征在于：用于对冷量输出进行控制的控制单元改变至少一个位于所涉及的冷却回路中的冷载体泵的每分种的转数。
22.如上述权利要求中任一项所述的冷却系统(110)，其特征在于：对每个冷却回路(125、127)独立于至少另一个冷却回路(125、127)进行供电。
23.一种飞机，其具有依据上述权利要求中任一项所述的冷却系统。
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