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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung elektronischer Bauteile
von elektronischer Einrichtungen, insbesondere eines elektronischen Unterhaltungssystems,
in einem Luftfahrzeug.
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In
modernen Passagierflugzeugen sind elektronische Unterhaltungssysteme
ein wesentlicher Bestandteil des einem Fluggast bereitgestellten Komforts.
Die Anforderungen an die Unterhaltungselektronik setzen immer leistungsfähigere elektronische
Bauteile, elektronische Baugruppen und Computersysteme voraus. Durch
die damit einhergehende hohe Leistungsdichte wird eine immer größere Abwärme erzeugt,
die abgeführt
werden muss, damit die Funktionsfähigkeit der Unterhaltungselektronik über einen
langen Zeitraum gewährleistet
ist.
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Moderne
elektronische Systeme und insbesondere Unterhaltungssysteme eines
Luftfahrzeuges erfordern so große
Luftmengen zu deren Kühlung, dass
sie unter Umständen
nicht der umgebenden klimatisierten Passagierkabine entnommen werden können. Zum
Kühlen
elektronischer Luftfahrzeugunterhaltungssysteme werden im Stand
der Technik beispielsweise lange Luftkanäle verwendet, um eine entsprechende
Menge kalter Luft dem Luftfahrzeugelektroniksystem zuzuführen und
erwärmte
Luft von diesem abzuführen.
Diese langen Luftkanäle
sind schwierig in ein Luftfahrzeug einzubauen, da sie spezielle
Mindestbiegeradien aufweisen müssen
und aufgrund ihres relativ großen
Querschnittes Platz beanspruchen, der für andere Flugzeugkomponenten verwendet
werden könnte.
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Es
sind auch Kühlsysteme
für die
Unterhaltungselektronik eines Luftfahrzeuges bekannt, die Luft aus
einem Bilge-Bereich oder einem Frachtbereich ansaugen, um ein Unterhaltungssystem
des Luftfahrzeuges zu kühlen.
Diese unklimatisierten Bereiche haben jedoch den Nachteil, dass
eine Abhängigkeit
von der Umgebungslufttemperatur besteht. Die Temperatur der Luft
im Bilge-Bereich und im Frachtraum kann stark ansteigen, wenn das
Luftfahrzeug am Boden steht.
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Aufgrund
einer hohen Betriebstemperatur können
Bauteile des Luftfahrzeugelektroniksystems beschädigt werden.
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Die
DE 695 28 783 T2 offenbart,
dass die Wärmelast
einer Elektronik durch einen Kühlmittelstrom
gekühlt
wird, der durch einen geschlossenen Kreislauf gepumpt wird und einen
Verdampfer passiert, der die Wärme
aus diesem Strom abführt.
Ein Verdichter ist Teil eines zweiten geschlossenen Kreislaufs,
der den Dampf, welcher im Verdampfer durch Abführen von Wärme aus dem Kühlmittelstrom entstanden
ist, zu einer Flüssigkeit
verdichtet und diese durch einen Lastwärmetauscher, einen Kondensationswärmetauscher
und ein Expansionsventil leitet, bevor sie wieder dem Verdampfer
zugeführt wird.
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Das
Buch „Schaltschrank-Klimatisierung, Grundlagen,
Komponenten, Anwendungen” von Heinrich
Styppa, Bibliothek der Technik, Band 67, Verlag Moderne Industrie,
1992, ISBN 3-478-93080-4 beschreibt klimatisierte Schaltschränke für elektronische
Komponenten. Im Inneren des Schaltschrankes zirkuliert Luft, die
Wärme von
dem elektronischen Bauteilen aufnimmt. Die Wärme kann über einen Luft/Luft-Wärmetauscher oder einen Luft/Wasser-Tauscher
an ein äußeres Kühlmittel
abgegeben werden.
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Die
DE 10 2005 015 718
A1 schlägt
eine Kühlanordnung
für ein
elektrisches Steuergerät
vor. Die Kühlanordnung
umfasst auch eine Brennkraftmaschine und deren Wassermantel. Die
Kühlanordnung weist
einen ersten Kühlmittelkreislauf
auf. Dieser erste Kühlmittelkreislauf
befindet sich zwischen dem Wassermantel, einem Rohrabschnitt zwischen
dem Wassermantel und dem Einlass eines Wechselventils, einem Auslass
des Wechselventils und einem den Auslass mit dem Wassermantel über einen
Kühler
verbindenden Rohrabschnitt. Ein Kühlmittelzweig beginnt bei einem
ersten Auslass des Wechselventils, führt über eine Rohrverbindung zum
Steuergerät, durchströmt dort
einen Wärmetauscher,
verlässt
das Steuergerät
und geht über
in eine Rohrverbindung, die letztlich in den Rohrabschnitt des ersten
Kühlkreislaufs übergeht.
Der Kühlmittelzweig
ist durch das Wechselventil je nach Kühlungsbedarf des Steuergeräts zuschaltbar.
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Die
US 2006/0187639 A1 offenbart,
dass eine Wasserleitung von einer Wasserversorgung einer Anlage
zu einem schrankseitigen Teil eines Wärmetauschers vorgesehen sein
kann.
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Die
DE 43 27 444 A1 schlägt eine
Leitung zwischen einem Primärkühlkreislauf
und Sekundärkühlkreislauf
vor.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einem Luftfahrzeugelektroniksystem
eine effiziente Kühlung bereitzustellen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch eine Kühlanordnung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Ein
mehrstufiges Kühlsystem
für ein
Luftfahrzeugelektroniksystem, insbesondere ein elektronisches Luftfahrzeugunterhaltungssystem,
umfasst zumindest ein Wärme
abgebendes elektronisches Bauteil. Das Luftfahrzeugelektroniksystem
weist ferner einen thermisch mit dem elektronischen Bauteil gekoppelten
geschlossenen Kreislauf auf, in dem ein inneres Kühlmittel
zirkuliert, um Wärme
von dem zumindest einen elektronischen Bauteil zu einem Wärmetauscher
zu führen.
Der Wärmetauscher
ist dazu eingerichtet, die ihm von dem inneren Kühlmittel zugeführte Wärme an ein äußeres Kühlmittel
abzugeben, das von einer Quelle außerhalb des Luftfahrzeugelektroniksystems
durch den Wärmetauscher
zu einer Senke außerhalb
des Luftfahrzeugelektroniksystems strömt und/oder zirkuliert. Der
geschlossene Kreislauf des Luftfahrzeugelektroniksystems ist so gestaltet,
dass das innere Kühlmittel
vom Wärmetauscher
in Richtung des zumindest einen elektronischen Bauteils strömt. Das
zumindest ein Bauteil des Luftfahrzeugelektroniksystems wird somit
von einem mehrstufigen Kühlsystem
gekühlt,
wobei der Wärmetauscher
genau einem Luftfahrzeugelektroniksystem zugeordnet sein kann. Die
Mehrstufigkeit ergibt sich aus der Verwendung mehrerer Kühlkreisläufe.
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Grundsätzlich war
zunächst
zu erwarten, dass der Einsatz eines mehrstufigen Kühlsystems zur
Kühlung
eines Luftfahrzeugelektroniksystems zu einer im Flugzeugbau besonders
nachteiligen Gewichtszunahme führen
würde. Überraschenderweise zeigte
sich jedoch, dass in Abhängigkeit
von der Flugzeuggröße und der
Anzahl installierter Luftfahrzeugelektroniksysteme sogar eine Gewichtsreduzierung
erreicht werden kann, da die eingangs genannten langen Luftkanäle entfallen.
Insbesondere der geschlossene innere Kreislauf trägt zu einer
effizienten Kühlung
bei, was erlaubt, die Kälteerzeugungseinrichtungen
des Luftfahrzeuges kleiner auszulegen.
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Da
das innere Kühlmittel
in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, werden durch das Kühlmittel
keine Verschmutzungen in das Luftfahrzeugelektroniksystem eingebracht.
Das erhöht
die Funktionssicherheit des elektronischen Luftfahrzeugelektroniksystems.
Im Fall einer Fehlfunktion des Luftfahrzeugelektroniksystems wird
verhindert, dass das äußere Kühlmittel
verschmutzt wird. Dadurch wird die Ausfallsicherheit anderer Luftfahrzeugkomponenten
erhöht,
die mit dem äußeren Kühlmittel
gekühlt
werden. Ferner können
das thermische Verhalten des Luftfahrzeugelektro niksystems und dessen
Kühlung
unabhängig
von anderen Kühleinrichtungen
des Luftfahrzeuges getestet werden.
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Das
Luftfahrzeugelektroniksystem kann in einem Elektronikschrank, einem
sogenannten Rack, angeordnet sein. Das Luftfahrzeugelektroniksystem kann
sich in einem geschlossenen Behälter
befinden. Der Wärmetauscher
kann innerhalb oder außerhalb des
Behälters
für das
Luftfahrzeugelektroniksystem angeordnet sein.
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Das
innere Kühlmittel
wird im Wärmetauscher
durch das durch diesen strömende äußere Kühlmittel
gekühlt.
Das innere Kühlmittel
wird somit aktiv gekühlt.
Der geschlossene Kreislauf des inneren Kühlmittels kann einen inneren
Kühlkreislauf
darstellen. Der innere Kühlkreislauf
kann als einzige Wärmesenke
den Wärmetauscher
aufweisen. Das innere Kühlmittel
passiert somit keinen Verdampfer einer Kältemaschine oder dergleichen.
Das äußere Kühlmittel
kann in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren, der einen äußeren Kühlkreislauf
bilden kann. Das äußere Kühlmittel
kann aktiv gekühlt
werden. Bei einem geschlossenen äußeren Kühlkreislauf
kann eine Pumpe oder ein Kühlsystem
für das äußere Kühlmittel
sowohl als Quelle als auch als Senke betrachtet werden.
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Das
innere Kühlmittel
kann eine andere Temperatur als das äußere Kühlmittel haben. Dadurch kann
das Luftfahrzeugelektroniksystem unabhängig von der Temperatur des äußeren Kühlmittels
immer im geeigneten Temperaturbereich gehalten werden. Ferner werden
hohe Temperaturgradienten innerhalb des Luftfahrzeugelektroniksystems
aufgrund eines eventuell sehr kalten äußeren Kühlmittels vermieden.
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Der
geschlossene Kreislauf kann mit einer Mehrzahl elektronischer Bauteile
thermisch gekoppelt sein, so dass das innere Kühlmittel eine Mehrzahl elektronischer
Bauteile kühlen
kann.
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Das
innere Kühlmittel
kann gasförmig
sein. Das innere Kühlmittel
kann aufgrund natürlicher
Konvektion oder aufgrund einer Zwangskonvektion zirkulieren. Die
Zwangskonvektion kann beispielsweise durch einen Ventilator erzeugt
werden. Ist das innere Kühlmittel
gasförmig,
kann im Fall einer Fehlfunktion des Luftfahrzeugelektroniksystems
kein Rauch in die Kabine eintreten, da das gasförmige innere Kühlmittel
in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und sich das Luftfahrzeugelektroniksystem
in einem geschlossenen Behälter
befindet.
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Da
das gasförmige
innere Kühlmittel
in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, wird die Bildung von
Kondenswasser an den elektronischen Bauteilen und/oder innerhalb
des Luftfahrzeugelektroniksystems vermieden. Vorzugsweise weist
das gasförmige
innere Kühlmittel
eine niedrige Luftfeuchtigkeit auf.
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Das
innere Kühlmittel
kann flüssig
sein und aufgrund natürlicher
Konvektion oder aufgrund einer Zwangskonvektion zirkulieren. Die
Zwangskonvektion kann durch eine Pumpe sichergestellt werden. Das
flüssige
Kühlmittel
kann einzelne Bauteile umströmen,
die Leiterplatten elektronischer Baugruppen durchströmen und/oder
der Behälter
kann ganz oder teilweise vom Kühlmittel
durchströmt
sein, so dass die elektronischen Bauteile vom Kühlmittel umströmt sind.
Ferner ist es möglich,
dass elektronische Baugruppen auf flüssigkeitsdurchströmten Körpern angeordnet
sind. Dies hat den Vorteil, dass der Kreislauf des inneren Kühlmittels
nicht geöffnet
werden muss, wenn eine elektronische Baugruppe auszutauschen ist.
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Das
innere Kühlmittel
kann sich beim Strömen
durch den Kühlkreislauf
immer im gasförmigen oder
im flüssigen
Zustand befinden. Das innere Kühlmittel
kann aber auch beim Strömen
durch den Kühlkreislauf
seinen Zustand von gasförmig
zu flüssig und
umgekehrt ändern.
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Vorzugsweise
ist der Kreislauf des inneren Kühlmittels
mit einer Zuleitung verbindbar, über
die ein weiteres Kühlmittel
von außen
in den geschlossenen Kreislauf zugeführt werden kann, um das zumindest
eine elektronische Bauteil zu kühlen.
Mit anderen Worten der Kreislauf des inneren Kühlmittels ist dazu eingerichtet,
geöffnet
zu werden, um zu ermöglichen,
dass ein von außen
zugeführtes
Kühlmittel das
zumindest eine elektronische Bauteil kühlt. Zum Öffnen des Kreislaufs des inneren
Kühlmittels
können
Ventile vorgesehen sein. Im Falle eines Ausfalls des Ventilators
oder der Pumpe des Kreislaufs des inneren Kühlmittels findet keine Zwangskonvektion
in dem Luftfahrzeugelektroniksystem statt. Das kann dazu führen, dass
das Luftfahrzeugelektroniksystem ausfällt. In diesem Fall können die
zuvor beschriebenen Ventile geöffnet
werden, damit das äußere Kühlmittel
als weiteres Kühlmittel
die Bauteile kühlt.
Ein von außen
zugeführtes
weiteres Kühlmittel
kann verwendet werden, falls das äußere Kühlmittel oder der Wärmetauscher
ausfällt.
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Das äußere Kühlmittel
kann in einem Kreislauf zirkulieren, der mit einem Flüssigkeitskühlsystem verbunden
ist, um das äußere Kühlmittel
zu kühlen. In
diesem Fall kann das äußere Kühlmittel
flüssig sein.
Ein flüssiges äußeres Kühlmittel
hat den Vorteil, dass nur ein relativ kleiner Querschnitt für die Leitungen
des äußeren Kühl mittels
benötigt
wird, da ein flüssiges
Kühlmittel
wesentlich mehr Wärme
abführen
kann als ein gasförmiges
Kühlmittel.
In dem Luftfahrzeug kann ein zentrales Flüssigkeitskühlsystem vorhanden sein oder
es kann eine Mehrzahl dezentraler Flüssigkeitskühlsysteme vorhanden sein.
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Ist
das äußere Kühlmittel
flüssig,
kann das innere Kühlmittel
gasförmig
oder flüssig
sein, wobei ein flüssiges
Kühlmittel
bevorzugt ist, damit im Fall eines Fehlers das äußere Kühlmittel dazu verwendet werden
kann, das zumindest eine Bauteil zu kühlen. Wie zuvor erwähnt wurde,
kann das innere Kühlmittel eine
höhere
Temperatur als das äußere Kühlmittel aufweisen,
damit sich die Bauteile des Luftfahrzeugelektroniksystems in einem
geeigneten Temperaturbereich befinden und hohe Temperaturgradienten
innerhalb des Luftfahrzeugelektroniksystems vermieden werden. Bei
Verwendung eines Flüssigkeitskühlsystems
könnte
die Klimaanlage eines Luftfahrzeuges kleiner dimensioniert werden.
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Das
flüssige äußere Kühlmittel
und/oder das flüssige
innere Kühlmittel
können
im Betrieb durch Wasser aus einem Wassersystem, beispielsweise dem
Frischwassersystem, des Luftfahrzeuges ersetzt werden. Hierzu ist
der geschlossenen Kreislauf, in dem das innere Kühlmittel zirkuliert und/oder
der Kreislauf, in dem das flüssige äußere Kühlmittel
zirkuliert, mit einem Wassersystem des Luftfahrzeuges verbindbar.
Dadurch können
auch während
des Fluges Leckagen kompensiert werden, und die elektronischen Einrichtungen
des Luftfahrzeuges und insbesondere das Luftfahrzeugelektroniksystem
können weiter
betrieben werden. Dem Wasser, das das innere und/oder äußere Kühlmittel
ersetzt, können
Additive beigemischt werden.
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Das äußere Kühlmittel
ist Frischwasser. Das Frischwasser kann von einem Frischwassertank
zu einem Abwassertank strömen.
Das Frischwasser kann auch von einem Frischwassertank zu einem Tank
für erwärmtes Frischwasser
strömen.
Das Frischwasser kann insbesondere in einem Notfall als Kühlmittel
verwendet werden, falls das Flüssigkeitskühlsystem
oder das Adsorptionskühlsystem
für das äußere Kühlmittel
ausgefallen sind. Das Frischwasser kann nach dem Durchströmen des
Wärmetauschers
von einem anderen Kühlsystem
gekühlt
werden und wieder in den Frischwassertank zurückgeführt werden. Dem als Kühlmittel
verwendeten Frischwasser können
Zusatzstoffe zum Verbessern der Kühleigenschaften zugefügt werden.
Bei einem Notfall können
auch die zuvor genannten Ventile geöffnet werden, damit das Frischwasser
die Bauteile und/oder Baugruppen des Luftfahrzeugelektroniksystems
direkt kühlt,
sofern es sich vorzugsweise um eine nicht leitende Flüssigkeit
handelt oder der innere Kreislauf mit einem plattenförmigen Wärmetauscher, auf
dem die Baugruppen montiert sind, ausgestattet ist.
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Im
Fall eines Ausfalls der Zwangskonvektion des inneren Kühlmittels
können
in diesem Fall die zuvor beschriebenen Ventile geöffnet werden,
so dass das äußere Kühlmittel
das zumindest eine elektronische Bauteil kühlt. Das innere Kühlmittel
kann eine andere Temperatur als das äußere Kühlmittel aufweisen. Das innere
Kühlmittel
kann eine höhere
Temperatur als das äußere Kühlmittel
aufweisen, damit sich die elektronischen Bauteile des Luftfahrzeugelektroniksystems
im optimalen Temperaturbereich befinden und innerhalb des Luftfahrzeugelektroniksystems
keine zu hohen Temperaturgradienten entstehen. Das äußere Kühlmittel
kann einen höheren Druck
als die Umgebung aufweisen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Luftfahrzeugelektroniksystem mit zumindest
einem Wärme
abgebenden elektronischen Bauteil und einem thermisch mit dem elektronischen
Bauteil gekoppelten geschlossenen Kreislauf, in dem ein inneres
Kühlmittel zirkuliert,
um Wärme
von dem zumindest einen elektronischen Bauteil zu einem Peltierelement
zu führen.
Der geschlossene Kreislauf des Luftfahrzeugelektroniksystems ist
so gestaltet, dass das innere Kühlmittel
vom Peltierelement in Richtung des zumindest einen elektronischen
Bauteils strömt.
Bei diesem Luftfahrzeugelektroniksystem bildet das Peltierelement
den Wärmetauscher.
Das Peltierelement ist an die elektrische Energieversorgung des
Luftfahrzeuges angeschlossen, damit aufgrund eines Stromflusses
Kälte erzeugt
werden kann.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
erläuterndes
elektronisches Luftfahrzeugunterhaltungssystem, das mit einem aktiv gekühlten Luftstrom
gekühlt
wird;
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2 eine
erläuternde
Kühlanordnung,
bei der das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem einen
geschlossenen inneren Kühlmittelkreislauf aufweist,
der Luft enthält;
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3 eine
erläuternde
Kühlanordnung,
bei der der geschlossene Kreislauf des inneren Kühlmittels geöffnet werden
kann, damit das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem mit
einem von außen
zugeführten
Kühlmittel
gekühlt
werden kann;
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4 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der das innere Kühlmittel flüssig ist und Baugruppen des
elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystems auf plattenförmigen Wärmetauschern
angeordnet sind;
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5 eine
Ausführungsform
der Erfindung mit einem Wärmetauscher,
wobei das innere Kühlmittel
flüssig
ist;
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6 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der das äußere Kühlmittel
von einem Flüssigkeitskühlsystem
gekühlt
wird;
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7 eine
nicht beanspruchte Kühlanordnung,
bei der das äußere Kühlmittel
von einem Adsorptionskühlsystem
gekühlt
wird;
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8 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der das äußere Kühlmittel
Frischwasser ist;
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9 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der das äußere Kühlmittel
während
des Betriebs mit Wasser aufgefüllt
werden kann;
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10 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der das innere Kühlmittel mit Wasser aufgefüllt werden
kann;
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11 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der ein Peltierelement den Wärmetauscher ersetzt; und
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12 eine
nicht beanspruchte Kühlanordnung,
bei der das innere Kühlmittel
mit einer Kältemaschine
gekühlt
wird.
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Die
Kühlung
eines Luftfahrzeugelektroniksystems wird jetzt am Beispiel eines
elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystems detaillierter beschrieben.
Es versteht sich, dass die im folgenden beschriebenen Lehren bei
jedem Luftfahrzeugelektroniksystem angewendet werden können.
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1 zeigt
ein elektronisches Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 (IFE:
In Flight Entertainment System), das von einem Luftstrom 8, 10, 12 gekühlt wird.
Ein Ventila tor 16 saugt Luft 8 aus der Umgebung
an und führt
sie einem Wärmetauscher 6 zu. Die
angesaugte Luft 8 ist das innere Kühlmittel. Der Wärmetauscher 6 ist über einen
Anschluss 4 an ein Kühlsystem
angeschlossen. Über
den Anschluss 4 wird dem Wärmetauscher 6 ein äußeres Kühlmittel zugeführt, das
gasförmig
oder flüssig
sein kann. Die dem Wärmetauscher 6 von
dem Ventilator 16 zugeführte
Luft 8 wird als gekühlte
Luft 10 abgegeben und strömt in das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2.
Beim Kühlen
der elektronischen Bauteile des Luftfahrzeugunterhaltungssystems
erwärmt sich
die Luft und tritt als relativ warme Abgabeluft 12 aus
dem Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 aus. Die Temperatur
der aus dem Wärmetauscher 6 austretenden
Luft 10 ist niedriger als die Temperatur der angesaugten
Luft 8 sowie die Temperatur der aus dem Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 austretenden
Abgabeluft 12.
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2 erläutert eine
Kühlanordnung,
bei der ein inneres Kühlmittel 14 in
einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Das innere Kühlmittel 14 ist
Luft, aber es kann ein beliebiges anderes gasförmige Kühlmittel verwendet werden.
Der Ventilator 16 stellt eine Zwangskonvektion bereit.
Der Wärmetauscher 6 kühlt das
innere Kühlmittel
ab, bevor es in das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 eintritt.
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Das
elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 weist einen
geschlossenen Behälter bzw.
ein geschlossenes Gehäuse
auf, um den Verlust von innerem Kühlmittel 14 zu minimieren.
Es ist möglich,
das innere Kühlmittel 14 unter
einen Druck zu setzen, der höher
als der Umgebungsdruck ist. Der Wärmetauscher 6 ist über einen
Anschluss 4 an ein Kühlsystem
angeschlossen, das ein äußeres Kühlmittel
zuführt.
Das äußere Kühlmittel
kann gasförmig oder
flüssig
sein.
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Das
innere Kühlmittel 14 kann
einen anderen Temperaturbereich aufweisen als das äußere Kühlmittel.
Dadurch können
die Bauteile des elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 unabhängig von
der Temperatur des äußeren Kühlmittels in
einem geeigneten Temperaturbereich gehalten werden. Vorzugsweise
weist das innere Kühlmittel 14 einen
niedrigen Feuchtigkeitsanteil auf.
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Diese
Anordnung hat den Vorteil, dass eine Abscheidung von Kondenswasser
vermieden wird. Ferner hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass durch
das innere Kühlmittel 14 keine
Verschmutzung in das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 eingebracht
wird, da das innere Kühlmittel 14 in
einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Falls aufgrund einer Funktionsstörung des
elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 Rauch
entsteht, kann dieser nicht in die Kabine eintreten, da der Rauch
im geschlossenen Kreislauf des inneren Kühlmittels bleibt. Folglich
werden die Passagiere des Luftfahrzeuges nicht durch eine eventuelle
Rauchbildung beunruhigt.
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3 erläutert eine
Kühlanordnung,
bei der der Kreislauf des inneren Kühlmittels geöffnet werden
kann. Falls der Ventilator 16, der Fluss des äußeren Kühlmittels
oder die Kühlung
des äußeren Kühlmittels
ausfällt,
so dass am Anschluss 4 des Wärmetauschers 6 kein
gekühltes äußeres Kühlmittel
vorhanden ist, werden Ventile 5a und 5b so geschaltet, dass
ein weiterer Kühlmittelstrom
mit einem von außen
zugeführten
Kühlmittel 14a, 14b durch
das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 strömt. Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform ist das innere Kühlmittel
gasförmig
und folglich muss auch das von außen zugeführte Kühlmittel gasförmig sein. Es
ist auch möglich,
die Ventile 5a und 5b so anzuordnen, dass das äußere Kühlmittel
durch das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 strömt. Diese
Anordnung bildet jedoch keine Redundanz für einen Fehler, bei dem der
Fluss des äußeren Kühlmittels
oder die Kühlung
des äußern Kühlmittels
ausfällt.
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Ist
das innere Kühlmittel
gasförmig,
können der
zuvor beschriebene Ventilator, der Wärmetauscher 6 und
der zuvor in Verbindung mit 1 bis 3 beschriebene
Anschluss 4 des Wärmetauschers 6 integral
als eine Einheit ausgebildet werden. Diese Einheit kann in dem Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 angeordnet
sein.
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4 zeigt
ein flüssigkeitsgekühltes elektronisches
Luftfahrzeugunterhaltungssystem
2. Über einen Anschluss
4 und
eine Leitung
18 wird dem Luftfahrzeugunterhaltungssystem
2 flüssiges Kühlmittel zugeführt. Eine
Mehrzahl elektronischer Baugruppen
24 ist jeweils auf einem
kühlflüssigkeitsdurchströmten plattenförmigen Wärmetauscher
26 angeordnet. Ein
flüssiges
Kühlmittel
kann eine wesentlich größere Wärmemenge
aus dem Luftfahrzeugunterhaltungssystem
2 abführen, wodurch
die Leitungen
18 einen niedrigeren Querschnitt aufweisen
können.
Wird das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem
2 mit einem
flüssigen
Kühlmittel
gekühlt,
kann eine beliebige Kühlanordnung
verwendet werden, die in der
DE 10 2006 041 788 A1 beschrieben ist.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines flüssigkeitsgekühlten elektronischen
Luftfahrzeugunterhaltungssystems. Diese Ausführungsform weist zusätzlich zur
Ausführungsform
von 4 einen Wärmetauscher 6 auf,
der die Wärme
des inneren Kühlmittels
an das äußere Kühlmittel
abgibt. Das äußere Kühlmittel
strömt
durch einen Anschluss 4 in den Wärmetauscher 6. Das äußere Kühlmittel
kann flüssig
oder gasförmig
sein. Aufgrund des Wärmetauschers 6 kann
sich das innere Kühlmittel
in einem anderen Temperaturbereich als das äußere Kühlmittel befinden, wodurch
sichergestellt ist, dass sich die elektronischen Bauteile des Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 immer
in einem optimalen Temperaturbereich befinden und hohe Temperaturgradienten in
dem Luftfahrzeugunterhaltungssystem vermieden werden. Im Kreislauf
des inneren Kühlmittels
kann eine Pumpe vorhanden sein, die für eine Zwangskonvektion sorgt.
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Die
Pumpe, der Wärmetauscher 6 und
der Anschluss 4 können
integral als eine Einheit ausgebildet sein. Diese Einheit kann in
dem elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 angeordnet
sein.
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Die
Kühlung
eines Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 mit einem geschlossenen
Kreislauf des inneren Kühlmittels
kann unabhängig
vom Kühlsystem
des Luftfahrzeuges getestet werden. Ferner können keine Verschmutzungen
zwischen dem äußeren und
dem inneren Kühlmittel übertragen
werden. Ferner kann dieses Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 mit
dem Wärmetauscher 6 und
dem Anschluss 4 besonders einfach ausgetauscht werden.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der sich das äußere Kühlmittel
ständig
im flüssigen
Zustand befindet. Das äußere Kühlmittel zirkuliert
in einem geschlossenen Kreislauf 22. Ein Flüssigkeitskühlsystem 20 kühlt das äußere Kühlmittel.
Das äußere Kühlmittel
nimmt über
einen Wärmetauscher 6 die
vom elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 erzeugte
Wärme auf.
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Wird
ein Flüssigkeitskühlsystem 20 verwendet,
ergibt sich verglichen mit einem herkömmlichen Kühlsystem, das dem zu kühlenden
elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 oder dem
Wärmetauscher 6 kalte
Luft zuführt,
eine niedrigere Massenzunahme des Luftfahrzeuges. Ist das äußere Kühlmittel
flüssig,
können
Rohrleitungen mit einem kleineren Querschnitt verwendet werden,
da mit einem flüssigen
Kühlmittel
deutlich größere Wärmemengen
abtransportiert werden können
als mit einem gasförmigen
Kühlmittel.
Dadurch wird auch der Platzbedarf der Kühlung reduziert. Aufgrund des
kleineren Querschnitts der Kühlmittelleitungen
können
die Kühlmittelleitungen
eines flüssigkeitsbasierten
Kühlsystems
flexibler, d. h. mit weniger Beschränkungen, in dem Luftfahrzeug
verlegt werden und auch solche Orte mit hoher Kühlleistung versorgen, die durch
ein herkömmliches
Kühlsystem
nicht mit einer so hohen Kühlleistung
versorgt werden konnten. Ist das äußere Kühlmittel flüssig, ergibt sich ferner aufgrund
der zuvor beschriebenen Effizienzverbesserung ein nied rigerer Energieverbrauch
zur Kühlung
des Luftfahrzeugunterhaltungssystems und somit des gesamten Luftfahrzeuges.
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Bei
der in 6 beschriebenen Ausführungsform kann das äußere Kühlmittel
gasförmig oder
flüssig
sein. Das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 und
der Kreislauf mit dem inneren Kühlmittel
können
so ausgebildet sein, wie im Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben
ist, wobei der geschlossene Kühlkreislauf
gemäß 2 und 3 bevorzugt
ist. Wird ein flüssiges
inneres Kühlmittel
verwendet, kann das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 und
der Kreislauf mit dem inneren Kühlmittel
so ausgebildet sein, wie im Zusammenhang mit 4 bis 5 beschrieben
ist.
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Das
Flüssigkeitskühlsystem
kann ein zentrales oder dezentrales Flüssigkeitskühlsystem sein.
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7 zeigt
eine nicht beanspruchte Kühlanordnung,
bei der das äußere Kühlmittel 6 durch
ein Adsorptionskühlsystem
gekühlt
wird. Das äußere Kühlmittel
durchströmt
den Wärmetauscher 6,
um vom inneren Kühlmittel
die Wärme
aufzunehmen, die vom Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 erzeugt wird.
Das innere Kühlmittel
kann gasförmig
oder flüssig
sein, das innere Kühlmittel
kann in einem geschlossenen Kreislauf strömen und/oder das Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 kann
so gekühlt
werden, wie es hinsichtlich 1 bis 5 beschrieben wurde.
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Ein
Adsorptionskühlsystem 28 kann
als lokales und während
des Fluges autarkes Kühlsystem eingesetzt
werden. Es ist aber auch möglich,
dass ein zentrales Adsorptionskühlsystem
vorhanden ist.
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8 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der das äußere Kühlmittel
Frischwasser ist. Das äußere Kühlmittel
strömt
von einem Frischwasserbehälter 30 über einen
Wärmetauscher 6 zu
einem Abwasserbehälter 32.
Dabei nimmt das äußere Kühlmittel
die Wärme
des inneren Kühlmittels
auf, die von dem elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 erzeugt
wird. Das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 kann
so ausgebildet und gekühlt sein,
wie hinsichtlich der 1 bis 5 beschrieben
wurde. Nachdem das Wasser durch den Wärmetauscher 6 geströmt ist,
kann das Wasser auch in einen Warmwasserbehälter strömen. Diese Art der Kühlung kann
beispielsweise als Notfallkühlung
vorgesehen sein. Unter Bezugnahme auf 4 und 5 kann
das Frischwasser auch dazu verwendet werden, direkt die elektronischen Bauteile
oder Baugruppen des Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 zu kühlen, indem
beispielsweise der Kreislauf des inneren Kühlmittels durch Ventile geöffnet wird.
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9 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der ein flüssiges äußeres Kühlmittel
durch einen Kühlkreislauf 34 mit
dem Wärmetauscher 6 und
dem Flüssigkeitskühlsystem 20 strömt. Im Falle
einer Leckage des Kreislaufs des äußeren Kühlmittels kann über ein
Ventil 36 Wasser aus dem Wassersystem 38 des Luftfahrzeuges
als äußeres Kühlmittel
zugeführt
werden, damit im Wesentlichen die ursprüngliche Menge an flüssigen äußeren Kühlmittel
wieder hergestellt werden kann. Das Ventil 36 kann automatisch
betätigt
werden, auch während des
Fluges.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der ein flüssiges
inneres Kühlmittel durch
den Wärmetauscher 6 und
den plattenförmigen
Wärmetauscher 26 zum
Kühlen
der elektronischen Baugruppen 24 eines elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 strömt. Im Falle
einer Leckage kann das Ventil 36 geöffnet werden, um dem Wassersystem 38 des
Luftfahrzeuges Wasser zum Nachfüllen
des inneren Kühlmittels
zu entnehmen. Das Ventil 36 kann automatisch betätigt werden,
auch während
des Fluges.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der ein Peltierelement 40 den Wärmetauscher
ersetzt. Bei einem Peltierelement 40 wird durch Anlegen
einer elektrischen Spannung und dem damit verbundenen Stromfluss
eine Temperaturdifferenz erzeugt. Diese Temperaturdifferenz kann zum
Kühlen
eines Mediums verwendet werden. Bei der in 11 dargestellten
Ausführungsform
kühlt das
Peltierelement 40 das innere Kühlmittel, das beim Kühlen des
elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystems 2 erwärmt wurde.
Das elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 und
dessen Kühlung
können
so ausgebildet sein, wie hinsichtlich 1 bis 5 beschrieben
wurde.
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Ist
das innere Kühlmittel
gasförmig,
kann ein Peltierelement oder eine Mehrzahl von Peltierelementen
in dem Kreislauf des inneren Kühlmittels
angeordnet sein. Die andere Seite des Peltierelementes kann außerhalb
des Kreislaufs des inneren Kühlmittels
angeordnet sein und mittels eines Kühlkörpers die Wärme an die Umgebung oder ein
Kühlmittel abgeben.
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Ein
Peltierelement kann auch ein flüssiges inneres
Kühlmittel
mit Kälte
versorgen und folglich kann ein Peltierelement auch in Verbindung
mit den in 4 und 5 beschriebenen
Ausführungsformen
verwendet werden.
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12 ist
eine nicht beanspruchte Kühlanordnung,
bei der das innere Kühlmittel
zum Kühlen des
elektronischen Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 von einer
Kältemaschine 42,
einem sogenannten Air Chiller, gekühlt wird. Die Kältemaschine 42 umfasst
einen Verdichter, Kondensator und Verdampfer. Die Kältemaschine
kann beispielsweise als lokale, dezentrale Kältemaschine ausgebildet sein. Das äußere Kühlmittel ändert in
einem geschlossenen Kreislauf seinen Zustand von gasförmig zu
flüssig
und umgekehrt.
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Das
elektronische Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 kann dabei
so aufgebaut sein und so gekühlt
werden, wie in Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben
wurde, wenn das innere Kühlmittel
gasförmig
ist. Ist das innere Kühlmittel
flüssig, kann
das Luftfahrzeugunterhaltungssystem 2 so aufgebaut sein
und so gekühlt
werden, wie in Verbindung mit 4 und 5 beschrieben
wurde.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass aufgrund des geschlossenen
Kreislaufs des inneren Kühlmittels
keine Verschmutzung in das Luftfahrzeugelektroniksystem gelangen
kann. Auf Grund der Trennung des äußeren Kühlmittels vom inneren Kühlmittel
durch den Wärmetauscher 6,
der für
einen Wärmeübergang
zwischen dem äußeren und
dem inneren Kühlmittel
sorgt, ist es möglich,
dass das innere Kühlmittel
einen für
die elektronischen Bauteile und Baugruppen optimalen Temperaturbereich
aufweist. Dadurch können
ferner hohe Temperaturgradienten in dem Luftfahrzeugelektroniksystem
vermieden werden. Aufgrund des geschlossenen Kreislaufs des inneren
Kühlmittels
wird ferner eine Kondenswasserabscheidung vermieden. Die Kühlung des Luftfahrzeugelektroniksystems
ist unabhängig
von der Klimaanlage des Luftfahrzeuges. Die beschriebene Art der
Kühlung
des Luftfahrzeugelektroniksystems führt einer niedrigeren Geräuschbelastung
als herkömmliche
Elektronikkühlsysteme.
Da der für
die Kabine bestimmte Luftstrom nicht zum Kühlen des Luftfahrzeugelektroniksystems
verwendet wird, wird der Komfort eines Fluggastes nicht eingeschränkt. Ist das äußere Kühlmittel
flüssig,
ergibt sich aufgrund der zuvor beschriebenen Effizienzverbesserung
ein niedrigerer Energieverbrauch zur Kühlung des Luftfahrzeugelektroniksystems
und somit des gesamten Luftfahrzeuges. Daher kann die zur Klimatisierung der
Kabine verwendete Klimaanlage kleiner ausgelegt werden, was eine
zusätzliche
Gewichtsersparnis mit sich bringen kann.