DE602004009588T2 - System, vorrichtung und verfahren zur passiven und aktiven kühlung mindestens einer kammer - Google Patents

System, vorrichtung und verfahren zur passiven und aktiven kühlung mindestens einer kammer Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kühlung von Kammern und spezieller auf integrierte Vorrichtungen und Verfahren für die selektive passive und aktive Kühlung von Kammern wie z. B. Kühlschränken und Kühlvorrichtungen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In manchen Industrien, die Kühlsysteme verwenden, wie z. B. Luft-, Land-, Schiffs- und Bauindustrien, basiert die konventionelle Kühltechnologie auf dem Dampfkompressionszyklus. Im Flugzeug beispielsweise ist ein Dampfkompressionszyklusluftkühler typischerweise entweder auf dem Dach der Bordküche des Flugzeugs, wie z. B. im Firstbereich, oder unterhalb des Kabinenbodens, z. B. im Frachtbereich zwischen Bodenspanten, montiert. Um Lebensmittel wie Essen und Getränke zu kühlen, ist der Luftkühler typischerweise mit einem oder mehreren Bordküchenlebensmittelspeicherabteilen über eine Serie von Zuluft-/Abluftleitungen verbunden, die zusammen ein geschlossenes System bilden. Im Betrieb ist der Luftkühler im Wesentlichen eine modulare Klimaanlage, im Prinzip vergleichbar einer konventionellen Fensterklimaanlage, die typischerweise im Fenster eines Hauses montiert ist. Im manchen Fällen ist die Aufgabe, die Temperatur der Lebensmittel zwischen 0°C und 7°C oder zwischen 0°C und 5°C (oder 4°C in manchen europäischen Ländern) zu halten, wie es in Zukunft nötig werden kann.
  • Um die Lebensmittel bei einer Temperatur innerhalb des geeigneten Temperaturbereiches zu halten, muss zwischen der wärmeren Atmosphäre in der Flugzeugkabine und der kühleren Atmosphäre in den Bordküchenspeisespeicherabteilen eine gewünschte Temperaturdifferenz existieren. Diese Temperaturdifferenz verursacht, dass über eine Kombination von Wärmetransfermechanismen Wärmeenergie aus der wärmeren Flugzeugkabine in die kühleren Bordküchenspeisespeicherabteile fließt. Konventionell wird diese Wärmetransferrate (oder Wärmelast) bei einer gegebenen Temperaturdifferenz durch die effektive Nettoisolation zwischen den warmen und kalten Atmosphären beherrscht. In dieser Hinsicht muss der Dampfkompressionszyklusluftkühler typischerweise in der Lage sein, diese Wärmelast aus den kühleren Speisespeicherabteilen zu beseitigen, um die gewünschte Temperaturdifferenz aufrecht zu erhalten, dabei die Konsumgüter bei einer Temperatur innerhalb des geeigneten Temperaturbereichs haltend. Die durch den Luftkühler beseitigte Wärme wird entweder im Flugzeugfrachtabteil oder im Kabinendach in die Atmosphäre abgegeben, abhängig von der Position des Luftkühlers.
  • Konventionell ist der Dampfkompressionszyklusluftkühler ein Luft zu Luft-System. In dieser Hinsicht zirkuliert ein Ventilator in der Luftkühlereinheit Luft aus den Bordküchenspeisespeicherabteilen über die Luftrückführungsleitungen durch eine Verdampferspule, die innerhalb des Luftkühlers montiert ist. Innerhalb der Verdampferspule saugt ein kaltes Kühlmittel, wie z. B. kaltes R134a Kühlmittel (Gasphase) die Wärme von der durch die Verdampferspule fliesenden Luft ab. Während die Luft durch die Verdampferspule fließt, verliert die Luft Wärmeenergie an das Kühlmittel. Die kalte Luft wird dann über die Luftzufuhrleitungen in die Bordküchenspeisespeicherabteile zurückgeleitet. Sobald die kalte Luft in den Bordküchenspeisespeicherabteilen ist, nimmt sie die Wärmeenergie innerhalb des Speisespeicherabteile auf. Der Prozess kann dann kontinuierlich wiederholt werden, um die gewünschte Temperaturdifferenz aufrecht zu erhalten.
  • Es versteht sich, dass, sobald das Kühlmittel die Wärmeenergie von der durch die Verdampferspule fließenden Luft aufnimmt, die Wärmeenergie aus dem Kühlmittel abgegeben werden muss. In dieser Hinsicht wird das gasförmige Kühlmittel überhitzt, da es die Wärmeenergie durch die Verdampferspule aufnimmt. Das überhitzte gasförmige Kühlmittel wird dann typischerweise in einen Kompressor innerhalb des Luftkühlers gesaugt. Der Kompressor verrichtet dann Arbeit an dem gasförmigen Kühlmittel, indem er das gasförmige Kühlmittel durch Anwendung von externem Druck in ein kleineres Volumen presst. Als Resultat werden Temperaturen und Druck des gasförmigen Kühlmittels stark erhöht. Das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird dann durch einen Kondensator geleitet, der in der Luftkühleinheit angeordnet ist. Sobald das gasförmige Kühlmittel durch die Kondensatorspule fließt, bläst ein Ventilator Umgebungsluft durch die Kondensatorspule, um das heiße, gasförmige Kühlmittel zu kühlen. Sobald das Kühlmittel durch die Kondensatorspule zirkuliert, verliert es Wärmeenergie an die Umgebungsluft, so dass das Kühlmittel seinen Zustand von einem überhitzten Hochdruckgas in eine gesättigte Hochdruckflüssigkeit ändert, als die es die Kondensatorspule verlässt und in einen Flüssigkeitsbehälter eintritt. Das flüssige Kühlmittel wandert durch die Hockdruckflüssigkeitsleitung zu einem Expansionsventil (oder in manchen Systemen zu einer Kapillarröhre) und wird in ein gesättigtes Gas expandiert, bevor es wieder in die Verdampferspule eintritt.
  • Obwohl Kühlsysteme, die Dampfkompressionszyklusluftkühler verwenden, geeignet sind, Verbrauchsgüter bei einer Temperatur innerhalb des geeigneten Temperaturbereiches zu halten, haben solche Kühlsysteme Nachteile. In dieser Hinsicht ist das Herz des Dampfkompressionszyklusluftkühlers der Kompressor. Der Betrieb des Kompressors ebenso wie des Ventilators, der Luft durch den Kondensator bläst, verbraucht unerwünschterweise erhebliche Mengen an elektrischer Energie. Ebenso ist der Kompressor typischerweise eine komplizierte mechanische Vorrichtung, die laut und fehleranfällig ist. Zusätzlich gibt der Betrieb des Luftkühlers Wärme an die Kabinenumgebung ab, was während der Bodenoperationen problematisch für das Umweltkontrollsystem (ECS) sein kann. In dieser Hinsicht werden ECS-Einheiten, die während der Bodenoperationen eine Kühlung von Kabine und Ausrüstung des Flugzeugs zur Verfügung stellen, typischerweise unter der Flügelbox des Flugzeugs, die Flugzeugtreibstoff speichert, positioniert. Je mehr das ECS-System in heißen Klimazonen arbeiten muss, umso mehr Wärme entlässt das ECS-System somit in den Flugzeugtreibstoff.
  • Um die Nachteile von konventionellen Dampfkompressionszyklusluftkühlsystemen zu überwinden, wurden Systeme und Verfahren entwickelt, die fähig sind, ein oder mehrere Kammern zu kühlen unter Verwendung des "freien" Wärmepotenzials, welches durch eine natürliche kalte Wärmesenke eines Flugzeugs oder Systems zur Verfügung steht, mit der das Flugzeug betrieben wird. Ein derartiges System ist beschrieben in US-A-2004/0159119 . Wie in der US-A-2004/0159119 offenbart, basieren das System und Verfahren zum Kühlen von Kammern auf einer hybriden Kühlmethode, die geeignet ist, passive und aktive Kühltechnologien zu integrieren, um eine kontinuierliche Kühlung für Kammern wie Flugzeugbordküchenwagen zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise sind die Vorrichtungen und Verfahren von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet, eine optimale Balance zwischen der Kühlfähigkeit eines solchen Systems und der sich ändernden Betriebsumgebung der kalten Wärmesenke zu erreichen. Somit können Kammern wie z. B. Bordküchenwagen auf Flugzeugen ohne die Verwendung eines Dampfkompressionszyklusluftkühlers gekühlt werden, wodurch die Nachteile von Dampfkompressionszyklusluftkühlern vermieden werden. Obwohl die US-A-2004/0159119 verbesserte Systeme und Verfahren zum Kühlen von Kammern zur Verfügung stellt, ist es stets wünschenswert, solche Systeme und Verfahren weiter zu verbessern. Die US-A-6,484,794 offenbart eine Kühlvorrichtung zum Halten einer Oberfläche einer kalten Speichereinheit auf einer vorbestimmten Temperatur, wobei die Vorrichtung eine erste Wärmesenke beinhaltet, um die Grundfläche der Einheit zu kühlen, und Wege, um die Zirkulation eines Kühlmittels durch eine Wärmepumpe zu erlauben.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Licht des zuvor genannten Hintergrunds stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen oder Abkühlen einer Kammer zur Verfügung. Die Vorrichtung kann die Kammer selektiv in aktiven und passiven Moden kühlen. Vorteilhafterweise kann sowohl aktive als auch passive Abkühlung erreicht werden über eine gemeinsame primäre Wärmesenke, die in einer thermischen Verbindung mit einem Gas in der Kammer steht.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung die primäre Wärmesenke, welche Lamellen oder eine andere Oberfläche zum Aufnehmen von Wärmeenergie aus einem Gas in der Kammer definiert. Zum Beispiel kann ein Ventilator vorgesehen sein, um die Luft in oder durch die Kammer zu der primären Wärmesenke zu zirkulieren und dabei Wärmeenergie auf die primäre Wärmesenke zu übertragen. Erste und zweite kühlende Wärmesenken stehen in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke und jede definiert wenigstens einen Durchgang zum Zirkulieren eines Kühlmittels. Insbesondere steht die zweite Kühlmittelwärmesenke mit der primären Wärmesenke über eine oder mehrere Wärmepumpen, wie zum Beispiel thermionische, thermoelektrische oder thermionisch-thermoelektrische Hybridwärmepumpen, in thermischer Verbindung.
  • Sowohl die erste als auch die zweite Kühlmittelwärmesenke kann mit einem oder mehreren Kühlvorrichtungen zum Kühlen des Kühlmittels fluidisch verbunden sein. Beispielsweise können die Kühlvorrichtungen konfiguriert sein, um Wärme auf eine kalte Senke wie zum Beispiel einen Teil einer Flugzeughüllenwandstruktur zu übertragen. Zusätzlich oder alternativ kann eine eutektische thermale Batterie als Kühlvorrichtung vorgesehen sein.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ebenso ein System mit einer oder mehreren Vorrichtungen zum Kühlen von einer oder mehreren Kammern zur Verfügung. Jede Vorrichtung kann konfiguriert sein, um selektiv in passiven und aktiven Moden zu arbeiten. Im passiven Modus wird das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelwärmesenke zirkuliert, so dass die Wärmeenergie von der primären Wärmesenke auf das Kühlmittel übertragen wird. Im aktiven Modus wird das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke zirkuliert und die wenigstens eine Wärmepumpe wird so betrieben, dass die Wärmeenergie von der primären Wärmesenke durch die Wärmepumpe auf das Kühlmittel übertragen wird. Darüber hinaus kann in den direkten passiven und aktiven Moden das Kühlmittel durch eine erste der Kühlvorrichtungen zirkuliert werden, wie zum Beispiel eine Vorrichtung, die konstruiert ist, um Wärme auf eine Flugzeughüllenwandstruktur zu übertragen. In passiven und aktiven Indirektmoden kann das Kühlmittel durch eine andere Kühlvorrichtung, wie zum Beispiel eine eutektische thermale Batterie zirkuliert werden. Somit kann die Vorrichtung die Kammer auf eine gewünschte Temperatur, zum Beispiel unterhalb ungefähr 7°C oder unterhalb ungefähr 0°C abkühlen und zwar entweder im passiven oder im aktiven Modus.
  • Die eutektische thermale Batterie kann ebenso gekühlt oder wieder geladen werden, indem die Batterie thermisch mit der ersten Kühlvorrichtung verbunden wird, wobei Wärme von der Batterie auf die erste Kühlvorrichtung übertragen wird. Zusätzlich kann ein Speicher von komprimiertem inerten Fluid vorgesehen sein und expandiert werden, zum Beispiel durch eine Verdampferspule, um die thermale Batterie zu kühlen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ebenso ein Verfahren zum selektiven Abkühlen einer Kammer in passiven und aktiven Moden zur Verfügung. Die Wärmeenergie wird von der Kammer durch die primäre Wärmesenke absorbiert, wobei die Kammer gekühlt wird. Die primäre Wärmesenke ihrerseits wird gekühlt, indem ein Kühlmittel durch eine erste oder zweite Kühlmittelwärmesenke zirkuliert. In dem passiven Betriebsmodus kann ein Kühlmittel in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke durch entweder die erste Kühlmittelwärmesenke oder die zweite Kühlmittelwärmesenke zirkuliert werden, dabei die primäre Wärmesenke kühlend. In den aktiven Moden wird eine Wärmepumpe, in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke stehend, betrieben und Kühlmittel wird durch die Wärmepumpe durch die zweite Kühlmittelwärmesenke, in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke, zirkuliert.
  • Das Kühlmittel kann durch eine oder mehrere Kühlvorrichtungen zirkuliert werden, um die Kühlmittel zu kühlen. Beispielsweise kann das Kühlmittel in den passiven und aktiven Direktbetriebsmoden durch eine Kühlvorrichtung in thermischer Verbindung mit einer Flugzeughüllenstruktur oder einer anderen kalten Senke zirkuliert werden und in den passiven und aktiven Indirektbetriebsmoden kann das Kühlmittel durch eine eutektische thermale Batterie zirkuliert werden. Die Batterie kann gekühlt oder wieder aufgeladen werden durch Übertragen der Wärme auf eine kalte Senke, wie zum Beispiel die Flugzeughautstruktur. Darüber hinaus kann ein komprimiertes Fluid expandiert werden, um die eutektische thermale Batterie zu kühlen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
  • Nachdem so die Erfindung in allgemeinen Ausdrücken beschrieben wurde, wird nunmehr Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, die nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind, und in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Vorrichtung zum Abkühlen einer Kammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, die die erste Seite der Vorrichtung zeigt;
  • 3 eine weitere perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1 ist, die die primäre Wärmesenke und die erste und zweite Kühlmittelwärmesenke auf der zweiten Seite der Vorrichtung zeigt;
  • 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, die die zweite Seite der Vorrichtung zeigt;
  • 5 eine Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, gesehen von der rechten Seite von 4;
  • 6 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1 ist, wobei die Frontplatte von der ersten Seite abgenommen wurde, um das Innere der Vorrichtung zu zeigen;
  • 7 eine perspektivische Ansicht der primären Wärmesenke und der Schaumeinsätze der Vorrichtung von 1 ist;
  • 8 eine perspektivische Ansicht der primären Wärmesenke und der ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken der Vorrichtung von 1 ist;
  • 9 eine perspektivische Ansicht der ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken der Vorrichtung von 1 ist;
  • 10 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1 ist, dargestellt ohne die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken;
  • 11 eine perspektivische Ansicht der primären Wärmesenke, der Schaumeinsätze und der Frontplatte der Vorrichtung von 1 ist;
  • 12 eine perspektivische Ansicht der primären Wärmesenke und der Frontplatte der Vorrichtung von 1 ist;
  • 13 ein Schemadiagramm ist, welches ein System zum Abkühlen einer Kammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 14 eine perspektivische Ansicht ist, die vier Kühlvorrichtungen des Systems von 13 zeigt, in dem die Kühlvorrichtungen konstruiert sind, um Wärme auf eine kalte Senke zu übertragen, die eine Innenfläche einer Flugzeughautwandstruktur umfasst.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung soll jetzt nachfolgend vollständiger beschrieben werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Tatsächlich kann diese Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen realisiert werden und sollte nicht als begrenzt auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen vorgesehen, damit die Beschreibung die anzuwendenden gesetzlichen Bestimmungen erfüllt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
  • Ausführungsformen der vorliegende Erfindung stellen eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Abkühlen wenigstens einer Kammer zur Verfügung. Wie hier beschrieben, werden die Vorrichtung, das System und das Verfahren innerhalb eines Flugzeugs benutzt, um ein oder mehrere Bordküchenspeisenspeicherabteile abzukühlen. Die Vorrichtung, das System und das Verfahren sind somit besonders vorteilhaft zum Kühlen von Verbrauchsgütern wie z. B. Speisen und Getränke in einem Flugzeug. Es versteht sich jedoch, dass die Vorrichtung, das System und das Verfahren in anderen Fahrzeugen oder mit anderen Systemen benutzt werden können. In dieser Hinsicht können die Vorrichtung, das System und das Verfahren in mehreren anderen Fahrzeugen oder mit anderen Systemen benutzt werden, die geeignet sind, eine kalte Wärmesenke in einer ähnlichen Weise wie die nachfolgen beschriebene zur Verfügung zu stellen.
  • Vorteilhafterweise sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet, in einer Anzahl von unterschiedlichen Moden zu arbeiten, um die kosteneffektivste und effizienteste Abkühlung der Kammer(n) zur Verfügung zu stellen. In dieser Hinsicht sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet, mit einer bereits existierenden kalten Wärmesenke in dem Fahrzeug oder anderen System zu arbeiten, innerhalb dessen die Erfindung benutzt wird, um eine passive oder aktive Abkühlung der Kammer(n) zur Verfügung zu stellen. Wenn z. B. in einem Flugzeug benutzt, ist das System geeignet, mit der Flugzeugrumpfhautstruktur, die als kalte Wärmesenke fungiert, zusammenzuarbeiten, ebenso mit einem separaten Flüssigkühlmittelkühler oder einer eutektischen thermalen Batterie, wie sie in der US-A-2004/0159119 offenbart ist.
  • Typischerweise liegt die Temperatur der Aluminiumrumpfhautstruktur eines kommerziellen Düsenflugzeugs während des normalen Höhenflugs zwischen ungefähr –9°C (+16°F) und –51°C (–59°F). Eine derart superkalte Hauttemperatur ermöglicht es der Rumpfhaut, als leistungsfähige kalte Wärmesenke zu funktionieren. Somit können, wenn die Rumpfhaut eine Temperatur hat, die niedrig genug ist, um als kalte Wärmesenke zu agieren, wie z. B. während des Flugs, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Kammern unter Verwendung der Rumpfhaut passiv abkühlen. Wenn die Rumpfhaut keine genügend niedrige Temperatur hat, um eine effektive Wärmesenke zur Verfügung zu stellen, z. B. während das Flugzeug am Boden ist, sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet, die Kammern aktiv und/oder passiv abzukühlen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können daher eine kontinuierliche Abkühlung der Kammern zur Verfügung stellen bis zu einer Zeit, zu der die Temperatur der Rumpfhaut auf einen Punkt absinkt, dass die Rumpfhaut als effektive Wärmesenke agieren kann.
  • Bezugnehmend auf die 112 sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung 10 und Komponenten derselben zum Abkühlen wenigstens einer Kammer dargestellt, wo die Vorrichtung 10 innerhalb eines Flugzeugs arbeitet und wo die Kammern Bordküchenspeisenspeicherkammern umfassen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass selbst, wenn die Vorrichtung in einem Flugzeug arbeitet, die Kammern eine beliebige Zahl von anderen Kammern umfassen können.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst die Vorrichtung 10 ein Gehäuse 12 und eine Vielzahl von Befestigungsmitteln 14, wie z. B. Schrauben oder Bolzen, um die verschiedenen Teile der Vorrichtung 10 zu verbinden und um die Vorrichtung 10 mit der Kammer zu verbinden. Das Gehäuse 12 kann aus einer Vielzahl von Materialien geformt sein, einschließlich Polymere, Komposite, Metalle und dergleichen. Zusätzlich können Isoliermaterialien wie z. B. ein Isolierschaum auf der inneren oder äußeren Oberfläche 12 vorgesehen sein. Eine Frontplatte 16, dargestellt in den 1 und 2, definiert eine erste Seite 18 des Gehäuses 12. Die Frontplatte 16 definiert eine oder mehrere Einlassöffnungen 20, durch die Ventilatoren 22 Luft (oder andere Gase) von innerhalb der Kammer zwecks Kühlung zirkulieren. Die Frontplatte 16 definiert ebenso eine Auslassöffnung 24, durch die die gekühlte Luft in das Innere der Kammer zurückkehren kann.
  • Eine primäre Wärmesenke der Vorrichtung 10, dargestellt in den 35, ist auf einer zweiten Seite 19 der Vorrichtung 10 gegenüber der Frontplatte 16 angeordnet. Die primäre Wärmesenke 26 ist konfiguriert, um thermische Energie von der Luft in der Vorrichtung 10 zu absorbieren und dabei die Luft zu kühlen und die primäre Wärmesenke zu erwärmen. Die primäre Wärmesenke 26 ihrerseits wird gekühlt durch entweder erste oder zweite Kühlmittel, die durch erste und zweite Kühlmittelwärmesenken 40 bzw. 50 fließen. Wie in den 8 und 9 dargestellt, umfasst die erste Kühlmittelwärmesenke 40 drei Teile 44, und die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 umfasst zwei Teile 54. Insbesondere sind die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 auf einer ersten Seite 28 einer Basis 30 der primären Wärmesenke 26 angeordnet, und eine gegenüberliegende Seite 32 der Basis 30 berührt das Innere 11 der Vorrichtung 10, wie in den 68 dargestellt. Eine Vielzahl von Lamellen 34 erstreckt sich von der Seite 32 der Basis 30 der primären Wärmesenke 26 in das Innere 11 der Vorrichtung 10. Die Lamellen 34 können verlängerte Flügelelemente sein, z. B. wie die "verbesserten" Lamellen, dargestellt in den 68, stabförmige Elemente oder andere Lamellenformen, die in konventionellen Wärmetauschervorrichtungen benutzt werden.
  • Somit passiert Luft, die durch die Öffnungen 20, 24 des Gehäuses 12 zirkuliert, zwischen den Lamellen 34, wobei sie die Lamellen 34 durch Konvektion erwärmt, was Wärme auf die Basis 30 und die Kühlmittelwärmesenken 40, 50 leitet. Die Luft kann durch das Innere 11 der Vorrichtung 10 durch Schaumeinsätze 36 oder andere Leitvorrichtungen gerichtet werden. Zum Zweck der Klarheit der Darstellung sind die Lamellen 34 in den 11 bzw. 12 mit und ohne Schaumeinsätze 36 dargestellt. Die primäre Wärmesenke 26 kann eine Dampfkammer-Wärmesenke sein, d. h. eine Wärmesenke, die eine interne Dampfkammer definiert, die eine geeignete Flüssigkeit in einem Vakuum oder einem Teil-Vakuum enthält. Eine dochtartige Struktur kann auf der inneren Oberfläche der Dampfkammer vorgesehen sein derart, dass das Erwärmen eines Teils der Wärmesenke 26 in einem Verdampfen des Fluids nahe der Wärmeanwendung resultiert, wobei der Dampf dann anderswo in der Kammer kondensiert und dabei die Wärme verteilt. Alternativ kann die primäre Wärmesenke 26 ein Festelement sein, gebildet aus Metall oder anderen thermisch leitenden Materialien und eingebettete Heatpipes verwendend, um die Temperaturverteilung auf der Wärmesenkenbasis auszugleichen. In diesem Fall ist die Basis 30 thermisch leitfähig, so dass Wärmeenergie, die durch die Lamellen 34 auf die Basis 30 geleitet wird, anschließend von der Basis 30 auf die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 geleitet wird. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die primäre Wärmesenke 26 eine Wärmepumpe beinhalten, eingebettet in die Basis 30, derart dass die Wärmepumpe konfiguriert ist, um Wärme von den Lamellen 34 auf die Basis 30 zu übertragen.
  • Jede der Senken 40, 50 definiert wenigstens einen Durchgang 42, 52 zur Aufnahme eines durchfließenden Kühlmittels. Wie beispielsweise in den 8 und 9 dargestellt, umfasst die erste Kühlmittel-Wärmesenke 40 drei Teile 44, von denen jeder einen sich hindurch erstreckenden Durchgang 42 definiert. Schläuche, Rohre oder andere fluidverbindende Vorrichtungen verbinden die Durchgänge 42, um einen kontinuierlichen Fluidkreislauf zu bilden, jedoch können in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung multiple parallele Kreisläufe gebildet werden. Somit kann das Kühlmittel die erste Kühlmittelwärmesenke 40 durch einen Einlass 48 betreten, durch die erste Kühlmittelwärmesenke 40 hindurchfließen und die Wärmesenke 40 durch einen Auslass 49 verlassen. Die erste Kühlmittelwärmesenke 40 steht in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke 26, und somit wird das Kühlmittel in der ersten Kühlmittelwärmesenke 40 erwärmt, wobei es die Wärmesenken 26, 40 kühlt.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfasst die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 zwei Teile 54 (3), jede wenigstens einen sich hindurch erstreckenden Durchgang 52 definierend. Die Durchgänge 52 sind durch Fluidverbindungsvorrichtungen 56 verbunden, so dass das Kühlmittel die zweite Kühlmittelwärmesenke durch einen Einlass 58 betreten kann, durch die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 hindurchfließen und durch einen Auslass 59 verlassen kann. Die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 steht über eine oder mehrere Wärmepumpen 60 (3, 9) in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke 26, d. h. die Wärmepumpen 60 sind konstruiert, um Wärmeenergie von der primären Wärmesenke 26 aktiv zu der zweiten Kühlmittelwärmesenke 50 und dem zweiten Kühlmittel zu transferieren, dabei die primäre Wärmesenke 26 kühlend.
  • Die für diese Anwendung geeigneten Wärmepumpen 60 sind flache Festkörper-Wärmepumpen, die thermoelektrische Vorrichtungen, thermionische Vorrichtungen oder eine Kombination davon sein können. In jedem Fall sind die Wärmepumpen vorzugsweise konstruiert, um Wärmeenergie von der primären Wärmesenke 26 aktiv auf die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 und weiter das Kühlmittel zu transferieren, d. h. selbst wenn das Kühlmittel und die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 wärmer sind als die primäre Wärmesenke 26. Beispielsweise können die Wärmepumpen 60 eine beliebige Zahl von unterschiedlichen Flüssig-Direkt-Wärmepumpen umfassen, hergestellt von Supercool AB aus Göteborg, Schweden. Alternativ können die Wärmepumpen 60 thermische Dioden (z. B. die von der Firma ENECO Inc. aus Salt Lake City, Utah entwickelten) oder thermionische Wärmepumpen (z. B. die von der Firma Cool Chip PLC, einer Gesellschaft, die in Gibraltar registriert ist) sein. Eine beliebige Zahl von flachen Festkörper-Wärmepumpen 60 kann benutzt werden.
  • Die Wärmepumpen 60 sind zwischen der zweiten Kühlmittel-Wärmesenke 50 und der primären Wärmesenke 26 angeordnet, und die Wärmepumpen 60 und die erste Kühlmittelwärmesenke 40 sind gegen die primäre Wärmesenke 26 durch eine Öffnung 13 in dem Gehäuse 12 angeordnet, dargestellt in den 3 und 10. Thermische Energie, die von der primären Wärmesenke 26 aufgenommen wurde, kann zu dem Kühlmittel transferiert und durch das Kühlmittel von der Vorrichtung 10 wegtransportiert werden, beispielsweise zu einer Kühlvorrichtung, die konstruiert ist, um das Kühlmittel für eine Re-Zirkulation zu kühlen oder um anderweitig kühles Kühlmittel zurück zu der Vorrichtung 10 zur Verfügung zu stellen. Die Kühlvorrichtungen können beliebige aus einer Vielzahl von Vorrichtungen zum Absorbieren von thermischer Energie aus dem Kühlmittelfluid sein. Beispielsweise kann jede Kühlvorrichtung eine Wärmesenkenvorrichtung sein, die umfasst oder in thermischer Verbindung steht mit der Rumpfhüllenstruktur eines Flugzeugs. Die Kühlvorrichtung kann alternativ eine kalte eutektische Speichervorrichtung sein, wie z. B. eine eutektische thermale Batterie, die geladen, d. h. gekühlt werden kann durch die Haut oder eine andere Senke und nachfolgend benutzt werden kann, um die Kühlmittelfluide zu kühlen. Eine eutektische thermale Batterie und Verfahren und Systeme, die solch eine Vorrichtung benutzen, sind in der US-A-2004/0159119 beschrieben. Die Kühlvorrichtung kann auch eine Kälteanlage sein, wie z. B. eine zentrale Dampfkompressionsflüssigkeitskälteanlage, die flüssiges Kühlmittel für das Wärmemanagementsystem des Flugzeugs herunterkühlt.
  • Ferner kann das Kühlmittel selektiv durch mehrere Kühlvorrichtungen zirkuliert werden. Beispielsweise kann in einem Passiv-Modus das Kühlmittel selektiv durch eine Kühlvorrichtung in thermischen Kontakt mit der Rumpfstruktur des Flugzeugs, eine eutektische thermale Batterie und eine zentrale Kälteanlage zirkuliert werden. Somit kann, wenn die Hüllenstruktur eine Temperatur hat, die ausreichend niedriger ist als die Temperatur im Inneren der Kammer, das Kühlmittel zwischen der Senke in Kontakt mit der Rumpfstruktur und der ersten Kühlmittelwärmesenke 40 zirkuliert werden. Wenn die Rumpfstruktur zu warm ist, um das Kühlmittel ausreichend zu kühlen, kann das Kühlmittel stattdessen durch die zentrale Kälteanlage oder die eutektische thermale Batterie zirkuliert werden. Auf diese Weise kann das Kühlmittel benutzt werden, um passive Kühlung durch die erste Kühlmittelwärmesenke zu erreichen, wann immer die Rumpfstruktur, die eutektische thermale Batterie oder die zentrale Kälteanlage geeignet ist, das Kühlmittel zu kühlen und infolgedessen die Kammer auf die gewünschte Temperatur abzukühlen. Wenn keine der Kühlvorrichtungen kühl genug ist, um die Kammer passiv auf die gewünschte Temperatur abzukühlen, kann das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 zirkuliert werden. Eine niedrigere Abkühltemperatur kann im Allgemeinen durch die Zirkulation des Kühlmittels dank der Wärmepumpen 60 erreicht werden, die zwischen der zweiten Kühlmittelwärmesenke 50 und der primären Wärmesenke 26 angeordnet sind. Die Wärmepumpen 60 stellen ein Temperaturdifferential zwischen der zweiten Kühlmittelwärmesenke 50 und der primären Wärmesenke 26 zur Verfügung, durch die die gewünschte Temperatur in der Kammer erreicht wird, selbst wenn die Rumpfstruktur, die zentralisierte Kälteanlage, die eutektische thermale Batterie und/oder eine andere Kühlvorrichtung nicht kalt genug sind, beispielsweise weil die Rumpfstruktur, die zentrale Kälteanlage und die eutektische thermale Batterie wärmer sind als die gewünschte Temperatur der Kammer oder nicht kalt genug, um eine ausreichende Kühlkapazität zur Verfügung zu stellen.
  • Beispielsweise wenn die Hülle des Flugzeugs zwischen einer ersten Temperatur, die niedriger ist als die gewünschte Temperatur in der Kammer, und einer zweiten Temperatur, die höher ist als die gewünschte Temperatur in der Kammer, wechselt, kann das Kühlmittel durch die Hülle des Flugzeugs gekühlt werden und durch die erste Kühlmittelwärmesenke zirkuliert werden, um die Kammer zu kühlen, wenn die Hülle kälter als die gewünschte Temperatur. Ähnlich kann, wenn die Hülle wärmer ist als die gewünschte Temperatur, das Kühlmittel durch eine andere Kühlvorrichtung gekühlt werden, beispielsweise die zentrale Kälteanlage oder die eutektische thermale Batterie, und durch die erste Kühlmittelwärmesenke 40 zirkuliert werden, um die primäre Wärmesenke 26 passiv zu kühlen. Wenn jede der Kühlvorrichtungen wärmer ist als die gewünschte Temperatur, kann das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 zirkuliert werden, um die Kammer unter Verwendung der Wärmepumpen 60 aktiv zu kühlen. Zusätzlich kann die eutektische thermale Batterie durch die Hülle geladen werden, wann immer die Hülle kühler ist als die Temperatur der eutektischen thermalen Batterie.
  • Die gewünschte Temperatur kann abhängig von der Verwendung der Kammer variieren. Beispielsweise erfordert eine typische Abkühlung auf Flugzeugen, dass die Speisenspeicherkammern auf einen Temperaturbereich zwischen ungefähr 0°C und 5°C abgekühlt werden. In einigen Fällen jedoch kann eine oder mehrere der Kammern benutzt werden, um Speisen einzufrieren, was somit eine kältere Temperatur verlangt, beispielsweise zwischen 0°C und –25°C. Wie unmittelbar zuvor beschrieben, kann das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelwärmesenke 40 zirkuliert werden, um die Kammer einzufrieren, wann immer eine der Kühlvorrichtungen ausreichend kalt ist, und alternativ kann das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 zirkuliert werden, während die Wärmepumpen 60 in Betrieb sind.
  • Jetzt ist unter Bezugnahme auf 13 eine schematische Ansicht eines Systems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, umfassend eine Vielzahl von Vorrichtungen 10, wobei jede Vorrichtung 10 in dem System 100 konfiguriert ist, um Luft in einer entsprechenden Kammer 110 zu kühlen. Jede Vorrichtung 10 umfasst eine primäre Wärmesenke 26 und erste und zweite Kühlmittelwärmesenken 40, 50. Wie zuvor beschrieben, sind die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 konstruiert, um ein Kühlmittel zur Zirkulation aufzunehmen, und die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 stehen in thermischer Verbindung mit der primären Wärmesenke 26 der jeweiligen Vorrichtung 10, wobei die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 über die Wärmepumpen 60 in thermischer Verbindung steht. Somit umfasst jede Vorrichtung eine integrierte Flüssig-Direkt-Wärmepumpenvorrichtung 50 und Flüssig-Direkt-Wärmetauscher 40 in Verbindung mit einer gemeinsamen primären Wärmesenke 26.
  • Das System 100 umfasst erste und zweite Kühlvorrichtungen 120, 130, um das Kühlmittel zu kühlen. Wie dargestellt, kann die erste Kühlmittelvorrichtung 120 ein Flüssig-Direkt-Wärmetauscher sein, der konfiguriert ist, um Wärme auf eine kalte Senke wie z. B. die Hülle eines Flugzeugs abzugeben. Alternativ kann die erste Kühlvorrichtung 120 ebenso ein Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher sein, um Hitze auf eine zentrale Kälteanlage abzuleiten. Die zweite Kühlvorrichtung 130 ist eine eutektische thermale Batterie. Es versteht sich, dass zusätzliche und/oder alternative Kühlvorrichtungen vorgesehen sein können und dass eine oder beide der dargestellten Kühlvorrichtungen 120, 130 weggelassen werden können. Beispielsweise kann das System 100 eine oder mehrere Kühlvorrichtungen einschließen, von denen jede konfiguriert sein kann, um Wärme auf einen beliebigen Typ von Kältesenkevorrichtung zu übertragen.
  • Zusätzlich umfasst das System 100 eine Vielzahl von Ventilen wie z. B. die Ventile V1, V2, V3, V4, V5, V6 und V7 und ebenso Kühlmittelpumpen 140, 142, die das Kühlmittel während verschiedener Betriebsmoden durch verschiedene der anderen Elemente des Systems 100 fließen lassen, wie nachfolgend beschrieben. Obwohl aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt, sollte es für Fachleute erkennbar sein, dass die Kühlmittelpumpen 140, 142 typischerweise auch einen Kühlmittelbehälter für den ordnungsgemäßen Betrieb der Kühlmittelpumpen 140, 142 umfassen. Um das Kühlmittel durch verschiedene der anderen Elemente fließen zu lassen, sind die Ventile V1, V2, V3, V4, V5, V6 und V7 mit Kühlmittelleitungen, Rohren und dergleichen verbunden, die die Elemente des Systems 100 verbinden. Es versteht sich, dass andere Konfigurationen der Leitungen und Komponenten möglich sind. Beispielsweise können, obwohl die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 jeder Vorrichtung 10 als mit einem gemeinsamen Kreislauf, gebildet durch die Leitungen 114 des Kreislaufs L1, verbunden dargestellt sind, die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 alternativ durch getrennte Leitungen fluidisch verbunden sein, so dass ein erstes Kühlmittel, welches durch die erste Kühlmittelwärmesenke 40 zirkuliert, getrennt gehalten wird von einem zweiten Kühlmittel, welches durch die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 zirkuliert. Darüber hinaus können die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 mit getrennten Kühlvorrichtungen fluidisch verbunden sein. Das Kühlmittel kann eine beliebige Zahl von unterschiedlichen Kühlmitteln enthalten, wie z. B. 3M Novec Engineered Fluids, hergestellt durch 3M Specialty Materials of St. Paul, Minnesota, oder eine geeignete Wasser-Glykol-Mischung.
  • Die eutektische thermale Batterie 130 funktioniert innerhalb des Systems 100 als Wärmeenergiekondensator. Genauer umfasst die eutektische thermale Batterie 130 in einer Ausführungsform eine hoch isolierte zweiteilige Wärmehalteplatte, die ein Phasenwechselmaterial enthält, das einen bestimmten Gefrierpunkt hat. Das Phasenwechselmaterial kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Materialien mit einer beliebigen Zahl von unterschiedlichen Gefrierpunkten umfassen, beispielsweise zwischen 0°C und –40°C. Wie oben in Verbindung mit einem Flugzeug erläutert, macht die kalte Temperatur der Rumpfhaut es möglich, dass die Rumpfhaut als leistungsfähige kalte Wärmesenke funktioniert. Als solches kann die Rumpfhautstruktur benutzt werden, um latente Wärme aus dem Phasenwechselmaterial innerhalb der eutektischen thermalen Batterie 130 schnell zu absorbieren, wie oben beschrieben. Wenn das Phasenwechselmaterial seine latente Wärme an die kalte Wärmesenke verliert, ändert es seine Phase von einer Flüssigkeit zu einer Fest-Flüssig-Mischung und evtl. zu einem reinen Feststoff, sobald die ganze latente Wärme abgegeben wurde. Typischerweise findet der Transfer der latenten Wärme isothermisch bei einer Temperatur zwischen 0°C und –40°C statt. Daher kann das Phasenwechselmaterial wie gewünscht mit einer Gefriertemperatur ausgewählt werden, die geeignet ist, die Kammer auf den gewünschten Temperaturbereich abzukühlen. In einer Ausführungsform beispielsweise umfasst das Phasenwechselmaterial das PIusICE E-12- Phasenwechselmaterial, hergestellt durch die Firma Environmental Process Systems Limited aus dem United Kingdom. Das PlusICE E-12-Phasenwechselmaterial hat einen Gefrierpunkt von –11,6°C.
  • Das System 100 umfasst Leitungen 114, 116, angeordnet in zwei geschlossenen Kreisläufen L1, L2, durch die Kühlmittel zwischen und durch verschiedene der Systemelemente fließt. Genauer enthält die eutektische thermale Batterie 130 zwei getrennte interne Kühlmittelkreisläufe. Einer der Kühlmittelkreisläufe stellt die Wärmeübertragung zwischen der eutektischen thermalen Batterie und den primären Wärmesenken 26 über den Kreislauf L1 her. Die primären Wärmesenken 26 dienen dazu, Wärme aus den Kammern 110 zu tragen. In dieser Hinsicht sind die primären Wärmesenken 26 in thermischem Kontakt mit einem Inneren der Kammern 110 positioniert, beispielsweise indem sie in oder nahe den Kammern 110 montiert sind. Das System 100 kann eine beliebige Anzahl von primären Wärmesenken 26 umfassen und in einer Ausführungsform umfasst das System 100 eine primäre Wärmesenke 26 für jede abzukühlende Kammer 110.
  • Zusätzlich zu dem Kühlmittelkreislauf, der Wärmetransfer zwischen der eutektischen thermalen Batterie 130 und den primären Wärmesenken 26 zur Verfügung stellt, umfasst die eutektische thermale Batterie 130 einen zweiten inneren Kreislauf in Verbindung mit dem Kreislauf L2. Kreislauf 12 kann selektiv verbunden sein mit dem Kreislauf L1, so dass Kreislauf 12 selektiven Wärmetransfer zwischen der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 und entweder der eutektischen thermalen Batterie 130 oder den primären Wärmesenken 26 zur Verfügung stellt. Die erste Kühlmittelvorrichtung 120 kann beispielsweise ein Wärmetauscher oder eine Wärmepumpe sein, angeordnet in einer beliebigen Zahl von unterschiedlichen Orten in Wärmekontakt mit einer kalten Senke, beispielsweise der Rumpfstruktur eines Flugzeugs oder eines anderen Fahrzeugs, einer zentralen Flüssigkältevorrichtung und dergleichen. Beispielsweise sind, wie in 14 dargestellt, die ersten Kühlmittelvorrichtungen 120 in physischem und somit thermischem Kontakt mit einer kalten Senke 124 montiert. Insbesondere sind die dargestellten ersten Kühlmittelvorrichtungen 120 Flüssig-Direkt-Wärmetauscher, montiert in physischem Kontakt mit einem Teil einer Flugzeugrumpfhautstruktur 124, die als kalte Senke 124 agiert, wie z. B. in der Anordnung des vorderen Bordküchenkomplexes des Flugzeugs. Die Kühlmittelvorrichtungen 120 können passend zu der Kontur der Hüllenhautstruktur 124 geformt sein, dabei den thermischen Kontakt verbessernd.
  • Die erste Kühlmittelvorrichtung 120 ist ausgelegt für eine Kühlmittelkapazität, die nötig ist, um die ganze Wärmelast von allen primären Wärmesenken 26 aufzunehmen, und ebenso die Kapazität, um die benötigte latente Wärme zu beseitigen, um das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 innerhalb einer gewünschten Zeitspanne auszufrieren, wenn die kalte Wärmesenke 124 in der Lage ist, die Wärme des Kühlmittels passiv zu absorbieren, wie z. B. während eines Flugs in großer Höhe. Man möge jedoch anerkennen, dass das System 10 mehrere Kühlmittelvorrichtungen 120 beinhalten kann, die gemeinsam die benötigte Kühlmittelkapazität haben. Die Kühlmittelvorrichtung 120 kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen umfassen, wie sie den Fachleuten bekannt sind, beispielsweise eine beliebige Zahl von Flüssig-Direkt-Wärmetauschern, hergestellt durch die Firma Lytron. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlmittelvorrichtung ein oder mehrere Flüssig-Direkt-Wärmepumpen umfassen.
  • Wie oben erläutert, ist das System 100 geeignet, in einer Anzahl von unterschiedlichen Moden zu arbeiten, um eine kontinuierliche Abkühlung der Kammern 110 zur Verfügung zu stellen. Typischerweise ist das System 100 fähig, in einem von vier Moden zu arbeiten: ein passiver Direktmodus, ein passiver Indirektmodus, ein aktiver Direktmodus und ein aktiver Indirektmodus. Abhängig vom Betriebsmodus fließt das Kühlmittel in verschiedenen Arten durch das System 100, während es durch die Kühlmittelpumpen 140, 142 angetrieben wird, die Kühlmittelpumpen mit variabler oder konstanter Geschwindigkeit umfassen können. Um den Betriebsmodus und somit den Flussfließpfad des Kühlmittels zu steuern, werden die Ventile V1–V7 in verschiedenen Kombinationen geöffnet und geschlossen. In einer Ausführungsform können die Ventile V1–V7 dann ferngesteuerte Abschaltventile umfassen. Wie man erkennt, kann der Betriebsmodus in einer beliebigen Zahl von unterschiedlichen Arten gewählt werden. Beispielsweise kann der Betriebsmodus wenigstens teilweise basierend auf den Temperaturen des Kühlmittels, der Kühlvorrichtungen 120, 130, der Wärmesenken 26, 40, 50 und/oder dem Inneren der Kammern 110 gewählt werden. Zusätzlich kann der Betriebsmodus gewählt werden basierend auf dem Kühlbedarf der Kammern 110, so wie die Kammern 110 unterschiedliche Kühlgrade verlangen können, einschließlich Nicht-Kühlen.
  • Um den Betriebsmodus zu steuern, kann das System 100 zusätzlich eine Steuerung (nicht dargestellt) beinhalten, elektrisch verbunden mit den Ventilen V1–V7. Zusätzlich kann die Steuerung elektrisch verbunden sein mit den Temperatursensoren (nicht dargestellt), die in thermischem Kontakt mit dem Kühlmittel, den Kühlmittelvorrichtungen 120, 130, den Wärmesenken 26, 40, 50 und/oder dem Inneren der Kammern 110 montiert sein können. Basierend auf der Temperaturinformation, die von einem oder mehreren der Temperatursensoren an die Steuerung übertragen wurde, kann die Steuerung einen Betriebsmodus bestimmen, in dem das System 100 arbeiten soll. Danach kann die Steuerung die Ventile V1–V7 betätigen, wie unten beschrieben, um das System 100 in dem jeweiligen Modus zu betreiben. Es sei angemerkt, dass ebenso wie der Betriebsmodus sich ändern kann, die Steuerung angepasst werden kann, um Temperaturinformation kontinuierlich zu empfangen oder alternativ Temperaturinformation mit einem vorbestimmten Zeitabstand zu empfangen.
  • Um das System 100 im passiven Direktmodus zu betreiben, werden die Ventile V1, V2, V5, V6 geöffnet, damit das Kühlmittel durch die Leitungen 114, 116 fließen kann, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind; und die Ventile V3, V4, V7 werden geschlossen, um zu verhindern, dass das Kühlmittel durch die Leitungen fließen kann, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind. Im Betrieb im passiven Direktmodus wird das Kühlmittel entweder durch eine oder durch beide Kühlmittelpumpen 140, 142 zirkuliert und passiert durch die Kreisläufe L1, L2. Sobald das Kühlmittel durch den Kreislauf L1 passiert, passiert Kühlmittel mit einer Temperatur, die geeigneterweise geringer ist als die Innentemperatur der Kammern 110, durch die ersten Kühlmittelwärmesenken 40, die in thermischem Kontakt sind mit den primären Wärmesenken 26 und infolgedessen mit dem Inneren der entsprechenden Kammern 110.
  • Sobald das Kühlmittel durch die ersten Kühlmittelwärmesenken 40 passiert, absorbiert das Kühlmittel Wärme von den primären Wärmesenken 26 und infolgedessen dem Inneren der entsprechenden Kammern 110, und transportiert die Wärme danach von den Kammern 110 weg. Sobald die Wärme von den Kammern 110 wegtransportiert ist, fällt die Temperatur in den Kammern 110 und kühlt dabei die Kammern 110 auf den vorgegebenen Temperaturbereich ab. Danach wird, um die absorbierte Wärme abzugeben, das Kühlmittel durch die Leitungen 114 des Kreislaufs L1 zu den Leitungen 116 des Kreislaufs 12 und zu der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 transportiert, die in thermischem Kontakt mit der kalten Wärmesenke 124 ist. Das Kühlmittel wird in der Kühlmittelvorrichtung 120 abgekühlt, die die Wärme an die kalte Wärmesenke 124 abgibt, und das Kühlmittel kehrt dann zu den ersten Kühlmittelwärmesenken 40 zurück, um weitere Wärmeenergie zu absorbieren.
  • Der Betrieb des Systems 100 in dem passiven Direktmodus erlaubt vorteilhafterweise dem System 100, eine existierende, typischerweise passive kalte Wärmesenke 124 (beispielsweise die Rumpfhaut) eines Fahrzeugs (beispielsweise Flugzeugs) oder eines anderen Systems, welches das System 100 verwendet, zu verwenden. In dieser Hinsicht ist das System 100 geeignet, in dem passiven Direktmodus betrieben zu werden, so lange das Kühlmittel in der Lage ist, einen ausreichend niedrigen thermodynamischen Status beizubehalten, um einen adäquaten Wärmetransfer aus den Kammern 110 zu ermöglichen.
  • Um das System 100 in dem passiven Indirektmodus zu betreiben, werden die Ventile V1, V3, V4 und V6 geöffnet, um das Kühlmittel durch die Leitungen 114, 116, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind, fließen zu lassen. Die Ventile V2, V5 werden geschlossen, um zu verhindern, dass das Kühlmittel durch die mit den entsprechenden Ventilen verbundenen Leitungen fließt. Im Betrieb im passiven Indirektmodus wird das Kühlmittel durch die Kühlmittelpumpe 140 zirkuliert und passiert durch den Kreislauf L1. Sobald das Kühlmittel durch den Kreislauf L1 passiert, fließt Kühlmittel mit einer Temperatur geringer als die Innentemperatur der Kammern 110 durch die ersten Kühlmittelwärmesenken 40, die in thermischem Kontakt sind mit dem Inneren der entsprechenden Kammern 110.
  • Sobald das Kühlmittel durch die ersten Kühlmittelwärmesenken 40 fließt, absorbiert das Kühlmittel Wärme aus dem Inneren der entsprechenden Kammern 110 und transportiert die Wärme anschließend von den Kammern 110 weg. Sobald die Wärme von den Kammern 110 wegtransportiert ist, fällt die Temperatur im Inneren, wobei die Kammern 110 auf den vorgegebenen Temperaturbereich abgekühlt werden. Danach fließt das Kühlmittel, um die absorbierte Wärme abzugeben, durch die Leitungen 114 des Kreislaufs L1 zu der eutektischen thermalen Batterie 130, wo das Kühlmittel dann durch die eutektische thermale Batterie fließt. Sobald das Kühlmittel durch die eutektische thermale Batterie 130 fließt, absorbiert das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 die Wärme aus dem Kühlmittel, wobei die Temperatur des Kühlmittels abgesenkt wird. Da der Kühlmittelkreislauf L1 typischerweise einen geschlossenen Kreislauf umfasst, kann sich der Prozess wiederholen, so dass das Kühlmittel durch die ersten Kühlmittelwärmesenken 40 zurückfließt.
  • Wenn die Temperatur der Kühlmittelvorrichtung 120 (z. B. durch die Temperatur der Flugzeugrumpfhautstruktur 124 oder einer kalten Wärmesenke bestimmt) niedriger ist als das Phasenwechselmaterial, wird die Zirkulation des Kühlmittels in dem Kreislauf 12 in Gang gesetzt, um die Wärme aus dem Phasenwechselmaterial der eutektischen thermalen Batterie 130 zu entfernen. Angetrieben durch die Kühlmittelpumpe 142 absorbiert das Kühlmittel, welches im Kreislauf 12 durch die eutektische thermale Batterie 130 fließt, die Wärme aus dem Phasenwechselmaterial. Danach fließt das Kühlmittel durch die Leitungen 116 zu der Kühlvorrichtung 120 und gibt dabei Wärmeenergie an die kalte Wärmesenke 124 ab. Während der Zirkulation des Kühlmittels durch den Kreislauf 12 während des passiven Indirektmodus kann das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 gekühlt werden, beispielsweise auf oder unter den Gefrierpunkt, so dass das System 100 danach in dem passiven Indirektmodus arbeiten kann, um das Innere der Kammern 110 abzukühlen.
  • Durch Entfernen der Wärme aus dem Phasenwechselmaterial kann das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 entweder als Flüssig-Fest-Mischung oder als leicht unterkühlter Feststoff gehalten werden, sobald das Phasenwechselmaterial Wärme aus dem Kühlmittel, welches im Kreislauf L1 fließt, absorbiert und die Wärme über das in dem Kreislauf L2 fließende Kühlmittel an die kalte Wärmesenke abgibt. In dieser Hinsicht kann das System 100 die Phasenmischung des Phasenwechselmaterials durch Regeln der Kühlmittelfließraten durch die Kreisläufe L1 und L2 steuern, sobald das Kühlmittel durch die eutektische thermale Batterie 130 fließt, wie von den Fachleuten zu erkennen ist. Somit kann ein isothermischer Wärmetransfer zwischen dem Kühlmittel im Kreislauf L1 und dem Phasenwechselmaterial und zwischen dem Phasenwechselmaterial und dem Kühlmittel im Kreislauf 12 aufrechterhalten werden. Vorzugsweise kann das System durch Aufrechterhalten des isothermischen Wärmetransfers in der eutektischen thermalen Batterie 130 das Innere der Kammern 110 abkühlen, ohne dass die Verbrauchsgüter in den Kammern 110 gefrieren. Unter Umständen jedoch kann das System 100, z. B. wenn die Kammern 110 gefrorene Speisen beinhalten, es ermöglichen, dass das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 einen unterkühlten Feststatus einnimmt. Weiterhin kann das System 100 es ermöglichen, dass das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 einen unterkühlten Festzustand erreicht, wenn die Kammern 110 keine Verbrauchsgüter enthalten und die Aufrechterhaltung der Temperatur in den Kammern 110 nicht nötig ist, dabei eine Extra-Abkühlkapazität für Bodenoperationen während des Flugplatzwechselservice zur Verfügung stellt. Damit das Phasenwechselmaterial einen unterkühlten Festzustand (wenn der thermodynamische Zustand der Kühlmittelvorrichtung 120 es erlaubt) erreichen kann, können die Ventile V1, V3 geschaltet werden, um einen kontinuierlichen Fluss von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf 12 zu ermöglichen, bis das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 die gewünschte Temperatur erreicht.
  • Das Betreiben des Systems 100 in dem passiven Indirektmodus ermöglicht es dem System 100 vorteilhafterweise, eine existierende, typischerweise passive, kalte Wärmesenke 124 (z. B. die Rumpfhaut) eines Fahrzeugs (z. B. Flugzeugs) oder eines anderen Systems, welches das System 100 verwendet, zu verwenden. In dieser Hinsicht ist das System 100 fähig, in dem passiven Indirektmodus zu arbeiten, so lange wie das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 fähig ist, einen ausreichend niedrigen thermodynamischen Status aufrechtzuerhalten, um einen adäquaten Wärmetransfer aus den Kammern 110 zu ermöglichen. Man wird jedoch erkennen, dass der thermodynamische Zustand des Phasenwechselmaterials unter Umständen zu hoch ist, um es zu ermöglichen, das System 100 in dem passiven Indirektmodus zu betreiben. Beispielsweise kann unter Umständen, wo das Fahrzeug ein Flugzeug und die kalte Wärmesenke 124 die Flugzeugrumpfhaut umfasst, ein solches Ereignis repräsentativ für einen Zustand sein, wo das Flugzeug für eine Wiederinbetriebnahme nach Wartung vorgesehen ist. Zusätzlich können beispielsweise abnormal lange Aufenthalte im Flugzeugwechselservice ebenfalls die Kühlkapazität der eutektischen thermalen Batterie 130 erschöpfen. Unter solchen Umständen ist das System 100 vorteilhafterweise fähig, in einem aktiven Direktmodus und/oder einem aktiven Indirektmodus zu arbeiten, um kontinuierliche Abkühlung der Kammern 110 zur Verfügung zu stellen, wie es durch die vorgenannte Steuerung bestimmt sein mag.
  • Sowohl im aktiven Direkt- als auch Indirektmodus ist das System 100 fähig, die Wärmepumpen 60 einzusetzen. Wie oben erläutert, können die Wärmepumpen 60 Flüssig-Direkt-Wärmepumpen sein, die Wärmeenergie von den primären Wärmesenken 26 auf die zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 übertragen.
  • Im aktiven Direktbetriebsmodus wird das Kühlmittel zwischen den Wärmepumpen 60 und der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 mittels der Kühlmittelkreisläufe L1 und L2 zirkuliert. Somit werden, um das System 100 im aktiven Direktmodus zu betreiben, die Ventile V1, V2, V5 und V7 geöffnet, um das Kühlmittel durch die Leitungen 114, 116, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind, fließen zu lassen; und die Ventile V3, V4 und V6 werden geschlossen, um zu verhindern, dass das Kühlmittel durch die Leitungen, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind, fließt.
  • Während des Betriebs des Systems 100 im aktiven Direktmodus wird direkte Kühlmittelzirkulation zwischen der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 und den zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 ermöglicht, die mit den primären Wärmesenken 26 über die Wärmepumpen 60 kommunizieren. Angetrieben durch eine oder beide Kühlmittelpumpen 140, 142 wird das Kühlmittel durch die zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 getrieben, die über die Wärmepumpen 60 mit dem Inneren der entsprechenden Kammern in thermischem Kontakt stehen. Wie man erkennt, kann in den Fällen, in denen das System 100 im aktiven Modus (entweder direkt oder indirekt) arbeitet, die Temperatur der kalten Wärmesenke 124 und entsprechend das Kühlmittel und die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 nicht ausreichend niedrig sein, um Wärme aus der primären Wärmesenke 26 passiv zu absorbieren. Indem so sind die Wärmepumpen 60 fähig, den Wärmetransfer von den primären Wärmesenken 26 auf die zweite Kühlmittelwärmesenke 50 zu steigern, wie es den Fachleuten bekannt ist. Sobald das Kühlmittel durch die zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 fließt, übertragen die Wärmepumpen 60 Wärmeenergie von den primären Wärmesenken 26 zu den zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 und somit zu dem Kühlmittel. Somit absorbiert das Kühlmittel Wärme aus dem Inneren der entsprechenden Kammern 110 und transportiert die Wärme danach v an den Kammern 110 weg. Sobald die Wärme vom Inneren der Kammern 110 wegtransportiert ist, fällt die Temperatur im Inneren, wobei die Kammern 110 auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden.
  • Um die von dem Kühlmittel absorbierte Wärme im aktiven Direktmodus abzugeben, wird das Kühlmittel durch Teile der Leitungen 114, 116 zu der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 transportiert, die in thermischem Kontakt mit der kalten Wärmesenke 124 steht (z. B. der Flugzeugrumpfhautstruktur, einem Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher, verbunden mit einem entfernten Flüssigkühler oder sogar einem Flüssigkühler selbst). Sobald das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelvorrichtung 120 fließt, wird die Wärme auf die Kühlmittelvorrichtung 120 übertragen und somit auf die kalte Wärmesenke 124.
  • Nachdem die Wärme in dem Kühlmittel auf die kalte Wärmesenke 124 abgegeben ist, kann der Vorgang wiederholt werden, wobei das Kühlmittel zu der zweiten Kühlmittelwärmesenke 50 zurückkehrt.
  • Zusätzlich zum Betrieb im aktiven, passiven oder Direktmodus kann das System 100 in einem aktiven Indirektmodus betrieben werden. Der aktive Indirektmodus kann beispielsweise in Situationen ausgeführt werden, wenn eine passive Abkühlung wegen der Temperatur der kalten Wärmesenke 124 nicht möglich ist. Um das System 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im aktiven Indirektmodus zu betreiben, werden die Ventile V1, V3, V4 und V7 geöffnet, damit das Kühlmittel durch die Leitungen 114, 116 fließen kann, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind; und die Ventile V2, V5 und V6 werden geschlossen, um zu verhindern, dass das Kühlmittel durch die Leitungen 114, 116 fließt, die mit den entsprechenden Ventilen verbunden sind. Während des Betriebs im aktiven Indirektmodus fließt das Kühlmittel durch die Leitungen 114 und durch die zweiten Kühlmittelwärmesenken 50, die mittels der Wärmepumpen 60 in thermischem Kontakt sind mit den primären Wärmesenken 26.
  • Sobald das Kühlmittel durch die zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 fließt, übertragen die Wärmepumpen 60 die Wärmeenergie von den primären Wärmesenken 26 auf die zweiten Kühlmittelsenken 50 und in Folge auf das Kühlmittel. Somit absorbiert das Kühlmittel Wärme aus dem Inneren der entsprechenden Kammern 110 und transportiert somit die Wärme von den Kammern 110 weg. Sobald die Wärme von den Kammern 110 wegtransportiert ist, fällt die Temperatur in den Kammern 110, wobei die Kammern 110 auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt werden.
  • Zum Verteilen der von dem Kühlmittel absorbierten Wärme in dem aktiven Indirektmodus wird das Kühlmittel durch Teile der Leitungen 114 zu der eutektischen thermalen Batterie 130 geleitet. Sobald das Kühlmittel durch die thermale Batterie 130 fließt, wird die Wärme auf die Batterie 130 abgegeben. Nachdem die Wärme in dem Kühlmittel an die Batterie 130 abgegeben ist, kann der Vorgang wiederholt werden, indem das Kühlmittel zu den zweiten Kühlmittelwärmesenken 50 zurückkehrt.
  • Wenn die Temperatur der Kühlvorrichtung 120 (beispielsweise wie durch die Temperatur der Flugzeughüllenhautstruktur oder der anderen kalten Wärmesenke 124 bestimmt) niedriger ist als das Phasenwechselmaterial, wird die Zirkulation des Kühlmittels im Kreislauf 12 aktiviert, um die Wärme aus dem Phasenwechselmaterial zu beseitigen. Angetrieben durch die Kühlmittepumpe 142 absorbiert das Kühlmittel, welches durch die eutektische thermale Batterie 130 im Kreislauf 12 fließt, die Wärme in dem Phasenwechselmaterial. Danach fließt das Kühlmittel durch die Leitungen 116 zu der Kühlvorrichtung 120 und gibt somit Wärmeenergie auf die kalte Wärmesenke 124 ab.
  • Das System 100 kann ebenso einen Speicher 150 mit einem komprimierten inerten Fluid umfassen oder anderweitig Zugang dazu haben, welches auf den atmosphärischen Umgebungsdruck expandiert werden kann, um die thermale Batterie 130 zu kühlen. Beispielsweise kann der Speicher 150 komprimierten Stickstoff, Stickstoff-angereicherte Luft, Kohlendioxid oder dergleichen enthalten. Um den Speicher 150 der inerten Zusammensetzung zu verwenden, kann die eutektische thermale Batterie 130 eine Verdampferspule 152 beinhalten, die in variablem Fluidkontakt mit dem Speicher 150 steht, beispielsweise durch ein Drosselventil 154. Während aller Betriebsmoden kann der Speicher 150 durch kontrolliertes Öffnen und Schließen des Drosselventils 154 aktiviert werden, dabei die inerte Zusammensetzung durch das Drosselventil 154 in die Verdampferspule 152 innerhalb der eutektischen thermalen Batterie 130 expandierend. Die superkalte Zusammensetzung kann dann als sehr mächtiges Kühlmittel wirken, um das Phasenwechselmaterial zu kühlen. In dieser Hinsicht friert das Phasenwechselmaterial in der eutektischen thermalen Batterie 130 typischerweise stufenweise ab, wie die latente Wärme des Schmelzens des Phasenmaterials auf den kalten Stickstoffdampf durch die Wände der Verdampferspule 152 verloren geht. Somit kann die eutektische thermale Batterie 130 aufgeladen werden, um geeignete Abkühlung der Kammern 110 zur Verfügung zu stellen. Nach dem Kühlen des Phasenwechselmaterials kann das vom Speicher 150 abgegebene Fluid aus dem Flugzeug abgegeben werden, beispielsweise über einen Luftschlauch, der die Verdampferspule 152 mit einem Reinigungsventil verbindet, das an der Flugzeugrumpfstruktur montiert ist.
  • Vorteilhafterweise muss das System 100, wenn es an Fahrzeugen wie einem Flugzeug verwendet wird, nicht notwendigerweise den Speicher 150 mit der inerten Zusammensetzung umfassen. In solchen Fällen kann das System 100 einen Speicher 150 mit einer inerten Mischung verwenden, die an Bord des Flugzeugs für andere Zwecke existiert, beispielsweise zum Verhindern einer Treibstofftankexplosion. Wie den Fachleuten wohl bekannt, wurde flüssiger Stickstoff schon immer für die Abkühlung der Bordküche in Flugzeugen verwendet. Diese Praxis ist in den letzten Jahren wegen der Kosten des Mitführens von Flüssigstickstofftanks an Bord des Flugzeuges zurückgegangen. Eine neue Forderung der Federal Aviation Administration (FAA) zum Verhindern von Treibstofftankexplosionen kann es jedoch notwendig machen, dass Flugzeuge Mittel umfassen, um die Atmosphäre in den Flugzeugtreibstofftanks zu inertisieren. In dieser Hinsicht werden Stickstoff oder Stickstoff-angereicherte Luft von vielen als der führende Kandidat für die Verwendung als Inertisierungsmittel innerhalb von Flugzeugtreibstofftanks angesehen. Somit kann ein zukünftiges Flugzeug gezwungen sein, entweder einen Boden-gestützten oder einen Flugzeug-gestützten Stickstoffspeicher oder Stickstofferzeugungseinrichtungen zu haben, welche das System 100 benützen kann, um Wärme aus dem Phasenwechselmaterial zu absorbieren.
  • Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl das Vorangegangene die Betriebsmoden des Systems 100 als abhängig von getrennten Umständen beschrieben hat, das System 100 in jedem Modus und unter jedem Umstand arbeiten kann, abhängig allein von dem thermodynamischem Status (oder der Temperatur) der ersten Kühlmittelvorrichtung 120. Beispielsweise kann das System 100 entweder im aktiven Direktmodus oder im aktiven Indirektmodus arbeiten unter Umständen, in denen das System 100 in gleicher Weise auch in dem passiven Indirektmodus arbeiten kann.
  • Es sollte ebenso verstanden werden, dass, während das System 100 die verschiedenen hier beschriebenen Elemente umfassen kann, das System 100 zusätzlich oder alternativ andere Ventile, Behälter, Demineralisierer, Akkumulatoren, Wärmetauscher, Wärmepumpen, Sensoren, andere Kreislaufflusssteuerungs- und Anzeigevorrichtungen usw. umfassen kann, wie es von dem System 100 verlangt werden kann, um die Temperatur, die Fließrate und den Druck des Kühlmittels und/oder des Phasenwechselmaterials innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen zu halten. Beispielsweise können ein oder mehrere zusätzliche Kühlmittelvorrichtungen in einem parallelen Kreislauf zu der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 vorgesehen werden und Ventile können vorgesehen werden, um die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken 40, 50 mit der/den zusätzlichen Kühlmittelvorrichtung/en anstelle der ersten Kühlmittelvorrichtung 120 in dem passiven bzw. aktiven Modus zu verbinden.
  • Somit sind das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet, eine oder mehrere Kammern abzukühlen unter Verwendung des "freien" Wärmepotentials, zur Verfügung gestellt durch die natürliche kalte Wärmesenke des Fahrzeugs oder Systems, in dem das System betrieben wird. Vorteilhafterweise können, wenn das System und das Verfahren an Bord eines Flugzeugs betrieben werden, das System und das Verfahren beispielsweise ohne die Verwendung eines Dampfkompressionszyklusluftkühlers Kammern abkühlen wie beispielsweise Bordküchenwagen auf dem Flugzeug,. Darüber hinaus stellen das System und das Verfahren von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung einen hybriden Abkühlzyklus zur Verfügung, in dem der primäre Wärmetauscher in selektiven passiven und aktiven Betriebsmoden gekühlt werden kann. Vorteilhafterweise können die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken eine gemeinsame primäre Wärmesenke kühlen, dabei passive und aktive Kühltechnologien integrierend, um eine kontinuierliche Abkühlung von Kammern wie z. B. Flugzeugbordküchenwagen zur Verfügung zu stellen.

Claims (14)

  1. Vorrichtung (10) zur wahlweisen aktiven und passiven Kühlung einer Kammer, wobei die Vorrichtung umfasst: eine primäre Wärmesenke (26), die wenigstens eine Fläche definiert, die ausgelegt ist, thermische Energie von einem Gas in der Kammer aufzunehmen, wodurch das Gas abgekühlt und die Kammer gekühlt wird; eine erste Kühlmittelwärmesenke (40) in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26), wobei die erste Kühlmittelwärmesenke (40) wenigstens einen Durchgang (42) zum Zirkulierenlassen eines Kühlmittels definiert, so dass das Kühlmittel ausgelegt ist, um die primäre Wärmesenke (26) zu kühlen; wenigstens eine Wärmepumpe (60) in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26), wobei die Wärmepumpe ausgelegt ist, um die primäre Wärmesenke (26) zu kühlen; eine zweite Kühlmittelwärmesenke (50) über die Wärmepumpe (60) in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26), wobei die zweite Kühlmittelwärmesenke (50) wenigstens einen Durchgang (50) zum Zirkulierenlassen eines Kühlmittels definiert, so dass das Kühlmittel ausgelegt ist, um thermische Energie aus der primären Wärmesenke (26) über die Wärmepumpe (60) aufzunehmen; und wenigstens ein Kühlmittelkreislauf (L1, L2), der mit den Durchgängen (42, 52), die von der ersten (40) und zweiten (50) Kühlmittelwärmesenke definiert sind, fluidisch verbunden ist, und wenigstens eine Pumpe (140, 142), die ausgelegt ist, das Kühlmittel durch den wenigstens einen Kühlmittelkreislauf (L1, L2) und die erste und zweite Kühlmittelwärmesenke (40, 50) zirkulieren zu lassen; gekennzeichnet durch: wenigstens eine Kühlvorrichtung (120, 130), wobei der Kühlmittelkreislauf (L1, L2) in thermischer Kommunikation mit der wenigstens einen Kühlvorrichtung (120, 130) steht, so dass die wenigstens eine Kühlvorrichtung (120, 130) ausgelegt ist, um das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf (L1, L2) zu kühlen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Kühlvorrichtung (120, 130), ausgelegt ist, Wärme in eine Kühlsenke abzuführen, wobei die Kühlsenke wenigstens einen Teil einer Flugzeugrumpfhülle umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Kühlvorrichtung (120, 130) eine eutektische thermische Batterie (130) ist.
  4. System nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Speicher eines komprimierten Fluids, das ausgelegt ist, um expandiert zu werden und dadurch die thermische Batterie (130) zu kühlen.
  5. System nach Anspruch 3 oder 4, wobei die eutektische thermische Batterie (130) thermisch mit einer zweiten Kühlvorrichtung verbunden ist, so dass die eutektische thermische Batterie (130) ausgelegt ist, um von der zweiten Kühlvorrichtung wieder aufgeladen zu werden.
  6. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmepumpe (60) wenigstens eine aus der Gruppe ist, die aus thermoionischen Vorrichtungen, thermoelektrischen Vorrichtungen und thermoelektrisch-thermionischen Hybridvorrichtungen besteht, und wobei die Wärmepumpe (60) ausgelegt ist, um aktiv thermische Energie aus der primären Wärmesenke zu der zweiten Kühlmittelwärmesenke zu übertragen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens eine Fläche der primären Wärmesenke (26) eine Vielzahl von langen und dünnen Lamellen (34) definiert, die sich von der primären Wärmesenke (26) erheben und ausgelegt sind, das Gas in der Kammer zu kontaktieren und von diesem thermische Energie aufzunehmen.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die primäre Wärmesenke (26) ein Basisteil (30) umfasst, das eine Dampfkammer definiert.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die primäre Wärmesenke (26) ein Basisteil (30) mit wenigstens einer darin eingebetteten Wärmepumpe umfasst.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend wenigstens ein Gebläse (22), das ausgelegt ist, das Gas in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26) zirkulieren zu lassen, wobei die primäre Wärmesenke (26) erwärmt und das Gas gekühlt wird.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um wahlweise im passiven und aktiven Modus zu arbeiten, wobei der passive Modus dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelwärmesenke (40) zirkuliert, so dass thermische Energie von der primären Wärmesenke (26) zu dem Kühlmittel übertragen wird, und wobei der aktive Modus dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke (50) zirkuliert und die wenigstens eine Wärmepumpe (60) in Betrieb ist, so dass thermische Energie von der primären Wärmesenke (26) über die Wärmepumpe (60) zu dem Kühlmittel übertragen wird.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das System ausgelegt ist, um die Kammer in dem passiven Modus auf eine Temperatur unter ungefähr 7°C und in dem aktiven Modus unter ungefähr 0°C zu kühlen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die wenigstens eine Kühlvorrichtung (120, 130) eine erste und zweite Kühlvorrichtung (120, 130) in wahlweiser Fluid-Kommunikation mit den Durchgängen (42, 52), die von der ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenke (40, 50) definiert sind, umfasst, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um wahlweise in direktem und indirektem passiven Modus und direktem und indirektem aktiven Modus zu arbeiten, wobei der direkte passive Modus dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelwärmesenke (40) und die erste Kühlvorrichtung (120) zirkuliert, der indirekte passive Modus dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelwärmesenke (40) und die zweite Kühlvorrichtung (130) zirkuliert, der direkte aktive Modus dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke (50) und die erste Kühlvorrichtung (120) zirkuliert und der indirekte aktive Modus dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelwärmesenke (50) und die zweite Kühlvorrichtung (130) zirkuliert.
  14. Verfahren zum wahlweise Kühlen einer Kammer im passiven und aktiven Modus, wobei das Verfahren umfasst: Absorbieren von thermischer Energie aus einem Gas in der Kammer durch eine primäre Wärmesenke (26), wobei das Gas abgekühlt und die Kammer gekühlt wird; Kühlen der primären Wärmesenke (26) in dem passiven Modus durch Betreiben wenigstens einer Pumpe (140, 142), um ein Kühlmittel durch wenigstens einen Kühlmittelkreislauf (L1, L2) zirkulieren zu lassen, der einen ersten Durchgang (42) in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26) umfasst, wodurch aus der Kammer thermische Wärme zu dem Kühlmittel in dem ersten Durchgang (72) abgeführt wird, und Kühlen der primären Wärmesenke (26) in dem aktiven Modus durch Betreiben einer Wärmepumpe (60) in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26) und Zirkulierenlassen des Kühlmittels durch den wenigstens einen Kühlmittelkreislauf (L1, L2), der einen zweiten Durchgang (52) in thermischer Kommunikation mit der primären Wärmesenke (26) umfasst mittels Wärmepumpe (60), wodurch thermische Wärme an das Kühlmittel in dem zweiten Durchgang (52) abgeführt wird; dadurch gekennzeichnet dass: der Schritt des Zirkulierenlassens des Kühlmittels durch den wenigstens einen Kühlmittelkreislauf (L1, L2) ferner das Zirkulierenlassen des Kühlmittels durch wenigstens eine Kühlvorrichtung (120, 130) umfasst, um das Kühlmittel zu kühlen.
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