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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.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN
DER ZEICHNUNGEN
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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:
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1 eine
perspektivische Ansicht ist, die eine Vorrichtung zum Abkühlen einer
Kammer gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, die
die erste Seite der Vorrichtung zeigt;
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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;
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4 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, die
die zweite Seite der Vorrichtung zeigt;
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5 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, gesehen
von der rechten Seite von 4;
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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;
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7 eine
perspektivische Ansicht der primären
Wärmesenke
und der Schaumeinsätze
der Vorrichtung von 1 ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht der primären
Wärmesenke
und der ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken
der Vorrichtung von 1 ist;
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9 eine
perspektivische Ansicht der ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken der Vorrichtung von 1 ist;
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10 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1 ist, dargestellt
ohne die ersten und zweiten Kühlmittelwärmesenken;
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11 eine
perspektivische Ansicht der primären
Wärmesenke,
der Schaumeinsätze
und der Frontplatte der Vorrichtung von 1 ist;
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12 eine
perspektivische Ansicht der primären
Wärmesenke
und der Frontplatte der Vorrichtung von 1 ist;
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13 ein
Schemadiagramm ist, welches ein System zum Abkühlen einer Kammer gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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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.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugnehmend
auf die 1–12 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.
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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.
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Eine
primäre
Wärmesenke
der Vorrichtung 10, dargestellt in den 3–5,
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 6–8 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 6–8,
stabförmige
Elemente oder andere Lamellenformen, die in konventionellen Wärmetauschervorrichtungen
benutzt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.