JP2010509117A - 飛行機搭載の冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、飛行機、とくに旅客機に搭載する冷却装置に関する。冷却装置（２０）は冷却液が貫流するよう構成した熱交換器（２６）であって、冷却装置（２０）の冷却室（３４）を冷却液の温度まで予冷却する該熱交換器（２６）を備え、この熱交換器（２６）は熱伝達するよう冷媒（２８）と結合させ、この冷媒（２８）は冷却装置（２０）の冷却室（３４）に熱接触して、冷却室（３４）を前記冷却液の温度以下の温度まで冷却するようにし、熱交換器（２６）および冷媒（２８）を、冷却装置（２０）の冷却室（３４）内部に配置し、また熱交換器（２６）は飛行機搭載の冷却液供給システムに接続するよう構成する。

Description

本発明は飛行機、特に旅客機内に搭載するための冷却装置に関する。

ある種の食品、例えば魚またはアイスクリームは、とくに長距離フライト中、消費用に準備するまで冷却または冷凍しておかなければならない。これは食物に限らず、乗客のために緊急時提供を目的とする医薬または他の医療調合剤も同様である。

冷却設備は旅客機内における冷却または冷凍用に設け、通常これらは、飛行機の電源に接続する。これらの冷却設備は、冷凍サイクルプロセスの既知の原理に基づいて稼働する。この種のプロセスにおいては、冷却剤は、液体から気体へおよび気体から液体へその集合状態を周期的に変化する。集合状態が液体から気体へ変化するとき、冷却剤は熱エネルギーを吸収するとともに、変化が気体から液体へ起こるときは熱エネルギーを放出する。従来の圧縮型冷凍機の略図を図１に示す。

従来の圧縮型冷凍機１０においては、気体冷媒をまずコンプレッサ１９によって圧縮する。続いて、コンデンサ１７内で凝縮（液化）するとともに、熱を放出する。ノズル１６は、エバポレータ１４内で液化冷媒を膨張させる、この場合蒸発するとともに、熱を吸収する。エバポレータ１４によって得られる冷却能力により、熱は冷却隔室１１内の空気から奪取される。サイクルはここで終了し、コンプレッサ１９内で再開することができる。このプロセスを継続するために、エネルギーを外部からコンプレッサ１９に供給しなければならない。

冷却隔室１１内の熱伝達および温度分布を改善するために、ファン１５を用いる。他のファン１８は、空気流入口１２から外気を吸引し、この外気をコンデンサ１７により放出された熱によって加熱する。この加熱された空気は、空気流出口１３を経て、ファン１８を介して周囲に排出される。

図１に示した圧縮型冷凍機には多くのコンポーネントを要するために、比較的大きな構造上のスペースが必要となり、これは特に旅客機内搭載に不利である。またこれらの圧縮型冷凍機は比較的重く、コンプレッサが断続的に稼働するために振動および騒音を生ずる。さらに、冷却隔室１１から奪取する熱は冷却設備の周りの空気へ放出される。したがって、調理室内に狭く閉ざされた押し込み隔室内にこの種の冷却装置を設置するとき、冷却装置のオーバーヒートおよび周囲の過剰な加熱を防ぐために、一定量の換気を保証しなければならない。このため、比較的大きな構造上のスペースを費やして、大抵すし詰め状態にのみ統合することできる、吸気システムを提供する必要がある。

特許文献１（国際公開第２００４／０７１２３９号）は飛行機または列車内で用いるサービス台車のための冷却ユニットを開示している。この冷却ユニットは断熱材料内部に位置するペルチェ冷却素子を備え、この断熱材料は台車の引き出しを、引き出しの後方壁および断熱材料によって規定される前方冷却セクションおよび後方媒介セクションに分割する。ペルチェ冷却素子の各端子は熱伝達するよう熱交換器に接続する。ペルチェ冷却素子はサービス台車の引き出しの冷却セクションの冷却を提供する。各冷却セクションおよび中間セクション内に、ファンを設けて、中間セクション内では比較的暖かい空気を、冷却セクション内では比較的冷たい空気を循環させる。サービス台車を旅客機の調理室内に停めているとき、引き出しの後方壁の開口部は調理室の壁の開口部に合わせる。引き出しの中間セクションからの暖かい空気は壁開口部を通じて中央空気循環システム中へ循環させる。

特に自動車用のクーラーのための、熱電冷却装置が特許文献２（独国特許出願公開第３６，３９，０８９号）に記載されている。熱電冷却装置は少なくとも１個のペルチェ・ブロックを有する。ペルチェ・ブロックの暖サイドを熱伝達するよう第１熱交換器に接続し、この第１熱交換器を介して冷却液供給回路からの冷却液を循環させ、ペルチェ・ブロックの冷サイドをリブ付きの復熱器に熱接触させ、この復熱器は、冷却すべき空気を循環させるフローチャネルの総断面積を占める。この後、冷却した空気をファンによりクーラーの冷却空間内に放出する。冷却液供給回路には、冷却液を冷却するための第３熱交換器を設ける。第１熱交換器およびリブ付き復熱器の双方ともクーラーの冷却空間の外部に配置する。

国際公開第２００４／０７１２３９号パンフレット 独国特許出願公開第３６，３９，０８９号明細書

したがって、本発明は、構造的空間をあまり要さず、容易に設置でき、冷却装置周囲の空気を換気する必要がない、飛行機内搭載用冷却装置を得ることを目的とする。

この目的は、飛行機、特に旅客機に搭載する本発明冷却装置によって達成することができ、本発明冷却装置は、冷却液が貫流するよう構成して、冷却装置の冷却室を冷却液の温度まで予冷却する熱交換を備え、この熱交換器は熱伝達するよう冷媒に結合し、この冷媒を冷却装置の冷却室に熱接触させ、この冷却室を冷却液の温度以下の温度まで冷却するようにし、この熱交換器および冷媒を冷却装置の冷却室内に配置し、またこの熱交換器は飛行機搭載の冷却液供給システムに接続するよう構成としたことを特徴とする。

冷却装置内に配置し、冷却液を流すことができる熱交換器は、冷却装置の冷却室内の空気から熱を奪取し、これにより冷却室を冷却する。さらに、冷却装置の冷却室に熱接触する冷媒は、熱伝達するよう熱交換器に結合するので、冷却装置の冷却室内の空気は、冷却液の温度より低い温度まで冷却することができる。熱交換器は飛行機搭載の冷却液供給システムと接続するよう構成するので、この供給システムによって供給される冷却液を用いて、冷却装置の冷却室から奪取した熱を消散することができる。この結果、設置するのが複雑であり、従来の圧縮型冷凍機における換気に必要である吸気システムを回避することができる。したがって、冷却装置は空間を節約して設置することができ、調理室の押し込み隔室内に構造上の高額なコストを費やす必要がない。熱交換器および冷媒は冷却装置の冷却室内部に配置するので、熱交換器を介しての、冷却装置の冷却室内における空気の十分な予冷却、および熱交換器を介しての、冷却液流温度レベル以下までの空気のさらなる冷却を達成することができる。さらに、冷却液は熱交換器を流れる。冷却液はその高い熱容量による高いエネルギー密度を有する。その結果、冷却液は、より多くの単位体積当たりのエネルギー（熱）を吸収および消散することができる。さらにまた、熱交換器の密集構成の観点から満たすべき必要条件を低くすることができる。

本発明の好適な実施形態によれば、冷媒をペルチェ冷却素子とする。ペルチェ冷却素子の暖サイドが冷却液を流すことができる熱交換器によって冷却される場合、ペルチェ冷却素子の冷サイドはさらに冷却され、ペルチェ冷却素子に用いる材料および印加電流に従って、ペルチェ冷却素子の両サイド間に大きな温度差を生じる。この種のペルチェ冷却素子は極めて構成簡単かつ省スペースで設置することができ、所望温度差を生成するために単１個の電力接続部のみで済む。

本発明の他の好適な実施形態によれば、熱交換器は冷却液の流入接続部および流出接続部を介して、飛行機搭載のラインシステムに接続することができる。この飛行機搭載のラインシステムは冷却装置の冷却液を供給する。ライン接続部は比較的小さい構造上の空間（スペース）で済み、また熱はいわゆる冷却バスを介して消散する。その結果、飛行機の客室から隔絶した小さい隔室内に冷却装置を設置することが可能となる。

好適には、熱交換器は、対向流の原理に基づいて形成し、この構成によれば、冷却効果に関する熱交換器の効率の増加をもたらす。

本発明の好適な実施形態によれば、熱交換器は、この熱交換器を経て流れる冷却液の流量を絞るスロットル素子を備える。好適には、制御バルブとして形成するこのスロットル素子により、冷却装置の冷却室内を特定温度に設定することができる。

本発明の他の実施形態によれば、このスロットル素子を流出接続部に配置する。

さらに、本発明の好適な実施形態によれば、ファンを冷却装置の冷却室内に配置する。このファンは冷却室内の空気を循環させ、その結果、冷媒ならびに熱交換器に対する熱伝達を改善し、冷却装置の冷却室内の温度分布をより均一にすることができる。

本発明のさらに他の好適な実施形態によれば、冷却液は冷却装置の稼働中に相転移をしない。エネルギーは各相転移の際に吸収または放出され、これに続いて冷却液の初期相状態を再度元の相状態にするために相転移が必要となるので、相転移しないことによれば、冷却装置はよりエネルギーを節約して動作させることができる。さらに、エネルギーの一形態を別のエネルギー形態に完全に変換することはできず、したがって、冷却液が相転移をする冷却システムは、それぞれ冷却サイクル終了後に、外部からエネルギーを供給しなければならない。この追加のエネルギーは本発明の好適実施形態による冷却装置の場合は必要でない。

本発明の他の実施形態によれば、熱交換器および冷媒は、冷却室を０゜Ｃ以下の温度まで冷却することができるよう構成する。この構成によれば、冷却装置を用いて、食物、および他の製品、例えば長距離フライト中における乗客への緊急供与として利用可能としなければならない、医薬品を冷凍することができる。
以下に好適な実施形態を表す線図的図面につき、本発明の例示的な好適な実施形態を説明する。

従来の圧縮型の冷凍機を示す。 本発明の好適な実施形態による冷却装置を示す。 図２の冷却装置に用いることができ、また対向流の原理に従って構成する熱交換器の図である。

図２に示す冷却装置２０は冷却室３４を備え、この冷却室３４内には、熱交換器２６、および冷媒２８、例えばペルチェ冷却素子を配置する。熱交換器２６は熱伝達の方法でペルチェ素子２８に結合する。熱交換器２６は、流入接続部２２および流出接続部２４を介して、飛行機上に搭載するラインシステム（図示せず）に接続する。ラインシステムによって供給する冷却液は、このようにして熱交換器内を通過して流れることができる。この実施形態で用いる冷却液の温度は通常０℃以下に保つ。

スロットル素子３２、例えば制御バルブを流出口２４に配置し、この素子は熱交換器２６内を流れる冷却液の流量を制御する。さらに、ファン３０を冷却室３４内に設けて空気を循環させ、熱交換器２６および冷媒２８に対する熱伝達を改善し、また冷却装置２０の冷却室３４内でのより均一な温度分布を生ずるようにする。

冷却液を流すことができる熱交換器２６は、冷却室３４内の空気の予冷却を保証するとともに、冷却室３４内の温度レベルをペルチェ冷却素子２８によって一層低くすることができる。その結果、冷却室内の温度を、冷凍製品、例えば食物または薬を冷凍するのに十分な温度にすることができる。

冷却装置２０は開冷却回路を有するので、冷却の際に放出される熱は冷却バスを介し冷却液を通じて消失することができる。冷却装置２０は、したがって、冷凍機によって発生する熱を、冷却液の集合状態変化を考慮した個別の吸引システムを通じて消散させなければならない閉冷却回路を備える冷凍機を必要としない。冷却バスのライン接続部２２，２４は、図１に示した従来の圧縮型の冷凍機を比較して小さい構造上のスペースしか要さない。冷却装置２０は、したがって、飛行機の客室から隔絶した小さい隔室に設置することができる。

図３は、図２の冷却装置２０に用いることができる熱交換器２６’を示す。図３の熱交換器２６’は対向流の原理に基づいて構成する。

熱交換器２６’は、飛行機上搭載した冷却液供給システムからの冷却液を一方向（図３では左から右）に流す上側の第１導管、および冷却すべき空気をその反対方向（図３では右から左）に流す第２導管、を備える。ペルチェ冷却素子２８’を第２導管内に配置し、熱交換器２６’に熱的に接触させる。金属シートによるジグザク構成にした部分のような、手段２７’を、第１導管に設け、この第１導管を経る冷却液流によって生じるいかなる乱流をも回避する、または少なくとも減少するようにする。冷却フィン２９’を第２導管内に配置して、ペルチェ冷却素子によって供給される冷却パワーをより均一に分布させるよう、および冷却すべき流入空気を第２導管内に滞留する期間を増大させるようにする。ファン３０’をも設けて、第２導管を経る空気流、ひいては図２の冷却装置２０の冷却室３４内での空気循環を促進させるようにする。図３に示した組立体全体を図２の冷却装置２０の冷却室３４内に配置することができる。さらに、制御バルブのような、スロットル素子３２を流出接続部（図３の第１導管の右側）に配置し、熱交換器２６’の第１導管を経て流れる冷却液の流量を制御することができる。

Claims (10)

1. 飛行機、とくに旅客機に搭載する冷却装置（２０）において、冷却液が貫流するよう構成して、前記冷却装置（２０）の冷却室（３４）を前記冷却液の温度まで予冷却する、熱交換器（２６）を備え、この熱交換器（２６）は熱伝達するよう冷媒（２８）に結合し、この冷媒（２８）を前記冷却装置（２０）の冷却室（３４）に熱接触させ、この冷却室（３４）を前記冷却液の温度以下の温度まで冷却するようにし、前記熱交換器（２６）および前記冷媒（２８）を前記冷却装置（２０）の前記冷却室（３４）内に配置し、また前記熱交換器（２６）は前記飛行機搭載の冷却液供給システムに接続する構成としたことを特徴とする、冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置において、前記冷媒（２８）をペルチェ冷却素子としたことを特徴とする冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の冷却装置において、前記熱交換器（２６）に、前記飛行機搭載のラインシステムに接続するための前記冷却液の流入接続部（２２）および流出接続部（２４）を設けたことを特徴とする冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置において、前記熱交換器（２６）は対向流の原理に基づいて構成したことを特徴とする冷却装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置において、前記熱交換器（２６）は、この熱交換器（２６）を経て流れる冷却液の流量を絞るためのスロットル素子（３２）を備えたことを特徴とする冷却装置。
6. 請求項５に記載の冷却装置において、前記スロットル素子（３２）を制御バルブとしたことを特徴とする冷却装置。
7. 請求項５または６に記載の冷却装置において、これらが請求項３に従属する限りにおいて、前記スロットル素子（３２）を流出接続部（２４）に配置したことを特徴とする冷却装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却装置において、ファン（３０）を前記冷却室（３４）内に配置したことを特徴とする冷却装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却装置において、前記冷却液は該冷却装置の稼働中に相転移をしないことを特徴とする冷却装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却装置において、前記熱交換器（２６）および前記冷媒（２８）は、前記冷却室（３４）を０゜Ｃ以下の温度まで冷却することができるように構成したことを特徴とする冷却装置。

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