JP2010512273A - 冗長的航空機コンポーネント用の、冗長的航空機冷却システム - Google Patents

Abstract

本発明による航空機冷却システム（１）は、少なくとも１個の第１熱負荷（２ａ）を冷却する第１冷却剤流４ａと、少なくとも１個の第２熱負荷（２ｂ）を冷却する第２冷却剤流（４ｂ）とを有し、該航空機冷却システム（１）は、第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）が相互に熱的に結合するよう形成する。第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）は、相互に冗長的な２個の航空機コンポーネントによって形成する。第３冷却剤流（１２）は、第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）をともに熱的に結合する。第３冷却剤流（１２）はヒートシンク（１６）によって冷却することができる。

Description

本発明は、冗長的航空機コンポーネント用の、冗長的航空機冷却システムに関する。

例えば電子機器のような安全性に関わる航空機のコンポーネントは、例えば二重に設置されるなど冗長設計により航空機内に設置される。電子機器は熱を放出するので冷却しなければならない。そのために好適には、電子機器を冷却板上に配置し、またいわゆる電子キャビネット内に収容する。１個または複数個のポンプにより循環させ、また熱交換器または他のヒートシンク内で冷却される冷却剤を、冷却板に流通させる。電子コンポーネントは冗長的に設置されるので、１個の冷却デバイスが故障した場合も安全に航行を継続することを確実にするために、冗長的冷却もまた必要である。そのため個別の冷却デバイスを、冗長的電子機器にそれぞれ関連付けて設ける。例えば漏損により冷却デバイスが故障した場合、この冷却デバイスにより冷却される電子デバイスはそれ以上動作させることはできない。このため、冗長設計で使用される電子機器により航行を継続できる一方で、安全上の理由でそれ以上新たな離陸することができず、航空機の運航を制限してしまう。結果として航空機の利用可能性が低下する。

本発明の目的は、冗長的航空機コンポーネント用の、冗長的航空機冷却システムを提供することである。

この目的は、少なくとも１個の第１熱負荷を冷却する第１冷却剤流および少なくとも１個の第２熱負荷を冷却する第２冷却剤流を有する冷却システムにより達成され、その航空機冷却システムは、第１熱負荷および第２熱負荷が熱的に相互に連結するよう構成することを特徴とする。第１熱負荷および第２熱負荷は、相互に冗長的な２個の航空機コンポーネントによって生じうる。第１冷却剤流および第２冷却剤流は、個別の空調機により生成する。そのため、２個の冗長的冷却剤流が利用可能である。これら冷却剤流のうち一方に障害が生じた場合、２個の熱負荷はともに熱的に結合しているため、双方の熱負荷は障害を生じていない冷却剤流により冷却される。これにより、航空機の運航をより確実にすることができる。第１熱負荷と第２熱負荷との間の熱的結合は、機械的な結合により実現できる。第１冷却剤流および第２冷却剤流は、それぞれ回路として構成し、これら回路内で冷却剤は常に液体の状態であるものとする。

航空機冷却システムは、第１冷却剤流および第２冷却剤流が、第１熱負荷および第２熱負荷を順次に冷却するよう構成することができる。このとくに構成簡単な実施形態において、第１熱負荷および第２熱負荷は、直列的に接続して配置し、第１冷却剤流および第２冷却剤流は、第１熱負荷および第２熱負荷を順次に冷却する。２個の冷却剤流のうち一方に障害を生じた場合、この実施形態において、第１熱負荷および第２熱負荷はともに冷却され、航空機をより安全に運航することができる。

航空機冷却システムには、第１熱負荷および第２熱負荷をともに熱的に結合する第３冷却剤流を設けることができる。この結果、第１熱負荷から第２熱負荷へのとくに効果的な熱的結合が得られる。第３冷却剤流は冷却剤回路として構成することができる。第３冷却剤流は、常に液体の状態とすることができる。冷却剤ポンプを冷却剤回路内に設けることができる。しかし、第３冷却剤流の流れは、受動的手段で生ずるようにすることもできる。

第３冷却剤流はヒートシンクにより冷却できる。ヒートシンクは熱交換器として構成できる。第３冷却剤流は、また、冷却装置により冷却することもできる。この場合、第３冷却剤流は圧縮機、凝縮器、および蒸発器内を通過することができる。その場合、冷却剤は少なくとも１個の熱負荷により蒸発し、凝縮器はヒートシンクを形成する。第３冷却剤流は、さらに、ヒートシンク内の冷却のための冷却過程にある蒸発器と熱的に結合することもできる。このヒートシンクとして、例えば航空機空調システムが挙げられる。ヒートシンクはまた、航空機の外側スキン（外殻）により構成することもできる。

航空機冷却システムは、第３冷却剤流がヒートシンクを通過した後、第１および第２熱負荷を並列的に冷却するように構成することができる。この結果、とくに効果的で安全な、第１および第２熱負荷の冗長的冷却が得られる。例えば第１冷却流に障害を生じた場合、第１熱負荷は第３冷却剤流により、第２熱負荷は第２冷却剤流により冷却される。一方で、第２冷却剤流に障害を生じた場合、第１熱負荷は第１冷却剤流により、第２熱負荷は第３冷却剤流により確実に冷却される。この航空機冷却システムによれば、冷却剤流のうち一方に障害を生じても、航空機を離陸させることが可能となる。

航空機冷却システムは、第１冷却剤流または第２冷却剤流とは異なる冷却方法で第３冷却剤流を冷却するよう構成することができる。また、各冷却剤流をそれぞれ互いに異なる冷却方法により冷却できる。第１、第２、および／または第３冷却剤流を生ずる複数の互いに異なる冷却方法を用いて、航空機冷却システムの障害に対する安全性はさらに向上する。例えば各場合において、第１および第２冷却剤流をラムエアチャネル内に配置した熱交換器により冷却する。第３冷却剤流は、航空機のビルジ領域内に配置した熱交換器により冷却できる。ビルジ領域とは、航空機胴体の最下端領域である。この領域は断熱されておらず、空調されてもいない。そのためとくに構成簡単な方法により、ビルジ領域内にヒートシンクを設けることができる。

例えば双方のラムエアチャネルが汚れで目詰まりした場合にも、航空機のビルジ領域内に配置した熱交換器により冷却される第３冷却剤流を通して、第１熱負荷および第２熱負荷を冷却することができる。

第１熱負荷および第２熱負荷は電子機器とすることができる。第１熱負荷となる電子機器は、第２熱負荷となる電子機器と相互に冗長的なものとなりうる。

本発明は、さらに、第１熱負荷を第１冷却剤流により冷却するステップと、第２熱負荷を第２冷却剤流により冷却するステップと、第１熱負荷を第２熱負荷に対して熱的に結合するステップとを有することを特徴とする航空機コンポーネントの冷却方法にも関する。第１熱負荷および第２熱負荷は、相互に冗長的な航空機コンポーネントにより生じうる。第１熱負荷および第２熱負荷は、第３冷却剤流を介して熱的に結合することができる。第３冷却剤流はヒートシンクにより冷却できる。

以下に、本発明を、図面につきより詳細に本発明を説明する。

本発明による航空機冷却システムを示す。

本発明による航空機冷却システムは、第１電子機器により生じる第１熱負荷２ａ、第２電子機器により生じる第２熱負荷２ｂを冷却する。第１冷却剤流４ａは、第１熱負荷２ａを冷却し、第２冷却剤流４ｂは第２熱負荷２ｂを冷却する。第１冷却剤流４ａおよび第２冷却剤流４ｂは、それぞれの回路内で常に液体の状態で循環する。

冷却する電子機器は、冷却剤流が通過するいわゆる冷却板上に配置される。そのため、冷却板は熱交換器として機能する。複数の電子機器は、いわゆる電子キャビネット内に収容できる。

第1熱交換器６ａは第1ラムエアチャネル８ａ内に設置する。第1ポンプ１０ａは、第1冷却剤流４ａを第1熱交換器６ａに通過させて冷却し、次に第1熱負荷２ａを冷却するため第1熱負荷２ａに流入させる。第２熱交換器６ｂは第２ラムエアチャネル８ｂ内に配置する。したがって、第1熱交換器６ａおよび第２熱交換器６ｂはヒートシンクとして機能する。第２ポンプ１０ｂは、第２冷却剤流４ｂを第２熱交換器６ｂに通過させて、第２熱負荷２ｂを冷却する。次に第２冷却剤流４ｂを第２熱負荷２ｂに通過させて冷却する。

第１熱負荷２ａを生じる第１電子機器は、第２熱負荷２ｂを生じる第２電子機器と相互に冗長的なものとする。例えば、第１ポンプ１０ａが故障、または第１ラムエアチャネルが目詰まりしていることなどが原因で、第１冷却剤流４ａに障害を生じた場合、第１熱負荷２ａを生じる第１電子機器はそれ以上正常に動作することができない。第２熱負荷２ｂを生じる第２電子機器は、第１電子機器と相互に冗長的であるため、航空機は既に開始した飛行を継続できる。第１冷却剤流４ａが離陸前に故障した場合は、第２電子機器と相互に冗長的である第１電子機器が正常に動作できないため、航空機は離陸できない。電子機器は安全性に関わる機能を実行することが多いため、各電子機器に対して相互に冗長的な電子機器が離陸時に動作可能であることが保証されている必要がある。電子機器の動作可能性には、その冷却システムの動作可能性も含まれる。

本発明は、第１熱負荷２ａを第２熱負荷２ｂに熱的に結合することを提案する。図１に示す実施形態において、第１熱負荷２ａを、第２熱負荷２ｂに対して第３冷却剤流１２によって結合する。第１冷却剤流４ａまたは第２冷却剤流４ｂに障害を生じた場合、第３冷却剤流１２は、障害を生じていない冷却剤流４ａまたは４ｂにより熱負荷２ａおよび２ｂの双方をともに冷却するのを確実にする。

第３冷却剤流１２は第３熱交換器１６により冷却できる。第３冷却剤流１２は、常に液体の状態とすることができる。第３熱交換器１６は、例えば航空機のビルジ領域内に設置できる。用語「ビルジ」は、航空機胴体の最下層領域を示し、そこは断熱および空調がされていない。例えば、第３熱交換器１６は、航空機の外側スキン（外殻）を介して第３冷却剤流１２を冷却できる。第１冷却剤流４ａおよび第２冷却剤流４ｂを冷却するための冷却方法とは全く異なる冷却方法を使用して、第３冷却剤流１２を冷却するため、とくに安全性の高い冗長的航空機冷却システム１が得られる。第３ポンプ１４は、第３冷却剤流を第３熱交換器１６にポンプ送給する。このとき、第３冷却剤流１２は分岐し、第１熱負荷２ａおよび第２熱負荷２ｂを冷却する。第３熱交換器１６は、さらに、客室の排気により第３冷却剤流１２を冷却することもできる。

第１冷却剤流４ａに障害を生じた場合、第１熱負荷は第３冷却剤流１２により冷却される。第２熱負荷２ｂは、第３冷却剤流および第２冷却剤流４ｂの双方により冷却される。第１冷却剤流４ａが故障した場合も、第２冷却剤流４ｂおよび第３冷却剤流１２が第１電子機器および第２電子機器の冷却を継続することができるため、航空機はすでに開始した航行を継続することができると考える。本発明による実施形態において、第１電子機器により生じる熱負荷２ａおよび第２電子機器により生じる熱負荷２ｂは、冷却剤流のうち一方に障害を生じた場合にさえ、２個の相互に独立した冷却剤流により冷却されるため、このような障害発生時にさえ航空機は離陸することができる。

したがって、本発明は航空機の安全性および利用可能性を向上させる。

Claims (14)

1. 航空機冷却システム（１）であって、
   ・少なくとも１個の第１熱負荷（２ａ）を冷却する第１冷却剤流（４ａ）と、
   ・少なくとも１個の第２熱負荷（２ｂ）を冷却する第２冷却剤流（４ｂ）と、を有し、 前記第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）が、相互に冗長的な２個の航空機コンポーネントによって生ずるものとした、該航空機冷却システム（１）において、
   前記第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）を、双方向的かつ熱的に相互結合したことを特徴とする、航空機冷却システム。
2. 請求項１に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第１冷却剤流（４ａ）および第２冷却剤流（４ｂ）が第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）を順次に冷却するように、該航空機冷却システム（１）を構成したことを特徴とする航空機冷却システム。
3. 請求項１または２に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）の双方を熱的に結合する第３冷却剤流（１２）を設けたこと特徴とする航空機冷却システム 。
4. 請求項３に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第３冷却剤流（１２）を冷却剤回路として設けたことを特徴とする航空機冷却システム。
5. 請求項３または４に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第３冷却剤流（１２）をヒートシンク（１６）により冷却することを特徴とする航空機冷却システム。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第３冷却剤流がヒートシンク（１６）を通過した後、第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）を並列的に冷却するよう構成したことを特徴とする航空機冷却システム。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第１冷却剤流（４ａ）または第２冷却剤流（４ｂ）を冷却するための冷却方法とは全く異なる冷却方法で、第３冷却剤流を冷却するよう構成したことを特徴とする航空機冷却システム。
8. 請求項３〜７のいずれか一項に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第１冷却剤流（４ａ）および第２冷却剤流（４ｂ）を、それぞれラムエアチャネル（８ａ，８ｂ）内に配置した熱交換器（６ａ，６ｂ）により冷却し、第３冷却剤流を航空機のビルジ領域内に配置した熱交換器（１６）により冷却することを特徴とする航空機冷却システム。
9. 請求項３〜７のいずれか一項に記載の航空機冷却システム（１）において、
   第３冷却剤流（１２）を航空機外側スキンによる熱交換器（１６）により冷却することを特徴とする航空機冷却システム。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の航空機冷却システム（１）において、
    第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）を電子機器としたことを特徴とする航空機冷却システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の航空機冷却システム（１）において、
    第１冷却剤流（２ａ）、第２冷却剤流（２ｂ）、および第３冷却剤流（１２）は常に液体の状態としたことを特徴とする航空機冷却システム。
12. 少なくとも２個の冗長的な航空機コンポーネントを冷却する方法において、
    ・第１航空機コンポーネントにより生じる第１熱負荷（２ａ）を、第１冷却剤流（４ａ）により冷却するステップと、
    ・第１航空機コンポーネントと冗長的な第２航空機コンポーネントにより生じる第２熱負荷（２ｂ）を、第２冷却剤流（４ｂ）により冷却するステップと、
    ・第１熱負荷（２ａ）を第２熱負荷（２ｂ）に対して双方向的かつ熱的に結合するステップと、を有することを特徴とする冷却方法。
13. 請求項１２に記載の航空機コンポーネント冷却方法において、
    第１熱負荷（２ａ）および第２熱負荷（２ｂ）を、第３冷却剤流（１２）を介して熱的に結合することを特徴とする冷却方法。
14. 請求項１３に記載の航空機コンポーネント冷却方法において、
    ヒートシンク（１６）により第３冷却剤流（１２）を冷却することを特徴とする冷却方法。

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