飛機(jī)廚房冷卻的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本申請(qǐng)描述了提供飛機(jī)廚房冷卻的新穎的方法和裝置。該飛機(jī)廚房通過中央飛機(jī)冷卻通道被冷卻，中央飛機(jī)冷卻通道包括相變冷卻系統(tǒng)(114)和沖擊空氣熱交換器(120)。
【專利說明】飛機(jī)廚房冷卻的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可配置的冷卻裝置，并且更具體地，涉及用于冷卻一個(gè)或多個(gè)飛機(jī)廚房建筑物的熱交換器管路。
【背景技術(shù)】
[0002]廚房在私人或者商用飛機(jī)中是非常普遍的。這些區(qū)域?yàn)樵陂L(zhǎng)距離飛行的乘客儲(chǔ)存食物和飲料，并已經(jīng)成為航空公司的主要部分。這些廚房經(jīng)常包含寄存區(qū)(或者廚房冷卻單元)，食物運(yùn)輸車能夠被存儲(chǔ)在其中。廚房冷卻單元包括用于將食物保持在低于周圍環(huán)境的溫度的冷卻元件。
[0003]向這些廚房冷卻單元提供冷卻的一種方法是使用提供整個(gè)飛機(jī)的冷卻的中央飛機(jī)冷卻通道以及在中央飛機(jī)冷卻通道和廚房冷卻單元之間的熱交換器。風(fēng)扇模塊也可被提供以循環(huán)冷卻空氣進(jìn)入或者穿越廚房冷卻單元以提供冷卻。
[0004]中央飛機(jī)冷卻通道包含一種可以有高的比熱的流體，也就是，流體能夠吸收大量的熱量而沒有顯著的溫度變化。這允許中央飛機(jī)冷卻通道的流體在從多個(gè)位置吸收熱量的同時(shí)保持相對(duì)穩(wěn)定的溫度。
[0005]中央飛機(jī)冷卻通道通常是封閉系統(tǒng)，其中冷卻流體(或者冷卻劑)循環(huán)通過冷卻通道以從不同的部件吸走熱量。因此，冷卻劑吸收的無論多少熱量必需被取出以保持冷卻。
[0006]中央飛機(jī)冷卻通道目前通過使用相變管道被冷卻，其利用在分離且關(guān)閉的蒸發(fā)器/冷凝器流體通道中的制冷劑以冷卻中央飛機(jī)冷卻通道，并因此冷卻其中包含的冷卻劑。這個(gè)過程被本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知并通常包括用來壓縮氣體的壓縮器、用來將氣體轉(zhuǎn)化為液體的冷凝器和用來將液體轉(zhuǎn)化為氣體從而從周圍環(huán)境抽出熱量的蒸發(fā)器。
[0007]相變冷卻管路的壓縮器產(chǎn)生超過由蒸發(fā)器吸收的熱量并且這些熱量通過冷凝器被消耗。由于氣體被凝結(jié)為液體，熱量被釋放并且優(yōu)選地通過第三關(guān)閉管道冷卻通道被移除。
[0008]第三閉合管路冷卻通道通常在第一熱交換器和第二熱交換器之間循環(huán)。第一熱交換器與第三通道和冷凝器熱連通，而第二熱交換器與第三通道和沖壓空氣熱連通。沖壓空氣是從飛機(jī)外側(cè)的邊界層(或者接近邊界層)抽出并且穿過熱交換器基體的空氣。沖壓空氣在接近35000英尺通常是_55°C (-67 °F)，并取決于天氣狀況，可以變化高達(dá)20°C (36 °F)。
[0009]當(dāng)前向廚房冷卻單元提供冷卻的方法需要許多相變冷卻器以提供對(duì)中央飛機(jī)冷卻通道的足夠冷卻。會(huì)移除一個(gè)或多個(gè)相變冷卻器的一種冷卻方法和裝置將會(huì)減少飛機(jī)的重量并提高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本文描述一種用于冷卻飛機(jī)廚房的新穎的方法。該方法包括為冷卻通道提供優(yōu)選的溫度的步驟，并且冷卻通道包括冷卻劑、熱源，相變冷卻器和熱交換器。來自熱源的熱量通過冷卻劑被收集，所述冷卻劑隨后被傳遞到熱交換器。熱量從熱交換器被傳遞到空氣源并且來自熱源的冷卻劑的輸出溫度被確定。如果輸出溫度高于優(yōu)選的溫度，則相變冷卻器被接合以提供冷卻劑的補(bǔ)充冷卻。
[0011]同樣在此描述的是用于飛機(jī)廚房冷卻的裝置。該裝置包括中央冷卻通道、廚房建筑物和對(duì)于中央冷卻通道優(yōu)選的溫度。冷卻通道進(jìn)一步包括相變冷卻系統(tǒng)、沖擊熱交換器和與廚房建筑物熱連通的廚房熱交換器。如果熱交換器的輸出溫度低于或者等于優(yōu)選的溫度，則相變冷卻系統(tǒng)可以斷開接合。
[0012]同樣在此描述的是用于調(diào)節(jié)中央飛機(jī)冷卻通道的溫度的方法。該方法包括提供相變冷卻系統(tǒng)和熱交換器的步驟，二者都與中央飛機(jī)冷卻通道熱連通。通過熱交換器的熱損失被確定并且相變冷卻系統(tǒng)根據(jù)熱損失選擇性地接合或者斷開接合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的飛機(jī)的視圖。
[0014]圖2表不根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的冷卻系統(tǒng)的不意圖。
[0015]圖3表不根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的相變冷卻器的不意圖。
[0016]圖4表不熱交換器的俯視圖。
[0017]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的廚房冷卻單元的示意圖。
[0018]圖6表示根據(jù)可替代實(shí)施例的冷卻系統(tǒng)的示意圖。
[0019]圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1表不根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的飛機(jī)100的圖解。飛機(jī)一般包括機(jī)身102、機(jī)翼104、尾翼106和機(jī)頭108部分。此外，沖壓空氣進(jìn)氣口 110位于飛機(jī)機(jī)身102上，其提供
空氣冷卻。
[0021]圖2表示中央飛機(jī)冷卻通道112的示意圖，其提供整個(gè)飛機(jī)100的冷卻。中央飛機(jī)冷卻通道112是連續(xù)的封閉管道，但通常將會(huì)被描述為起源于相變冷卻系統(tǒng)114。隨后中央飛機(jī)冷卻通道112可以轉(zhuǎn)到管道的尾段，在此其與不同的廚房冷卻單元116互相作用。中央飛機(jī)冷卻通道112可以隨后穿過貨艙熱交換器118以冷卻貨物空氣117，并穿過機(jī)艙空氣熱交換器119以冷卻機(jī)艙空氣121。最后，中央飛機(jī)冷卻通道112貫穿沖擊空氣熱交換器120并在回到相變冷卻系統(tǒng)114之前穿過泵122，熱量在相變冷卻系統(tǒng)114中被抽出。
[0022]相變冷卻系統(tǒng)114大體在圖3中被示出并包括閉合的制冷通道124、蒸發(fā)器126、壓縮器128、膨脹閥130和冷凝器132。如本領(lǐng)域人員所知，相變冷卻系統(tǒng)114通常通過如下操作運(yùn)行:通過壓縮器128壓縮空氣；通過冷凝器132從氣體中散熱，因此導(dǎo)致氣體凝結(jié)為流體；使流體穿過膨脹閥130 ;并允許氣體在蒸發(fā)器126中膨脹，因此從周圍的區(qū)域抽出熱量到閉合的制冷通道124的流體中。
[0023]如圖3中進(jìn)一步所示，蒸發(fā)器126可以與熱交換器基體134相鄰，其為中央飛機(jī)冷卻劑通道112的一部分。隨著在閉合的制冷通道124中的制冷劑蒸發(fā)，熱量將從中央飛機(jī)冷卻劑通道112的熱交換器基體134中被抽出。熱交換器基體134和蒸發(fā)器126的纏繞路徑使得兩個(gè)閉合系統(tǒng)之間的熱傳遞最大化。
[0024]如在圖3中進(jìn)一步所示，與冷凝器132相鄰的可以是第二冷卻通道136，其包括與冷凝器132熱連通的第二冷卻熱交換器基體138。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，第二冷卻熱交換器基體138包括使得冷凝器132與第二冷卻熱交換器基體138之間的熱傳遞最大化的纏繞路徑。因此該第二冷卻通道136從冷凝器132帶走熱量。
[0025]如圖2進(jìn)一步所示，多個(gè)相變冷卻單元114可以被串聯(lián)地放置，其中每個(gè)單元114降低中央飛機(jī)冷卻通道112的溫度。根據(jù)這種布置，來自每個(gè)熱交換器基體134的輸出將與下一個(gè)熱交換器基體134的輸入流體相通，使得中央飛機(jī)冷卻通道112的流體逐漸地被減少。可替代地，盡管未示出，相變冷卻單元114可被并聯(lián)地提供，因此每個(gè)冷卻單元114冷卻中央飛機(jī)冷卻通道112的一部分。
[0026]如圖3中進(jìn)一步所示，第二冷卻通道136從相變冷卻單元114的冷凝器132抽出熱量。第二冷卻通道136被示出并聯(lián)接合冷卻單元114，使得第二冷卻通道136的溫度可以穿過每個(gè)冷凝器132大約相等?？商娲兀诙鋮s通道136可以被布置成使得冷凝器132是串聯(lián)的。
[0027]如圖2中進(jìn)一步所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，第二冷卻通道136與外部散熱器140熱連通。該外部散熱器140可以是位于飛機(jī)100的包裹艙142 (見圖1)中的沖擊空氣熱交換器，或者可以包括第二通道和熱交換器。
[0028]如圖4所示，沖擊熱交換器120通常包括與沖擊空氣144熱連通的通過熱交換器120的蛇形狀。沖擊空氣144通過這種熱連通從中央飛機(jī)冷卻通道112抽出熱量。
[0029]轉(zhuǎn)到圖2，中央飛機(jī)冷卻通道112可包括彼此并聯(lián)布置的多個(gè)廚房冷卻單元116。這些冷卻單元116在圖5中進(jìn)一步被闡述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解廚房冷卻單元可以可替換地串聯(lián)布置，或者處于結(jié)合并聯(lián)和串聯(lián)的布置中。
[0030]如圖5所示，廚房冷卻單元116通常包括帶有輸入148和輸出150的廚房熱交換器146。與前面的熱交換器一樣，廚房熱交換器146包括蛇形構(gòu)造。還示出了可選風(fēng)扇模塊152，其將空氣從鄰近多個(gè)廚房車153的區(qū)域循環(huán)進(jìn)入或者流出。還可以有溫度傳感器154，隨著空氣在車153上循環(huán)并返回，溫度傳感器154測(cè)量空氣的溫度。這提供到控制系統(tǒng)(未示出)的反饋以便食物的溫度能夠被調(diào)整。
[0031]再次回到圖2，中央飛機(jī)冷卻通道112可包括貨艙熱交換器118，取決于貨艙空氣與飛機(jī)冷卻通道112的相對(duì)溫度，其可傳遞熱量到貨艙的空氣或者從貨艙的空氣傳遞熱量。這個(gè)貨艙熱交換器118大體上與上面描述的熱交換器相似。
[0032]最后，中央飛機(jī)冷卻通道112被傳遞通過沖擊熱交換器120，其包括與前面所描述的熱交換器相似的蛇形裝置。熱量借助通過熱交換器120的沖擊空氣144從沖擊熱交換器120被抽出。該沖擊空氣在高緯度是非常冷的(比如，在35000英尺為_55°C )以提供足夠的冷卻到冷空氣系統(tǒng)。
[0033]如圖6所示，每個(gè)熱交換器118、120可包括旁路路徑156和分流閥158，所述分流閥允許冷卻劑流在熱交換器118、120的周圍被轉(zhuǎn)移。分流閥158可被配置為在熱交換器的周圍轉(zhuǎn)移部分或者全部流體，從而調(diào)整流體的溫度。溫度傳感器154能夠測(cè)量未冷卻流體(A)、冷卻的流體(B)和組合流體(C)的溫度并調(diào)整分流閥158的位置以控制通道112中的溫度。
[0034]該系統(tǒng)優(yōu)選被自動(dòng)化以保持系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)選溫度。由于電子的抽出和由相變冷卻器114產(chǎn)生的增加的熱量，減少這些系統(tǒng)在使用中的時(shí)間是期望的。因此，如圖7的流程圖所圖示說明的系統(tǒng)可以被使用以改進(jìn)該系統(tǒng)。
[0035]如圖7所示，調(diào)整中央飛機(jī)冷卻通道112的溫度中第一步是確定進(jìn)入沖擊空氣熱交換器120的流體溫度(Tin)和離開沖擊空氣熱交換器120的流體溫度[在圖7中(Tqut)=TO]。這個(gè)信息能夠被用于根據(jù)這些溫度的差、通過冷卻通道112的流速和冷卻劑的比熱容(它們均為已知變量)確定由沖擊空氣熱交換器120從冷卻通道112移除的熱量。
[0036]沖擊熱交換器120的輸出溫度(1tt)隨后被與已知的冷卻通道的優(yōu)選溫度[在圖7中(Tpkef) =TP]比較。這個(gè)優(yōu)選溫度(Tpkef)可以是常數(shù)或者根據(jù)需要的冷卻量確定。例如，如果較少的廚房冷卻單元116在使用中，則中央飛機(jī)冷卻通道112的溫度不需要那么冷，因?yàn)檩^少熱量被引入到通道112內(nèi)。優(yōu)選溫度(Tpkef)通常在從最低優(yōu)選溫度(Tmin)到最高優(yōu)選溫度(Tpkef)的范圍內(nèi)。當(dāng)溫度被認(rèn)為“等于”優(yōu)選溫度(Tpkef)時(shí)，這意味著溫度在最小(Tmin)與最大(Tmax)優(yōu)選溫度之間的可接受范圍內(nèi)。被認(rèn)為“低”或者“低于”優(yōu)選溫度(Tpkef)的溫度是低于最低優(yōu)選溫度(Tmin)的溫度。被認(rèn)為“超過”或者“高于”優(yōu)選溫度(Tpeef)的溫度是超過最高優(yōu)選溫度(Tmax)的溫度。
[0037]如果沖擊熱交換器120的輸出溫度(Ttot)超過優(yōu)選溫度(Tpkef),則沖擊熱交換器120沒有耗散足夠的熱量以依靠自身冷卻中央飛機(jī)冷卻通道112，并且相變冷卻器114的補(bǔ)充冷卻必需被引入。根據(jù)沖擊熱交換器120的輸出溫度(Tott)與優(yōu)選溫度(Tpkef)之間的溫度差，一個(gè)或者多個(gè)相變冷卻器114可以被接合以產(chǎn)生期望的冷卻?？商娲兀嘧兝鋮s器114可以依次被接合以逐步降低中央飛機(jī)冷卻通道112中的溫度。
[0038]沖擊熱交換器120的輸出溫度(Tott)也可以低于中央飛機(jī)冷卻通道112的優(yōu)選溫度(TPKEF)。在這種情況下，相變冷卻器114不需要被接合，并且系統(tǒng)的控制將轉(zhuǎn)換到溫度傳感器154，其測(cè)量組合溫度[在圖7中(ΤωΜΒ) =TC]。
[0039]組合溫度(Totb)是來自沖擊熱交換器120和旁路路徑156的流體的溫度，該組合溫度通過由分流閥158轉(zhuǎn)移的比例而改變。組合溫度(Totb)可以通過調(diào)整分流閥158以允許較多或者較少的流體通過旁路路徑156而被改變。流過旁路路徑156的流體保持與到?jīng)_擊熱交換器120的輸入流體相同的高溫(TTOT)，并因此被用于提高中央飛機(jī)加熱通道112的溫度以防止組合溫度(Totb )下降到低于優(yōu)選溫度(Tpkef )。
[0040]組合溫度(Totb)可以低于、等于或者高于優(yōu)選溫度(TPKEF)。如果組合溫度低于優(yōu)選溫度(TPKEF)，則分流閥158可被調(diào)整以增加經(jīng)過旁路路徑156的流體，使得組合溫度(Totb)達(dá)到優(yōu)選溫度(TPKEF)。這優(yōu)選由正反饋控制系統(tǒng)保持，其監(jiān)測(cè)并調(diào)整分流閥158以保持優(yōu)選溫度(Tpkef )。
[0041]如果組合溫度(Totb)高于優(yōu)選溫度(Tpkef)(并且輸出溫度(Tqut)低于優(yōu)選溫度(TPKEF))，則分流閥158必需被調(diào)整以減少經(jīng)過旁路路徑156的流體從而降低組合流體的溫度(Tcomb )。
[0042]如果組合溫度(Tcqmb)等于優(yōu)選溫度(Tpkef)(并且輸出溫度(Tqut)低于優(yōu)選溫度(TPKEF))，則經(jīng)過旁路路徑156的流體是合適的并應(yīng)保持。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，旁路路徑156和分流閥158可與在上面描述的系統(tǒng)中的任何熱交換器基體組合，并且控制系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)以監(jiān)測(cè)中央飛機(jī)冷卻通道112內(nèi)的輸入溫度、輸出溫度和組合溫度。例如，傳感器(未示出)可以檢測(cè)一個(gè)或者多個(gè)廚房冷卻單元116內(nèi)的溫度或者廚房車153的存在，并選擇地允許流體通過廚房冷卻單元116的熱交換器146以保存能量。
[0044]本發(fā)明已經(jīng)被描述為使用與外部的空氣源相連通的沖擊熱交換器以提供從中央冷卻通道的熱傳遞。然而，沖擊熱交換器可以被替換為與外部空氣熱連通的任何熱交換器。這種熱交換器的一個(gè)示例是鄰近或者接近飛機(jī)的蒙皮的一系列冷卻通道，其使用傳導(dǎo)以從冷卻通道傳遞熱量到飛機(jī)蒙皮再到外部空氣。
[0045]本發(fā)明大體參照優(yōu)選的實(shí)施例描述。該實(shí)施例意欲為示例而不是限制。進(jìn)一步，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到描述的實(shí)施例的不同的修改可以被采用，而不離開本發(fā)明的內(nèi)容。任何限制將出現(xiàn)在所附權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種冷卻飛機(jī)廚房的方法，所述方法包括: 提供優(yōu)選的冷卻通道溫度； 提供冷卻通道，所述冷卻通道包括: 冷卻劑； 熱源； 相變冷卻器；和 與空氣源熱連通的熱交換器； 從所述熱源由所述冷卻劑抽出熱量； 傳遞所述冷卻劑到所述熱交換器； 從所述冷卻劑傳遞 所述熱量到所述空氣源； 在所述冷卻劑離開所述熱交換器時(shí)確定所述冷卻劑的輸出溫度；和 如果所述輸出溫度高于所述優(yōu)選溫度，接合所述相變冷卻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱源是與廚房熱連通的熱交換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述冷卻通道進(jìn)一步包括分流閥，其將所述冷卻劑的第一部分轉(zhuǎn)移通過旁路通道并且將所述冷卻劑的第二部分轉(zhuǎn)移通過所述熱交換器，并且其中所述第一和第二部分在所述第二部分通過所述熱交換器之后組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述優(yōu)選冷卻通道溫度包括最低優(yōu)選溫度和最高優(yōu)選溫度之間的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整分流閥以保持所述優(yōu)選溫度的步驟。
6.一種用于飛機(jī)廚房冷卻的裝置，包括: 中央冷卻通道，其包括: 相變冷卻系統(tǒng)； 與大氣熱連通的沖擊熱交換器，其包括輸出溫度；和 廚房熱交換器； 用于所述中央冷卻通道的優(yōu)選溫度；和 與所述廚房熱交換器熱連通的廚房建筑物； 其中如果所述輸出溫度低于或者等于所述優(yōu)選溫度，所述相變冷卻系統(tǒng)被斷開接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其進(jìn)一步包括與所述廚房熱交換器相鄰的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇用于輔助所述廚房熱交換器與所述廚房建筑物之間的熱連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述中央冷卻通道進(jìn)一步包括冷卻劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于在所述沖擊熱交換器周圍轉(zhuǎn)移所述冷卻劑的旁路通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于傳遞所有或者部分所述冷卻劑通過所述旁路通道的分流閥。
11.一種調(diào)整中央飛機(jī)冷卻通道中的溫度的方法，包括如下步驟: 提供與所述中央飛機(jī)冷卻通道熱連通的相變冷卻系統(tǒng)。 提供與所述飛機(jī)外部和所述中央飛機(jī)冷卻通道熱連通的熱交換器； 確定通過所述熱交換器的熱損失； 根據(jù)所述熱損失選擇地接合或者斷開接合所述相變冷卻系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括熱源。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括確定通過所述熱源的熱增量的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括根據(jù)所述熱損失和所述熱增量確定凈熱增量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述相變冷卻系統(tǒng)包括多個(gè)制冷器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法，其進(jìn)一步包括如果所述凈熱增量是正的，則接合所述多個(gè)制冷器中的一個(gè)或者多個(gè)的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述方法，其進(jìn)一步包括如果所述凈熱增量是負(fù)的，在所述熱交換器的周圍轉(zhuǎn)移 所述冷卻劑的一部分的步驟。
【文檔編號(hào)】F25B41/00GK103917836SQ201280024049
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】R·米勒, S·G·麥金 申請(qǐng)人:波音公司