Многоступенчатая система охлаждения электронных компонентов воздушного судна - RU2457983C2
Код документа: RU2457983C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к многоступенчатой системе охлаждения электронных компонентов и электронных узлов, в частности электронной системы развлечений воздушного судна.
Уровень техники
Электронные системы развлечений являются неотъемлемым элементом комфорта, который предоставляется пассажирам в современных воздушных судах. Требования, которым должно удовлетворять электронное оборудование системы развлечений, зависят от электронных компонентов, электронных узлов и компьютерных узлов, чья эффективность постоянно повышается. Сопутствующая высокая плотность энергии имеет следствием выделение непрерывно возрастающего количества рассеиваемого тепла, которое необходимо отводить для того, чтобы обеспечить продолжительный срок службы электронного оборудования системы развлечений.
Современные электронные системы, в частности системы развлечений воздушного судна, требуют такого большого количества воздуха для своего охлаждения, что его не всегда удается отвести из пространства пассажирского салона, куда подают кондиционированный воздух. Для того чтобы охладить электронные системы развлечений воздушного судна, в известном уровне техники используют, например, воздуховоды большой длины, по которым подают определенное количество холодного воздуха в электронную систему воздушного судна и отводят нагретый воздух из этой системы. Такие длинные воздуховоды трудно монтировать в воздушном судне, так как они должны иметь особо маленький радиус изгиба, а вследствие их относительно большого поперечного сечения они занимают пространство, которое могло быть использовано для других компонентов воздушного судна.
Кроме того, известны охлаждающие системы для электронного оборудования системы развлечений воздушного судна, которые всасывают воздух из трюма или грузового отсека и используют его для охлаждения системы развлечений воздушного судна. Однако недостаток заключается в том, что из-за отсутствия в этих местах кондиционированного воздуха, такие системы зависят от температуры окружающего воздуха. При нахождении воздушного судна на земле температура воздуха в трюме и в грузовом отсеке может значительно возрасти.
Компоненты электронной системы воздушного судна могут получить повреждения из-за высокой рабочей температуры.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного охлаждения электронной системы воздушного судна.
Многоступенчатая система охлаждения электронной системы воздушного судна, в частности электронной системы развлечений воздушного судна, содержит, по меньшей мере, один тепловыделяющий электронный компонент. Электронная система воздушного судна, кроме того, содержит замкнутый контур, который термически связан с электронным компонентом и в котором циркулирует внутренний теплоноситель для обеспечения переноса тепла, по меньшей мере, от одного электронного компонента к теплообменнику. Теплообменник выполнен с возможностью отдачи тепла, получаемого им от внутреннего теплоносителя, внешнему теплоносителю, который протекает и/или циркулирует от источника вне электронной системы воздушного судна, через теплообменник, в направлении поглотителя тепла вне электронной системы воздушного судна. Замкнутый контур электронной системы воздушного судна выполнен с возможностью протекания внутреннего теплоносителя из теплообменника в направлении, по меньшей мере, одного электронного компонента. Вследствие этого, по меньшей мере, один компонент электронной системы воздушного судна охлаждается при помощи многоступенчатой системы охлаждения, в которой теплообменник может быть связан только с одной электронной системой воздушного судна. Многоступенчатость обуславливается применением нескольких контуров охлаждения.
Вообще говоря, первоначально ожидалось, что использование многоступенчатой системы для охлаждения электронной системы воздушного судна приведет к увеличению веса, что является особенно неблагоприятным фактором в конструкции воздушного судна. Однако к удивлению оказалось, что, в зависимости от размера воздушного судна и числа установленных на нем электронных систем, можно добиться даже снижения веса, благодаря отсутствию упоминавшихся выше воздуховодов большой длины. Замкнутый внутренний контур, в частности, способствует эффективному охлаждению, что позволяет уменьшить размеры холодильных аппаратов воздушного судна.
Поскольку внутренний теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, в электронную систему воздушного судна не попадает грязь. Это повышает функциональную надежность электронной системы воздушного судна. В случае нарушения работы электронной системы воздушного судна предотвращается загрязнение внешнего теплоносителя. В результате повышается отказоустойчивость других компонентов воздушного судна, охлаждаемых внешним теплоносителем. Более того, тепловой режим электронной системы воздушного судна и эффективность охлаждения можно протестировать независимо от других охлаждающих устройств воздушного судна.
Электронную систему воздушного судна можно разместить на стеллаже для электронного оборудования в так называемой стойке. Электронную систему воздушного судна можно разместить в закрытом контейнере. Теплообменник можно разместить внутри или снаружи контейнера для электронной системы воздушного судна.
Охлаждение внутреннего теплоносителя осуществляется в теплообменнике с помощью протекающего через него внешнего теплоносителя. Вследствие этого происходит активное охлаждение внутреннего теплоносителя. Замкнутый контур внутреннего теплоносителя может играть роль внутреннего контура охлаждения. Внутренний контур охлаждения может включать в себя теплообменник в качестве единственного поглотителя тепла. Поэтому внутренний теплоноситель не проходит через испаритель холодильной машины или аналогичного устройства. Внешний теплоноситель может циркулировать в замкнутом контуре, который может играть роль внешнего контура охлаждения. Внешний теплоноситель может активно охлаждаться. В случае замкнутого внешнего контура охлаждения насос или систему охлаждения внешнего теплоносителя можно рассматривать и как источник, и как поглотитель тепла.
Температура внутреннего теплоносителя может отличаться от температуры внешнего теплоносителя. В результате температуру электронной системы воздушного судна можно всегда поддерживать в соответствующем температурном диапазоне, независимо от температуры внешнего теплоносителя. Более того, предотвращается возникновение высоких температурных градиентов в электронной системе воздушного судна из-за очень холодного внешнего теплоносителя.
Замкнутый контур может быть термически связан с несколькими электронными компонентами для того, чтобы внутренний теплоноситель мог охлаждать несколько электронных компонентов.
Внутренний теплоноситель может быть газообразным. Внутренний теплоноситель может циркулировать путем естественной конвекции или путем принудительной конвекции. Принудительную конвекцию можно создать, например, при помощи вентилятора. Если внутренний теплоноситель представляет собой газ, то в случае возникновения неполадок в электронной системе воздушного судна дым не может попасть в кабину, поскольку газообразный внутренний теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, а электронная система воздушного судна размещена в закрытом контейнере.
Поскольку газообразный внутренний теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, исключено образование водного конденсата в электронных компонентах и/или внутри электронной системы воздушного судна. Газообразный внутренний теплоноситель предпочтительно имеет низкую влажность.
Внутренний теплоноситель может быть жидким и может циркулировать путем естественной конвекции или путем принудительной конвекции. Принудительную конвекцию можно создать при помощи насоса. Жидкий теплоноситель может омывать отдельные компоненты, протекать через печатные платы электронных узлов, и/или теплоноситель может полностью или частично протекать через контейнер для того, чтобы теплоноситель омывал электронные компоненты. Кроме того, электронные узлы можно разместить на корпусах, через которые протекает жидкий теплоноситель. Преимущество этого решения заключается в том, что контур внутреннего теплоносителя не нужно размыкать в случае, когда требуется заменить электронный узел. Дополнительные возможности для охлаждения электронных узлов, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, описаны в патенте DE 102006041788.7, или в соответствующей международной заявке, содержание которой включено в настоящий документ по ссылке. Заявитель безоговорочно сохраняет за собой право направить заявку для охраны комбинации признаков, содержащихся в данной заявке и в патенте DE 102006041788.7.
При протекании по контуру охлаждения внутренний теплоноситель может всегда быть в газообразном или в жидком состоянии. Однако также при протекании по контуру охлаждения внутренний теплоноситель может изменить свое состояние с газообразного на жидкое и обратно.
Предпочтительно, чтобы контур внутреннего теплоносителя мог быть присоединен к питающей магистрали, по которой извне можно подать в замкнутый контур дополнительный теплоноситель для того, чтобы охлаждать, по меньшей мере, один электронный компонент. Другими словами, контур внутреннего теплоносителя выполнен с возможностью размыкания для того, чтобы при помощи подаваемого извне теплоносителя можно было охлаждать, по меньшей мере, один электронный компонент. Для размыкания контура внутреннего теплоносителя могут быть предусмотрены клапаны. В случае отказа вентилятора или насоса контура внутреннего теплоносителя в электронной системе воздушного судна отсутствует принудительная конвекция. Это может привести к выходу из строя электронной системы воздушного судна. В этом случае описанные выше клапаны можно открыть для того, чтобы внешний теплоноситель охлаждал компоненты в качестве дополнительного теплоносителя. Подаваемый извне дополнительный теплоноситель можно использовать в случае невозможности использования внешнего теплоносителя, или в случае выхода из строя теплообменника.
Внешний теплоноситель может циркулировать в контуре, который присоединяют к жидкостной системе охлаждения для того, чтобы охлаждать внешний теплоноситель. В этом случае внешний теплоноситель может представлять собой жидкость. Жидкий внешний теплоноситель обладает тем преимуществом, что для магистралей внешнего теплоносителя требуется относительно небольшое поперечное сечение, так как жидкий теплоноситель может переносить значительно большее количество тепла по сравнению с газообразным теплоносителем. В воздушном судне можно предусмотреть центральную жидкостную систему охлаждения или несколько децентрализованных жидкостных систем охлаждения.
Если внешний теплоноситель представляет собой жидкость, внутренний теплоноситель может быть газообразным или жидким, и в этом случае предпочтительным является жидкий теплоноситель, так как в случае отказа внешний теплоноситель можно использовать для охлаждения, по меньшей мере, одного компонента. Как упоминалось выше, внутренний теплоноситель может иметь более высокую температуру по сравнению с внешним теплоносителем, что позволяет удерживать температуру компонентов электронной системы воздушного судна в определенных пределах и предотвратить возникновение высоких температурных градиентов в электронной системе воздушного судна. При использовании жидкостной охлаждающей системы система кондиционирования воздуха воздушного судна может иметь меньшие размеры.
При протекании по контуру охлаждения внешний теплоноситель может всегда находиться в газообразном или в жидком состоянии. Однако также при протекании по контуру охлаждения внешний теплоноситель может изменять свое состояние с газообразного на жидкое и обратно.
В процессе эксплуатации жидкий внешний теплоноситель и/или жидкий внутренний теплоноситель можно заменить водой из системы водоснабжения, например из системы снабжения пресной водой воздушного судна. Для этой цели замкнутый контур, в котором циркулирует внутренний теплоноситель, и/или контур, в котором циркулирует жидкий внешний теплоноситель, может быть присоединен к системе водоснабжения воздушного судна. В результате появляется возможность компенсировать утечки также и во время полета и продолжать эксплуатацию электронных устройств воздушного судна, в частности электронной системы воздушного судна. К воде, которая заменяет внутренний и/или внешний теплоноситель, можно примешивать различные добавки.
Внешний теплоноситель можно охлаждать посредством адсорбционной системы охлаждения. Для этой цели теплообменник, через который протекает внешний теплоноситель, предпочтительно присоединяют к адсорбционной системе охлаждения. В воздушном судне можно предусмотреть несколько децентрализованных адсорбционных систем охлаждения. Патент DE 102006054560.5 или соответствующая международная заявка, содержание которой включено в настоящий документ по ссылке, раскрывает сущность адсорбционной системы охлаждения для воздушного судна. Описанная в нем адсорбционная система охлаждения может быть использована в настоящем изобретении. Заявитель безоговорочно сохраняет за собой право направить заявку для охраны комбинации содержания данной заявки и содержания патента DE 102006054560.5.
В качестве внешнего теплоносителя можно использовать пресную воду. Пресная вода может протекать из бака пресной воды в бак сточной воды. Пресная вода может также протекать из бака пресной воды в бак для нагретой пресной воды. Пресную воду можно использовать в качестве теплоносителя, в частности, в аварийной ситуации, в случае выхода из строя жидкостной системы охлаждения или адсорбционной системы охлаждения внешнего теплоносителя. Пресную воду можно охлаждать с помощью другой системы охлаждения после того, как она пройдет через теплообменник и снова вернется в бак пресной воды. В пресную воду, используемую в качестве теплоносителя, можно ввести добавки, улучшающие ее охлаждающие свойства. В аварийной ситуации можно также открыть упомянутые выше клапаны, для того, чтобы пресная вода непосредственно охлаждала компоненты и/или узлы электронной системы воздушного судна, при условии, что рассматриваемая жидкость не обладает проводимостью, или внутренний контур оборудован пластинчатым теплообменником, на котором установлены узлы.
Внешний теплоноситель может быть газообразным. Например, в качестве внешнего теплоносителя можно использовать воздух. Если внешний теплоноситель представляет собой газ, то предпочтительно, чтобы внутренний теплоноситель также представлял собой газ. В случае невозможности обеспечить принудительную конвекцию внутреннего теплоносителя, можно открыть описанные выше клапаны для того, чтобы внешний теплоноситель охлаждал, по меньшей мере, один электронный компонент. Температура внутреннего теплоносителя может отличаться от температуры внешнего теплоносителя. Внутренний теплоноситель может иметь более высокую температуру по сравнению с внешним теплоносителем для того, чтобы температура электронных компонентов электронной системы воздушного судна поддерживалась в пределах оптимального температурного диапазона и в электронной системе воздушного судна не возникали чрезмерно высокие температурные градиенты. Давление внешнего теплоносителя может быть выше давления окружающей среды.
Изобретение, кроме того, относится к электронной системе воздушного судна, в состав которой входит по меньшей мере один тепловыделяющий компонент, и замкнутый контур, который термически связан с электронным компонентом, и в котором циркулирует внутренний теплоноситель для переноса тепла, по меньшей мере, от одного электронного компонента к элементу Пельтье. Замкнутый контур электронной системы воздушного судна выполнен с возможностью протекания внутреннего теплоносителя от элемента Пельтье в направлении, по меньшей мере, одного электронного компонента. В этой электронной системе воздушного судна элемент Пельтье играет роль теплообменника. Элемент Пельтье подключен к источнику электропитания воздушного судна для того, чтобы при протекании электрического тока мог вырабатываться холод.
Изобретение далее относится к электронной системе воздушного судна, в состав которой входит, по меньшей мере, один тепловыделяющий компонент, и замкнутый контур, который термически связан с электронным компонентом, и в котором циркулирует внутренний теплоноситель для переноса тепла, по меньшей мере, от одного электронного компонента к теплообменнику холодильной машины, содержащей компрессор, конденсатор и испаритель. Замкнутый контур электронной системы воздушного судна выполнен с возможностью протекания внутреннего теплоносителя от теплообменника холодильной машины в направлении, по меньшей мере, одного электронного компонента. Вследствие этого внешний теплоноситель изменяет свое состояние с газообразного на жидкое и обратно. В качестве теплообменника можно использовать испаритель. Холодильная машина может быть связана с одной или несколькими электронными системами воздушного судна.
Краткое описание чертежей
Далее в тексте представлено описание примерных вариантов осуществления изобретения и охлаждаемых электронных систем воздушного судна, со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Заявитель безоговорочно сохраняет за собой право направить заявку для охраны любой описанной ниже охлаждаемой электронной системы воздушного судна. Заявитель также безоговорочно сохраняет за собой право направить заявку для охраны комбинации описанных ниже электронных систем воздушного судна, или их охлаждения.
На сопроводительных чертежах:
Фиг.1 показывает электронную систему развлечений воздушного судна, которую охлаждают при помощи активно охлаждаемого воздушного потока.
Фиг.2 показывает вариант осуществления изобретения, в котором электронная система развлечений воздушного судна включает в себя замкнутый контур внутреннего теплоносителя, который содержит воздух.
Фиг.3 показывает вариант осуществления изобретения, в котором замкнутый контур внутреннего теплоносителя можно разомкнуть для того, чтобы электронную систему развлечений воздушного судна можно было охлаждать подаваемым извне теплоносителем.
Фиг.4 показывает вариант осуществления изобретения, в котором внутренний теплоноситель представляет собой жидкость, а узлы электронной системы развлечений воздушного судна размещены на пластинчатых теплообменниках.
Фиг.5 показывает вариант осуществления изобретения с теплообменником, в котором внутренний теплоноситель представляет собой жидкость.
Фиг.6 показывает вариант осуществления изобретения, в котором охлаждение внешнего теплоносителя осуществляют с помощью жидкостной системы охлаждения.
Фиг.7 показывает вариант осуществления изобретения, в котором охлаждение внешнего теплоносителя осуществляют с помощью адсорбционной системы охлаждения.
Фиг.8 показывает вариант осуществления изобретения, в котором внешний теплоноситель представляет собой пресную воду.
Фиг.9 показывает вариант осуществления изобретения, в котором внешний теплоноситель можно пополнить водой в процессе эксплуатации.
Фиг.10 показывает вариант осуществления изобретения, в котором внутренний теплоноситель можно пополнить водой.
Фиг.11 показывает вариант осуществления изобретения, в котором элемент Пельтье заменяет теплообменник; и
Фиг.12 показывает вариант осуществления изобретения, в котором охлаждение внутреннего теплоносителя осуществляют с помощью холодильной машины.
Осуществление изобретения
Далее в тексте охлаждение электронной системы воздушного судна описано более подробно, с использованием в качестве примера электронной системы развлечений воздушного судна. Разумеется, описанный ниже принцип можно отнести к любой электронной системе воздушного судна.
Фиг.1 показывает электронную систему 2 развлечений воздушного судна (IFE: Бортовая система развлечений), которую охлаждают воздушным потоком 8, 10, 12. Вентилятор 16 всасывает воздух 8 из окружающей среды и подает его в теплообменник 6. Всасываемый воздух 8 представляет собой внутренний теплоноситель. Теплообменник 6 соединен с системой охлаждения посредством соединительного элемента 4. Внешний теплоноситель, который может быть газообразным или жидким, подают в теплообменник 6 через соединительный элемент 4. Воздух 8, который подают в теплообменник 6 при помощи вентилятора 16, выходит оттуда в виде охлажденного воздуха 10 и поступает в электронную систему 2 развлечений воздушного судна. По мере охлаждения электронных компонентов системы развлечений воздушного судна воздух нагревается и выходит из электронной системы 2 развлечений воздушного судна в виде относительно теплого выходящего воздуха 12. Температура воздуха 10, выходящего из теплообменника 6, ниже температуры всасываемого воздуха 8, и ниже температуры воздуха 12, выходящего из системы 2 развлечений воздушного судна.
Фиг.2 показывает вариант осуществления изобретения, в котором внутренний теплоноситель 14 при нормальной работе циркулирует во внутреннем замкнутом контуре. Внутренний теплоноситель 14 представляет собой воздух, хотя можно использовать любой другой подходящий газообразный теплоноситель. Вентилятор 14 обеспечивает принудительную конвекцию. Теплообменник 6 охлаждает внутренний теплоноситель перед тем, как он войдет в систему 2 развлечений воздушного судна.
Электронная система 2 развлечений воздушного судна включает в себя закрытый контейнер или закрытый кожух для того, чтобы свести к минимуму потерю внутреннего теплоносителя 14. Можно повысить давление внутреннего теплоносителя 14 до такого уровня, чтобы оно было выше давления окружающей среды. Теплообменник 6 посредством соединительного элемента 4 соединен с системой охлаждения, которая подает внешний теплоноситель. Внешний теплоноситель может представлять собой газ или жидкость.
Температура внутреннего теплоносителя 14 может находиться в пределах диапазона, который отличается от температурного диапазона внешнего теплоносителя. Это позволяет поддерживать температуру компонентов электронной системы 2 воздушного судна в определенном диапазоне, независимо от температуры внешнего теплоносителя. Внутренний теплоноситель 14 предпочтительно имеет низкую влажность.
Этот вариант осуществления изобретения обладает тем преимуществом, что в нем предотвращено выпадение водяного конденсата. Этот вариант осуществления изобретения, кроме того, обладает тем преимуществом, что внутренний теплоноситель 14 не вносит грязь в электронную систему 2 развлечений воздушного судна, так как внутренний теплоноситель 14 циркулирует в замкнутом контуре. Если вследствие неисправности в электронной системе 2 развлечений воздушного судна образуется дым, он не может попасть в кабину воздушного судна, так как дым остается в замкнутом контуре внутреннего теплоносителя. Следовательно, пассажиры воздушного судна не будут обеспокоены возможным распространением дыма.
Фиг.3 показывает вариант осуществления изобретения, в котором контур внутреннего теплоносителя может быть разомкнутым. В случае выхода из строя вентилятора 16, остановки потока внешнего теплоносителя или прекращения охлаждения внешнего теплоносителя, из-за чего в соединительном элементе 4 теплообменника 6 будет отсутствовать охлажденный внешний теплоноситель, клапаны 5а и 5b переключают так, чтобы через электронную систему 2 развлечений воздушного судна протекал поток дополнительного теплоносителя 14а, 14b, подаваемого извне. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3, внутренний теплоноситель представляет собой газ, и вследствие этого подаваемый извне теплоноситель также должен быть газообразным. Кроме того, можно разместить клапаны 5а и 5b так, чтобы внешний теплоноситель протекал через электронную систему 2 развлечений воздушного судна. Однако такая схема не имеет резервирования в случае отказа, когда останавливается поток внешнего теплоносителя или прекращается охлаждение внешнего теплоносителя.
Если внутренний теплоноситель представляет собой газ, то описанный выше вентилятор, теплообменник 6 и описанный выше применительно к фигурам 1-3 соединительный элемент 4 теплообменника 6 могут быть скомпонованы как одно целое, в виде блока. Этот блок можно расположить в системе 2 развлечений воздушного судна.
Фиг.4 показывает бортовую электронную систему 2 развлечений с жидкостным охлаждением. Жидкий теплоноситель подают в систему 2 развлечений воздушного судна через соединительный элемент 4 и магистраль 18. Несколько электронных узлов 24 размещены на пластинчатом теплообменнике 26, через который протекает охлаждающая жидкость. Жидкий теплоноситель может отводить от системы 2 развлечений воздушного судна значительно большее количество тепла, поэтому магистрали 18 могут иметь меньшее поперечное сечение. Если электронную систему 2 развлечений воздушного судна охлаждают жидким теплоносителем, можно использовать любую схему охлаждения, описанную в патенте DE 102006041788.7.
Фиг.5 показывает дальнейший вариант осуществления бортовой электронной системы развлечений с жидкостным охлаждением. В дополнение к варианту осуществления по фиг.4, этот вариант осуществления включает в себя теплообменник 6, который предает тепло внутреннего теплоносителя внешнему теплоносителю. Внешний теплоноситель протекает через соединительный элемент 4 и попадает в теплообменник 6. Внешний теплоноситель может быть жидким или газообразным. Благодаря теплообменнику 6 внутренний теплоноситель может находиться в температурном диапазоне, который отличается от температурного диапазона внешнего теплоносителя, обеспечивая тем самым то, что температура электронных компонентов системы 2 развлечений воздушного судна всегда находится в пределах оптимального диапазона, и предотвращается возникновение высоких температурных градиентов в системе развлечений воздушного судна. В контуре внутреннего теплоносителя может быть предусмотрен насос, отвечающий за создание принудительной конвекции. В этом варианте осуществления для охлаждения электронных компонентов или узлов системы 2 развлечений воздушного судна можно также использовать любую нужную схему, описанную в патенте DE 102006041788.7.
Насос, теплообменник 6, и соединительный элемент 4 могут быть скомпонованы как одно целое, в виде блока. Этот блок может быть размещен в системе 2 развлечений воздушного судна.
Охлаждение бортовой системы 2 развлечений с замкнутым контуром внутреннего теплоносителя можно протестировать независимо от системы охлаждения воздушного судна. Более того, исключена передача грязи между внешним и внутренним теплоносителями. Кроме того, такую бортовую систему 2 развлечений с теплообменником 6 и соединительным элементом 4 можно заменить без особого труда.
Фиг.6 показывает вариант осуществления изобретения, в котором внешний теплоноситель постоянно находится в жидком состоянии. Внешний теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре 22. Жидкостная система 20 охлаждения охлаждает внешний теплоноситель. Внешний теплоноситель посредством теплообменника 6 поглощает тепло, вырабатываемое системой 2 развлечений воздушного судна.
В случае использования жидкостной системы 20 охлаждения масса воздушного судна возрастает в меньшей степени, чем в случае использования обычной системы охлаждения, которая подает холодный воздух в требующую охлаждения систему 2 развлечений воздушного судна или в теплообменник 6. Если внешний теплоноситель представляет собой жидкость, можно использовать трубопроводы с меньшим поперечным сечением, так как посредством жидкого теплоносителя можно отвести значительно большее количество тепла, по сравнению с газообразным теплоносителем. В результате также уменьшается пространство, требуемое для охлаждения. Вследствие уменьшения поперечного сечения магистралей с теплоносителем монтаж магистралей с теплоносителем жидкостной системы охлаждения в воздушном судне может быть осуществлен с большей гибкостью, то есть, с меньшим количеством ограничений. Кроме того, такие магистрали с теплоносителем могут обеспечить высокую хладопроизводительность в местах, где невозможно было обеспечить такую высокую хладопроизводительность с применением обычной системы охлаждения. Более того, если внешний теплоноситель представляет собой жидкость, описанное выше повышение эффективности ведет к меньшему потреблению электроэнергии для охлаждения системы развлечений воздушного судна и, следовательно, всего воздушного судна.
В варианте осуществления, изображенном на фиг.6, внешний теплоноситель может быть жидким или газообразным. Электронная система 2 развлечений воздушного судна и контур с внутренним теплоносителем могут быть скомпонованы согласно описанию применительно к фигурам 1-3, причем предпочтительным является замкнутый контур охлаждения, согласно фигурам 2 и 3. В случае использования жидкого внутреннего теплоносителя электронная система 2 развлечений воздушного судна и контур с внутренним теплоносителем могут быть скомпонованы согласно описанию применительно к фигурам 4-5.
Жидкостная система охлаждения может представлять собой центральную или децентрализованную жидкостную систему охлаждения.
Фиг.7 показывает вариант осуществления, в котором внешний теплоноситель 6 охлаждают при помощи адсорбционной системы охлаждения. Внешний теплоноситель протекает через теплообменник 6, где он поглощает из внутреннего теплоносителя тепло, вырабатываемое системой 2 развлечений воздушного судна. Внутренний теплоноситель может быть жидким или газообразным, внутренний теплоноситель может протекать в замкнутом контуре и/или через систему 2 развлечений воздушного судна, которую можно охлаждать согласно описанию применительно к фигурам 1-5.
Адсорбционную систему 28 охлаждения можно использовать в качестве локальной системы охлаждения, которая является автономной во время полета. Однако можно также предусмотреть центральную адсорбционную систему охлаждения.
Фиг.8 показывает вариант осуществления, в котором внешний теплоноситель представляет собой пресную воду. Внешний теплоноситель вытекает из бака 30 пресной воды и через теплообменник 6 попадает в бак 32 сточной воды. В ходе процесса внешний теплоноситель поглощает из внутреннего теплоносителя тепло, вырабатываемое электронной системой 2 развлечений воздушного судна. Электронную систему 2 развлечений воздушного судна можно скомпоновать и охлаждать согласно описанию применительно к фигурам 1-5. После протекания воды через теплообменник 6 она может также поступать в бак горячей воды. Такой тип охлаждения можно предусмотреть, например, в качестве аварийного охлаждения. Ссылаясь на фигуры 4 и 5, пресную воду можно также использовать для непосредственного охлаждения электронных компонентов или узлов системы 2 развлечений воздушного судна, например, размыкая контур внутреннего теплоносителя с помощью клапанов.
Фиг.9 показывает дальнейший вариант осуществления изобретения, в котором жидкий внешний теплоноситель протекает через контур 34 охлаждения с теплообменником 6 и жидкостной системой 20 охлаждения. В случае возникновения утечки в контуре внешнего теплоносителя, присоединенного посредством клапана 36 к системе 38 водоснабжения воздушного судна, воду можно подавать в качестве внешнего теплоносителя из системы водоснабжения воздушного судна через указанный клапан с тем, чтобы, по существу, восстановить исходное количество жидкого внешнего теплоносителя. Клапан 36 может приводиться в действие автоматически, даже во время полета.
Фиг.10 показывает дальнейший вариант осуществления изобретения, в котором жидкий внутренний теплоноситель протекает через теплообменник 6 и пластинчатый теплообменник 26 для охлаждения электронных узлов 24 электронной системы 2 развлечений воздушного судна. В случае возникновения утечки можно открыть клапан 36 для того, чтобы отвести воду из системы 38 водоснабжения воздушного судна и пополнить количество внутреннего теплоносителя. Клапан 36 может приводиться в действие автоматически, даже во время полета.
Фиг.11 показывает дальнейший вариант осуществления изобретения, в котором в качестве теплообменника используют элемент Пельтье. В случае использования элемента Пельтье, благодаря приложенному напряжению и образовавшемуся вследствие этого электрическому току, возникает разность температур. Эту разность температур можно использовать для охлаждения рабочей среды. В показанном на фиг.11 варианте осуществления элемент 40 Пельтье охлаждает внутренний теплоноситель, нагревшийся в процессе охлаждения электронной системы 2 развлечений воздушного судна. Электронную систему 2 развлечений воздушного судна и ее охлаждение можно скомпоновать согласно описанию применительно к фигурам 1-5.
Если внутренний теплоноситель представляет собой газ, то в контуре внутреннего теплоносителя можно разместить один элемент Пельтье, или несколько элементов Пельтье. Вторую сторону элемента Пельтье можно разместить вне контура внутреннего теплоносителя с тем, чтобы она отдавала тепло в окружающее пространство или передавала его теплоносителю посредством охлаждающего корпуса.
Элемент Пельтье может также снабжать жидкий внутренний теплоноситель холодом, и, следовательно, элемент Пельтье можно также использовать в сочетании с вариантами осуществления, изображенными на фигурах 4 и 5.
Фиг.12 показывает вариант осуществления, в котором внутренний теплоноситель, предназначенный для охлаждения электронной системы 2 развлечений воздушного судна, охлаждают при помощи холодильной машины 42 так называемого воздушного холодильника. Холодильная машина 42 содержит компрессор, конденсатор и испаритель. Холодильную машину можно, например, выполнить в виде локальной, децентрализованной холодильной машины. В замкнутом контуре внутренний теплоноситель изменяет свое состояние с газообразного на жидкое и обратно.
В связи с этим электронную систему 2 развлечений воздушного судна можно скомпоновать и охлаждать согласно описанию применительно к фигурам 1-3, если внутренний теплоноситель представляет собой газ. Если внутренний теплоноситель представляет собой жидкость, электронную систему 2 развлечений воздушного судна можно скомпоновать и охлаждать согласно описанию применительно к фигурам 4 и 5.
Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что благодаря замкнутому контуру внутреннего теплоносителя, в электронную систему воздушного судна не может попасть грязь. Благодаря разделению внешнего теплоносителя и внутреннего теплоносителя посредством теплообменника 6, который отвечает за перенос тепла между внешним и внутренним теплоносителями, температуру внутреннего теплоносителя можно поддерживать в пределах температурного диапазона, оптимального для электронных компонентов и узлов. Как следствие, можно также предотвратить возникновение высоких температурных градиентов в электронной системе воздушного судна. Более того, благодаря замкнутому контуру внутреннего теплоносителя, предотвращается выпадение водяного конденсата. Охлаждение электронной системы воздушного судна осуществляется независимо от работы системы кондиционирования воздуха воздушного судна. При использовании описанного способа охлаждения электронной системы воздушного судна производится меньше шума, чем при использовании обычных систем охлаждения электронного оборудования. Поскольку для охлаждения электронной системы воздушного судна не используют воздушный поток, предназначенный для кабины, комфорт воздушных пассажиров не снижается. Если внешний теплоноситель представляет собой жидкость, описанное выше повышение эффективности ведет к меньшему потреблению электроэнергии для охлаждения электронной системы воздушного судна и, следовательно, всего воздушного судна. Благодаря этому можно уменьшить размеры системы кондиционирования воздуха, используемой для кондиционирования воздуха в кабине и, как следствие, дополнительно снизить вес воздушного судна.
Реферат
Изобретение относится к технике охлаждения электронного оборудования воздушных судов. Система охлаждения электронной системы воздушного судна включает в себя, по меньшей мере, один тепловыделяющий электронный компонент. Многоступенчатый характер системы обусловлен применением нескольких контуров для передачи рассеиваемого тепла. Внутренний теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, который термически связан с электронным компонентом и переносит тепло, по меньшей мере, от одного электронного компонента к теплообменнику. При этом теплообменник отдает тепло внешнему теплоносителю, протекающему и/или циркулирующему от источника вне электронной системы воздушного судна, через теплообменник, к поглотителю тепла вне электронной системы воздушного судна. Внутренний теплоноситель протекает от теплообменника в направлении, по меньшей мере, одного электронного компонента, и/или циркулирует в замкнутом контуре. Группа изобретений обеспечивает охлаждение электронной системы воздушного судна с повышенной эффективностью. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
