(57)【要約】本発明は、冷凍力を発生させ、この冷凍力を冷媒に伝達する複数の冷凍機（１）と、少なくとも１つの冷却対象（２２）を含み、冷却対象（２２）に冷媒を供給する冷媒用回路（２１）とを具えた航空機用の冷却システム（２０）に関する。各冷凍機（１）は、回路（２１）に接続されたモジュラーユニットであり、冷媒を回路（２１）内に送るポンプ（１）を具える。
2009520620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却力を生成するとともにこの冷却力を冷媒に伝達させる複数の冷凍機（１）と、
複数の冷却対象（２２）を含みこの冷却対象（２２）に冷却力を供給する冷媒用回路（２１）と、を具え、
前記冷媒用回路（２１）に繋がっている各冷凍機（１）は、回路（２１）を通して冷媒を送る少なくとも１つのポンプ（１０）を具えたモジュラー式ユニットであり、モジュラー式冷凍機（１）の数は、システムの冷却負荷に応じて変えられることができようになっており、それらの冷凍機（１）は、互いに並列に回路に接続されていることを特徴とするモジュラー式航空機用冷却システム（２０）。
【請求項２】
前記回路（２１）に冷媒を供給するために、前記回路（２１）に並列に接続される各冷凍機（１）を少なくとも２つ有することを特徴とする請求項１に記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項３】
冷却対象（２２）が前記回路に並列に接続されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項４】
前記回路（２１）は、導管システムを具え、各冷却対象（２２）は前記回路（２１）から冷媒を受け入れる流入口と、前記回路（２１）に冷媒を放出する流出口を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項５】
前記回路（２１）は、冷却対象（２２）をバイパスするバイパス装置（３１）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項６】
、前記回路の戻り側（２８）を含む前記回路（２１）の部分に接続された、冷媒用の貯留タンク（２６）を有する請求項１〜５のいずれかに記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項７】
前記貯留タンク（２６）は、モジュラー式冷凍機（１）の一部ではないことを特徴とする請求項６に記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項８】
少なくとも１つの冷却対象（２２’）を有し、第１の回路とは、回路系統として分離され、この冷却対象（２２’）に冷却力を供給する第２の冷媒用回路（２１’）を具えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項９】
システムの冷却負荷に応じて１以上の冷凍機（１）のスィッチを入り切りするよう冷却システム（２０）を調整する少なくとも１つの制御ユニットを具えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項１０】
システムの冷却負荷に応じて１以上のポンプ（１０、１０’） のスィッチを入り切りするよう冷却システム（２０）を調整する少なくとも１つの制御ユニットを具えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のモジュラー式航空機用冷却システム。
【請求項１１】
冷凍手段（２）と、
冷媒を、生成された冷却力に熱的に接触させる少なくとも１つの熱交換機（６）を有し、生成された冷却力を冷媒に伝達させる冷却伝達装置と、
熱交換機を通して冷媒を送り出すポンプ（１０）と、を具え、
複数個の冷却対象（２２）を有する回路（２１）に繋がるよう構成された冷凍機（１）であって、
冷媒を送り出すポンプ（１０）は、システムの冷却負荷に応じて複数個が回路（２１）に並列に接続されているよう構成されモジュラー式の冷凍機として前記冷却システムの回路に冷却力を供給するために、冷却手段（２）とともにモジュラー式ユニットをなすよう構成されていることを特徴とする航空機内冷却システム（２０）用のモジュラー冷凍機（１）。
【請求項１２】
冷却力伝達装置は、冷媒を熱交換機（６）に導く流入口（９ａ）と、冷媒を熱交換機（６）から導く流出口（９ｂ）とを具え、これらの流入口（９ａ）と流出口（９ｂ）とは、回路（２１）に繋がっていることを特徴とする請求項１１に記載のモジュラー冷凍機（１）。
【請求項１３】
ポンプ（１０）が熱交換機（６）の流入口側に設けられていることを特徴とする請求項１１もしくは１２に記載のモジュラー冷凍機。
【請求項１４】
前記冷却伝達装置は、冷媒を、生成された冷却力に熱的に接触させる第２の熱交換機（６’）を有し、冷媒を第２の熱交換機（６’）に導く第２の流入口（９ａ’）と、冷媒を第２の熱交換機（６’）から取り出す第２の流出口（９ｂ’）とを有し、第２の流入口（９ａ’）と第２の流出口（９ｂ’）とは、第２の回路（２１’）に繋がっていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のモジュラー冷凍機。
【請求項１５】
第２の熱交換機（６’）を通る冷媒を送り出す第２のポンプ（１０’）が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のモジュラー冷凍機。
【請求項１６】
第２のポンプ（１０’）は、第２の熱交換機（６’）の流入側に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のモジュラー冷凍機。
【請求項１７】
熱交換機（６）または第２の熱交換機（６’）は、冷却手段の冷却媒体蒸発器の一部を構成することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載のモジュラー冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用の冷却システムと、その冷却システム用の冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の内部には、安全な運行を確保するために、熱を発生し、また、冷却しなければならない技術的に高度な機器が多く設けられている。航空機の内部には、また、いわゆるコンパートメントと呼ばれる、いろいろな閉空間があり、これらは、キャビンの温度より低い温度に調整する必要がある。したがって、現在の航空機に種々の冷却システムが設けられている。
【０００３】
独国特許第4,340,317号明細書、および、米国特許出願公開第2003/0042361号明細書から、航空機内で例えば食料を冷却する冷却システムが知られている。このような冷却システムでは、導管を通して個々の熱交換ユニットに冷媒を供給する中央冷凍機が航空機に設けられる。それらの熱交換ユニットは、さらなる導管を通して、機内キッチンの貯蔵スペースに置かれた冷却されるべき運搬コンテナーに繋がっている。これらの冷却システムは、冷却力を生成する少なくとも１つのユニットと、航空機内を配管システムを介して冷媒液を循環させるこれとは別のユニットとを必要とする。この循環ユニットは、１以上のポンプと１つの平準化用タンクとを具える。
【０００４】
しかしながら、この従来技術は、それらの冷凍機の他に、実質的に、１以上のポンプより冷媒液循環ユニットを設置しなければならないという欠点を有している。このため、航空機内に設置スペースを追加しなければならない。さらに、この従来技術は、１つの冷却回路に対して1つしか冷却力供給ユニットが設けられていないので最大限必要な循環能力に対応できるよう構成されていなければならない。
【０００５】
独国特許第10,361,645号明細書から、２つの冷却回路に分割された冷却力供給システムが知られている。この回路は、冷却回路内に導かれた冷却媒体を冷やす冷凍機に熱的に接続されている。２つの循環ポンプは、それぞれ２つの冷却回路内に設けられている。この冷却システムにおいては、すべての冷凍機、循環ポンプ、および、貯留タンクが、冷凍輸送システムへの冷却された冷媒の全供給を受け持つ１つの中央ユニットに連結されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、単純な構成であっても、設置の点において、および、現在の冷却負荷に対する適応性の点において、高い自由度を有する解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴を有する冷却システム、および、請求項１１に従う冷凍機によって達成することができる。本発明のさらなる好ましい構成は、これらに従属する請求項に示されている。
【０００８】
この発明によれば、冷凍機、および、冷却システムは、冷却力の生成と消費とを場所的に切り離せるように構成れている。その結果は、特に長距離用の航空機において、航空機内では冷却負荷が大きくしかも広く分布しているため非常に有利なものとなる。
【０００９】
本発明による冷却システムは、そのモジュール性によって、種々のキャビン構成の異なる冷却負荷に容易に対応することができるという特長を有する。言い換えれば、全ての冷却対象の冷却負荷を全体として満たすように、冷凍機の数を柔軟に選択することができる。航空機の冷却システムの全体的な冷却負荷は、暑い湿った日に地上で決定することができる。この冷却システムは、そのモジュール性によって、種々の航空機における配置に関して大きなフレキシビリティを提供することができる。
【００１０】
本発明による冷却システムは、さらに、１以上の冷凍機のスイッチを入り切りすることにより、システムの冷却能力を、部分負荷航行中の現状冷却負荷に合わせて調整することができるという特長も有する。
【００１１】
本発明によれば、冷却力を生成するとともにこの冷却力を冷媒に伝達させる多数の冷凍機と、少なくとも1つの冷却対象を有してなりこの冷却対象に冷却力を供給する冷媒用回路と、を具える。各冷凍機は、前記冷媒用回路に繋がっており、回路を通して冷媒を送る少なくとも１つのポンプを具えたモジュラー式ユニットである。モジュラー式冷凍機の数は、システムの冷却負荷に応じて変えられることができようになっており、それらの冷凍機は、互いに並列に回路に接続されている。
【００１２】
好ましい形態においては、冷凍機は、回路に冷却力を供給するために、前記回路に接続される各冷凍機を少なくとも２つ有する。これらの少なくとも２つの冷凍機は、好ましくは、回路に並列に接続される。冷却対象も同様に、この回路に並列に繋がっているのが好ましい。
【００１３】
冷媒は、普通、液体であり、回路は冷媒を流すことのできる導管システムを具える。この冷却システムの好ましい態様において、各冷却対象は、回路から冷媒を受け入れるための流入口と、回路に冷媒を放出するための流出口とを具える。
【００１４】
本発明に係る冷却システムの好ましい構成によれば、回路には、冷却対象をバイパスするバイパス装置が付与されている。このことによって、冷媒回路中の一定量の循環が可能となる。
【００１５】
冷却システムは、さらに、冷媒用の回路に、好ましくは回路の戻り側に接続された貯蔵タンクを有するのが好ましい。この貯蔵タンクは、冷媒の熱膨張を補償し、また、冷媒が漏れた場合の予備として機能させることができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様において、冷却システムは、冷却対象に冷却力を付与するため、少なくも１個の冷却対象を含む冷媒用の第２回路を有し、少なくとも１つの冷凍機がこの第２の回路に繋がれている。それらの２つの回路は、普通、回路系統として分離されている。このようにして、1つのコンプレッサを有する１つの冷凍機は、いくつかの回路を冷却することができる。
【００１７】
本発明の更なる形態によると、航空機に設置された冷却システムの冷凍機は、冷却力を生成する冷却手段と、この生成された冷却力を冷媒に伝達する装置とを具え、冷凍機は、生成された冷却力に冷媒を熱的接触させる少なくとも１つの熱交換機と、熱交換機を通して冷媒を運ぶポンプとを具える。冷凍機は、冷却システムの回路に繋がるよう形成されていて、冷媒を運ぶポンプは、冷却手段とともにモジュラー式冷凍機として、冷却システムの回路に冷却力を供給するモジュラー式ユニットの形態をとる。このモジュラー式冷凍機は、これが回路に多数個が並列に並んで回路に接続することができるよう、システムの冷却負荷に対応可能な構成となっている。
【００１８】
この冷凍機の好ましい態様において、冷却力伝達装置は、冷媒を熱交換機に導く流入路と、冷媒を熱交換機から取り出す流出口とを有する。冷却力伝達装置の流入口と流出口とは、回路への接続のために設けられ、ポンプは、好ましくは、熱交換機の流入口側に配置される。しかしながら、ポンプを、熱交換機の流出口側に配置することもできる。
【００１９】
この冷凍機の好ましい態様において、冷却力伝達装置は、生成された冷却力に冷媒を熱的接触させる第２の熱交換機を有する。これに対応して、冷却力伝達装置は、冷媒を第２の熱交換機に導く第２の流入路と、冷媒を第２の熱交換機から取り出す第２の流出口とを有している。第２の流入口と第２の流出口とは、第２の回路への接続のために設けられる。冷凍機は、好ましくは、第２の熱交換機を通して冷媒を運ぶ第２のポンプを有し、このポンプを、第２の熱交換機の流出口側に配置すると有利なものとなる。
【００２０】
この冷凍機の好ましい態様において、熱交換機もしくは第２の熱交換機は、冷凍機の冷却用蒸発器の一部を構成し、これによって冷却力が冷媒に伝達される。
【００２１】
さらなる好ましい発明の構成は、従属請求項、および、以下の実施形態の説明から明らかになる。その説明を、添付の図面を参照して行う。図において、似通ったもしくは全う同じ機能をもつ要素には同じ参照符号をつけて識別した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、冷凍機１の１つの実施形態を示し、この冷凍機１は、従来からある圧縮式の冷凍機の形態をなす冷却手段２を有する。この圧縮式冷凍機は少なくとも、冷媒を圧縮するコンプレッサ３、凝縮器４、膨張弁５、および蒸発器６よりなる。圧縮式の冷凍機は、既に知られている、気体の冷媒をコンプレッサ３によって圧縮し、凝縮器４で凝縮することにより冷却力を生成する。凝縮器において冷媒から奪われた熱は、例えば、ファン８によって凝縮器４から持ち出され、例えば空気のような媒体７に捨てられる。凝縮された液体の冷媒は、次に、膨張弁５を通過するように流れ、そこで、この冷媒は気体に戻る相変化を起こし、急激な温度低下を引き起こす。このようにして冷却された冷媒は、再び少なくとも一部一部は気体であるが、蒸発器６に向かって流れ、そこで、相変化が完成されそれと同時に冷却力が冷媒に移転される。
【００２３】
蒸発器６は、冷媒が生成された冷却力に冷媒を熱的に接触させる熱交換機を具える。熱交換機は、このように冷却伝達装置として機能する。熱交換機または蒸発器６は、生成された冷却力のできるだけ多くを冷媒に伝達できるようにするため、冷媒用の蒸発器６を通る閉ざされた（すなわち、回路系統として分離している）貫流ルートの形態をとる導管９を有する。導管９は、冷媒を熱交換機６に導く冷凍機への流入口９ａと、冷媒を熱交換機６から導き出す冷凍機からの流出口９ｂとを有する。以下に説明するように、流入口９ａと流出口９ｂとは、回路に繋がるよう形成されている。冷凍機１には、熱交換機６を通して冷媒を運ぶポンプ１０が、図１に示すように、熱交換機６の流入口９ａの側に据え付けられて配設される。
【００２４】
図１に見られるように、冷凍機１は、モジュラー型冷却システム２０の一部を形成する。組み込み付のポンプ１０を有する冷凍機１は、その流入口９ａおよび流出口９ｂを介して冷却システム２０の回路２１に繋がっている。導管システムよりなる回路２１は、少なくとも１つの冷却対象２２を含み、冷媒を冷却対象２２に運ぶ。「冷却対象」２２は、キャビン温度より低い温度に調節しなければならない航空機内の閉空間、あるいは、熱を発生させ安全な航行を保証するためには冷却しなければならない技術的に高度な装置を一般的に表すものとする。
【００２５】
冷媒は、冷凍機１に組み込まれたポンプ１０によって閉回路21内を循環する。冷却対象２２は、航空機内の全ての潜在的冷却対象と同じように、ヒートシンクとして、回路２１内を循環する冷媒を用いる。図１に示すように、これは、例えば、熱伝達用のファン構成２２、２３によって冷却力が冷媒から好ましくは空気のような他の媒体に伝達される二次的な冷却力運搬システムによって実行される。バルブ２５によって、冷却対象２２は、連続的にあるいは断続的に熱伝達部２３を通過する冷媒の流れを調整することができ、このことによって、このシステムから得られる冷凍能力を現在の冷却負荷に合わせることができる。換言すれば、もし、冷却対象２２の冷却負荷が低下すれば、バルブ２５は、制御によって閉止され、冷却対象２２により少ない冷媒しか許容しないよう制御によって閉止することができる。これに加えて、冷却対象の温度条件をファンの速度を制御することによって設定することができる。
【００２６】
図１に示した冷却システム２０は、さらに少なくとも、貯留タンク２６を具え、このタンクは、航空機の適当な場所に、好ましくは冷媒回路２１の戻りラインに接続されている。冷媒の熱膨張および漏れは貯留タンク２６から補われる。
【００２７】
上記に説明したように、図１は、本発明の基本原理、すなわち、航空機冷却システムにおける冷却力の生成と消費との位置的な分離が可能であることを示す1つの例である。冷凍機は、航空機内の冷却負荷に応じて複数個配置することができ、冷凍と循環との機能は、各冷凍機の中で連結されている。このことは、図２に示す実施例からさらに明らかになるであろう。
【００２８】
図２は、発明の考え方をより明確に示す冷却システムの実施例を示す。図２に示した冷却システム２０は、回路２１に並列に接続された３台の冷凍機１を有している。回路２１は、同様にして、供給側２７と戻り側２８とを具えた導管システムよりなっている。供給側２７では、各冷凍機１の流出口９ｂが合流点２９に接続され、戻り側２８では、各冷凍機１の流入口９ａが合流点３０に接続されている。
【００２９】
この模式的なイラストにおいて、各冷凍機１は循環ポンプ１０を装備したモジュラー式ユニットを形成し、回路２１の導管システムに並列に接続されていて、冷凍機１の数は、それに対して航空機の冷却負荷が１つ対応するべく選択される。図示の場合、回路２１は、回路２１に並列に接続された３台の冷却対象２２を含む。冷却対象をバイパスするためのバイパス装置３１が回路２１の両端に設けられていて、冷却対象がその調整弁２５を閉じて冷媒を全く通さなくなったときにでも、冷媒が回路内を確実に循環するようにしている。例えば、構造的にあるいはソフトウエアによって調整弁２５が基から完全に閉じないようになっている場合には、回路２１からバイパス弁３１をなくすこともできる。
【００３０】
冷凍機１に組み込まれていている循環ポンプ１０は、逆止弁を含んでいて、これによって冷媒は一方向にしか流れることができず、循環ポンプ１０が故障しても逆流が起こらないようになっている。最初の実施形態に示したように、回路２１の導管システムは、少なくとも１つの貯留タンク２６を好ましくは戻りライン２８側に有することができ、このことによって、冷媒の熱膨張や漏れに対して補償することができる。
【００３１】
図２に示した冷却システムは、１、２台の冷凍機１が故障したとしても、少なくとも１台の冷凍機１が稼動している限り、全システムの冷凍能力が完全になくなることにはならない。個々の冷凍機１の冷凍能力およびポンプ能力は、特に、冷凍能力および／又はポンプ能力を部分負荷における現在の冷凍もしくは循環要求に合わせるために、中央制御ユニットもしくはローカルのレギュレータによって調整することができる。
【００３２】
図３は、航空機冷却システム２０の他の実施例を示し、その冷凍機１は、変形的な構成をなしている。２台の冷凍機１の各は、生成された冷却力を冷媒に伝達する２台の熱交換機６、６‘を有するとともに、冷媒を対応する熱交換機６、６‘それぞれ運ぶ２台のポンプ１０、１０’を具えている。冷凍機１は、冷媒を熱交換機６、６‘に導く導管９、９‘を有し、各導管には、冷凍機への流入口９ａ、９ａ’と冷凍機からの流出口９ｂ、９ｂ’とが設けられている。先の実施例のように、流入口９ａ、９ａ’と流出口９ｂ、９ｂ’とは、回路への接続のために設けられる。この実施例において、２つの冷凍機１は、２つの分かれた冷媒回路２１、２１‘に並列に接続されている。
【００３３】
２つの回路２１、２１‘は、回路系統としては互いに分離していて、それぞれに対して３台の冷却対象２２もしくは２２’を含む。図３に示した冷却システム２０において、少なくとも１台の冷凍機１が稼動している限り、全システムの冷凍能力が全く失われることとはならない。
【００３４】
２つの回路２１、２１‘は、戻り導管２８、２８’側に貯留タンク２６、２６’に有し、冷媒の熱膨張および漏れを補償することができる。同様に、バイパス装置３１、３１‘が各回路２１、２１‘の両端に設けられ、回路内の冷媒の永続的な循環を確保している。
【００３５】
この発明の多くの特長にうち、システム要素の設置に関する極めて大きな柔軟性と、設置された冷凍能力の、異なる航空機キャビン配置による冷却負荷に対する対応力に関する大きなモジュラー性は特に言及する価値がある。冷却システムは、一時的な冷凍能力や循環能力を満たすのに全部の冷凍機が必要でない場合、１以上の冷凍機のスイッチを切ることによって部分負荷航行における効率を向上させることができる。このように、本発明に係る冷却システムは、また、電力消費も低減しその結果航空機の燃料消費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】冷却システムの冷凍機を例示する模式図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係る冷却システムを例示する模式図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る冷却システムを例示する模式図である。
【図１】
2009520620.tif 000003
【図２】
2009520620.tif 000004
【図３】
2009520620.tif 000005
【国際調査報告】
2009520620.tif 000006
2009520620.tif 000007
2009520620.tif 000008