(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に搭載されたポッド内の電子機器を、コンプレッサ、スキンコンデンサ、レシーバ、膨張弁、エバポレータからなるパッケージ化されたベーパサイクル冷却システムによって冷却する冷却システムにおいて、外気温度が低い場合、ポッド外板に配設され、外気の流れによって冷却されるスキン熱交換器で熱交換された冷却液により、前記ベーパサイクル冷却システムを使用せずに、直接電子機器を冷却し、外気温度が高い場合、前記冷却液による直接電子機器の冷却を止め、前記冷却液が前記ベーパサイクル冷却システムのスキンコンデンサでベーパサイクル冷却システムの冷媒と熱交換し、前記ベーパサイクル冷却システムの冷媒がエバポレータで電子機器を冷却する冷却液と熱交換し、前記電子機器を冷却する冷却液により電子機器を冷却することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
航空機に搭載されたポッド内の電子機器を、コンプレッサ、スキンコンデンサ、レシーバ、膨張弁、エバポレータからなるパッケージ化されたベーパサイクル冷却システムによって冷却する冷却システムにおいて、ポッド外板に配設され、外気の流れによって冷却されるスキン熱交換器で熱交換された冷却液が前記ベーパサイクル冷却システムのスキンコンデンサでベーパサイクル冷却システムの冷媒と熱交換し、前記ベーパサイクル冷却システムの冷媒がエバポレータで電子機器を冷却する冷却液と熱交換し、前記電子機器を冷却する冷却液により電子機器を冷却することを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
航空機に搭載されたポッド内の電子機器を、コンプレッサ、スキンコンデンサ、レシーバ、膨張弁、エバポレータからなるパッケージ化されたベーパサイクル冷却システムによって冷却する冷却システムにおいて、ポッド外板に配設され、外気の流れによって冷却されるスキン熱交換器で熱交換された冷却液により、高温度で冷却可能な高温用電子機器を直接冷却し、同時に前記冷却液が前記ベーパサイクル冷却システムのスキンコンデンサでベーパサイクル冷却システムの冷媒と熱交換し、前記ベーパサイクル冷却システムの冷媒がエバポレータで低温用電子機器を冷却する冷却液と熱交換し、前記電子機器を冷却する冷却液により低温度で冷却可能な低温用電子機器を冷却する２系統の高温用／低温用システムを備えることを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機用の冷却システムに係わり、特に、航空機に搭載されたポッドの内方に収納された電子機器の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機に搭載されたポッド内の電子機器の冷却は、冷媒、例えば、代替フロン等を用いて、コンプレッサ（圧縮器）、コンデンサ（凝縮器）、レシーバ（受液器）、膨張弁、エバポレータ（蒸発器）からなる冷凍サイクルのベーパサイクル冷却システム（以下ＶＣＳという）で行われている。
図４に、航空機に搭載された電子機器１３がＶＣＳで冷却される制御ブロック図を示す。外気の冷えた空気が航空機ポッド外板５ａにふれ、ポッド外板５ａから冷気がスキンコンデンサ５に伝達される。コンプレッサ６によって圧縮された高温高圧の蒸気状の冷媒が、スキンコンデンサ５に入り、周囲から熱を取られて凝縮し、液体となってレシーバ７のタンクに流入し貯められる。レシーバ７からの冷媒は、膨張弁８で断熱膨張し低圧になって、エバポレータ９の蒸発コイルに入り、周囲から熱を奪ってから蒸気になる。蒸気になった冷媒は冷却コイルからコンプレッサ６に吸入される。そして、凝縮するまで圧縮される。この冷凍サイクルのエバポレータ９で電子機器１３を冷却する冷却液が熱交換され、循環ポンプ２によって冷却液が循環され、電子機器１３を冷却する。
図５は航空機のポッド内の電子機器１３が低温用電子機器１３ａと高温用電子機器１３ｂに分けて冷却するようにした制御ブロック図を示す。この場合、ＶＣＳのエバポレータ９で熱交換された冷却液を、まず、最初に低温用電子機器１３ａに送り、その余熱冷気で高温用電子機器１３ｂを冷却するものである。この冷却順序で熱効率を高めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷却システムは以上のように構成されているが、航空機の外気温度が低い場合、ポッド外板５ａからスキンコンデンサ５に伝達する低温の熱が、スキンコンデンサ５の冷媒の温度を低下しすぎ、そのためスキンコンデンサ５の凝縮圧力が下がり、レシーバ７を経由して膨張弁８からの冷媒の流量が、所定の流量に達せず、冷却能力が不足するという問題がある。
また、航空機ポッドなどの外板に取り付けるスキンコンデンサ５と、内部に設置するその他のＶＣＳを直接接続するために、機器の取り付け、または取り外し時に、代替フロン等の冷媒を回収、または充填しなければならない。さらに航空機に搭載されたポッドなどに収納された後、スキンコンデンサ５とその他の冷却システムを接続する必要があるため、冷媒の漏れが生じ易いという問題がある。また、電子機器１３により必要とする冷却液の温度が異なるため、全ての電子機器１３をＶＣＳで冷却することは、消費電力が大きくなり、また、冷却装置のサイズも大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外気温度が低い場合、ＶＣＳのスキンコンデンサ５の温度が低下しすぎないようにし、有効に外気温度を利用し、また、航空機ポッドなどの外板に、機器の取り付け、または取り外し時に、ＶＣＳの代替フロン等の冷媒を回収、または充填する必要がなく、また、冷却する低温用電子機器１３ａと高温用電子機器１３ｂに対して、有効に効率よく冷却することができる冷却システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の冷却システムは、コンプレッサ、スキンコンデンサ、レシーバ、膨張弁、エバポレータからなるパッケージ化されたベーパサイクル冷却システムによって冷却する冷却システムにおいて、外気温度が低い場合、ポッド外板に配設され、外気の流れによって冷却されるスキン熱交換器で熱交換された冷却液により、前記ベーパサイクル冷却システムを使用せずに、直接電子機器を冷却し、外気温度が高い場合、前記冷却液による直接電子機器の冷却を止め、前記冷却液が前記ベーパサイクル冷却システムのスキンコンデンサでベーパサイクル冷却システムの冷媒と熱交換し、前記ベーパサイクル冷却システムの冷媒がエバポレータで電子機器を冷却する冷却液と熱交換し、前記電子機器を冷却する冷却液により電子機器を冷却するシステムを備えるものである。
【０００６】
さらに、請求項第２の冷却システムは、ポッド外板に配設され、外気の流れによって冷却されるスキン熱交換器で熱交換された冷却液が、前記ベーパサイクル冷却システムのスキンコンデンサでベーパサイクル冷却システムの冷媒と熱交換し、前記ベーパサイクル冷却システムの冷媒がエバポレータで電子機器を冷却する冷却液と熱交換し、前記電子機器を冷却する冷却液により電子機器を冷却するシステムを備えるものである。
【０００７】
さらに、請求項第３の冷却システムは、ポッド外板に配設され、外気の流れによって冷却されるスキン熱交換器で熱交換された冷却液により、高温度で冷却可能な高温用電子機器を直接冷却し、同時に前記冷却液が前記ベーパサイクル冷却システムのスキンコンデンサでベーパサイクル冷却システムの冷媒と熱交換し、前記ベーパサイクル冷却システムの冷媒がエバポレータで低温用電子機器を冷却する冷却液と熱交換し、前記電子機器を冷却する冷却液により低温度で冷却可能な低温用電子機器を冷却する２系統の高温用／低温用システムを備えるものである。
【０００８】
本発明の冷却システムは上記のように構成されており、スキンコンデンサの替わりに、スキン熱交換器を使用し、外気温度が低く、スキン熱交換器で冷却された冷却液の温度が下がる時には、この冷却液で直接電子機器を冷却する。そのため外気温度が低い場合も、十分な冷却能力が得られる。さらに、ＶＣＳが故障しても、直接冷却により一定の冷却能力が得られ、冗長性が増加する。
また、ＶＣＳのスキンコンデンサの替わりに、スキン熱交換器を使用し、スキン熱交換器で、エチレングリコールなどの冷却液を冷却し、その冷却液によりＶＣＳのスキンコンデンサを冷却する。そのためＶＣＳをポッド内部でパッケージ化することが可能であり、冷媒の回収・充填が不要になり、メンテナンスが容易になる。さらに、冷媒の漏れにくい構造となる。
また、電子機器のうち、比較的高温度の冷却温度で冷却しても良いものは、冷却液で直接電子機器を冷却する。そのためＶＣＳで冷却する必要のある電子機器の熱負荷が減少し、全体として熱効率のよい冷却システムになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の冷却システムの一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は、外気温度が高い場合、外気によって冷却されたスキン熱交換器３の冷却液が、ＶＣＳのスキンコンデンサ５で冷媒に熱交換され、ＶＣＳのエバポレータ９で冷媒から熱交換された冷却液で、電子機器１３を冷却するシステム回路と、外気温度が低い場合、直接冷却液で電子機器１３を冷却するシステム回路の２系統を有するシステムを示す。
即ち、本システムは、スキン熱交換器３の冷却液がＶＣＳのスキンコンデンサ５を介して循環する循環ループＡと、ＶＣＳの冷媒による循環ループＢと、ＶＣＳのエバポレータ９を介して間接的に冷却液で電子機器１３を冷却する循環ループＣと、または、スキン熱交換器３の冷却液が電子機器１３を直接冷却する循環ループＤとから構成されている。
冷却サイクルの循環ループＡは、航空機ポッド外板３ａが外気の温度によって冷却され、そして、その熱がポッド外板３ａに取り付けられたスキン熱交換器３に伝達する。スキン熱交換器３の冷却サイクル管内に充填された冷却液、例えばエチレングリコールなどの冷却液が、ポッド外板３ａからの冷熱により冷却される。冷却された冷却液はバルブ４を通って、ＶＣＳのスキンコンデンサ５に導入され、そこでＶＣＳの冷媒と熱交換し熱を奪われて、循環ポンプ１によって再びスキン熱交換器３に導入される。即ち、循環ループＡは、外気の冷気をスキン熱交換器３からＶＣＳのスキンコンデンサ５に伝達するものである。
冷却サイクルの循環ループＢは、冷媒、例えば、代替フロンを使用したベイパーサイクル冷却システムで、コンプレッサ６によって圧縮された高温高圧の蒸気状の冷媒が、スキンコンデンサ５に入り、スキンコンデンサ５で循環ループＡの冷却液の周囲から熱を奪い取られて凝縮し、液体となってレシーバ７のタンクに流入し貯められる。レシーバ７からの冷媒は、膨張弁８で断熱膨張し低圧になって、エバポレータ９の蒸発コイルに入り、周囲から熱を奪ってから蒸気になる。蒸気になった冷媒は冷却コイルからコンプレッサ６に吸入される。そして、凝縮するまで圧縮される。
冷却サイクルの循環ループＣは、ＶＣＳのエバポレータ９で冷却された冷却液がバルブ１０を通って、電子機器１３を冷却する。そして、冷却液は循環ポンプ２で再びエバポレータ９に導入される。
冷却サイクルの循環ループＤは、外気の温度が低い場合に、上記の循環ループＡ、循環ループＢ及び循環ループＣを使用せずに、直接、スキン熱交換器３の冷却液で電子機器１３を冷却するもので、バルブ４、バルブ１０を閉じ、バルブ１１とバルブ１２を開けて、循環ポンプ１で冷却液、例えば、エチレングリコールなどの冷却液を循環させるものである。
本冷却システムを運転する時の各部の動作状態は以下のように制御される。外気温度が高い場合は、循環ポンプ１はＯＮ、循環ポンプ２はＯＮ、コンプレッサ６はＯＮ、バルブ４は開、バルブ１１は閉、バルブ１２は閉、バルブ１０は開として運転される。外気温度が低い場合は、循環ポンプ１はＯＮ、循環ポンプ２はＯＦＦ、コンプレッサはＯＦＦ、バルブ４は閉、バルブ１１は開、バルブ１２は開、バルブ１０は閉として運転される。
上記の実施例は、外気の温度が低い場合は、循環ループＤのみを作動させて、直接電子機器１３を冷却し、外気温度が高い場合は、循環ループＡと循環ループＢと循環ループＣを作動させるものであり、外気温度が低い場合にも効率良く電子機器１３を冷却することができる。さらに、ＶＣＳが故障しても、直接電子機器１３を冷却することにより一定の冷却能力が得られ、冗長性が増加する。
【００１０】
次に、本発明の冷却システムの他の実施例を図２を参照しながら説明する。図２は、外気によって冷却されたスキン熱交換器３の冷却液が、ＶＣＳのスキンコンデンサ５で冷媒に熱交換され、ＶＣＳのエバポレータ９で冷媒から熱交換された冷却液で、電子機器１３を冷却するシステムを示す。
即ち、本システムは、スキン熱交換器３の冷却液がＶＣＳのスキンコンデンサ５を介して循環する循環ループＡと、ＶＣＳの冷媒による循環ループＢと、ＶＣＳのエバポレータ９を介して間接的に冷却液で電子機器１３を冷却する循環ループＣから構成されている。
この実施例では、外部の温度にかかわらず、循環ループＡ、循環ループＢ、循環ループＣを作動させて電子機器を冷却するもので、直接、ＶＣＳを航空機ポッドに取付けることをしないので、ＶＣＳを航空器ポッド内でパッケージ化することができるため、ＶＣＳを取り付けたり、外したりする時に、冷媒の回収・充填が不要になり、メンテナンスが容易になる。また冷媒が漏れにくい構造にすることができる。
【００１１】
さらに、本発明の冷却システムの他の実施例を図３を参照しながら説明する。図３は、外気によって冷却されたスキン熱交換器３の冷却液がＶＣＳのスキンコンデンサ５で冷媒に熱交換され、ＶＣＳのエバポレータ９で冷媒から熱交換された冷却液で、低温用電子機器１３ａを冷却するシステム回路と、直接冷却液で高温用電子機器１３ｂを冷却するシステム回路の２系統を有するシステムを示す。即ち、本システムは、スキン熱交換器３の冷却液がＶＣＳのスキンコンデンサ５を介して循環する循環ループＡと、ＶＣＳの冷媒による循環ループＢと、ＶＣＳのエバポレータ９を介して間接的に冷却液で低温用電子機器１３ａを冷却する循環ループＣａと、または、スキン熱交換器３の冷却液が高温用電子機器１３ｂを直接冷却する循環ループＤａとから構成されている。
この実施例では、循環ループＡ、循環ループＢ、循環ループＣａで低温用電子機器１３ａを冷却し、同時に、循環ループＤａによって高温用電子機器１３ｂを冷却する。循環ループＣａは、循環ループＣを低温用電子機器１３ａのみを冷却するものとしたものであり、一方、循環ループＤａは、循環ループＤを高温用電子機器１３ｂのみを冷却するものとしたものである。電子機器１３の内高温用電子機器１３ｂが冷却液で直接冷却されるため、ＶＣＳで冷却する必要のある高温用電子機器１３ａの熱負荷が減少する。したがって消費電力が低減される。そして、ＶＣＳを小型化することができる。
【００１２】
図１の実施例において、外気温度が低い場合、スキン熱交換器３からの冷却液で電子機器１３を冷却する方法は、図１に限定するものでなく、例えば、図１で示すＰ点に循環ポンプ１を設け、Ｑ点に循環ポンプ２を設けた配管系統にして、循環ポンプ１を止めて、循環ポンプ２を運転する方法でもよい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の冷却システムは上記のように構成されており、冷媒を使用したＶＣＳのスキンコンデンサを航空器ポッドに取り付けるのでなく、エチレングリコールなどの冷却液を用いたスキン熱交換器を取り付け、その冷却された冷却液で、ＶＣＳのスキンコンデンサからエバポレータを介して、冷却された冷却液で電子機器を冷却する。そのため、ＶＣＳを航空器ポッド内でパッケージ化することができ、ＶＣＳを取り付けたり、外したりする時に、冷媒の回収および充填が不要になり、メンテナンスが容易になる。また冷媒が漏れにくい構造にすることができる。
また、外気温度が低い場合、電子機器を直接冷却液で冷却することができるので、十分な冷却能力が得られる。さらに、ＶＣＳが故障しても、直接冷却により一定の冷却能力が得られ、冗長性が増加する。
また、高温用電子機器と低温用電子機器の冷却回路を別にして、スキン熱交換器からの冷却液で直接高温用電子機器を冷却し、低温用電子機器に対しては、ＶＣＳを介して冷却することができるシステムにすることで、ＶＣＳで冷却する必要のある熱負荷が減少する。そのため消費電力が低減される。さらに、ＶＣＳを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の冷却システムの一実施例を示す図である。
【図２】  本発明の冷却システムの他の実施例を示す図である。
【図３】  本発明の冷却システムの他の実施例を示す図である。
【図４】  従来の冷却システムを示す図である。
【図５】  従来の他の冷却システムを示す図である。
【符号の説明】
１…循環ポンプ                      ２…循環ポンプ
３…スキン熱交換器                  ３ａ…ポッド外板
４…バルブ                          ５…スキンコンデンサ
５ａ…ポッド外板                    ６…コンプレッサ
７…レシーバ                        ８…膨張弁
９…エバポレータ                  １０…バルブ
１１…バルブ                        １２…バルブ
１３…電子機器                      １３ａ…低温用電子機器
１３ｂ…高温用電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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