ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА В ВОЗДУШНОМ СУДНЕ
AIRCRAFT COOLER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к охлаждающему устройству для монтажа в воздушном судне, в частности в пассажирском воздушном судне.
Уровень техники
Некоторые продукты, такие, например, как рыба или мороженое, прежде чем они будут приготовлены и употреблены в пищу, необходимо охлаждать или хранить в замороженном виде, в частности, при выполнении полетов большой дальности. Это относится не только к продуктам, но также к медикаментам или другим лекарственным препаратам, предназначенным для оказания экстренной помощи пассажирам.
Для охлаждения или заморозки на борту пассажирского воздушного судна предусмотрены охлаждающие устройства, которые обычно подключают к источнику электропитания воздушного судна. Эти охлаждающие устройства работают в соответствии с известным принципом холодильного цикла. В процессе такого рода хладагент циклически изменяет свое агрегатное состояние, превращаясь из жидкости в газ и обратно. При изменении агрегатного состояния с жидкого на газообразное хладагент поглощает тепловую энергию, тогда как при изменении своего состояния с газообразного на жидкое хладагент высвобождает тепловую энергию. На фиг.1 схематически показано изображение обычной холодильной машины компрессионного типа.
В обычной холодильной машине 10 компрессионного типа газообразный хладагент сначала сжимается компрессором 19. Затем он конденсируется (превращается в жидкость) в конденсаторе 17, высвобождая при этом тепло. В сопле 16 происходит расширение сжиженного хладагента, вследствие чего он испаряется, поглощая тепло, в испарителе 14. Благодаря охлаждающей способности испарителя 14 в холодильной камере 11 происходит отбор тепла от воздуха. На этом цикл завершается и может возобновиться в компрессоре 19. Для того чтобы поддерживать течение процесса, необходимо обеспечить подвод энергии к компрессору 19 извне.
Вентилятор 15 используют для того, чтобы улучшить передачу тепла и обеспечить более равномерное распределение температуры в холодильной камере 11. Дополнительный вентилятор 18 через отверстие 12 для подвода воздуха всасывает наружный воздух, который нагревается теплом, высвобождаемым в испарителе 17. Этот нагретый воздух выпускают в окружающее пространство с помощью вентилятора 18 через отверстие 13 для выпуска воздуха.
Из-за того что в состав холодильной машины компрессионного типа, показанной на фиг.1, входит большое число компонентов, требуется относительно большое пространство для ее монтажа, что является недостатком, в частности, на борту воздушного судна. Кроме того, эти холодильные машины компрессионного типа относительно тяжелы и являются источником вибрации и шума из-за периодически работающего компрессора. Более того, тепло, отводимое от охладительной камеры 11, выпускают в воздух, окружающий охлаждающее устройство. Поэтому при установке охлаждающего устройства такого рода в небольших закрытых вставных отсеках на кухне воздушного судна должен быть гарантирован постоянный воздухообмен, для того, чтобы предотвратить перегрев охлаждающего устройства и чрезмерное нагревание окружающего пространства. Для этой цели необходимо предусмотреть систему всасывания, которая может быть встроена лишь в стесненных условиях, с относительно высокими конструктивными затратами.
Патентный документ WO 2004/071239 А1 описывает холодильный блок для тележки официанта, предназначенный для использования в воздушном судне или поезде. Холодильный блок включает в себя элемент Пельтье, расположенный внутри теплоизоляционного материала, который разделяет выдвижной ящик тележки на переднюю холодильную секцию и заднюю промежуточную секцию, которая ограничена задней стенкой выдвижного ящика и теплоизоляционным материалом. Каждый конец элемента Пельтье соединен с теплообменником способом, обеспечивающим теплопередачу. Элемент Пельтье служит для охлаждения холодильной секции выдвижного ящика тележки официанта. В каждой из секций - холодильной и промежуточной - предусмотрено по вентилятору, один из которых обеспечивает циркуляцию относительно теплого воздуха в промежуточной секции, а второй обеспечивает циркуляцию относительно холодного воздуха в холодильной секции. Когда тележку официанта ставят на стоянку в кухне воздушного судна, отверстие в задней стенке совмещается с отверстием в стенке кухни. Теплый воздух из промежуточной секции выдвижного ящика через отверстие в стенке поступает в центральную систему циркуляции воздуха.
В патентном документе DE 3639089 А1 описано термоэлектрическое охлаждающее устройство, в частности, для радиатора автомобиля. Термоэлектрическое охлаждающее устройство включает в себя, по меньшей мере, один блок элементов Пельтье. Теплая сторона блока элементов Пельтье соединена с первым теплообменником способом, обеспечивающим теплопередачу. Через первый теплообменник циркулирует жидкий хладагент, поступающий из контура подачи жидкого хладагента. Холодная сторона блока элементов Пельтье находится в тепловом контакте с пластинчатым рекуперативным теплообменником, который занимает все поперечное сечение канала, по которому циркулирует охлаждаемый воздух. После этого охлажденный воздух посредством вентилятора нагнетается в охлаждающее пространство радиатора. Контур подачи жидкого хладагента снабжен третьим теплообменником, который предназначен для охлаждения жидкого хладагента. Первый теплообменник и пластинчатый рекуперативный теплообменник размещены вне охлаждающего пространства радиатора.
Раскрытие изобретения
Ввиду изложенного, задачей настоящего изобретения является обеспечение такого охлаждающего устройства для монтажа в воздушном судне, которое занимает немного места в конструкции воздушного судна, легко устанавливается и при использовании которого не нужно осуществлять обмен воздуха, окружающего охлаждающее устройство.
Согласно изобретению эта задача решается при использовании охлаждающего устройства, предназначенного для монтажа в воздушном судне, в частности в пассажирском воздушном судне, которое включает в себя теплообменник, выполненный с возможностью пропускания жидкого хладагента для предварительного охлаждения холодильной камеры охлаждающего устройства до температуры жидкого хладагента. Теплообменник связан, с возможностью теплопередачи, с охладителем, который находится в тепловом контакте с холодильной камерой охлаждающего устройства, для охлаждения холодильной камеры до температуры, которая ниже температуры жидкого хладагента. Теплообменник и охладитель размещены внутри холодильной камеры охлаждающего устройства, при этом теплообменник выполнен с возможностью подключения к системе подачи жидкого хладагента, установленной на борту воздушного судна.
При помощи теплообменника, который размещен в охлаждающем устройстве и через который может протекать жидкий хладагент, происходит отбор тепла от воздуха в холодильной камере охлаждающего устройства, вследствие чего происходит охлаждение холодильной камеры. Кроме того, поскольку охладитель, который находится в тепловом контакте с холодильной камерой охлаждающего устройства, связан с теплообменником способом, обеспечивающим теплопередачу, воздух в холодильной камере охлаждающего устройства может быть охлажден до температуры, которая ниже температуры жидкого хладагента. Поскольку теплообменник выполнен с возможностью присоединения к системе подачи жидкого хладагента, установленной на борту воздушного судна, жидкий хладагент, обеспечиваемый системой подачи, используется для рассеивания тепла, которое отводится из холодильной камеры охлаждающего устройства. В результате можно обойтись без сложной для установки системы всасывания, которая нужна для воздухообмена в обычной холодильной машине компрессионного типа. По этой причине охлаждающее устройство может быть установлено способом, экономящим пространство, без высоких конструктивных затрат, во вставном отсеке на кухне воздушного судна. Поскольку теплообменник и охладитель размещены внутри холодильной камеры охлаждающего устройства, может быть обеспечено эффективное предварительное охлаждение воздуха в холодильной камере охлаждающего устройства посредством теплообменника, а также дальнейшее охлаждение воздуха до температуры ниже температуры жидкого хладагента, протекающего через теплообменник. Кроме того, жидкий хладагент протекает через теплообменник. Жидкий хладагент имеет более высокую удельную энергию вследствие его более высокой теплоемкости. В результате жидкий хладагент может поглощать и рассеивать больше энергии (тепла) на единицу объема. Более того, снижаются требования к герметичности теплообменника.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, охладителем является элемент Пельтье. Если теплую сторону элемента Пельтье охлаждают с помощью теплообменника, по которому может протекать жидкий хладагент, то холодная сторона элемента Пельтье оказывается охлажденной в большей степени, в результате чего между двумя сторонами элемента Пельтье возникает большая разница температур, которая зависит от используемого для элемента Пельтье материала и величины подаваемого тока. Элементы Пельтье такого рода могут быть установлены без труда способом, экономящим пространство, и требуют лишь одного силового соединения для создания требуемой разницы температур.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения, теплообменник может быть присоединен к магистральной системе, смонтированной на борту воздушного судна, с помощью входного и выходного патрубков для жидкого хладагента. Магистральная система, смонтированная на борту воздушного судна, обеспечивает подачу жидкого хладагента для охлаждающего устройства. Соединения с магистралями занимают сравнительно немного места в конструкции воздушного судна, а тепло рассеивается через эту, так называемую, холодильную линию. В результате становится возможным установить охлаждающее устройство в небольшом отсеке, герметично отделенном от кабины воздушного судна.
Теплообменник предпочтительно выполнен по принципу противотока, что ведет к дальнейшему повышению эффективности теплообменника с точки зрения его охлаждающего действия.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, теплообменник включает в себя дроссельный элемент, который регулирует расход жидкого хладагента через теплообменник. При помощи этого дроссельного элемента, который предпочтительно выполнен в виде управляющего клапана, можно задать определенную температуру в холодильной камере охлаждающего устройства.
Согласно дальнейшему варианту изобретения, дроссельный элемент размещен на выходном патрубке.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, в холодильной камере охлаждающего устройства размещен вентилятор. Этот вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха в холодильной камере, в результате чего улучшается передача тепла к охладителю и к теплообменнику, а распределение температуры в холодильной камере охлаждающего устройства становится более равномерным.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения, во время работы охлаждающего устройства жидкий хладагент не претерпевает фазовых превращений. Таким образом, охлаждающее устройство может работать с большим энергосбережением, так как при каждом фазовом превращении происходит поглощение или высвобождение энергии, и впоследствии она нужна снова для возвращения жидкого хладагента в первоначальное фазовое состояние. Более того, один вид энергии не может полностью перейти в другой вид энергии, поэтому система охлаждения, в которой жидкий хладагент претерпевает фазовые превращения, требует подачи энергии извне после каждого полного холодильного цикла. Эта дополнительная энергия не требуется в случае применения охлаждающего устройства согласно данному предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Согласно дальнейшему варианту осуществления изобретения, теплообменник и охладитель выполнены таким образом, что холодильную камеру можно охладить до температуры ниже 0°C. Поэтому охлаждающее устройство можно использовать для замораживания пищи и других продуктов, таких, например, как лекарственные препараты, которые должны быть в наличии для оказания экстренной помощи пассажирам при выполнении полетов большой дальности.
Краткое описание чертежей
Далее в тексте будет представлено подробное объяснение изобретения со ссылкой на примерный вариант осуществления, проиллюстрированный на чертежах, где:
Фиг.1 показывает обычную холодильную машину компрессионного типа;
Фиг.2 показывает охлаждающее устройство согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, и
Фиг.3 схематически показывает теплообменник, который можно использовать в охлаждающем устройстве по фиг.2 и который выполнен по принципу противотока.
Осуществление изобретения
Охлаждающее устройство 20, показанное на фиг.2, включает в себя холодильную камеру 34, в которой размещены теплообменник 26 и охладитель 28, например элемент Пельтье. Теплообменник 26 связан с элементом Пельтье 28 способом, обеспечивающим теплопередачу. Теплообменник 26 присоединен к магистральной системе (не показана), смонтированной на борту воздушного судна, с помощью входного патрубка 22 и выходного патрубка 24. Таким образом, жидкий хладагент, подаваемый магистральной системой, может протекать через теплообменник. Температура жидкого хладагента, который используют в этом варианте осуществления, обычно лежит ниже 0°C.
Дроссельный элемент 32, например управляющий клапан, размещенный на выходном патрубке 24, позволяет регулировать расход жидкого хладагента через теплообменник 26. В холодильной камере 34 дополнительно предусмотрен вентилятор 30, который обеспечивает циркуляцию воздуха, вследствие чего улучшается передача тепла к теплообменнику 26 и к охладителю 28, а распределение температуры в холодильной камере 34 охлаждающего устройства 20 становится более равномерным.
Теплообменник 26, через который может протекать жидкий хладагент, гарантирует предварительное охлаждение воздуха в холодильной камере 34, тогда как температурный уровень в холодильной камере 34 может быть дополнительно понижен при помощи элемента 28 Пельтье. В результате, в холодильной камере 34 можно получить температуры, достаточные для замораживания, например, пищевых продуктов или лекарственных препаратов.
Поскольку охлаждающее устройство 20 включает в себя разомкнутый контур охлаждения, тепло, высвобождающееся во время охлаждения, может быть рассеяно с помощью холодильной линии, посредством жидкого хладагента. Поэтому охлаждающему устройству 20 не нужна холодильная машина с замкнутым контуром охлаждения, в котором вырабатываемое холодильной машиной тепло должно рассеиваться с помощью отдельной системы всасывания, за счет изменения агрегатного состояния жидкого хладагента. Соединения 22, 24 с магистралями холодильной линии занимают сравнительно немного места в конструкции воздушного судна, по сравнению с обычной холодильной машиной компрессионного типа, показанной на фиг.1. Поэтому охлаждающее устройство 20 может быть установлено в небольших отсеках, герметично отделенных от кабины воздушного судна.
На фиг.3 показан теплообменник 26', который можно использовать в охлаждающем устройстве 20 по фиг.2. Теплообменник 26' по фиг.3 выполнен по принципу противотока.
Теплообменник 26' включает в себя верхний канал, по которому в одном направлении (на фиг.3 слева направо) протекает жидкий хладагент, поступающий из системы подачи жидкого хладагента, установленной на борту воздушного судна, и второй канал, по которому в противоположном направлении (на фиг.3 справа налево) протекает охлаждаемый воздух. Элемент 28' Пельтье расположен во втором канале и находится в тепловом контакте с теплообменником 26'. В первом канале предусмотрены средства 27', такие как зигзагообразно расположенные элементы из листового металла, которые позволяют избежать или, по крайней мере, свести к минимуму турбулентность, возникающую при протекании жидкого хладагента через первый канал. Внутри второго канала расположены ребра охлаждения 29', которые обеспечивают более равномерное распределение охлаждающей энергии, вырабатываемой элементом 28' Пельтье, и увеличивают интервал времени, в течение которого входящий охлаждаемый воздух находится во втором канале. Предусмотрен также вентилятор 30', который перемещает поток воздуха через второй канал и, таким образом, обеспечивает циркуляцию воздуха внутри холодильной камеры 34 охлаждающего устройства 20 по фиг.2. Весь узел, показанный на фиг.3, может быть размещен в холодильной камере 34 охлаждающего устройства 20 по фиг.2. Кроме того, на выходном патрубке (на правой стороне первого канала на фиг.3) может быть установлен дроссельный элемент 32, такой как управляющий клапан, для регулирования расхода жидкого хладагента через первый канал теплообменника 26'.