Модульная система охлаждения и холодильное устройство для этой системы
Изобретения относятся к области транспортного машиностроения, в частности к модульным системам охлаждения и холодильным устройствам для этой системы. Модульная система охлаждения для воздушного судна содержит множество холодильных устройств для производства и передачи холода на охлаждающую среду и контур для охлаждающей среды. Контур включает множество потребителей холода и предназначен для обеспечения холодом потребителей холода. Каждое холодильное устройство подключено к контуру и выполнено в виде модульного блока. Модульный блок имеет один насос для передачи охлаждающей среды через контур. Количество модульных холодильных устройств выбрано из условия соответствия потребностям системы в холоде, причем холодильные устройства подключены к контуру параллельно. Модульное холодильное устройство для системы охлаждения на воздушном судне содержит холодильное средство и устройство для передачи произведенного холода на охлаждающую среду. Устройство для передачи произведенного холода содержит один теплообменник и насос для передачи охлаждающей среды через теплообменник. Холодильное устройство выполнено с возможностью подключения к контуру системы охлаждения, включающему множество потребителей холода. Насос образует вместе с холодильным средством модульный блок, чтобы обеспечивать контур системы охлаждения холодом в качестве модульного холодильного устройства. Модульное холодильное устройство выполнено с возможностью соответствия потребностям системы в холоде при условии параллельного подключения множества таких модульных холодильных устройств к контуру. Достигается увеличение гибкости системы охлаждения. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе охлаждения для воздушного судна и холодильному устройству для этой системы охлаждения.
Уровень техники
Во внутреннем пространстве воздушного судна предусматривается множество технических устройств, которые выделяют тепло и которые необходимо охлаждать с целью гарантии безопасного режима эксплуатации. Кроме того, во внутреннем пространстве воздушного судна существуют различные замкнутые пространства, так называемые отсеки, которые требуют быстрого охлаждения до температур, меньших, чем температура салона.
Из патентных документов DE 4340317 С2 и US 2003/0042361 А1 известны системы охлаждения, предназначенные для охлаждения продуктов, например, на воздушном судне. В этих системах охлаждения на воздушном судне предусматривается центральное холодильное устройство, которое через систему трубопроводов переносит охлаждающую среду к индивидуальным теплообменным агрегатам. Теплообменные агрегаты присоединены к транспортным контейнерам, подлежащим охлаждению, через дополнительные трубопроводы в зоне складских помещений бортовой кухни. Эти системы охлаждения требуют, по меньшей мере, одного агрегата для производства холода и отдельного агрегата для циркуляции жидкого холодильного агента через трубопроводную систему на воздушном судне. Циркуляционный агрегат состоит из одного или большего количества циркуляционных насосов и усреднительного резервуара.
Однако известные решения имеют тот недостаток, что, в дополнение к холодильным агрегатам, на воздушном судне приходится устанавливать циркуляционный агрегат для жидкого холодильного агента. С этой целью на воздушном судне приходится предусматривать дополнительное установочное пространство. Кроме того, эти решения предусматривают единственный агрегат для передачи холода на холодильный контур, который приходится конфигурировать под наибольшую требуемую производительность циркуляции.
Из патентного документа DE 10361645 А1 известна система для передачи холода, которая разделена на два охлаждающих контура. Контуры термически связаны с холодильными машинами, в которых охлаждается холодильная среда, пропускаемая в контурах охлаждения. Соответственно, в двух охлаждающих контурах предусмотрено два циркуляционных насоса. В этой системе охлаждения все холодильные машины, циркуляционные насосы и резервуары объединены в единый центральный агрегат, который принимает на себя все обеспечение холодильной транспортной системы охлажденным хладагентом.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в создании такого решения, которое с помощью простой конструкции обеспечивает высокую степень гибкости в отношении установки и соответствия существующей потребности в холоде.
Эта задача решается с помощью системы охлаждения с признаками пункта 1 и с помощью холодильного устройства по пункту 11 формулы изобретения. Дополнительные предпочтительные варианты изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.
Изобретение предлагает холодильное устройство и систему охлаждения, которые обеспечивают пространственное разделение производства и потребления холода. Этот результат создает большое преимущество, поскольку на воздушном судне существуют большие и широко распределенные потребности в холоде, особенно на воздушном судне дальней авиации.
Система охлаждения, соответствующая изобретению, имеет преимущество, которое заключается в том, что в результате модульного выполнения она может быть очень легко адаптирована к различным потребностям в холоде разных салонов. Другими словами, количество холодильных устройств может выбираться гибким образом, чтобы удовлетворить общую потребность в холоде всех потребителей холода. Эта общая потребность в холоде системы охлаждения воздушного судна предпочтительно определяется на земле в жаркий и влажный день. В результате модульного выполнения система обеспечивает большую гибкость в отношении размещения на различных воздушных судах.
Система охлаждения, соответствующая изобретению, имеет дополнительное преимущество, которое заключается в том, что холодопроизводительность системы может быть адаптирована к текущей потребности в холоде при работе под частичной нагрузкой в том смысле, что может быть включено или выключено одно или большее количество холодильных устройств.
В соответствии с изобретением система охлаждения содержит несколько холодильных устройств, которые производят холод и передают этот холод на охлаждающую среду, а также контур для охлаждающей среды, содержащий, по меньшей мере, один потребитель холода и предназначенный для обеспечения холодом потребителя (потребителей) холода. Каждое холодильное устройство представляет собой модульный блок, который подключен к контуру и имеет насос, который передает охлаждающую среду через контур. Количество модульных холодильных устройств выбрано из условия соответствия потребностям системы в холоде, при этом холодильные устройства подключены к контуру параллельно.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения система охлаждения включает в себя, по меньшей мере, два холодильных устройства, которые подключены к контуру для обеспечения контура холодом. Эти, по меньшей мере, два холодильных устройства предпочтительно подключены к контуру параллельно. По аналогии, потребители холода также подключены к контуру параллельно.
Обычно охлаждающая среда представляет собой жидкость, а контур содержит систему трубопроводов, через которую может протекать охлаждающая среда. В предпочтительном варианте осуществления системы охлаждения каждый потребитель холода имеет впуск для приема охлаждающей среды из контура и выпуск для выброса охлаждающей среды в контур.
В соответствии с предпочтительным вариантом системы охлаждения, соответствующей изобретению, контур снабжен перепускным устройством, которое обводит потребителя (потребителей) холода. Это обеспечивает возможность постоянной циркуляции охлаждающей среды в контуре.
Предпочтительно, чтобы система охлаждения дополнительно включала в себя резервуар для охлаждающей среды, который подключен к контуру, предпочтительно, на обратной стороне контура. Резервуар служит для того, чтобы компенсировать тепловое расширение охлаждающей среды, и обеспечивает резерв в случае утечки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения система охлаждения имеет второй контур для охлаждающей среды, содержащий, по меньшей мере, один потребитель холода, для обеспечения холодом потребителя (потребителей) холода, при этом, по меньшей мере, одно холодильное устройство также подключено ко второму контуру. Обычно эти два контура гидравлически развязаны. Таким образом, одно холодильное устройство с компрессором может охлаждать несколько контуров.
В соответствии с дальнейшим аспектом изобретения предлагается холодильное устройство для системы охлаждения на воздушном судне, содержащее холодильное средство, которое производит холод, устройство для передачи произведенного холода на охлаждающую среду, при этом холодильное устройство содержит, по меньшей мере, один теплообменник, посредством которого охлаждающая среда приводится в тепловой контакт с произведенным холодом, и насос для передачи охлаждающей среды через теплообменник. Холодильное устройство выполнено с возможностью подключения к контуру системы охлаждения, а насос для передачи охлаждающей среды, вместе с холодильным средством, образует модульный блок для того, чтобы обеспечивать контур системы охлаждения холодом в качестве модульного холодильного устройства. Модульное холодильное устройство выполнено с возможностью соответствия потребностям системы в холоде, при условии, что множество таких устройств подключено к контуру параллельно.
В предпочтительном варианте осуществления холодильного устройства устройство для передачи холода имеет впуск для ввода охлаждающей среды в теплообменник и выпуск, который выпускает охлаждающую среду из теплообменника. Впуск и выпуск выполнены с возможностью подключения к контуру, а насос предпочтительно размещен на впускной стороне теплообменника. Тем не менее, имеется возможность размещения насоса и на выпускной стороне теплообменника.
В предпочтительном варианте осуществления холодильного устройства устройство для передачи холода имеет второй теплообменник, посредством которого охлаждающая среда приводится в тепловой контакт с произведенным холодом. Соответственно, устройство для передачи холода имеет второй впуск для ввода охлаждающей среды во второй теплообменник, и второй выпуск, который выпускает охлаждающую среду из второго теплообменника, при этом второй впуск и второй выпуск выполнены с возможностью подключения ко второму контуру. Холодильное устройство предпочтительно имеет второй насос для передачи охлаждающей среды через второй теплообменник, который предпочтительно установлен на выпускной стороне второго теплообменника.
В предпочтительном варианте осуществления холодильного устройства теплообменник или второй теплообменник выполнен в виде части испарителя холодильного агента холодильного устройства, в результате чего холод передается на охлаждающую среду.
Дополнительные предпочтительные варианты изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы и описаны ниже посредством примеров со ссылкой на прилагаемые фигуры, причем компоненты с идентичными или похожими функциями обозначаются одинаковыми ссылочными номерами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематическую иллюстрацию холодильного устройства в системе охлаждения.
Фиг.2 представляет схематическую иллюстрацию системы охлаждения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.3 представляет схематическую иллюстрацию системы охлаждения в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Фиг.1 представляет пример простого варианта осуществления холодильного устройства 1, которое содержит холодильное средство 2 в виде обычной компрессионной холодильной машины. Эта компрессионная холодильная машина состоит, по меньшей мере, из одного компрессора 3 холодильного агента, конденсатора 4, регулирующего клапана 5 и испарителя 6. Компрессионная холодильная машина производит холод хорошо известным способом в том смысле, что газообразный холодильный агент сжимается компрессором 3 и конденсируется в конденсаторе 4. Тепло, удаленное из холодильного агента в конденсаторе, сообщается среде 7, например, такой как воздух, который переносится через конденсатор посредством вентилятора 8. Сконденсированный жидкий холодильный агент передается далее через регулирующий клапан 5, в котором он расширяется и вследствие этого подвергается фазовому превращению обратно в газ, связанному с резким падением температуры. Охлажденный холодильный агент, вновь, по меньшей мере, частично газообразный, перетекает далее в испаритель 6, в котором фазовое превращение завершается, и одновременно выработанный холод передается на охлаждающую среду.
Испаритель 6 содержит теплообменник, посредством которого охлаждающая среда может быть приведена в тепловой контакт с произведенным холодом. Таким образом, теплообменник функционирует как устройство для передачи холода. Теплообменник испарителя 6 имеет трубопровод 9, который образует замкнутый (т.е. гидравлически раздельный) путь сквозного потока охлаждающей среды через испаритель 6 с тем, чтобы передать как можно больше произведенного холода на охлаждающую среду. Этот трубопровод 9 имеет впуск 9а в холодильное устройство, который вводит охлаждающую среду в теплообменник 6, и выпуск 9b из холодильного устройства, который выводит охлаждающую среду из теплообменника 6. Как описывается ниже, впуск 9а и выпуск 9b подключены к контуру. В холодильное устройство 1 встроен насос 10 для передачи охлаждающей среды через теплообменник 6, который установлен на впускной стороне теплообменника 6, как показано на Фиг.1.
Как можно видеть на Фиг.1, холодильное устройство 1 образует часть модульной охлаждающей системы 20. Холодильное устройство 1 со своим встроенным насосом 10 через впуск 9а и выпуск 9b подключено к контуру 21 охлаждающей системы 20. Контур 21, состоящий из трубопроводной системы, содержит, по меньшей мере, один потребитель холода 22 и передает охлаждающую среду на потребитель холода 22. "Потребитель холода" 22 - это общее обозначение замкнутого пространства в интерьере воздушного судна, которое нужно быстро охладить до температур, меньших, чем температура салона, или техническое устройство, которое выделяет тепло и должно охлаждаться для того, чтобы гарантировать безопасный режим эксплуатации.
Охлаждающая среда циркулирует в замкнутом контуре 21 на воздушном судне посредством насоса 10, встроенного в холодильное устройство 1. Потребитель холода 22, как и все потенциальные потребители холода на воздушном судне, использует охлаждающую среду, циркулирующую в контуре 21, в качестве приемника отводимого тепла. Как показано на Фиг.1, это осуществляется, например, посредством вторичной системы для передачи холода, в которой посредством теплопередатчика/вентилятора 23, 24 холод передается от охлаждающей среды на другую среду, предпочтительно, воздух. Посредством клапана 25 потребитель холода 22 может непрерывно или прерывисто регулировать поток охлаждающей среды через теплопередатчик 23 и, вследствие этого, может адаптировать холодопроизводительность системы к текущей потребности в холоде. Другими словами, если потребность в холоде у потребителя холода 22 падает, то клапан 25 может закрываться регулируемым образом с тем, чтобы пропускать в потребитель холода 22 меньшее количество охлаждающей среды. Кроме того, температурные условия в потребителе холода могут быть заданы путем регулирования скорости вентилятора.
Кроме того, система охлаждения 20, показанная на Фиг.1, содержит, по меньшей мере, один резервуар 26, который предпочтительно подключен в соответствующем месте воздушного судна к обратной линии контура 21 охлаждающей среды. Тепловое расширение и утечка охлаждающей среды компенсируются с помощью резервуара 26.
Как упоминалось выше, Фиг.1 показывает простой пример с целью иллюстрации основного принципа изобретения, а именно пространственное разделение производства и потребления холода в системе охлаждения воздушного судна. Функции охлаждения и циркуляции комбинируются в отдельных холодильных устройствах, которые могут многократно применяться в зависимости от потребности воздушного судна в холоде. Это становится яснее из примера варианта осуществления, показанного на Фиг.2.
Фиг.2 представляет вариант осуществления системы охлаждения, который более четко иллюстрирует концепцию изобретения. Система охлаждения 20, показанная на Фиг.2, имеет три холодильных устройства 1, подключенных к контуру 21 параллельно. Как и прежде, контур 21 состоит из трубопроводной системы с прямой стороной (стороной подачи) 27 и обратной (возвратной) стороной 28. На прямой стороне 27 выпуск 9b каждого холодильного устройства 1 присоединен к разветвлению 29, а на обратной стороне 28 контура 21 впуск 9а каждого холодильного устройства 1 присоединен к разветвлению 30.
На этой схематической иллюстрации можно ясно видеть, что каждое холодильное устройство 1 образует модульный агрегат со встроенным циркуляционным насосом 10, параллельно подключенный к трубопроводной системе контура 21, причем количество холодильных устройств 1 может быть выбрано таким образом, чтобы обслуживать потребности воздушного судна в холоде. В настоящем случае контур 21 содержит три потребителя холода 22, которые, как и прежде, подключены к контуру 21 параллельно. На обоих концах контура 21 устанавливается перепускное устройство 31, обводящее потребителей холода, обеспечивая постоянную циркуляцию охлаждающей среды в контуре, даже когда все потребители холода 22 закрывают свои регулирующие клапаны 25 и не пропускают никакой охлаждающей среды. Контур 21 может быть сконструирован и без перепускных устройств 31, например, если регулирующие клапаны 25 потребителей холода не могут закрываться полностью, так как имеют заданные стандартные настройки или управляются программным обеспечением.
Циркулирующие насосы 10, встроенные в холодильные устройства 1, включают в себя невозвратные клапаны, вследствие чего поток охлаждающей среды допускается только в направлении передачи, и, если циркуляционный насос 10 не срабатывает, обратный поток будет отсутствовать. Так же, как и в примере первого варианта осуществления, трубопроводная система контура 21 содержит, по меньшей мере, один резервуар 26, предпочтительно, на обратной линии 28, который компенсирует тепловое расширение и утечку охлаждающей среды.
В системе охлаждения, проиллюстрированной на Фиг.2, отказ одного или двух холодильных устройств 1 не может вызвать полную потерю холодопроизводительности всей системы до тех пор, пока, по меньшей мере, одно холодильное устройство 1 продолжает функционировать. Холодопроизводительность и производительность насоса отдельных холодильных устройств 1 могут регулироваться центральным управляющим устройством или локальными регуляторами, в частности, для того, чтобы адаптировать холодопроизводительность и/или производительность насоса к текущей потребности в холоде или в циркуляции при работе под частичной нагрузкой.
Фиг.3 представляет пример дополнительного варианта осуществления системы охлаждения 20 воздушного судна, в которой холодильные устройства 1 имеют модифицированную конфигурацию. Каждое из двух холодильных устройств 1 имеет два теплообменника 6, 6' для сообщения произведенного холода охлаждающей среде и, соответственным образом, оборудовано двумя циркуляционными насосами 10, 10', каждый из которых передает охлаждающую среду через соответствующие теплообменники 6, 6'. Холодильные устройства 1 имеют трубопроводы 9, 9', которые пропускают охлаждающую среду через теплообменники 6, 6', при этом каждый из трубопроводов 9, 9' имеет впуск 9а, 9а' в холодильное устройство и выпуск 9b, 9b' из холодильного устройства. Так же, как и в предыдущих примерах, впуски 9а, 9а' и выпуски 9b, 9b' присоединены к контуру. В этом варианте два холодильных устройства подключены к двум отдельным контурам 21, 21' охлаждающей среды параллельно.
Два контура 21, 21'' гидравлически развязаны и содержат по три потребителя холода 22 или 22' в каждом случае. В системе охлаждения 20, показанной на Фиг.3, отказ одного холодильного устройства 1 не может вызвать полную потерю холодопроизводительности всей системы до тех пор, пока, по меньшей мере, одно холодильное устройство 1 продолжает функционировать.
Эти два контура, как и прежде, имеют резервуар 26, 26' на обратном трубопроводе 28, 28', с помощью которого компенсируются тепловое расширение и утечка охлаждающей среды. Чтобы обеспечить непрерывную циркуляцию холодильного агента в контуре, аналогичным образом, на обоих концах каждого контура 21, 21' установлены перепускные устройства 31, 31'.
Среди множества преимуществ настоящего изобретения особо следует отметить большую гибкость в отношении установки системных компонентов и высокий уровень модульности в отношении адаптации установленной холодопроизводительности к потребности в холоде различных салонов воздушных судов. Система охлаждения обеспечивает повышенную эффективность при работе с частичной нагрузкой благодаря опции выключения одного или большего количества холодильных устройств тогда, когда они не требуются для удовлетворения текущей потребности в холоде или текущей потребности в циркуляции. Таким образом, система охлаждения, соответствующая изобретению, обеспечивает возможность пониженного потребления электроэнергии и, следовательно, уменьшенного потребления топлива воздушным судном.
1. Модульная система охлаждения (20) для воздушного судна, содержащая множество холодильных устройств (1) для производства и передачи холода на охлаждающую среду и контур (21) для охлаждающей среды, включающий множество потребителей холода (22) и предназначенный для обеспечения холодом потребителей холода (22), отличающаяся тем, что каждое холодильное устройство (1), подключенное к контуру (21), выполнено в виде модульного блока, который имеет, по меньшей мере, один насос (10) для передачи охлаждающей среды через контур (21), при этом количество модульных холодильных устройств (1) выбрано из условия соответствия потребностям системы в холоде, причем холодильные устройства (1) подключены к контуру параллельно.
2. Модульная система по п.1, отличающаяся тем, что включает в себя, по меньшей мере, два холодильных устройства (1), которые подключены к контуру (21) параллельно и предназначены для обеспечения контура (21) охлаждающей средой.
3. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что потребители холода (22) подключены к контуру параллельно.
4. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что контур (21) содержит трубопроводную систему, при этом каждый потребитель холода (22) имеет впуск для приема охлаждающей среды из контура (21) и выпуск для выброса охлаждающей среды в контур (21).
5. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что контур (21) снабжен перепускным устройством (31), которое обводит потребителя или потребителей холода (22).
6. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что включает в себя резервуар (26) для охлаждающей среды, который подключен к контуру, предпочтительно на обратной стороне (28) контура.
7. Модульная система по п.6, отличающаяся тем, что резервуар (26) не является частью одного из модульных холодильных устройств (1).
8. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система охлаждения включает в себя второй контур (21′) для охлаждающей среды, который гидравлически развязан с первым контуром и содержит, по меньшей мере, один потребитель холода (22') для обеспечения холодом потребителя или потребителей холода (22), причем модульные холодильные устройства (1) также подключены ко второму контуру (21') параллельно.
9. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрено, по меньшей мере, одно управляющее устройство для регулирования системы охлаждения (20) с обеспечением, в зависимости от потребности системы в холоде, включения или выключения одного или большего количества холодильных устройств (1).
10. Модульная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрено, по меньшей мере, одно управляющее устройство для регулирования охлаждающей системы (20) с обеспечением, в зависимости от потребности системы в холоде, включения или выключения одного или большего количества насосов (10, 10').
11. Модульное холодильное устройство (1) для системы охлаждения (20) на воздушном судне, содержащее холодильное средство (2), устройство для передачи произведенного холода на охлаждающую среду, которое содержит, по меньшей мере, один теплообменник (6) для приведения охлаждающей среды в тепловой контакт с произведенным холодом; и насос (10) для передачи охлаждающей среды через теплообменник, отличающееся тем, что холодильное устройство (1) выполнено с возможностью подключения к контуру (21) системы охлаждения (20), включающему множество потребителей холода (22), причем насос (10) для передачи охлаждающей среды образует вместе с холодильным средством (2) модульный блок, чтобы обеспечивать контур (21) системы охлаждения холодом в качестве модульного холодильного устройства, при этом модульное холодильное устройство (1) выполнено с возможностью соответствия потребностям системы в холоде при условии параллельного подключения множества таких модульных холодильных устройств к контуру.
12. Модульное холодильное устройство по п.11, отличающееся тем, что устройство для передачи холода имеет впуск (9а) для ввода охлаждающей среды в теплообменник (6) и выпуск (9b) для выпуска охлаждающей среды из теплообменника (6), при этом впуск (9а) и выпуск (9b) выполнены с возможностью подключения к контуру (21).
13. Модульное холодильное устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что насос (10) установлен на впускной стороне теплообменника (6).
14. Модульное холодильное устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что устройство для передачи холода имеет второй теплообменник (6') для приведения охлаждающей среды в тепловой контакт с произведенным холодом, второй впуск (9а') для впуска охлаждающей среды во второй теплообменник (6') и второй выпуск (9b') для выпуска охлаждающей среды из второго теплообменника (6'), при этом второй впуск (9а') и второй выпуск (9b') выполнены с возможностью подключения ко второму контуру (21').
15. Модульное холодильное устройство по п.14, отличающееся тем, что для передачи охлаждающей среды через второй теплообменник (6') предусмотрен второй насос (10').
16. Модульное холодильное устройство по п.15, отличающееся тем, что второй насос (10') установлен на впускной стороне второго теплообменника (6').
17. Модульное холодильное устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что теплообменник (6) или второй теплообменник (6') выполнен в виде части испарителя холодильного агента холодильного средства.
