專利名稱：用于冷卻交通工具中的空間的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于冷卻空間的系統(tǒng)和方法，以及具有通過根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和/或根據(jù)本發(fā)明的方法冷卻的至少一個(gè)空間的交通工具。
背景技術(shù)：
存在用于冷卻空間的許多不同的方法和設(shè)備。特別常見的是吸收式冷卻系統(tǒng)和壓縮式冷卻系統(tǒng)。例如，包括用于制冷劑的蒸發(fā)器回路的吸收式冷卻系統(tǒng)常用于冷卻道路交通工具和有軌交通工具。相比之下，在當(dāng)今的商業(yè)飛行器中，主要使用如下氣動(dòng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即，該氣動(dòng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有利用從噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)獲得的引氣操作的壓縮式冷卻系統(tǒng)。 通過壓縮、膨脹、中間冷卻以及水分離能夠產(chǎn)生足夠用于客艙空氣調(diào)節(jié)的充分調(diào)節(jié)的空氣。 在現(xiàn)代商業(yè)飛行器中，氣動(dòng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的部件在某種程度上也是電力驅(qū)動(dòng)的。用于操作交通工具中的傳統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的勞動(dòng)強(qiáng)度和能量是相當(dāng)大的。關(guān)于商業(yè)飛行器，當(dāng)使用利用引氣操作的氣動(dòng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)還降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
用于冷卻交通工具中的空間的傳統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于它們的高的能量需求而因此具有缺點(diǎn)。在商業(yè)飛行器中，特別是燃料消耗和起飛重量增加，從而使得效率降低。將提供用于冷卻交通工具的空間中的空氣的可靠的系統(tǒng)和方法認(rèn)為是本發(fā)明的一個(gè)目的，在該系統(tǒng)和方法中，能量需求盡可能地低并且該系統(tǒng)具有低復(fù)雜性以及低重量。根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)該目的，因?yàn)槠浠谡舭l(fā)方法提供了冷卻能力，其中，同時(shí)利用了燃料電池的廢熱和釋放的水蒸汽。這樣，使得提供用于冷卻目的的額外能量最小化。由于在現(xiàn)代交通工具并且特別是商業(yè)飛行器中越來越多地考慮利用燃料電池，因此根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)使得可以實(shí)現(xiàn)在已安裝的燃料電池與冷卻系統(tǒng)之間的協(xié)作關(guān)系，其中廢熱和濕氣的進(jìn)一步的利用使得能夠節(jié)約燃料。如果根據(jù)第一實(shí)施方式的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)以吸附輪(sorption wheel)、熱交換器、至少一個(gè)加濕器單元和燃料電池為特征，則這將是有利的。吸附輪有時(shí)也被稱作“轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)”并且包括通過利用吸附劑對(duì)空氣流除濕的設(shè)備，其中吸附劑包括沉積在多個(gè)細(xì)空氣管道中的諸如硅膠、沸石或氯化鋰的吸濕材料。如果由第一區(qū)段中的第一空氣流作用在吸附輪上，則該空氣流能夠流過吸附輪，其中，在該過程期間通過吸附劑結(jié)合水蒸汽，并且空氣流以降低的濕度從吸附輪引出。
在該過程期間，除濕的空氣此外被加熱，其中該原因主要在于水蒸汽分子的釋放的冷凝熱、水分子的釋放的結(jié)合能以及吸附輪的始終被稍加熱的載體物質(zhì)(“帶走熱”)。由于僅能夠取決于吸附劑的情況來進(jìn)行空氣的除濕，因此需要定期干燥吸附輪。 為了移除結(jié)合的濕氣，在吸附輪的第二區(qū)段中，將用于為吸附劑除濕的加熱的再生空氣引入吸附輪中。在該過程期間，再生空氣被冷卻并且優(yōu)選地被排放到交通工具的周圍環(huán)境中。加濕器單元是調(diào)節(jié)流過該單元的空氣流從而使其獲得濕氣的設(shè)備。加濕器單元的設(shè)計(jì)對(duì)于根據(jù)本單元的系統(tǒng)來說并不重要，但是能夠優(yōu)選地利用噴霧式加濕器。其為腔狀結(jié)構(gòu)，空氣能夠流過該腔狀結(jié)構(gòu)并且由于噴霧加濕而吸收水蒸汽。這種類型的加濕器單元基本上是絕熱的，從而由于等焓而因此使得加濕的流出空氣的溫度與流入空氣相比較低。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的單獨(dú)的部件以如下所述的方式協(xié)同作用。最初，利用環(huán)境空氣作用于吸附輪的第一區(qū)段，環(huán)境空氣流過吸附輪并且在該過程期間進(jìn)行除濕。引出的除濕的環(huán)境空氣——下面也被稱作工藝空氣——與環(huán)境空氣相比具有較高的溫度。然后，該工藝空氣達(dá)到下游熱交換器，該熱交換器降低工藝空氣的溫度。然后，冷卻的工藝空氣流過第一加濕器單元并且被加濕。由于該措施，工藝空氣的溫度被再次降低并且優(yōu)選地達(dá)到低于待冷卻的空間中的空氣的溫度的值。如此加濕和冷卻的空氣被引入待冷卻的空間中并且至少在某些區(qū)域與在該空間中已經(jīng)存在的空氣混合。由于該過程，在空間的另一位置處發(fā)生與用于冷卻目的的工藝空氣相比具有較高的溫度的過量空間空氣的流出。該過量空間空氣被輸送通過熱交換器，在該熱交換器中其吸收先前流出吸附輪的除濕的工藝空氣的部分熱，并且以排出空氣的形式從根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)排放。用于吸附輪的再生的熱空氣流可以以如下形式提供，S卩以已布置在交通工具中并例如用作發(fā)電機(jī)的替代物的燃料電池的排出空氣的形式提供。具有60°C至80°C的相對(duì)較低溫度水平的燃料電池非常適于在交通工具中使用，并且同時(shí)提供用于執(zhí)行再生過程的理想的排出空氣溫度。因此，將燃料電池的排出空氣引入吸附輪的第二區(qū)段中，在其中吸附濕氣并且從吸附輪被排放到交通工具的周圍環(huán)境中。由于輸入到吸附輪的熱，因此如上面簡(jiǎn)單地描述，它的載體材料被加熱。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)的原因在于，燃料電池的許多設(shè)計(jì)在它們的操作期間還產(chǎn)生作為廢產(chǎn)物的水并且可以使用該水用于加濕器單元的進(jìn)水流。這是非常有利的， 特別是在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，因?yàn)槔硐氲馗静槐卦诮煌üぞ咧袉为?dú)地?cái)y帶水。為了另外地提高根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的性能，可以利用第二加濕器單元，從待冷卻的空間流出的空氣流過該第二加濕器單元，在該第二加濕器單元中加濕和冷卻該空氣。這樣使得可以在熱交換器中實(shí)現(xiàn)改善的熱傳遞，從而能夠獲得甚至更高的冷卻能力。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一有利的實(shí)施方式中，排出空氣能夠選擇性地與燃料電池排出空氣混合，以便有助于用于吸附輪的最佳再生溫度。在從屬權(quán)利要求中公開了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的其它的有利實(shí)施方式。本發(fā)明的前述目的還可以通過用于冷卻交通工具中的空間的方法以及用于操作蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的燃料電池的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。該目的同樣能夠通過包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的交通工具來實(shí)現(xiàn)。


從示例性實(shí)施方式的下面的描述和附圖中可獲得本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)以及可能的應(yīng)用。在本文中，所有描述的和/或以圖表的方式圖示的特征單獨(dú)地和以任意組合的方式——即，與它們的在單獨(dú)的權(quán)利要求中或其引用其它權(quán)利要求的組合無關(guān)——形成本發(fā)明的目的。在附圖中，此外由相同的附圖標(biāo)記指出相同或相似的物體。圖Ia示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的改型。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。圖3示例性地示出了具有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的飛行器。
具體實(shí)施例方式圖Ia示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)2的示意圖，該系統(tǒng)包括吸附輪4、燃料電池6、熱交換器8、第一加濕器單元10和第二加濕器單元12。該附圖還示出了通過根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)2進(jìn)行冷卻的空間14。環(huán)境空氣16作用于吸附輪4，該環(huán)境空氣16流過覆蓋有適合的吸附劑的吸附輪的層狀結(jié)構(gòu)。流出的工藝空氣18相應(yīng)地被除濕并且與流入吸附輪4的環(huán)境空氣16相比具有較高的溫度。工藝空氣18被輸送至熱交換器8，其在該熱交換器8中被冷卻，并且隨后以冷卻的工藝空氣20的形式流入第一加濕器單元10中。第一加濕器單元10被供以來自燃料電池的水22并且例如通過噴霧設(shè)備加濕冷卻的工藝空氣22。該過程幾乎絕熱，從而使得流出第一加濕器單元10的冷卻空氣M與冷卻的工藝空氣22相比具有較低的溫度。冷卻空氣隨后被輸送至待冷卻的空間14，在該空間 14中，其與較熱的空氣混合并導(dǎo)致空氣冷卻。由于空間14具有有限的體積，因此空間排出空氣沈流出空間14并且例如被輸送至第二加濕器單元12中，從而降低空間排出空氣沈的溫度，但其濕度增加。加濕的空間排出空氣觀被輸送至熱交換器中，從而使其能夠至少吸收工藝空氣18的部分熱以便額外地降低工藝空氣的溫度并且隨后能夠以排出空氣30的形式從熱交換器8流入周圍環(huán)境中。在圖的左側(cè)上，此外清楚地示出，為了再生的目的，燃料電池排出空氣32從燃料電池6流入吸附輪4中，從而使得吸附劑中的濕氣結(jié)合被再次分離。吸附輪4的連續(xù)旋轉(zhuǎn)使得可以執(zhí)行環(huán)境空氣16的連續(xù)的除濕，因?yàn)榄h(huán)境空氣16總是流過充分干燥并因此具有吸收性的吸附劑。此外，使用過的再生空氣34流出吸附輪4。為了有助于用于吸附輪4的最佳的再生溫度，來自熱交換器8的排出空氣30可以通過在圖Ib中以方塊形式圖示出的閥33以額外的空氣35的形式選擇性地混合到燃料電池排出空氣32。這樣在如下的情況下是有利的，即燃料電池排出空氣32過高或過低，并且來自熱交換器8的排出空氣30具有適于使流入吸附輪4中的混合再生空氣達(dá)到最佳再生溫度的相應(yīng)的溫度。參照?qǐng)D2更加詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的方法。在環(huán)境空氣16引入36之后，該環(huán)境空氣在吸附輪4中干燥38，通過熱交換器8冷卻40，在第一加濕器單元40中再次加濕42， 并被輸送至空間4中44?？臻g排出空氣沈在第二加濕器單元12中加濕46并且通過熱交換器8加熱48。隨后其以排出空氣30的形式被排放至周圍環(huán)境中50。與其并行地使用燃料電池排出空氣32以用于吸附輪4的再生52，同時(shí)積聚水22被輸送至第一加濕器單元10 中和第二加濕器單元12中。圖3示例性地示出了配備有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)2的飛行器56。在這一點(diǎn)上，應(yīng)當(dāng)指出，術(shù)語“吸附輪”代表如下所有裝置，即借助于該裝置，能夠在技術(shù)上致使吸附劑在連續(xù)的過程中使用。吸附輪當(dāng)前代表了可以在幾年內(nèi)由其它技術(shù)方案替代的技術(shù)的最佳選擇。本發(fā)明不限于利用吸附輪，而是也能夠利用其它空氣干燥設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。另外應(yīng)當(dāng)指出，“包括”和“特征”并不排除其它元件或者步驟，并且“一個(gè)”或者 “一種”不排除多個(gè)的情況。另外應(yīng)當(dāng)指出，參照上面的示例性實(shí)施方式中的一個(gè)描述的特征或者步驟也可以用于和上述其它的示例性實(shí)施方式中的其它特征或步驟進(jìn)行結(jié)合。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)視作是對(duì)保護(hù)范圍的限制。附圖標(biāo)記列表
2根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)
4吸附輪
6燃料電池
8熱交換器
10第一加濕器單元
12第二加濕器單元
14空間
16環(huán)境空氣
18工藝空氣
20冷卻的工藝空氣
22水
24冷卻空氣
26空間排出空氣
28加濕的空間排出空氣
30排出空氣
32燃料電池排出空氣
33閥
34使用過的再生空氣
35額外的空氣
36環(huán)境空氣的引入
38環(huán)境空氣的干燥
40工藝空氣的冷卻
42冷卻的工藝空氣的加濕
44引入空間中
46空間排出空氣的加濕
48加濕的空間排出空氣的冷卻
50排放至周圍環(huán)境中
52吸附輪的再生54將水輸送至加濕器單元中56飛行器
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻交通工具中的空間的系統(tǒng)，包括 吸附輪⑷，至少一個(gè)熱交換器(8)， 至少第一加濕器單元(10)，以及至少一個(gè)燃料電池(6)，其中，所述吸附輪(4)適于干燥環(huán)境空氣(16)、并用于將干燥的工藝空氣(18)輸送至下游的所述熱交換器(8)，并且所述熱交換器(8)適于冷卻所述工藝空氣(18)，所述熱交換器(8)連接到用于加濕冷卻的工藝空氣00)的所述第一加濕器單元(10)，并且其中，所述燃料電池(6)連接到所述吸附輪G)、并且適于提供用于再生所述吸附輪 ⑷的燃料電池排出空氣(32)以及用以引入所述第一加濕器單元(10)中的水02)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括至少第二加濕器單元(12)，所述第二加濕器單元 (12)連接到所述空間(14)以便接收和加濕空間排出空氣( )、并且連接到所述燃料電池 (6)以便將水02)引入所述第二加濕器單元(12)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述熱交換器(8)適于將來自所述吸附輪 (4)的所述工藝空氣(18)的熱傳遞至所述空間排出空氣06、觀)、并且適于將所述熱帶到所述交通工具的周圍環(huán)境中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述燃料電池(6)是低溫燃料電池。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括閥(33)，所述閥(3 用以選擇性地混合來自所述熱交換器⑶的排出空氣(30)和用于再生所述吸附輪⑷的所述燃料電池排出空氣(32)。
6.一種用于冷卻交通工具中的空間的方法，包括如下步驟將環(huán)境空氣(16)引入吸附輪中(36)并且隨后通過所述吸附輪進(jìn)行干燥(30)， 通過熱交換器(8)進(jìn)行冷卻GO)， 通過第一加濕器單元(1 加濕G2)， 引入所述空間(4)中，通過所述熱交換器(8)加熱空間排出空氣08)并且排放至周圍環(huán)境中(50)， 通過燃料電池(6)的燃料電池排出空氣(32)再生所述吸附輪⑷(52)并且將水02) 輸送至所述第一加濕器單元(10)中(54)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括如下步驟 將水0 輸送至第二加濕器單元(1 中(54)，以及通過所述第二加濕器單元(1 加濕空間排出空氣08)。
8.蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用，所述蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)具有燃料電池(6)，所述燃料電池(6)作為用于再生吸附輪的熱源并且作為用于向至少第一加濕器單元(10)供應(yīng)水以便加濕空氣的水源。
9.一種包括至少一個(gè)空間和至少一個(gè)用于冷卻所述空間的系統(tǒng)的交通工具，包括 吸附輪⑷，至少一個(gè)熱交換器(8)， 至少第一加濕器單元(10)，以及至少一個(gè)燃料電池(6)，其中，所述吸附輪(4)適于干燥環(huán)境空氣(16)、并用于將干燥的工藝空氣(18)輸送至下游的所述熱交換器(8)，并且所述熱交換器(8)適于冷卻工藝空氣(18)，所述熱交換器 (8)連接到用于加濕冷卻的工藝空氣00)的所述第一加濕器單元(10)，并且其中，所述燃料電池(6)連接到所述吸附輪G)、并適于提供用于再生所述吸附輪(4) 的燃料電池排出空氣(32)以及用以引入所述第一加濕器單元(10)中的水02)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交通工具以飛行器的形式實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種用于冷卻交通工具中的空間的系統(tǒng)，其包括吸附輪(4)、至少一個(gè)熱交換器(8)、至少第一加濕器單元(10)以及至少一個(gè)燃料電池(6)，其中，吸附輪(4)適于干燥環(huán)境空氣(16)并用于將干燥的工藝空氣(18)輸送至下游的熱交換器(8)，并且熱交換器(8)適于冷卻工藝空氣(18)，熱交換器(8)連接到用于加濕冷卻的工藝空氣(20)的第一加濕器單元(10)，并且其中，燃料電池(6)連接到吸附輪(4)并適于提供用于再生吸附輪(4)的燃料電池排出空氣(32)和用以引入第一加濕器單元(10)中的水(22)。由于在現(xiàn)代運(yùn)輸工具并且特別是商業(yè)飛行器中越來越多地考慮利用燃料電池，因此根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)使得可以實(shí)現(xiàn)在交通工具中的已安裝的燃料電池與冷卻系統(tǒng)之間的協(xié)作關(guān)系，其中廢熱和濕氣的進(jìn)一步利用使得能夠節(jié)約燃料。此外，提出了蒸發(fā)冷卻方法，在該方法中，燃料電池用于供給熱和水。
文檔編號(hào)F24F3/14GK102405378SQ201080017489
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者卡斯滕·波倫, 胡馬云·迪爾馬汗尼 申請(qǐng)人:空中客車股份有限公司, 空中客車營(yíng)運(yùn)有限公司