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本专利申请要求于2018年11月30日提交的欧洲专利申请第18209443.3号的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
本发明涉及运输工具和冷却该运输工具的隔间的方法。
在本说明书中，术语“运输工具”是指空中、海上或铁路运输工具，更一般地，是指具有隔间的任何运动物体，在该隔间内需要相对于可变的外部温度水平或由于该隔间的操作所产生的热量保持一定的温度范围。
在本说明书中，术语“隔间”是指待冷却的包含空气的环境(例如，座舱或乘坐室)或功能单元(例如，齿轮系)。
更具体地，本发明涉及一种空中运输工具以及一种相关联的冷却方法。
所述空中运输工具尤其是指飞机、推力换向式飞机或旋翼式螺旋桨飞机。
背景技术：
按已知的方式，航空器包括空调系统，该空调系统适于在乘坐室或座舱内提取或引入热量，以相对于航空器外部的例如在-30℃与50℃之间可变的环境温度而在乘坐室或座舱内保持期望的温度水平。
热量的这种提取或引入分别是通过将温度低于或高于座舱或乘坐室中的温度的“冷”空气或“热”空气供给到隔间或乘坐室内来进行的。
本质上，根据已知的方案，空调系统从外部吸入空气并对其进行压缩，从而升高温度并产生要送到座舱的热空气。例如，从航空器动力单元中通常存在的压缩机级中排出要送到座舱的热空气。
按已知的方式，空调系统还通过循环产生要送到座舱或乘坐室的冷空气，所述循环被称为“空气”循环，因为正是相同的空气经历了使其进入期望的低温和正确的压力条件所需的热力学转变。从热力学观点来看，这种“空气”循环相当于反向的焦耳循环。
us4,018,060、us4,493,195和us2001/004837描述了使用“空气”循环来冷却航空器的座舱空气。
替代地，空调系统通过蒸气压缩制冷循环产生要送到座舱的“冷”空气，该蒸气压缩制冷循环也被称为“蒸气循环”，在该循环中，除空气以外的冷却剂经历热力学转变。特别地，冷却剂(例如r134a)在蒸气压缩循环期间经历液-气相变，因此必须能够在大约低于0℃数十度的低温和高于大气压的压力下蒸发，并且必须能够在不太高的压力下于大约50-115℃的温度下冷凝。
在使用蒸气压缩循环的情况下，空调系统包括：
-闭合的第一回路，冷却剂通过该第一回路，并且沿着该第一回路执行蒸气压缩循环；以及
-第二回路，该第二回路与座舱流体连接，并且空气通过该第二回路往返于座舱而再循环。
更详细地，第一回路依次包括：
-对气相的冷却剂进行压缩的压缩机；
-使冷却剂从气相转变为液相的冷凝器；
-使冷却剂转变为由蒸气-液体混合物形成的两相状态的热膨胀阀；以及
-使冷却剂从两相状态转变为气相的蒸发器。
特别地，冷却剂在蒸发器内从外部吸收热量，而在冷凝器内向外部释放热量。
第二回路包括与座舱流体连接的入口和出口以及用于产生从入口到出口的空气循环的风扇。
蒸发器沿着第二回路插入在介于入口与出口之间的位置。
这样，蒸发器从来自第二回路的入口的热空气提取热量。因此，经过冷却的空气到达第二回路的出口和航空器的座舱。
蒸气压缩循环的效率(也被称为性能系数)越高，冷凝器释放的热量就越多，并且蒸发器吸收的热量越少。
蒸发器吸收的热量由冷却要送到座舱的空气的需要决定，因此构成了设计约束。
因此，通常通过增加交换面积并因此增加冷凝器的尺寸和重量来提高蒸气压缩循环的效率。
然而，这些重量的增加使得这些改进技术不是很适用于移动的运输工具，甚至更不适合于空中运输工具，对于空中运输工具而言，任何重量的增加都会导致有效载荷的减少。
行业中意识到需要提高蒸气压缩循环的效率，而不增加冷凝器的整个表面，以免增加空调系统的体积和重量。
重要的是要注意，推力换向式飞机的认证要求要求相对于推力换向式飞机外部的-55℃至 55℃的范围内的可变外部温度，在座舱内保持预定的温度水平。
行业中意识到需要通过优化冷却系统的重量、体积和消耗来确保保持这些预定的温度水平。
行业中还意识到需要根据航空器外部的温度来优化航空器的冷却系统的功能，航空器外部的温度随航空器的纬度和操作高度而变化很大。
us4,895,004描述了一种用于住宅应用并使用蒸气压缩循环的空调系统。特别地，us4,895,004描述了使用带翅片的第一冷凝器来对冷却剂进行空气冷却以及使用管状的第二冷凝器来对冷却剂进行水冷却。
us5,419,147描述了一种用于住宅应用并使用蒸气压缩循环的空调系统。特别地，教导了通过直接在冷凝器上施加一定量的水以使拍打冷凝器的空气饱和并冷却来降低冷凝器中的冷凝温度。
us6,463,751描述了一种用于住宅应用并使用蒸气压缩循环的空调系统。特别地，us6,463,751教导了通过使蒸发器产生的冷凝水直接在冷凝器上冷凝来提高空调系统的效率。特别地，冷凝水经由上部板被供应到冷凝器，该上部板覆盖冷凝器并设置有用于空气的通道以及允许蒸发器产生的冷凝水滴下的多个排水孔。由于可用的冷凝水的量有限，因此该方案不能保证从蒸发器到冷凝器的冷凝水供给的连续性。
在us5,419,147和us6,463,751中示出的方案基于直接在冷凝器上的水供应。这限制了冷凝器外表面的温度降低，因此限制了空调系统的效率提高。
推力换向式飞机，更一般而言移动的运输工具，还包括在操作期间产生热量并且需要被冷却的功能单元，例如齿轮系。
根据已知的方案，这些功能单元借助于基于流体的冷却系统，特别是基于油的冷却系统来冷却。
这种情况优选在不适合通过隔间产生空气循环时发生。
该冷却系统基本上包括：
-适于冷却热流体的热交换器；
-第一流体供应管线，其在隔间与热交换器之间延伸，并适于将热流体从隔间输送到热交换器；以及
-第二流体回流管线，其在热交换器与隔间之间延伸，并适于将经过冷却的流体从热交换器输送到隔间。
在基于流体的冷却系统的情况下，行业中还意识到需要尽可能简单地增加在热交换器中传递的热量，从而尽可能地增加在热交换器内从润滑流体提取的热量，并因此尽可能地增加回流管线中流体的温度以及流体从隔间中提取热量的能力。
最后，行业中意识到需要进一步提高在上述已知方案中描述的冷却系统的效率，同时尽可能少地干扰航空器，即，借助于可以容易地改装到航空器上的方案。
wo-a-2012/022758公开了一种用于航空器的空调系统。该空调系统包括用于输送外部供应并加压的空气(优选是排气)的压缩空气支路。此外，提供了用于输送优选为液态的制冷剂的冷却回路，该冷却回路延伸通过冲压空气管道。该系统还包括用于在压缩空气支路与冷却回路之间进行热传递的第一热交换器、布置在压缩空气支路中的压缩空气涡轮机以及布置在冷却回路中并与压缩空气涡轮机机械耦合的冷却回路压缩机。
us-a-2017/152050公开了一种航空器空调系统，其具有：环境空气供应管线，其适于环境空气流过；环境空气冷却设备，其与环境空气供应管线连接并被配置为使流过环境空气供应管线的环境空气冷却；环境空气排放管线，其与环境空气冷却设备连接并可与航空器座舱连接，以便将由环境空气冷却设备冷却的环境空气导入到航空器座舱中；处理空气供应管线，其适于压缩处理空气流过；处理空气冷却设备，其与处理空气供应管线连接并被配置为使流过处理空气供应管线的压缩处理空气冷却；处理空气排放管线，其与处理空气冷却设备连接并可与航空器座舱连接，以便将由处理空气冷却设备冷却的处理空气导入到航空器座舱中；以及制冷设备，其包括制冷剂回路，该制冷剂回路适于制冷剂流过并与环境空气冷却设备和处理空气冷却设备热耦合，以便将来自环境空气冷却设备和处理空气冷却设备的热能传递到在制冷剂回路中循环的制冷剂。从处理空气排放管线分支出的旁路管线被配置为至少在航空器空调系统的某些运行阶段中将流过处理空气排放管线的经过冷却的处理空气排放到航空器环境中。
ep-a-1279594公开了一种用于冷却第一热负荷和第二热负荷的空气循环冷却系统，其包括用于对系统中的空气加压的压缩机以及用于使压缩空气膨胀和冷却以用于冷却第一热负荷和第二热负荷的膨胀设备，并且其中用于冷却第一热负荷的至少一部分空气被再循环到压缩机，并且用于冷却第二热负荷的至少一部分空气被用作初级热交换器中的冷却剂，以在来自第一热负荷的空气在膨胀设备中膨胀之前冷却来自第一热负荷的空气。
wo-a-2016/170141公开了一种航空器空调系统，其具有：环境空气管线，其适于环境空气流过，并且与航空器空调系统的混合器连接以便将环境空气供给到混合器；至少一个环境空气压缩机，其布置在环境空气管线中用于压缩流过环境空气管线的环境空气；制冷机，其包括适于制冷剂流过的制冷剂回路以及布置在制冷剂回路中的制冷剂压缩机，其中制冷剂回路与环境空气管线热耦合，以便在将环境空气供给到混合器中之前，将热量从流过环境空气管线的环境空气传递至在制冷剂回路中循环的制冷剂；以及至少一个电动马达，其用于驱动至少一个环境空气压缩机和/或制冷剂压缩机。
us-a-4015438公开了一种用于运输工具的空气循环空调系统，其中处于基本环境压力的空气在热交换器中被冷却并被引入到壳体中以进行冷却。将空气从壳体中抽出，并且使一部分空气通过涡轮进行膨胀以进行额外冷却，并使该部分空气通过热交换器以从中提取热量。然后将空气压缩到基本环境压力并排出。来自涡轮的膨胀空气的额外冷却可通过使其中的流体蒸发来获得。流体可以在热交换器中冷凝并从热交换器中抽出。
技术实现要素：
本发明的目的是以简单且廉价的方式来生产满足上述需求中的至少一种的空中、陆地或海上运输工具。
上述目的通过本发明来实现，因为本发明涉及根据权利要求1的空中、陆地或海上运输工具。
本发明还涉及一种根据权利要求7的冷却空中、陆地或海上运输工具的隔间的方法。
附图说明
为了更好地理解本发明，以下通过非限制性例子并参照附图来描述一个优选实施方式，在附图中：
-图1示出了包括冷却系统的运输工具的主视图，该运输工具特别是根据本发明的第一实施方式生产的推力换向式飞机；
-图2是图1的空调系统的第一细节的功能图，为清楚起见而有一些部件未被示出；
-图3是图1和图2的空调系统的第二细节的功能图，为清楚起见而有一些部件未被示出；以及
-图4和图5示出了图2和图3的系统的一些细节的相应的实施方式。
具体实施方式
参照图1，附图标记1表示运输工具。
在本说明书中，术语“运输工具”是指任何自推进式的运输工具，特别是陆地、空中或海上运输工具。
优选地，运输工具1是加压的航空器，在所示情况下是推力换向式飞机。
推力换向式飞机1基本上包括：
-具有纵向延伸轴线a的机身2；
-一对半翼3，它们以悬臂的方式从机身2的各个彼此相对的侧部并横向于轴线a伸出；以及
-容纳相关联的旋翼5的一对发动机舱4。
推力换向式飞机1还包括隔间6，该隔间6限定了用于机组人员的座舱和/或用于乘客的乘坐室。
推力换向式飞机1还包括空调系统10(仅示意性示出)，该空调系统10适于调节隔间6内部的温度，即，将所述温度保持在给定范围内。
更具体地说，系统10包括：
-“热”空气供应单元11，即，供应温度高于隔间6内部温度的空气；
-“冷”空气供应单元12，即，供应温度低于隔间6内部温度的空气；以及
-控制单元13(仅示意性示出)，其被编程为根据推力换向式飞机1外部的热因子和希望在隔间6内部达到的期望温度范围来控制单元11和12。
更详细地，单元11仅被示出为将热空气供应至隔间6的管道15。
在一些实施方式中，单元12可以具有与单元11共享或热耦合的一些元件。
在不失一般性的情况下，下文描述了单元12，而不参考与单元11的任何机械或热耦合。
单元12包括(图2)：
-冷却剂通过的闭合的回路20；以及
-与隔间6流体连接的空气循环回路50。
更详细地，冷却剂在回路20内执行热力学循环，其被称为蒸气压缩循环。
在该循环期间，冷却剂经历了液体l到蒸气v的相变，反之亦然。
在所示的情况下，冷却剂是通常被称为氟利昂的流体之一(例如r134a、r1234ye或r1234yf)或二氧化碳。
回路20依次包括：
-压缩机21，其由电动马达驱动并且压缩气相v的冷却剂；
-冷凝器22，其使冷却剂从气相v转变为液相l；
-热膨胀阀23，其使冷却剂转变为由液体l和蒸气v的混合物l v形成的两相状态；以及
-蒸发器24，其使冷却剂从两相状态l v转变为气相v。
特别地，冷却剂在蒸发器24内从外部吸收热量，并在冷凝器22内向外部释放热量。
回路50又包括：
-与隔间6流体连接的入口51；
-与隔间6流体连接的出口52；以及
-用于产生从入口51到出口52的空气循环的风扇53。
回路50在介于入口51与出口52之间的位置与蒸发器24热耦合。
更具体地，在回路50中流动的空气将热量释放到蒸发器24。
因此，在回路50中流动的空气冷却，从而使其出口52处的温度低于入口51处的温度。
单元12包括(图2)：
-回路60，其能够被供给空气流并且与冷凝器22热耦合；以及
-用于在冷凝器22的上游且与所述冷凝器22间隔开的位置向第二流内供应水的供应装置61，水沿着第二流沿着回路60的供给方向行进，以在冷凝器22中使水蒸发并使在回路60中流动的流内的空气冷却。
更具体地，在回路60中供应的水蒸发，在冷凝器22上游从在回路60中流动的空气提取热量。因此，气流被冷却和加湿。拍打冷凝器22的气流的温度的降低使冷却剂的温度和冷凝压力降低。这能够增加由冷凝器22吸收的热量，并因此提高蒸气压缩循环的效率。
由于气流中保持液相的水滴拍打冷凝器，从而增加了气流与冷凝器22之间的热交换系数，因此该效率被进一步提高。
实际上，空气的高速引起流体膜在冷凝器22的表面上的连续再生，从而防止膜与所述表面达到热平衡并使冷凝器22吸收的热量进一步增加。
单元12还包括沿着回路60插入的风扇62，该风扇62适于在回路60内实现空气连续循环。
参照图3，单元12还包括回路70，其被设置用于将混合物供给到供应装置61。
更详细地，回路70包括布置在推力换向式飞机1上并与供应装置61流体连接的储器71。
回路70还可与在推力换向式飞机1外并布置在地面上的储器72流体连接。显然，只有在推力换向式飞机1在地面上时，回路70才与储器72流体连接。
优选地，回路70与用于蒸发器24产生的冷凝水的收集桶73(图5)流体连接。
在一个优选的实施方式中，收集桶73可提供给回路70的水的量不足以使冷凝器22的温度随着时间连续降低。因此，回路70同时与储器71和72中的一个或两个连接并与收集桶73连接。
参照图3，供应装置61包括多个喷射器75，这些喷射器由回路70供给，并根据所述供给方向在所述冷凝器22的上游面向回路60内部，从而将水的射流喷射到在回路60中流动的气流中。
替代地(图4)，供应装置61包括多个喷雾器76，这些喷雾器由回路71供给，并根据所述供给方向在所述冷凝器22的上游面向回路60内部，从而将水喷雾喷射到在回路60中流动的气流中。
替代地，供应装置61包括多个重力滴头77，这些重力滴头由回路70供给，并根据前述供给方向在所述冷凝器22的上游面向回路60内部，从而将相应的一系列液滴喷射到在回路60中流动的气流中。
回路60还包括布置在冷凝器22的上游并被气流拍打的膜片78，喷雾器76或滴头77分别将水喷雾喷射到该膜片78上或将相应的一系列水滴喷射到该膜片78上(图4)。
膜片78被注入到回路70中的水加湿，从而确保水可以在冷凝器22上游的回路70内部蒸发。
回路70还包括适于将水供给到供应装置61的泵74(图5)。
控制单元13被编程为选择性地：
-在推力换向式飞机1外部的环境温度高于给定的阈值时，启用供应装置61；或者
-在推力换向式飞机1外部的环境温度低于给定的阈值时，停用供应装置61。
外部环境温度通常取决于推力换向式飞机1的纬度和高度。
在使用中，系统10根据推力换向式飞机外部的环境状况通过供应“热”空气或“冷”空气来调节隔间6内的温度。
更具体地，术语“热”空气和“冷”空气分别是指温度高于或低于隔间6的温度的空气。
在下文中，仅就供应单元12在隔间6内提供“冷空气”的操作来描述系统10的功能。
更详细地，回路50的风扇53形成从入口51到出口52，穿过回路20的蒸发器24和推力换向式飞机的隔间6的空气连续循环。
冷却剂遵循回路20内的蒸气压缩循环，在该蒸气压缩循环期间，冷却剂经历以下热力学转变：
-在压缩机21内的气相v的压缩；
-在冷凝器22内经历从气相v到液相l的转变；
-被热膨胀，以经历转变为两相状态l v，其中冷却剂是液体l和蒸气v的混合物；以及
-蒸发，经历从两相状态l v到气相v的转变。
更详细地，冷却剂在冷凝器22中释放热量并在蒸发器24中从在回路50中循环的空气吸收热量。
热量的这种吸收使在回路50中循环的空气冷却，并因此在出口52处向隔间6供应“冷”空气。
回路20使空气循环通过冷凝器22。
当外部温度高于阈值时，例如由于推力换向式飞机1低于高度阈值或静止在沙漠地区的地面上，控制单元13启用供应装置61。
结果，供应装置61在冷凝器22的上游并且在与冷凝器22间隔开的位置向在回路60中流动的气流内供应水。
这至少引起由供应装置61引入的水的部分蒸发，从而从在回路60中流动的气流中提取热量，结果使该气流冷却和加湿。
拍打冷凝器22的气流的温度的降低能够增加由冷凝器22吸收的热量，并因此提高蒸气压缩循环的效率。
在气流中保持液相的水滴拍打冷凝器22，从而增加了冷凝器22与气流之间的热交换系数。这样，冷凝器22吸收的热量进一步增加，从而使蒸气压缩循环的效率进一步提高。
当推力换向式飞机1在飞行中时，回路60通过推力换向式飞机1上的储器70向供应装置61供给水，或者当推力换向式飞机1在地面上时，通过定位在地面上的储器71向供应装置61供给水。当推力换向式飞机1在地面上时，还可以通过储器71和储器70两者来对供应装置61进行供给。
回路60还向供应装置61供给从回路20的蒸发器24收集的冷凝水。重要的是要强调，向供应装置61供给从蒸发器24收集的冷凝水是对利用储器70和/或71中容纳的水进行供给的补充，并且不能代替它。
特别参照图3，供应装置61的喷射器75将水的射流喷射到在回路60中流动的气流内。
替代地(图4)，供应装置61的喷雾器76将水喷雾喷射到在回路60中流动的气流通过的膜片78上。
替代地(图4)，供应装置61的滴头77通过重力将相应的一系列液滴滴到在回路60中流动的气流通过的膜片78上。
当外部温度低于阈值时，例如由于推力换向式飞机1高于某个高度阈值，控制单元13停用供应装置61。
根据对根据本发明产生的航空器1的特性和航空器1的冷却方法的检查，由此可以实现的优点是显而易见的。
特别地，推力换向式飞机1包括：
-回路60，其能够被供给空气流并与所述冷凝器22热耦合；以及
-供应装置61，用于在冷凝器22的上游且与冷凝器22间隔开的位置向所述流内供应水，该水沿着流沿着回路60的供给方向行进。
这样，水蒸发，从而提取基本上对应于蒸发潜热的热量，并且在回路60中流动的气流冷却。这种温度降低使冷凝器22的温度和冷凝压力降低。
冷凝器22内部的冷却剂与气流之间的温差的增大增加了冷凝器22内部的冷却剂释放的热量，并因此提高了在系统10(图2)的情况下的蒸气压缩循环的效率。
由于水是在冷凝器22的上游被供应到气流内，而不是如us5,149,147和us6,643,751中所述直接供应在冷凝器22上，因此可以实现上述能量效率的提高，而不增加安装在诸如推力换向式飞机1的运输工具上的冷凝器22的重量和体积。
实际上，由于明显的节省重量和空间的原因，安装在推力换向式飞机1上的冷凝器22的热交换表面通常比us5,149,147和us6,643,751所示的家用空调中使用的冷凝器的热交换表面小得多。该较小的表面会减少冷凝器22中的热交换量，并且必须通过回路60中的高气流速度进行补偿，从而增大了气流与冷凝器22之间的热交换系数。
根据us5,149,147和us6,643,751的教导，这种高速度会在直接通过冷凝器沉积的水滴能够蒸发之前将这些水滴去除。
换句话说，在回路60内和冷凝器22上游的水供应使得能够降低冷凝器22中的冷却剂的冷凝温度，并因此提高所述冷却剂所遵循的循环的能量效率，从而减小了冷凝器22的体积和重量。
这在任何移动的运输工具应用中都具有明显的优势，而对于推力换向式飞机1则更是如此。实际上，对于航空器而言，任何重量的减少都等同于有效载荷的增加和/或燃料消耗的降低。
特别是对于航空器和推力换向式飞机1，效率的这种提高还能够即使在外部温度特别高时，即在温度峰值的情况下和处于飞行包络线极值时，也能在隔间中维持期望的温度水平。
因此，可以确保推力换向式飞机1在法规要求的整个外部环境温度范围内都超越认证要求。
当推力换向式飞机1在飞行中时，布置在推力换向式飞机1上的储器70能够向供应装置61供给水。相反，当推力换向式飞机1在地面上并且外部温度特别高时，储器71能够向供应装置61供给水。从蒸发器24收集的冷凝水构成了供应装置61的附加供给源。
在推力换向式飞机1外部的温度低于阈值时，例如由于推力换向式飞机1高于某个高度阈值，控制单元13启用供应装置61。
相反，在外部温度高于阈值时，例如，由于推力换向式飞机1低于某个高度阈值，控制单元13停用供应装置61。
这样，可以使冷凝器22具有较小的表面，但该表面足以确保外部温度低于阈值时对要被输送至隔间6的空气的冷却，并且在推力换向式飞机1外部的环境温度低于阈值时选择性地启用供应装置61。
在气流中保持液相的水滴拍打冷凝器22。这使冷凝器22与气流之间的热交换系数进一步增加，冷凝器22吸收的热量进一步增加，因而蒸气压缩循环的效率进一步提高。
实际上，空气的高速度引起流体膜在冷凝器22的表面上的连续再生，从而防止膜与所述表面达到热平衡并使冷凝器22吸收的热量进一步增加。
膜片78通过被加湿进一步改善了回路60的气流与冷凝器22之间的热交换。
最后，回路60和供应装置61可以容易地改装到推力换向式飞机1上，而无需对系统10进行实质性的重新设计。
最后，显然，可以在不脱离本发明的范围的情况下对要求保护的航空器1和航空器1的冷却方法进行修改和变型。
航空器可以是飞机或旋翼式螺旋桨飞机。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
