航天冷卻系統(tǒng)使地鐵出行更舒適

Cool Ride

巴黎地鐵一號(hào)線

得益于一項(xiàng)衛(wèi)星技術(shù)的轉(zhuǎn)移應(yīng)用，巴黎地鐵的乘客現(xiàn)在可以享受高科技通勤旅程帶來的舒適體驗(yàn)。

巴黎地鐵一號(hào)線橫穿法國(guó)首都，長(zhǎng)16.6km，共設(shè)25站，每年的人流量超過2.13億人次，是巴黎最繁忙的地鐵。游客和當(dāng)?shù)厝硕紝?duì)該地鐵線非常熟悉，但乘客們可能不知道，在過去的一年半里，該地鐵線配備了冷卻系統(tǒng)——一項(xiàng)源于歐空局（ESA）的先進(jìn)技術(shù)。

通常，地鐵使用大型機(jī)械風(fēng)扇來防止電源設(shè)備過熱。但大型設(shè)備占地面積較大，不便于運(yùn)輸和使用。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化，給乘客創(chuàng)造更多的空間，法國(guó)交通運(yùn)輸企業(yè)Alstom公司決定采用航天冷卻系統(tǒng)技術(shù)。

太空中沒有空氣，風(fēng)扇對(duì)于電子器件及其它設(shè)備的冷卻是無效的。因此，太空中的冷卻均是通過“熱管”的換熱來實(shí)現(xiàn)的。這種冷卻方案的原理非常簡(jiǎn)單，閉環(huán)管路的一側(cè)置于熱源旁邊，而另一側(cè)置于冷源（例如衛(wèi)星的外壁）旁邊，熱管中的液體在管道中循環(huán)運(yùn)行，形成閉環(huán)，可從熱源處吸收熱量，從而達(dá)到冷卻的目的。但是，在太空微重力環(huán)境中，如果沒有機(jī)械泵助力，液體循環(huán)就沒有動(dòng)力，這是熱管冷卻系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)。

歐洲熱管（EHP）公司為歐洲超過3/4的科學(xué)和地球觀測(cè)衛(wèi)星提供熱管冷卻系統(tǒng)。該公司的首席執(zhí)行官 Michel Ganseman說：“在太空中，熱管冷卻系統(tǒng)需在免維護(hù)或維修狀態(tài)下運(yùn)行幾年甚至幾十年”。

EHP公司通過在熱管環(huán)路系統(tǒng)中放置一個(gè)特殊的多孔材料來解決管路液體的驅(qū)動(dòng)問題。這種材料的多孔微觀結(jié)構(gòu)可利用“毛細(xì)管虹吸作用”自動(dòng)吸取管道中的液體，促進(jìn)液體在管道中的流動(dòng)。Michel Ganseman解釋說：“這就像是將方糖的尖端浸入咖啡，咖啡就可通過方糖的毛孔很快滲入糖中。這就是我們所熟知的‘毛細(xì)管現(xiàn)象’”。當(dāng)然，熱管冷卻系統(tǒng)中的毛細(xì)管材料是由銅、不銹鋼或塑料制成的，可源源不斷地產(chǎn)生虹吸力，驅(qū)動(dòng)液體在管道中流動(dòng)。

一旦冷卻液被多孔材料吸收，就會(huì)被吸向熱源所在處，液體就會(huì)變成蒸氣，而當(dāng)蒸氣遇到冷源后，會(huì)變成液體，然后，多孔材料再吸收液體，吸引至熱源處，變成氣體……如此循環(huán)，形成了一個(gè)閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)無需使用機(jī)械泵或額外動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)液體循環(huán)，也無需使用移動(dòng)部件，消除了由于部件磨損或系統(tǒng)損壞帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

在ESA技術(shù)轉(zhuǎn)移項(xiàng)目和比利時(shí)科技政策辦公室的聯(lián)合支持下，研究人員開展了利用熱管冷卻系統(tǒng)技術(shù)替代地鐵上的機(jī)械風(fēng)扇的可行性研究。研究結(jié)果表明，熱管冷卻系統(tǒng)技術(shù)能夠用于地球上任何需要冷卻的設(shè)備和設(shè)施上，從計(jì)算機(jī)芯片到數(shù)據(jù)中心、飛機(jī)設(shè)備，甚至豬圈。

EHP公司下屬Calyos公司的市場(chǎng)銷售經(jīng)理Maxime Vuckovic說：“含有半導(dǎo)體材料的芯片、電池模塊等設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生廢熱，均需要使用冷卻系統(tǒng)。因此，這是一項(xiàng)關(guān)鍵的應(yīng)用?！盓SA技術(shù)轉(zhuǎn)移經(jīng)紀(jì)人網(wǎng)絡(luò)成員之一的Creaction公司首席執(zhí)行官Jean-Paul Henry說：“ESA認(rèn)為，熱管冷卻系統(tǒng)是無需額外能源供應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)冷卻目的的有效的航天解決方案。Calyos公司創(chuàng)建的目的就是使用EHP公司的熱管冷卻系統(tǒng)專有技術(shù)為新的地面應(yīng)用市場(chǎng)提供低成本的解決方案。”

Calyos公司成立后不久，就開始與Alstom公司合作開展了熱管冷卻系統(tǒng)在軌道列車上的應(yīng)用研究。該項(xiàng)合作最初是針對(duì)高速列車的。隨后，Alstom公司建議拓展更大的市場(chǎng)：更新巴黎地鐵老舊的風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)。為了適應(yīng)地球上的應(yīng)用環(huán)境，Calyos公司與Alstom公司合作對(duì)航天熱管冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，并將其裝備到新的列車上，為巴黎地鐵一號(hào)線服務(wù)。

未來，該熱管冷卻系統(tǒng)還可應(yīng)用于電車、市郊列車、高速列車等類型的列車，使熱量在站間消散，從而為旅客提供更加舒適、安靜的旅途體驗(yàn)。 (唐 甜)

▲ 用于地鐵列車的毛細(xì)管泵冷卻系統(tǒng)