航天冷卻系統使地鐵出行更舒適

航天冷卻系統使地鐵出行更舒適

Cool Ride

巴黎地鐵一號線

得益于一項衛星技術的轉移應用，巴黎地鐵的乘客現在可以享受高科技通勤旅程帶來的舒適體驗。

巴黎地鐵一號線橫穿法國首都，長16.6km，共設25站，每年的人流量超過2.13億人次，是巴黎最繁忙的地鐵。游客和當地人都對該地鐵線非常熟悉，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——一項源于歐空局（ESA）的先進技術。

通常，地鐵使用大型機械風扇來防止電源設備過熱。但大型設備占地面積較大，不便于運輸和使用。為了實現設備的小型化，給乘客創造更多的空間，法國交通運輸企業Alstom公司決定采用航天冷卻系統技術。

太空中沒有空氣，風扇對于電子器件及其它設備的冷卻是無效的。因此，太空中的冷卻均是通過“熱管”的換熱來實現的。這種冷卻方案的原理非常簡單，閉環管路的一側置于熱源旁邊，而另一側置于冷源（例如衛星的外壁）旁邊，熱管中的液體在管道中循環運行，形成閉環，可從熱源處吸收熱量，從而達到冷卻的目的。但是，在太空微重力環境中，如果沒有機械泵助力，液體循環就沒有動力，這是熱管冷卻系統面臨的最大挑戰。

歐洲熱管（EHP）公司為歐洲超過3/4的科學和地球觀測衛星提供熱管冷卻系統。該公司的首席執行官 Michel Ganseman說：“在太空中，熱管冷卻系統需在免維護或維修狀態下運行幾年甚至幾十年”。

EHP公司通過在熱管環路系統中放置一個特殊的多孔材料來解決管路液體的驅動問題。這種材料的多孔微觀結構可利用“毛細管虹吸作用”自動吸取管道中的液體，促進液體在管道中的流動。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‘毛細管現象’”。當然，熱管冷卻系統中的毛細管材料是由銅、不銹鋼或塑料制成的，可源源不斷地產生虹吸力，驅動液體在管道中流動。

一旦冷卻液被多孔材料吸收，就會被吸向熱源所在處，液體就會變成蒸氣，而當蒸氣遇到冷源后，會變成液體，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，形成了一個閉環冷卻系統。該冷卻系統無需使用機械泵或額外動力來驅動液體循環，也無需使用移動部件，消除了由于部件磨損或系統損壞帶來的風險。

在ESA技術轉移項目和比利時科技政策辦公室的聯合支持下，研究人員開展了利用熱管冷卻系統技術替代地鐵上的機械風扇的可行性研究。研究結果表明，熱管冷卻系統技術能夠用于地球上任何需要冷卻的設備和設施上，從計算機芯片到數據中心、飛機設備，甚至豬圈。

EHP公司下屬Calyos公司的市場銷售經理Maxime Vuckovic說：“含有半導體材料的芯片、電池模塊等設備都會產生廢熱，均需要使用冷卻系統。因此，這是一項關鍵的應用。”ESA技術轉移經紀人網絡成員之一的Creaction公司首席執行官Jean-Paul Henry說：“ESA認為，熱管冷卻系統是無需額外能源供應即可實現冷卻目的的有效的航天解決方案。Calyos公司創建的目的就是使用EHP公司的熱管冷卻系統專有技術為新的地面應用市場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在軌道列車上的應用研究。該項合作最初是針對高速列車的。隨后，Alstom公司建議拓展更大的市場：更新巴黎地鐵老舊的風扇冷卻系統。為了適應地球上的應用環境，Calyos公司與Alstom公司合作對航天熱管冷卻系統進行了改進，并將其裝備到新的列車上，為巴黎地鐵一號線服務。

未來，該熱管冷卻系統還可應用于電車、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。 (唐 甜)

▲ 用于地鐵列車的毛細管泵冷卻系統