航天冷却系统使地铁出行更舒适

航天冷却系统使地铁出行更舒适

Cool Ride

巴黎地铁一号线

得益于一项卫星技术的转移应用，巴黎地铁的乘客现在可以享受高科技通勤旅程带来的舒适体验。

巴黎地铁一号线横穿法国首都，长16.6km，共设25站，每年的人流量超过2.13亿人次，是巴黎最繁忙的地铁。游客和当地人都对该地铁线非常熟悉，但乘客们可能不知道，在过去的一年半里，该地铁线配备了冷却系统——一项源于欧空局（ESA）的先进技术。

通常，地铁使用大型机械风扇来防止电源设备过热。但大型设备占地面积较大，不便于运输和使用。为了实现设备的小型化，给乘客创造更多的空间，法国交通运输企业Alstom公司决定采用航天冷却系统技术。

太空中没有空气，风扇对于电子器件及其它设备的冷却是无效的。因此，太空中的冷却均是通过“热管”的换热来实现的。这种冷却方案的原理非常简单，闭环管路的一侧置于热源旁边，而另一侧置于冷源（例如卫星的外壁）旁边，热管中的液体在管道中循环运行，形成闭环，可从热源处吸收热量，从而达到冷却的目的。但是，在太空微重力环境中，如果没有机械泵助力，液体循环就没有动力，这是热管冷却系统面临的最大挑战。

欧洲热管（EHP）公司为欧洲超过3/4的科学和地球观测卫星提供热管冷却系统。该公司的首席执行官 Michel Ganseman说：“在太空中，热管冷却系统需在免维护或维修状态下运行几年甚至几十年”。

EHP公司通过在热管环路系统中放置一个特殊的多孔材料来解决管路液体的驱动问题。这种材料的多孔微观结构可利用“毛细管虹吸作用”自动吸取管道中的液体，促进液体在管道中的流动。Michel Ganseman解释说：“这就像是将方糖的尖端浸入咖啡，咖啡就可通过方糖的毛孔很快渗入糖中。这就是我们所熟知的‘毛细管现象’”。当然，热管冷却系统中的毛细管材料是由铜、不锈钢或塑料制成的，可源源不断地产生虹吸力，驱动液体在管道中流动。

一旦冷却液被多孔材料吸收，就会被吸向热源所在处，液体就会变成蒸气，而当蒸气遇到冷源后，会变成液体，然后，多孔材料再吸收液体，吸引至热源处，变成气体……如此循环，形成了一个闭环冷却系统。该冷却系统无需使用机械泵或额外动力来驱动液体循环，也无需使用移动部件，消除了由于部件磨损或系统损坏带来的风险。

在ESA技术转移项目和比利时科技政策办公室的联合支持下，研究人员开展了利用热管冷却系统技术替代地铁上的机械风扇的可行性研究。研究结果表明，热管冷却系统技术能够用于地球上任何需要冷却的设备和设施上，从计算机芯片到数据中心、飞机设备，甚至猪圈。

EHP公司下属Calyos公司的市场销售经理Maxime Vuckovic说：“含有半导体材料的芯片、电池模块等设备都会产生废热，均需要使用冷却系统。因此，这是一项关键的应用。”ESA技术转移经纪人网络成员之一的Creaction公司首席执行官Jean-Paul Henry说：“ESA认为，热管冷却系统是无需额外能源供应即可实现冷却目的的有效的航天解决方案。Calyos公司创建的目的就是使用EHP公司的热管冷却系统专有技术为新的地面应用市场提供低成本的解决方案。”

Calyos公司成立后不久，就开始与Alstom公司合作开展了热管冷却系统在轨道列车上的应用研究。该项合作最初是针对高速列车的。随后，Alstom公司建议拓展更大的市场：更新巴黎地铁老旧的风扇冷却系统。为了适应地球上的应用环境，Calyos公司与Alstom公司合作对航天热管冷却系统进行了改进，并将其装备到新的列车上，为巴黎地铁一号线服务。

未来，该热管冷却系统还可应用于电车、市郊列车、高速列车等类型的列车，使热量在站间消散，从而为旅客提供更加舒适、安静的旅途体验。 (唐 甜)

▲ 用于地铁列车的毛细管泵冷却系统