CN116181527A - 用于飞行器的组合式二氢加热和流体冷却系统以及包括这种系统的飞行器 - Google Patents

用于飞行器的组合式二氢加热和流体冷却系统以及包括这种系统的飞行器 Download PDF

Info

Publication number
CN116181527A
CN116181527A CN202211514325.2A CN202211514325A CN116181527A CN 116181527 A CN116181527 A CN 116181527A CN 202211514325 A CN202211514325 A CN 202211514325A CN 116181527 A CN116181527 A CN 116181527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dihydro
heat transfer
transfer fluid
heat exchange
aircraft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211514325.2A
Other languages
English (en)
Inventor
N·德瓦希加玛尼
D·佩吉特
J·卡瑞特罗贝尼格诺思
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations SAS
Airbus SAS
Original Assignee
Airbus Operations SAS
Airbus SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations SAS, Airbus SAS filed Critical Airbus Operations SAS
Publication of CN116181527A publication Critical patent/CN116181527A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D13/08—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned the air being heated or cooled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D37/00—Arrangements in connection with fuel supply for power plant
    • B64D37/34—Conditioning fuel, e.g. heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/10—Aircraft characterised by the type or position of power plants of gas-turbine type 
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/08—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of power plant cooling systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D37/00—Arrangements in connection with fuel supply for power plant
    • B64D37/30—Fuel systems for specific fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0206—Non-hydrocarbon fuels, e.g. hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0287—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers characterised by the transition from liquid to gaseous phase ; Injection in liquid phase; Cooling and low temperature storage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
    • B64D2013/0614—Environmental Control Systems with subsystems for cooling avionics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
    • B64D2013/0659—Environmental Control Systems comprising provisions for cooling fuel systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
    • B64D2013/0674—Environmental Control Systems comprising liquid subsystems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Loading And Unloading Of Fuel Tanks Or Ships (AREA)

Abstract

用于在飞行器中组合地冷却和加热的方法，飞行器包括将二氢(1001)用作燃料的发动机(14)，二氢(1001)以液体形式存储在储罐(13)中且以气体形式在发动机(14)中使用，通过主管(11)从储罐(13)将二氢(1001)输送到发动机(14)，该方法包括以下步骤：将二氢(1001)流的一部分分流在与主管(11)的预定区段(111)平行的旁通管(12)中；在第一闭合回路中循环第一传热流体；在第一传热流体与在旁通管(12)中循环的二氢(1001)之间执行第一热交换；以及－执行至少一个次级热交换，在第一传热流体和与为作业流体的在飞行器中使用的需要冷却的流体之间执行每个次级热交换。借此可以将二氢用作冷源，以可靠地冷却飞行器的一种或多种作业流体。

Description

用于飞行器的组合式二氢加热和流体冷却系统以及包括这种 系统的飞行器
技术领域
本发明涉及热交换领域，特别涉及飞行器中用于加热和冷却流体的装置。
背景技术
使用二氢作为燃料的发动机正得到越来越多的开发。这尤其适用于飞行器用涡轮螺旋桨式发动机。在这样的飞行器中，由于尺寸的原因，有必要运输液态的二氢，然后再加热二氢，使其在0℃以上的温度下进入气态，可用作发动机的燃料。
通常借助与从发动机的涡轮的排气气体获得的热源进行热交换来执行二氢的加热。
此外，将液态二氢用作冷却飞行器的其他流体的冷源是有利的，其他流体诸如油或替代地空气，例如用于润滑发动机的油或从发动机回收并用于飞行器机舱的调节空气的压缩空气。因此，液态二氢和流体之间的热交换将使得可以加热二氢和冷却飞行器的流体。
为此目的，发明人设想的一种解决方案可以包括使用包括传热流体的共用回路，该传热流体借助连续的热交换使得可以回收从排气气体中获得的热量，加热二氢并冷却飞行器的流体，流体诸如油和压缩空气。
然而，这样的解决方案将导致飞行器的流体、特别是油的冻结风险，因为传热流体已经被液态二氢冷却，油在与传热流体进行热交换期间经历有热量损失。
此外，传热流体本身将存在与液态二氢的热交换期间冻结和/或在热交换器的端部件中达到其沸腾温度的风险。这可能导致传热流体的循环停止，导致二氢的加热和飞行器流体的冷却停止；或者热交换器发生故障，导致正在执行的热交换的可靠性差。
因此，期望克服这些缺点。
特别期望提供一种可靠的解决方案，使得可以冷却飞行器的流体。
此外，期望提供一种可以将液态二氢再加热至足以将其用作飞行器发动机中的燃料的温度的解决方案。
还期望提供一种解决方案，该解决方案使得可以将飞行器的流体保持在操作温度，特别是高于飞行器的所述流体的凝固温度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于在飞行器中组合地冷却和加热的方法，该飞行器包括构造成将二氢用作燃料的发动机，该二氢以液体形式存储在储罐中，并以气体形式在发动机中使用，该发动机是涡轮螺旋桨发动机。借助称为主管的管将二氢从储罐输送至发动机，该方法包括以下步骤：在与主管的预先限定区段平行的管(称为旁通管)中分支二氢流的一部分；在第一闭合回路中循环第一传热流体；在第一传热流体与在旁通管中循环的二氢之间执行第一热交换；以及执行至少一个称为次级热交换的第二热交换，在第一传热流体和飞行器中使用的需要冷却的流体(称为作业流体)之间执行每个次级热交换。
因此，可以通过使用二氢作为冷源来可靠地冷却飞行器的一种或多种作业流体。
根据一具体实施例，该方法还包括以下步骤：在第二闭合回路中循环第二传热流体；在第二传热流体与在主管的一部分中循环的二氢之间执行第三热交换；以及在第二传热流体与来自发动机涡轮的排气气体之间进行第四热交换。
因此，可以加热液态二氢，以便能够在冷却作业流体的同时将其用作发动机中的燃料，而作业流体没有冻结的风险。
根据一具体实施例，在主管的预先限定区段的下游执行第三热交换。
根据一具体实施例，在主管的预先限定区段的上游执行第三热交换。
因此，可以使用具有较窄操作范围的第一传热流体：不需要使用在足够低的温度下操作以承受由于与液态二氢的相互作用而引起的显著热损失的第一传热流体。
根据一具体实施例，第一传热流体的操作温度范围比第二传热流体的操作温度范围窄。
因此避免了第一传热流体和第二传热流体冻结的风险，以及第一传热流体和第二传热流体在热交换器的端件中沸腾的风险。
根据一具体实施例，作业流体是油或来自发动机并意图在飞行器的空调系统中使用的压缩空气。
根据一具体实施例，该方法包括在第一传热流体与第一作业流体之间的第一次级热交换以及第一传热流体与第二作业流体之间的第二次级热交换，第一作业流体是油，第二作业流体是来自发动机并意图在飞行器的空调系统中使用的压缩空气。
根据一具体实施例，该方法还包括根据作业流体的温度来调节在旁通管中循环的二氢的流量，该温度在次级热交换的所述作业流体所穿过的出口处进行测量。
因此，可以优化作业流体的冷却。
根据一具体实施例，该方法还包括根据第一热交换流体的温度来调节在旁通管中循环的二氢的流量，该温度在第一热交换的入口处进行测量。
本发明还涉及一种用于在飞行器中组合地冷却和加热的系统，该飞行器包括构造成使用二氢作为燃料的发动机，该二氢以液体形式存储在储罐中，并以气体形式在发动机中使用，该发动机是涡轮螺旋桨发动机。借助称为主管的管将二氢从储罐输送至发动机，该系统包括：
－称为旁通管的管，其安装成旁通主管的预先限定区段；
－第一闭合回路，其用于包含第一传热流体；
－第一循环器，其用于在第一闭合回路中循环第一传热流体；
－第一热交换器，其安装成允许在第一传热流体与在旁通管中循环的二氢之间的第一热交换；以及
－第二热交换器，其安装成允许至少一个称为次级热交换的第二热交换，在第一传热流体与在飞行器中使用的需要冷却的流体(称为作业流体)之间执行每个次级热交换。
具体地，第一循环器对应于泵。
根据一具体实施例，该系统还包括：
－第二闭合回路，其用于包含第二传热流体；
－第二循环器，其用于在第二闭合回路中循环第二传热流体；
－第三热交换器，其安装成允许第二传热流体与在主管的一部分中循环的二氢之间的第三热交换；
－第四热交换器，其安装成允许第二传热流体与来自发动机涡轮的排气气体之间的第四热交换。
具体地，第二循环器对应于泵。
本发明还涉及包括至少一个这种系统的飞行器。
附图说明
通过阅读下面参考附图给出的对至少一个示例性实施例的描述，本发明的上述特征以及其他特征将变得更明了，附图中：
图1示意性地示出了根据第一示例性实施例的用于组合地加热和冷却的系统，该系统旨在实施飞行器中的热交换；
图2示意性地示出了根据第二示例性实施例的用于组合地加热和冷却的系统；
图3示意性地示出了根据第三示例性实施例的用于组合地加热和冷却的系统；
图4示意性地示出了用于组合地加热和冷却的系统的流量控制器的内部控制单元的硬件架构的示例；以及
图5示出了配备有用于组合地加热和冷却的系统的飞行器。
具体实施方式
因此，图1示意性地示出了用于组合地加热和冷却的系统100的第一示例性实施例，该系统旨在实施诸如图5所示的飞行器1的飞行器中的热交换。
系统100包括储存液态二氢1001的储罐13。例如，储罐13中的二氢1001的温度为-253℃。系统100还包括被称为主管11的管，用于将二氢1001从储罐13输送到飞行器的发动机14的燃烧室142，二氢1001在燃烧室142中用作燃料。二氢1001借助诸如泵之类的循环器109循环，循环器109位于储罐13出口处的主管11上。主管11包括位于燃烧室142入口处的燃料计量阀112。燃料计量阀112使得可以将预定量的二氢1001喷射到燃烧室142中。
发动机14是涡轮螺旋桨发动机，并且其还包括用于压缩进入燃烧室142的空气的压缩机141，以及位于燃烧室142出口处的涡轮143。
系统100还包括被称为旁通管12的管，该管与主管11分离并且定位成旁通主管11的预先限定区段111。旁通管12用于在旁通管12的入口和旁通管12的出口之间输送穿过主管11并来自储罐13的二氢流1001的一部分。在旁通管12的入口和旁通管12的出口之间、在主管11的预先限定区段111中平行输送穿过主管11的所述二氢流1001的另一部分。
可选地，系统100还包括位于旁通管12上的流量控制器121。流量控制器121由控制单元控制，并且使得可以调节穿过旁通管12的二氢1001的流量。
系统100包括第一闭合回路17，其中，第一传热流体例如借助诸如泵之类的循环器107沿预先限定的方向循环。
第一闭合回路17包括第一热交换器101和至少一个称为次级热交换器的第二热交换器102。
系统100还包括第二闭合回路18，其中，第二传热流体例如借助诸如泵之类的循环器108沿预先限定的方向循环。第二闭合回路18包括第三热交换器103和第四热交换器104。
每个热交换器101、102、103、104使得可以在两种流体之间执行热交换而不混合它们，换言之，跨越交换表面将热量从一种流体传递到另一种流体。
第一热交换器101使得可以在第一传热流体和穿过旁通管12的二氢1001之间执行第一热交换。第一热交换使得热量从第一传热流体传递到穿过旁通管12的二氢1001，并因此使得可以冷却第一传热流体并重新加热二氢1001流的一部分。
第二热交换器102使得可以在第一传热流体和飞行器中使用的需要冷却的流体(称为作业流体)之间执行称为次级热交换的第二热交换。在管15中输送作业流体，管15可以是闭合回路151(图1中未示出，但在图3中可见)，也可以是将作业流体从回收区1521(图1中未示出，但在图3中可见)输送到作业区1522(图1中未示出，但在图3中可见)的管。作业流体例如是油或压缩空气。
第三热交换器103使得可以在第二传热流体与由主管11输送的二氢1001之间执行第三热交换。第三热交换使得热量从第二传热流体传递到二氢1001，因此使得可以冷却第二传热液体并重新加热二氢1001。第三热交换使得向二氢1001提供足够热量，进而使得在第三热交换器103入口处为液体的二氢1001蒸发并达到高于0℃的温度，从而允许在燃烧室142中稳定燃烧。因此，二氢1001在第三热交换器103的出口处处于气态，随后可以用作发动机14中的燃料。二氢1001在主管11的位于储罐13和第三热交换器103之间的部分中处于液态，而在主管11的位于第三热交换器103和发动机14之间的部分中处于气态。
根据第一示例性实施例，第三热交换器103位于主管11的预先限定区段111的下游。位于管的识别区下游的元件定位在识别区的与在所述管中循环的流体的源相对的一侧。位于管的识别区上游的元件定位在识别区的与在所述管中循环的流体的源相同的一侧。在主管11和旁通管12中循环的二氢1001的源是储罐13。例如，第三热交换器103位于预先限定区段111的与储罐13相对的一侧。然后，二氢1001在预先限定区段111中和在旁通管12中处于液态。第四热交换器104使得可以在第二传热流体和来自发动机14的涡轮143并在排气管144中输送的排气气体之间执行第四热交换。第四热交换使得热量从排气气体传递到第二传热流体，并因此使得可以重新加热第二传热流体。
第一传热流体例如可以是水乙二醇。水乙二醇包括水并且包括一定比例的乙二醇或丙二醇，用作液态传热流体。水乙二醇的操作温度限定在其熔化温度和沸腾温度之间，这些温度根据乙二醇或丙二醇的比例而变化。具体地，乙二醇的比例越高，水乙二醇的熔化温度越低。替代地，第一传热流体可以是气体，诸如二氮或氦。第二传热流体例如可以是诸如二氮或氦之类的气体。
此外，第二传热流体一方面必须在足够低的温度下操作，以承受在第三热交换器103中传递到二氢1001的热量损失而不冻结，换言之，不达到第二传热液体的凝固温度。具体地，第三热交换器103中的二氢1001的温度从约-253℃变化到高于0℃的温度，以允许燃烧室142中的稳定燃烧。另一方面，第二流体必须在足够高的温度下操作，以承受来自第四热交换器104中的排气气体的热量供应，而不达到第二传热流体的沸腾温度。
相反，第一传热流体具有比第二传热流体窄的操作温度范围。第一传热流体必须能够在次级热交换器102中吸收一定量的热量，其足以冷却作业流体并且足够小以避免作业流体冻结，换言之，避免达到作业流体的凝固温度。
根据一实施例，在控制单元的控制下，由流量控制器121根据所测得的作业流体温度来调节穿过旁通管12的二氢1001的流量。例如在次级热交换器102的出口处测量作业流体的测得温度，换言之，在次级热交换器后面沿作业流体的循环方向测量。如果作业流体的测得温度上升，则控制单元向流量控制器121发送用于增加二氢1001的流量的命令。然后，二氢1001的穿过旁通管12的流量的增加导致第一传热流体的冷却增加，换言之，由第一传热流体传递到第一热交换器101中的二氢的每单位体积第一传热流体的热量增加。因此，作业流体的冷却被增强，换言之，由作业流体传递到次级热交换器102中的第一传热流体的热量增加。
相反，如果作业流体的测得温度降低，例如当作业流体的测得温度低于第一预先限定阈值时，控制单元向流量控制器121发送用于降低二氢1001流量的命令。然后，二氢1001的穿过旁通管12的流量的减少导致由第一传热流体在第一热交换器101中传递到二氢1001中的每单位体积第一传热流体的热量减少。因此，作业流体的冷却被减弱，换言之，由作业流体传递到次级热交换器102中的第一传热流体的热量减少。因此，对二氢流量的调节使得可以优化作业流体的冷却，同时避免作业流体冻结。
此外或者替代地，可以在控制单元的控制下，根据第一传热流体的测得温度，由流量控制器121调节二氢1001的穿过旁通管12的流量。第一传热流体的测得温度例如在第一热交换器101的入口处测量，换言之，在第一热交换器101前面沿第一传热流体的循环方向测量。当第一传热流体的测得温度降低，例如当所述温度降低到低于第二预先限定阈值时，控制单元向流量控制器121发送用于降低二氢1001流量的命令。二氢1001的穿过旁通管12的流量减少，由第一传热流体传递到二氢1001的热量减少。因此，第一热交换器出口处的第一传热流体温度保持在第一传热流体凝固温度以上，并且第一传热流体不冻结。
图2示意性地示出了根据第二示例性实施例的用于组合地加热和冷却的系统100。
系统100包括储存二氢1001的储罐13、在储罐13和发动机14的燃烧室142之间输送二氢的主管11、以及旁通管12。该系统包括第一闭合回路17，其包括第一热交换器101和至少一个次级热交换器102。系统100还包括第二闭合回路18，其包括第三交换器103b和第四热交换器104。
根据第二示例性实施例，第三热交换器103b位于主管11的预先限定区段111的上游，换言之，位于预先限定区段111的与储罐13相同的一侧。然后，二氢1001在预先限定区段111中和在旁通管12中处于气态。
因此，与第一示例性实施例相比，第一热交换器101中的第一传热流体冻结的风险降低，因为穿过第一热交换器101的二氢1001的温度更高。
可选地，可以在第二闭合回路18和主管11之间的交叉处添加第五热交换器(未示出)。第五热交换器位于第二闭合回路18上，并且沿第二传热流体的循环方向位于第四热交换器104和第三热交换器103b之间。第五热交换器位于主管11上、旁通管12的下游，换言之，位于旁通管12的与储罐13相对的一侧。
因此，液态二氢1001首先在第三热交换器103b中被部分地加热，然后被部分地输送穿过旁通管12，在旁通管12中，以足够高的温度与第一传热流体进行第一热交换，以避免第一传热流体冻结。然后在第五热交换器中完成二氢1001的加热以便将其用作燃料，在第五热交换器中，第二传热流体比在第三热交换器103b中更热。
图3示意性地示出了根据第三示例性实施例的用于组合地加热和冷却的系统100。
系统100包括储存二氢1001的储罐13、在储罐13和发动机14的燃烧室142之间输送二氢的主管11、以及旁通管12。系统100还包括第二闭合回路18，其包括第三交换器103和第四热交换器104。
在第三示例性实施例中，该系统包括第一闭合回路17，该第一闭合回路沿第一传热流体的循环方向依次包括第一热交换器101、第一次级热交换器1021和第二次级热交换器1022。
以与热交换器101、102、103、104类似的方式，每个热交换器1021、2022使得可以在两种流体之间执行热交换而不混合它们，换言之，跨越交换表面将热量从一种流体传递到另一种流体。
第一热交换器101使得可以在第一传热流体和穿过旁通管12的二氢1001之间执行第一热交换。
第一次级热交换器1021使得可以在第一传热流体和在闭合油回路151中循环的油之间执行第一次级热交换。第一次级热交换使得热量从油传递到第一传热流体，从而使得可以冷却油。在油回路151中在作业区1511和第一次级热交换器1021之间输送油，在作业区1511中油被再加热，在第一次级热交换器1021中油被冷却。
第二次级热交换器1022使得可以在第一传热流体和来自发动机14的压缩机141并穿过压缩空气管152输送的压缩空气之间执行第二次级热交换。第二次级热交换使得热量从压缩空气传递到第一传热流体，从而使得可以冷却压缩空气。
压缩空气在飞行器的空调系统中使用。压缩空气在发动机14的压缩机141中被压缩和加热。压缩空气的流量在压缩机141的出口处由阀系统1521进行调节，然后穿过第二次级热交换器1022进行输送。在第二次级热交换器1022的出口处，压缩空气被输送到空调系统1522，在空调系统中，压缩空气用于对飞行器的机舱进行加压和空气调节。
在第三示例性实施例中，第一传热流体的操作温度范围足够窄，以能够冷却第一次级热交换器1021中的油和冷却第二次级热交换器102中的压缩空气，并且另一方面避免油冻结，换言之，避免油降到其凝固温度以下。
在控制单元的控制下，由流量控制器121根据在第一次级热交换器1021的出口处测得的油温度和/或在第二次级热交换器102的出口处测得的压缩空气温度来调节二氢1001的流量。
例如，当油的测得温度上升时，控制单元向流量控制器121发送用于增加二氢1001的流量的命令。
当油的测得温度降低，例如当油温降低到低于第三预先限定阈值时，控制单元向流量控制器121发送用于降低二氢1001流量的命令。
当压缩空气的测得温度增加时，控制单元确定油的测得温度是否高于第三预先限定阈值。如果是这种情况，则控制单元向流量控制器121发送用于增加二氢1001的流量的命令。
图4示意性地示出了流量控制器121的内部控制单元的硬件架构的示例。然后，流量控制器121内部控制单元包括由通信总线410连接的：处理器或中央处理单元(CPU)401；随机存取存储器(RAM)402；只读存储器(ROM)403；诸如硬盘驱动器(HDD)404之类的存储单元或存储介质读取器；以及用于与诸如温度传感器之类的元件通信的通信接口405。
处理器401能够执行从ROM 403、外部存储器(未示出)、存储介质或通信网络加载到RAM 402中的指令。当控制单元通电时，处理器401能够从RAM 402读取指令并且执行它们。这些指令形成计算机程序，使处理器401实施上面结合控制单元描述的所有或一些动作。
因此，可以经由由诸如DSP(数字信号处理器)或微控制器之类的可编程机器执行成组指令而以软件形式、或者通过诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)之类的机器或专用组件以硬件形式实施结合流量控制器121的控制单元所描述的所有或一些动作。根据一变型，上述控制单元在流量控制器121外部，并且包括用于远程控制流量控制器121的装置。
图5示出了配备有用于组合地加热和冷却的系统的飞行器1。

Claims (14)

1.用于在飞行器(1)中组合地冷却和加热的方法，其特征在于，所述飞行器包括构造成将二氢(1001)用作燃料的发动机(14)，所述二氢(1001)以液体形式存储在储罐(13)中并且以气体形式在所述发动机(14)中使用，所述发动机(14)是涡轮螺旋桨发动机，借助称为主管(11)的管将所述二氢(1001)从所述储罐(13)输送到所述发动机(14)，所述方法包括以下步骤：
－将所述二氢(1001)的流的一部分分流在与所述主管(11)的预先限定区段(111)平行的称为旁通管(12)的管中；
－在第一闭合回路(17)中循环第一传热流体；
－在所述第一传热流体与在所述旁通管(12)中循环的所述二氢(1001)之间执行第一热交换；以及
－执行至少一个称为次级热交换的第二热交换，在所述第一传热流体与称为作业流体的在所述飞行器中使用并需要被冷却的流体之间执行每个次级热交换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
－在第二闭合回路(18)中循环第二传热流体；
－在所述第二传热流体与在所述主管(11)的一部分中循环的所述二氢(1001)之间执行第三热交换；以及
－在所述第二传热流体与来自所述发动机(14)的涡轮(143)的排气气体之间执行第四热交换。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述主管(11)的所述预先限定区段(111)的下游执行所述第三热交换。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述主管(11)的所述预先限定区段(111)的上游执行所述第三热交换。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一传热流体的操作温度范围比第二传热流体的操作温度范围窄。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述作业流体是油或来自所述发动机并意于在所述飞行器的空调系统中使用的压缩空气。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一传热流体与第一作业流体之间的第一次级热交换以及在所述第一传热流体与第二作业流体之间的第二次级热交换，所述第一作业流体是油，所述第二作业流体是来自发动机并意于在所述飞行器的空调系统中使用的压缩空气。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述作业流体的温度来调节在所述旁通管(12)中循环的二氢(1001)的流量，所述温度在所述作业流体所穿过的所述次级热交换的出口处进行测量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述第一热交换流体的温度来调节在所述旁通管(12)中循环的二氢(1001)的流量，所述温度在所述第一热交换的入口处进行测量。
10.用于在飞行器(1)中组合地冷却和加热的系统(100)，所述飞行器包括构造成将二氢(1001)用作燃料的发动机(14)，所述二氢(1001)以液体形式存储在储罐(13)中并且以气体形式在所述发动机(14)中使用，所述发动机(14)是涡轮螺旋桨发动机，借助称为主管(11)的管将所述二氢(1001)从所述储罐(13)输送到所述发动机(14)，其特征在于，所述系统包括：
－称为旁通管(12)的管，其安装成旁通所述主管(11)的预先限定区段(111)；
－第一闭合回路(17)，所述第一闭合回路意于包含第一传热流体；
－第一循环器(107)，所述第一循环器意于在所述第一闭合回路中循环所述第一传热流体；
－第一热交换器(101)，所述第一热交换器安装成允许所述第一传热流体与在所述旁通管(12)中循环的二氢(1001)之间的第一热交换；以及
－第二热交换器(102)，所述第二热交换器安装成允许至少一个称为次级热交换的第二热交换，在所述第一传热流体与称为作业流体的在所述飞行器中使用且需要被冷却的流体之间执行每个次级热交换。
11.根据权利要求10所述的系统(100)，其特征在于，所述第一循环器(107)对应于泵。
12.根据权利要求10所述的系统(100)，其特征在于，所述系统还包括：
－第二闭合回路(18)，所述第二闭合回路意于包含第二传热流体；
－第二循环器(108)，所述第二循环器意于在所述第二闭合回路中循环所述第二传热流体；
－第三热交换器(103)，所述第三热交换器安装成允许在所述第二传热流体与在所述主管(11)的一部分中循环的二氢(1001)之间的第三热交换；
－第四热交换器(104)，所述第四热交换器安装成允许所述第二传热流体与来自所述发动机(14)的涡轮(143)的排气气体之间的第四热交换。
13.根据权利要求12所述的系统(100)，其特征在于，所述第二循环器(108)对应于泵。
14.飞行器(1)，所述飞行器包括至少一个根据权利要求10至13中任一权利要求所述的系统(100)。
CN202211514325.2A 2021-11-29 2022-11-29 用于飞行器的组合式二氢加热和流体冷却系统以及包括这种系统的飞行器 Pending CN116181527A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2112637A FR3129661A1 (fr) 2021-11-29 2021-11-29 Systeme de chauffage de dihydrogene et de refroidissement de fluide combines pour aeronef, et aeronef comprenant un tel systeme
FR2112637 2021-11-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116181527A true CN116181527A (zh) 2023-05-30

Family

ID=80122389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211514325.2A Pending CN116181527A (zh) 2021-11-29 2022-11-29 用于飞行器的组合式二氢加热和流体冷却系统以及包括这种系统的飞行器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230166847A1 (zh)
EP (1) EP4187071A1 (zh)
CN (1) CN116181527A (zh)
FR (1) FR3129661A1 (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2413507A1 (de) * 1974-03-20 1975-10-02 Motoren Turbinen Union Gasturbine fuer kryogenen kraftstoff
US4569195A (en) * 1984-04-27 1986-02-11 General Electric Company Fluid injection gas turbine engine and method for operating
CN1259219C (zh) * 2003-12-30 2006-06-14 上海交通大学 燃氢高速飞机的液氢燃料携带和换热系统
US10054051B2 (en) * 2014-04-01 2018-08-21 The Boeing Company Bleed air systems for use with aircraft and related methods
US20160160758A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 United Technologies Corporation Gas turbine engine nacelle anti-icing system
US11187156B2 (en) * 2017-11-21 2021-11-30 General Electric Company Thermal management system
US11047307B2 (en) * 2018-09-14 2021-06-29 Raytheon Technologies Corporation Hybrid expander cycle with intercooling and turbo-generator
US10989117B2 (en) * 2018-09-14 2021-04-27 Raytheon Technologies Corporation Hybrid expander cycle with pre-compression cooling and turbo-generator
EP4060173B1 (en) * 2021-03-17 2023-08-30 ITP Engines UK Ltd Aircraft powerplant comprising a recuperative closed-cycle arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
US20230166847A1 (en) 2023-06-01
FR3129661A1 (fr) 2023-06-02
EP4187071A1 (fr) 2023-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10526971B2 (en) Super-cooled heat exchanger of an air cycle machine
CN103261617B (zh) 用于集成混合动力系统热管理的系统、方法和设备
CN101846101B (zh) 进口空气加热和冷却系统
US9658005B2 (en) Heat exchanger system
US20170217592A1 (en) Aircraft Thermal Management System
EP3084186B1 (en) Ice tolerant gas turbine fuel systems
CN111520928B (zh) 增强热驱动的喷射器循环
US20160281603A1 (en) Gas turbine engine fluid heat management system
RU2573077C2 (ru) Способ и устройство подачи смазочного вещества
US20130036722A1 (en) Fuel system having fuel control unit and heat exchanger
US9644648B2 (en) Systems and methods for heat balance and transport for aircraft hydraulic systems
CN109268094B (zh) 防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统
US20180051946A1 (en) Heat exchanger arrangements and related methods
CN116181527A (zh) 用于飞行器的组合式二氢加热和流体冷却系统以及包括这种系统的飞行器
US9670813B2 (en) Supply system for a medium into an exhaust system
JP6855160B2 (ja) 熱源システムの台数制御装置及びその方法並びに熱源システム
CN103518053B (zh) 用于内燃机废热利用的管道回路和用于运行该管道回路的方法
EP3152425B1 (en) Cooling arrangement and a motor vehicle equipped with such a cooling system
CN109882293B (zh) 涡轮喷气发动机的具有燃料/空气换热器的液压和气动控制回路
US10920656B2 (en) Internal combustion engine cooling system
KR102010687B1 (ko) 히트펌프 급탕 시스템
EP3850280B1 (en) Transport refrigeration unit using engine waste heat for defrosting
RU150383U1 (ru) Система нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате
WO2024011558A1 (zh) 压裂设备
CN112112722A (zh) 具有包括废气再循环冷却器的冷却系统的内燃机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication