CN119489933A 飞机空气管理系统、飞机及用于空气管理的方法 （波音公司）

热交换器（3102中冷器（3103以及导管系统（3104，3303该导管系统连接到空气热2中，所述空气热交换器（3102）配置为冷却所述加热的空气（3120）以形成较冷的空气5.根据权利要求1所述的飞机空气管理系统（3100其中，所述燃料电池堆（3105，交换器（3102）冷却压缩空气（3126，3318在所述增压空气热交换器中，冷却压缩空气将所述较冷的压缩空气输送通过所述增压空气中冷器（3103在所述增压空气中冷器3增压空气热交换器（3102配置为接收所述加热的压缩空气并冷却所述加热的压缩空增压空气中冷器（3103配置为接收所述较冷的压缩空气并且冷却所述较冷的压缩空2634以及45气热交换器通过导管系统流到中冷器。中冷器配置为冷却较冷的空气以形成冷却的空气。冷却的空气从中冷器通过导管系统流到燃料以及将来自增压空气中冷器的冷却的压缩空气输送到燃料电6[0013]图1是根据说明性实施方式的具有分布式推进系统的氢燃料电池交通工具的图[0019]图7是根据说明性实施方式的发动机舱的具有发动机舱热交换器的部分的截面图[0020]图8是根据说明性实施方式的发动机舱的具有发动机舱热交换器的部分的截面图[0025]图13是与说明性实施方式相关的发动机舱内的发动机舱热交换器一起使用的风[0027]图15是根据说明性实施方式的气流通过发动机舱以为燃料电池堆提供冷却的图7[0032]图20是根据说明性实施方式的用于管理飞机的燃料电池堆的启动和操作的过程[0034]图22是根据说明性实施方式的用于管理飞机的燃料电池堆的启动和操作的过程[0036]图24是根据说明性实施方式的用于向燃料电池堆输送电力的过程的流程图的图[0041]图29是根据说明性实施方式的热管理系统中的燃料电池堆启动系统的示意图的[0042]图30是根据说明性实施方式的热管理系统中的燃料电池堆启动系统的示意图的[0045]图33是根据说明性实施方式的用于燃料电池堆的飞机空气管理系统的示意图的[0048]图36是根据说明性实施方式的用于管理燃料电池堆的温度的过程的流程图的图8用高温质子交换膜燃料电池有助于减小热交换器尺寸并且使用具有微通道流动通路的热[0070]参见图1，描绘了根据说明性实施方式的具有分布式推进系统的氢燃料电池交通不同的多个附图中的附图标记的这种再次使用表示不同附图9[0075]在该实例中，多个液氢罐108中的液氢罐130位于机翼105上方，并且多个液氢罐108中的液氢罐131位于机翼104上方。多个液氢罐108的位置选定成为飞机100提供期望的[0076]这两个液氢罐的位置通过将这些燃料罐抵靠飞机100的一些表面放置来减小润湿系统的不同的多个部件和发动机中的其他多个部件能够更大程度地分布成更小的多个部出系统可以将气态氢排出远离且高于乘客、机组人员和地面人员的区域，诸如竖直尾翼主视图提供了机翼105上方的液氢罐130的位置和机翼104上方的液氢罐131的位置的附加[0084]图1和图2中的飞机100的图示作为一个说明性实例来提供并且不意味着对可以实个液氢罐位于飞机100的任一侧上的机翼上方和是图1和图2中的发动机106的实例。在该实例中，发动机300包括发动机舱302、电动马达燃料电池堆305以及热交换器308的结[0086]在该实例中，热交换器308具有矩形形状并且相对于入口310的开口倾斜地定在该说明性实例中，如图1、图2和图3所示的飞机100以及飞机100的多个部件是实施飞机424包括一个或多个导管，该一个或多个导管承载可以用于冷却燃料电池堆422的冷却剂。系统425冷却燃料电池堆422。HTPEM燃料电池需要的冷却剂的温度过高而不能用作其他发动机部件的冷却剂。需要另一个低温冷却剂回路来冷却除了燃料电池堆422之外的多个发[0097]在该说明性实例中，一组液氢罐408位于机身402的外部。这些液氢罐储存液氢[0100]在一个说明性实例中，排出系统440穿过机身402延伸到稳定器412中的竖直尾翼[0102]液氢罐的布置以及减小用于热管理和燃料电池系统的封装的尺寸是由不同的多统分布在更多数量的发动机舱中可以使得那些发动机舱中的电动马达能够具有更小的功[0103]图4中的飞机400的框图图示以及图1和图2中的飞机100的图示是用于实施飞机的料可以使用重整来处理以分离氢以用于在燃料电池堆中使用。换言之，除了液氢罐408之以被处理以获得用于在燃料电池堆中使用以产生电力的气的以最小的阻力损失安装发动机舱热交换器以及与使环境冷却空气进出热交换器有关的并且来自燃料电池堆的热量必须利用冷却剂送至也位于发动机舱中的环境空气热交换器发动机舱热交换器520的较长尺寸部可以基本上平行于飞行方向547定向。热交换器系统入发动机舱502并且通过出口505流出发动机舱[0128]发动机舱热交换器使用气流532中的空气530将热量从冷却剂526传递到发动机舱[0130]发动机舱热交换器520可以包含多种不同类型的材料。例如，发动机舱热交换器空几何导管550的外部上的表面中的至少一者处穿过。中空几何导管550可以是例如柱体、523可以位于发动机舱热交换器520的前方或发动机舱热交换器520的后方中的至少一者。其使得冷却剂526可以在发动机舱热交换器520与发动机舱502中的其他多个部件525之间流动的其他结构。导管系统540热连接至发动机舱热交换器520和发动机舱502中的其他多[0142]图5中的热交换器系统500的框图图示并不意味着暗示对可以实施说明性实施方[0145]现在参见图6至图18，描绘了根据说明性实施方式的发动机舱热交换器配置的图[0146]转向图6，描绘了根据说明性实施方式的发动机舱的具有发动机舱热交换器的部[0149]风扇604运行以增加穿过发动机舱热交换器600的气流。当[0150]接下来转到图7，描绘了根据说明性实施方式的发动机舱的具有发动机舱热交换他多个部件707被示出为更多地位于发动机舱热交换器700的通道[0152]参考图8，描绘了根据说明性实施方式的发动机舱与发动机舱热交换器的截面图[0153]如所描述的，发动机舱热交换器800具有矩形形状并且以较小的角度定位在发动[0154]发动机舱热交换器800的位置在较小的角度处减小了暴露的发动机舱前部区域，[0156]图6至图8所示的热交换器的布局的示意图不意味着限制实施发动机舱中的热交[0158]在该视图中，可以看到发动机舱热交换器904相对于发动机舱902中的入口906成换器904的导管系统908。导管系统908可以响应于通过发动机舱902中的入口906的空气流到发动机舱热交换器904的空气可以降低在导管系统908内流动的冷却动机舱热交换器1104是环形柱形形状并1112的一部分位于发动机舱热交换器110可以使用这种多个风扇的布置来代替图11和图12中的动机舱1400是用于发动机舱热交换器1402的发动机舱1502的出口1552中的喷嘴1换器1600冷却。冷却剂可以由进入发动机舱1631的入口1630的并穿过发动机舱热交换器[0178]接下来在图18中，根据说明性实施方式描述了气流通过发动机舱热交换器的图[0179]呈现在图6至图18中的在发动机舱中实施的热交换器系统的不同的图示作为图5中的热交换器系统500的一些实施方式。这些图示并不意味着对在其他说明性实例中可以给燃料和氧化剂以使燃料电池堆开始自行产[0183]这些说明性实例认识并考虑到，期望减少启动HTPEM燃料电池堆所需的时间和电能的量。该时间元素可以是至关重要的，因为启动时间在燃料电池飞机的概念性运行代的解决方案可以用于HTPEM燃料电池的地面应用中。该解决方案可以涉及经由围绕堆边[0189]另一解决方案可以采用如在不同的多个说明性实例中描述的经由冷却流体加热力飞机上的多个HTPEM燃料电池堆的启动所需的总能量和时间最小化。在一个说明性实例HTPEM燃料电池堆。在该实例中，冷却剂首先用于加热飞机上的全部燃料电池堆的一个子冷却剂能够在启动过程中跳过该热交换器以避免除了加热堆之外还加热热交换器的需要：和用于向燃料电池堆供应加热的冷却剂的多[0196]电交联带可以用于允许初始加热的和操作的多个燃料电池动力单元为其他尚未[0199]这一特征使得机载蓄电池的尺寸设计为能够仅启动多个燃料电池动力单元的初[0202]燃料电池堆启动系统1900配置为辅助或使得燃料电池堆1920达到操作温度192位于多个发动机中的或飞机中其他地方的多个马达或其他多个部件中的至少一者提供动冷却剂1917进行加热从而启动燃料电池系统1921中的多个燃料电池堆1920中的其他多个[0206]加热器系统1901可以包括连接至蓄电池系统1931的电加热器1930。在另一实例加热的冷却剂1916通过导管系统1902循环至控制器1905执行的操作可以通过配置为在诸如处理器单元的硬件上运行的程序指令实施。1925来控制导管系统1902以使加热的冷却剂1916循环至所有燃料电池堆1920。在该实例制器1905停止通过燃料电池堆1920的子集产生电力的加热器系统1901中的多个加热器个燃料电池堆1920选自包括所有燃料电池堆1920和燃料电池堆1920的子集的组。换言之，加热的冷却剂的循环可以是到多个燃料电池堆1920中的全部燃料电池堆或一部分燃料电[0217]图19中的燃料电池堆启动系统1900的框图图示并不意味着暗示对可以实施说明[0222]该过程利用从由燃料电池堆的子集产生的电力产生的热量将其余的燃料电池堆[0224]该过程开始于通过多个加热器加热冷却剂以在连接至多个燃料电池堆的导管系统的电加热器或产生热量以加热冷却剂的使用氢气的燃[0229]该过程将由燃料电池堆的子集产生的电力输送至用于未产生电力的其他燃料电[0232]不同描述的实施方式中的流程图和框图示出了说明性实施方式中的设备和方法[0237]如该图所示，多个发动机2601包括连接到第一机翼2632的发动机2611、发动机2612和发动机2613。多个发动机2601还包括连接到第二机翼2634的发动机2614、发动机的气流。当移动穿过发动机舱的入口的环境空气的速度和温度不足以从用于冷却发动机的过量未反应的氢燃料通过燃料电池阳极入口再循环回到燃料电池堆2703中。在该实例进入燃料电池堆之前热调节该空气压缩机出口空气。在这些实例中，增压空气热交换器料电池堆2703的启动过程的一部分的高温回路中的冷却剂加热至操作[0251]图26中的飞机2600和图27中的发动机2700的立体图示被提供为可以在其发动机中实施启动系统的飞机的图示。该图示不意味着对可以实施其他说明性实例的方式的限代替飞机2600所示的两个启动器蓄电池来使用。其他说明性实例可以省略风扇系统2702。统1901中的多个加热器1915中的加热器的实例，并且导管系统2803是图19中的导管系统[0255]作为将HTPEM燃料电池堆2801加热至操作温度的过程的一部分，空气由启动加热器2802加热并被引导至HTPEM燃料电池堆2801。当HTPEM燃料电池堆2801处于操作温度时，机舱的单个机翼中实施的多个部件。例如，该机翼可以是图26中的飞机2600的第一机翼多个发动机舱中的每个发动机舱可以包括如图28中的燃料电池堆启动系统2800中所示的[0260]HTPEM燃料电池堆2922位于发动机舱2954中。该发动机舱内的其他多个部件包括[0264]1.使用启动器蓄电池为启动加热器29[0265]2.打开旁路阀2973以使冷却剂绕过冲压在此时对HTPEMFC堆2920上施加功率消耗将有助于HTPEMFC堆由于在此初始操作温度下对其空气管理系统供电的单个启动的堆）和燃料就可以被供应到其余的多个燃料电池堆，池堆产生的热量可以用于加热其他发动机舱中的其他燃料电池堆以发起这些燃料电池堆在不同的发动机舱之间交换以用于启动不同的HTPEM燃料电[0275]图29和图30中的燃料电池堆启动系统2997的图示呈现为图19中的燃料电池堆启料电池系统经常使用压缩机来保持足够的反应物供应并经由增加的阴极侧压力增加性能。器之外还使用热交换器以减小冷却负荷并且增加膨胀器的能量回收。在一些说明性实例加热的空气3120以形成较冷的空气3122。在该实例中，较冷的空气3122从空气热交换器堆3105位于飞机3127的发动机3132的发动机舱[0292]此外，飞机空气管理系统3100还包括压缩机3107。压缩机3107连接到导管系统[0293]在该实例中，加热的空气3120、较冷的空气3122和冷却的空气3124是压缩空气[0294]此外，导管系统3104还可以将气态氢3140从燃料系统3142引导到燃料电池堆[0296]图31中的飞机空气管理系统3100的框图图示并不意味着暗示对可以实施说明性[0305]现在参见图33，描绘了根据说明性实施方式的飞机空气管理系统的示意图的图气态氢一起使用以产生用于为诸如马达3341和控制器3331的多个部件供电的电力。马达[0308]在该实例中，流过燃料电池堆3304的压缩空气3323被引导到增压空气热交换器明性实例提供用于管理和排出飞机上的燃料电池推进系统产生的热量同时减少对性能的[0314]在该说明性实例中，采用双回路结构来保持HTPEM燃料电池堆和发动机舱内的低于发动机舱内的较低温度的液体冷却部件的专用发动小由热管理系统引起的质量和阻力来提高冷却部件的[0318]接下来转到图34，描绘了根据说明性实施方式的飞机热管理系统的框图的图率电子器件或产生热量的一些其他部件中的至温回路3401和低温回路3402位于导管系统[0320]高温回路3401配置为使用发动机舱热交换器3421来管理发动机舱3406中的燃料冷却或加热燃料电池堆3405使得燃料电池堆3405的温度3410是具有处于燃料电池堆3405[0323]低温回路3402配置为利用液氢3408的热容量3407来冷却发动机舱3406中的多个3460可以通过导管系统3403从增压空气热交换器3420接收冷却的压缩空气3444并且进一步调节冷却的压缩空气3444并且将接近操作温度3411的冷却的压缩空气3444送到燃料电[0327]在该说明性实例中，加热的压缩空气3440可以基于燃料电池堆3405的温度341空气3440进行冷却。如果加热的压缩空气3440的空气远低于燃料电池堆3405的操作温度3440的温度和燃料电池堆3405的温度3[0331]图34中的飞机热管理系统3400的框图图示并不意味着暗示对可以实施说明性实施方式的方式的物理或结构限制。可以使用除了或代替所说明的多个部件的其他多个部[0334]该过程开始于使用高温回路中的发动机舱热交换器管理发动机舱中的燃料电池自燃料系统的氢气并且进而产生电力。该电力用于经由电动马达的控制器为电动马达供[0339]如所描述的，热管理系统3700位于发动机的发动机舱中。该系统具有高温回路3781和低温回路3782。高温回路3781使用冲压空气散热器3702从燃料电池堆3710去除热[0340]低温回路3782使用氢燃料系统3711中的液氢的热容量来冷却具有比燃料电池堆收在压缩过程中使用的能量并且作为排放空[0348]氢以液体形式储存在氢气燃料系统3711的罐内。该液氢通过燃料管线分布到LH2[0354]LH2HX3712操作以从低温冷却剂和低温回路3782去除热量，并且进而冷却多个制器3802使加热的气态氢的第一部分送到燃料电池堆3822。控制器3802使加热的气态氢的流动包括液氢3807从该组液氢罐3810流出并被转化成气态氢3811并且被加热以供在燃该组液氢罐3810送至飞机3855中的[0370]排出口3860可以位于飞机3855上的不同位置。例如，排出口3860可以位于飞机的这种使用可以用于代替气态氢3811进行操作或者与气态氢一起进行操作以保持期望的3802从该组液氢罐3810释放液氢3807并将液氢3807送至罐式热交换器3820以形成加热的加热的气态氢3823的第二部分返回到该组液氢罐3[0374]图38中的氢再循环系统3800的框图图示并不意味着暗示对可以实施说明性实施方式的方式的物理或结构限制。可以使用除了或代替所说明的多个部件的其他多个部件。[0375]参考图39，描绘了根据说明性实施方式的用于使氢再循环的过程的流程图的图该组液氢罐中提取的气态氢输送通过用于飞机的发动机的发动机舱中的罐式热交换器以[0378]参考图40，描绘了根据说明性实施方式的用于使氢再循环的过程的流程图的图[0381]参考图41，描绘了根据说明性实施方式的用于使氢再循环的过程的流程图的图同时将气态氢输送通过热交换器4201。热交换器4201具有来自发动机的低温冷却剂管线[0385]气态氢在热交换器4201之后在流量控制阀4202处被分成[0388]2.将气态氢与来自燃料电池堆的作为加热流体的加热的冷却剂一起输送通过热[0390]4.在流量控制阀4202处气态氢分[0392]6.使气态氢返回到液氢罐中并[0395]除了用于使气态氢再循环的多个部件之外，该视图还示出了可以用于使液氢发动机的低温冷却剂管线4402的热量。然后液氢被泵回液氢罐4310中。被加回到液氢罐4310的加热的GH2影响液氢罐4310中有多少液氢被蒸发并且影响液氢罐压力。[0400]4.在流量控制阀4407处气态氢另一部分气态氢通过燃料电池堆管线4415被送到燃[0402]6.将用于再循环的该部分气态氢返回至液氢罐4310中并且通过液氢沸腾以维持[0403]可替代地，也可以从液氢罐4310而不是液氢抽出GH2并且对气态氢执行类似的过统和高功率电子器件的冲压空气散热器在尺寸和重量上很大，并且需要大量的冷却气流。理来自这些类型的通常在100摄氏度以下操作的电子部件的大量热量方面冷却系统4500可以位于飞机的发动机的发管系统4515来促进诸如液体4516和蒸气4519的流体在这些不同的4512可以是使用进入发动机舱的入口的空气的冲压空气冷凝器或不使用冲压空气的冷凝[0420]涡轮机4531响应于从蒸发器4511接收蒸气4519而转动并使发并且其中冷凝器4512接收来自涡轮机4531的统4514。对于这个实例，两种液体在导管系统4515内流动，即第一液体4541和第二液体[0422]在该实例中，第一泵4544将液体回路4550中的第一液体4541泵送到一组热负荷[0423]蒸发器4511是分开的或分隔的蒸发器，在蒸发器中第一液体4541（加热的液体回路4551中的第二液体4542形成蒸[0425]图45中的飞机冷却系统4500的框图图示并不意味着暗示对可以实施说明性实施方式的方式的物理或结构限制。可以使用除了或代替所说明的多个部件的其他多个部件。[0427]该过程使用蒸发器中的液体冷却飞机中的一组热负荷，其中在冷却一组热负荷多个热负荷4910。在该实例中，多个热负荷4910加热第一液体。加热的液体流到蒸发器发器4906可以位于与多个热负荷4910分开的位置。例如，蒸发器4906可以更靠近冷凝器配置还可以用于不能与用作冷却剂或制冷剂的液体直[0440]接下来转向图50，描绘了根据说明性实施方式的具有废热回收器的泵送的两相凝器5006以及储存器5008。机5010使用蒸气5031产生电力。蒸气5031然后流向冷凝器5006以便冷凝成储存在储存器员能够理解本公开的其他各种实施方式以及适合于所设想的特定用途[0452]加热的空气（3120）通过所述导管系统（3104，3303）流到所述空气热交换器[0459]5.根据条款1所述的飞机空气管理系统（3100其中，所述燃料电池堆（3105，[0463]9.根据条款8所述的飞机空气管理系统（3100其中，所述燃料电池堆（3105，（3120）从所述空气热交换器（3102）通过所述导管系统（3104，3303）流到所述中冷器及