用于飞行器的结构性冷却系统技术方案

用于飞行器的结构性冷却系统。提供了一种用于飞行器(200)的部件(100)和包括这种部件的飞行器(200)。所述部件(100)包括至少一个热源(110)、包围所述至少一个热源(110)的壳体(140)、至少一个热交换器(120)、至少一个散热器(130)、至少一个结构性悬挂元件(150)和空气导管(170)。所述至少一个结构性悬挂元件(150)中的每一个附接到所述壳体(140)的内表面，并支撑所述壳体(140)内的所述至少一个热源(110)中的一个或多个热源。所述散热器(130)是所述壳体(140)的一部分，并被构造用以将空气从所述壳体(140)的内部引导到所述壳体(140)的外部。所述至少一个热交换器(120)中的每一个热耦合到所述至少一个热源(110)中的至少一个热源。所述至少一个热交换器(120)中的每一个经由用于冷却剂的入口管线(160)和返回管线(161)流体地连接到所述至少一个散热器(130)中的一个散热器。所述空气导管(170)被构造用以引导来自外部的环境空气通过所述壳体(140)，经过所述至少一个结构性悬挂元件(150)中的每一个结构性悬挂元件，并经过所述散热器(130)离开所述壳体(140)。(130)离开所述壳体(140)。(130)离开所述壳体(140)。

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器的结构性冷却系统


[0001]本公开涉及具有一体化的轻质冷却系统的部件，其特别是用于飞行器应用。

技术介绍

[0002]如今，在飞行器中使用了大量的热交换器。与整个交通工具相比，热交换器的尺寸和重量相对较小，这是因为受高温差或高可接受压力损失的影响，所需要的主动热传递面积相对较小。在经典涡轮飞行器中，具有最高热能的系统是燃料燃烧涡轮机。这样的涡轮机是开放系统，其中热废气不需要被冷却。涡轮机只需要内部冷却，这一点通过利用热交换器和/或使用压缩空气的高温/高压系统中的膜冷却来确保。
[0003]考虑到环境保护努力，越来越多地开发用于飞行器应用的替代推进系统，并且这样的系统可以例如利用氢燃料电池作为用于电马达的能源。燃料电池向电马达提供电能，电马达经由螺旋桨提供推力。电能通过由氢和氧反应从而产生水、电和热的电化学过程产生。这种电化学过程的最大效率目前被限制到大约60％(电)，而大约40％的总能量以热的形式耗散。因此，燃料电池必须被冷却，以防止过热和效率降低。
[0004]对于主要的推进目的，必要的功率处于兆瓦数量级，这意味着排放到大气中的热量也将在兆瓦的范围内。在低温燃料电池诸如PEM(质子交换膜)的情况下(其中操作温度在100℃附近)，由于必要的高冷却功率(MW范围)和低温差(低至约10K——作为最低接近温度)，冷却系统因此变得庞大，从而导致重量问题和阻力问题。

技术实现思路

[0005]一个目的是提供一种具有减轻的重量的用于飞行器部件的冷却系统。
[0006]该目的通过本专利技术的主题来解决。在以下描述中描述了进一步的实施例。
[0007]根据第一方面，提供了一种用于飞行器的部件。所述部件包括至少一个热源、包围所述至少一个热源的壳体、至少一个热交换器、至少一个散热器、至少一个结构性悬挂元件和空气导管。
[0008]所述至少一个结构性悬挂元件中的每一个结构性悬挂元件附接到所述壳体的内表面，并支撑所述壳体内的所述至少一个热源中的一个或多个热源。散热器是所述壳体的一部分，并被构造用以将空气从所述壳体的内部引导到所述壳体的外部，从而将热能从散热器输送到周围环境。所述至少一个热交换器中的每一个热交换器热耦合到所述至少一个热源中的至少一个热源(优选地，每个热交换器热耦合或分配到单个热源，这可以包括多个热交换器热耦合到该单个热源；或者，热交换器热耦合到两个或更多个相邻热源，这可以包括布置多个热交换器，使得每个热交换器热耦合到两个或更多个热源)。所述至少一个热交换器中的每一个热交换器经由入口管线流体地连接到所述至少一个散热器中的一个散热器，所述入口管线用于冷却剂(例如，液体冷却剂)沿着所述至少一个结构性悬挂元件中的一个结构性悬挂元件流动。所述至少一个散热器中的每一个散热器经由返回管线流体地连接到所述至少一个热交换器中的至少一个热交换器，所述返回管线用于冷却剂沿着所述至
少一个结构性悬挂元件中的一个结构性悬挂元件流动。空气导管被构造用以引导来自所述壳体外部的环境空气通过所述壳体，经过所述至少一个结构性悬挂元件中的每一个结构性悬挂元件，并经过所述至少一个散热器离开所述壳体，从而使得能够对流经入口路径和返回路径中的每一者以及流经所述至少一个散热器中的每一个散热器的冷却剂进行冷却。
[0009]现代飞行器使用大量的可能需要被冷却以便不被损坏或受到不利影响的设备。例如，发动机可以采用某些部件，诸如电马达或其它散热部件。然而，其它结构(例如控制表面)也可以使用可能需要被冷却的某些致动器或其它产生热量的电设备。本文描述的部件结合了用于这样的部件的冷却功能，从而向整体部件添加较少的重量，因此有助于符合重量要求。特别地，这是通过合并常规冷却系统(诸如导管系统、冷却剂管道系统、热交换器和部件本身的壳体)的几个系统功能来实现的。具体地，壳体本身的一部分可以充当散热器，如将在下文描述的。
[0010]热源各自可以是产生热量并且需要被冷却的任何设备或其它结构。例如，热源可以是电马达、蓄电池、燃料电池或任何其它产生热量的结构或设备。这样的部件可以例如用于氢动力飞行器发动机中。此外，如果在所述部件内存在一个以上的热源，则不同的热源可以是不同种类的。因此，例如，热源中的一些热源可以是电马达，热源中的一些热源可以是燃料电池，热源中的一些热源可以是其它电气设备(诸如致动器)以及这些变体的任何可能的组合。除了所需要的电能之外，燃料电池特别会产生大量的热量，这些热量需要被运走，以便燃料电池有效地工作而不额外消耗。应当理解，上述热源在本质上只是示例性的，并且热源也可以是需要被冷却的任何其它热源。
[0011]热源中的每一个热源都放置在壳体内。壳体例如可以是飞行器发动机的短舱，特别是氢或其它电动力飞行器发动机的短舱。然而，壳体通常可以是包括散热元件的任何部件的壳体，例如飞行器的机翼或其它控制表面，该机翼或其它控制表面包括某些散热致动器或其它设备。壳体包围或围绕热源，因此热源布置在壳体内。
[0012]结构性悬挂元件可以例如是支撑支柱，其向壳体内突出，并且其连接到壳体的内壁以及连接到热源，使得热源由结构性悬挂元件支撑并保持在适当位置。换句话说，结构性悬挂元件将热源与壳体的内壁或其它内部元件连接，并将热源固定(或至少参与固定)在适当的位置。例如，当所述部件是飞行器发动机时，结构性悬挂元件可以是增加壳体本身的结构完整性并将热源保持在壳体内的其它加强元件的加强支柱。
[0013]所述至少一个热交换器中的每一个热交换器热耦合到热源中的至少一个热源。这意味着，对应的热交换器被布置成将热能从所述至少一个热源输送走。每个热源可以具有专用的热交换器，而一些热源可以共享公共热交换器。相应的热交换器可以与相应的热源直接接触。然而，也可以设想，热交换器不直接接触(即不直接邻接)热源，而是布置在对应的热源附近，使得来自热源的热能可以通过热辐射与热交换器耦合。然而，任何热耦合都是可以设想的。热交换器本身可以是本领域已知的任何常规热交换器。
[0014]一个或多个散热器是壳体本身的部分。例如，壳体通常可以具有环绕壁，该环绕壁的一些部分由对应的散热器结构代替，使得壁的对应部分被构造用以接收和传导冷却剂(如液体冷却剂)。当冷却剂经过对应的结构时，该对应的结构可以被从壳体的内部经过或穿过散热器到周围环境的空气冷却。在这个过程期间，经过的空气将热能从散热器输送到壳体的周围环境，并且因此输送到部件的周围环境。为此，散热器可以具有带有大的总表面
的几何结构。此外，通过热交换器的预期空气泄漏将空气导管内的空气速度减慢到对于最后热交换器级(下面进一步描述)的所要求的水平，从而导致更少的几何限制和更小的尺寸。这尤其使得能够构建较短的壳体。
[0015]热交换器中的每一个热交换器通过入口管线连接到散热器中的至少一个散热器。该入口管线将相应的热交换器与相应的散热器流体地连接，使得冷却剂可以从热交换器被输送到散热器。对应的入口管线沿着所述至少一个结构性悬挂元件中的一个结构性悬挂元件延伸。例如，入口管线可以是沿着结构性悬挂元件的外部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行器(200)的部件(100)，所述部件(100)包括：至少一个热源(110)；壳体(140)，所述壳体(140)包围所述至少一个热源(110)；至少一个热交换器(120)；至少一个散热器(130)；至少一个结构性悬挂元件(150)；以及空气导管(170)；其中，所述至少一个结构性悬挂元件(150)中的每一个结构性悬挂元件附接到所述壳体(140)的内表面，并支撑所述壳体(140)内的所述至少一个热源(110)中的一个或多个热源；其中，所述散热器(130)是所述壳体(140)的一部分，并且被构造用以将空气从所述壳体(140)的内部引导到所述壳体(140)的外部，从而将热能从所述散热器传输到周围环境；其中，所述至少一个热交换器(120)中的每一个热交换器热耦合到所述至少一个热源(110)中的至少一个热源；其中，所述至少一个热交换器(120)中的每一个热交换器经由入口管线(160)流体地连接到所述至少一个散热器(130)中的一个散热器，所述入口管线(160)用于冷却剂沿着所述至少一个结构性悬挂元件(150)中的一个结构性悬挂元件流动；其中，所述至少一个散热器(130)中的每一个散热器经由返回管线(161)流体地连接到所述至少一个热交换器(120)中的至少一个热交换器，所述返回管线(161)用于所述冷却剂沿着所述至少一个结构性悬挂元件(150)中的一个结构性悬挂元件流动；以及其中，所述空气导管(170)被构造用以引导来自所述壳体(140)的外部的环境空气通过所述壳体(140)，经过所述至少一个结构性悬挂元件(150)中的每一个结构性悬挂元件，并经过所述至少一个散热器(130)离开所述壳体，从而使得能够对流经所述入口管线(160)和所述返回管线(161)中的每一者以及流经所述至少一个散热器(130)中的每一个散热器的所述冷却剂进行冷却。2.根据权利要求1所述的部件(100)，其中，所述至少一个热源(110)是燃料电池(111)或电马达(112)，或者一个或多个电马达(112)和一个或多个燃料电池(111)的布置。3.根据权利要求1或2所述的部件(100)，进一步包括风扇(180)，其中，所述风扇(180)被布置在所述壳体(140)的开口中；并且其中，所述风扇(180)被构造用以控制从所述壳体(140)的外部进入到所述空气导...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安，
申请(专利权)人：空中客车简化股份公司，
类型：发明
国别省市：