用于從引氣管道回收廢能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實施例大體涉及電能生成的領(lǐng)域，并且更具體地，涉及將與局部環(huán)境的引氣管道溫度差用于將被再引入飛行器電動力系統(tǒng)的電動力生成的與熱發(fā)動機(jī)相結(jié)合的熱電發(fā)電機(jī)(TEG)或熱管。
【背景技術(shù)】
[0002]商用飛行器使用來自主推進(jìn)發(fā)動機(jī)和/或輔助動力單元(APU)(在本文中被共同被稱為發(fā)動機(jī))的軸動力，以利用發(fā)電機(jī)來提供電動力。這些發(fā)電機(jī)從發(fā)動機(jī)軸提取馬力，并且因此促進(jìn)更大的燃料消耗。發(fā)動機(jī)還為環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)和氣動系統(tǒng)操作提供引氣。弓丨氣通常通過引氣管道從發(fā)動機(jī)被輸送至ECS或氣動系統(tǒng)。管道中的引氣的溫度可以在從300到1000°F的范圍內(nèi)，并且引氣通常與用于ECS或氣動系統(tǒng)操作的冷空氣交換熱。因此引氣中的初始熱能的至少一部分沒有被富有成效地利用。
[0003]因此期望提供用于采集廢熱用于電動力生成的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文中所公開的實施例提供了一種熱能采集器和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述熱能采集器和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用容納來自發(fā)動機(jī)的高溫空氣流的引氣管道。較低溫度的空氣源被包括在能量轉(zhuǎn)換裝置中，所述能量轉(zhuǎn)換裝置具有熱界面和冷界面，所述熱界面被可操作地接合到所述引氣管道，所述冷界面被可操作地接合到所述較低溫度的空氣源。所述能量轉(zhuǎn)換裝置從所述引氣管道與所述較低溫度的空氣源之間的熱梯度生成電動力，并且所述電動力被輸送給饋電線。
[0005]實施例提供了，通過在熱界面處將能量轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接到引氣管道并且在冷界面處將能量轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接到環(huán)境溫度散熱器，從飛行器的引氣管道中的廢熱生成補(bǔ)充的電動力的方法。能量轉(zhuǎn)換裝置通過利用引氣管道與環(huán)境溫度散熱器之間的熱梯度來生成電動力。然后通過飛行器中的饋電線分配電動力。
[0006]已經(jīng)被討論的特征、功能和優(yōu)勢可以在各種實施例中被獨立地實現(xiàn)，或可以在其他實施例中組合，其中參考以下說明和附圖可看出其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0007]另外，本公開包含根據(jù)以下條款的實施例:
[0008]條款1.一種熱能采集器和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包含:
[0009]引氣管道，其容納來自發(fā)動機(jī)的高溫空氣流；
[0010]較低溫度的空氣源；
[0011 ]能量轉(zhuǎn)換裝置，其具有熱界面和冷界面，所述熱界面被可操作地接合到所述引氣管道，所述冷界面被可操作地接合到所述較低溫度的空氣源；
[0012]其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置從所述引氣管道與所述較低溫度的空氣源之間的熱梯度生成電動力，所述電動力被輸送給饋電線。
[0013]條款2.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置包含剛性熱電發(fā)電機(jī)(TEG)、薄膜TEG或Rankine發(fā)動機(jī)中的至少一個。
[0014]條款3.根據(jù)條款2所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含被接合在所述引氣管道與所述熱界面之間的熱導(dǎo)體。
[0015]條款4.根據(jù)條款3所述的系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是TEG，并且所述熱導(dǎo)體包含使所述TEG適合于所述引氣管道的可操作接合的幾何形狀適配器。
[0016]條款5.根據(jù)條款4所述的系統(tǒng)，其中所述熱導(dǎo)體進(jìn)一步包含熱化合物或碳?xì)帧?br>[0017]條款6.根據(jù)條款3所述的系統(tǒng)，其中所述熱導(dǎo)體包含被接合在所述引氣管道與所述熱界面之間的熱管或循環(huán)流體管路。
[0018]條款7.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中所述熱能采集器和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)被裝載在飛行器上。
[0019]條款8.根據(jù)條款7所述的系統(tǒng)，其中所述較低溫度的空氣源包括在所述飛行器表面上的氣流、所述飛行器的機(jī)翼前緣體積中的空氣或其組合。
[0020]條款9.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含在所述冷界面與所述較低溫度的空氣源中間的對流散熱器。
[0021 ]條款10.根據(jù)條款8所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含在所述對流散熱器上面吹風(fēng)的風(fēng)
Ho
[0022]條款11.根據(jù)條款2所述的系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是Rankine發(fā)動機(jī)，并且所述冷界面包含在所述Rankine發(fā)動機(jī)中的冷凝器。
[0023]條款12.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含被接合在所述冷界面與所述較低溫度的空氣源之間的熱管或循環(huán)流體管路。
[0024]條款13.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含被同心地安裝在所述引氣管道上面的套筒和用于驅(qū)使來自套筒的工作流體以便對流熱傳遞的的風(fēng)扇。
[0025]條款14.一種用于從飛行器的引氣管道的廢熱生成補(bǔ)充電動力的方法，包含步驟:
[0026]在熱界面將能量轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接到引氣管道；
[0027]在冷界面處將所述能量轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接到環(huán)境溫度散熱器；
[0028]由所述能量轉(zhuǎn)換裝置通過利用所述引氣管道與環(huán)境溫度散熱器之間的熱梯度來生成電動力；以及，
[0029]通過飛行器中的饋電線分配所述電動力。
[0030]條款15.根據(jù)條款14所述的方法，其中在熱界面處聯(lián)接能量轉(zhuǎn)換裝置包含，將剛性熱電發(fā)電機(jī)(TEG)、薄膜熱發(fā)電機(jī)或Rankine發(fā)動機(jī)的熱界面聯(lián)接到所述引氣管道。
[0031]條款16.根據(jù)條款15所述的方法，其中在所述熱界面處聯(lián)接所述能量轉(zhuǎn)換裝置包含，將熱管或栗送流體管路接合到所述引氣管道，并且將所述熱管或栗送流體管路聯(lián)接到所述熱界面。
[0032]條款17.根據(jù)條款14所述的方法，其中在冷側(cè)界面處聯(lián)接所述能量轉(zhuǎn)換裝置包含，將對流熱交換器可操作地接合到所述冷側(cè)界面。
[0033]條款18.根據(jù)條款14所述的方法，其中在冷側(cè)界面處聯(lián)接所述能量轉(zhuǎn)換裝置包含，將熱管從所述冷側(cè)界面可操作地接合到所述飛行器的蒙皮。
[0034]條款19.根據(jù)條款14所述的方法，其中在冷側(cè)界面處聯(lián)接所述能量轉(zhuǎn)換裝置包含，將薄膜熱發(fā)電機(jī)的冷界面接合到飛行器蒙皮。
[0035]條款20.根據(jù)條款14所述的方法，其中在熱側(cè)界面處聯(lián)接所述能量轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)一步包含，將套筒安裝在所述引氣管道上面，并且驅(qū)使來自所述套筒的工作流體以用于對流熱傳遞到所述熱側(cè)界面。
[0036]條款21.根據(jù)條款14所述的方法，其中在冷側(cè)界面處聯(lián)接所述能量轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)一步包含，將套筒安裝在所述引氣管道上面，并且將所述能量轉(zhuǎn)換裝置的所述熱側(cè)界面可操作地聯(lián)接到所述套筒內(nèi)部的所述引氣管道，以及利用所述套筒中的工作流體從所述冷側(cè)界面對流地傳遞熱。
【附圖說明】
[0037]圖1A是具有推進(jìn)發(fā)動機(jī)和APU以及被示為連接到ECS組件的引氣管道的示例性商用飛行器的平面圖；
[0038]圖1B是機(jī)翼前緣體積的詳細(xì)圖形視圖，其中一部分機(jī)翼蒙皮被移除以示出在飛行器機(jī)翼中行進(jìn)的引氣管道；
[0039]圖2是包含在本文中公開的用于采集廢熱的實施例的引氣系統(tǒng)的方框圖；
[0040]圖3是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第一實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用被安裝在引氣管道上的熱電發(fā)電機(jī)(TEG);
[0041 ]圖4是被使用在圖3的實施例中的示例性TEG的圖形視圖；
[0042]圖5A和圖5B是來自圖4的TEG的TEG部段的側(cè)視圖和前視圖；
[0043]圖6是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第二實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用被安裝在引氣管道上的熱電發(fā)電機(jī)(TEG)，并且?guī)в袑釓腡EG引導(dǎo)到機(jī)翼的作為冷卻散熱器的前緣表面的熱管；
[0044]圖7是機(jī)翼前緣體積和引氣管道示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第三實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用被盤繞在引氣管道上并將熱引導(dǎo)到Rankine發(fā)動機(jī)的脈動的熱管；
[0045]圖8是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第四實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用被盤繞在引氣管道上、具有栗以用于將熱引導(dǎo)到Rankine發(fā)動機(jī)的流體填充的熱傳遞管路；
[0046]圖9是機(jī)翼前緣體積和矩形引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第五實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用在矩形管道與作為直接冷側(cè)散熱器的翼梁或機(jī)翼蒙皮中間的 TEG;
[0047]圖10是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第六實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用被盤繞在引氣管道上并將熱引導(dǎo)到作為TEG的熱側(cè)界面的熱適配器的脈動的熱管，且該TEG帶有在機(jī)翼前緣體積的環(huán)境溫度空間中的冷適配器界面；
[0048]圖11是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第七實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用被盤繞在引氣管道上、具有栗以用于將熱引導(dǎo)到作為TEG的熱側(cè)界面的熱適配器的流體填充的熱傳遞管路，且該TEG帶有在機(jī)翼前緣體積的環(huán)境溫度空間中的冷適配器界面；
[0049]圖12是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第八實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用圍繞引氣管道的環(huán)形管道以及風(fēng)扇，該風(fēng)扇迫使空氣從環(huán)形管道通過TEG的熱側(cè)界面上的熱交換器以及熱交換器或散熱器到達(dá)在TEG的冷側(cè)界面上的在前緣體積中的冷環(huán)境。
[0050]圖13是機(jī)翼前緣體積和引氣管道的示意側(cè)視圖，其帶有廢能采集系統(tǒng)的第九實施例，所述廢能采集系統(tǒng)使用圍繞引氣管道的環(huán)形管道，且TEG在熱側(cè)上直接面接于關(guān)于圖3描述的引氣管道，環(huán)形管道中的冷側(cè)散熱器通過管道中的強(qiáng)制