用于从引气管道回收废能的方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例大体涉及电能生成的领域，并且更具体地，涉及将与局部环境的引气管道温度差用于将被再引入飞行器电动力系统的电动力生成的与热发动机相结合的热电发电机(TEG)或热管。
【背景技术】
[0002]商用飞行器使用来自主推进发动机和/或辅助动力单元(APU)(在本文中被共同被称为发动机)的轴动力，以利用发电机来提供电动力。这些发电机从发动机轴提取马力，并且因此促进更大的燃料消耗。发动机还为环境控制系统(ECS)和气动系统操作提供引气。弓丨气通常通过引气管道从发动机被输送至ECS或气动系统。管道中的引气的温度可以在从300到1000°F的范围内，并且引气通常与用于ECS或气动系统操作的冷空气交换热。因此引气中的初始热能的至少一部分没有被富有成效地利用。
[0003]因此期望提供用于采集废热用于电动力生成的转换系统。
【发明内容】
[0004]本文中所公开的实施例提供了一种热能采集器和动力转换系统，所述热能采集器和动力转换系统使用容纳来自发动机的高温空气流的引气管道。较低温度的空气源被包括在能量转换装置中，所述能量转换装置具有热界面和冷界面，所述热界面被可操作地接合到所述引气管道，所述冷界面被可操作地接合到所述较低温度的空气源。所述能量转换装置从所述引气管道与所述较低温度的空气源之间的热梯度生成电动力，并且所述电动力被输送给馈电线。
[0005]实施例提供了，通过在热界面处将能量转换装置联接到引气管道并且在冷界面处将能量转换装置联接到环境温度散热器，从飞行器的引气管道中的废热生成补充的电动力的方法。能量转换装置通过利用引气管道与环境温度散热器之间的热梯度来生成电动力。然后通过飞行器中的馈电线分配电动力。
[0006]已经被讨论的特征、功能和优势可以在各种实施例中被独立地实现，或可以在其他实施例中组合，其中参考以下说明和附图可看出其进一步的细节。
[0007]另外，本公开包含根据以下条款的实施例:
[0008]条款1.一种热能采集器和动力转换系统，其包含:
[0009]引气管道，其容纳来自发动机的高温空气流；
[0010]较低温度的空气源；
[0011 ]能量转换装置，其具有热界面和冷界面，所述热界面被可操作地接合到所述引气管道，所述冷界面被可操作地接合到所述较低温度的空气源；
[0012]其中所述能量转换装置从所述引气管道与所述较低温度的空气源之间的热梯度生成电动力，所述电动力被输送给馈电线。
[0013]条款2.根据条款I所述的系统，其中所述能量转换装置包含刚性热电发电机(TEG)、薄膜TEG或Rankine发动机中的至少一个。
[0014]条款3.根据条款2所述的系统，其进一步包含被接合在所述引气管道与所述热界面之间的热导体。
[0015]条款4.根据条款3所述的系统，其中所述能量转换装置是TEG，并且所述热导体包含使所述TEG适合于所述引气管道的可操作接合的几何形状适配器。
[0016]条款5.根据条款4所述的系统，其中所述热导体进一步包含热化合物或碳毡。
[0017]条款6.根据条款3所述的系统，其中所述热导体包含被接合在所述引气管道与所述热界面之间的热管或循环流体管路。
[0018]条款7.根据条款I所述的系统，其中所述热能采集器和动力转换系统被装载在飞行器上。
[0019]条款8.根据条款7所述的系统，其中所述较低温度的空气源包括在所述飞行器表面上的气流、所述飞行器的机翼前缘体积中的空气或其组合。
[0020]条款9.根据条款I所述的系统，其进一步包含在所述冷界面与所述较低温度的空气源中间的对流散热器。
[0021 ]条款10.根据条款8所述的系统，其进一步包含在所述对流散热器上面吹风的风
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[0022]条款11.根据条款2所述的系统，其中所述能量转换装置是Rankine发动机，并且所述冷界面包含在所述Rankine发动机中的冷凝器。
[0023]条款12.根据条款I所述的系统，其进一步包含被接合在所述冷界面与所述较低温度的空气源之间的热管或循环流体管路。
[0024]条款13.根据条款I所述的系统，其进一步包含被同心地安装在所述引气管道上面的套筒和用于驱使来自套筒的工作流体以便对流热传递的的风扇。
[0025]条款14.一种用于从飞行器的引气管道的废热生成补充电动力的方法，包含步骤:
[0026]在热界面将能量转换装置联接到引气管道；
[0027]在冷界面处将所述能量转换装置联接到环境温度散热器；
[0028]由所述能量转换装置通过利用所述引气管道与环境温度散热器之间的热梯度来生成电动力；以及，
[0029]通过飞行器中的馈电线分配所述电动力。
[0030]条款15.根据条款14所述的方法，其中在热界面处联接能量转换装置包含，将刚性热电发电机(TEG)、薄膜热发电机或Rankine发动机的热界面联接到所述引气管道。
[0031]条款16.根据条款15所述的方法，其中在所述热界面处联接所述能量转换装置包含，将热管或栗送流体管路接合到所述引气管道，并且将所述热管或栗送流体管路联接到所述热界面。
[0032]条款17.根据条款14所述的方法，其中在冷侧界面处联接所述能量转换装置包含，将对流热交换器可操作地接合到所述冷侧界面。
[0033]条款18.根据条款14所述的方法，其中在冷侧界面处联接所述能量转换装置包含，将热管从所述冷侧界面可操作地接合到所述飞行器的蒙皮。
[0034]条款19.根据条款14所述的方法，其中在冷侧界面处联接所述能量转换装置包含，将薄膜热发电机的冷界面接合到飞行器蒙皮。
[0035]条款20.根据条款14所述的方法，其中在热侧界面处联接所述能量转换装置进一步包含，将套筒安装在所述引气管道上面，并且驱使来自所述套筒的工作流体以用于对流热传递到所述热侧界面。
[0036]条款21.根据条款14所述的方法，其中在冷侧界面处联接所述能量转换装置进一步包含，将套筒安装在所述引气管道上面，并且将所述能量转换装置的所述热侧界面可操作地联接到所述套筒内部的所述引气管道，以及利用所述套筒中的工作流体从所述冷侧界面对流地传递热。
【附图说明】
[0037]图1A是具有推进发动机和APU以及被示为连接到ECS组件的引气管道的示例性商用飞行器的平面图；
[0038]图1B是机翼前缘体积的详细图形视图，其中一部分机翼蒙皮被移除以示出在飞行器机翼中行进的引气管道；
[0039]图2是包含在本文中公开的用于采集废热的实施例的引气系统的方框图；
[0040]图3是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第一实施例，所述废能采集系统使用被安装在引气管道上的热电发电机(TEG);
[0041 ]图4是被使用在图3的实施例中的示例性TEG的图形视图；
[0042]图5A和图5B是来自图4的TEG的TEG部段的侧视图和前视图；
[0043]图6是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第二实施例，所述废能采集系统使用被安装在引气管道上的热电发电机(TEG)，并且带有将热从TEG引导到机翼的作为冷却散热器的前缘表面的热管；
[0044]图7是机翼前缘体积和引气管道示意侧视图，其带有废能采集系统的第三实施例，所述废能采集系统使用被盘绕在引气管道上并将热引导到Rankine发动机的脉动的热管；
[0045]图8是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第四实施例，所述废能采集系统使用被盘绕在引气管道上、具有栗以用于将热引导到Rankine发动机的流体填充的热传递管路；
[0046]图9是机翼前缘体积和矩形引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第五实施例，所述废能采集系统使用在矩形管道与作为直接冷侧散热器的翼梁或机翼蒙皮中间的 TEG;
[0047]图10是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第六实施例，所述废能采集系统使用被盘绕在引气管道上并将热引导到作为TEG的热侧界面的热适配器的脉动的热管，且该TEG带有在机翼前缘体积的环境温度空间中的冷适配器界面；
[0048]图11是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第七实施例，所述废能采集系统使用被盘绕在引气管道上、具有栗以用于将热引导到作为TEG的热侧界面的热适配器的流体填充的热传递管路，且该TEG带有在机翼前缘体积的环境温度空间中的冷适配器界面；
[0049]图12是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第八实施例，所述废能采集系统使用围绕引气管道的环形管道以及风扇，该风扇迫使空气从环形管道通过TEG的热侧界面上的热交换器以及热交换器或散热器到达在TEG的冷侧界面上的在前缘体积中的冷环境。
[0050]图13是机翼前缘体积和引气管道的示意侧视图，其带有废能采集系统的第九实施例，所述废能采集系统使用围绕引气管道的环形管道，且TEG在热侧上直接面接于关于图3描述的引气管道，环形管道中的冷侧散热器通过管道中的强制