流体输送装置、制造流体输送装置的方法和流体分配系统与流程

本发明涉及对流体介质的分配系统的监测。更特别地，本发明涉及一种流体输送装置和一种用于制造流体输送装置的方法。

背景技术：

1、流体介质的输送和分配系统通常包括若干导管单元，这些导管单元适于将相应流体介质输送到目标位置。这些导管单元可以以管道的形式存在，流体可以通过这些管道来输送。基于具体应用，这些流体输送和分配系统可能非常复杂。例如，比如地面交通工具或飞行器等的交通工具的空气分配系统可以包括多个分支和分接点，在这些分支和分接点处，空气应具有指定特性。由于这种复杂性，难以彻底监测整个流体输送和分配系统。然而，应设想尽可能多地监测系统，以便能够在早期识别异常的系统行为或关键的系统状况，以使得可以适时采取应对措施。

2、us 2013/0 327 127a1描述了一种泄漏检测装置，该泄漏检测装置包括周向缠绕在承载流体的导管的区域周围的弹性材料的套箍，其中，该套箍具有内表面和外表面，至少一个开口延伸穿过该内表面和该外表面。至少一个保持器布置在开口的边缘处，该至少一个保持器包括用于导引测量元件越过开口的至少一个导引元件。以这种方式，测量元件可以定位在距开口预定径向距离处。

3、us 2009/0 235 670a1描述了一种放泄空气供应系统和一种安全装置，该安全装置用于取决于指示若干放泄空气供应管线中的至少一个中的打开的警报信号而关闭该若干放泄空气供应管线中的至少一个中的阀。

技术实现思路

1、本发明的目的可以认为是促进对流体输送系统的监测。

2、提供了根据独立权利要求的特征的系统和方法。根据从属权利要求和以下描述，本发明的进一步实施例是显而易见的。

3、根据本发明的一方面，提供了一种流体输送装置。流体输送装置包括导管单元，例如管段或管状结构，该导管单元具有用于将导管单元的内部与导管单元的外部分开的壁，其中，导管单元被配置成通过导管单元的内部输送流体，例如气体或液体。流体输送装置进一步包括能量供应单元，该能量供应单元联接到导管单元，其中，能量供应单元被配置成基于导管单元的内部与导管单元的外部之间的温度梯度而提供电能。流体输送装置进一步包括监测单元，该监测单元被配置成监测导管单元的状态或状况，其中，监测单元被配置成产生代表导管单元的状态或状况的数据。能量供应单元被配置成向监测单元供应电能，由此使监测单元能够监测导管单元的状态或状况。

4、本发明的流体输送装置提供了用于监测导管单元的状态或状况的独立监测系统。特别地，流体输送装置可以监测导管单元的状态或状况，并且还可以通过集成的能量供应单元提供所需的电能，以使监测单元能够操作。监测单元和能量供应单元可以在流体输送装置的制造期间集成到流体输送装置中，以使得在流体输送装置安装到如流体分配系统等平台系统中之后，不需要额外的安装工作。

5、以这种方式，可以避免在已安装管道或导管系统之后另外安装传感器和对应电缆，由此显著减少安装工作。换句话说，本发明的流体输送装置具有自感测特性，并且因此是多功能的，这在于该流体输送装置输送流体，在需要之处局部产生电能，并监测导管单元的状态或状况。状态或状况的监测可以包括检测导管单元处的裂缝、过载、空气泄漏、油和润滑剂碎屑以及其他空气污染。

6、导管单元可以包括管道或管状结构。因此，导管单元可以以具有圆形截面的管的形式存在。然而，导管单元的其他截面形状是可能的。导管单元的壁具有某厚度，该厚度取决于流体输送装置的具体应用。导管单元被配置成通过其中，、例如通过导管单元的内部输送或导引流体。特别地，任何温度范围的气体或液体都可以通过导管单元输送。

7、能量供应单元可以包括或代表热电发电机，该热电发电机基于导管单元的内部于外部之间的温度差或温度梯度而产生电能。温度梯度可以存在于导管单元的壁的厚度上。例如，如果通过导管的内部输送温暖流体，并且导管单元的外部的温度低于导管单元的内部的温度，那么导管单元的壁中将出现温度梯度，该温度梯度可以被能量供应单元(例如热电发电机)用来产生电流并因此产生电能。

8、能量供应单元可以附接到壁，例如在导管单元的壁的外表面上。替代地，能量供应单元可以集成到导管单元的壁中。在能量供应单元产生电能之后，电能可以被传送到监测单元，该监测单元可以电联接到能量供应单元。监测单元也可以附接到壁的外表面，或者可以至少部分集成到壁中。例如，在导管单元的外侧或表面上的电子贴片可以收集电力以及传感器信号，并且接着经由无线传输提供数据，如下文将更详细地解释。

9、导管单元的监测状态或状况可以代表导管单元处、周围或内部的状况。例如，如果导管单元周围的温度异常升高，那么监测单元可以检测到导管单元中的泄漏。作为进一步的示例，导管单元内部的检测可以由监测单元使用延伸到导管单元的内部的传感器来进行。这允许监测流体的压力、温度、流率、ph值等。

10、本发明的集成的总体概念允许显著减少流体分配系统处用于能量供应和监测功能的电线和线束，因为所有功能可以组合在单一实体中。因此，流体输送装置提供了用于安全相关监测的减少的安装工作、基于传感器信息的按需维护，以及基于导管单元的监测状态在裂缝、过载、泄漏的情况下的即时警告。独立于基于电缆的能量供应，可以监测管道中的输送流体(液体或气体)的不同种类的相关参数，例如温度、压力、空气泄漏、油和润滑剂碎屑以及其他空气污染。所有这些参数可以由监测单元检测，并且接着作为代表导管单元的状态的对应数据传输。因此，监测单元可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置成获得这些参数。

11、可以提供电子器件来储存和转换由能量供应单元产生的电能，并给传感器供电，以获取数据并提供数据传送。电子器件可以放置在印刷电路板(pcb)上。然而，它们也可以小型化，例如，在基于箔的柔性pcb上小型化，并且沿着壁的曲率集成在导管单元的壁上。传感器可以连接到电子器件，并且它们也可以集成在电子板上。

12、根据实施例，流体输送装置进一步包括数据传输单元，该数据传输单元被配置成将由监测单元产生的数据传输到外部装置。

13、数据传输单元可以经由有线或无线传输将由监测单元获得的关于导管单元的状态或状况的数据传输到外部装置。无线传输是有利的，因为以这种方式，本发明的流体输送装置可以完全独立于流体分配系统的任何其他部件来制造和安装。不需要电缆，并且包括能量供应单元、监测单元和数据传输单元的流体输送装置可以用作可以安装在流体分配系统中的任何位置的模块化的独立实体。因此，流体输送装置可以说是具有流体输送、发电、监测和无线数据传送的功能的自主多功能结构。外部装置可以是被配置成收集、存储和/或处理所接收的数据的处理装置等。

14、根据实施例，能量供应单元包括至少一个热电发电机，该至少一个热电发电机定位在导管单元的壁上或者至少部分集成到导管单元的壁中，其中，该至少一个热电发电机基于导管单元的内部与导管单元的外部之间的温度梯度而产生电能。

15、如上文所解释，在导管单元的壁的内表面与壁的外表面之间可能存在温度梯度或温差。此温度梯度或温差取决于导管单元的壁周围的介质和移动通过导管单元的介质(即流体)的温度。

16、热电发电机可以是被配置成将热通量(温差)直接转换成电能的固态装置。因此，热电发电机使用了所谓的塞贝克效应。热电发电机(例如其热电元件)可以放置在壁的外表面上。然而，热电发电机的部分(例如热电元件)可以集成到导管单元的壁的壁结构中。

17、根据实施例，导管单元包括复合材料，并且热电发电机的介电部件布置在复合材料的两个片层之间。

18、例如，导管单元的壁由纤维增强塑料(比如碳纤维增强塑料(cfrp))制成。这种复合结构通常包括多个片层，每个片层具有指定的纤维方向。

19、热电发电机包括作为热电发电机的基本功能结构的一部分的介电部件。也就是说，可以由复合材料制成的导管单元(例如管)可以被改进以获得增强的机械和热电特性。介电部件可以是布置在复合材料的两个片层之间的玻璃纤维层(层压片)或衬底。此介电层可以在壁的制造期间经由印刷工艺集成到导管单元的壁中。系统玻璃纤维层压片与全印刷热电发电机装置的设计和集成代表了用于在暴露于温度梯度时提供电压和电流输出的示例性配置。

20、导管单元的复合材料中的纤维中的一些可以用作监测单元的传感器，例如电阻器。在示例中，纤维可以作为裂缝传感器。替代地，小型化传感器可以集成在导管单元的壁中或壁上。

21、根据实施例，复合材料包括碳纤维增强塑料。

22、碳纤维增强塑料的导电材料可以用作热电发电机的电极。碳纤维增强材料可以代表导管单元的壁。当碳纤维增强材料片层上下叠时，热电发电机的介电部件可以在壁的制造期间放置在导管单元的壁中。

23、根据实施例，该至少一个热电发电机包括以串联或并联布置电连接的多个热电元件。

24、除了介电部件之外，热电元件还可以是热电发电机的另一功能部分。热电元件可以放置在介电部件的一侧或两侧上。例如，无机-有机混合p型热电元件膏的双面沉积可以被涂覆到介电纤维衬底(例如上述玻璃纤维层)上，该介电纤维衬底可以集成到导管单元的壁的复合材料中。这种配置可以作为高功率密度结构性单热电元件贯穿厚度的热电发电机操作。当使用多个串联和/或并联互连的热电元件来显著提高总热电元件电压和功率输出时，装置效率将会提高。

25、通常，多个热电元件可以以串联或并联布置电连接在导管单元的壁中或壁上的任何位置。在实例中，热电元件可以以串联布置电连接在介电部件上，该介电部件布置在壁的复合材料的两个片层之间。

26、根据实施例，该至少一个热电发电机包括介电层，例如玻璃纤维层或玻璃纤维层压片，该介电层集成到导管单元的壁中。

27、这意味着可以作为热电发电机的功能部分的介电层放置在导管单元的壁内或壁的表面上。各种设计选择是可能的。例如，热电发电机的若干热电元件可以附接在介电层处，并且这种设计的介电层可以定位在壁的外表面上或壁的内部，例如在壁的相应复合材料片层之间。热电元件定位在其上的介电层可以与复合材料片层交替布置，由此提供热电元件的并联连接。

28、根据实施例，至少一个热电元件放置在热电发电机的介电层的每一侧上。

29、例如，热电发电机的一个或多个热电元件可以附接在介电层的两侧处。如上所述，无机-有机混合p型热电元件膏可以被涂覆到介电层上，该介电层集成到导管单元的壁的复合材料中。

30、根据实施例，该至少一个热电发电机包括集成到导管单元的壁中的印刷电子器件。替代地，该至少一个热电发电机包括集成到导管单元的壁中的混合集成电子器件。

31、例如，热电发电机装置可以制造在薄箔(例如聚酰亚胺)上，这允许以印刷电子器件的形式进行简单互连。印刷电子器件可以在其制造期间集成到壁中。

32、根据实施例，该至少一个热电发电机以柔性结构的形式提供，该柔性结构被配置成适应于导管单元的壁的形状。

33、柔性结构可以包括箔或片状材料或衬底，热电发电机的热电元件附接到该箔或片状材料或衬底。以这种方式，热电发电机可以适应于导管单元的壁结构的任何几何形状。例如，如果导管单元以管的形式存在，那么热电发电机(特别是其不同的功能部分)可以变形，使得其符合管的形状。

34、根据实施例，导管单元的壁具有第一壁部分，该第一壁部分提供与该至少一个热电发电机的第一部分的直接接触表面。此外，导管单元的壁还具有第二壁部分，该第二壁部分经由绝缘层连接到该至少一个热电发电机，该绝缘层在空间上将第二壁部分与该至少一个热电发电机的第二部分分开。

35、热电发电机的直接接触第一壁部分的第一部分可以相比热电发电机的第二部分具有较高温度，因为第二部分通过绝缘层与壁热隔离。热电发电机的不同部分上的这种温差将能够产生电能，如本文所解释。将参考附图更详细地描述这种实施例的具体布置。

36、根据实施例，监测单元被配置成通过以下方式中的至少一个来监测导管单元的状态或状况：检测导管单元处的泄漏发生、确定导管单元处的温度、确定导管单元处的压力、确定导管单元的内部的流体的流率以及确定导管单元的内部的流体的ph值。

37、监测功能可以用于监测导管单元的结构完整性，即所谓的结构健康监测(shm)。其他选项包括但不限于感测流体的温度、压力、流率、ph值。

38、例如，在放泄空气分配系统中，导管单元和交叉点中的泄漏可以被监测单元检测到。由于空气温度可能很高，这一点可能很重要。因此，需要泄漏监测，例如通过识别从导管单元逸出的热空气的分布式温度监测来进行。

39、本发明的装置的导管单元已含有所需的能量供应、传感器和电子器件，包括可选的无线数据传送。此外，热电发电机功能甚至可以在导管单元的制造期间就已经包括在内。

40、本发明的装置可以用于在系统操作期间可以利用热能处，即存在温度梯度处，例如在航天、汽车、航空和可再生能源领域。该装置提供了其部件/结构暴露于热场的历史的自供电记录，并且消除了对外部传感器的需要，因为只有现有的功能增强相可以执行此任务。

41、根据一方面，提供了一种流体分配系统，该流体分配系统包括如本文所述的流体输送装置。流体分配系统可以是飞行器气体分配系统(例如飞行器放泄空气分配系统)的一部分。

42、根据另一方面，提供了一种用于制造流体输送装置的方法。该方法的一个步骤包括制造导管单元，该导管单元具有用于将导管单元的内部与导管单元的外部分开的壁，其中，导管单元被配置成通过导管单元的内部输送流体。该方法的另一步骤包括在导管单元的制造期间将能量供应单元至少部分集成到导管单元中，其中，能量供应单元被配置成基于导管单元的内部与导管单元的外部之间的温度梯度而提供电能。该方法的另一步骤包括将监测单元联接到导管单元，以使得能量供应单元向监测单元供应电能，其中，监测单元被配置成监测导管单元的状态或状况，并产生代表导管单元的状态或状况的数据。