用于具有双循环架构的发电和热管理的方法和系统与流程

transport loop)，该传热回路包含传热回路工作流体。传热回路按顺序包括：传热回路压缩机，该传热回路压缩机用于对传热回路工作流体进行压缩；进气热交换器，该进气热交换器包括接收传热回路工作流体并且以热联接关系定位至该进气管线的第二空气-回路管线；以及传热回路热机，该传热回路热机用于使传热回路工作流体膨胀并且生成传热功输出，其中，该传热功输出被以机械方式联接至传热回路压缩机。将发电机在工作上联接至发电回路热机，并且将该发电机配置成，接收发电回路功输出的至少一部分并且生成辅助电力。将控制器在工作上联接至发电回路压缩机和传热回路压缩机，其中，将该控制器编程成执行一种方法，所述方法包括在飞行载具的飞行速度高于3马赫时启动发电回路压缩机和传热回路压缩机的运行的步骤。
6.已经讨论的特征、功能以及优点可以在各种示例中独立地实现，或者可以在其它示例中进行组合，其进一步的细节可以参照下面的描述和附图而得以了解。
附图说明
7.例在所附权利要求中对示性示例的新颖特征受信任特性加以阐述。然而，当结合附图阅读时，通过参照本公开的例示性示例的下列详细描述将最佳地理解例示性示例，以及优选使用模式、进一步的目的及其特征，其中：
8.图1是根据本公开的具有集成冷却和发电系统的高速飞行载具的立体图。
9.图2是集成冷却和发电系统的示意性例示图。
10.图3是例示供在集成冷却和发电系统中使用的示例性超临界流体的曲线图。
11.图4是例示将与图1的高速飞行载具关联的热用于飞行载具上的发电和热管理中的至少一者的方法的框图。
具体实施方式
12.附图和下面的描述例示了所要求保护的主题的具体示例。因此，应意识到，尽管本文未进行明确描述或示出，但是本领域技术人员将能够设计出具体实施这些示例的原理并且被包括在这些示例的范围内的各种布置结构。而且，本文所描述的任何示例均旨在帮助理解所公开的主题的构造原理、操作或其它特征，并且要被解释为不限于这种具体陈述的示例和条件。结果，本发明构思不限于下面描述的具体示例，而是通过权利要求及其等同物来进行限制。
13.本文所描述的集成冷却和发电系统的示例同时向高速飞行载具提供冷却和发电。在高速下，飞行载具经历一个或更多个热源。热源可以是进入空气、载具表面或其它来源。该系统吸收来自所述一个或更多个热源的热，提供冷却，以及使用该热来生成机械输出。该机械输出可以直接在系统本身内使用，或者可以转换成电力，该电力可以用于向被设置在飞行载具上的集成冷却和发电系统或子系统的组件供电。在某些示例中，该集成冷却和发电系统具有双回路架构，其中，发电回路用于发电，传热回路用于提供机械动力。在一些实施方式中，发电回路和传热回路中的各个回路皆具有brayton循环架构。在该双回路实施方式中，将发电回路主要配置成优化将热转换成电力，而将传热回路主要配置成，优化来自一个或更多个热源的传热(heat transfer)。因此，双循环架构将发电与大规模传热分离，从而允许各个循环具有针对它们相应的主要功能进行了优化的组件和运行状况。虽然本文公
开了具有发电回路和传热回路两者的实施方式，但是应意识到，集成冷却和发电系统可以仅包括发电回路(power generation loop)，或者另选地仅包括传热回路(heat transport loop)。
14.图1例示了高速飞行载具102的示例。飞行载具102根据需要可以是有人驾驶的或无人驾驶的。飞行载具102仅仅是能够以至少3马赫的速度行进的飞行载具的一种配置，并且根据需要，可以实现未示出的其它配置。例如，飞行载具102根据需要可以具有不同的形状、尺寸、纵横比(aspect ratio)等。因此，飞行载具102仅出于讨论的目的而以特定配置示出。
15.在该示例中，飞行载具102在以高速行进时提供一个或更多个热源。例如，一个热源可以由飞行载具102的第一表面104在空气动力学上变热(aerodynamic heating)来提供。在一些示例中，将第一表面104设置在飞行载具102的前沿(leading)表面上，诸如机翼106、尾部108、机首盖110或进气管道112上。在高于3马赫的飞行载具102的运行期间，或者在高超音速飞行中(例如，飞行载具102以5马赫及以上的高超音速移动)，第一表面104可以在空气动力学上变热至1000华氏度或更高。另外或者另选地，另一热源可以是在以高速行进时被引入飞行载具102中的进入空气。该进入空气可以包括行进通过进气管道112或者通过被设置在飞行载具102上的其它结构的空气。
16.飞行载具102包括从所述一个或更多个热源进行冷却和/或发电的集成冷却和发电系统100。当使用第一表面104作为热源时，系统100对第一表面104进行冷却，这可使第一表面104能够由不需要被额定用于过高温度的材料形成，从而降低了材料成本并减小了材料重量。另外或者另选地，将来自所述一个或更多个热源的热转换成电力减少了对电池或其它常规电源的需要，从而减小了与这种常规电源关联的重量。
17.如图2最佳地示出，系统100包括发电回路120，使发电回路工作流体(loop working fluid)122通过该发电回路120进行循环。在所例示的示例中，将发电回路120形成为具有brayton循环架构的闭环。当飞行载具102以高于3马赫的速度运行时，将来自所述一个或更多个热源的热传导至发电回路120中的发电回路工作流体122，以将发电回路工作流体122保持在高于其临界点(critical point)的温度和压力下。所述一个或更多个热源可以是进入空气、第一表面104或其它来源。图3以图形例示了物质的临界点，其中，高于临界点的温度和压力将导致超临界状态。在一些示例中，循环通过发电回路120的发电回路工作流体122是超临界二氧化碳。
18.系统100包括被设置在发电回路120中的组件，这些组件用于在改变系统内的发电回路工作流体122的温度和压力的同时，执行涉及将热和功传入和传出系统100的一序列热力学过程。如图2中示意性地例示，系统100包括发电回路压缩机130，该发电回路压缩机用于将发电回路工作流体122压缩至所增加的压力。
19.发电回路120还包括一个或更多个吸热部(heat intake)，所述一个或更多个吸热部用于从所述一个或更多个热源吸收热。在所例示的示例中，发电回路120的第一吸热部是进气热交换器256，该进气热交换器256将来自进入空气的热传导至发电回路工作流体122。在图2所例示的示例中，进气管线253穿过进气热交换器256。进气管线253的上游端以流体方式联接至进气来源(诸如进气管道112)。将飞行载具102上的高温空气系统255直接以流体方式联接至进气管道112，从而绕过进气热交换器256。将低温空气系统249以流体方式联
接至进气管线253的下游端。进气热交换器256还包括空气-发电回路管线(air-to-power generation loop line)251，该空气-发电回路管线251是以热联接关系定位至进气管线253的，以将来自进入空气的热传导至发电回路工作流体122。另外或者另选地，发电回路120包括采用第一表面热交换器140的形式的第二吸热部，该第二吸热部是以热联接关系定位至飞行载具102的第一表面104的。
20.将发电回路热机150设置在发电回路120中，用于通过使发电回路工作流体122膨胀至降低的压力，而从发电回路工作流体122吸取(extracting)发电回路功输出152。虽然图2示意性地例示了作为涡轮机的发电回路热机150，但是可以使用能够从加热和加压的工作流体中吸取功输出的其它类型的热机。在所例示的示例中，发电回路功输出152采用涡轮机的旋转输出轴的形式，该旋转输出轴通过轴154以机械方式联接至发电回路压缩机130，以运行该发电回路压缩机130。在另选示例中，发电回路压缩机130可以以电动方式运行，在该情况下，将发电回路功输出152以机械方式联接至发电机，该发电机将机械能转换成电力以驱动发电回路压缩机130。如下面更详细讨论的，还可以将该电力用于为其它载具系统供电。
21.另外，将发电机170在工作上联接至发电回路热机150。发电机170接收来自发电回路热机150的发电回路功输出152的至少一部分，并且生成电源172。在该示例中，将辅助负载180在工作上联接至发电机170，并且将辅助负载配置成使用电源172来进行操作。辅助负载180可以是环境控制系统(ecs：environmental control system)、一个或更多个飞行控制装置(例如，致动器)、航空电子系统、有效载荷或者需要电力的其它装置或系统。更进一步地，还可以将电源172用于为集成冷却和发电系统100的组件(诸如发电回路压缩机(130)和/或传热回路压缩机(254))供电。应意识到，发电回路压缩机130和发电回路热机150通常将发电回路120划分成低压支路124和高压支路126，该低压支路124在发电回路热机150的下游延伸至发电回路压缩机130的入口，而该高压支路126在发电回路热机150的上游延伸至发电回路压缩机130的出口。
22.系统100还包括传热回路250，使传热回路工作流体252通过该传热回路进行循环。在所例示的示例中，将传热回路250形成为也具有brayton循环架构的闭环。传热回路250中的传热回路工作流体252也可以是高温工作流体，诸如超临界二氧化碳。
23.在传热回路250中设置了多个组件，这些组件用于在改变系统内的传热回路工作流体252的温度和压力的同时，执行涉及将热和功传入和传出系统100的一序列热力学过程。如图2中示意性地例示，系统100包括传热回路压缩机254，该传热回路压缩机用于将传热回路工作流体252压缩至所增加的压力。
24.传热回路250还包括一个或更多个吸热部，所述一个或更多个吸热部用于从所述一个或更多个热源吸收热。在所例示的示例中，传热回路250的第一吸热部是进气热交换器256，该进气热交换器256将来自进入空气的热传导至传热回路工作流体252。在图2所例示的示例中，进气热交换器256还包括空气-传热回路管线247，该空气-传热回路管线247是以热联接关系定位至进气管线253的，以将来自进入空气的热传导至传热回路工作流体252。另外或者另选地，传热回路250包括采用第二表面热交换器257的形式的第二吸热部，该第二吸热部是以热联接关系定位至飞行载具102的第二表面105的。
25.将传热回路热机258设置在传热回路250中，用于通过使传热回路工作流体252膨
胀至降低的压力而从传热回路工作流体252吸取传热功输出260。虽然图2示意性地例示了作为涡轮机的传热回路热机258，但是可以使用能够从加热和加压的工作流体中吸取功输出的其它类型的热机。在所例示的示例中，传热功输出260采用涡轮机的旋转输出轴的形式，该旋转输出轴通过轴259以机械方式联接至传热回路压缩机130，以运行该发电回路压缩机130。另外，应意识到，传热回路压缩机254和传热回路热机258通常将传热回路250划分成低压支路262和高压支路263，该低压支路262在传热回路热机258的下游延伸至传热回路压缩机254的入口，而该高压支路263在传热回路热机258的上游延伸至传热回路压缩机254的出口。
26.在图2所例示的示例中，系统100还包括散热器式热交换器190，其用于从发电回路工作流体122和传热回路工作流体252去除过多的热。将散热器式热交换器190设置相应的发电回路120的低压支路124和传热回路250的低压支路262中。通过从发电回路工作流体122和传热回路工作流体252去除热，散热器式热交换器190确保发电回路工作流体122的温度和传热回路工作流体252的温度不超过发电回路压缩机130和传热回路压缩机254的额定运行温度范围。另外，可以将过多的热舍弃(rejected)到周围大气中或者传导至飞行载具102上的另一系统中的辅助流体。在所例示的示例中，散热器式热交换器190还包括穿过散热器式热交换器190的散热器管线191。散热器管线191的上游端与承载散热器流体(例如，飞行载具102上承载的燃料、水或其它流体)的一个或更多个散热器流体箱192以流体方式连通。散热器管线191的上游端还可以与子系统热负载194连通。散热器管线191的下游端可以与使用热的散热器流体196并且可以利用加热散热器流体的其它载具系统以流体方式连通。散热器式热交换器190包括散热器-发电回路管线187以及散热器-传热回路管线189，这两者均是以热联接关系定位至散热器管线191的，以传导从进入空气分别到发电回路工作流体122和传热回路工作流体252的热。
27.在所例示的示例中，提供控制器200以对系统100的操作进行控制。在图2中，将控制器200在工作上联接至发电回路压缩机130和传热回路压缩机254，并且将该控制器编程成执行一种方法，该方法包括以下步骤：当飞行载具102的一个或更多个运行状况有利于将发电回路工作流体122和传热回路工作流体252维持在超临界状态时，启动发电回路压缩机130和传热回路压缩机254的运行。在一些示例中，运行状况是所述一个或更多个热源的温度，诸如进入空气的温度或者第一表面104或第二表面105的温度，在该情况下，控制器200接收来自传感器202的反馈(该传感器被配置成检测温度)，并且将该控制器编程成，当检测到的温度超过阈值温度时启动发电回路压缩机130和传热回路压缩机254。示例性的阈值温度包括但不限于：500华氏度、600华氏度、700华氏度、800华氏度、900华氏度以及1000华氏度。在其它示例中，运行状况是飞行载具102的飞行速度，它指示所述一个或更多个热源的温度。在这些示例中，控制器200接收飞行速度的指示(诸如来自输入命令或传感器202(该传感器在被配置成确定飞行速度时))，并且将该控制器编程成，当飞行载具102达到阈值飞行速度时启动发电回路压缩机130和传热回路压缩机254。示例性的阈值飞行速度包括但不限于：3马赫、3.5马赫、4马赫以及高超音速(hypersonic)(即，5马赫或更大)。另外，可以将控制器200在工作上联接至发电回路热机150和传热回路热机258。
28.在图2所例示的示例中，还将控制器200在工作上联接至发电机170和辅助负载180，以控制那些组件的运行或其它方面。由于通过使用超临界工作流体作为发电回路工作
流体122和传热回路工作流体252所提供的热效率、紧凑的尺寸和减小的重量，因此，集成冷却和发电系统100实现了比电池或其它常规电源大一个数量级的重量和体积功率密度。
29.虽然控制器200的特定硬件实现经受设计选择，但是一个特定示例包括与当前驱动器联接的一个或更多个处理器。所述一个或更多个处理器可以包括能够执行本文所描述的功能的任何电子电路和/或光学电路。例如，处理器可以执行本文针对控制器200所描述的任何功能。处理器可以包括：一个或更多个中央处理单元(cpu)、微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、可编程逻辑装置(pld)、控制电路等。处理器的一些示例包括：core
tm
处理器、高级精简指令集计算(risc)机器处理器等。
30.将系统100配置成，在整个热力学循环期间将发电回路工作流体122和传热回路工作流体252保持在超临界状态，从而使得能够使用更轻且更紧凑的涡轮机械。例如，当发电回路工作流体122和传热回路工作流体252是二氧化碳时，临界温度大约为88华氏度，临界压力大约为74巴。所述一个或更多个热源的温度随着飞行载具102的速度而增加。例如，在3.5马赫的速度下，进入空气和/或第一表面104和第二表面105可以达到750华氏度或更高，这足以使发电回路工作流体122和传热回路工作流体252保持在超临界状态。在超过5马赫的高超音速下，所述一个或更多个热源的温度可以达到1000华氏度。系统100的热力学效率随着所述一个或更多个热源的温度的增加而增加。另外，将发电回路压缩机130和传热回路压缩机254定型成，贯穿热力学循环将发电回路工作流体122和传热回路工作流体252的压力保持高于临界压力。因为发电回路工作流体122和传热回路工作流体252处于超临界状态，所以发电回路压缩机130、传热回路压缩机254、发电回路热机150以及传热回路压缩机258可以具有减小的尺寸和重量，从而使系统100切实可用于飞行载具102上。另外，所例示的系统100是独立于飞行载具102的推进系统而提供的闭环系统。发电回路和传热回路的运行状况可以针对它们相应的主功能进行优化。例如，发电回路工作流体122可以具有比传热回路工作流体252高的压力比。在一些示例中，使用超临界二氧化碳作为发电回路工作流体122和传热回路工作流体252两者，发电回路工作流体122可以具有大约为3的压力比，而传热回路工作流体252可以具有大约为1的压力比。如本文所使用的，术语“压力比(pressure ratio)”是指跨压缩机(即，发电回路压缩机130和传热回路压缩机254)的入口与出口压力比。
31.图4是例示在飞行载具102上进行发电和/或热管理的方法300的框图。方法300开始于框302，即，以至少3马赫的飞行速度推进飞行载具102，在此期间，所述一个或更多个热源的温度增加。在框304处，使第一工作流体(诸如发电回路工作流体122)循环通过第一回路(诸如发电回路120)。使第一工作流体循环通过第一回路的步骤按顺序包括：如在框306处所示，通过第一压缩机压缩第一工作流体(例如，通过发电回路压缩机130压缩发电回路工作流体122)；如在框308处所示，通过第一回路的第一吸热部对第一工作流体进行加热，其中，将第一吸热部以热方式联接至与飞行载具102关联的至少一个热源(例如，通过发电回路120的所述一个或更多个吸热部加热发电回路工作流体122)；以及如在框310处所示，使第一工作流体在第一热机中膨胀，以从第一热机生成第一功输出(例如，使发电回路工作流体122在发电回路热机150中膨胀，从而从发电回路热机150生成发电回路功输出152)。使第一工作流体循环通过第一回路的步骤304还包括：如在框312处所示，对第一工作流体进行冷却(例如，对发电回路工作流体122进行冷却)；以及如在框314处所示，使第一工作流体
重新循环至第一压缩机(例如，使发电回路工作流体122重新循环至发电回路压缩机130)。
32.方法300还可以在框330处继续，即，使第二工作流体循环通过第二回路(例如，使传热回路工作流体252循环通过传热回路250)。使第二工作流体循环通过第二回路的步骤按顺序包括：如在框332处所示，通过第二压缩机压缩第二工作流体(例如，通过传热回路压缩机254压缩传热回路工作流体252)；如在框334处所示，通过第二回路的第二吸热部对第二工作流体进行加热，其中，将第二吸热部以热方式联接至与飞行载具102关联的至少一个热源(例如，通过传热回路250的所述一个或更多个吸热部加热传热回路工作流体252)；以及如在框336处所示，使第二工作流体在第二热机中膨胀，以从第二热机生成第二功输出(例如，使传热回路工作流体252在传热回路热机258中膨胀，从而从传热回路热机258生成传热功输出260)。使第二工作流体循环通过第二回路的步骤还包括：如在框338处所示，对第二工作流体进行冷却(例如，对传热回路工作流体252进行冷却)；以及如在框340处所示，使第二工作流体重新循环至第二压缩机(例如，使传热回路工作流体252重新循环至传热回路压缩机254)。
33.在所例示的示例中，该方法300还包括发电的步骤。举例来说，如图4中示意性地示出，方法300包括以下步骤：如在框318处所示，通过将第一热机在工作上联接至发电机来发电(例如，通过将发电回路热机150的发电回路功输出152以机械方式联接至发电机170来生成电源172)。可以将来自发电机170的电源172用于在发电回路压缩机130和传热回路压缩机254由电力驱动时运行这些组件。另外或者另选地，可以将电源172用于为辅助负载180供电。另外，方法300包括以下步骤：如在框342处所示，将第二热机的第二功输出在工作上联接至第二压缩机(例如，将传热回路热机258的传热功输出260在工作上联接至传热回路压缩机254)。
34.更进一步地，方法300可以可选地包括附加步骤，即，在分别使第一工作流体和第二工作流体重新循环回至第一压缩机和第二压缩机之前，降低该第一工作流体和第二工作流体的温度。更具体地，方法300可以包括以下步骤：如在框322处所示，经由散热器式热交换器舍弃来自第一工作流体的热(例如，使用散热器式热交换器190舍弃来自发电回路工作流体122的热)；以及如在框346处所示，经由散热器式热交换器舍弃来自第二工作流体的热(例如，使用散热器式热交换器190舍弃来自传热回路工作流体252的热)。
35.在前述示例中，应意识到，术语“第一回路”和“第二回路”旨在涉及发电回路120和传热回路250中的任一者。即，虽然上面的示例将发电回路120标识为“第一回路”而将传热回路250标识为“第二回路”，但是，在另选示例中，传热回路250是“第一回路”而发电回路是“第二回路”。
36.另外，术语“第一工作流体”和“第二工作流体”旨在涉及发电回路工作流体122和传热回路工作流体252中的任一者。即，虽然上面的示例将发电回路工作流体122标识为“第一工作流体”而将传热回路工作流体252标识为“第二工作流体”，但是，在另选示例中，传热回路工作流体252是“第一工作流体”而发电回路工作流体是“第二工作流体”。
37.更进一步地，术语“第一压缩机”和“第二压缩机”旨在涉及发电回路压缩机130和传热回路压缩机254中的任一者。即，虽然上面的示例将发电回路压缩机130标识为“第一压缩机”而将传热回路压缩机254标识为“第二压缩机”，但是，在另选示例中，传热回路压缩机254是“第一压缩机”而发电回路压缩机是“第二压缩机”。
38.再进一步地，术语“第一热机”和“第二热机”旨在涉及发电回路热机150和传热回路热机258中的任一者。即，虽然上面的示例将发电回路热机150标识为“第一热机”而将传热回路热机258标识为“第二热机”，但是，在另选示例中，传热回路热机258是“第一热机”而发电回路热机150是“第二热机”。
39.此外，本公开包括以下示例，由此，通过权利要求来提供保护的范围。
40.示例1.一种使用与飞行载具关联的加热进入空气来提供所述飞行载具上的冷却和发电中的至少一者的方法，所述方法包括以下步骤：以至少3马赫的飞行速度推进所述飞行载具；使第一工作流体循环通过第一流体回路，所述循环步骤按顺序包括：通过第一压缩机压缩所述第一工作流体；通过进气热交换器对所述第一工作流体进行加热，所述进气热交换器包括与所述加热进入空气以流体方式连通的进气管线以及以热联接关系定位至所述进气管线的第一空气-回路管线；使所述第一工作流体在第一热机中膨胀，以从所述第一热机生成第一功输出；使所述第一工作流体冷却；以及使所述第一工作流体重新循环至所述第一压缩机。
41.示例2.根据示例1的方法，其中，所述第一流体回路包括发电回路，并且其中，所述方法还包括以下步骤：通过将所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至发电机来发电。
42.示例3.根据示例1至2中的任一示例的方法，其中，所述第一流体回路包括传热回路，并且其中，所述方法还包括以下步骤：将所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至所述第一压缩机。
43.示例4.根据示例1至3中的任一示例的方法，所述方法还包括以下步骤：使第二工作流体循环通过第二流体回路，所述循环步骤按顺序包括：通过第二压缩机压缩所述第二工作流体；通过所述进气热交换器对所述第二工作流体进行加热，所述进气热交换器包括第二空气-回路管线；使所述第二工作流体在第二热机中膨胀，以从所述第二热机生成第二功输出；使所述第二工作流体冷却；以及使所述第二工作流体重新循环至所述第二压缩机。
44.示例5.根据示例4的方法，其中，所述第一流体回路包括发电回路，所述第二流体回路包括传热回路，所述方法还包括以下步骤：通过将所述发电回路的所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至发电机来发电；以及将所述第二热机的所述第二功输出在工作上联接至所述第二压缩机。
45.示例6.根据示例5所述的方法，所述方法还包括以下步骤：使用所述发电机向辅助负载供电。
46.示例7.根据示例4至6中的任一示例的方法，其中，所述第一工作流体包括第一超临界工作流体，并且所述第二工作流体包括第二超临界工作流体。
47.示例8.根据示例4至7中的任一示例的方法，所述方法还包括以下步骤：在使所述第一工作流体重新循环至所述第一压缩机之前，经由散热器式热交换器舍弃来自所述第一工作流体的热；以及在使所述第二工作流体重新循环至所述第二压缩机之前，经由所述散热器式热交换器舍弃来自所述第二工作流体的热。
48.示例9.一种使用与飞行载具关联的加热进入空气来提供所述飞行载具上的冷却和发电中的至少一者的系统，所述飞行载具是以至少3马赫的飞行速度行进的，所述系统包括：第一流体回路，所述第一流体回路包含第一工作流体，所述第一流体回路按顺序包括：
第一压缩机，所述第一压缩机用于对所述第一工作流体进行压缩；进气热交换器，所述进气热交换器包括与所述加热进入空气以流体方式连通的进气管线，以及接收所述第一工作流体并且以热联接关系定位至所述进气管线的第一空气-回路管线；以及第一热机，所述第一热机用于使所述第一工作流体膨胀并且生成第一功输出。
49.示例10.根据示例9的系统，其中，所述第一流体回路包括发电回路，所述系统还包括发电机，所述发电机在工作上联接至所述第一功输出并且被配置成进行发电。
50.示例11.根据示例9的系统，其中，所述第一流体回路包括传热回路，并且其中，所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至所述第一压缩机。
51.示例12.根据示例9至11中的任一示例的系统，所述系统还包括：第二流体回路，所述第二流体回路包含第二工作流体，所述第二流体回路按顺序包括：第二压缩机，所述第二压缩机用于对所述第二工作流体进行压缩；所述进气热交换器，所述进气热交换器包括接收所述第二工作流体并且以热联接关系定位至所述进气管线的第二空气-回路管线；以及第二热机，所述第二热机用于使所述第二工作流体膨胀并且生成第二功输出。
52.示例13.根据示例12的系统，其中，所述第一流体回路包括发电回路，所述第二流体回路包括传热回路；所述系统还包括发电机，所述发电机在工作上联接至所述第一功输出并且被配置成进行发电；并且其中，所述第二热机的所述第二功输出在工作上联接至所述第二压缩机。
53.示例14.根据示例13的系统，所述系统还包括第一表面热交换器，所述第一表面热交换器是以热联接关系定位至所述飞行载具的第一表面的，所述第一表面热交换器用于对所述发电回路的所述第一工作流体进行加热。
54.示例15.根据示例14的系统，所述系统还包括第二表面热交换器，所述第二表面热交换器是以热联接关系定位至所述飞行载具的第二表面的，所述第二表面热交换器用于对所述传热回路的所述第二工作流体进行加热。
55.示例16.根据示例15的系统，所述系统还包括散热器式热交换器，所述散热器式热交换器包括：散热器管线，所述散热器管线以流体方式连通着散热器流体箱；散热器-发电回路管线，所述散热器-发电回路管线接收所述第一工作流体并且是以热联接关系定位至所述散热器管线的；以及散热器-传热回路管线，所述散热器-传热回路管线接收所述第二工作流体并且是以热联接关系定位至所述散热器管线的。
56.示例17.根据示例9至16中的任一示例的系统，所述系统还包括控制器，所述控制器在工作上联接至所述第一压缩机和第二压缩机，其中，所述控制器被编程成执行一种方法，所述方法包括在所述飞行载具的运行状况超过运行阈值时启动所述第一压缩机和所述第二压缩机的运行的步骤。
57.示例18.一种使用与飞行载具关联的加热进入空气来提供所述飞行载具上的冷却和发电的系统，所述飞行载具是以至少3马赫的飞行速度行进的，所述系统包括：发电回路，所述发电回路包含发电回路工作流体，所述发电回路按顺序包括：发电回路压缩机，所述发电回路压缩机用于对所述发电回路工作流体进行压缩；进气热交换器，所述进气热交换器包括与所述加热进入空气以流体方式连通的进气管线，以及接收所述发电回路工作流体并且以热联接关系定位至所述进气管线的第一空气-回路管线；以及发电回路热机，所述发电回路热机用于使所述发电回路工作流体膨胀并且生成发电回路功输出；传热回路，所述传
热回路包含传热回路工作流体，所述传热回路按顺序包括：传热回路压缩机，所述传热回路压缩机用于对所述传热回路工作流体进行压缩；所述进气热交换器，所述进气热交换器包括接收所述传热回路工作流体并且以热联接关系定位至所述进气管线的第二空气-回路管线；以及传热回路热机，所述传热回路热机用于使所述传热回路工作流体膨胀并且生成传热功输出，其中，所述传热功输出被以机械方式联接至所述传热回路压缩机；发电机，所述发电机在工作上联接至所述发电回路热机，并且所述发电机被配置成，接收所述发电回路功输出的至少一部分并且生成辅助电力；以及控制器，所述控制器在工作上联接至所述发电回路压缩机和所述传热回路压缩机，其中，所述控制器被编程成执行一种方法，所述方法包括在所述飞行载具的飞行速度高于3马赫时启动所述发电回路压缩机和所述传热回路压缩机的运行的步骤。
58.示例19.根据示例18的系统，所述系统还包括辅助负载，所述辅助负载在工作上联接至所述发电机。
59.示例20.根据示例18至19中的任一示例的系统，所述系统还包括散热器式热交换器，所述散热器式热交换器包括：散热器管线，所述散热器管线以流体方式连通着散热器流体箱；散热器-发电回路管线，所述散热器-发电回路管线接收所述发电回路工作流体并且是以热联接关系定位至所述散热器管线的；以及散热器-传热回路管线，所述散热器-传热回路管线接收所述传热回路工作流体并且是以热联接关系定位至所述散热器管线的。
60.如本文所使用的，术语“顺序(sequence)”通常指的是按次序的要素(例如，单元操作)。这种次序可以指的是过程次序，举例来说，如工作流体从一个部件流动至另一部件的次序。在示例中，压缩机、蓄热单元以及涡轮机按顺序包括：热交换单元上游的压缩机和涡轮机上游的热交换单元。在这样的情况下，工作流体可以从压缩机流动至热交换单元并且从热交换单元流动至涡轮机。按顺序流动通过单元操作的工作流体可以顺序地流动通过单元操作。部件序列可以包括一个或更多个中间部件。例如，按顺序包括压缩机、蓄热单元以及涡轮机的系统可以包括处于压缩机与蓄热单元之间的辅助箱。部件序列可以是循环的。
61.图中所示或本文所描述的各种要素中的任何要素均可以被实现为硬件、软件、固件或者这些的某一组合。例如，可以将要素实现为专用硬件。可以将专用硬件要素称为“处理器”、“控制器”或者某一类似术语。在由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个单独处理器来提供，所述多个单独处理器中的一些单独处理器可以进行共享。此外，明确使用的术语“处理器”或“控制器”不应被解释成专指能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括并且不限于数字信号处理器(dsp)硬件、网络处理器、专用集成电路(asic)或其它电路、现场可编程门阵列(fpga)、存储软件的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、非易失性存储部、逻辑，或某一其它物理硬件组件或模块。
62.而且，可以将要素实现为可由处理器或计算机执行的指令，以执行该要素的功能。指令的一些例子是软件、程序代码以及固件。该指令在由处理器执行以指导处理器执行所述要素的功能时是可操作的。可以将指令存储在可由处理器读取的存储装置上。存储装置的一些示例是数字或固态存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或者光学可读数字数据存储介质。
63.尽管本文中对具体示例进行了描述，但是范围并不受限于那些具体示例。而相反，范围是由所附权利要求及其任何等同物来限定的。

技术特征：
1.一种使用与飞行载具(102)关联的加热进入空气来提供所述飞行载具(102)上的冷却和发电中的至少一者的方法(300)，所述方法(300)包括以下步骤：以至少3马赫的飞行速度推进(302)所述飞行载具(102)；使第一工作流体(122或252)循环(304)通过第一流体回路(120或250)，所述循环(304)步骤按顺序包括：通过第一压缩机(130或254)压缩(306)所述第一工作流体(122或252)；通过进气热交换器(256)对所述第一工作流体(122或252)进行加热(308)，所述进气热交换器(256)包括与所述加热进入空气以流体方式连通的进气管线(253)以及以热联接关系定位至所述进气管线(253)的第一空气-回路管线(247或251)；使所述第一工作流体(122或252)在第一热机(150或258)中膨胀(310)，以从所述第一热机(150或258)生成第一功输出(152或260)；使所述第一工作流体(122或252)冷却(312)；以及使所述第一工作流体(122或252)重新循环(314)至所述第一压缩机(130或254)。2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，所述第一流体回路包括以下项中的至少一个：发电回路(120)，其中，所述方法(300)还包括以下步骤：通过将所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至发电机(170)来发电(318)；以及传热回路(250)，其中，所述方法(300)还包括以下步骤：将所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接(342)至所述第一压缩机。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法(300)，所述方法(300)还包括以下步骤：使第二工作流体(122或252)循环(330)通过第二流体回路(120或250)，所述循环(330)步骤按顺序包括：通过第二压缩机(130或254)压缩(332)所述第二工作流体(122或252)；通过所述进气热交换器(256)对所述第二工作流体(122或252)进行加热(334)，所述进气热交换器(256)包括第二空气-回路管线(247或251)；使所述第二工作流体(122或252)在第二热机(150或258)中膨胀(336)，以从所述第二热机(150或258)生成第二功输出(152或260)；使所述第二工作流体(122或252)冷却(338)；以及使所述第二工作流体(122或252)重新循环(340)至所述第二压缩机(130或254)。4.根据权利要求3所述的方法(300)，其中，所述第一流体回路包括发电回路(120)，所述第二流体回路包括传热回路(250)，所述方法(300)还包括以下步骤：通过将所述发电回路(120)的所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至发电机(170)来发电(318)；以及将所述第二热机的所述第二功输出在工作上联接(342)至所述第二压缩机。5.根据权利要求4所述的方法(300)，所述方法(300)还包括以下步骤：使用所述发电机(170)向辅助负载(180)供电(320)。6.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法(300)，其中，所述第一工作流体包括第一超临界工作流体，并且所述第二工作流体包括第二超临界工作流体。7.根据权利要求4至6中的任一项所述的方法(300)，所述方法(300)还包括以下步骤：
在使所述第一工作流体(122或252)重新循环至所述第一压缩机(130或254)之前，经由散热器式热交换器(190)舍弃(322)来自所述第一工作流体(122或252)的热；以及在使所述第二工作流体(122或252)重新循环至所述第二压缩机(130或254)之前，经由所述散热器式热交换器(190)舍弃(346)来自所述第二工作流体(122或252)的热。8.一种使用与飞行载具(102)关联的加热进入空气来提供所述飞行载具(102)上的冷却和发电中的至少一者的系统(100)，所述飞行载具(102)是以至少3马赫的飞行速度行进的，所述系统(100)包括：第一流体回路(120或250)，所述第一流体回路(120或250)包含第一工作流体(122或252)，所述第一流体回路(120或250)按顺序包括：第一压缩机(130或254)，所述第一压缩机(130或254)用于对所述第一工作流体(122或252)进行压缩；进气热交换器(256)，所述进气热交换器(256)包括：与所述加热进入空气以流体方式连通的进气管线(253)，以及接收所述第一工作流体(122或252)并且以热联接关系定位至所述进气管线(253)的第一空气-回路管线(247或251)；以及第一热机(150或258)，所述第一热机(150或258)用于使所述第一工作流体(122或252)膨胀并且生成第一功输出(152或260)。9.根据权利要求8所述的系统(100)，其中，所述第一流体回路包括以下项中的至少一个：发电回路(120)，所述系统(100)还包括发电机(170)，所述发电机(170)在工作上联接至所述第一功输出并且被配置成进行发电；以及传热回路(250)，其中，所述第一热机的所述第一功输出在工作上联接至所述第一压缩机(130或254)。10.根据权利要求8所述的系统(100)，所述系统(100)还包括：第二流体回路(120或250)，所述第二流体回路(120或250)包含第二工作流体(122或252)，所述第二流体回路(120或250)按顺序包括：第二压缩机(130或254)，所述第二压缩机(130或254)用于对所述第二工作流体(122或252)进行压缩；所述进气热交换器(256)，所述进气热交换器(256)包括接收所述第二工作流体(122或252)并且以热联接关系定位至所述进气管线(253)的第二空气-回路管线(247或251)；以及第二热机(150或258)，所述第二热机(150或258)用于使所述第二工作流体(122或252)膨胀并且生成第二功输出(152或260)。11.根据权利要求10所述的系统(100)，其中，所述第一流体回路包括发电回路(120)，所述第二流体回路包括传热回路(250)；所述系统(100)还包括发电机(170)，所述发电机(170)在工作上联接至所述第一功输出(152)并且被配置成进行发电；并且其中，所述第二热机(258)的所述第二功输出(260)在工作上联接至所述第二压缩机(254)。12.根据权利要求11所述的系统(100)，所述系统(100)还包括第一表面热交换器(140)，所述第一表面热交换器(140)是以热联接关系定位至所述飞行载具(102)的第一表面(104)的，用于对所述发电回路(120)的所述第一工作流体(122)进行加热。13.根据权利要求12所述的系统(100)，所述系统(100)还包括第二表面热交换器
(257)，所述第二表面热交换器(257)是以热联接关系定位至所述飞行载具(102)的第二表面(105)的，用于对所述传热回路(250)的所述第二工作流体(252)进行加热。14.根据权利要求13所述的系统(100)，所述系统(100)还包括散热器式热交换器(190)，所述散热器式热交换器(190)包括：散热器管线(191)，所述散热器管线(191)以流体方式连通散热器流体箱(192)；散热器-发电回路管线(187)，所述散热器-发电回路管线(187)接收所述第一工作流体(122)并且是以热联接关系定位至所述散热器管线(191)的；以及散热器-传热回路管线(189)，所述散热器-传热回路管线(189)接收所述第二工作流体(252)并且是以热联接关系定位至所述散热器管线(191)的。15.根据权利要求8所述的系统(100)，所述系统(100)还包括控制器(200)，所述控制器(200)在工作上联接至所述第一压缩机(130)和第二压缩机(254)，其中，所述控制器(200)被编程成执行如下方法，所述方法包括在所述飞行载具(102)的运行状况超过运行阈值时启动所述第一压缩机(130)和所述第二压缩机(254)的运行的步骤。

技术总结
涉及用于具有双循环架构的发电和热管理的方法和系统。具体地，提供了用于在高速飞行载具(102)上进行发电和/或热管理的方法和设备，包括使发电回路工作流体(122)循环通过发电回路(120)，该发电回路工作流体吸收与飞行载具(102)关联的热。在工作上联接至发电回路(120)的发电机(170)进行发电。另外，使传热回路工作流体(252)可以循环通过传热回路(250)，以通过传热来提供热管理。以通过传热来提供热管理。以通过传热来提供热管理。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：波音公司
技术研发日：2021.10.27
技术公布日：2022/5/25