[发明专利]用于飞机冷却系统的冷却器、飞机冷却系统和飞机冷却系统的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于飞机冷却系统的冷却器、装有该冷却器并适于冷却例如飞机上所用的燃料电池系统的飞机冷却系统、以及该飞机冷却系统的操作方法。

背景技术

燃料电池系统能够低排放、高效发电。因此，人们正致力于在各种移动应用(例如汽车工程或航空)中采用燃料电池系统来发电。例如，可以想到在飞机上采用燃料电池系统来代替目前飞机上用来发电的发电机，该发电机由主发动机或者辅助动力装置(APU)驱动。此外，燃料电池系统还可以用来为飞机供应应急电力，并代替目前作为应急电源系统使用的冲压空气涡轮机。

燃料电池工作时不仅产生电能，也会产生热能，该热能必须借助于冷却系统来从燃料电池上消除，以防止燃料电池过热。安装在飞机上的燃料电池系统，例如作为机载电源，因此必须设计为能够满足高电能需求。但是，高发电容量的燃料电池也会产生大量的热能，因此具有高冷却要求。此外，飞机上还配备有大量的其它技术装备，这些技术装备也会产生热量，因此必须冷却以确保操作的可靠性。这些技术装备包括例如飞机的空调单元或电子控制元件。

目前使用的飞机冷却系统通常包括设置在飞机外壳区域上的进气口，该进气口可以成形为例如冲压空气入口，并用于将作为冷却介质的外界空气输送到飞机冷却系统内。冷却空气吸收飞机上需要冷却的设备的热量而变热，并通常经由排气口排回到空气中，所述排气口同样设置在飞机外壳的区域上。但是，进气口和出气口均形成在飞机外壳上，这增加了空气阻力，并因此增加了燃料消耗。另外，通过冲压空气入口供应冷却空气的飞机冷却系统存在高压力损失，冷却能力受到所述冲击空气入口的最大空气供应流量的限制，并且重量相对较高。

发明内容

本发明所基于的目的是提供一种紧凑型冷却器，该冷却器适用于飞机冷却系统并能够减轻设计重量，并且能够使得飞机冷却系统高能效工作以消除飞机上的发热装置(例如燃料电池系统)上的大量热负荷。此外，本发明所基于的目的是限定装配有该冷却器的飞机冷却系统和该飞机冷却系统的操作方法。

所述目的通过具有权利要求1的特征的用于飞机冷却系统的冷却器、具有权利要求9的特征的飞机冷却系统以及具有权利要求21的特征的飞机冷却系统的操作方法来实现。

根据本发明的用于飞机冷却系统的冷却器，包括基体，该基体上形成有多个冷却剂通道，该多个冷却剂通道从所述基体的第一表面延伸到所述基体的第二表面，以允许冷却剂流动通过所述基体。所述基体第一表面优选地定位为与所述基体的第二表面相对。例如，所述基体的第一表面可以形成所述基体的外表面，而所述基体的第二表面可以形成所述基体的内表面。所述冷却剂通道可以具有所需的任何形状。最关键的是冷却剂能够流动通过所述基体。原则上，根据本发明的冷却器的基体可以设计为允许任何冷却剂流动通过该基体。但是，根据本发明的冷却器优选地用于采用空气(优选环境空气)作为冷却剂的飞机冷却系统。因此，所述基体，尤其是形成在所述基体内的冷却剂通道优选地设计为使得空气能够无阻碍地流动通过所述基体。

根据本发明的冷却器的基体可以仅设置有如下冷却剂通道，通过该冷却剂通道冷却剂能够供应到飞机上的发热装置以直接进行冷却。可选择地，所述冷却器也可以设计为热交换器的形式。因此，除了多个冷却剂通道之外，所述基体上还可以形成有多个传热介质通道，在所述冷却器工作过程中，待冷却的传热介质流动通过所述多个传热介质通道。在冷却剂通过所述冷却剂通道时，该冷却剂中含有的冷却能量能够传递给待冷却的传热介质，从而能够使得所述传热介质冷却。最后，可以想到的是，根据本发明的冷却器既用作热交换器，又用于供应冷却剂以直接冷却飞机上的发热装置。因此，在冷却剂流动通过所述基体时，所述冷却剂可以将冷却能量直接传递给传热介质，并且该冷却剂在流动通过所述基体之前或者之后还可以用于直接冷却飞机上的发热部件或发热系统。

根据本发明的冷却器的基体设计成形成飞机外壳的一部分。也就是说，根据本发明的冷却器的基体在形状、尺寸和结构性能能够使得所述基体作为飞机外壳的一部分。此外，根据本发明的冷却器的基体的构成材料允许所述基体作为飞机外壳的部分。例如，所述基体可以由金属或塑料，特别是纤维增强塑料材料构成。