带燃料冷却的热管理系统的制作方法

1.本主题大体上涉及功率和/或热管理系统，并且更具体地，涉及利用发动机和/或运载工具的燃料来用于再生冷却容量的热管理系统。


背景技术：

2.诸如飞行器的运载工具，以及例如可用于这种运载工具的发电或用于其他应用的诸如燃气涡轮发动机的发动机，通常具有一个或多个生成热量的系统。通常，提供热管理系统(tms)来管理运载工具和/或发动机的热量生成。然而，tms往往在低冷却需求时段期间(即，当热量生成低时)生成冷却容量，并且在高冷却需求时段期间可能无法生成足够的冷却容量。因此，过量的冷却容量通常会损失并且当需要增加冷却容量时不可获得。因此，对于有助于克服这些问题和/或利用潜在机会(诸如发动机和/或运载工具燃料的热容量)的诸如飞行器的运载工具、发动机(包括运载工具的发动机)和热管理系统的改进将是有用的。


技术实现要素：

3.本发明的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来学习。
4.在本主题的一个示例性实施例中，提供了一种系统。该系统包括：冷却剂流动路径，具有冷却剂流过其中；冷却系统，用于冷却沿着冷却剂流动路径设置的冷却剂；燃料流动路径，具有燃料流过其中；和冷却剂燃料热交换器，用于冷却剂与燃料之间的热传递以冷却燃料。冷却剂燃料热交换器被流体连接到冷却剂流动路径和燃料流动路径两者。该系统进一步包括燃料箱，用于累积冷却燃料。燃料与第一热负载热连通以冷却第一热负载。
5.在本主题的另一示例性实施例中，提供了一种系统。该系统包括：冷却剂流动路径，具有冷却剂流过其中；燃料流动路径，具有燃料流过其中；热传输流动路径，具有热传输流体流过其中；燃料传输热交换器，用于燃料与热传输流体之间的热传递以冷却燃料，燃料传输热交换器流体地连接到燃料流动路径和热传输流动路径两者；和燃料箱，用于累积冷却燃料，其中燃料与第一热负载热连通以冷却第一热负载，并且热传输流体与第二热负载热连通以冷却第二热负载。
6.在本主题的又一示例性实施例中，提供了一种操作系统的方法。该方法包括：使冷却剂沿着冷却剂流动路径流动，冷却剂流动路径包括冷却系统，使得冷却剂经过冷却系统以冷却冷却剂，冷却剂流动路径进一步包括冷却剂冷却的热负载l
cool
；使燃料沿着燃料流动路径流动，燃料流动路径包括用于累积燃料的燃料箱和燃料冷却的热负载l
fuel
；使冷却剂和燃料两者经过冷却剂燃料热交换器以冷却燃料；和控制燃料从冷却剂燃料热交换器到用于累积冷却燃料的燃料箱的流动。冷却剂具有热容量tc
cool
，并且燃料具有热容量tc
fuel
。
7.参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好地理解。并入本说明书中并构成本说明书一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与
说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
8.在参考附图的说明书中，针对本领域普通技术人员，阐述了本发明包括其最佳模式的完整且能够实现的公开，其中：
9.图1a是根据本主题的示例性实施例的飞行器运载工具的俯视图。
10.图1b是图1a的示例性飞行器运载工具的侧视图。
11.图1c是根据本主题的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面图。
12.图2a-9b是根据本主题的各种示例性实施例的热管理系统的流程图。
具体实施方式
13.现在将详细地参考本发明的实施例，本发明的实施例的一个或多个示例在附图中被图示。详细描述使用数字和字母标记来指代图中的特征。图和描述中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或相似的部分。
[0014]“示例性”一词在本文中用于表示“用作示例、实例或图示”。本文中描述为“示例性”的任何实施不一定被解释比其他实施优选或有利。
[0015]
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件区别于另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
[0016]
术语“前向”和“后向”指的是燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，并且指的是燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前向指的是更靠近发动机入口的位置，以及后向指的是更靠近发动机喷嘴或排气的位置。
[0017]
术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指的是流体从其流动的方向，“下游”指的是流体向其流动的方向。
[0018]
除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”，“附接到”等指的是两者直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征来间接联接、固定或附接。
[0019]
除非上下文另有明确指出，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数参考。
[0020]
本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰任何可以允许变化而不会导致与之相关的基本功能改变的定量表示。因此，由例如“大约”、“近似”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。近似语言可以指的是在单个值、值的范围和/或限定值的范围的端点中的任何一个的 /-1、2、4、10、15或20％的余量内。
[0021]
这里以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指出，否则这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
[0022]
现在参考附图，其中在所有图中，相同的数字表示相同的元件。图1a提供可并入本主题的各种实施例中的示例性飞行器运载工具10的俯视图。图1b提供如图1a所示的飞行器10的左舷24的视图。如图1a和1b共同所示，飞行器10限定延伸穿过其中的纵向方向l、竖直方向v、横向方向tv、前向端14和后向端16。
[0023]
此外，飞行器10包括从飞行器10的前向端14朝向飞行器10的后向端16纵向延伸的机身20，以及一对机翼22，或者更确切地说，第一机翼22a和第二机翼22b。第一机翼22a从机身20的左舷24大致沿着相对于纵向方向l的横向方向tv从机身20向外延伸。进一步地，第二机翼22b类似地从机身20的右舷26大致沿着相对于纵向方向l的横向方向tv从机身20向外延伸。所描绘的示例性实施例的每个机翼22a、22b包括一个或多个前缘襟翼28和一个或多个后缘襟翼30。
[0024]
仍参考图1a和1b的示例性飞行器10，飞行器10进一步包括竖直稳定器32和一对水平稳定器36，竖直稳定器32具有用于偏航控制的方向舵襟翼34，每个水平稳定器36具有用于桨距控制的升降舵襟翼38。机身20另外包括外表面40。然而，应当理解，在本公开的其他示例性实施例中，飞行器10可以另外或替代地包括可以直接沿着竖直方向v或水平/横向方向tv延伸或可以不直接沿着竖直方向v或水平/横向方向tv延伸的稳定器的任何其他适当构造。此外，替代的稳定器可以是任何合适的形状、尺寸、构造或取向，同时保持在本主题的范围内。
[0025]
图1a和1b的示例性飞行器10还包括推进系统。所描绘的示例性推进系统包括多个飞行器发动机，这些飞行器发动机中的至少一个飞行器发动机被安装到一对机翼22a、22b中的每一个机翼。具体地，多个飞行器发动机包括安装到第一机翼22a的第一飞行器发动机42和安装到第二机翼22b的第二飞行器发动机44。在至少某些示例性实施例中，飞行器发动机42、44可以被构造成以翼下构造悬挂在机翼22a、22b下方的涡轮风扇喷气发动机(参见例如图1c)。然而，替代地，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的飞行器发动机。例如，在其他示例性实施例中，第一和/或第二飞行器发动机42、44可以被构造成涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。进一步地，在还有的其他示例性实施例中，推进系统可以包括一个或多个电动或混合电动飞行器发动机(例如，电风扇)。
[0026]
现在参考图1c，提供根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面图。更具体地，对于图1c的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机200，在本文中称为“涡轮风扇发动机200”或“发动机200”。值得注意的是，在至少某些实施例中，图1a和1b的飞行器发动机42、44可以以与下面讨论的图1c中描绘的示例性涡轮风扇发动机200基本相同的方式来被构造。
[0027]
如图1c所示，涡轮风扇发动机200限定轴向方向a(平行于提供用于参考的纵向中心线201延伸)、径向方向r和周向方向(围绕轴向方向a延伸；图1c中未描绘)。通常，涡轮风扇发动机200包括风扇区段202和设置在风扇区段202下游的涡轮机204。
[0028]
所描绘的示例性涡轮机204大体上包括限定环形入口208的基本管状的外壳206。外壳206以串行流动关系包围包括增压器或低压(lp)压缩机210和高压(hp)压缩机212的压缩机区段；燃烧区段214；包括高压(hp)涡轮216和低压(lp)涡轮218的涡轮区段；和喷射排气喷嘴区段220。压缩机区段、燃烧区段214和涡轮区段一起至少部分地限定了从环形入口208延伸到喷射排气喷嘴区段220的核心空气流动路径221。涡轮风扇发动机200进一步包括一个或多个驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机200包括高压(hp)轴或线轴222和低压(lp)轴或线轴224，高压(hp)轴或线轴222将hp涡轮216驱动地连接到hp压缩机212，低压(lp)轴或线轴224将lp涡轮218驱动地连接到lp压缩机210。
[0029]
对于所描绘的实施例，风扇区段202包括风扇226，风扇226具有以间隔开的方式联
接到盘230的多个风扇叶片228。如所描绘的，风扇叶片228大体上沿着径向方向r从盘230向外延伸。风扇叶片228和盘230能够通过lp轴224一起围绕纵向轴线201旋转。在一些实施例中，可以包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，用于将lp轴224的旋转速度逐步降低到更有效的旋转风扇速度。
[0030]
仍参考图1c的示例性实施例，盘230被可旋转的前毂或机舱236覆盖，前毂或机舱236具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片228。另外，示例性风扇区段202包括环形风扇壳体或外机舱238，环形风扇壳体或外机舱238周向地围绕风扇226和/或涡轮机204的至少一部分。应当理解，机舱236可以被构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶240相对于涡轮机204被支撑。此外，机舱238的下游区段242可以在涡轮机204的外部上延伸，以便在其之间限定旁通气流通道244。
[0031]
在涡轮风扇发动机200的操作期间，一定量空气246通过机舱238和/或风扇区段202的关联入口248进入涡轮风扇发动机200。当一定量空气246穿过风扇叶片238时，由箭头250指示的空气246的第一部分被引导或导向到旁通气流通道244中，并且由箭头252指示的空气246的第二部分被引导或导向到lp压缩机210。第一部分空气250和第二部分空气252之间的比率通常被称为旁通比。当第二部分空气252被导向通过高压(hp)压缩机212并进入燃烧区段214时，第二部分空气252的压力随后增加，第二部分空气252在燃烧区段214中与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体254。
[0032]
燃烧气体254被导向通过hp涡轮216，来自燃烧气体254的一部分热能和/或动能在hp涡轮216处经由联接到外壳206的hp涡轮定子轮叶和联接到hp轴或线轴222的hp涡轮转子叶片的连续级被提取，因而使得hp轴或线轴222旋转，从而支持hp压缩机212的操作。然后，燃烧气体254被导向通过lp涡轮218，在lp涡轮218处经由联接到外壳206的lp涡轮定子轮叶和联接到lp轴或线轴224的lp涡轮转子叶片的连续级从燃烧气体254提取第二部分热能和动能，因而使得lp轴或线轴224旋转，从而支持lp压缩机212的操作和/或风扇226的旋转。
[0033]
燃烧气体254随后被导向通过涡轮机204的喷射排气喷嘴区段220以提供推进推力。同时，当第一部分空气250在从涡轮风扇发动机200的风扇喷嘴排气区段256被排放之前被导向通过旁通气流通道244时，第一部分空气250的压力显著增加，也提供了推进推力。hp涡轮216、lp涡轮218和喷射排气喷嘴区段220至少部分地限定了用于将燃烧气体254导向通过涡轮机204的核心空气流动路径221。
[0034]
如上所述，第二部分空气252在燃烧区段214中与燃料混合以产生燃烧气体254。如图1c中示意性地示出，发动机200可以包括用于向发动机200的燃烧区段214提供燃料的燃料输送系统260。燃料输送系统260可以包括燃料箱262和一个或多个燃料输送管路264，燃料输送管路264可以形成从燃料源(燃料箱262)到燃烧区段214的燃料流动路径。然而，在其他实施例中，燃料输送系统260可以被认为是其中安装有发动机200的诸如飞行器10的运载工具的一部分，而不是作为发动机200的一部分。进一步地，应当理解，尽管本文中未描述，但是示例性飞行器10可以包括用于向发动机42、44提供燃料的燃料输送系统，诸如燃料输送系统260，发动机42、44可以被构造成如关于发动机200所描述的那样或可以不被构造成如关于发动机200所描述的那样。
[0035]
应当理解，图1c中描绘的示例性涡轮风扇发动机200仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，任何其他合适的发动机可以与本公开的方面一起使用。例如，在其他实施例
中，发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，诸如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。以这种方式，应当进一步理解，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以具有任何其他适当的构造，诸如轴、压缩机、涡轮、风扇等的任何其他适当数量或布置。此外，尽管图1c中描绘的示例性燃气涡轮发动机被示意性地示出为直接驱动、固定桨距的涡轮风扇发动机200，但是在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮传动的燃气涡轮发动机(即，包括在风扇226和驱动风扇的轴(诸如lp轴224)之间的齿轮箱)，可以是可变桨距的燃气涡轮发动机(即，包括风扇226，风扇226具有能够围绕其各自的桨距轴线p旋转的多个风扇叶片228)、混流式涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、非管道风扇架构等。进一步地，尽管在本文中未描绘出，但是在其它实施例中，燃气涡轮发动机可以是任何其它合适类型的燃气涡轮发动机，诸如并入发电系统的工业燃气涡轮发动机、海运燃气涡轮发动机等。更进一步地，在替代实施例中，本公开的方面可以并入任何其他类型的发动机(诸如往复式发动机)，或以其他方式与任何其他类型的发动机(诸如往复式发动机)一起使用。
[0036]
现在转到图2a和2b，本主题还提供tms，诸如可以与发动机200一起使用。更具体地，热管理系统100(tms 100或系统100)可以管理发动机200和/或其中安装有发动机200的运载工具10的一个或多个系统和/或设备的热瞬变。例如，为了管理热瞬变，可以使用tms 100来冷却发动机200或包括发动机200的运载工具10的一个或多个热负载。
[0037]
如图2a所示，tms 100大体上可以包括具有冷却剂c流过其中的冷却剂流动路径102、具有燃料f流过其中的燃料流动路径104、以及用于冷却剂c与燃料f之间的热传递的冷却剂燃料热交换器106。应当理解，冷却剂燃料热交换器106可以流体地连接到冷却剂流动路径102和燃料流动路径104两者，以将冷却剂c和燃料f放置成彼此热连通。在所描绘的示例性实施例中，燃料f(即，燃料的质量流)用于在流向在燃料冷却的热负载108下游的燃料使用位置110之前冷却热负载108。燃料使用位置110可以例如是发动机的燃烧器或燃烧区段，诸如发动机200的燃烧区段214。在其他实施例中，燃料使用位置110可以是发动机200和/或运载工具10上的一个或多个燃料驱动致动器，一个或多个燃料再循环回路，和/或加力燃烧器或增力器。
[0038]
如图2a中进一步图示的，在一些示例性实施例中，系统100还可以在冷却剂流动路径102中包括用于冷却冷却剂c的冷却系统112。即，如图2所示，冷却系统112可以接收冷却输入114，例如来自冷却剂源的冷却剂c流。冷却剂c流过冷却系统112以将其温度从冷却系统112的入口112a处的输入温度降低到冷却系统112的出口112b处的较低输出温度。更具体地，冷却系统112可以被构造成将冷却剂c的温度减小到低于燃料f的温度，即，来自冷却系统112的冷却剂c的输出温度可以低于流过燃料流动路径104的燃料f的温度。
[0039]
较低输出温度的冷却剂c从冷却系统出口112b沿着冷却剂流动路径102流向冷却剂燃料热交换器106。因此，tms 100经由冷却剂燃料热交换器106将从冷却系统112输出的冷段或冷却剂c热联接到燃料流动路径104。另外或替代地，从冷却系统112输出的冷却剂c的至少一部分可以流向热负载116以冷却热负载116。制冷剂切换阀118可以被定位在冷却剂流动路径102中，以控制流向冷却剂燃料热交换器106和/或冷却剂冷却的热负载116的冷却剂c的量。即，制冷剂切换阀118可以是能够控制冷却剂燃料热交换器106与冷却剂冷却的热负载116之间的分流(flow split)的分流器或调节阀。
[0040]
各种冷却剂c可适于在tms 100中使用。在图2a中图示的示例性实施例中，冷却系
统112和冷却剂流动路径102可以形成闭合回路流动路径。在这种实施例中，冷却系统112可以是制冷系统，诸如闭合回路蒸汽压缩系统，并且冷却剂c可以是制冷剂。更具体地，冷却剂c可以是惰性制冷剂。
[0041]
在其他实施例中，冷却输入114是发动机引气的源，并且冷却系统112是基于空气的冷却系统，诸如空气循环机(acm)。图2b示出了利用来自示例性发动机200的气流的示例性acm冷却系统112。如图2b所示，acm冷却系统112可以包括风扇管道热交换器160、涡轮162、冷却负载热交换器164和压缩机166，其中轴168将涡轮162联接到压缩机166。风扇管道热交换器160可以被定位在发动机200的旁通气流通道或管道244中，并且可以通过与(例如，来自发动机200的旁通气流通道244的)另一空气流(即，风扇流)的热交换来冷却空气流(例如，发动机引气)。冷却的发动机引气流过涡轮162，涡轮162驱动acm冷却系统112。接下来，空气流过冷却负载热交换器164，空气在冷却负载热交换器164处通过与冷却剂c的热交换而被加温，冷却剂c已经通过在冷却剂燃料热交换器106中与燃料f的热交换而被加温。因此，在冷却负载热交换器164中，冷却剂c通过流过acm冷却系统112的空气而被冷却，使得冷却剂c可以通过如本文所述的冷却剂燃料热交换器106中的热交换来冷却燃料f。空气从冷却负载热交换器164流向压缩机166，压缩机166通过涡轮162经由轴168而被驱动，如本领域普通技术人员所理解的，空气可以在压缩机166中被压缩。压缩空气可以流回到风扇流，以完成acm冷却系统112的回路。
[0042]
在一些实施例中，冷却输入114是发动机引气的源，使得冷却剂c是空气。应当理解，在冷却剂c是空气的实施例中，冷却剂燃料热交换器106是直接空气燃料热交换器。在其他实施例中，冷却输入114可以是机械轴功率或电功率。此外，在适当的实施例中，冷却剂流动路径102可以是开放回路，例如，冷却剂c流过冷却系统112和冷却剂流动路径102，到达排气位置136(图4)。下面更详细地描述各种开放回路和闭合回路系统的示例性实施例以及示例性冷却剂。应当理解，也可以使用将冷却剂c的温度减小到低于燃料f的温度的其它合适的手段。
[0043]
制冷循环，诸如可以在冷却系统112中使用和/或由冷却系统112驱动，在操作到恒定热负载时是最有效的，因为热效率能够在部分功率状况下快速下降。因此，冷却系统112可以被操作至恒定的冷却或热容量tc
cool
，其中制冷剂切换阀或分流阀118在冷却剂燃料热交换器106与冷却剂冷却的热负载116之间分配该冷却容量(即，在一温度下的冷却剂质量流)。因此，如下面更详细描述的，系统将在功能上操作以在任何时间满足116的热负载，其中备用冷却容量tc
cool
用于将冷却容量存储在燃料箱或蓄能器120中。冷却系统112可以相对于冷却剂冷却的负载116和冷却剂燃料热交换器106的总冷却需求来确定尺寸，并且对于给定应用，热负载可以在冷却剂回路102与燃料回路104之间以最佳方式被分配，其中冷却剂回路102上的热负载可以被称为热负载l
cool
，并且燃料回路104上的热负载可以被称为热负载l
fuel
。应当理解，冷却剂c或冷却剂回路102的冷却或热容量tc
cool
是冷却剂c或冷却剂回路102的最大可能热传递率的度量。
[0044]
与图2a和2b一致，系统100也可以包括燃料箱120。燃料箱120可以用作蓄能器。更具体地，如图2a和2b所示，离开冷却剂燃料热交换器106的冷却燃料可以沿着燃料流动路径104流动以冷却燃料冷却的热负载108，或者被存储在燃料箱120中以供以后使用。即，由冷却系统112生成的备用冷却容量可以被累积在存储在燃料箱120中的燃料f中以供以后例如
响应于增加的冷却需求使用。因此，燃料回路104具有燃料系统热容量tc
fuel
，其可以被理解为例如在燃料冷却的热负载108处的燃料回路104的最大可能热传递率的度量。
[0045]
例如，在发动机200的某些操作模式期间，例如在飞行器的发动机200的功率输出期间，冷却系统112的冷却容量可以相对高，而例如燃料冷却的热负载108和/或冷却剂冷却的热负载116的冷却需求可以相对低。更具体地，在诸如飞行器起飞的操作模式期间由发动机200生成的功率可能导致相对大或高的冷却输入114和相对大的燃料流率，但是需要冷却的发动机200和/或飞行器的部件尚未被加热到需要大量冷却的水平，即，典型热负载(诸如热负载108、116)的冷却需求相对低。通过接收相对高或大的冷却输入114，冷却系统112可以在流过冷却剂流动路径102的冷却剂c中生成相应的冷却容量。即，增加的冷却输入114可以增加冷却剂c的冷却容量。然而，因为冷却需求相对低，所以增加的冷却容量可能会浪费掉，除非将其存储起来以供以后使用。进一步地，应当理解，在发动机200的其他操作模式(诸如巡航等)期间，冷却输入114可以被减小(例如，与在其他操作模式期间提供给冷却系统112的冷却输入114相比，可以相对低或小)，而例如热负载108和/或热负载116的冷却需求可以增大(例如，与其他操作模式期间的热负载108、116相比，可以相对高或大)。
[0046]
换句话说，冷却系统112的热容量通常与发动机功率成比例，因为冷却系统112最终将热量排放到例如风扇流或管道(诸如发动机200的旁通气流通道244)。燃料冷却容量通常也与发动机功率成比例，因为燃料流率与发动机功率成比例。然而，并非燃料冷却的热负载108和冷却剂冷却的热负载116的全部贡献都与发动机功率成比例。例如，热天的发动机空转可能会在发动机润滑油系统中产生过量的热量，因为发动机燃料流太低而无法吸收全部的油热。进一步地，飞行器系统可以利用冷却剂和燃料冷却的组合，但是这种系统可以是独立于发动机功率操作高散热水平的发电和/或军用系统。因此，在冷却容量与冷却需求之间可能出现不匹配，例如，冷却系统112的冷却容量可能相对高，而热负载108、116的冷却需求相对低，反之亦然。
[0047]
因此，可能有利的是存储在一些操作模式期间生成的过量的冷却容量来用于其他操作模式期间使用，例如，以通过不让过量的冷却容量浪费来增加发动机200和/或运载工具10的效率和/或使所需的冷却容量满足冷却生成减少时段期间的冷却需求。如本文所述，循环通过系统100的燃料f可以提供这种冷却存储。更具体地，过量的冷却容量可以累积在系统100内循环的燃料f中，并且这种累积的冷却容量可以在冷却需求增加时段期间使用。
[0048]
图2a和2b图示了系统100可以包括燃料再循环阀122，用于控制燃料f在冷却剂燃料热交换器106与燃料冷却的热负载108之间的流动。与制冷剂切换阀118类似，燃料再循环阀122可以是能够控制燃料箱120与燃料冷却的热负载108之间的分流的分流器或调节阀，即，燃料再循环阀122可以被定位在燃料流动路径104中以控制流向燃料箱120的燃料f(其可以被称为燃料流f
tank
)的量和/或流向燃料冷却的热负载108的燃料f(其可以被称为燃料流f
cool
)的量。更具体地，燃料再循环阀122可以流体连接到在燃料箱120上游的燃料流动路径104，用于控制到燃料箱120的燃料流f
tank
和/或到燃料冷却的热负载108的燃料流f
cool
。此外，制冷剂切换阀118可以流体地连接到在冷却剂燃料热交换器106上游的冷却剂流动路径102，用于控制冷却剂c到冷却剂燃料热交换器106的流动和/或冷却剂c到冷却剂冷却的热负载116的流动。
[0049]
因此，使用阀118、122中的一个或两个，可以控制提供用于冷却热负载108、116的
流体的流动，以在冷却需求(热负载108和/或116)和/或冷却存储之间分配相应的流体。例如，制冷剂切换阀118可用于控制有多少冷却剂c从冷却系统112通过，以冷却冷却剂冷却的热负载116，或与燃料f交换热量，以将冷却剂的冷却容量存储在燃料f中。类似地，燃料再循环阀122可用于控制有多少燃料f从冷却剂燃料热交换器106通过，以冷却燃料冷却的热负载108，或控制有多少燃料f通向燃料箱120，以存储通过与冷却剂c在冷却剂燃料热交换器106中的热交换而冷却的燃料f。
[0050]
作为操作图2a和2b中所示的系统100的方法的示例，在冷却剂冷却的热负载116的相对低冷却需求时段期间，制冷剂切换阀118可以完全或基本关闭，使得所有或几乎所有的冷却剂c流向冷却剂燃料热交换器106。因此，通过与燃料f在冷却剂燃料热交换器106中的热交换，冷却系统112的过量容量可以存储在燃料箱120中。在冷却剂冷却的热负载116的相对高冷却需求时段期间，制冷剂切换阀118可以完全或基本打开，使得所有或几乎所有的冷却剂c流向冷却剂冷却的热负载116以冷却负载116。进一步地，通过与来自冷却剂燃料热交换器106的出口流混合，可以将由冷却剂冷却的热负载116添加到冷却剂c的热量的一部分排放到燃料f，有效地与燃料f中存储的冷却容量结合以卸载冷却系统112。
[0051]
如上所述，系统100的示例性实施例包括燃料箱120。在一些实施例中，燃料箱120可以是用于将燃料返回到tms 100本地或在tms 100内返回燃料的蓄能器。在其它实施例中，燃料箱120是与发动机200或运载工具10的“主”燃料箱分离的附加或辅助燃料箱。例如，如图2a和2b所示，燃料f可以从主燃料箱(例如燃料箱262)提供到燃料流动路径104，并且由冷却剂c冷却的燃料f可以被存储在设置在燃料流动路径104中的分离的附加或辅助燃料箱120中。更具体地，燃料f可以沿着燃料管路123从主燃料箱262流向燃料流动路径104，例如，来自主燃料箱262的燃料f可以通过流入燃料箱120而进入燃料流动路径104。阀125可以沿着燃料管路123设置，以控制燃料f从主燃料箱262到燃料流动路径104的流动。例如，可以使用阀125来调节来自主燃料箱262的燃料f的流率，使得在燃料使用位置110处的较高燃料需求时段期间，较高流率f
use
被发送到燃料使用位置110。即，阀125可以是分流或分流器阀，在燃料使用位置110(例如，发动机燃烧)与燃料流动路径104之间分流或转向燃料f的流动。然而，在还有的其它实施例中，燃料箱120是主燃料箱。
[0052]
进一步如图2a和2b所示，燃料冷却的热负载108可以设置在由阀125控制的从主燃料箱262到燃料使用位置110的燃料流f
use
的上游或下游。更具体地，如图2a所示，在阀125的任何位置，热负载108布置在阀125的下游。如图2b所示，热负载108设置在用于从主燃料箱262到燃料使用位置110，而不经过燃料箱120和/或冷却剂燃料热交换器106的燃料流f
use
的阀125的上游。
[0053]
还如图2a和2b所示，泵124可以设置在燃料流动路径104中，例如，用于沿着燃料流动路径104驱动燃料f。应当理解，在至少一些实施例中，泵也可以包括在冷却剂流动路径102中，以帮助沿着冷却剂流动路径102驱动冷却剂c。泵124以及包括在系统100中的任何其它泵可以具有任何合适的构造。例如，泵124可以由电输入供电，可以是涡轮泵(包括涡轮和泵)等。
[0054]
此外，应当理解，尽管有时以单数形式描述，但是燃料冷却的热负载108和/或冷却剂冷却的热负载116可以分别表示需要由燃料f和冷却剂c冷却的一个或多个热负载。例如，燃料冷却的热负载108可以是通过与燃料f热连通而冷却的发动机200和/或运载工具10的
两个以上的系统、部件等。作为另一示例，冷却剂冷却的热负载116可以是通过与冷却剂c热连通而冷却的发动机200和/或运载工具10的两个以上的系统、部件等。
[0055]
现在转到图3a，图示了tms 100的另一示例性实施例。如图3a所示，系统100还可以包括具有热传输流体t流过其中的热传输流动路径126，以及用于冷却剂c与热传输流体t之间的热传递的冷却剂传输热交换器128。因此，冷却剂传输热交换器128可以流体地连接到冷却剂流动路径102和热传输流动路径126两者。此外，与燃料f和冷却剂c类似，热传输流体t可用于冷却热负载130，热负载130可以表示来自其中使用系统100的发动机200和/或运载工具10的系统、部件等的一个或多个热负载。例如，传输冷却的热负载130可以包括油箱、预冷却器、和/或发动机和/或运载工具(诸如发动机200和运载工具10)的其他这种部件或系统。应当理解，例如，在热传输回路或流动路径126被插入冷却剂c与热负载之间作为两种介质(诸如空气和燃料)之间的缓冲器的实施例中，热负载130可以与热负载116相同。进一步地，泵132可以设置在热传输流动路径126中，以沿着热传输流动路径126驱动热传输流体t。泵132可以类似于设置在燃料流动路径104中并如上所述的泵124而被构造。
[0056]
在一些实施例中，冷却系统134，诸如蒸汽压缩系统或其他冷却系统，可以设置在热传输流动路径126中。类似于冷却系统112，冷却系统134可以降低从冷却系统134的入口到出口的热传输流体t的温度。在某些实施例中，冷却系统134可用于冷却发动机200和/或运载工具10的特定部件和/或系统。例如，冷却系统134可用于冷却运载工具10的航空电子系统。在其他实施例中，可以省略冷却系统134。
[0057]
如图3a所示，传输冷却的热负载130可以与燃料冷却的热负载108热连通。更具体地，一些热传递可以出现在其中布置热负载130、108的热传输流动路径126与燃料流动路径104之间，以帮助冷却传输冷却的热负载130和/或燃料冷却的热负载108。进一步地，传输冷却的热负载130和燃料冷却的热负载108可以表示其中使用系统100的发动机200和/或运载工具10的总冷却需求。例如，热负载108、130可以表示其中安装系统100的飞行器(诸如运载工具10)的总飞行器冷却需求。因此，热传输流体f和燃料f可以为飞行器的总热负载提供冷却。
[0058]
现在参考图3b，应当理解，在一些实施例中，冷却剂燃料热交换器106和冷却剂传输热交换器128可以相对于冷却剂流动路径102串行布置，而不是如图3a并行布置。更具体地，参考图3b，冷却剂燃料热交换器106和冷却剂传输热交换器128可以布置成使得冷却剂c在流过热交换器106和热交换器128中的另一个之前经过热交换器106和热交换器128中的一个。一对三通切换阀115a、115b可用于例如依据冷却剂冷却的热负载116和/或传输冷却的热负载130的冷却需求来反转冷却剂c相对于热交换器106、128的流动方向。例如，在低冷却需求时段期间，邻近冷却剂传输热交换器128设置的第一三通切换阀115a被布置成使得冷却剂c从冷却系统112流向冷却剂传输热交换器128，以及邻近冷却剂燃料热交换器106设置的第二三通切换阀115b被布置成使得冷却剂c从冷却剂传输热交换器128流向冷却剂燃料热交换器106。应当理解，在低冷却需求时段中，冷却剂c可以流过冷却剂传输热交换器128而没有显著的冷却容量损失，并且因此也可以用于冷却燃料f并在燃料箱120中累积额外的冷却系统容量。冷却剂泵137可以包括在冷却剂流动路径102中，例如，用于以与本文描述的泵124、132类似的方式沿着流动路径102驱动冷却剂c。
[0059]
进一步地，在高冷却需求时段期间，三通切换阀115a、115b被布置成使得冷却剂c
首先流过冷却剂燃料热交换器106，然后流向冷却剂传输热交换器128。因此，在高冷却需求情况下，冷却剂回路或流动路径102可以反转(与低冷却需求情况相比)，以补充冷却系统112的冷却容量，由此在流向冷却剂传输热交换器128之前利用来自燃料箱120的寒冷或冷的燃料f的冷沉(cold sink)来冷却冷却剂c。此外，应当理解，冷却系统或冷却剂c的沉温度将随发动机功率而变化，不依赖于燃料冷却的负载108、冷却剂冷却的热负载116和/或传输冷却的热负载130。因此，“低冷却需求”和“高冷却需求”可对应于发动机操作模式(指示发动机功率)，并且因此对应于冷却剂c的冷却容量，而不是对应于热负载(例如，负载108、116、130)的实际冷却需求。
[0060]
应当理解，图中所示的方框108、116、130可以表示热交换器。例如，显示为沿着燃料流动路径104设置的燃料冷却的热负载108可以是燃料冷却的负载热交换器，用于通过燃料f与热负载的流体之间的热交换来冷却一个或多个热负载。更具体地，图中的方框108可以表示燃料f经由较冷或冷的燃料f与较温热或热的热负载之间的热交换来冷却热负载。类似地，方框116可以表示冷却剂c经由较冷或冷的冷却剂c与较温热或热的热负载之间的热交换来冷却热负载，以及方框130可以表示热传输流体t经由较冷或冷的热传输流体t与较温热或热的热负载之间的热交换来冷却热负载。因此，虽然方框108、116、130中的每一个都可以被称为热负载，但是方框108、116、130可以表示用于相应流体(燃料f、冷却剂c、热传输流体t)与比相应流体f、c、t更温或更热的另一流体之间的热交换的热交换器。
[0061]
现在参考图4，在一些实施例中，tms 100可以包括冷却剂流动路径102、燃料流动路径104和热传输流动路径126，以及冷却系统112、燃料箱120、冷却剂传输热交换器128、燃料冷却的热负载108和传输冷却的热负载130。这些部件102、104、126、112、120、128、108和130中的每一个可以如本文所述地被构造。例如，冷却剂传输热交换器128可以流体地连接到冷却剂流动路径102和热传输流动路径126两者，用于冷却剂c和热传输流体t之间的热交换。
[0062]
图4所示的示例性系统100还包括燃料传输热交换器138，用于燃料f与热传输流体t之间的热传递。燃料传输热交换器138流体地连接到燃料流动路径104和热传输流动路径126两者。进一步地，系统100可以包括被定位在燃料传输热交换器138上游的阀140。阀140可以控制燃料传输热交换器138与传输冷却的热负载130之间的热传输流体t的流动。例如，比如当传输冷却的热负载130的冷却需求相对高时，阀140可用于绕过燃料传输热交换器138(即，完全停止或基本上消除热传输流体t到热交换器130的流动)。相反，例如，当传输冷却的热负载130的冷却需求相对低时，阀140可以完全打开或基本上打开，以允许热传输流体t流过燃料传输热交换器138，从而向燃料回路104卸载冷却容量。因此，在燃料传输热交换器138中的热传输流体t与燃料f之间的热交换可以再生燃料的冷却容量，并且这种燃料冷却容量可以累积在燃料箱120中，例如用于在一个或多个热负载108和/或130的相对高冷却需求时段期间使用。
[0063]
应当理解，图4所示的示例性系统100消除了燃料f与冷却剂c之间的直接热交换。燃料f与冷却剂c之间的这种分离可以防止安全问题。例如，在一些应用中，可能不希望燃料f与空气冷却剂c直接热交换。即，出于安全原因，例如源于失效的热交换器部件，对于至少一些实施例，应避免直接空气燃料热交换器。因此，图4所示的构造可以允许使用空气作为冷却剂c，同时通过将燃料f与热传输流体t进行直接热交换，消除了空气与燃料f之间的直
接热交换。应当理解，当在直接燃料热传输流体热交换器中使用时，热传输流体t可以是被选择用于消除安全问题的工作流体。
[0064]
与图4一致，示例性系统100相对于传输冷却的热负载130被并行图示。然而，应当理解，系统100也可以按串行流顺序布置。更具体地，系统100可以被构造成使得冷却剂传输热交换器128、泵132、燃料传输热交换器138和传输冷却的热负载130串行布置。
[0065]
在各种实施例中，系统100的冷却剂回路102可以是排放到排放位置136的开放回路，或省略排放部136的闭合回路。排放部136可以通向其中使用系统100的发动机和/或运载工具，例如通向发动机200和/或通向运载工具10的其它热负载。应当理解，如图4所示的这种开放回路系统中的冷却系统112可以是基于空气的冷却系统，诸如图2b所示的示例性acm冷却系统112。例如，如关于图2b所述的，风扇管道热交换器160可以被定位在发动机200的旁通气流通道或管道244中，并且可以通过与(例如，来自发动机200的旁通气流通道244的)另一空气流(即，风扇流)的热交换来冷却空气流(例如，发动机引气)。冷却的发动机引气流过涡轮162，涡轮162驱动acm冷却系统112。接下来，空气流过冷却负载热交换器164，空气在冷却负载热交换器164处通过与冷却输入114的热交换而被加温，冷却输入114在图4的实施例中是冷却剂c(并且例如可以是发动机引气)。因此，在冷却负载热交换器164中，冷却剂c通过流过acm冷却系统112的空气而被冷却，使得冷却剂c可以通过如本文所述的冷却剂传输热交换器128中的热交换来冷却热传输流体t。空气从冷却负载热交换器164流向压缩机166，压缩机166通过涡轮162经由轴168而被驱动，如本领域普通技术人员所理解的，空气可以在压缩机166中被压缩。压缩空气可以流回风扇流，以完成acm冷却系统112的回路。同时，在图4的示例性实施例中，冷却剂c沿着冷却剂流动路径102从acm冷却系统112流向冷却剂传输热交换器128以冷却热传输流体t，然后在排放位置136处被排放。
[0066]
现在转到图5a和5b，图示了tms 100的负载平衡的示例性实施例。更具体地说，图5a图示了其中冷却系统112的冷却容量相对低，而冷却需求(例如，来自燃料冷却的热负载108和/或传输冷却的热负载130)相对高的实施例，其可以被称为高需求/低容量实施例。图5b图示了其中冷却系统112的冷却容量相对高，而冷却需求(例如，来自燃料冷却的热负载108和/或传输冷却的热负载130)相对低的实施例，其可以被称为低需求/高容量实施例。在包括图5a和5b的所有图中，虚线表示几乎没有关联流体流过的相关流动路径的部分。即，图中的虚线，诸如图5a和5b中的虚线，可以表示其中阀已经关闭或基本上限制了流体流向这些部分的相关流动路径的部分。
[0067]
进一步地，图5a和5b中所示的示例性实施例使用闭合回路冷却循环，即，冷却剂流动路径102是连续回路，而不是开放有冷却输入114和排放部136。因此，冷却系统112可以是制冷循环，并且冷却剂c可以是惰性工作流体，例如二氧化碳(co2)或其他制冷剂。
[0068]
如图5a的示例性高需求/低容量实施例所示，系统100的各种阀可用于引导冷却流体的流动以满足热负载108和/或130的冷却需求。更具体地，燃料箱120中的燃料f可以是相对寒冷的，使得燃料f将有助于满足燃料冷却的热负载108的冷却需求。燃料流动路径104可以包括燃料再循环阀122和燃料冷却器旁通阀142，以引导燃料f从燃料箱120流过燃料流动路径104。燃料冷却器旁通阀142可以允许在燃料流动路径104中流动的燃料f绕过冷却剂燃料热交换器106，例如，使得从燃料箱120流出的大部分或基本上全部燃料f被引导到燃料冷却的热负载108。类似地，燃料再循环阀122可以允许燃料流动路径104中的大部分或基本上
全部燃料f的流动放弃再循环到燃料箱120，而是流向燃料冷却的热负载108以满足热负载108的冷却需求。
[0069]
在其它实施例中，燃料冷却器旁通阀142可以被省略。例如，燃料f可以连续地流过冷却剂燃料热交换器106，而不会对系统100产生任何负面影响，使得燃料冷却器旁通阀142变得不必要。因此，在至少一些实施例中，可以省略燃料冷却器旁通阀142及其关联的燃料流动路径104的燃料冷却器旁通支管104a。
[0070]
进一步地，冷却剂流动路径102可以包括制冷剂切换阀118，制冷剂切换阀118可以允许大部分或基本上全部冷却剂c绕过冷却剂燃料热交换器106并流向冷却剂传输热交换器128。如本文所述，通过冷却剂传输热交换器128中的热交换，冷却剂c可以冷却热传输流体t，热传输流体t又可用于满足传输冷却的热负载130的冷却需求。因此，通过引导冷却剂c在冷却剂燃料热交换器106与冷却剂传输热交换器128之间的流动，冷却剂切换阀118可以确定传输冷却的负载120与燃料冷却的热负载108之间的冷却分流。
[0071]
在一些实施例中，在图5a所示的系统100的高需求/低容量操作模式期间，可以将相对少量的冷却剂c的冷却容量供应到燃料f。例如，制冷剂切换阀118可以处于部分打开位置以允许小部分的冷却剂流c传到冷却剂燃料热交换器106，同时大量或大部分的冷却剂c流向冷却剂传输热交换器128。同样地，在包括阀142的实施例中，燃料冷却器旁通阀142可以部分地打开以允许小部分的燃料流f传到冷却剂燃料热交换器106以与冷却剂c进行热交换。因此，通过冷却剂燃料热交换器106，冷却剂c可以将它的一些冷却容量供应到燃料f。燃料再循环阀122也可以处于部分打开位置，以允许燃料f再循环到燃料箱120，例如，用于在低冷却需求时段期间存储燃料f以用于再生其冷却容量，和/或用于在燃料冷却的热负载108的相对高冷却需求持续的情况下，使用燃料f以满足这种热负载108的冷却需求。
[0072]
现在参考图5b，图示了示例性低需求/高容量实施例，系统100的各种阀可用于引导冷却流体流，以再生存储在燃料箱120中的燃料f的冷却容量。更具体地，燃料箱120中的燃料f可以是相对温暖的，使得由冷却系统112生成的过量冷却容量(这是因为热负载108、130的冷却需求相对低而造成的过量容量)可以被传到用于存储在燃料箱120中的燃料f，例如，用于稍后在高冷却需求时段期间使用。因此，与图5a的实施例不同，燃料再循环阀122和燃料冷却器旁通阀142可以允许流过燃料流动路径102的大部分或基本上全部燃料f流过冷却剂燃料热交换器106并再循环回到燃料箱120。即，燃料冷却器旁通阀142可以处于关闭或基本上关闭的位置以消除热交换器106的燃料旁通。此外，燃料再循环阀122可以处于打开或基本上打开的位置，以允许已经通过与冷却剂c热交换而冷却的大部分或基本上全部燃料f流回到燃料箱120。应当理解，燃料再循环阀122可以处于适当位置，以允许一部分燃料f作为燃料流f
cool
流向燃料冷却的热负载108，例如，来满足热负载108的相对低的冷却需求，和/或作为燃料流f
use
流向燃料使用位置110。
[0073]
进一步如图5b所示，制冷剂切换阀118可以处于适当位置，以允许大部分或基本上全部冷却剂c流向冷却剂燃料热交换器106以冷却燃料f，并且因此，将冷却剂c的冷却容量传向燃料f。可以允许一部分冷却剂c流向冷却剂传输热交换器128，例如，以冷却热传输流体t，从而满足传输冷却的热负载130的相对低的冷却需求。因此，图5b描绘了示例性实施例，其中由冷却系统112生成的大部分或基本上全部冷却容量被传到燃料f，例如，使燃料f的冷却容量再生。因此，冷却系统112在相对低的冷却需求时段期间生成的冷却容量不必浪
费，而是可以存储在燃料中，例如，用于在较高的冷却需求时段期间使用。
[0074]
应当理解，对于其中系统100与发动机(诸如发动机200)一起使用或在具有发动机的运载工具(诸如飞行器10)中使用的实施例，冷却系统112的冷却容量可以通过发动机功率和/或气流来被确定。更具体地，在高发动机功率和/或气流的时段期间，冷却系统112的冷却容量可以相对高，但是在低发动机功率和/或气流的时段期间，冷却系统112的冷却容量可以相对高。例如，冷却系统112的冷却容量可以通过由发动机引气提供的冷却流来被限制。然而，各种发动机和/或运载工具系统的冷却需求可能与发动机功率和/或气流不匹配，例如，在相对低的发动机功率和/或气流的时段期间，冷却需求可能相对高。因此，图5a和5b中描绘的实施例提供了系统100的示例性构造，用于在给定时段期间满足发动机和/或运载工具系统的冷却需求，尽管在该时段期间由发动机功率和/或气流生成的冷却容量不匹配。如上所述，在高发动机功率/气流和低冷却需求期间生成的冷却容量可以被传到系统100中的燃料f，用于存储，直到低发动机功率/气流和高冷却需求时段为止。因此，图5a和5b的实施例图示了用于平衡tms 100上的负载的系统100的示例性构造。
[0075]
现在转到图6a和6b，在一些实施例中，燃料箱120可用作热交换器，例如，以从tms 100中消除中间热交换器。如上所述，在一些实施例中，可能期望将燃料f与发动机引气直接热交换隔离。因此，图6a和6b中所示的直接燃料箱冷却实施例可以最适于与惰性工作流体一起使用，例如，其中冷却剂c和/或热传输流体t是惰性工作流体。这种工作流体在下面更详细地描述，并且通常是非空气(例如，发动机引气)或燃料f(例如，在发动机200和/或运载工具10的推进系统中以及在系统100中使用的燃料)的工作流体。应当理解，图6a和6b的示例性实施例图示了闭合的冷却剂回路，并且省略了冷却输入114和冷却剂排放部136。
[0076]
特别参考图6a，图示了直接燃料冷却实施例，其中冷却剂c与燃料f之间的热交换出现在燃料箱120处。即，燃料箱120也可以被构造成热交换器，其具有与冷却剂c交换热量并存储燃料f的能力。因此，可以消除在例如图2和3的示例性实施例中示出的分离的冷却剂燃料热交换器106。如图6a所示，燃料箱120可以是从例如燃料输送系统200的燃料箱262接收燃料的辅助燃料箱，燃料输送系统200的燃料箱262可以被称为主燃料箱。制冷剂切换阀118可以将冷却剂c的流动分成两部分，第一部分和第二部分。冷却剂c的第一部分可以从冷却系统112流向燃料箱120，其中冷却剂c通过与燃料f的热交换来冷却燃料f。如本文所述，为了增加系统100的安全性，因为冷却剂c与燃料f的直接热交换关系，所以在这些实施例中的冷却剂c可以是惰性工作流体，诸如惰性制冷剂。
[0077]
如图6a的示例性实施例进一步所示，冷却剂c的第二剩余部分可以流向冷却剂传输热交换器128，用于与热传输流体t进行热交换，如本文所述。燃料f可以从燃料箱120流向燃料冷却的热负载108，例如，以在流向燃料使用位置110之前冷却这种热负载108。热传输流体t可以在热传输流动路径126中循环，以便例如利用通过在冷却剂传输热交换器128中与冷却剂c热交换而冷却的热传输流体t来冷却传输冷却的热负载130。如本文所述，一个或多个传输冷却的热负载130可以与一个或多个燃料冷却的负载热连通，例如用于它们之间的热交换。系统100还可以包括一个或多个泵，诸如燃料流动路径104中的泵124和热传输流动路径126中的泵132，以帮助沿着其流动路径来驱动相关流体。
[0078]
现在参考图6b，图示了一体的燃料冷却实施例，其中热交换在燃料箱120处出现在热传输流体t与燃料f之间。更具体地，图6b的示例性实施例可以图示基于空气的冷却系统
112，诸如利用发动机引气来生成冷却容量的空气循环机。代替空气冷却剂c与燃料f之间的直接热交换，图6b的示例性系统100在燃料箱120处采用热传输流体t与燃料f之间的热交换。即，如关于图6a所述，燃料箱120也可以被构造成热交换器，例如，燃料箱120可以具有与热传输流体t交换热量并存储燃料f的能力。因此，燃料箱120(或更具体地，其中的燃料f)通过热传输流体t而不是通过如图6a所示的冷却剂c被冷却。
[0079]
与图6b一致，示例性系统100还可以包括第二冷却剂传输热交换器144。更具体地，第二冷却剂传输热交换器144可以设置在热传输流动路径126中、在传输冷却的负载130的下游。如图6b所示，热传输流体t可以在第二冷却剂传输热交换器144中与冷却剂c交换热量，即，热传输流体t可以通过冷却剂c被冷却。然后，热传输流体t可以流向燃料箱120，燃料箱120被构造成如上所述的热交换器，用于与燃料f进行热交换，即，热传输流体t可以冷却燃料f。热传输流体t可以从燃料箱120流向第一冷却剂传输热交换器128，用于在流向传输冷却的热负载130以冷却热负载130之前与冷却剂c进行热交换，即，热传输流体t可以在流向热负载130之前通过冷却剂c被冷却，以满足热负载130的冷却需求。因此，如图6b的示例性实施例所示，第二冷却剂传输热交换器144可以设置在冷却剂流动路径102与燃料流动路径104之间，以经由热传输流体t将冷却剂c的冷却容量传递到燃料f。如图6b进一步所示，使用制冷剂切换阀118，冷却剂c的流动可以在第一冷却剂传输热交换器128与第二冷却剂传输热交换器144之间被分流，这可能使冷却剂传输热交换器128的容量降级。然而，可以通过传输冷却的热负载130与燃料冷却的热负载108之间的热交换和/或通过第二冷却剂传输热交换器144处的热交换来补偿热交换容量中的任何降级。
[0080]
图6a和6b的示例性实施例具有并行的第一冷却剂传输热交换器128和经由燃料箱120处的热交换的燃料冷却。转到图7a和7b，示例性直接燃料冷却tms 100也可以串行布置。例如，如图7a的示例性实施例所示，在冷却剂传输热交换器128的上游，燃料f可以经由在燃料箱120处与冷却剂c的热交换而被冷却。更具体地，冷却剂c首先流向燃料箱120热交换器，然后流向冷却剂传输热交换器128，而不是如图6a所示的基本上同时流向燃料箱120处的热交换器和冷却剂传输热交换器128。
[0081]
图7b图示了冷却剂流动路径102的冷却剂旁通管路102a，其可以允许调节冷却剂c到燃料箱120处的热交换器的流动。例如，使用设置在冷却剂流动路径102中的再生器调节阀146，可以允许冷却剂c例如以由阀146打开或关闭的程度所确定的流率流向燃料箱120，或者可以基本上禁止冷却剂c流向燃料箱120。可以基于例如燃料冷却和/或传输冷却的热负载108、130的冷却需求来调节冷却剂c的流动。
[0082]
因此，图7a和7b描绘了示例性实施例，其中燃料箱120可以被持续冷却(即，冷却剂c到燃料箱120的流动可以如7a图所示的不受调控)，或者其中燃料箱120的冷却被调节(例如，使用如图7b所示的再生器调节阀146和冷却剂旁通管路102a)。应当理解，如本文所使用的，更具体地，术语“冷却燃料箱120”等指的是通过与诸如冷却剂c和/或热传输流体t的工作流体的热传递来冷却燃料f。如本文所述的，燃料f可以通过与一个或多个工作流体的热交换而被冷却，并且给予燃料f的冷却容量可以被存储和/或累积在燃料箱120中。因此，“冷却燃料箱120”可以意指冷却容量在燃料箱120中的累积。
[0083]
现在参考图8a和8b，将更详细地描述燃料传输容量共享的示例性实施例。如本文所讨论的，冷却容量可以累积和/或存储在燃料f中，例如，用于在冷却需求相对高但诸如冷
却剂c和/或热传输流体t的工作流体的冷却容量相对低时的时段期间使用。图8a和8b图示了tms 100的示例性实施例，其中燃料传输热交换器138设置在冷却剂传输热交换器128的下游，其可以例如在燃料f比从冷却系统112排出的冷却剂c更冷并且传输冷却的热负载130的冷却需求高于或大于燃料冷却的热负载108的冷却需求的情况下，进一步冷却热传输流体t。更具体地，图8a图示了示例性实施例，其中当冷却系统112的冷却容量相对于冷却需求而相对低时，燃料f从燃料箱120被排出。图8b图示了当冷却系统112的冷却容量相对于冷却需求而相对高时的燃料箱冷却/再生的示例性实施例。图8a和8b的示例性实施例图示了闭合的冷却剂回路，并且省略了冷却输入114和冷却剂排放部136。
[0084]
特别参考图8a，为了帮助满足相对高的冷却需求，冷却剂c可以例如通过再生器调节阀146的调节来绕过燃料箱120(否则冷却剂c将会在燃料箱120处与燃料f交换热量)。因此，全部或基本上全部冷却剂c可以流向冷却剂传输热交换器128，经由冷却剂旁通管路102a绕过燃料箱120，使得冷却容量可以从冷却剂c被传递到热传输流体t。进一步地，燃料f可以流向燃料传输热交换器138，使得累积在燃料f中的冷却容量可以被传递到热传输流体t。因此，可以通过与冷却剂c和/或燃料f进行热交换来冷却热传输流体t，以帮助满足传输冷却的热负载130的冷却需求。
[0085]
如图8a所示，传输调节阀148可以设置在热传输流动路径126中、在燃料传输热交换器138的上游，以调节热传输流体t在燃料传输热交换器138与传输冷却的热负载130之间的流动。例如，传输调节阀148可用于将全部或基本上全部热传输流体t引导至燃料传输热交换器138，以用于与燃料f进行热交换。此外，燃料调节阀150可以设置在燃料流动路径104中、在燃料传输热交换器138的上游，以调节燃料f到燃料传输热交换器138的流动。例如，如图8a所示，燃料调节阀150可用于将全部或基本上全部燃料f引导至燃料传输热交换器138，以用于与热传输流体t进行热交换。因此，阀148、150可以帮助使热传输流体t与燃料f热连通，以用于在燃料f与热传输流体t之间共享冷却容量。
[0086]
转到图8b，当冷却需求相对低时，可以将过量冷却容量传递到燃料f，以用于在燃料箱120中累积冷却容量，例如，直到在较高冷却需求时段期间需要过量冷却容量为止。与图8a的实施例不同，为了将冷却容量传递到燃料f，再生器调节阀146将冷却剂c的流动引导到燃料箱120，以用于与燃料f进行热交换。即，冷却剂c可以从冷却系统112被引导到燃料箱120，以通过与燃料箱120热交换器中的燃料f进行热交换来冷却燃料f。进一步地，传输调节阀148和燃料调节阀150可以分别引导热传输流体t和燃料f远离燃料传输热交换器138。更具体地，燃料传输热交换器138可以被热传输流体t和燃料f两者绕过，以避免热传输流体t与燃料f之间的热交换。如图8b所示，传输调节阀138可以将热传输流体t引导至传输旁通管路126a，传输旁通管路126a绕过燃料传输热交换器138，使得热传输流体t可以从冷却剂传输热交换器128流向传输冷却的热负载130。因此，在相对低的冷却需求的时段期间，冷却剂c的冷却容量可以被传到燃料f，例如，用于存储和/或累积在燃料箱120中，用于较高的冷却需求和/或冷却系统112的较低的冷却生成的时段。
[0087]
现在参考图9a和9b，将更详细地描述tms 100的冷却剂燃料容量共享的示例性实施例。类似于图8a，图9a图示了相对于冷却需求实施例的低冷却容量，其中冷或寒冷的燃料从燃料箱120被排出以帮助满足冷却需求。与图8b一样，图9b图示了相对于冷却需求实施例的高冷却容量，其中出现寒冷/冷的燃料的再生，即，燃料f被冷却并被存储在燃料箱120中
以供以后使用(例如，用于在高冷却需求时段期间使用)。图9a和9b的示例性实施例图示了闭合的冷却剂回路，并且省略了冷却输入114和冷却剂排放部136。
[0088]
如图9a和9b所示。在冷却剂燃料热交换器106和燃料箱120两者处，可以在冷却剂c与燃料f之间出现热交换。进一步地，两个热交换器，即冷却剂燃料热交换器106和燃料箱120，可以被定位在冷却系统112的下游和冷却剂传输热交换器128的上游。特别参考图9a，当冷却需求与冷却容量相比相对高时，燃料箱120可以通过在冷却剂流动路径102中操纵制冷剂切换阀118而与冷却剂c热交换隔离。因此，全部或基本上全部冷却剂c可以流向冷却剂燃料热交换器106以用于与燃料f热交换。应当理解，燃料f可以具有存储和/或累积在其中的过量冷却容量，并且冷却系统112的冷却容量可以相对低，使得燃料f通过冷却剂燃料热交换器106中的热交换而将冷却容量给予冷却剂c。然后，燃料f可以流向燃料冷却的热负载108，例如，以满足这种负载的冷却需求。
[0089]
可以已如上所述通过燃料f被冷却的冷却剂c可以从冷却剂燃料热交换器106流向冷却剂传输热交换器128以用于与热传输流体t进行热交换。应当理解，冷却剂c可以通过在冷却剂传输热交换器128中与热传输流体t进行热交换来冷却热传输流体t。然后，冷却剂c可以循环回到冷却系统112，而热传输流体t可以沿着传输流动路径126流向传输冷却的热负载130，例如，以在循环回到冷却剂传输热交换器128之前满足热负载130的冷却需求。
[0090]
转到图9b，在相对低的冷却需求的时段期间，冷却剂c可以具有过量的冷却容量，过量的冷却容量可能会浪费掉，除非过量的冷却容量如本文所述的被存储或累积在例如燃料f中。因此，图9b的示例性实施例图示了制冷剂切换阀118和燃料调节阀150可用于调节冷却剂c和燃料f的流动，使得过量的冷却容量可以累积在燃料箱120中。如图9b所示，制冷剂切换阀118将冷却剂c的流动引导到燃料箱120，在燃料箱120中，冷却剂c和燃料f之间的热交换冷却燃料f，并且冷却的燃料f可以存储和/或累积在燃料箱120中。冷却剂c可以从燃料箱120流向冷却剂传输热交换器128。燃料调节阀150可以将燃料f的流动从燃料箱120引导到燃料冷却的热负载108，如果燃料冷却的热负载108的冷却需求相对低，则燃料f可以相对低。在一些实施例中，可以通过燃料使用位置110处所需的燃料量来指定燃料f从燃料箱120到燃料冷却的热负载108的流率，例如，在燃料使用位置110处满足燃料燃烧需要的足够燃料f可以从燃料箱120流出，同时其余燃料f存储/累积在燃料箱120中。因此，冷却剂c和燃料f中的每一个可以绕过冷却剂燃料热交换器106。这样，在传输冷却的热负载130和/或燃料冷却的热负载108的相对低的冷却需求时段期间由冷却系统112生成的冷却容量可以存储和/或累积在保持在燃料箱120中的燃料f中。
[0091]
应当理解，系统100的前述描述还可以理解为描述操作系统100的一种或多种方法，例如，用于在运载工具的燃料中存储和/或累积冷却容量。例如，参考图3a，操作系统100的示例性方法可以包括将冷却剂c的流动引导到冷却剂流动路径102并且使冷却剂c沿着冷却剂流动路径102流动。该方法还可以包括操作设置在冷却剂流动路径102中的冷却系统112以冷却冷却剂c。如图3a进一步所示，该方法可以包括使燃料f流过燃料流动路径104，并且燃料流动路径104可以包括用于累积燃料f的燃料箱120。如本文所述，使燃料f流动可以包括泵送燃料f，其中燃料f可以通过图3a所示的泵124被泵送或被诱导流过燃料流动路径104。
[0092]
此外，图3a所示的操作tms 100的方法可以包括控制冷却剂c到冷却剂燃料热交换
器106的流动并且使冷却剂c和燃料f两者都经过冷却剂燃料热交换器106。如图3a所示，冷却剂燃料热交换器106可以被设置成使得冷却剂流动路径102和燃料流动路径104两者都经过其中。因此，如本文所述，该方法可以包括利用制冷剂切换阀118来调节或控制冷却剂c在冷却剂燃料热交换器106与冷却剂传输热交换器128之间的流动。
[0093]
该方法进一步可以包括控制燃料f从冷却剂燃料热交换器106的流动，使得燃料f流向燃料箱120，例如用于在其中累积和/或存储冷却的燃料f，和/或流向一个或多个燃料冷却的热负载108，例如用于冷却这些负载。如本文所述，使用燃料再循环阀122，燃料f可以流向燃料箱120或燃料冷却的热负载108，或者阀122可以将一部分燃料f引导到燃料箱120，并且将其余燃料f引导到燃料冷却的热负载108。进一步地，图3a中所示的操作方法可以包括使燃料f从燃料冷却的热负载108流向燃料使用位置110。
[0094]
如图3a所示，该方法还可以包括使热传输流体t沿着热传输流动路径126流动。此外，该方法可以包括使冷却剂c流向冷却剂传输热交换器128，和使热传输流体t流向冷却剂传输热交换器128，其中冷却剂传输热交换器128被设置成使得冷却剂流动路径102和热传输流动路径126两者都经过其中。如图3a进一步所示，该方法还可以包括使热传输流体t流向一个或多个传输冷却的热负载130，例如用于冷却这些负载。
[0095]
虽然上面关于图3a进行了详细说明，但是应当理解，可以关于本文描述和图中所示的各种示例性tms 100中的每一个来描述操作tms 100的方法。即，该方法可以根据图2-9b中所示的tms 100的各种实施例而改变，但是操作方法可以关于各种实施例中的每一个而被理解。通常，操作相应tms 100的每个方法可以包括操作冷却系统112，以在例如发动机和/或运载工具的各种操作状况下相对于各种热负载提供额外的冷却容量。额外的冷却容量可用于冷却燃料f，燃料f可以累积在燃料箱120中，例如，以便在冷却系统112不能供应所需的冷却容量时的操作状况期间为各种热负载提供所需的冷却容量。
[0096]
如本文所述，进入系统100的燃料f不会返回其来源；进入燃料流动路径104的燃料f再循环通过燃料流动路径104，或者流向燃料使用位置110，例如用于发动机燃烧。因此，到燃料冷却的热负载108的燃料流f
cool
等于到燃料使用位置110的燃料流f
use
，即，燃料f从燃料冷却的热负载108流向燃料使用位置110，使得f
cool
＝f
use
。进一步地，例如，如图2a和2b所示，从主燃料箱262进入系统100的至少一部分燃料流可以作为燃料流f
use
通过阀125被转向到燃料使用位置110，而不经过燃料回路104。因此，系统100的总燃料流f
total
是到燃料箱120的燃料流f
tank
与到热负载108的燃料流f
cool
或到燃料使用位置110的燃料流f
use
的总和，即，f
total
＝f
tank
f
cool
或f
total
＝f
tank
f
use
。对于系统100内的燃料流，在f
tank
与f
use
之间的燃料分流可以是1:1比率、2:1比率、或在到燃料箱120的燃料流f
tank
与到燃料使用位置110的燃料流f
use
之间的总燃料流f
total
的任何其它适当分流。
[0097]
此外，如本文所述，当冷却容量tc
cool
超过冷却负载l
cool
时，燃料箱120充入或累积燃料f。即，当冷却容量tc
cool
超过冷却负载l
cool
时，到燃料箱120的燃料流f
tank
大于零(0)，使得当tc
cool
》l
cool
时，f
tank
》0。进一步地，对燃料箱120充入意味着相比于进入燃料使用位置110，更多的燃料f进入燃料箱120，即，当冷却容量tc
cool
超过冷却负载l
cool
时，燃料流f
tank
与燃料流f
use
的比率大于一(1)，或者当tc
cool
》l
cool
时，f
tank
/f
use
》1。相反，当燃料冷却或热负载l
fuel
超过燃料冷却或热容量tc
fuel
时，燃料箱120被排出，或冷却燃料f从燃料箱120流出。即，当热负载l
fuel
大于燃料热容量tc
fuel
时，燃料流f
tank
小于零(0)，表示来自燃料箱120的燃料
流，使得当tc
fuel
《l
fuel
时，f
tank
《0。另外，当燃料热负载l
fuel
超过燃料热容量tc
fuel
时，燃料箱120的排出意味着多于一半或50％的燃料流f
use
从燃料箱120流出，即，燃料流f
tank
与燃料流f
use
的比率小于-50％(负百分之五十，其中负值指示来自燃料箱120或从燃料箱120离开的燃料流)，或当l
fuel
》tc
fuel
时，f
tank
/f
use
》-0.50。如本文所述，可以调节一个或多个阀，例如阀122、125，以控制燃料f到燃料箱120和燃料使用位置110的流动。因此，一个或多个阀，例如阀122、125，可以被定位成控制燃料流f，使得当tc
cool
》l
cool
时，f
tank
/f
use
》1，并且可以被定位成控制燃料流f，使得当l
fuel
》tc
fuel
时，f
tank
/f
use
》-0.50。
[0098]
如本文进一步所述，冷却剂回路102上的热负载l
cool
不依赖于燃料回路104上的热负载l
fuel
，例如，热负载可以是油冷却、航空电子设备/电子设备、运载工具环境控制等。然而，冷却剂回路102的热容量tc
cool
可以与燃料回路104的热容量tc
fuel
有关，例如，因为发动机200(其燃烧燃料f)也是运载工具的动力装置，并且向冷却剂回路102的冷却剂系统112提供能量或质量流输入。此外，燃料冷却或热容量tc
fuel
取决于到燃料使用位置110的燃料流f
use
(例如，燃料f的燃烧流率)和燃料供应温度。
[0099]
在图中所示的系统100的至少一些实施例中，包括阀和在一些情况下的附加流体导管，以绕过每个热交换器和/或系统100的其他部件。然而，应当理解，在一些实施例中，使阀和/或导管最小化可能是期望的。例如，减少数量的阀和/或导管可以降低系统100的复杂性、重量等。降低的系统复杂性可以提供制造、安装和服务优点(诸如减少制造、安装和/或服务的时间和成本，以及与更复杂的系统相比，需要更小的安装包络)。减轻重量可以提供诸如提高发动机效率、降低燃料燃烧要求等优点。因此，对于至少一些实施例，可以优化阀和/或导管的数量，例如，使得不为每个热交换器提供旁通管路，但是允许相应的流体流过相应的热交换器。作为一个示例，在一些实施例中，图5a和5b中所示的燃料冷却器旁通阀142连同燃料流动路径104的燃料冷却器旁通管路104a一起可以被省略，其中燃料f改为总是经过冷却剂燃料热交换器106。
[0100]
进一步地，在一些实施例中，系统100可以包括控制系统300，例如，用于打开和/或关闭可以包括在系统100的相应构造中的一个或多个阀118、122、140、142、146、148、150和/或用于调节可以包括在系统100中的一个或多个泵124、132的泵速。示例性控制系统300在图2中示出。应当理解，图3-9b中所示的系统100的任何实施例还可以包括控制系统300。此外，阀118、122、140、142、146、148、150和/或泵124、132也可以以其它方式来被控制。例如，在适当的实施例中，一个或多个阀118、122、140、142、146、148、150可以例如通过系统100内和/或系统100外部的温度和/或压力而被被动致动。因此，系统100的一个或多个阀118、122、140、142、146、148、150可以被称为主动系统(例如，由控制系统300或其他致动系统或部件控制)或被动系统(例如，如所述的被动致动)，用于控制系统100中的流体流(例如，冷却剂c的流动和/或燃料f的流动)。
[0101]
如图2所示，示例性控制系统300包括控制器302，其中控制器302可操作地连接到每个阀118、122以及泵124。具体地，控制器302大体上包括网络接口304。网络接口304可以与任何合适的有线或无线通信网络一起操作，用于与例如tms 100、发动机200的其他部件和/或未示出的其他部件或系统通信数据。如使用虚线所示，对于图2的示例性实施例，网络接口304利用无线通信网络306来与其他部件通信数据。更具体地，通过控制器302的网络接口304和无线通信网络306，控制器302可以被可操作地联接到包括在系统100的特定实施例
中的一个或多个阀118、122、140、142、146、148、150和/或泵124、132中的每一个。当然，应当理解，虽然网络接口304对于图2的示例性实施例使用了无线通信网络306，但是在其他实施例中，网络接口304可以改为使用有线通信网络或有线和无线通信网络的组合。
[0102]
仍参考图2，控制器302进一步包括一个或多个处理器308和存储器310。存储器310存储能够由一个或多个处理器308访问的数据312和指令314。一个或多个处理器208可以包括任何合适的处理设备，诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑设备和/或其他合适的处理设备。一个或多个存储器设备310可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非瞬时性计算机可读介质、ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器设备。当由一个或多个处理器308执行指令314时，指令314使控制系统300执行功能。存储器310内的指令314可以是任何指令集，当该指令集被一个或多个处理器308执行时，使一个或多个处理器308执行操作，诸如本文描述的一个或多个操作。在某些示例性实施例中，存储器310内的指令314可以是以任何合适的编程语言编写的软件，或者可以在硬件中实现。另外和/或替代地，指令可以在处理器308上的逻辑和/或虚拟分离线程中执行。存储器装置310可以进一步存储能够由处理器308访问的其它数据314。
[0103]
以这种方式，应当理解，在至少某些示例性实施例中，控制器302可以被构造成从一个或多个传感器和/或部件接收数据，并且可以响应于从一个或多个传感器和/或部件接收到的数据来控制tms 100的操作。例如，示例性控制器302可以被构造成响应于从冷却剂冷却的热负载116和/或燃料冷却的热负载108接收到的数据来操作制冷剂切换阀118(例如，响应于接收指示冷却剂冷却的热负载116的增加的冷却需求的数据来增加冷却剂c到冷却剂冷却的热负载116的流动)。另外和/或替代地，示例性控制器302可以被构造成响应于接收指示在燃料使用位置110处所需的燃料流的数据来操作燃料泵124。控制器302可以使用其它数据来控制系统100的特定构造的一个或多个阀和/或一个或多个泵，其中系统100的各种示例性构造被图示在图2-9b中。
[0104]
在一些实施例中，控制系统300和/或控制器302可以是自动数字控制(例如，飞行器上的全权限数字发动机控制(fadec))的一部分，其控制发动机(诸如发动机200)的一个或多个方面。例如，控制器302可以例如是fadec的电子发动机控制器(eec)或电子控制单元(ecu)，并且除了本文所述的功能之外，还可以控制燃料流动、发动机几何形状和其他参数，以在操作期间，诸如在飞行器的起飞、飞行和着陆期间，优化发动机200的性能。可以使用来自系统(诸如航空电子系统)的数字信号将诸如飞行状态、飞行器系统状态和飞行员命令的各种参数通信到控制器302。如本文所述，控制器302可以包括用于执行各种操作和功能的各种部件，诸如一个或多个处理器308和一个或多个存储器设备310。在其他实施例中，控制器302可以执行本文所述的特定功能，并且一个或多个其他控制器可以控制各种参数以优化除了那些特定的功能以外的发动机200的性能。
[0105]
应当理解，燃料f可以是任何合适或适当的燃料，例如，用于在发动机200和/或运载工具10中使用。例如，在一些实施例中，燃料可以是喷气燃料或喷气推进剂(jp)。在进一步的实施例中，例如，当发动机100是高超音速推进发动机和/或运载工具200是高超音速运载工具时，燃料可以是低温的或近低温的。
[0106]
进一步地，冷却剂c可以是用于在冷却系统112中使用的任何合适或适当的冷却剂。例如，系统100的冷却系统112模块可以是制冷循环，并且冷却剂c可以是制冷剂。在其它
实施例中，如本文所述，系统100可以是利用空气(诸如来自发动机200和/或运载工具10的引气)作为冷却系统112中的冷却剂c的开放系统，并且空气冷却剂可以进入系统100并从系统100被排放，而不是在冷却剂流动路径回路102中继续循环通过系统100。
[0107]
此外，在一些实施例中，系统100中使用的工作流体——冷却剂c和热传输流体t——可以取决于燃料f和/或彼此，例如，可以选择特定冷却剂c用于在冷却剂传输热交换器128中与特定热传输流体t一起使用。通常，每个工作流体，即，冷却剂c和热传输流体t中的每一个(当在系统100中使用时)，可以是灭火剂流体，例如，以使系统100中的冗余层能够防止在相应的冷却剂流动路径102和热传输流动路径126中流动的燃料f和工作流体c、t的挥发性混合。示例的工作流体c、t可以包括但不限于以下：热油；诸如超临界二氧化碳(sco2)的超临界流体；液态金属；标准工业制冷剂(r-###ansi/ashrae名称)，例如，r-410a；以及稀有气体，其也带有制冷剂名称。作为示例，其中燃料f是液态氢燃料(lh2或制冷剂名称r-702)，冷却剂c和/或热传输流体t可以是氦(r-704)或氖(r-720)，并且更具体地，可以是超临界氦、过冷却液体氖、跨临界氖或超临界氖。作为另一示例，其中燃料f是甲烷(r-50)，冷却剂c和/或热传输流体t可以是氮(r-728)、氩(r-740)或氪(r-784)。更具体地，在相应的冷却剂流动路径102和热传输流动路径126中的工作流体c、t可以是跨临界或超临界氮、跨临界或超临界氩、或过冷却液体氪、跨临界氪、或超临界氪。作为又一示例，其中燃料f是喷气燃料或喷气推进剂(jp)，冷却剂c和/或热传输流体t可以是五氟乙烷(r-410a)灭火介质、二氟甲烷(r-32)和五氟乙烷(r-125)的近共沸混合物、二氧化碳(co2或r-744)或二元气体复合物，如氙气加另一种气体。更具体地，冷却剂c和/或热传输流体t可以是超临界五氟乙烷或超临界二氧化碳(sco2)。进一步地，在其中燃料f和工作流体c、t可能接触或混合在一起的泄漏或其他故障的情况下，可以选择诸如超临界二氧化碳的灭火工作流体c、t，用于燃料惰化或以其他方式来灭火。也可以使用用于在相应的流动路径102、126中使用的其它工作流体c、t。
[0108]
此外，应当理解，尽管关于运载工具10和燃气涡轮发动机200进行了描述，但是本文所述的热管理系统100可以具有其他应用。即，系统100不限于与燃气涡轮发动机和/或诸如飞行器的运载工具一起使用。例如，在一些实施例中，系统100可以并入任何其它合适的航空推进系统，诸如高超音速推进系统、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、冲压喷气发动机、超音速冲压喷气发动机等，或其组合，诸如组合循环推进系统。此外，在某些实施例中，系统100可以并入非航空推进系统，诸如陆基发电推进系统、航空衍生推进系统等。更进一步地，在某些实施例中，系统100可以并入任何其它合适的推进系统或运载工具，例如有人驾驶或无人驾驶飞行器等。
[0109]
因此，本主题提供热管理系统(tms)，该热管理系统利用至少一种工作流体与燃料之间的热交换，以例如在相对高的冷却生成和相对低的冷却需求时段期间，在燃料中累积冷却容量，以及例如在相对低的冷却生成和相对高的冷却需求时段期间，从燃料中提取冷却容量。例如，飞行器的tms可以被构造成使得当主负载冷却需求相对低并且风扇管道冷却容量(即，引气冷却容量)相对高时可用的额外冷却容量被卸载到燃料箱或容器，有效地使用飞行器燃料来用于热能存储。如本文所述，tms可以并入冷却系统，该冷却系统例如与发动机的操作状况(例如发动机功率等)相关联，使得冷却系统的冷却容量变化，并且可变冷却容量可能不对应于经由tms冷却的一个或多个系统的冷却需求。因而，本文所述的tms的
实施例在冷却容量容易获得时捕获冷却系统的冷却容量，并且存储冷却容量以用于在冷却容量不容易获得但冷却需求相对高时使用。因此，任何过量的冷却容量都可用于冷却燃料箱或容器，而不是试图在稳态意义上平衡热量生成和散热能力(例如，而不是平衡飞行器热量生成和发动机散热能力)。
[0110]
在一些实施例中，热传输流体或总线回路或热传输容量可以通过将另外由热传输回路冷却的负载转移到燃料系统而被减小。更具体地，相比于传输或总线冷却的负载与燃料冷却的负载之间的热负载的典型分配，更多的负载可以通过流过本文所述的tms的燃料流动路径的燃料而被冷却。因此，热传输流动路径可能需要较少或减少的冷却容量，这可以增加系统的效率，降低系统的复杂性等。另外或替代地，本文所述的示例性系统可以在下端上延伸燃料冷却架构以增加用于较低温度热生成的容量。
[0111]
如本文所述，冷却系统可以利用空气、制冷剂、超临界二氧化碳(sco2)等作为冷却剂。冷却系统可以是开放回路或闭合回路；闭合回路可以提供更恒定的容量操作且可以不需要湿度管理，但开放回路对于一些实施例而言，例如当期望使用空气作为冷却剂时，可以是有用的。冷却系统可以在任何可能的情况下运行或操作，例如，以保持冷却燃料，使得在高冷却需求时段期间可以将更多的热量传递到燃料或放入燃料中。
[0112]
如本文进一步所述，过量的冷却容量被卸载的燃料箱可以用作在tms内用于局部燃料回流的蓄能器，可以是在“主”燃料箱(例如，飞行器燃料箱)下游的辅助tms箱，或者可以是“主”燃料箱本身。因此，tms的燃料箱可以是tms容器或者可以是使用tms的发动机和/或运载工具的燃料源。此外，本文所述的tms利用燃料作为热存储机构，提供利用可用散热器(heat sink)的再生tms解决方案。因此，可以避免或消除诸如蜡或液态金属的附加热能存储系统，这也消除了与这种系统相关的缺点，例如，蜡需要太多的体积才能成为可行的热能储存系统，而液态金属又重又具有腐蚀性。
[0113]
另外，本文所述的tms的另一个益处或优点是燃料流动路径或燃料回路可以被设计成具有快速瞬态响应能力。例如，为了帮助冷却飞行器的任务系统，燃料流动路径瞬态可以被设计成超过用于空气循环机(acm)(诸如基于空气的制冷器)的时间常数。进一步地，应当理解，本文所述的tms可以有效地利用现有系统以在操作中获得冷冻燃料。较寒冷的燃料可以在快速减速或斩波(chop)期间改善动态温度响应，这冒着超过燃料的有效、稳定或操作温度限制的危险，因为燃料系统的金属部件仍然是热的，并且可能抵消燃料泵热生成。此外，当气流冷却流减少和/或停止，但燃料系统的金属部件保持热时，较寒冷的燃料可以例如通过在飞行器着陆、滑行和停机期间燃烧冷却的燃料，来提供回吸热管理功能以减少和/或防止燃料喷嘴焦化等。因此，本主题提供了关于在其中可以使用tms的发动机和/或运载工具(例如飞行器)中可能遇到的各种热瞬变问题的益处和优点。
[0114]
对于本领域普通技术人员来说，也可能出现本文所述的系统的其他益处和优点。
[0115]
本发明的其它方面由以下条款的主题提供：
[0116]
1.一种系统，包括：冷却剂流动路径，所述冷却剂流动路径具有冷却剂流过其中；冷却系统，所述冷却系统用于冷却沿着所述冷却剂流动路径设置的所述冷却剂；燃料流动路径，所述燃料流动路径具有燃料流过其中；冷却剂燃料热交换器，所述冷却剂燃料热交换器用于所述冷却剂与所述燃料之间的热传递以冷却所述燃料，所述冷却剂燃料热交换器被流体连接到所述冷却剂流动路径和所述燃料流动路径两者；和燃料箱，所述燃料箱用于累
积冷却燃料，其中所述燃料与第一热负载热连通以冷却所述第一热负载。
[0117]
2.前述任一项条款的系统，其中所述冷却剂与第二热负载热连通以冷却所述第二热负载。
[0118]
3.前述任一项条款的系统，进一步包括：第二燃料箱，所述燃料从所述第二燃料箱流向所述燃料流动路径。
[0119]
4.前述任一项条款的系统，进一步包括：热传输流动路径，所述热传输流动路径具有热传输流体流过其中；和冷却剂传输热交换器，所述冷却剂传输热交换器用于所述冷却剂与所述热传输流体之间的热传递，所述冷却剂传输热交换器被流体连接到所述冷却剂流动路径和所述热传输流动路径两者，其中所述热传输流体与第三热负载热连通以冷却所述第三热负载。
[0120]
5.前述任一项条款的系统，其中所述冷却剂燃料热交换器和所述冷却剂传输热交换器相对于所述冷却剂流动路径串行布置。
[0121]
6.前述任一项条款的系统，进一步包括：第一三通切换阀，所述第一三通切换阀被设置成邻近所述冷却剂传输热交换器；和第二三通切换阀，所述第二三通切换阀被设置成邻近所述冷却剂燃料热交换器，其中所述第一三通切换阀和所述第二三通切换阀中的每一个的位置可以改变，以反转所述冷却剂相对于所述冷却剂传输热交换器和所述冷却剂燃料热交换器的流动方向。
[0122]
7.前述任一项条款的系统，其中所述冷却系统是制冷系统，并且所述冷却剂是制冷剂。
[0123]
8.前述任一项条款的系统，其中所述冷却系统被构造成将所述冷却剂的温度降低到低于所述燃料的温度。
[0124]
9.前述任一项条款的系统，进一步包括：燃料阀，所述燃料阀设置在所述燃料流动路径中，其中所述燃料阀被构造成控制所述燃料箱与所述第一热负载之间的燃料流动。
[0125]
10.前述任一项条款的系统，进一步包括：热传输流动路径，所述热传输流动路径具有热传输流体流过其中；和第二热交换器，所述第二热交换器用于冷却所述热传输流体，其中所述热传输流体与第三热负载热连通以冷却所述第三热负载，以及其中所述第一热交换器和所述第二热交换器并行布置。
[0126]
11.前述任一项条款的系统，进一步包括：热传输流动路径，所述热传输流动路径具有热传输流体流过其中；和第二热交换器，所述第二热交换器用于冷却所述热传输流体，其中所述热传输流体用于冷却第三热负载，以及其中所述第一热交换器和所述第二热交换器串行布置。
[0127]
12.前述任一项条款的系统，其中所述冷却剂流动路径是闭合回路流动路径。
[0128]
13.前述任一项条款的系统，其中所述冷却剂燃料热交换器包括用于累积所述冷却燃料的所述燃料箱。
[0129]
14.前述任一项条款的系统，其中所述冷却系统是基于空气的冷却系统，并且所述冷却剂是空气。
[0130]
15.前述任一项条款的系统，其中所述系统被设置在运载工具中，所述运载工具包括：涡轮发动机，所述涡轮发动机包括以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述涡轮发动机限定在所述压缩机区段上游的涡轮发动机入口和在所述涡轮区段下
游的涡轮发动机排放部；和燃料输送系统，所述燃料输送系统用于向所述涡轮发动机的所述燃烧区段提供所述燃料的流动，所述燃料输送系统包括主燃料箱，其中所述系统与所述主燃料箱和来自所述涡轮发动机的发动机引气流动连通。
[0131]
16.一种系统，包括：冷却剂流动路径，所述冷却剂流动路径具有冷却剂流过其中；燃料流动路径，所述燃料流动路径具有燃料流过其中；热传输流动路径，所述热传输流动路径具有热传输流体流过其中；燃料传输热交换器，所述燃料传输热交换器用于所述燃料与所述热传输流体之间的热传递以冷却所述燃料，所述燃料传输热交换器流体地连接到所述燃料流动路径和所述热传输流动路径两者；和燃料箱，所述燃料箱用于累积冷却燃料，其中所述燃料与第一热负载热连通以冷却所述第一热负载，并且所述热传输流体与第二热负载热连通以冷却所述第二热负载。
[0132]
17.前述任一项条款的系统，其中所述第一负载与所述第二热负载热连通，用于所述燃料流动路径与所述热传输流动路径之间的热传递。
[0133]
18.前述任一项条款的系统，其中所述燃料传输热交换器包括所述燃料箱。
[0134]
19.前述任一项条款的系统，进一步包括：冷却剂传输热交换器，所述冷却剂传输热交换器用于所述冷却剂与所述热传输流体之间的热传递，所述冷却剂传输热交换器流体地连接到所述冷却剂流动路径和所述热传输流动路径两者。
[0135]
20.一种操作系统的方法，所述方法包括：使冷却剂沿着冷却剂流动路径流动，所述冷却剂流动路径包括冷却系统，使得所述冷却剂经过所述冷却系统以冷却所述冷却剂，所述冷却剂流动路径进一步包括冷却剂冷却的热负载l
cool
；使燃料沿着燃料流动路径流动，所述燃料流动路径包括用于累积所述燃料的燃料箱和燃料冷却的热负载l
fuel
；使所述冷却剂和所述燃料两者经过冷却剂燃料热交换器以冷却所述燃料；和控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到用于累积所述冷却燃料的所述燃料箱的流动，其中所述冷却剂具有热容量tc
cool
，并且所述燃料具有热容量tc
fuel
。
[0136]
21.前述任一项条款的方法，其中控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器的所述流动包括控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到所述燃料箱的所述流动，以及控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到燃料使用位置的所述流动，其中所述燃料的所述流动包括所述燃料到所述燃料箱的流动f
tank
和所述燃料到所述燃料使用位置的流动f
use
，并且其中所述燃料的所述流动被控制为使得当tc
cool
》l
cool
时，f
tank
/f
use
》1。
[0137]
22.前述任一项条款的方法，其中控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器的所述流动包括控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到所述燃料箱的所述流动，以及控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到燃料使用位置的所述流动，其中所述燃料的所述流动包括所述燃料到所述燃料箱的流动f
tank
和所述燃料到所述燃料使用位置的流动f
use
，并且其中所述燃料的所述流动被控制为使得当l
fuel
》tc
fuel
时，f
tank
/f
use
》-0.50。
[0138]
23.前述任一项条款的方法，其中控制来自所述冷却剂燃料热交换器的所述燃料的所述流动包括调节燃料再循环阀。
[0139]
24.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到燃料冷却的热负载的流动。
[0140]
25.前述任一项条款的方法，进一步包括利用所述燃料的所述流动来绕过所述冷却剂燃料热交换器。
[0141]
26.前述任一项条款的方法，其中绕过所述冷却剂燃料热交换器包括调节燃料冷却器旁通阀，所述燃料冷却器旁通阀设置在所述燃料流动路径中、在所述冷却剂燃料热交换器的上游。
[0142]
27.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述冷却剂从所述冷却剂燃料热交换器到冷却剂冷却的热负载的所述流动。
[0143]
28.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述冷却剂从所述冷却剂系统到所述冷却剂燃料热交换器和所述冷却剂冷却的热负载的流动。
[0144]
29.前述任一项条款的方法，其中控制所述冷却剂从所述冷却系统的所述流动包括调节制冷剂切换阀。
[0145]
30.前述任一项条款的方法，进一步包括使热传输流体沿着热传输流动路径流动；和使所述冷却剂和所述热传输流体两者经过冷却剂传输热交换器以冷却所述热传输流体。
[0146]
31.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述热传输流体从所述冷却剂传输热交换器到传输冷却的热负载的所述流动。
[0147]
32.前述任一项条款的方法，其中控制所述热传输流体的所述流动包括调节阀。
[0148]
33.前述任一项条款的方法，其中所述冷却剂在流过所述冷却剂燃料热交换器之前从所述冷却系统流过所述冷却剂传输热交换器。
[0149]
34.前述任一项条款的方法，其中所述冷却剂在流过所述冷却剂传输热交换器之前从所述冷却系统流过所述冷却剂燃料热交换器。
[0150]
35.前述任一项条款的方法，其中所述冷却剂燃料热交换器和所述冷却剂传输热交换器串行布置，并且进一步包括利用一对三通阀来控制所述冷却剂通过所述冷却剂燃料热交换器和所述冷却剂传输热交换器的流动方向。
[0151]
36.前述任一项条款的方法，进一步包括使用泵来沿着所述冷却剂流动路径驱动所述冷却剂的所述流动。
[0152]
37.前述任一项条款的方法，其中所述系统设置在包括涡轮发动机的运载工具中，并且其中所述冷却系统是空气循环机。
[0153]
38.前述任一项条款的方法，进一步包括通过与风扇流热交换来在风扇管道热交换器中冷却发动机引气；使冷却的发动机引气流过所述空气循环机的涡轮；使冷却的发动机引气流过冷却负载热交换器以冷却所述冷却剂，从而使所述发动机引气加温；使加温的发动机引气流过由所述空气循环机的所述涡轮驱动的压缩机；使压缩的发动机引气流向风扇流。
[0154]
39.前述任一项条款的方法，其中所述冷却剂燃料热交换器和所述燃料箱是既交换热量又累积所述燃料的单部件箱交换器。
[0155]
40.前述任一项条款的方法，使用设置在所述冷却剂流动路径中的制冷剂切换阀来控制所述冷却剂在所述单部件箱交换器与所述冷却剂传输热交换器之间的所述流动。
[0156]
41.前述任一项条款的方法，其中所述单部件箱交换器和所述冷却剂传输热交换器串行布置。
[0157]
42.前述任一项条款的方法，进一步包括利用所述冷却剂的所述流动来绕过所述单部件箱交换器。
[0158]
43.前述任一项条款的方法，其中绕过所述单部件箱交换器包括调节设置在所述
冷却剂流动路径中、所述单部件箱交换器上游的再生器调节阀。
[0159]
44.前述任一项条款的方法，进一步包括使用再生器调节阀和围绕所述单部件箱交换器延伸的冷却剂旁通管路来控制冷却剂在所述单部件箱交换器与所述冷却剂传输热交换器之间的流动。
[0160]
45.前述任一项条款的方法，其中所述燃料箱是单部件箱交换器，所述单部件箱交换器包括与所述燃料箱一起形成的用于所述冷却剂与所述燃料之间的热交换的冷却剂燃料热交换器，并且所述方法进一步包括，如果所述冷却系统的冷却容量相对于冷却需求是低的，则利用所述冷却剂的流动来绕过所述单部件箱交换器，如果所述冷却系统的冷却容量相对于冷却需求不是低的，则利用所述冷却剂的所述流动和所述燃料的所述流动两者来绕过所述冷却剂燃料热交换器。
[0161]
46.前述任一项条款的方法，其中利用所述冷却剂的所述流动来绕过所述单部件箱交换器包括调节制冷剂切换阀，并且其中利用所述冷却剂的所述流动和所述燃料的所述流动两者来绕过所述冷却剂燃料热交换器包括调节所述制冷剂切换阀和燃料调节阀。
[0162]
47.一种操作系统的方法，所述方法包括：使热交换流体沿着热交换流体流动路径流动；使燃料沿着燃料流动路径流动，所述燃料流动路径包括用于累积所述燃料的燃料箱；使所述热交换流体和所述燃料两者经过热交换器以冷却所述燃料；和控制所述燃料从所述热交换器到用于累积冷却燃料的所述燃料箱的流动。
[0163]
48.前述任一项条款的方法，其中控制所述燃料从所述热交换器的所述流动包括调节燃料再循环阀。
[0164]
49.前述任一项条款的方法，其中所述热交换流体是冷却剂，并且所述热交换流体流动路径是冷却剂流动路径。
[0165]
50.前述任一项条款的方法，其中所述冷却剂流动路径包括冷却系统，使得所述冷却剂经过所述冷却系统以冷却所述冷却剂。
[0166]
51.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述冷却剂从所述热交换器到冷却剂冷却的热负载的所述流动。
[0167]
52.前述任一项条款的方法，其中所述热交换流体是热传输流体，并且所述热交换流体流动路径是热传输流动路径。
[0168]
53.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述热传输流体在所述热交换器与传输冷却的热负载之间的所述流动。
[0169]
54.前述任一项条款的方法，其中控制所述热传输流体的所述流动包括调节被定位在所述热传输流动路径中、在所述热交换器的上游的阀。
[0170]
55.前述任一项条款的方法，进一步包括使热传输流体沿着热传输流动路径流动；和使所述冷却剂和所述热传输流体两者经过冷却剂传输热交换器以冷却所述热传输流体。
[0171]
56.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述热传输流体从所述冷却剂传输热交换器到传输冷却的热负载的所述流动。
[0172]
57.前述任一项条款的方法，其中所述热交换流体是所述热传输流体，并且所述热交换器是燃料传输热交换器。
[0173]
58.前述任一项条款的方法，其中所述燃料传输热交换器和所述燃料箱是既交换热量又累积所述燃料的单个部件。
[0174]
59.前述任一项条款的方法，进一步包括使所述冷却剂和所述热传输流体两者经过第二冷却剂传输热交换器，所述第二冷却剂传输热交换器设置在所述热传输流动路径中、在所述传输冷却的负载下游。
[0175]
60.前述任一项条款的方法，其中所述冷却剂传输热交换器、所述燃料传输热交换器和所述传输冷却的热负载串行布置。
[0176]
61.前述任一项条款的方法，其中所述热交换流体是所述热传输流体，所述热交换器是燃料传输热交换器，其中所述燃料箱是单部件箱交换器，所述单部件箱交换器包括与所述燃料箱一起形成的用于所述冷却剂与所述燃料之间的热交换的冷却剂燃料热交换器，并且所述方法进一步包括，如果所述冷却系统的冷却容量相对于冷却需求是低的，则利用所述冷却剂的所述流动来绕过所述单部件箱交换器，并使所述热传输流体和所述燃料两者经过所述燃料传输热交换器，以及如果所述冷却系统的冷却容量相对于冷却需求不是低的，则利用所述燃料的所述流动和所述热传输流体的所述流动来绕过所述燃料传输热交换器，并使所述冷却剂和所述燃料两者经过所述单部件箱交换器。
[0177]
62.前述任一项条款的方法，其中利用所述冷却剂绕过所述单部件箱交换器包括调节再生器调节阀，其中利用所述燃料绕过所述燃料传输热交换器包括调节燃料调节阀，并且其中利用所述热传输流体绕过所述燃料传输热交换器包括调节传输调节阀。
[0178]
63.前述任一项条款的方法，进一步包括使用泵沿着所述热传输流动路径驱动所述热传输流体的所述流动。
[0179]
64.前述任一项条款的方法，进一步包括使用泵沿着所述燃料流动路径驱动所述燃料的所述流动。
[0180]
65.前述任一项条款的方法，进一步包括控制所述燃料从所述热交换器到燃料冷却的热负载的所述流动。
[0181]
66.一种系统，包括：冷却剂流动路径，所述冷却剂流动路径包含具有热容量tc
cool
的冷却剂，所述冷却剂流动路径包括冷却系统和冷却剂冷却的热负载l
cool
，所述冷却系统被构造成冷却所述冷却剂；燃料流动路径，所述燃料流动路径包含具有热容量tc
fuel
的燃料，所述燃料流动路径包括用于累积所述燃料的燃料箱和燃料冷却的热负载l
fuel
；冷却剂燃料热交换器，所述冷却剂燃料热交换器与所述燃料和所述冷却剂热连通，使得热量从所述燃料流向所述冷却剂以冷却所述燃料；和主动或被动系统，所述主动或被动系统被构造成控制所述燃料从所述冷却剂燃料热交换器到用于累积冷却燃料的所述燃料箱的流动f
tank
，以及所述燃料到燃料使用位置的流动f
use
，使得当tc
cool
》l
cool
时，f
tank
/f
use
》1，以及当l
fuel
》tc
fuel
时，f
tank
/f
use
》-0.50。
[0182]
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利性的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求书的文字语言不存在差异的结构元件，或者如果这些示例包括与权利要求书的文字语言不存在实质性差异的等效结构元件，那么这些示例将在权利要求书的范围内。