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公開番号2025027469
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2024135273
出願日2024-08-14
発明の名称航空機エレクトロニクスのポンプ二相冷却
出願人ザ・ボーイング・カンパニー,The Boeing Company
代理人園田・小林弁理士法人
主分類B64D 33/10 20060101AFI20250219BHJP(航空機;飛行;宇宙工学)
要約【課題】水素燃料セルを用いて電力供給される推進システムを使用する航空機を提供する。
【解決手段】航空機冷却システムが、蒸発器、コンデンサ、アキュムレータ、及びポンプシステムを備える。蒸発器が、液体を使用して、航空機内の熱負荷のセットを冷却するよう構成される。熱負荷のセットの冷却に応じて、液体が蒸気を形成する。コンデンサが、蒸発器から蒸気を受け取り蒸気を冷却するよう構成され、蒸気を冷却することで液体が形成される。アキュムレータが、コンデンサから液体を受け取り液体を蓄えるよう構成される。ポンプシステムが、アキュムレータ内に蓄えられた液体を蒸発器へと圧送するよう構成される。
【選択図】図50
特許請求の範囲【請求項１】
航空機冷却システム（４５００）であって、
液体（４５１６、５０３２）を使用して、航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）内の熱負荷（４５０１、４８０５、５０１１）のセットを冷却するよう構成された蒸発器（４５００、５００４）であって、前記熱負荷（４５０１、４８０５、５０１１）のセットの冷却に応じて、前記液体（４５１６、５０３２）が蒸気（４５１９、５０３１）を形成する、蒸発器（４５００、５００４）と、
前記蒸発器（４５００、５００４）から前記蒸気（４５１９、５０３１）を受け取り前記蒸気（４５１９、５０３１）を冷却するよう構成されたコンデンサ（４５１２、４８０６）であって、前記蒸気（４５１９、５０３１）を冷却することで前記液体（４５１６、５０３２）が形成される、コンデンサ（４５１２、４８０６）と、
前記コンデンサ（４５１２、４８０６）から前記液体（４５１６、５０３２）を受け取り前記液体（４５１６、５０３２）を蓄えるよう構成されたアキュムレータ（４５１３、４８０８、５００８）と、
前記アキュムレータ（４５１３、４８０８、５００８）内に蓄えられた前記液体（４５１６、５０３２）を前記蒸発器（４５００、５００４）へと圧送するよう構成されたポンプシステム（４５１４）と、
を備えた、航空機冷却システム（４５００）。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記コンデンサ（４５１２、４８０６）が、前記蒸気（４５１９、５０３１）からの熱を、ナセルを通って移動する空気中に放出するよう構成される、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項３】
発電機（４５３０、５０１２）と、
前記発電機（４５３０、５０１２）に接続されたタービン（４５３１、５０１０）と、をさらに備え、前記タービン（４５３１、５０１０）が、前記蒸発器（４５００、５００４）から前記蒸気（４５１９、５０３１）を受け取ったことに応じて回転して、前記発電機（４５３０、５０１２）に発電を行わせ、前記コンデンサ（４５１２、４８０６）が、前記タービン（４５３１、５０１０）から前記蒸気（４５１９、５０３１）を受け取る、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項４】
前記コンデンサ（４５１２、４８０６）がナセル熱交換器を含む、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項５】
前記コンデンサ（４５１２、４８０６）がファンシステムをさらに含む、請求項４に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項６】
前記コンデンサ（４５１２、４８０６）が、ナセルを通って移動する空気中に熱を放出する、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項７】
前記航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）の冷却システムが、前記航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）のエンジンのナセル内に位置する、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項８】
前記航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）内の前記熱負荷（４５０１、４８０５、５０１１）のセットが、燃料セル、燃料セルスタック、電力回路、電動機、コンピュータシステム、エレクトロニクスの筐体、又はレーザのうちの少なくとも１つから選択される、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項９】
前記コンデンサ（４５１２、４８０６）がラムエアコンデンサである、請求項１に記載の航空機冷却システム（４５００）。
【請求項１０】
航空機冷却システム（４５００）であって、
液体ループ（４５５０）において、熱負荷（４５０１、４９１０）のセットへと第１の液体（４５４１）を圧送するよう構成された第１のポンプ（４５４４）であって、前記熱負荷（４５０１、４９１０）のセットが前記第１の液体（４５４１）を加熱し、前記第１の液体（４５４１）を加熱することで、加熱された液体が形成される、第１のポンプ（４５４４）と、
前記加熱された液体を受け取り、前記加熱された液体を冷却するよう構成された蒸発器であって、前記加熱された液体を冷却することが、液体－蒸気ループ（４５５１）におけるコンデンサ（４５１２、４９０８）に、蒸気（４５５２、４９０３）を形成させる、蒸発器と、
前記蒸気（４５５２、４９０３）を受け取り、前記蒸気（４５５２、４９０３）を冷却するよう構成されたコンデンサ（４５１２、４９０８）であって、前記蒸気（４５５２、４９０３）を冷却することで、第２の液体（４５４２）が形成される、コンデンサ（４５１２、４９０８）と、
前記第２の液体（４５４２）を、前記コンデンサ（４５１２、４９０８）から前記蒸発器へと圧送するよう構成された第２のポンプ（４５４５）と、
を備えた、航空機冷却システム（４５００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０２３年８月１４日に出願された「ＰｕｍｐｅｄＴｗｏ－ＰｈａｓｅＣｏｏｌｉｎｇｏｆＡｉｒｃｒａｆｔＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」と題する米国仮特許出願第６３／５１９，５２２号の利益を主張し、その全体が、参照により本明細書で援用される。
続きを表示（約 2,200 文字）【０００２】
本願は、以下の米国特許出願、即ち、同日に出願された、「ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｏｒａＬＨ２ＦｕｅｌＣｅｌｌＡｉｒｃｒａｆｔｗｉｔｈＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＳｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許出願第１８／６１０，５２６号、弁理士整理番号２３－１３４８－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＭｅｔｈｏｄｏｆＮａｃｅｌｌｅＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｆｏｒａＨｙｄｒｏｇｅｎＦｕｅｌｅｄＦｕｅｌＣｅｌｌＰｏｗｅｒｅｄＡｉｒｃｒａｆｔ」と題する米国特許出願第１８／６１０，５８０号、弁理士整理番号２３－１３６７－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＬｉｑｕｉｄＨｙｄｒｏｇｅｎＦｅｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｕｅｌＣｅｌｌＰｏｗｅｒｅｄＡｉｒｃｒａｆｔ」と題する米国特許出願第１８／６１０，６９７号、弁理士整理番号２３－１３６８－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「Ｓｔａｒｔ－ＵｐｏｆＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅ（ＨＴＰＥＭ）ＦｕｅｌＣｅｌｌＡｉｒｃｒａｆｔｗｉｔｈＭｕｌｔｉｐｌｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＵｎｉｔｓ」と題する米国特許出願第１８／６１０，７４２号、弁理士整理番号２３－１３７７－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＣｈａｒｇｅＡｉｒＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒ」と題する米国特許出願第１８／６１０，８１６号、弁理士整理番号２３－１３８３－ＵＳ－ＮＰ、及び、同日に出願された、「ＦｕｅｌＣｅｌｌＡｉｒｃｒａｆｔＴｈｅｒｍａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ」と題する米国特許出願第１８／６１０，８６８号、弁理士整理番号２３－１３８５－ＵＳ－ＮＰに関し、これらの全体が、参照により本明細書で援用される。
【技術分野】
【０００３】
本開示は、概して航空機に関し、特に、水素燃料セルを用いて電力供給される推進システムを使用する航空機に関する。
【背景技術】
【０００４】
電気的推進システムを備えた航空機は、航空産業のために多くの利益を提供しうる最新のトレンドである。電動航空機は、環境面で多くの利益をもたらしうる。例えば、電動航空機は、飛行中の排出量ゼロをもたらし、これによりカーボンフットプリントを削減することが可能である。
【０００５】
さらに、電動機は一般的に燃焼機関よりも静かである。結果として、このタイプの航空機を使用することで、騒音公害を低減することが可能である。
【０００６】
電動航空機は、水素を使用した電力供給が可能な電気的推進システムを有する。水素は、タンク内に蓄えることが可能である。上記タンク内に蓄えられた水素は、通常では液体状態にあり、セ氏－２５３度といった極低温で蓄えられている。
【０００７】
上記燃料タンク内の水素は、液体水素、気体水素、又は、液体状態若しくは気体状態のメタン若しくは他の炭化水素といった他の水素担体として貯蔵されうる。改質器が、炭化水素分子から水素を取り出す改質プロセスにおいて使用されうる。
【０００８】
次いで、上記燃料タンク内の水素が、航空機内の推進システム及び他のシステムに電力供給するための電気を発生させる際に使用される燃料セルに送られうる。上記の燃料セルは、水素及び空気から得られた酸素を、航空機内の推進システムに電力供給するための電気に変換する電気化学的な装置である。この種のセルは、高効率で、かつ最小の排出量で動作し、ここで、副生成物は水蒸気である。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の一実施形態が、蒸発器、コンデンサ、アキュムレータ、及びポンプシステムを備える航空機冷却システムを提供する。蒸発器が、液体を使用して、航空機内の熱負荷のセットを冷却するよう構成される。熱負荷のセットの冷却に応じて、液体が蒸気を形成する。コンデンサが、蒸発器から蒸気を受け取り蒸気を冷却するよう構成され、蒸気を冷却することで液体が形成される。アキュムレータが、コンデンサから液体を受け取り液体を蓄えるよう構成される。ポンプシステムが、アキュムレータ内に蓄えられた液体を蒸発器へと圧送するよう構成される。
【００１０】
本開示の他の実施形態が、第１のポンプ、蒸発器、コンデンサ、及び第２のポンプを備える航空機冷却システムを提供する。第１のポンプが、液体ループにおいて、熱負荷のセットへと第１の液体を圧送するよう構成される。熱負荷のセットが第１の液体を加熱し、第１の液体を加熱することで、加熱された液体が形成される。蒸発器が、加熱された液体を受け取り、加熱された液体を冷却するよう構成される。加熱された液体の冷却が、液体－蒸気ループにおけるコンデンサに蒸気を形成させる。コンデンサが、蒸気を受け取り蒸気を冷却するよう構成され、
蒸気を冷却することで第２の液体が形成される。第２のポンプが、第２の液体をコンデンサから蒸発器へと圧送するよう構成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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