专利名称：电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动分体式四轮式高压除水空气循环制冷系统，属飞行器环境控制系统技术领域。
背景技术：
空气循环制冷系统是现役飞机环境控制系统常采用的制冷循环系统。其特点是环保、同时可满足座舱增压通风与制冷需求的一体化设计需求。根据冷却涡轮驱动的负载不同，分为两轮简单式(涡轮/风扇)、两轮升压式(涡轮/压气机)、三轮式(涡轮/压气机/风扇)及四轮升压式(涡轮/涡轮/压气机/风扇)。由于这些系统多采用发动机引气，其性能受发动机运行工况的影响而影响，例如两轮简单式系统；另外，两轮升压式系统在地面停机或低速飞行时可提供的制冷量很小[1];三轮式系统易出现冷凝器的冻堵现象；四轮式系统制造工艺复杂，性能匹配难度大。上述系统除了发动机引气增加了系统性能代偿损失外，座舱空气易受发动机燃油污染。
发明内容
本发明提供一种低性能代偿损失、高空气洁净度和性能匹配简单的电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统。一种电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，主要包括:环境空气，阀门，第一级压气机，高速电机，初级换热器，第二级压气机，次级换热器，涡轮，回热器，冷凝器，水分离器，座舱，冲压空气，压气机。
工作时，环境空气(I)首先通过阀门(2)进入高速电机(4)驱动的第一级压气机(3)，升温和升压后进入初级换热器(5)，初步降温后，进入由高速电机(9)和涡轮(8)同轴驱动的第二级压气机(6)，温度和压力升高，进入次级换热器(7)降温，出来的高压气体在涡轮(8)中膨胀，温度和压力大幅降低，依次经过回热器(10)热边、冷凝器(11)热边、水分离器(12)、回热器(10)的冷边后，流入涡轮(13)，在冷凝器(11)冷边升温后通往座舱(14)。涡轮(13)驱动的压气机(16)可用于在地面待机或低速飞行时提供冷却用的冲压空气，保证次级散热器(7 )和初级散热器(5 )冷边所需流量，从而满足散热能力需求。水分离器(12 )分离出的水分被喷入次级散热器(7)的冷边，可降低冲压空气入口温度。该电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统的特征在于:(I)涡轮(8)与第二级压气机(6)同轴，涡轮(13)与压气机(16)同轴，用两个两轮式组件替代了四轮式组件，性能匹配简单，加工难度降低。(2 )系统采用高速电机(4 )驱动第一级压气机(3 )的引气方式，避免采用发动机弓I气可能引发的座舱空气污染，以及发动机引气带来的高性能代偿损失。(3 )系统供气采用两级电动增压，高速电机(9 )和涡轮(8 )共同驱动第二级压气机
(6)，可降低第一级压气机(3)的增压比，同时充分利用了涡轮(8)的输出功。(4)高速电机(9)与涡轮(8)共同驱动第二级压气机(6)，同轴布置使系统更加紧凑。(5)高速电机(4)与高速电机(9)的转速可通过变频技术调节，使第一级压气机
(3)和第二级压气机(6)的压比可控。(6)引入压气机(16)，飞机在地面待飞或低速度飞行状态时可以提供较大压头，保证次级散热器(7 )和初级散热器(5 )所需的冷边流量。
图1是一种电·动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统示意图。图1中标号名称:1.环境空气，2.阀门，3.第一级压气机，4.高速电机，5.初级换热器，6.第二级压气机，7.次级换热器，8.涡轮，9.高速电机，10.回热器，11.冷凝器，12.水分离器，13.涡轮，14.座舱，15.冲压空气，16.压气机。
具体实施例方式结合图1说明系统的工作过程:第一级压气机(3)与高速电机(4)相连，环境空气
(I)经过阀门(2)，在第一级压气机(3)中压缩后流入初级换热器(5)热边，气流降温后进入第二级压气机(6)，第二级压气机(6)、涡轮(8)及高速电机(9)同轴相连，气体得到进一步压缩后流入次级换热器(7)热边降温，在涡轮(8)中膨胀，压力和温度降低，输出的功用于驱动第二级压气机(6)。气体依次流经回热器(10)热边、冷凝器(11)热边、水分离器(12)、回热器(10)冷边后，进入涡轮(13)中膨胀降温，降温后的空气经过冷凝器(11)冷边，温度升高后送入座舱(14)，气体在流经冷凝器(11)热边时，会有水分凝出，通过水分离器(12)分离出液态水分，分离出的水分被喷入次级散热器(7)的冲压空气侧，以降低冲压空气温度。压气机(16)用于抽吸次级散热器(7)和初级散热器(5)冷边的流量。系统实施算例为了说明该电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统的可行性，本专利对其热力性能进行了计算。计算包括地面起飞和高空巡航两种状态，大气参数按热天标准选取。表I为计算工况的相关参数。表I电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统计算工况设置
权利要求
1.一种电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，主要包括环境空气(1)，阀门(2)，第一级压气机(3)，高速电机(4)，初级换热器(5)，第二级压气机(6)，次级换热器(7)，高速电机(8)，涡轮(9)，回热器(10)，冷凝器(11)，水分离器(12)，涡轮(13)，座舱(14)，冲压空气(15)，压气机(16);其中第一级压气机(3)与高速电机(4)相连，环境空气(I)经过阀门(2)，在第一级压气机(3)中压缩后送入初级换热器(5)的热边，气流降温后进入第二级压气机(6)，第二级压气机(6)、涡轮(8)与高速电机(9)同轴相连，气体得到进一步压缩后流入次级换热器(7)的热边降温，在涡轮(8)中膨胀，压力和温度降低，输出功用于驱动第二级压气机(6)，气体流经回热器(10)热边并在冷凝器(11)热边凝出水分，水分离器(12)中分离出液态水分，进入涡轮(13)中膨胀降温，出口空气经过冷凝器(11)冷边，温度升高后送入座舱(14)。涡轮(13)与压气机(16)同轴，压气机(16)用于抽吸初级换热器(7)和次级换热器(5)的冷边流量。水分离器(12)分离的水分被喷入次级散热器(7)的冷边，以降低冲压空气温度。
2.根据权利要求I所述的电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于涡轮(8)与第二级压气机(6)同轴，涡轮(13)与压气机(16)同轴，用两个两轮式组件替代了四轮式组件，性能匹配简单，部件容易实现。
3.根据权利要求I所述的电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于系统采用电动引气，可降低系统性能代偿损失，同时避免采用发动机引气可能引发的座舱空气污染问题。
4.根据权利要求I所述的电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于系统供气采用两级电动增压，第二级压气机(6)由涡轮(8)及高速电机(9)共同驱动，使第一级压气机(3)的增压比需求降低，同时可降低高速电机(4)的功率需求。
5.根据权利要求I所述的电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于高速电机(9)与涡轮(8)共同驱动第二级压气机(6)，同轴布置使系统更加紧凑。
6.根据权利要求I所述的电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于高速电机(4)与高速电机(9)的转速可通过变频技术调节，使得系统性能在飞行高度范围内可控。
7.根据权利要求I所述的电动分体式四轮高压除水空气循环系统，其特征在于采用压气机(16)，在飞机地面起飞或低速度状态时可以提供较大压头，克服冷边流阻，保证次级散热器(7)及初级散热器(5)的换热性能，实现全天候工作。
全文摘要
本发明公开了一种电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统，属于飞行器环境控制系统技术领域。系统采用电动引气，既避免了发动机引气引起的污染，又减少了系统性能代偿损失。采用两个两轮式组件替代了四轮式组件，性能匹配更加简单。第二级压气机(6)的输入功率由涡轮(8)的输出功及高速电机(8)的输入功保证，第二级压气机(6)的设置可以降低第一级压气机(3)的高增压比需求，系统更易实现。压气机(16)保证了冲压空气的流量，可以实现全天候工作。
文档编号F25B11/02GK103256742SQ201310181260
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者张兴娟, 杨春信, 杨涵, 柯鹏, 蒋家庆 申请人:北京航空航天大学