新型两轮高压除水空气循环制冷系统及制冷方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型两轮高压除水空气循环制冷系统及制冷方法，属飞机环境控制技术领域。
【背景技术】
[0002]作为飞机重要机载设备之一的环境控制系统，其作用是负责完成飞机座舱压力、温度、湿度、供气量、空气品质等参数的调节和控制，电子设备的冷却，发动机和机翼防冰，燃油箱、液压油箱和饮用水增压以及为发动机启动提供气源等。它主要包括引气、加温/制冷、座舱压力调节、座舱温度调节、防冰和为满足地面环境控制要求的辅助动力装置等子系统，其中空气循环制冷系统是飞机环境控制系统中关键技术最集中的部分，发挥着基础支撑作用，通常狭义的环境控制系统即指空气循环制冷系统。
[0003]为了保证飞机环境控制系统高舒适性、高可靠性和高经济性，国外对飞机环境控制系统开展了深入广泛的研究，高压除水由于其较多的优点，逐渐取代低压除水成为主流，先后经历了 T-F(涡轮-风扇)两轮升压式，T-C(涡轮-压气机)两轮升压式，T-C-F(涡轮-压气机-风扇)三轮升压式和T-T-C-F四轮升压式等阶段，目前大型客机的环境控制系统以T-C-F三轮升压式系统为主，部分机型如Boeing777、A380则采用了技术更为先进的T-T-C-F(涡轮-涡轮-压气机-风扇)四轮升压式系统
而对于直升机、小型飞机等仍以两轮系统为主，提高系统的效率，降低燃油代偿损失是其发展方向。
【发明内容】
[0004]
本发明的目的是提供一种性能好、部件匹配简单、调节灵活的两轮(涡轮风扇式T-F)高压除水空气循环制冷系统及制冷方法。
[0005]一种两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于:包括初级换热器、风扇、次级换热器、冲压空气、水分离器、涡轮、热管换热器;其中热管换热器包括冷凝端和蒸发端;风扇和涡轮位于转轴的两端;发动机引气作为供气与初级换热器的热边入口相连，初级换热器的热边出口与次级换热器的热边入口相连，次级换热器的热边出口经过热管换热器的蒸发端与水分离器入口相连，水分离器的气体出口与涡轮的入口相连，涡轮的出口经过冷凝端通向座舱和设备舱;冷凝端与蒸发端之间换热；水分离器的分凝水出口引入到次级换热器冷边入口处;流经初级换热器冷边和次级换热器冷边的冲压空气由风扇提供抽吸力。
[0006]所述的两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于:上述热管换热器的冷凝端和蒸发端通过单管连接形成整体式热管。
[0007]所述的两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于:上述热管换热器的冷凝端和蒸发端通过双管连接形成分离式热管;在分离式热管的连接液管加装有驱动栗使之将液相工质栗入蒸发端。由于分离式热管主要靠场力差驱动热管内液态工质循环，为弥补可能的动力不足，可在液管内加装驱动栗增加动力。
[0008]所述的两轮高压除水空气循环制冷系统的制冷方法，其特征在于包括以下过程:发动机引气作为供气经初级换热器热边初步冷却后，再经过次级换热器热边进一步冷却，而后通过热管换热器的蒸发端降温，冷却后的高压空气进入水分离器进行分水处理后，干燥、饱和的高压空气进入涡轮膨胀做功、温度下降，涡轮出口的低温低压空气经热管换热器的冷凝端温度有较小幅度升高，输往座舱和设备舱，作为供往座舱空气;流经初级换热器冷边和次级换热器冷边的冲压空气，由风扇提供抽吸力；同时水分离器的分凝水引入到次级换热器冷边入口处与冲压空气混合以提高换热效率。
[0009]本发明与现有的T-F两轮式升压式环境控制系统相比:现有系统通过涡轮出口处的空气外加引射器来引射部分气流，此气流通过冷凝器冷却进入涡轮前的空气来除水，由于引射气流需要较高的压头，使得涡轮出口压力提高，涡轮膨胀比有较大降低，系统效率降低，其构成复杂且低效。新系统通过热管换热器蒸发端除水，克服了上述缺点，结构简单而高效。由于热管具有极小的传热热阻，可进行空气侧的扩展表面强化传热，缩小换热器体积，且为一封闭结构，杜绝了冷热流体之间可能存在的渗混，由于高压除水具有较高的效率，可使露点温度低于0°C，使涡轮出口的空气温度有了较大的降低，可接近甚至低于0°C，从而增大了制冷量;同时有效地解决了低压除水存在的出口冷气夹带液化水造成的一系列问题:如人员的舒适度、仪器设备的短路等。总之，新系统将空气循环系统与相变蒸发传热有机地结合在一起，大幅度提高了系统的集约化及能效。对飞机而言，即减少了燃油代偿损失，增大了飞机的飞行性能。
【附图说明】
[0010]图1是两轮高压除水空气循环制冷系统示意图；
图1中标号名称:1.供气，2.初级换热器，3.风扇，4.次级换热器，5.冲压空气，6.喷水，7.水分离器，8.涡轮，9.热管换热器，10.冷凝端，11.蒸发端，12.供往座舱气体。
【具体实施方式】
[0011 ]根据图1所示，本发明的两轮高压除水空气循环制冷系统，主要包括供气I，初级换热器2，风扇3，次级换热器4，冲压空气5，喷水6，水分离器7，涡轮8，热管换热器9，供往座舱气体12。还包括组成热管换热器9的冷凝端10及蒸发端11。热管换热器9包括冷凝端10及蒸发端U，冷凝端10与蒸发端11的热量传递由相变完成，传热系数极大，传热温差极小，可忽略不计。冷凝端10与蒸发端11的传热通道可根据实际情况灵活布置，可做成一体式或分呙式热管。
[0012]由于热管靠相变传热，作为一个整体，仅表现为蒸发端及冷凝端，其内部循环靠毛细力或场力驱动，有时并无明确的进出口
以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于: 包括初级换热器(2)、风扇(3)、次级换热器(4)、冲压空气(5)、水分离器(7)、涡轮(8)、热管换热器(9);其中热管换热器(9)包括冷凝端(10)和蒸发端(11);风扇(3)和涡轮(8)位于转轴的两端； 发动机引气作为供气(I)与初级换热器(2)的热边入口相连，初级换热器(2)的热边出口与次级换热器(4)的热边入口相连，次级换热器(4)的热边出口经过热管换热器(9)的蒸发端(11)与水分离器(7)入口相连，水分离器(7)的气体出口与涡轮(8)的入口相连，涡轮(8)的出口经过冷凝端(10)通向座舱和设备舱;冷凝端(10)与蒸发端(11)之间换热； 水分离器(7)的分凝水出口引入到次级换热器(4)冷边入口处； 流经初级换热器(2)冷边和次级换热器(4)冷边的冲压空气(5)由风扇(3)提供抽吸力。2.根据权利要求1所述的两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于: 上述热管换热器(9)的冷凝端(10)和蒸发端(11)通过单管连接形成整体式热管。3.根据权利要求1所述的两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于: 上述热管换热器(9)的冷凝端(10)和蒸发端(11)通过双管连接形成分离式热管;在分离式热管的连接液管加装有驱动栗使之将液相工质栗入蒸发端(11)。4.根据权利要求1所述的两轮高压除水空气循环制冷系统的制冷方法，其特征在于包括以下过程: 发动机引气作为供气(I)经初级换热器(2)热边初步冷却后，再经过次级换热器(4)热边进一步冷却，而后通过热管换热器(9)的蒸发端(11)降温，冷却后的高压空气进入水分离器(7)进行分水处理后，干燥、饱和的高压空气进入涡轮(8)膨胀做功、温度下降，涡轮(8)出口的低温低压空气经热管换热器(9)的冷凝端(10)温度有较小幅度升高，输往座舱和设备舱，作为供往座舱空气(12); 流经初级换热器(2)冷边和次级换热器(4)冷边的冲压空气(5)，由风扇(3)提供抽吸力； 同时水分离器(7)的分凝水引入到次级换热器(4)冷边入口处与冲压空气混合以提高换热效率。
【专利摘要】本发明涉及一种新型两轮高压除水空气循环制冷系统及制冷方法，属飞机环境控制技术领域。特点在于风扇（3）和涡轮（8）位于转轴的两端；发动机引气作为供气（1）依次经过初级换热器（2)和次级换热器（4）的热边,再经过热管换热器（9）的蒸发端（11）与水分离器（7）入口相连，水分离器（7）的气体出口与涡轮（8）的入口相连，涡轮（8）的出口经过冷凝端（10）通向座舱和设备舱；冷凝端（10）与蒸发端（11）之间换热；水分离器（7）的分凝水出口引入到次级换热器（4）冷边入口处；流经初级换热器（2）冷边和次级换热器（4）冷边的冲压空气（5）由风扇（3）提供抽吸力。本发明性能好、部件匹配简单、调节灵活。
【IPC分类】B64D13/08, F25B11/00
【公开号】CN105526730
【申请号】CN201610022864
【发明人】夏文庆, 杨国茹, 章东骏
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2016年1月14日