CN103256742A - 电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统 - Google Patents

电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103256742A
CN103256742A CN2013101812609A CN201310181260A CN103256742A CN 103256742 A CN103256742 A CN 103256742A CN 2013101812609 A CN2013101812609 A CN 2013101812609A CN 201310181260 A CN201310181260 A CN 201310181260A CN 103256742 A CN103256742 A CN 103256742A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compressor
turbine
air
speed electric
electric expreess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013101812609A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103256742B (zh
Inventor
张兴娟
杨春信
杨涵
柯鹏
蒋家庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201310181260.9A priority Critical patent/CN103256742B/zh
Publication of CN103256742A publication Critical patent/CN103256742A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103256742B publication Critical patent/CN103256742B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

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。

Description

电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统
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（1）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： 
（1）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，避免采用发动机引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。 
附图说明
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（1）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1为计算工况的相关参数。 
表1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 
计算工况 地面 高空
飞行高度，km 0 10
马赫数 0.19 0.8
环境温度，℃ 40 -26
环境压力，kPa 101.325 26.5
座舱排气，℃ 30 30
座舱压力，kPa 101.325 76
[0020] 
供气流量，kg/s 1.0 1.0
含湿量，g/kg 19 0
系统各部件的特性参数取值如表2所示，其中部分取值参考文献[2]。计算结果见表3所示。 
表2电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统部件特性参数 
特性参数 地面 高空
入口总温，℃ 42 5.6
入口总压，kPa 103.91 40.4
第一级压气机效率ηC1 0.72 0.72
第一级压气机压比πC1 1.9 1.9
初级换热器效率ηHX1 0.9 0.9
冷热边流比ζ 1.5 1.5
第二级压气机效率ηC2 0.72 0.72
第二级压气机压比πC2 1.6 1.9
次级换热器效率ηHX2 0.9 0.85
涡轮（8）效率ηT1 0.8 0.8
涡轮（8）膨胀比πT1 1.83 1.01
回热器效率ηHX3 0.51 0.51
冷凝器效率ηCON 0.35 0.35
水分离器效率ηWE 0.8 0.8
涡轮（13）效率ηT2 0.77 0.77
涡轮（13）膨胀比πT2 1.43 1.51
压气机（16）效率ηCC 0.72 0.72
压气机（16）压比πCC 1.15 1.12
热边阻力损失，kPa 20 20
表3电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统热力计算结果 
Figure BDA00003199193300031
Figure BDA00003199193300041
参考文献 
[1]寿荣中，何慧姗。飞行器环境控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006 
[2]张兴娟,李峰,杨春信.大飞机四轮升压制冷系统焓参数法匹配计算[J].北京航空航天大学学报,2010,vol.36(9):1009–1012。 

Claims (7)

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（1）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1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1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1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1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1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1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。 
CN201310181260.9A 2013-05-16 2013-05-16 电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统 Active CN103256742B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310181260.9A CN103256742B (zh) 2013-05-16 2013-05-16 电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310181260.9A CN103256742B (zh) 2013-05-16 2013-05-16 电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103256742A true CN103256742A (zh) 2013-08-21
CN103256742B CN103256742B (zh) 2015-05-27

Family

ID=48960830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310181260.9A Active CN103256742B (zh) 2013-05-16 2013-05-16 电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103256742B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106016456A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 北京航空航天大学 一种封闭式水循环空气净化制冷系统
CN110239721A (zh) * 2019-06-23 2019-09-17 北京航空航天大学 针对电动空气循环制冷系统的优化设计方法
CN111268141A (zh) * 2020-02-28 2020-06-12 南京航空航天大学 飞机高温消毒灭菌空调系统及消毒灭菌方法
CN112046246A (zh) * 2020-09-14 2020-12-08 北京航空航天大学 一种节能型重型卡车制冷系统
CN112066473A (zh) * 2020-09-14 2020-12-11 北京航空航天大学 一种增压式除湿系统
CN112407295A (zh) * 2020-11-17 2021-02-26 中航通飞华南飞机工业有限公司 一种空气循环制冷系统低流量旁通装置
US20210221521A1 (en) * 2018-11-06 2021-07-22 Ihi Corporation Aircraft air conditioning device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5887445A (en) * 1997-11-11 1999-03-30 Alliedsignal Inc. Two spool environmental control system
US6381969B1 (en) * 1999-12-17 2002-05-07 Honeywell International Inc. ECS with 2-stage water separation
CN101372260A (zh) * 2008-10-15 2009-02-25 南京航空航天大学 基于共轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统
CN102874410A (zh) * 2012-09-14 2013-01-16 北京航空航天大学 一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统
CN103010466A (zh) * 2012-11-27 2013-04-03 北京航空航天大学 双级压缩空气循环制冷系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5887445A (en) * 1997-11-11 1999-03-30 Alliedsignal Inc. Two spool environmental control system
US6381969B1 (en) * 1999-12-17 2002-05-07 Honeywell International Inc. ECS with 2-stage water separation
CN101372260A (zh) * 2008-10-15 2009-02-25 南京航空航天大学 基于共轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统
CN102874410A (zh) * 2012-09-14 2013-01-16 北京航空航天大学 一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统
CN103010466A (zh) * 2012-11-27 2013-04-03 北京航空航天大学 双级压缩空气循环制冷系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张兴娟: "大飞机四轮升压制冷系统焓参数法匹配计算", 《北京航空航天大学学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106016456A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 北京航空航天大学 一种封闭式水循环空气净化制冷系统
CN106016456B (zh) * 2016-05-23 2019-07-16 北京航空航天大学 一种封闭式水循环空气净化系统
US20210221521A1 (en) * 2018-11-06 2021-07-22 Ihi Corporation Aircraft air conditioning device
CN110239721A (zh) * 2019-06-23 2019-09-17 北京航空航天大学 针对电动空气循环制冷系统的优化设计方法
CN111268141A (zh) * 2020-02-28 2020-06-12 南京航空航天大学 飞机高温消毒灭菌空调系统及消毒灭菌方法
CN112046246A (zh) * 2020-09-14 2020-12-08 北京航空航天大学 一种节能型重型卡车制冷系统
CN112066473A (zh) * 2020-09-14 2020-12-11 北京航空航天大学 一种增压式除湿系统
CN112407295A (zh) * 2020-11-17 2021-02-26 中航通飞华南飞机工业有限公司 一种空气循环制冷系统低流量旁通装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103256742B (zh) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103256742B (zh) 电动分体式四轮高压除水空气循环制冷系统
CN102874410B (zh) 一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统
US9169024B2 (en) Environmental control system with closed loop pressure cycle
US10017032B2 (en) Thermal management systems and methods
US8484983B2 (en) Thermoelectric generator on an aircraft bleed system
US20200108937A1 (en) Dual turbine thermal management system (tms)
CN102381479B (zh) 一种无冲压进气道的综合环控/液冷热能管理系统
CN103010466B (zh) 双级压缩空气循环制冷系统
EP3444189A1 (en) Aircraft air conditioning system and method of operating an aircraft air conditioning system
EP3363739A1 (en) Reverse air cycle machine (racm) thermal management systems and methods
CN109367791B (zh) 一种多电飞机电动环境控制系统
CN103079956A (zh) 包括分离的制冷循环的飞行器空气调节系统
CN104709467A (zh) 用于改进低入口压力冷却性能的空气循环机组系统和方法
US11046440B2 (en) Aircraft cabin environmental control system and method and aircraft equipped with such control system
US10399683B2 (en) Thermal management systems and methods
CN102390538A (zh) 一种无冲压进气道综合环控/液冷热能管理系统
US10501191B1 (en) Integrated aircraft cooling machine
CN107709161B (zh) 混合电力
CN112918682B (zh) 基于舱室不同压力的四轮高压除水环控系统及工作方法
CN106697297A (zh) 一种可同时提供液冷与风冷的环控系统
CN102390537A (zh) 一种环控系统和液冷系统综合热能管理系统
CN102390536A (zh) 一种三轮升压式制冷和液体冷却综合热能管理系统
CN103612760B (zh) 一种主动回收冷量的闭式空气制冷循环装置
CN105620758A (zh) 一种小冲压空气流量的空气制冷循环装置
CN202770042U (zh) 一种动力涡轮驱动的全封闭空气循环制冷系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant