CN107521698A - 一种环控系统余热制冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环控系统余热制冷装置，属于飞机环控系统设计技术领域。包括压气机一端与初级散热器热边连接，另一端依次与次级散热器、回热器及冷凝分离器的热边连接，气体经冷凝分离器的降温干燥后流回回热器的冷边，且回热器的冷边依次与涡轮及冷凝分离器冷边连接；工质泵挤压工质管路的有机工质依次流过次级散热器、初级散热器的冷边、工质涡轮及工质冷凝器的热边；压缩机压缩制冷剂依次流过制冷剂冷凝器热边、膨胀阀及蒸发器冷边，压缩机驱动工质涡轮工作；涡轮驱动压气机从发动机气源引气进入初级散热器，经蒸发器的热边后流入座舱。本发明利用有机工质组件利用环控系统余热做功驱动蒸发循环制冷组件，使得飞机的能量得到综合利用。
Description
技术领域
本发明属于飞机环控系统设计技术领域，具体涉及一种环控系统余热制冷装置。
背景技术
目前国内外飞机环控系统广泛采用空气制冷技术，主要有涡轮风扇式、涡轮压气机式、三轮式及四轮式等型式。
上述空气制冷型式均需飞机冲压空气的冷却，一方面冲压进气口使得飞机阻力增加，性能代偿损失增大；另一方面环控系统热路空气被冲压空气冷却后排入大气，余热没有得到有效利用，造成飞机能源浪费。
发明内容
本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种环控系统余热制冷装置，利用有机工质组件有效利用环控系统余热做功驱动蒸发循环制冷组件，减少冲压空气量、降低飞机阻力，减少飞机性能代偿损失，使得飞机的能量得到综合利用，提高飞机的经济性，降低运营成本。
本发明的技术方案：一种环控系统余热制冷装置，包括发动机气源、初级散热器、次级散热器、空气涡轮制冷组件、有机工质制冷组件及蒸发循环制冷组件；
所述空气涡轮制冷组件包括压气机、回热器、冷凝分离器及涡轮；
所述压气机一端与初级散热器热边连接，另一端依次与次级散热器的热边、回热器的热边及冷凝分离器的热边连接，气体经冷凝分离器的降温干燥后流回回热器的冷边，且所述回热器的冷边依次与涡轮及冷凝分离器冷边连接；
所述有机工质组件包括工质泵、工质涡轮及工质冷凝器，工质泵挤压工质管路的有机工质依次流过所述次级散热器的冷边、初级散热器的冷边、工质涡轮及工质冷凝器的热边；
所述蒸发循环制冷组件包括蒸发器、压缩机、制冷剂冷凝器、膨胀阀，所述压缩机压缩制冷剂依次流过制冷剂冷凝器热边、膨胀阀及蒸发器冷边，所述压缩机通过联接轴驱动工质涡轮工作；
所述涡轮通过联接轴驱动压气机从发动机气源引气进入初级散热器，经蒸发器的热边后流入座舱。
优选地，所述工质冷凝器热边与所述制冷剂冷凝器热边布置在冲压空气的进口处。
优选地，所述冷凝分离器的热边与所述回热器的冷边之间的管路设置有水分离器。
优选地，所述水分离器的分离水通过管路输送到冲压空气的进口处，同冲压空气一并对冷凝器热边与所述制冷剂冷凝器热边进行冷却。
优选地，所述发动机气源与所述初级散热器热边的连接管路上设置有压力调节活门。
优选地，所述初级散热器热边与所述压气机连接管路上设置有流量调节活门。
本发明技术方案的有益技术效果：本发明提供的环控系统余热制冷装置与传统空气制冷装置相比，一方面减少冲压空气量，降低飞机阻力，减少飞机性能代偿损失；另一方面有机工质组件有效利用环控系统余热做功驱动蒸发循环制冷组件。综合效果使得飞机的能量得到综合利用，提高飞机的经济性，降低运营成本。
附图说明
图1为本发明一种环控系统余热制冷装置的一优选实施例的结构组成示意图。
其中，1-发动机气源，2-压力调节活门，3-初级散热器，4-流量调节活门，5-压气机，6-次级散热器，7-回热器，8-冷凝器，9-水分离器，10-涡轮，11-蒸发器，12-座舱，13-工质泵，14-工质涡轮，15-工质冷凝器，16-压缩机，17-制冷剂冷凝器，18-膨胀阀。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明环控系统余热制冷装置的结构组成示意图；包括发动机气源1、初级散热器3、次级散热器6、空气涡轮制冷组件、有机工质制冷组件及蒸发循环制冷组件；
空气涡轮制冷组件包括压气机5、回热器7、冷凝分离器8及涡轮10；
涡轮10通过联接轴驱动压气机5从发动机气源1引入高温高压气体进入初级散热器3，经初级散热器热交换后，气体温度变为低温高压气体；
压气机5一端与初级散热器3热边连接，另一端依次与次级散热器6的热边连接；经压气机5后的低温高压气体进一步升温升压后再与次级散热器6进行热交换，气体温度再次降低，压力保持不变；
气体对涡轮10进行做功之前，需要将气体变为低温高压气体，涡轮10的做功效率会明显提高，所以经次级散热器6后的气体首先进入冷凝分离器8进行降温；
回热器7的热边及冷凝分离器8的热边连接，气体经冷凝分离器8的降温干燥后流回回热器7的冷边，且回热器7的冷边依次与涡轮10及冷凝分离器8冷边连接，经蒸发器11的热边后流入座舱12。
有机工质组件包括工质泵13、工质涡轮14及工质冷凝器15，工质泵13挤压工质管路的有机工质依次流过次级散热器6的冷边，初级散热器3的冷边，因此有机工质吸收次级散热器6及初级散热器3的热边的热量变为高温高压的工质蒸汽，然后高温高压的工质蒸汽进入工质涡轮14进行膨胀降温，形成低温低压的工质，低温低压的工质进入工质冷凝器15的热边，经冲压空气再次降温后，使工质变为液态，有机工质常态为液态，上述各部件通过工质管路连接，且工质管路内充满有机工质，上述有机工质的形态变化在闭式有机工质组件内多次重复实施。
蒸发循环制冷组件包括蒸发器11、压缩机16、制冷剂冷凝器17、膨胀阀18，压缩机16压缩制冷剂依次流过制冷剂冷凝器17热边、膨胀阀18及蒸发器11冷边，再流回压缩机16，完成一次循环；
制冷剂经过压缩机16后变成高温高压蒸汽后流入制冷剂冷凝器17热边与冲压空气完成热交换变成低温高压的气体，然后进入膨胀阀18变成低温低压的液体，再经过蒸发器11的冷边与来自冷凝分离器8冷边的气体进行热交换，再次吸热后流入压缩机16内。
压缩机16还通过联接轴驱动工质涡轮14工作，将高温高压的有机工质蒸汽进入工质涡轮14进行膨胀降温。
本实施例中，工质冷凝器15热边与制冷剂冷凝器17热边布置在冲压空气的进口处，便于对工质冷凝器15热边与制冷剂冷凝器17热边冷却，减少系统空调制冷组件的使用。
本实施例中，冷凝分离器8的热边与回热器7的冷边之间的管路设置有水分离器9，用于对冷凝分离器8产生的水进行消除，避免影响回热器7及涡轮10工作状态。
本实施例中，水分离器9的分离水通过管路输送到冲压空气的进口处，同冲压空气一并对冷凝器15热边与所述制冷剂冷凝器17热边进行冷却，增强冷却效果，减少冲压空气的引气量。
本实施例中，发动机气源1与所述初级散热器3热边的连接管路上设置有压力调节活门2，来自发动机气源1的引气经压力调节活门2控制引气的的压力，经调节后进入空气涡轮制冷组件。
本实施例中，初级散热器3热边与压气机5连接管路上设置有流量调节活门4，用于调节压气机5的引气量。
本发明环控系统余热制冷装置由空气涡轮制冷组件、有机工质组件和蒸发循环制冷组件组成，与传统空气制冷装置相比，一方面减少冲压空气量，降低飞机阻力，减少飞机性能代偿损失；另一方面有机工质组件有效利用环控系统余热做功驱动蒸发循环制冷组件。综合效果使得飞机的能量得到综合利用，提高飞机的经济性，降低运营成本。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种环控系统余热制冷装置，其特征在于：包括发动机气源(1)、初级散热器(3)、次级散热器(6)、空气涡轮制冷组件、有机工质制冷组件及蒸发循环制冷组件；
所述空气涡轮制冷组件包括压气机(5)、回热器(7)、冷凝分离器(8)及涡轮(10)；
所述压气机(5)一端与初级散热器(3)热边连接，另一端依次与次级散热器(6)的热边、回热器(7)的热边及冷凝分离器(8)的热边连接，气体经冷凝分离器(8)的降温干燥后流回回热器(7)的冷边，且所述回热器(7)的冷边依次与涡轮(10)及冷凝分离器(8)冷边连接；
所述有机工质组件包括工质泵(13)、工质涡轮(14)及工质冷凝器(15)，工质泵(13)挤压工质管路的有机工质依次流过所述次级散热器(6)的冷边、初级散热器(3)的冷边、工质涡轮(14)及工质冷凝器(15)的热边；
所述蒸发循环制冷组件包括蒸发器(11)、压缩机(16)、制冷剂冷凝器(17)、膨胀阀(18)，所述压缩机(16)压缩制冷剂依次流过制冷剂冷凝器(17)热边、膨胀阀(18)及蒸发器(11)冷边，所述压缩机(16)通过联接轴驱动工质涡轮(14)工作；
所述涡轮(10)通过联接轴驱动压气机(5)从发动机气源(1)引气进入初级散热器(3)，经蒸发器(11)的热边后流入座舱(12)。
2.根据权利要求1所述的环控系统余热制冷装置，其特征在于：所述工质冷凝器(15)热边与所述制冷剂冷凝器(17)热边布置在冲压空气的进口处。
3.根据权利要求1所述的环控系统余热制冷装置，其特征在于：所述冷凝分离器(8)的热边与所述回热器(7)的冷边之间的管路设置有水分离器(9)。
4.根据权利要求3所述的环控系统余热制冷装置，其特征在于：所述水分离器(9)的分离水通过管路输送到冲压空气的进口处，同冲压空气一并对冷凝器(15)热边与所述制冷剂冷凝器(17)热边进行冷却。
5.根据权利要求1所述的环控系统余热制冷装置，其特征在于：所述发动机气源(1)与所述初级散热器(3)热边的连接管路上设置有压力调节活门(2)。
6.根据权利要求1所述的环控系统余热制冷装置，其特征在于：所述初级散热器(3)热边与所述压气机(5)连接管路上设置有流量调节活门(4)。
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