CN107554799A - 一种发动机余热闭式空气制冷装置 - Google Patents

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夏宏涛
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Abstract

本发明公开了一种发动机余热闭式制冷装置，属于飞机制冷装置设计领域。有机工质组件包括：工质泵、蒸发器、工质涡轮、工质冷凝器；蒸发器布置在发动机排气口处，其出口端与工质涡轮、工质冷凝器及工质泵依次连接；空气制冷组件包括：压气机、第一热交换器、空气涡轮、第二热交换器；压气机的排气端与第一热交换器热边、空气涡轮、第二热交换器冷边依次连接；设备冷却组件包括设备舱及循环风扇，循环风扇一端与设备舱连接，另一端与第二热交换器热边连接形成空气循环回路；空气涡轮及工质涡轮分别与压气机共轴连接，且驱动压气机工作。本发明通过有机工质组件输出功驱动空气制冷组件，使得飞机能量得到有效利用，提高飞机经济性，降低运营成本。

Description

一种发动机余热闭式空气制冷装置
技术领域
本发明属于飞机制冷装置设计技术领域，具体涉及一种发动机余热闭式空气制冷装置。
背景技术
目前国内外飞机发动机燃气通过排气口直接排入大气，余热并未得到有效利用；同时国内外飞机采用的闭式空气制冷装置需通过飞机电源供电驱动，消耗飞机电能。有效避免发动机余热的直接浪费和闭式空气制冷装置电能的直接消耗是需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种发动机余热闭式空气制冷装置，利用发动机余热，通过有机工质组件输出功驱动闭式空气制冷组件，使得飞机能量得到有效利用，提高飞机经济性，降低运营成本。
本发明的技术方案是：一种发动机余热闭式空气制冷装置，包括：有机工质组件、空气制冷组件及设备冷却组件；
所述有机工质组件包括：工质泵、蒸发器、工质涡轮、工质冷凝器；
所述蒸发器布置在所述发动机排气口处，其出口端与工质涡轮、工质冷凝器及工质泵依次连接形成闭式回路；
所述空气制冷组件包括：压气机、第一热交换器、空气涡轮、第二热交换器；
所述压气机的排气端与第一热交换器热边、空气涡轮、第二热交换器冷边依次连接形成闭式回路；
所述设备冷却组件包括设备舱及循环风扇，所述循环风扇一端与所述设备舱连接，另一端与所述第二热交换器热边连接形成空气循环回路；
所述空气涡轮及工质涡轮分别与所述压气机共轴连接，且驱动压气机工作。
优选地，所述工质冷凝器及第一热交换器设置在冲压空气的出口处。
优选地，所述蒸发器为环形蒸发器，所述环形蒸发器环绕设置在发动机排气口处。
优选地，所述工质泵内填充有有机工质。
本发明技术方案的有益技术效果：本发明由有机工质组件、闭式空气制冷组件和设备冷却组件组成，与传统技术相比，有效利用发动机余热，通过有机工质组件输出功驱动闭式空气制冷组件，使得飞机能量得到有效利用，提高飞机经济性，降低运营成本。
附图说明
图1为本发明发动机余热闭式空气制冷装置的一优选实施例的结构示意图；
其中，1-工质泵，2-蒸发器，3-工质涡轮，4-工质冷凝器，5-压气机，6-第一热交换器，7-空气涡轮，8-第二热交换器。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示：本发明发动机余热闭式空气制冷装置的结构示意图，
一种发动机余热闭式空气制冷装置，包括：工质泵1、蒸发器2、工质涡轮3、工质冷凝器4、压气机5、第一热交换器6、空气涡轮7、第二热交换器8、设备舱9、循环风扇10；
蒸发器2布置在发动机排气口处，工质泵1的出口与蒸发器2的进口通过工质管路连接，蒸发器2的出口与工质涡轮3的进气端连接；工质涡轮3的排气端与工质冷凝器4的进口连接，工质冷凝器4出口与工质泵1的进口连接，上述部件依次通过工质管路连接形成闭式循环的有机工质组件；
工质泵1挤压有机工质进入蒸发器2吸收发动机排气口的余热，变为高温高压工质蒸气，随后高温高压工质蒸气进入工质涡轮3且对工质涡轮3做功后变为低温低压工质蒸气，低温低压工质蒸气再经过工质冷凝器4进一步冷却变为有机工质液体，最后进入工质泵，完成一次有机工质状态变化的循环。
压气机5的排气端与第一热交换器6的热边入口连接，第一热交换器6的热边出口与空气涡轮7的进气端连接，空气涡轮7的排气端与第二热交换器8冷边入口连接，第二热交换器8冷边出口与压气机5的进气端连接，上述部件通过空气管路连接，形成闭式空气制冷组件；
经压气机5作用后的封闭气体变为高温高压气体，高温高压气体进入第一热交换器6热边进行降温，然后再进入空气涡轮8且对空气涡轮8做功变为低温低压气体，再经过第二热交换器8冷边后吸热，进入压气机5，完成一次闭式循环。
设备冷却组件包括设备舱9及循环风扇10，循环风扇10一端与设备舱9连接，另一端与第二热交换器8热边连接形成空气循环回路，设备舱9的气体在循环风扇10作用下进入第二热交换器9的热边，经换热后进入设备舱10。
有机工质组件的工质涡轮3与空气制冷组件的空气涡轮7分别通过联接轴与空气制冷组件的压气机5共轴连接，工质涡轮3与空气涡轮7共同为压气机5提供驱动力，使得飞机能量得到有效的利用。
本实施例中，工质冷凝器4及第一热交换器6设置在冲压空气的出口处，利用冲压空气对工质冷凝器4和第一热交换器6进行冷却，此布置替代原有的飞机空调制冷组件制造的冷气，节约飞机的能源。
本实施例中，蒸发器2为环形蒸发器，环形蒸发器环绕设置在发动机排气口处，能够使有机工质更好的均布在发动机排气口处，增大吸热面积，有效的吸收发动机尾气的热量，提高飞机尾气热量的利用率。
另一方面，环形蒸发器与发动机排气端方便连接，比较容易固定。
可以理解的是：蒸发器2也可以采用其他的形状，只要能够充分利用有机工质吸收发动机排气端的余热即可，提高发动机尾气热量利用率。
本实施中，工质泵内填充有有机工质，利用有机工质的形态变化，对发动机尾气热量吸收和释放，用于对工质涡轮3做功，驱动压气机5工作。
本发明由有机工质组件、闭式空气制冷组件和设备冷却组件组成，与传统技术相比，有效利用发动机余热，通过有机工质组件输出功驱动闭式空气制冷组件，使得飞机能量得到有效利用，提高飞机经济性，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 (4)

1.一种发动机余热闭式空气制冷装置，其特征在于，包括：有机工质组件、空气制冷组件及设备冷却组件；
所述有机工质组件包括：工质泵(1)、蒸发器(2)、工质涡轮(3)、工质冷凝器(4)；
所述蒸发器(2)布置在所述发动机排气口处，其出口端与工质涡轮(3)、工质冷凝器(4)及工质泵(1)依次连接形成闭式回路；
所述空气制冷组件包括：压气机(5)、第一热交换器(6)、空气涡轮(7)、第二热交换器(8)；
所述压气机(5)的排气端与第一热交换器(6)热边、空气涡轮(7)、第二热交换器(8)冷边依次连接形成闭式回路；
所述设备冷却组件包括设备舱(9)及循环风扇(10)，所述循环风扇(10)一端与所述设备舱(9)连接，另一端与所述第二热交换器(8)热边连接形成空气循环回路；
所述空气涡轮(7)及工质涡轮(3)分别与所述压气机(5)共轴连接，且驱动压气机(5)工作。
2.根据权利要求1所述的发动机余热闭式空气制冷装置，其特征在于：所述工质冷凝器(4)及第一热交换器(6)设置在冲压空气的出口处。
3.根据权利要求1所述的发动机余热闭式空气制冷装置，其特征在于：所述蒸发器(2)为环形蒸发器，所述环形蒸发器环绕设置在发动机排气口处。
4.根据权利要求1所述的发动机余热闭式空气制冷装置，其特征在于：所述工质泵(1)内填充有有机工质。
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