CN109747868A - 一种节能型航天航空高效换气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换气机技术领域，具体地，涉及一种节能型航天航空高效换气装置，包括有空调器、出气管道、进气管道、涡轮组件和动力机构，空调器安装在航天航空器内部并与航天航空器内部的空气连通，出气管道和进气管道自空调器的工作端向外延伸到航天航空器的外部并与大气连通，涡轮组件包括有主轴、涡轮和叶轮，涡轮安装在出气管道内部，叶轮安装在进气管道内部，涡轮和叶轮同轴并且通过主轴刚性传动连接，主轴与动力机构的工作端传动连接，该换气装置通过机舱内外气压差工作，不消耗任何能源即可对吸入的外界冷空气进行一次加压和加热，并且该换气装置可以对经过一次加压加热的新鲜空气进行二次加压加热，使其满足机舱内部的需要。

Description

一种节能型航天航空高效换气装置

技术领域

本发明涉及换气机技术领域，具体地，涉及一种节能型航天航空高效换气装置。

背景技术

换气机是根据在密闭的室内一侧送风另一侧引风，则在室内会形成“新风流动场”的原理进行设计研制的。它依靠机械送风、引风，强迫在系统内形成新风流动场。是一种时刻保持室内空气洁净清新的新型环保电器。这种独立的室内空气置换、净化循环系统，能在排除室内的污染空气的同时，输入自然新鲜空气，将输入室内的新风先经过滤、杀菌、加热、增氧等多项处理。良好的通风是稀释室内各种污染物、提高室内空气品质的有效途径，新风换气机在供给新风的同时置换出等量的室内污浊空气，而通常的风机盘管加新风空调系统中，新风系统单独设置分别送入房间，多余的空气靠房间正压排除，在有些封闭严密的建筑中，可能产生新风量不足的现象，从这一方面，在空调系统中采用新风换气机代替新风机组供应新风是有优势的，目前也有很多这样应用的工程实例。

目前航空航天上在使用换气装置过程中存在一些缺陷，例如，航空航天上的空气换气装置结构复杂，工作麻烦，体积较大，功能不全面，没有设置有吸风机，不能高效的换气，并且没有设置空气清新器装置，不能将空气中的空气杀菌及增加清新的味道，此外，机外空气往往温度较低，进入机内容易造成冷凝，不利于对其进行利用，且容易损坏换气装置。

中国专利CN207317178U公开了一种用于航天航空的高效换气装置，包括换气装置主体、安装座、排气室、过滤室和排气室，换气装置主体上下两端一侧均固定设有安装座，换气装置主体外侧安装有空气排出口，空气排出口一侧设有排气室，排气室置于换气装置主体内部，排气室一侧设有机内空气吸入口，机内空气吸入口置于换气装置主体内侧，提供多个吸风机的设置，加大对机外空气的吸收力度，吸收的空气，经过入气管道时，入气管道内的电加热丝对其进行加热，防止机外空气冷凝，此外，多层过滤板给吸收的空气进行过滤净化，以供机内人员利用，通过空气清新滤板的设置，实现空气清新的目的，使得机内人员心情更加舒适，本实用新型设计合理，适合推广使用。

中国专利CN205554606U公开了一种高效的用于航天航空的空气换气装置，包括污浊气体排出口、除霜装置、旋转过滤筒和机内空气检测装置，所述污浊气体排出口安装在外壳体的左侧，且污浊气体排出口的下方设置有机外空气吸入口，所述外壳体的内部设置有调压装置所述风扇的右侧设置有新鲜空气排出口。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型一种高效的用于航天航空的空气换气装置结构科学合理，操作安全方便，结构简单，工作快捷，体积较小，功能全面，换气装置设置有吸风机，可以非常有效的换气，并且设置空气清新器装置，可以将空气中的空气杀菌及增加清新的味道，设置有除霜装置，可以减少换气装置的更换。

现有技术中航空器内部的空气通过空调进行置换，内外置换空气通过发动机吸入空气后再由空气进行置换，由于机舱内和机舱外的空气压力不同，机舱外的空气必须经过加压后才能引入机舱内部进行换气，以上专利公开的换气装置均不包含空气加压装置，无法满足航空航天器对于换气装置的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种节能型航天航空高效换气装置，该换气装置通过机舱内外气压差工作，不消耗任何能源即可对吸入的外界冷空气进行一次加压和加热，并且该换气装置可以对经过一次加压加热的新鲜空气进行二次加压加热，使其满足机舱内部的需要。

本发明公开的一种节能型航天航空高效换气装置，包括有空调器、出气管道、进气管道、涡轮组件和动力机构，空调器安装在航天航空器内部并与航天航空器内部的空气连通，出气管道和进气管道自空调器的工作端向外延伸到航天航空器的外部并与大气连通，涡轮组件包括有主轴、涡轮和叶轮，涡轮安装在出气管道内部，叶轮安装在进气管道内部，涡轮和叶轮同轴并且通过主轴刚性传动连接，主轴与动力机构的工作端传动连接。

进一步的，涡轮组件还包括有涡轮室和增压器，涡轮室安装在出气管道的中端，涡轮安装在涡轮室的内部轴心位置，出气管道自空调器的工作端向外延伸连接到涡轮室的外侧风道，随后出气管道自涡轮室的轴向风道向外延伸并连接到大气；增压器安装在进气管道的中端，叶轮安装在增压器的内部轴心位置，进气管道自空调器的工作端向外延伸到增压器的外侧风道，随后进气管道自增压器的轴向风道向外延伸并连接到大气，增压器的外侧风道直径小于轴向风道的直径。

进一步的，动力机构包括有无框电机和电机支架，无框电机固定安装在电机支架上，主轴固定安装在无框电机的工作轴内部。

进一步的，空调器和进气管道之间还安装有空气压缩机。

更进一步的，涡轮室与出气管道之间安装有出气口单向阀，出气口单向阀设置在涡轮室的外侧风道上，增压器和进气管道之间安装有进气口单向阀，进气口单向阀安装在增压器的外侧风道上。

更进一步的，出气管道中端设置有一截延伸到进气管道内部的热交换管道。

更进一步的，热交换管道沿着进气管道的轴线呈螺旋状向前延伸，热交换管道的外壁与进气管道的内壁抵接。

进一步的，进气管道靠近大气的一端安装有空气过滤管道，空气过滤管道中安装有空气过滤芯。

更进一步的，空气过滤管道靠近大气的一端安装有防虫鸟网罩。

更进一步的，空气过滤管道上安装有防霜冻装置。

有益效果：

空调器为市场上常见的空调器，用于换气和调节温度，但是航天航空器飞行在高空中，外界大气稀薄，气压低且温度也低，仅靠普通空调无法满足使用需求，所以外界的大气在进入到空调器进行置换之前，需要先进行加热和加压；

航天航空器内的气压较高，而外界的空气气压较低，使得航空航天器内部的空气会自发地喷射到外界，空气通过出气管道喷出带动涡轮转动，涡轮通过主轴带动叶轮转动，从而使得涡轮组件工作，叶轮和增压器共同作用将外界的空气吸入并加压后传输到空调器中，如此不需要任何能源即可实现航天航空器与外界大气的空气置换，节约了能源；

热交换管道沿着进气管道的轴线呈螺旋状向前延伸，使得常温废气空气经过热交换管道时与进气管道吸入的冷空气进行热交换，被一次加热的冷空气在增压器中被叶轮进行一次加压，随后经过一次加热和一次加压的新鲜空气进入到空气压缩机中进行二次加压，随后新鲜空气进入到空调器中进行二次加热后释放到机舱内；

当航天航空器位于地面时，机舱内部气压和外界空气气压相同，使得涡轮组件无法工作，此时通过动力机构驱动主轴转动使得涡轮组件开始工作。

1.该换气装置通过机舱内外气压差工作，不消耗任何能源即可对吸入的外界冷空气进行一次加压和加热；

2.该换气装置可以对经过一次加压加热的新鲜空气进行二次加压加热，使其满足机舱内部的需要。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为实施例的立体图；

图2为实施例的俯视图；

图3为实施例的部分结构立体图一；

图4为实施例的部分结构立体图二；

图5为实施例的部分结构俯视图；

图6为实施例的部分结构侧面剖视图；

图7为实施例的部分结构侧面剖视立体图；

图8为实施例的涡轮组件立体图；

图9为实施例的涡轮组件立体局部剖视图；

图10为实施例的涡轮组件立体分解图；

附图标记说明：空调器1，出气管道2，热交换管道2a，进气管道3，空气过滤管道3a，防虫鸟网罩3b，涡轮组件4，主轴4a，涡轮4b，叶轮4c，涡轮室4d，增压器4e，出气口单向阀4f，进气口单向阀4g，动力机构5，无框电机5a，电机支架5b，空气压缩机6。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1至图10所示的一种节能型航天航空高效换气装置，包括有空调器1、出气管道2、进气管道3、涡轮组件4和动力机构5，空调器1安装在航天航空器内部并与航天航空器内部的空气连通，出气管道2和进气管道3自空调器1的工作端向外延伸到航天航空器的外部并与大气连通，涡轮组件4包括有主轴4a、涡轮4b和叶轮4c，涡轮4b安装在出气管道2内部，叶轮4c安装在进气管道3内部，涡轮4b和叶轮4c同轴并且通过主轴4a刚性传动连接，主轴4a与动力机构5的工作端传动连接。

空调器1为市场上常见的空调器，用于换气和调节温度，但是航天航空器飞行在高空中，外界大气稀薄，气压低且温度也低，仅靠普通空调无法满足使用需求，所以外界的大气在进入到空调器进行置换之前，需要先进行加热和加压；

航天航空器内的气压较高，而外界的空气气压较低，使得航空航天器内部的空气会自发地喷射到外界，空气通过出气管道2喷出带动涡轮4b转动，涡轮4b通过主轴4a带动叶轮4c转动，从而使得叶轮4c工作将外界的空气加压后传输到空调器1中，如此不需要任何能源即可实现航天航空器与外界大气的空气置换，节约了能源；

当航天航空器位于地面时，机舱内部气压和外界空气气压相同，使得涡轮组件4无法工作，此时通过动力机构5驱动主轴4a转动，从而使得涡轮4b通过出气管道2从机舱内抽出废弃，同时叶轮4c工作将外界的新鲜空气传输到机舱内部。

涡轮组件4还包括有涡轮室4d和增压器4e，涡轮室4d安装在出气管道2的中端，涡轮4b安装在涡轮室4d的内部轴心位置，出气管道2自空调器1的工作端向外延伸连接到涡轮室4d的外侧风道，随后出气管道2自涡轮室4d的轴向风道向外延伸并连接到大气；增压器4e安装在进气管道3的中端，叶轮4c安装在增压器4e的内部轴心位置，进气管道3自空调器1的工作端向外延伸到增压器4e的外侧风道，随后进气管道3自增压器4e的轴向风道向外延伸并连接到大气，增压器4e的外侧风道直径小于轴向风道的直径。

废气通过出气管道2进入到涡轮室4d的外侧风道并向着涡轮室4d的轴向风道流动，废气推动涡轮4b旋转，涡轮4b通过主轴4a带动叶轮4c旋转，叶轮4c将增压器4e轴向风道中的空气吸入并向着增压器4e的外侧风道排出，排出到增压器4e的空气通过进气管道3进入到空调器1中与航天航空器内部空气进行置换；增压器4e的外侧风道直径小于轴向风道的直径，使得外界稀薄空气通过增压器4e的轴向风道进入到外侧风道后被加压。

动力机构5包括有无框电机5a和电机支架5b，无框电机5a固定安装在电机支架5b上，主轴4a固定安装在无框电机5a的工作轴内部。

该换气装置在高空中依靠航天航空器内外的气压差工作，当其处于地面时，则通过无框电机5a驱动主轴4a旋转，从而使得涡轮4b和叶轮4c旋转来置换空气。

空调器1和进气管道3之间还安装有空气压缩机6。

出气管道2排出空气时通过涡轮4b和涡轮室4d驱动主轴4a旋转，涡轮组件4工作时通过叶轮4c和增压器4e的共同作用对进气管道3吸入的空气进行加压，期间由于摩擦力、热传递等原因会损失一部分能量，使得进气管道3吸入的空气经过加压后也无法满足航天航空器内部对气压的需求，此时就需要空气压缩机6对这部分损失的气压进行补偿，经过加压后的空气经过空气压缩机6再次加压并释放到机舱内部。

涡轮室4d与出气管道2之间安装有出气口单向阀4f，出气口单向阀4f设置在涡轮室4d的外侧风道上，增压器4e和进气管道3之间安装有进气口单向阀4g，进气口单向阀4g安装在增压器4e的外侧风道上。

由于出气管道2和进气管道3均与机舱内外连通，通过出气口单向阀4f和进气口单向阀4g可以确保机舱内部废气通过出气管道2依次经过出气口单向阀4f、涡轮室4d后排出到大气，而外界空气通过进气管道3依次经过进气口单向阀4g、增压器4e后释放到机舱内部，若没有出气口单向阀4f或进气口单向阀4g，可能会导致空气均通过出气管道2和进气管道3排出，直到机舱内外气压一致。

出气管道2中端设置有一截延伸到进气管道3内部的热交换管道2a。

进气管道3吸入的外界空气温度较低，出气管道2排出的废气温度较高，热交换管道2a的温度高于外界空气的温度，使得进气管道3吸入的空气被热交换管道2a加热后再进入空调器1中进行二次加热，节约了空调器1消耗的能源。

热交换管道2a沿着进气管道3的轴线呈螺旋状向前延伸，热交换管道2a的外壁与进气管道3的内壁抵接。

螺旋状的热交换管道2a增大了出气管道2中的热空气与进气管道3中的冷空气之间的间接接触面积，增强了热交换的效果。

进气管道3靠近大气的一端安装有空气过滤管道3a，空气过滤管道3a中安装有空气过滤芯。

外界的大气往往有大量的粉尘，需要经过过滤后才能进入到机舱内部，所以通过空气过滤管道3a中安装的空气过滤芯进行过滤。

空气过滤管道3a靠近大气的一端安装有防虫鸟网罩3b。

防虫鸟网罩3b可以阻止虫鸟通过进气管道3进入到增压器4e中，避免涡轮组件4的工作受到影响。

空气过滤管道3a上安装有防霜冻装置。

该防霜冻装置为缠绕在空气过滤管道3a上的电阻丝，由于外界的空气较冷，尤其是航天航空器落地时，空气过滤管道3a温度极低，而地面空气温度和湿度都很高，容易在空气过滤管道3a处产生霜冻，导致空气过滤管道3a被堵塞进而导致进气管道3被堵塞，所以需要电阻丝对空气过滤管道3a进行加热，防止其产生霜冻。

工作原理：

空调器1为市场上常见的空调器，用于换气和调节温度，但是航天航空器飞行在高空中，外界大气稀薄，气压低且温度也低，仅靠普通空调无法满足使用需求，所以外界的大气在进入到空调器进行置换之前，需要先进行加热和加压；

航天航空器内的气压较高，而外界的空气气压较低，使得航空航天器内部的空气会自发地喷射到外界，空气通过出气管道2喷出带动涡轮4b转动，涡轮4b通过主轴4a带动叶轮4c转动，从而使得涡轮组件4工作，叶轮4c和增压器4e共同作用将外界的空气吸入并加压后传输到空调器1中，如此不需要任何能源即可实现航天航空器与外界大气的空气置换，节约了能源；

热交换管道2a沿着进气管道3的轴线呈螺旋状向前延伸，使得常温废气空气经过热交换管道2a时与进气管道3吸入的冷空气进行热交换，被一次加热的冷空气在增压器4e中被叶轮4c进行一次加压，随后经过一次加热和一次加压的新鲜空气进入到空气压缩机6中进行二次加压，随后新鲜空气进入到空调器1中进行二次加热后释放到机舱内；

当航天航空器位于地面时，机舱内部气压和外界空气气压相同，使得涡轮组件4无法工作，此时通过动力机构5驱动主轴4a转动使得涡轮组件4开始工作。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：包括有空调器（1）、出气管道（2）、进气管道（3）、涡轮组件（4）和动力机构（5），空调器（1）安装在航天航空器内部并与航天航空器内部的空气连通，出气管道（2）和进气管道（3）自空调器（1）的工作端向外延伸到航天航空器的外部并与大气连通，涡轮组件（4）包括有主轴（4a）、涡轮（4b）和叶轮（4c），涡轮（4b）安装在出气管道（2）内部，叶轮（4c）安装在进气管道（3）内部，涡轮（4b）和叶轮（4c）同轴并且通过主轴（4a）刚性传动连接，主轴（4a）与动力机构（5）的工作端传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：涡轮组件（4）还包括有涡轮室（4d）和增压器（4e），涡轮室（4d）安装在出气管道（2）的中端，涡轮（4b）安装在涡轮室（4d）的内部轴心位置，出气管道（2）自空调器（1）的工作端向外延伸连接到涡轮室（4d）的外侧风道，随后出气管道（2）自涡轮室（4d）的轴向风道向外延伸并连接到大气；增压器（4e）安装在进气管道（3）的中端，叶轮（4c）安装在增压器（4e）的内部轴心位置，进气管道（3）自空调器（1）的工作端向外延伸到增压器（4e）的外侧风道，随后进气管道（3）自增压器（4e）的轴向风道向外延伸并连接到大气，增压器（4e）的外侧风道直径小于轴向风道的直径。

3.根据权利要求1所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：动力机构（5）包括有无框电机（5a）和电机支架（5b），无框电机（5a）固定安装在电机支架（5b）上，主轴（4a）固定安装在无框电机（5a）的工作轴内部。

4.根据权利要求1所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：空调器（1）和进气管道（3）之间还安装有空气压缩机（6）。

5.根据权利要求2所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：涡轮室（4d）与出气管道（2）之间安装有出气口单向阀（4f），出气口单向阀（4f）设置在涡轮室（4d）的外侧风道上，增压器（4e）和进气管道（3）之间安装有进气口单向阀（4g），进气口单向阀（4g）安装在增压器（4e）的外侧风道上。

6.根据权利要求2所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：出气管道（2）中端设置有一截延伸到进气管道（3）内部的热交换管道（2a）。

7.根据权利要求6所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：热交换管道（2a）沿着进气管道（3）的轴线呈螺旋状向前延伸，热交换管道（2a）的外壁与进气管道（3）的内壁抵接。

8.根据权利要求1所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：进气管道（3）靠近大气的一端安装有空气过滤管道（3a），空气过滤管道（3a）中安装有空气过滤芯。

9.根据权利要求8所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：空气过滤管道（3a）靠近大气的一端安装有防虫鸟网罩（3b）。

10.根据权利要求8所述的一种节能型航天航空高效换气装置，其特征在于：空气过滤管道（3a）上安装有防霜冻装置。