CN110422334B - 一种自冷却空气增压装置及分子筛供气冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自冷却空气增压装置及分子筛供气冷却方法，由环控系统引来的空气经过流量调节活门进行流量调节后，一路进入由涡轮带动的压气机进行增压增温，增压后的高温空气进入双通道散热器的第一流程接受涡轮进口空气的冷却，然后再进入双通道散热器的第二流程接受涡轮出口低温空气的再次冷却，成为高压、低温空气后供入下级制氧分子筛使用。本发明不需要电源为压气机提供动力，涡轮还能为本系统制造低温空气，供系统冷却使用，不需要额外引入不稳定的冲压空气来进行冷却，另由于涡轮出口的空气温度低，其冷却效果远比机外冲压空气好，为分子筛的制氧工作提供了一个更良好的工况条件。
Description
技术领域
本发明涉及飞机机载制氧系统中的空气增压装置，特别是一种用于向分子筛供气的冷却方法以及相应的自冷却空气增压装置设计。
背景技术
飞机机载制氧系统是飞机环控系统的一部分，主要为飞行员提供所需的氧气，它一般从环控系统引入空气，然后经过增压、分子筛过滤后，留下纯氧供飞行员使用，而这其中的空气增压系统为后续的分子筛提供高压、低温的空气。
目前飞机上常用的空气增压系统如图1所示，由环控系统引来的空气经过流量调节活门1进行流量调节后，进入由电机驱动的压气机2进行增压增温，增压后的高温空气进入散热器3进行降温冷却后成为高压、低温空气供入下级制氧分子筛使用，散热器3的冷边空气一般为从机外引来的冲压空气。该增压系统由于散热器3的冷边空气为飞机冲压引气，受飞机飞行工况的影响，该冲压空气的流量及温度处在不断变化中，导致散热器3散热功率不断在变化，也使得供入下级分子筛的高压空气温度波动大，影响了分子筛的过滤效果。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种自冷却空气增压装置及分子筛供气冷却方法，减少因高压空气温度波动大对分子筛过滤效果的影响，提高空气的冷却效率和效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种自冷却空气增压装置，包括，
流量调节活门，所述流量调节活门的出口端包括第一气体支路和第二气体支路；
压气机，所述压气机的进气端与第一气体支路连接；
双通道散热器，所述双通道散热器的热端进口与压气机的排气端连接，双通道散热器的冷端第一流程进口与第二气体支路连接；
涡轮，所述涡轮的进气端与双通道散热器的冷端第一流程出口连接，涡轮的排气端与双通道散热器的冷端第二流程进口连接，涡轮与压气机连接并驱动压气机工作。
进一步，所述双通道散热器的热端出口与制氧分子筛连接。
进一步，所述双通道散热器的冷端第二流程出口与外界环境连通。
一种分子筛供气冷却方法，将环控系统引来的空气分为两个部分，一部分空气经增温增压后作为分子筛制氧需要的待冷却空气，另一部分空气作为冷却介质，该部分空气又分为直接用作一次冷却介质的空气，以及经膨胀做功降温后作为二次冷却介质的空气。
其中，所述待冷却空气通过压气机进行增温增压。
其中，所述作为二次冷却介质的空气经涡轮膨胀做功降温后作为二次冷却介质使用。
进一步，所述涡轮的气源来自作为一次冷却介质的空气。
本发明的装置包括流量调节活门、压气机、涡轮、双通道散热器。由环控系统引来的空气经过流量调节活门进行流量调节后，一路进入由涡轮带动的压气机进行增压增温，增压后的高温空气进入双通道散热器的第一流程接受涡轮进口空气的冷却，然后再进入双通道散热器的第二流程接受涡轮出口低温空气的再次冷却，成为高压、低温空气后供入下级制氧分子筛使用，这其中的涡轮不仅为压气机提供动力，还为本系统提供低温冷却空气。
与现有技术相比，本发明所具有的优点包括：
(1)增压装置能自己制造低温空气，不需要引入外界冲压空气(即装置的低温空气由涡轮膨胀做功降温后产生，不需要引入外界冲压空气)；
(2)增压装置的冷却效果更好，能将增压后的空气温度由(50～80)℃降低到(15～35)℃；
(3)装置的压气机由涡轮驱动，增压装置能自我增压，减少了对机上电源功率的要求。
附图说明
图1现有技术中传统的空气增压系统；
图2本发明的自冷却空气增压装置；
图中，1流量调节活门；2压气机；3散热器；4涡轮；5双通道散热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本结构发明作进一步的说明，但不应就此理解为本结构发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本结构发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本结构发明的范围内。
为了降低因分子筛高压空气温度波动大造成的对分子筛过滤效果的影响，本发明采用的主体构思为将环控系统引来的空气分为两个部分，一部分空气经增温增压后作为分子筛制氧需要的待冷却空气，另一部分空气作为冷却介质，该部分空气又分为直接用作一次冷却介质的空气，以及经膨胀做功后作为二次冷却介质的空气。
基于上述构思，本实施例中提供了一种空气增压装置用于分子筛供气冷却，即自冷却空气增压系统设计方案，该装置如图2所示，其主要由流量调节活门4、压气机2、涡轮4、双通道散热器5组成。由环控系统引来的空气经过流量调节活门4进行流量调节后，一路进入由涡轮4带动的压气机2进行增压增温，增压后的高温空气进入双通道散热器5的第一流程接受涡轮4进口空气的冷却，然后再进入双通道散热器5的第二流程接受涡轮4出口低温空气的再次冷却，成为高压、低温空气后供入下级制氧分子筛使用，这其中的涡轮4不仅为压气机2提供动力，还为本装置提供低温冷却空气，涡轮4膨胀做功产生的冷边空气温度低，装置的冷却效果更好，能将原装置增压冷却后的空气温度由(50～80)℃降低到(15～35)℃。需要说明的是，本实施例中的双通道散热器为常规的冷边有两个通道的散热器，无特殊要求。
该装置与现有系统相比，压气机2的动力由涡轮4提供，不需要电源为压气机2提供动力，涡轮4还能为本装置制造低温空气，供装置冷却使用，不需要额外引入不稳定的冲压空气来进行冷却，另由于涡轮4出口的空气温度最低可达-40℃，其冷却效果远比温度在(20～80)℃的机外冲压空气好，使进入后续制氧分子筛的空气温度由(50～80)℃降低到(15～35)℃，为分子筛的制氧工作提供了一个更良好的工况条件。
本实施例中自冷却空气增压装置工作过程如下，由环控系统引来的温度40℃，压力213kPa的空气经流量调节活门4进行流量调节后一路进入压气机2进行增温增压，成为温度144℃，压力394kPa的高温、高压空气，然后进入双通道散热器5被冷却为温度18℃，压力380kPa的低温、高压空气，供入下一级制氧分子筛使用。而经流量调节活门4进行流量调节后的另一路气体则先进入双通道散热器5冷端第一流程吸收部分热量成为温度70℃，压力207kPa的空气，然后进入涡轮4膨胀做功成为温度-40℃，压力30kPa的低温空气，最后进入双通道散热器5冷端第二流程吸收大部分热量成为温度20℃，压力23kPa的空气后排出机外。整个装置自我增压及冷却，不需要外界提供能源动力及冷却介质。
Claims (4)
1.一种自冷却空气增压装置，其特征在于：包括，
流量调节活门(1)，所述流量调节活门(1)的出口端包括第一气体支路和第二气体支路，由环控系统引来的空气进入流量调节活门(1)的入口端；
压气机(2)，所述压气机(2)的进气端与第一气体支路连接；
双通道散热器(5)，所述双通道散热器(5)的热端进口与压气机(2)的排气端连接，双通道散热器(5)的冷端第一流程进口与第二气体支路连接；
涡轮(4)，所述涡轮(4)的进气端与双通道散热器(5)的冷端第一流程出口连接，涡轮(4)的排气端与双通道散热器(5)的冷端第二流程进口连接，涡轮(4)与压气机(2)连接并驱动压气机(2)工作。
2.根据权利要求1所述的一种自冷却空气增压装置，其特征在于：所述双通道散热器(5)的热端出口与制氧分子筛连接。
3.根据权利要求1所述的一种自冷却空气增压装置，其特征在于：所述双通道散热器(5)的冷端第二流程出口与外界环境连通。
4.一种分子筛供气冷却方法，其特征在于：将环控系统引来的空气分为两个部分，一部分空气经增温增压后作为分子筛制氧需要的待冷却空气，另一部分空气作为冷却介质，作为冷却介质的空气又分为直接用作一次冷却介质的空气，以及经膨胀做功降温后作为二次冷却介质的空气；
所述待冷却空气通过压气机(2)进行增温增压；
所述作为二次冷却介质的空气经涡轮(4)膨胀做功降低温度；
所述涡轮(4)的气源来自作为一次冷却介质的空气。
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