CN111268140B - 一种飞机绿色环控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机绿色环控系统，包括空气供给模块、制冷/加温模块、制氧/制氮模块、燃油模块和发动机模块；空气供给模块为制冷/加温模块和制氧/制氮模块提供高压空气；制冷/加温模块采用蒸发循环系统；制氧/制氮模块包括制氧组件和制氮组件，制氧组件为飞机座舱提供氧气，制氮组件制得的氮气用于惰化燃油模块中的燃油；燃油模块中的燃油作为制冷/加温模块中制冷剂散热、制氧/制氮模块中氧气降温及发动机模块中滑油组件冷却的冷源；滑油组件用于润滑和冷却发动机内部齿轮构件；发动机模块产生的高温尾气用于制氧系统的升温。本发明的飞机绿色环控系统实现了飞机环控系统的绿色节能。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器环境控制技术技术领域，特别是涉及一种飞机绿色环控系统。
背景技术
现代飞机的座舱和设备舱都要进行环境控制，将舱内空气的温度、压力和湿度等保持在合适的范围内，保障乘员的正常生活和设备的可靠性。随着飞机性能的不断提升，电子设备的热负荷逐渐增大，对新型制冷系统的需求愈发强烈。对于有人机，还需考虑乘员的降温、加温、增压通风、除湿以及氧气供应等需求。此外，从飞机安全性的角度考虑，也需考虑防除冰问题和燃油箱防火抑爆问题。
总得来说，现代飞机，尤其是有人机，其环控系统涉及到的内容更加广泛，包括制冷、除湿、加温、防冰、制氮、增压、通风、制氧、救生九大部分，而与此同时系统复杂度也更高，能量消耗也更大。因而，需要从能量消耗，也即燃油代偿损失的角度，对飞机环控系统进行总体设计，在满足功能的前提下，实现绿色节能的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种飞机绿色环控系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现飞机环控系统的绿色节能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种飞机绿色环控系统，包括空气供给模块、制冷/加温模块、制氧/制氮模块、燃油模块和发动机模块；所述空气供给模块为所述制冷/加温模块和所述制氧/制氮模块提供高压空气；所述制冷/加温模块采用蒸发循环系统；所述制氧/制氮模块包括制氧组件和制氮组件，所述制氧组件为飞机座舱提供氧气，所述制氮组件制得的氮气用于惰化所述燃油模块中的燃油；所述燃油模块中的燃油作为所述制冷/加温模块中制冷剂散热、所述制氧/制氮模块中氧气降温及所述发动机模块中滑油组件冷却的冷源；所述滑油组件用于润滑和冷却发动机内部齿轮构件；所述发动机模块产生的高温尾气用于制氧系统的升温。
优选的，所述空气供给模块包括膜除湿组件和与所述膜除湿组件的出气口连通的电动压气机。
优选的，所述制冷/加温模块包含压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、第一蒸发器、第二蒸发器；所述压缩机的出气口与所述第一冷凝器的进气口和所述第二冷凝器的进气口连通，所述第一蒸发器的出气口和所述第二蒸发器的出气口分别与所述压缩机的进气口连通；所述第一冷凝器的出气口和所述第二冷凝器的出气口分别与所述第一蒸发器的进气口和所述第二蒸发器的进气口连通，所述第一蒸发器的进气口和所述第二蒸发器的进气口分别设置有节流阀，所述第一冷凝器的进气口和所述第二冷凝器的进气口分别设置有阀门；所述第一蒸发器用于冷却电子设备；所述电动压气机、所述第二冷凝器和所述座舱依次连通，所述电动压气机、所述第二蒸发器和所述座舱依次连通。
优选的，所述制氧组件包括依次连通的升温换热器、陶瓷制氧膜组件和降温换热器；所述升温换热器与所述电动压气机连通，所述降温换热器与所述座舱连通；所述发动机模块产生的高温尾气通过所述升温换热器后进入防冰组件。
优选的，所述制氮组件包含与所述电动压气机连通的中空纤维制氮膜组件，所述中空纤维制氮膜组件还与所述燃油组件中的油箱连通。
优选的，所述燃油模块包含所述油箱、第一燃油泵、第二燃油泵和第三燃油泵；所述油箱、所述第一燃油泵和所述第一冷凝器依次连接且首尾相通，所述油箱、所述第二燃油泵和所述降温换热器依次连接且首尾相通，所述油箱、所述第三燃油泵和燃油-滑油换热器连接且首尾依次相通。
优选的，所述滑油组件包含依次相连通的所述燃油-滑油换热器、滑油箱和滑油泵；所述滑油泵与所述发动机模块中的发动机连通。
优选的，所述发动机模块包括所述发动机，所述油箱、所述燃油-滑油换热器分别与所述发动机连通。
优选的，所述制氧组件和所述制氮组件进行耦合关联，即所述制氧组件所产生的废余氮气用于所述制氮组件，所述制氮组件所产生的废余氧气用于所述制氧组件，所述制氧组件和所述制氮组件形成机载联合制氧/制氮系统。
优选的，所述第一蒸发器、所述第二蒸发器、所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述升温换热器、所述降温换热器和所述燃油-滑油换热器均采用微通道换热器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的飞机绿色环控系统实现了飞机环控系统的绿色节能。本发明通过对飞机环控系统进行总体设计，基于膜除湿技术、电动压气机增压技术、蒸发循环技术、陶瓷制氧技术、中空纤维膜制氮技术、燃油热沉技术、尾气和滑油热回收技术等多种新技术，实现了资源、能量的循环利用，具有集成度高、绿色节能、结构紧凑、高效可靠等多重优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明飞机绿色环控系统的构建思路图；
图2为本发明飞机绿色环控系统的结构示意图；
其中：1-膜除湿组件，2-电动压气机，3-压缩机，4-第一冷凝器，5-第二冷凝器，6-第一节流阀，7-第二节流阀，8-第一蒸发器，9-第二蒸发器，10-座舱，11-第一阀门，12-第二阀门，13-第三阀门，14-第四阀门，15-中空纤维制氮膜组件，16-油箱，17-升温换热器，18-陶瓷制氧膜组件，19-降温换热器，20-防冰组件，21-燃油-滑油换热器，22-滑油箱，23-发动机，24-第一燃油泵。25-第二燃油泵，26-第三燃油泵，27-滑油泵。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种飞机绿色环控系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现飞机环控系统的绿色节能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图2所示：本实施例飞机绿色环控系统包括空气供给模块、制冷/加温模块、制氧/制氮模块、燃油模块和发动机模块。
其中，空气供给模块包括膜除湿组件1和与膜除湿组件1的出气口连通的电动压气机2。制冷/加温模块包含压缩机3、第一冷凝器4、第二冷凝器5、第一蒸发器8、第二蒸发器9；压缩机3的出气口与第一冷凝器4的进气口和第二冷凝器5的进气口连通，第一蒸发器8的出气口和第二蒸发器9的出气口分别与压缩机3的进气口连通；第一冷凝器4的出气口和第二冷凝器5的出气口分别与第一蒸发器8的进气口和第二蒸发器9的进气口连通，第一蒸发器8的进气口设置有第一节流阀6，第二蒸发器9的进气口设置有第二节流阀7，第一冷凝器4的进气口设置有第三阀门13，第二冷凝器5的进气口设置有第四阀门14；第一蒸发器8用于冷却电子设备；电动压气机2、第二冷凝器5和座舱10依次连通，电动压气机2和第二冷凝器5之间设置有第一阀门11，电动压气机2、第二蒸发器9和座舱10依次连通，电动压气机2和第二蒸发器9之间设置有第二阀门12。制冷/加温模块始终处于制冷状态，无需换向，当座舱10需要制冷时，第二阀门12、第四阀门14打开，第一阀门11、第三阀门13关闭，模块以燃油作为冷源；当座舱10需要加温时，第二阀门12、第四阀门14关闭，第一阀门11、第三阀门13打开，模块以电子设备散热作为热源。
制氧组件包括依次连通的升温换热器17、陶瓷制氧膜组件18和降温换热器19；升温换热器17与电动压气机2连通，降温换热器19与座舱10连通；发动机模块产生的高温尾气通过升温换热器17后进入防冰组件20；制氧组件以陶瓷制氧技术为基础，制氧前利用发动机23尾气高温余热将空气升温，制氧后利用燃油将氧气降温。制氮组件包含与电动压气机2连通的中空纤维制氮膜组件15，中空纤维制氮膜组件15还与燃油组件中的油箱16连通；制氮组件以中空纤维膜制氮技术为基础，制得氮气通入油箱16，用于燃油惰化。在本实施例中，制氧组件和制氮组件进行耦合关联，即制氧组件所产生的废余氮气用于制氮组件，制氮组件所产生的废余氧气用于制氧组件，制氧组件和制氮组件形成机载联合制氧/制氮系统，提升了制氧/制氮能力。发动机23尾气在通过升温换热器17后进入防冰组件20。
燃油模块包含油箱16、第一燃油泵24、第二燃油泵25和第三燃油泵26；油箱16、第一燃油泵24和第一冷凝器4依次连接且首尾相通，油箱16、第二燃油泵25和降温换热器19依次连接且首尾相通，油箱16、第三燃油泵26和燃油-滑油换热器21连接且首尾依次相通。
滑油组件包含依次相连通的燃油-滑油换热器21、滑油箱2216和滑油泵27；滑油泵27与发动机模块中的发动机23连通。发动机模块包括发动机23，油箱16、燃油-滑油换热器21分别与发动机23连通。
第一蒸发器8、第二蒸发器9、第一冷凝器4、第二冷凝器5、升温换热器17、降温换热器19和燃油-滑油换热器21均采用微通道换热器，以减小飞机环控系统的体积和重量。
其中，空气供给模块用于为制冷/加温模块和制氧/制氮模块提供高压空气；制冷/加温模块采用蒸发循环系统；制氧/制氮模块包括制氧组件和制氮组件，制氧组件为飞机座舱10提供氧气，制氮组件制得的氮气用于惰化燃油模块中的燃油；燃油模块中的燃油作为制冷/加温模块中制冷剂散热、制氧/制氮模块中氧气降温及发动机模块中滑油组件冷却的冷源；滑油组件用于润滑和冷却发动机23内部齿轮构件；发动机模块产生的高温尾气用于制氧系统的升温。
本实施例飞机绿色环控系统的工作过程如下：
从机舱外引入的空气进入膜除湿组件1进行除湿后，进入电动压气机2增压，然后分别进入制冷/加温模块和制氧/制氮模块。制冷/加温模块以蒸发循环技术为基础，座舱10需要降温时，模块以燃油作为冷源，座舱10需要升温时，则以电子设备散热作为热源。制氧/制氮模块以陶瓷制氧技术和中空纤维膜制氮技术为基础，制氧前利用发动机23尾气高温余热将空气升温，制氧后利用燃油将氧气降温，制得氮气通入油箱16，用于燃油防火抑爆。燃油模块为飞机环控系统的冷源，分别用于制冷/加温模块中冷凝器散热、制氧/制氮模块中氧气降温、发动机模块中滑油降温。发动机模块利用升温后的燃油进行高效燃烧，同时其高温尾气用于制氧系统的升温。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“笫二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种飞机绿色环控系统，其特征在于：包括空气供给模块、制冷/加温模块、制氧/制氮模块、燃油模块和发动机模块；所述空气供给模块为所述制冷/加温模块和所述制氧/制氮模块提供高压空气；所述制冷/加温模块采用蒸发循环系统；所述制氧/制氮模块包括制氧组件和制氮组件，所述制氧组件为飞机座舱提供氧气，所述制氮组件制得的氮气用于惰化所述燃油模块中的燃油；所述燃油模块中的燃油作为所述制冷/加温模块中制冷剂散热、所述制氧/制氮模块中氧气降温及所述发动机模块中滑油组件冷却的冷源；所述滑油组件用于润滑和冷却发动机内部齿轮构件；所述发动机模块产生的高温尾气用于制氧系统的升温；所述空气供给模块包括膜除湿组件和与所述膜除湿组件的出气口连通的电动压气机；所述制冷/加温模块包含压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、第一蒸发器、第二蒸发器；所述压缩机的出气口与所述第一冷凝器的进气口和所述第二冷凝器的进气口连通，所述第一蒸发器的出气口和所述第二蒸发器的出气口分别与所述压缩机的进气口连通；所述第一冷凝器的出气口和所述第二冷凝器的出气口分别与所述第一蒸发器的进气口和所述第二蒸发器的进气口连通，所述第一蒸发器的进气口和所述第二蒸发器的进气口分别设置有节流阀，所述第一冷凝器的进气口和所述第二冷凝器的进气口分别设置有阀门；所述第一蒸发器用于冷却电子设备；所述电动压气机、所述第二冷凝器和所述座舱依次连通，所述电动压气机、所述第二蒸发器和所述座舱依次连通；所述制氧组件包括依次连通的升温换热器、陶瓷制氧膜组件和降温换热器；所述升温换热器与所述电动压气机连通，所述降温换热器与所述座舱连通；所述发动机模块产生的高温尾气通过所述升温换热器后进入防冰组件；所述制氮组件包含与所述电动压气机连通的中空纤维制氮膜组件，所述中空纤维制氮膜组件还与所述燃油组件中的油箱连通；所述陶瓷制氧膜组件与所述中空纤维制氮膜组件连通，所述制氧组件和所述制氮组件进行耦合关联，即所述制氧组件所产生的废余氮气用于所述制氮组件，所述制氮组件所产生的废余氧气用于所述制氧组件，所述制氧组件和所述制氮组件形成机载联合制氧/制氮系统。
2.根据权利要求1所述的飞机绿色环控系统，其特征在于：所述燃油模块包含所述油箱、第一燃油泵、第二燃油泵和第三燃油泵；所述油箱、所述第一燃油泵和所述第一冷凝器依次连接且首尾相通，所述油箱、所述第二燃油泵和所述降温换热器依次连接且首尾相通，所述油箱、所述第三燃油泵和燃油-滑油换热器连接且首尾依次相通。
3.根据权利要求2所述的飞机绿色环控系统，其特征在于：所述滑油组件包含依次相连通的所述燃油-滑油换热器、滑油箱和滑油泵；所述滑油泵与所述发动机模块中的发动机连通。
4.根据权利要求3所述的飞机绿色环控系统，其特征在于：所述发动机模块包括所述发动机，所述油箱、所述燃油-滑油换热器分别与所述发动机连通。
5.根据权利要求1所述的飞机绿色环控系统，其特征在于：所述第一蒸发器、所述第二蒸发器、所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述升温换热器、所述降温换热器和所述燃油-滑油换热器均采用微通道换热器。
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