CN116985999A - 一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统及其工作方法，属于飞机环境系统设计技术领域。本发明的系统中，高压除水产生的冷凝水被引至水蒸发器，作为冷源，增加环控系统的换热效率，产生的水蒸气被经过冷却涡轮的供气引射，并与之混合，经过过滤装置后供入座舱，同时，湿度传感器可调节流量控制活门的开度以控制水蒸气的流量。本发明充分利用了冷凝水蒸发的热量，增加了环控制冷系统的效率，同时减小了飞机水系统的质量，达到减小飞机起飞重量的目的，有利于减少飞机燃油代偿损失。

Description

一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及飞机环境系统设计技术领域，具体为一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统及其工作方法。

背景技术

飞机在高海拔巡航时，外界空气温度较低，空气的绝对湿度较低，导致座舱内空气相对湿度低于人体舒适值。空气干燥会使乘客感觉不适，引起咽喉疼痛、眼干口渴、躁动不安等症状。为防止相应症状，座舱湿度应相对增加。特别是，随着复合材料在飞机上的广泛运用，加湿对飞机产生的腐蚀作用已能有效避免，因此，提高座舱相对湿度势在必行。以波音787为例，通过加湿，座舱空气系统能将空气相对湿度维持在15％左右，远远高于当前4％的相对湿度水平，使得乘员更为舒适。

目前飞机座舱加湿所需水源是依靠生活设施的用水系统，这使得水系统容量增加，不利于飞机起飞重量的降低，增加了额外的燃油代偿损失，也为水系统的地面维护带来困难。同时，现有的旅客机座舱增湿装置主要为喷射器型、文氏管型、电加热型、离心式以及空气加热型，它通过与发动机排出的热空气接触、引射压缩空气雾化、或者其它方式使水汽化成水蒸气，与供入座舱的气流混合。然而液态水汽化的热量却未充分利用，造成了能量的浪费。

由此可见，现存的座舱加湿技术仍存在一定的局限性，为此，本发明充分结合飞机环控制冷系统，开发了高效的座舱加湿系统，实现了能量的充分利用，减少燃油代偿损失。

发明内容

本发明公开了一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统及及其工作方法，利用水蒸发器使环控制冷系统冷凝水蒸发，以冷却供气，并利用供气引射水蒸气，为座舱加湿。

本发明的技术方案如下：

一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统，包括第一换热器、第二换热器、水蒸发器、回热器和冷凝器，且均包含热侧通道与冷侧通道；其中，

所述第一换热器热侧通道出口与压缩机入口连接，所述压缩机出口与第二换热器热侧通道连接，所述第二换热器热侧通道出口与水蒸发器的热侧通道连接，所述水蒸发器热侧通道出口与回热器的热侧通道、冷凝器的热侧通道和水分离器依次连接；

所述水分离器气体出口与回热器冷侧通道连接，液体出口与水泵连接；

所述水蒸发器的冷侧通道入口连接所述水泵，出口与引射器的液体入口端连接；所述引射器的气体入口端与冷凝器冷侧通道连接，出口端与座舱连接；

所述压缩机与冷却涡轮同轴连接，所述冷却涡轮出口与冷凝器冷侧通道连接，入口与所述回热器冷侧通道连接。

作为优选，所述的第一换热器冷侧通道的入口与出口均接外界空气；所述的第二换热器冷侧通道的入口与出口均接外界空气。

作为优选，所述引射器与座舱之间还设有过滤器，其中，所述引射器的出口与过滤器的入口连接，所述过滤器出口与座舱连接。

作为优选，所述水蒸发器出口与引射器的液体入口端之间还设有流量控制活门，该流量控制活门基于设于座舱处的湿度传感器调节。

作为优选，所述座舱增湿系统通过自动控制器控制流量控制活门，所述的自动控制器电流输入端为湿度传感器；电流输出端为流量控制活门。

本发明还公开了一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统的工作方法，包括：制冷与除水过程、引气与加湿过程、数据采集与控制过程。来自发动机的供气经制冷系统降温除水后供向座舱，此过程中产生的冷凝水被收集，通过高速气流引气混合后向座舱增湿；同时传感器监控座舱湿度，控制流量活门以达到精确控制座舱湿度的目的。

作为优选，制冷与除水过程为：

来自发动机的供气进入第一换热器热侧通道；冷却后进入压缩机，压缩机与冷却涡轮同轴连接；供气由压缩机加压后进入第二换热器热侧通道冷却；供气进入水蒸发器热侧通道进一步冷却，提高换热效率；供气依次进入回热器热侧通道、冷凝器热侧通道与水分离器，在高压状态除水；水分离器气体出口端气体经回热器冷侧通道进入冷却涡轮；冷却涡轮膨胀做功，供气压力下降，同时驱动压缩机工作；供气经冷凝器冷边通道后经引射器引射水蒸气并与之混合；混合后的供气经过滤器后供入座舱。

作为优选，引气与加湿过程具体为：

所述水分离器的冷凝水经水泵作用至水蒸发器冷侧。所述水蒸发器冷侧通道冷凝水进一步冷却供气后蒸发为水蒸气。来自所述冷凝器的供气通过所述引射器引射通过流量控制活门的水蒸气，并与之混合，流入所述过滤器，最终流入座舱。

作为优选，根数据采集与控制过程具体为：

所述湿度传感器测得进入座舱前的气体湿度，并将信号传输到所述自动控制器；当湿度高于/低于所设湿度范围，所述自动控制器输出控制信号调节流量控制活门，以调节水蒸气流量。

本发明与现有技术的有益效果在于：

(1)本发明充分利用冷凝水作为座舱加湿的水源，减少生活用供水系统的容量，使得飞机起飞重量降低，减少系统地面维护难度，达到减少燃油代偿损失的目的；

(2)本发明充分利用冷凝水蒸发的热量，提高环控制冷系统的效率。

附图说明

图1为本发明中一个利用环控制冷系统给座舱增湿的装置示意图。

附图标记：1-第一换热器，2-压缩机，3-第二换热器，4-水蒸发器，5-流量控制活门，6-冷却涡轮，7-水泵，8-回热器，9-冷凝器，10-水分离器，11-引射器，12-自动控制器，13-过滤器，14-湿度传感器，15-座舱。

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做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。

本发明公开了一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统及其工作方法，利用水蒸发器使环控制冷系统冷凝水蒸发，以冷却供气，增加环控制冷系统的效率；并利用供气引射水蒸气，为座舱加湿，减少生活用供水系统的容量，使得飞机起飞重量降低，减少系统地面维护难度，达到减少燃油代偿损失的目的。

如图1所示，一种利用环控制冷系统给座舱增湿的装置及方法，包括：第一换热器、第二换热器、水蒸发器、冷凝器、回热器；第一换热器1、第二换热器3、水蒸发器4、冷凝器9与回热器8均包含热侧通道与冷侧通道；第一换热器1热侧通道出口与压缩机2连接，供气经初步降温后压缩升压；压缩机2与冷却涡轮6同轴连接，由冷却涡轮膨胀做工带动，出口与第二换热器3连接；第二换热器3热侧通道出口与水蒸发器4连接，供气经第二次降温后进入水蒸发器4进一步降温；水蒸发器4冷侧通道入口与水泵7连接，冷侧通道出口依次与流量控制活门5、引射器11连接，水蒸气由此供至座舱；水蒸发器4热侧通道出口后依次连接回热器8热侧通道、冷凝器9与水分离器10，高压供气由此除水；水分离器10气体出口与回热器8冷侧通道连接，液体出口与水泵7连接，水泵将冷凝水泵至水蒸发器；回热器8冷侧通道与冷却涡轮6连接；冷却涡轮6出口与冷凝器9冷侧通道连接；引射器11的气体入口端与冷凝器9冷侧通道连接，液体入口端与水蒸发器4连接，引射器11的出口与过滤器14连接，供气利用引射器引射水蒸气，并与之混合后进入过滤器；过滤器13出口与座舱15连接。装置通过自动控制器控制，自动控制器电流输入端为湿度传感器；电流输出端为流量控制活门。

本发明还公开了一种利用环控制冷系统给座舱增湿的的工作方法，包括：制冷与除水过程、引气与加湿过程、数据采集与控制过程。

制冷与除水过程：

来自发动机的供气进入第一换热器1热侧通道；冷却后进入压缩机2，压缩机2与冷却涡轮6同轴连接；供气由压缩机2加压后进入第二换热器3热侧通道冷却；供气进入水蒸发器4热侧通道进一步冷却，提高换热效率；供气依次进入回热器8热侧通道、冷凝器9热侧通道与水分离器10，在高压状态除水；水分离器10气体出口端气体经回热器8冷侧通道进入冷却涡轮6；冷却涡轮6膨胀做功，供气压力下降，同时驱动压缩机2工作；供气经冷凝器9冷边通道后经引射器11引射水蒸气并与之混合；混合后的供气经过滤器13后供入座舱15。

引气与加湿过程：

所述水分离器10的冷凝水经水泵7作用至水蒸发器4冷侧。所述水蒸发器4冷侧通道冷凝水进一步冷却供气后蒸发为水蒸气。来自所述冷凝器9的供气通过所述引射器11引射通过流量控制活门5的水蒸气，并与之混合，流入所述过滤器13，最终流入座舱15。

数据采集与控制过程：

湿度传感器14测得进入座舱前的气体湿度，并将信号传输到自动控制器12；当湿度高于/低于所设湿度范围，自动控制器12输出控制信号调节流量控制活门5，以调节水蒸气流量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统，其特征在于，包括第一换热器(1)、第二换热器(3)、水蒸发器(4)、回热器(8)和冷凝器(9)，且均包含热侧通道与冷侧通道；其中，

所述第一换热器(1)热侧通道出口与压缩机(2)入口连接，所述压缩机(2)出口与第二换热器(3)热侧通道连接，所述第二换热器(3)热侧通道出口与水蒸发器(4)的热侧通道连接，所述水蒸发器(4)热侧通道出口与回热器(8)的热侧通道、冷凝器(9)的热侧通道和水分离器(10)依次连接；

所述水分离器(10)气体出口与回热器(8)冷侧通道连接，液体出口与水泵(7)连接；

所述水蒸发器(4)的冷侧通道入口连接所述水泵(7)，出口与引射器(11)的液体入口端连接；所述引射器(11)的气体入口端与冷凝器(9)冷侧通道连接，出口端与座舱(15)连接；

所述压缩机(2)与冷却涡轮(6)同轴连接，所述冷却涡轮(6)出口与冷凝器(9)冷侧通道连接，入口与所述回热器(8)冷侧通道连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统，其特征在于，所述的第一换热器(1)冷侧通道的入口与出口均接外界空气；所述的第二换热器(3)冷侧通道的入口与出口均接外界空气。

3.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统，其特征在于，所述引射器(11)与座舱(15)之间还设有过滤器(13)，其中，所述引射器(11)的出口与过滤器(13)的入口连接，所述过滤器(13)出口与座舱(15)连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统，其特征在于，所述水蒸发器(4)出口与引射器(11)的液体入口端之间还设有流量控制活门，该流量控制活门基于设于座舱(15)处的湿度传感器(14)调节。

5.根据权利要求4所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统，其特征在于，所述座舱增湿系统通过自动控制器(12)控制流量控制活门，所述的自动控制器(12)电流输入端为湿度传感器(14)；

电流输出端为流量控制活门(5)。

6.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统的工作方法，其特征在于，所述系统的工作方法包括：制冷与除水过程、引气与加湿过程、数据采集与控制过程，来自发动机的供气经制冷系统降温除水后供向座舱，此过程中产生的冷凝水被收集，通过高速气流引气混合后向座舱增湿；同时传感器监控座舱湿度，控制流量活门以达到精确控制座舱湿度的目的。

7.根据权利要求6所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统的工作方法，所述的制冷与除水过程为：

来自发动机的供气进入第一换热器(1)热侧通道；冷却后进入压缩机(2)，压缩机(2)与冷却涡轮(6)同轴连接；供气由压缩机(2)加压后进入第二换热器(3)热侧通道冷却后进入水蒸发器(4)热侧通道进一步冷却；然后依次进入回热器(8)热侧通道、冷凝器(9)热侧通道与水分离器(10)，在高压状态除水；水分离器(10)分离出的气体经气体出口端输送至回热器(8)冷侧通道并进入冷却涡轮(6)，冷却涡轮(6)膨胀做功，供气压力下降，同时驱动同轴的压缩机(2)工作；

同时，冷凝器(9)冷侧通道输出的供气经引射器(11)引射水蒸气并与之混合，混合后供入座舱(15)。

8.根据权利要求6所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统的工作方法，其特征在于，所述的引气与加湿过程为：所述水分离器(10)的冷凝水经水泵(7)作用至水蒸发器(4)冷侧；所述水蒸发器(4)冷侧通道冷凝水进一步冷却供气后蒸发为水蒸气。

来自所述冷凝器(9)的供气通过所述引射器(11)引射通过流量控制活门(5)的水蒸气，并与之混合，流入所述过滤器(13)，最终流入座舱(15)。

9.根据权利要求6所述的一种利用环控制冷系统的座舱增湿系统的工作方法，其特征在于，所述的数据采集与控制过程为：所述湿度传感器(14)测得进入座舱前的气体湿度，并将信号传输到所述自动控制器(12)；当湿度高于/低于所设湿度范围，所述自动控制器(12)输出控制信号调节流量控制活门(5)，以调节水蒸气流量。