CN117382888A - 一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法 - Google Patents
一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117382888A CN117382888A CN202311504610.0A CN202311504610A CN117382888A CN 117382888 A CN117382888 A CN 117382888A CN 202311504610 A CN202311504610 A CN 202311504610A CN 117382888 A CN117382888 A CN 117382888A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- medium
- oxygen
- radiator
- outlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 64
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 43
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 5
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 4
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
- B64D2013/0603—Environmental Control Systems
Abstract
本申请提供了一种直升机机载制氧制氮气源处理系统，所述气源处理系统包括：组合散热器，用于对第一温度的介质进行降温，形成第二温度的介质、第三温度的介质和第五温度的介质；其中，所述第一温度的介质包括发动机引气；所述第二温度的介质和所述第三温度的介质混合形成第四温度的介质，所述第四温度的介质用于通往制氮系统，所述第五温度的介质用于通往制氧系统；蒸发循环系统，设置在与所述组合散热器的上方，所述蒸发循环系统用于向所述组合散热器提供散热介质；同时，本申请还提供了一种直升机机载制氧制氮气源处理方法。
Description
技术领域
本申请属于直升机环控系统技术领域，尤其涉及一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法。
背景技术
一般飞行高度超过3000米的直升机上都设置了机载氧气系统，为机上人员按不同高度上肺泡氧分压数值，提供对应含氧浓度的吸入气。目前直升机上提供的分子筛氧气系统通常以发动机引气作为气源，以分子筛作为吸附剂，采用常温下变压吸附原理分离气源，制取高纯度的氧气。制氧系统气源温度为常温，最高不超过60℃。
为了提高安全性，直升机上配置了燃油惰化系统，以发动机引气作为气源，利用中空纤维膜分离技术，在特定温度和压差作用下，通过中空纤维膜对气源中的氮气和氧气的选择透过性，把空气分离为富氮气体(NEA)和富氧气体，富氮气体按需求充入燃油箱，减低燃油箱空闲空间的氧气浓度。燃油惰化系统(制氮系统)气源温度一般在90±5℃之间。
制氧系统、制氮系统均需要将发动机引气进行温度调节和压力调节、过滤除尘，两个系统与蒸发循环制冷系统相互独立，具有各自的散热器、风道、传感器和控制单元，部件多，占用空间大，散热器进出风数量多。
发明内容
针对上述技术问题，第一方面，本申请提供了一种直升机机载制氧制氮气源处理系统，所述气源处理系统包括：
组合散热器，用于对第一温度的介质进行降温，形成第二温度的介质、第三温度的介质和第五温度的介质；其中，所述第一温度的介质包括发动机引气；所述第二温度的介质和所述第三温度的介质混合形成第四温度的介质，所述第四温度的介质用于通往制氮系统，所述第五温度的介质用于通往制氧系统；
蒸发循环系统，设置在与所述组合散热器的上方，所述蒸发循环系统用于向所述组合散热器提供散热介质。
优选地，所述组合散热器包括：
入口，所述入口与发动机引气出口连接；
初级散热器，具有初散出口；
次级换热器，具有次散出口，所述次散出口与所述初散出口与联通，并与制氮系统连接；
氧气散热器，具有氧气散热器出口，所述氧气散热器出口与制氧系统连接；
其中，所述入口用于向所述初级散热器、次级换热器和氧气散热器提供第一温度的介质。
优选地，所述蒸发循环系统包括：
散热风机，设置在所述组合散热器的上方，所述散热风机用于向所述组合散热器提供散热介质；
冷凝器，设置在所述散热风机上方。
优选地，所述气源处理系统还包括：
温度切断阀，与所述初散出口连接；
温度控制活门，所述温度控制活门的第一入口与所述温度切断阀连接，所述温度控制活门的第二入口与所述次散出口连接；其中，所述温度控制活门用于形成第四温度的介质；
第二温度传感器，与所述温度控制活门的出口连接。
优选地，所述气源处理系统还包括：
制氧入口阀，与所述氧气散热器出口连接；
过滤器，与所述制氧入口阀连接；
干燥器，所述干燥器的一端与所述过滤器连接，所述干燥器的另一端与所述制氧系统连接。
优选地，所述气源处理系统还包括：
文氏管，设置在所述干燥器与所述制氧系统之间，所述文氏管用于限流。
优选地，所述气源处理系统还包括：
压力调节器，与所述入口连接；
入口关断阀，设置在所述压力调节器与所述发动机引气出口之间。
第二方面，本申请还提供了一种直升机机载制氧制氮气源处理方法，所述气源处理方法应用于如权利要求1-7任一项所述的气源处理系统；所述气源处理方法包括：
第一温度的介质从入口进入所述组合散热器，所述组合散热器携带走所述第一温度的介质的热量，形成第二温度的介质，所述第二温度的介质从初散出口流出；
第一温度的介质从入口进入所述组合散热器，所述组合散热器携带走所述第一温度的介质的热量，形成第三温度的介质，所述第三温度的介质从次散出口流出，所述第三温度的介质与所述第二温度的介质混合，形成第四温度的介质，所述第四温度的介质通往制氮系统；
第一温度的介质从入口进入所述组合散热器，所述组合散热器携带走所述第一温度的介质的热量，形成第五温度的介质，所述第五温度的介质从氧气散热器出口流出，所述第五温度的介质通往制氧系统。
优选地，所述气源处理方法还包括：
蒸发循环系统向所述组合散热器提供散热介质。
本发明的有益技术效果：
本申请提供的一种直升机机载制氧制氮气源处理系统，集成度高、拆装方便，节省机上安装空间，同时，该方法能够高效快速的实现对引气的处理。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种直升机机载制氧制氮气源处理系统的示意图；
其中，1—入口关断阀；2—压力调节器；3—组合散热器；4—制氧入口阀；5—过滤器；6—干燥器；7—文氏管；8—温度切断阀；9—温度控制活门；10—制氮入口阀；11—散热风机；12—第一温度传感器；13—第二温度传感器；14—冷凝器。
具体实施方式
需要说明的是，直升机上采用蒸发循环系统进行座舱制冷，包括压缩机、冷凝器、冷凝风机、蒸发器组件、膨胀阀、制冷剂管路、控制组件等，利用制冷剂蒸发吸热、冷凝放热的原理，将座舱内的热量通过制冷剂在冷凝器中排散。
本发明提供了一种与蒸发循环系统集成的制氧制氮气源处理系统，原理图见图1所示。该系统主要包含入口关断阀1、压力调节器2、组合换热器3、制氧入口阀4、过滤器5、干燥器6、文氏管7、温度切断阀8、温度控制活门9、制氮入口阀10、散热风机11、第一温度传感器12、第二温度传感器13等。
其中，散热风机11为蒸发循环系统的冷凝风机，由两台冷凝风机并联。
在本申请实施例中，压力调节器2和组合散热器3为机载制氧系统和燃油惰化系统(制氮系统)共用。组合散热器3由初级散热器、次级换热器和氧气散热器三部分组成，组合散热器的冷却风来自散热风机11吸入的环境大气以及冷凝器14散热后的排风。
其中，散热风机11设置在冷凝器和组合散热器之间，抽吸环境大气，使环境大气先经过冷凝器14，对其内的制冷剂进行散热，之后吹向组合散热器3，作为初级散热器和次级散热器的冷却风源；散热风机11抽吸的另一部分环境大气不经过冷凝器14，作为氧气散热器的冷却风源。如此散热风机11阻力可显著减小，并且不会受到组合散热器冷却风(最高约130℃)影响。
其中，发动机引气通过入口关断阀1和压力调节器2后进入组合散热器3，经过初级散热器的引气和经过次级散热器的引气被冷凝器14的散热空气冷却后，分别进入温度控制活门9，由温度控制活门9调节来自初级散热器和次级散热器的引气的混合比，使混合温度在90±5℃(第四温度)，然后送往制氮系统。
进一步，另一部分引气继续进入氧气散热器，散热风机11抽吸环境大气，将这一部分引气温度继续降低至40℃以下(第五温度)，在过滤器5和干燥器6后内过滤、除水后进入制氧系统。
在一种可行的实现方式中，每台散热风机具有高、低两档风速。当蒸发循环系统、制氧系统和制氮系统同时工作时，蒸发循环系统的制冷剂吸收座舱内的热量，在冷凝器14中将热量排散到机体外环境大气，冷凝器14散热排风温度最高达到60℃。这意味着散热风机11为组合散热器3提供的冷却空气温度将升高到60℃，此时两台风机同时以高转速运转，风量达到最大。
当飞行高度较低，制氧系统无需工作，而蒸发循环系统和制氮系统需要工作时，此时两台散热风机11同时工作，且以低档风速运转。
当飞行高度较高，需要制氧，而蒸发循环系统无需制冷时，散热风机11为组合散热器3提供的冷却空气温度与环境大气一致，最低可至-40℃。此时散热风机11只启动一台，并且根据第一温度传感器12感受到的温度，自动进行两档风量调节，使出口温度不低于15℃。
当引气温度(第一温度)快速变化时，温度控制活门无法及时调节初级散热器和次级散热器的空气混合比时，第二温度传感器感受到出口温度(第四温度)高于105℃时，温度切断阀在3S内切断初级散热器的气源，使制氮气源处理系统出口的空气全部经次级散热器冷却，避免下游制氮系统的中空纤维膜因高温而损坏。
当第二温度传感器探测到温度超过130℃时，制氮入口阀10关闭，切断系统供气，防止出口持续超温对下游系统造成破坏。
当第一温度传感器探测到温度超过60℃时，制氧入口阀4关闭，切断氧气一路供气，防止出口超温对下游制氧系统的制氧主机造成破坏。
当2台冷凝风机全部发生断电无法工作时，入口切断阀1内部的电磁阀断电，使入口切断阀在引气压力的作用下自动关闭，确保下游产品安全。
基于所述方案，本发明集成度高、拆装方便，节省机上安装空间，使用一套组合散热器可以同时实现制氧系统和制氮系统气源的散热。以制氧制氮气源流量250kg/h为例，如果不采用本发明，制氧系统和制氮系统的散热风机重量在6kg左右，集成后，可节省散热风机重量至少6kg；组合散热器节省可重量1kg；减少进出风风道4个，预计节省1kg；管路及压力调节器重量可减少1kg左右。系统集成后重量预计33kg左右，可节省9kg左右重量。
Claims (9)
1.一种直升机机载制氧制氮气源处理系统，其特征在于，所述气源处理系统包括：
组合散热器，用于对第一温度的介质进行降温，形成第二温度的介质、第三温度的介质和第五温度的介质；其中，所述第一温度的介质包括发动机引气；所述第二温度的介质和所述第三温度的介质混合形成第四温度的介质，所述第四温度的介质用于通往制氮系统，所述第五温度的介质用于通往制氧系统；
蒸发循环系统，设置在与所述组合散热器的上方，所述蒸发循环系统用于向所述组合散热器提供散热介质。
2.根据权利要求1所述的气源处理系统，其特征在于，所述组合散热器包括：
入口，所述入口与发动机引气出口连接；
初级散热器，具有初散出口；
次级换热器，具有次散出口，所述次散出口与所述初散出口与联通，并与制氮系统连接；
氧气散热器，具有氧气散热器出口，所述氧气散热器出口与制氧系统连接；
其中，所述入口用于向所述初级散热器、次级换热器和氧气散热器提供第一温度的介质。
3.根据权利要求2所述的气源处理系统，其特征在于，所述蒸发循环系统包括：
散热风机，设置在所述组合散热器的上方，所述散热风机用于向所述组合散热器提供散热介质；
冷凝器，设置在所述散热风机上方。
4.根据权利要求2所述的气源处理系统，其特征在于，所述气源处理系统还包括：
温度切断阀，与所述初散出口连接；
温度控制活门，所述温度控制活门的第一入口与所述温度切断阀连接，所述温度控制活门的第二入口与所述次散出口连接；其中，所述温度控制活门用于形成第四温度的介质；
第二温度传感器，与所述温度控制活门的出口连接。
5.根据权利要求2所述的气源处理系统，其特征在于，所述气源处理系统还包括：
制氧入口阀，与所述氧气散热器出口连接；
过滤器，与所述制氧入口阀连接；
干燥器，所述干燥器的一端与所述过滤器连接，所述干燥器的另一端与所述制氧系统连接。
6.根据权利要求5所述的气源处理系统，其特征在于，所述气源处理系统还包括：
文氏管，设置在所述干燥器与所述制氧系统之间，所述文氏管用于限流。
7.根据权利要求2所述的气源处理系统，其特征在于，所述气源处理系统还包括：
压力调节器，与所述入口连接；
入口关断阀，设置在所述压力调节器与所述发动机引气出口之间。
8.一种直升机机载制氧制氮气源处理方法，其特征在于，所述气源处理方法应用于如权利要求1-7任一项所述的气源处理系统；所述气源处理方法包括：
第一温度的介质从入口进入所述组合散热器，所述组合散热器携带走所述第一温度的介质的热量，形成第二温度的介质，所述第二温度的介质从初散出口流出；
第一温度的介质从入口进入所述组合散热器，所述组合散热器携带走所述第一温度的介质的热量，形成第三温度的介质，所述第三温度的介质从次散出口流出，所述第三温度的介质与所述第二温度的介质混合，形成第四温度的介质，所述第四温度的介质通往制氮系统；
第一温度的介质从入口进入所述组合散热器，所述组合散热器携带走所述第一温度的介质的热量，形成第五温度的介质，所述第五温度的介质从氧气散热器出口流出，所述第五温度的介质通往制氧系统。
9.根据权利要求8所述的气源处理方法，其特征在于，所述气源处理方法还包括：
蒸发循环系统向所述组合散热器提供散热介质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311504610.0A CN117382888A (zh) | 2023-11-13 | 2023-11-13 | 一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311504610.0A CN117382888A (zh) | 2023-11-13 | 2023-11-13 | 一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117382888A true CN117382888A (zh) | 2024-01-12 |
Family
ID=89440883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311504610.0A Pending CN117382888A (zh) | 2023-11-13 | 2023-11-13 | 一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117382888A (zh) |
-
2023
- 2023-11-13 CN CN202311504610.0A patent/CN117382888A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11542017B2 (en) | Aircraft air conditioning system with a cabin exhaust air turbine | |
| RU2433067C2 (ru) | Система улучшения качества воздуха в герметической кабине воздушного судна | |
| CN108568193B (zh) | 基于膜分离法的飞机环境控制和油箱惰化耦合系统和方法 | |
| CN107531330B (zh) | 操作阶段相关的可控制的飞机空调系统和操作这种飞机空调系统的方法 | |
| JP4926978B2 (ja) | 空気システム | |
| EP0738655B1 (en) | Environmental control system | |
| JP4300671B2 (ja) | 航空機用環境制御装置 | |
| EP2735510B1 (en) | Aircraft air conditioning system and method of operating an aircraft air conditioning system | |
| CN106064672A (zh) | 利用机舱排放空气启动循环的环境控制系统 | |
| CN109367791B (zh) | 一种多电飞机电动环境控制系统 | |
| JP2010065993A (ja) | 環境調和システムおよび環境調和方法 | |
| CN106697297B (zh) | 一种可同时提供液冷与风冷的环控系统 | |
| JPH05238489A (ja) | エアサイクル空気調整装置 | |
| CN106064673A (zh) | 循环期间将机舱排放空气与放出空气混合的环境控制系统 | |
| CN203005750U (zh) | 一种直升机制冷空调 | |
| CN117382888A (zh) | 一种直升机机载制氧制氮气源处理系统和方法 | |
| CN104691770A (zh) | 机载惰性气体生成系统 | |
| CN102887228A (zh) | 一种直升机制冷空调 | |
| US20050166629A1 (en) | Air conditioning system | |
| EP4089016A1 (en) | Aircraft having humidification systems, and methods for humidifying an interior of an aicraft | |
| JP2014054969A (ja) | 航空機用空調システム | |
| US3226946A (en) | Air conditioning systems for aircraft | |
| JP2003312594A (ja) | 航空機用空気調和装置 | |
| JP4066703B2 (ja) | 航空機用空気調和装置 | |
| RU2003132858A (ru) | Способ и система обработки воздуха на самолете |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |