RU2787408C2

RU2787408C2 - Vehicle and method for cooling of compartment of specified vehicle

Info

Publication number: RU2787408C2
Application number: RU2021115909A
Authority: RU
Inventors: Лука ПАТРИЧЕЛЛИ
Original assignee: ЛЕОНАРДО С.п.А.
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-01-09

Abstract

FIELD: car industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for cooling of vehicles. Vehicle (1) contains compartment (6) to be cooled, first contour (20), along which a cooling agent can pass, containing heat exchanger (22), which can be supplied with the cooling agent, and which is made with the possibility of allowing the cooling agent to generate heat, second contour (60), which can be supplied with the second heat-carrying fluid flow, and which is thermally connected to heat exchanger (22), and supplying device (61) for supply of a mixture containing water inside the second flow in a position in front of heat exchanger (22), located at a distance from heat exchanger (22), extending in a direction of supply of the second flow along second contour (60), so that to cause evaporation of the mixture and cool the second flow in heat exchanger (22).

EFFECT: improvement of a structure.

10 cl, 5 dwg

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Эта патентная заявка испрашивает приоритет европейской патентной заявки №18209443.3, поданной 30 ноября 2018 г., все раскрытие которой включено сюда путем ссылки.This patent application claims the priority of European Patent Application No. 18209443.3, filed November 30, 2018, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Настоящее изобретение относится к транспортному средству и способу охлаждения отсека указанного транспортного средства.The present invention relates to a vehicle and a method for cooling a compartment of said vehicle.

В этом описании термин «транспортное средство» означает воздушное, военно-морское или железнодорожное транспортное средство и в более общем смысле любой движущийся объект с отсеком, внутри которого необходимо поддерживать определенный диапазон температуры в отношении изменяющихся уровней наружной температуры или тепла, генерируемого вследствие эксплуатации отсека.In this specification, the term "vehicle" means an aircraft, naval or rail vehicle, and more generally any moving object with a compartment within which a certain temperature range must be maintained in relation to changing levels of outside temperature or heat generated due to operation of the compartment.

В этом описании термин «отсек» означает среду, подлежащую охлаждению, которая содержит воздух, такую как кабина или пассажирский салон, или функциональный блок, такой как, например, зубчатый механизм.In this description, the term "compartment" means the medium to be cooled, which contains air, such as a cabin or passenger compartment, or a functional unit, such as, for example, a gear mechanism.

Конкретнее, настоящее изобретение относится к воздушному транспортному средству и связанному способу охлаждения.More specifically, the present invention relates to an air vehicle and an associated cooling method.

Воздушное транспортное средство представляет собой, в частности, самолет, конвертоплан или гиродин.The air vehicle is in particular an airplane, tiltrotor or gyrodine.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Летательные аппараты содержат известным образом систему кондиционирования воздуха, которая выполнена с возможностью отвода или подвода тепла в пассажирский салон или кабину так, чтобы поддерживать желаемый уровень температуры внутри пассажирского салона или кабины в отношении температур окружающей среды снаружи летательного аппарата, изменяющихся, например, между -30°C и 50°C.Aircraft comprise, in a known manner, an air conditioning system which is configured to remove or supply heat to a passenger cabin or cabin so as to maintain a desired temperature level inside the passenger cabin or cabin in relation to ambient temperatures outside the aircraft, varying, for example, between -30 °C and 50°C.

Этот отвод или подвод тепла происходит посредством подачи «холодного» воздуха или «горячего» воздуха соответственно внутрь кабины или пассажирского салона с соответственными температурами ниже или выше температур, существующих в кабине или пассажирском салоне.This removal or supply of heat takes place by supplying "cold" air or "hot" air, respectively, to the interior of the cabin or passenger compartment, at respective temperatures lower or higher than those present in the cabin or passenger compartment.

По существу, согласно известному решению, система кондиционирования воздуха втягивает воздух снаружи и сжимает его, тем самым увеличивая температуру и производя горячий воздух, подлежащий отправке в кабину. Горячий воздух, подлежащий отправке в кабину, отбирается, например, из ступеней компрессора, обычно присутствующих в силовых установках летательного аппарата.As such, according to the known solution, the air conditioning system draws in air from outside and compresses it, thereby increasing the temperature and producing hot air to be sent to the cabin. The hot air to be sent to the cabin is taken from, for example, compressor stages normally found in aircraft propulsion systems.

Известным образом система кондиционирования воздуха также производит холодный воздух, подлежащий отправке в кабину или пассажирский салон, посредством цикла, известного как «воздушный» цикл, поскольку это тот же самый воздух, который претерпевает термодинамические преобразования, необходимые для приведения его в желаемые состояния с низкой температурой и правильным давлением. С термодинамической точки зрения этот «воздушный» цикл эквивалентен обратному циклу Джоуля.In a known manner, the air conditioning system also produces cold air to be sent to the cabin or passenger compartment through a cycle known as the "air" cycle, since it is the same air that undergoes the thermodynamic transformations necessary to bring it to the desired low temperature states. and correct pressure. From a thermodynamic point of view, this "air" cycle is equivalent to the reverse Joule cycle.

US 4,018,060, US 4,493,195 и US 2001/004837 описывают использование «воздушного» цикла для охлаждения воздуха в кабине летательного аппарата.US 4,018,060, US 4,493,195 and US 2001/004837 describe the use of an "air" cycle to cool air in an aircraft cabin.

Альтернативно, система кондиционирования воздуха производит «холодный» воздух, подлежащий отправке в кабину, посредством парокомпрессионного холодильного цикла, также известного как «паровой цикл», в котором хладагент, отличный от воздуха, претерпевает термодинамические преобразования. В частности, хладагент, например, R134a, претерпевает фазовый переход из жидкости в пар во время парокомпрессионного цикла и должен в связи с этим иметь способность испаряться при низких температурах около нескольких десятков градусов ниже 0°C и при давлениях выше атмосферного давления и конденсироваться при температурах около 50-115°C при давлениях, которые не слишком высоки.Alternatively, the air conditioning system produces "cold" air to be sent to the cabin through a vapor compression refrigeration cycle, also known as a "vapour cycle", in which a refrigerant other than air undergoes thermodynamic transformations. In particular, a refrigerant, such as R134a, undergoes a phase transition from liquid to vapor during the vapor compression cycle and must therefore be able to evaporate at low temperatures of about a few tens of degrees below 0°C and at pressures above atmospheric pressure and condense at temperatures around 50-115°C at pressures that are not too high.

В случаях, когда используется парокомпрессионный цикл, система кондиционирования воздуха содержит:In cases where a vapor compression cycle is used, the air conditioning system contains:

- первый замкнутый контур, по которому проходит хладагент и по которому выполняется парокомпрессионный цикл; и- the first closed circuit through which the refrigerant passes and through which the vapor compression cycle is performed; and

- второй контур, соединенный по текучей среде с кабиной и по которому воздух рециркулируется из кабины и в нее.- a second circuit fluidly connected to the cabin and through which air is recirculated from and into the cabin.

Более подробно, первый контур содержит последовательно:In more detail, the first circuit contains in sequence:

- компрессор, который сжимает хладагент в паровой фазе;- a compressor that compresses the refrigerant in the vapor phase;

- конденсатор, который вызывает переход хладагента из паровой фазы в жидкую фазу;- a condenser that causes the transition of the refrigerant from the vapor phase to the liquid phase;

- терморасширительный клапан, который вызывает переход хладагента в двухфазное состояние, образованное парожидкостной смесью; и- thermal expansion valve, which causes the transition of the refrigerant into a two-phase state formed by a vapor-liquid mixture; and

- испаритель, который вызывает переход хладагента из двухфазного состояния в паровую фазу.- an evaporator that causes the refrigerant to change from a two-phase state to a vapor phase.

В частности, хладагент поглощает тепло снаружи, внутри испарителя, и выделяет тепло наружу, внутри конденсатора.In particular, the refrigerant absorbs heat from outside, inside the evaporator, and releases heat outside, inside the condenser.

Второй контур содержит вход и выход, соединенные по текучей среде с кабиной, и вентилятор для создания циркуляции воздуха от входа к выходу.The second circuit contains an inlet and outlet fluidly connected to the cabin, and a fan to create air circulation from the inlet to the outlet.

Испаритель размещен вдоль второго контура в положении между входом и выходом.The evaporator is placed along the second circuit in a position between the inlet and outlet.

Таким образом, испаритель отводит тепло от горячего воздуха, поступающего из входа второго контура. Следовательно, охлажденный воздух достигает выхода второго контура и кабины летательного аппарата.Thus, the evaporator removes heat from the hot air coming from the secondary circuit inlet. Consequently, the cooled air reaches the outlet of the secondary circuit and the cockpit of the aircraft.

Эффективность парокомпрессионного цикла, также известная как холодильный коэффициент, тем выше, чем больше тепла выделяется конденсатором, и тем ниже, чем больше тепла поглощается испарителем.The efficiency of a vapor compression cycle, also known as the COP, is higher the more heat generated by the condenser and lower the more heat is absorbed by the evaporator.

Тепло, поглощаемое испарителем, определяется необходимостью охлаждения воздуха, подлежащего отправке в кабину, и в связи с этим представляет собой проектное ограничение.The heat absorbed by the evaporator is determined by the need to cool the air to be sent to the cabin and is therefore a design constraint.

В связи с этим эффективность парокомпрессионного цикла в общем повышается путем увеличения теплообменной поверхности и, следовательно, размера и веса конденсатора.Therefore, the efficiency of the vapor compression cycle is generally improved by increasing the heat transfer surface and hence the size and weight of the condenser.

Однако эти увеличения веса делают эти технологии улучшения не совсем приспособленными для движущихся транспортных средств и даже менее подходящими для воздушных транспортных средств, для которых любое увеличение веса приводит к снижению полезной нагрузки.However, these weight increases make these enhancement technologies not well suited for moving vehicles, and even less suitable for aircraft, for which any increase in weight results in a reduction in payload.

В отрасли осознают необходимость повышения эффективности парокомпрессионного цикла без увеличения общей поверхности конденсатора так, чтобы не увеличивать объем и вес системы кондиционирования воздуха.The industry recognizes the need to improve the efficiency of the vapor compression cycle without increasing the overall surface area of the condenser so as not to increase the volume and weight of the air conditioning system.

Важно отметить, что сертификационные требования конвертопланов требуют, чтобы заранее определенные уровни температуры поддерживались в кабине в отношении изменяющихся наружных температур в диапазоне между -55°C и +55°C снаружи конвертоплана.It is important to note that tiltrotor certification requirements require that predetermined temperature levels be maintained in the cockpit with respect to varying outside temperatures between -55°C and +55°C outside the tiltrotor.

В отрасли осознают необходимость гарантировать, что эти заранее определенные уровни температуры поддерживаются, путем оптимизации веса, объема и потребления системы охлаждения.The industry is recognizing the need to ensure that these predetermined temperature levels are maintained by optimizing the weight, volume and consumption of the cooling system.

В отрасли также осознают необходимость оптимизации функционирования системы охлаждения летательного аппарата согласно температуре снаружи летательного аппарата, которая сильно зависит от широты и рабочей высоты летательного аппарата.The industry is also recognizing the need to optimize the operation of the aircraft cooling system according to the temperature outside the aircraft, which is highly dependent on the latitude and operating altitude of the aircraft.

US 4,895,004 описывает систему кондиционирования воздуха для бытовых применений, использующую парокомпрессионный цикл. В частности, US 4,895,004 описывает использование первого оребренного конденсатора для воздушного охлаждения хладагента и второго трубчатого конденсатора для водяного охлаждения хладагента.US 4,895,004 describes an air conditioning system for domestic applications using a vapor compression cycle. In particular, US 4,895,004 describes the use of a first finned condenser for air-cooled refrigerant and a second tubular condenser for water-cooled refrigerant.

US 5,419,147 описывает систему кондиционирования воздуха для бытовых применений, использующую парокомпрессионный цикл. В частности, предлагается снижение температуры конденсации в конденсаторе путем нанесения некоторого количества воды непосредственно на конденсатор так, чтобы насыщать и охлаждать воздух, обтекающий конденсатор.US 5,419,147 describes an air conditioning system for domestic applications using a vapor compression cycle. In particular, it is proposed to lower the condensation temperature in the condenser by applying some water directly to the condenser so as to saturate and cool the air flowing around the condenser.

US 6,463,751 описывает систему кондиционирования воздуха для бытовых применений, использующую парокомпрессионный цикл. В частности, US 6,463,751 предлагает улучшение эффективности системы кондиционирования воздуха путем конденсации водного конденсата, произведенного испарителем, непосредственно на конденсаторе. В частности, водный конденсат подается в конденсатор через верхнюю панель, которая покрывает конденсатор и оборудована проходом для воздуха и группой сливных отверстий, позволяющих водному конденсату, произведенному испарителем, стекать вниз. Это решение не гарантирует непрерывности подачи водного конденсата из испарителя в конденсатор, так как количество доступного водного конденсата ограничено.US 6,463,751 describes an air conditioning system for domestic applications using a vapor compression cycle. In particular, US 6,463,751 suggests improving the efficiency of an air conditioning system by condensing the condensed water produced by an evaporator directly onto a condenser. Specifically, condensate water is fed into the condenser through a top panel that covers the condenser and is equipped with an air passage and a set of drain holes to allow the condensate water produced by the evaporator to drain down. This solution does not guarantee the continuity of the water condensate supply from the evaporator to the condenser, since the amount of water condensate available is limited.

Решения, показанные в US 5,419,147 и US 6,463,751, основаны на подаче воды непосредственно на конденсатор. Это ограничивает снижение температуры внешней поверхности конденсатора и, следовательно, увеличение эффективности системы кондиционирования воздуха.The solutions shown in US 5,419,147 and US 6,463,751 are based on supplying water directly to the condenser. This limits the reduction in the temperature of the outer surface of the condenser and hence the increase in the efficiency of the air conditioning system.

Конвертопланы и в более общем смысле движущиеся транспортные средства дополнительно содержат функциональные блоки, например, зубчатые механизмы, которые генерируют тепло во время эксплуатации и нуждаются в охлаждении.Tiltrotoros and more generally moving vehicles additionally contain functional units, such as gears, which generate heat during operation and need to be cooled.

Согласно известному решению, эти функциональные блоки охлаждаются посредством системы охлаждения на основе текучей среды, в частности, системы охлаждения на основе масла.According to the known solution, these functional units are cooled by means of a fluid-based cooling system, in particular an oil-based cooling system.

Это предпочтительно происходит, если нецелесообразно создавать циркуляцию воздуха через отсек.This preferably occurs if it is not practical to circulate air through the compartment.

Эта система охлаждения в своей основе содержит:This cooling system basically contains:

- теплообменник, выполненный с возможностью охлаждения горячей текучей среды;- a heat exchanger configured to cool the hot fluid;

- первую линию подачи текучей среды, которая продолжается между отсеком и теплообменником и выполнена с возможностью транспортировки горячей текучей среды из отсека в теплообменник; иa first fluid supply line that extends between the compartment and the heat exchanger and is configured to transport hot fluid from the compartment to the heat exchanger; and

- вторую линию возврата текучей среды, которая продолжается между теплообменником и отсеком и выполнена с возможностью транспортировки охлажденной текучей среды из теплообменника в отсек.- a second fluid return line that extends between the heat exchanger and the compartment and is configured to transport cooled fluid from the heat exchanger to the compartment.

В случае системы охлаждения на основе текучей среды в отрасли также осознают необходимость увеличения наиболее простым возможным образом количества тепла, передаваемого в теплообменник, для того, чтобы увеличивать по мере возможности количество тепла, отводимого от смазывающей текучей среды внутри теплообменника, и в связи с этим температуру текучей среды в линии возврата и способность текучей среды отводить тепло от отсека.In the case of a fluid-based refrigeration system, the industry also recognizes the need to increase, in the simplest possible manner, the amount of heat transferred to the heat exchanger in order to increase, as far as possible, the amount of heat removed from the lubricating fluid inside the heat exchanger, and therefore the temperature fluid in the return line and the ability of the fluid to remove heat from the compartment.

Наконец, в отрасли осознают необходимость дополнительного увеличения эффективности систем охлаждения, описанных в вышеупомянутых известных решениях, при минимально возможном вмешательстве в летательный аппарат, т.е. посредством решения, которое легко может быть установлено в летательном аппарате.Finally, the industry is recognizing the need to further increase the efficiency of the cooling systems described in the aforementioned known solutions, with the least possible intervention in the aircraft, i.e. through a solution that can be easily installed in an aircraft.

WO-A-2012/022758 раскрывает систему кондиционирования воздуха для летательного аппарата. Система кондиционирования воздуха содержит коллектор сжатого воздуха для транспортировки подаваемого извне воздуха под давлением, предпочтительно отбираемого воздуха. Более того, предусмотрен контур охлаждения для транспортировки предпочтительно жидкого хладагента, который продолжается через напорный воздуховод. Система также содержит первый теплообменник для теплопередачи между коллектором сжатого воздуха и контуром охлаждения, турбину сжатого воздуха, которая расположена в коллекторе сжатого воздуха, и компрессор контура охлаждения, который расположен в контуре охлаждения и механически связан с турбиной сжатого воздуха.WO-A-2012/022758 discloses an air conditioning system for an aircraft. The air conditioning system comprises a compressed air collector for conveying pressurized air supplied from outside, preferably bleed air. Moreover, a refrigeration circuit is provided for transporting a preferably liquid refrigerant, which continues through the pressurized duct. The system also includes a first heat exchanger for heat transfer between the compressed air collector and the cooling circuit, a compressed air turbine located in the compressed air collector, and a cooling circuit compressor located in the cooling circuit and mechanically connected to the compressed air turbine.

US-A-2017/152050 раскрывает систему кондиционирования воздуха летательного аппарата с линией подачи наружного воздуха, выполненной с возможностью протекания по ней наружного воздуха; устройством охлаждения наружного воздуха, которое соединено с линией подачи наружного воздуха и выполнено с возможностью охлаждения наружного воздуха, протекающего по линии подачи наружного воздуха; линией выпуска наружного воздуха, которая соединена с устройством охлаждения наружного воздуха и выполнена с возможностью соединения с кабиной летательного аппарата для того, чтобы проводить наружный воздух, охлажденный устройством охлаждения наружного воздуха, в кабину летательного аппарата; линией подачи технологического воздуха, выполненной с возможностью протекания по ней сжатого технологического воздуха; устройством охлаждения технологического воздуха, которое соединено с линией подачи технологического воздуха и выполнено с возможностью охлаждения сжатого технологического воздуха, протекающего по линии подачи технологического воздуха; линией выпуска технологического воздуха, которая соединена с устройством охлаждения технологического воздуха и выполнена с возможностью соединения с кабиной летательного аппарата для того, чтобы проводить технологический воздух, охлажденный устройством охлаждения технологического воздуха, в кабину летательного аппарата; и холодильным устройством, которое содержит контур хладагента, выполненный с возможностью протекания по нему хладагента и термически связанный с устройством охлаждения наружного воздуха и с устройством охлаждения технологического воздуха для того, чтобы передавать тепловую энергию от устройства охлаждения наружного воздуха и устройства охлаждения технологического воздуха хладагенту, циркулирующему в контуре хладагента. Обводная линия, отходящая от линии выпуска технологического воздуха, выполнена с возможностью выпуска охлажденного технологического воздуха, протекающего по линии выпуска технологического воздуха, в среду летательного аппарата по меньшей мере в определенных рабочих фазах системы кондиционирования воздуха летательного аппарата.US-A-2017/152050 discloses an aircraft air conditioning system with an outside air supply line configured to allow outside air to flow therethrough; an outside air cooling device that is connected to the outside air supply line and configured to cool the outside air flowing through the outside air supply line; an outside air outlet line that is connected to the outside air cooler and configured to be connected to the cabin of the aircraft so as to conduct outside air cooled by the outside air cooler into the cabin of the aircraft; a process air supply line configured to carry compressed process air through it; a process air cooling device that is connected to the process air supply line and configured to cool the compressed process air flowing through the process air supply line; a process air outlet line that is connected to the process air cooler and configured to be connected to the aircraft cabin to conduct the process air cooled by the process air cooler to the aircraft cabin; and a refrigeration device that comprises a refrigerant circuit configured to flow refrigerant therein and thermally coupled to the outside air cooler and the process air cooler to transfer thermal energy from the outside air cooler and the process air cooler to the refrigerant circulating in the refrigerant circuit. The bypass line extending from the process air outlet line is configured to discharge the cooled process air flowing through the process air outlet line into the aircraft environment at least in certain operating phases of the aircraft air conditioning system.

EP-A-1279594 раскрывает систему охлаждения с воздушным циклом для охлаждения первой тепловой нагрузки и второй тепловой нагрузки, которая содержит компрессор для повышения давления воздуха в системе и расширительное устройство, позволяющее сжатому воздуху расширяться и охлаждаться, для использования в охлаждении первой и второй тепловых нагрузок, и в которой по меньшей мере часть воздуха, использованного для охлаждения первой тепловой нагрузки, рециркулируется в компрессор и по меньшей мере часть воздуха, использованного для охлаждения второй тепловой нагрузки, используется в качестве хладагента в первичном теплообменнике для охлаждения воздуха от первой тепловой нагрузки до того, как воздух от первой тепловой нагрузки расширится в расширительном устройстве.EP-A-1279594 discloses an air cycle refrigeration system for cooling a first heat load and a second heat load, which includes a compressor to pressurize the air in the system and an expansion device to allow the compressed air to expand and cool, for use in cooling the first and second heat loads. , and in which at least part of the air used to cool the first heat load is recirculated to the compressor and at least part of the air used to cool the second heat load is used as a refrigerant in the primary heat exchanger to cool the air from the first heat load before as the air from the first heat load expands in the expansion device.

WO-A-2016/170141 раскрывает систему кондиционирования воздуха летательного аппарата с линией наружного воздуха, которая выполнена с возможностью протекания по ней наружного воздуха и которая соединена со смесителем системы кондиционирования воздуха летательного аппарата для того, чтобы подавать наружный воздух в смеситель; по меньшей мере одним компрессором наружного воздуха, расположенным в линии наружного воздуха, для сжатия наружного воздуха, протекающего по линии наружного воздуха; холодильной машиной, которая содержит контур хладагента, выполненный с возможностью протекания по нему хладагента, а также компрессор хладагента, расположенный в контуре хладагента, при этом контур хладагента термически связан с линией наружного воздуха для того, чтобы передавать тепло от наружного воздуха, протекающего по линии наружного воздуха, хладагенту, циркулирующему в контуре хладагента, до подачи наружного воздуха в смеситель; и по меньшей мере одним электрическим двигателем для приведения в действие по меньшей мере одного компрессора наружного воздуха и/или компрессора хладагента.WO-A-2016/170141 discloses an aircraft air conditioning system with an outside air line which is configured to allow outside air to flow therethrough and which is connected to an aircraft air conditioning system mixer to supply outside air to the mixer; at least one outside air compressor located in the outside air line for compressing outside air flowing through the outside air line; a refrigeration machine that includes a refrigerant circuit configured to flow refrigerant through it, as well as a refrigerant compressor located in the refrigerant circuit, while the refrigerant circuit is thermally connected to the outdoor air line in order to transfer heat from the outdoor air flowing through the outdoor air line air, the refrigerant circulating in the refrigerant circuit before supplying outside air to the mixer; and at least one electric motor for driving at least one outdoor air compressor and/or refrigerant compressor.

US-A-4015438 раскрывает систему кондиционирования воздуха с воздушным циклом для транспортных средств, в которой воздух с по существу давлением наружного воздуха охлаждается в теплообменнике и подводится в камеру для охлаждения. Воздух выводится из камеры, и часть воздуха расширяется через турбину для дополнительного охлаждения и проходит через теплообменник для отвода тепла от него. Воздух затем сжимается до по существу давления наружного воздуха и удаляется. Дополнительное охлаждение расширенного воздуха из турбины может быть получено путем испарения текучей среды в нем. Текучая среда может представлять собой воду, сконденсированную в теплообменнике и выведенную из него.US-A-4,015,438 discloses an air cycle air conditioning system for vehicles in which air at substantially outside air pressure is cooled in a heat exchanger and introduced into a cooling chamber. The air is removed from the chamber and part of the air is expanded through the turbine for additional cooling and passes through the heat exchanger to remove heat from it. The air is then compressed to essentially outside air pressure and removed. Additional cooling of the expanded air from the turbine can be obtained by evaporating the fluid in it. The fluid may be water condensed in and out of the heat exchanger.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является производство воздушного, наземного или морского транспортного средства, которое удовлетворяет по меньшей мере одну из вышеупомянутых потребностей простым и недорогим образом.It is an object of the present invention to produce an air, land or sea vehicle that satisfies at least one of the aforementioned needs in a simple and inexpensive manner.

Вышеуказанная задача решается с помощью настоящего изобретения в части, касающейся воздушного, наземного или морского транспортного средства согласно пункту 1 формулы изобретения.The above problem is solved with the help of the present invention in terms of air, land or sea vehicle according to paragraph 1 of the claims.

Настоящее изобретение также относится к способу охлаждения отсека воздушного, наземного или морского транспортного средства согласно пункту 7 формулы изобретения.The present invention also relates to a method for cooling the compartment of an air, land or sea vehicle according to claim 7 of the claims.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Для лучшего понимания настоящего изобретения один предпочтительный вариант выполнения описан ниже в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:For a better understanding of the present invention, one preferred embodiment is described below by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which:

- Фигура 1 показывает вид спереди транспортного средства, в частности, конвертоплана, произведенного согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения и содержащего систему охлаждения;- Figure 1 shows a front view of a vehicle, in particular a tiltrotor, produced according to the first embodiment of the present invention and containing a cooling system;

- Фигура 2 представляет собой функциональную схему первых деталей системы кондиционирования воздуха на Фигуре 1 с некоторыми частями, не показанными для ясности;- Figure 2 is a functional diagram of the first parts of the air conditioning system in Figure 1, with some parts not shown for clarity;

- Фигура 3 представляет собой функциональную схему вторых деталей системы кондиционирования воздуха на Фигурах 1 и 2 с некоторыми частями, не показанными для ясности; и- Figure 3 is a functional diagram of the second parts of the air conditioning system in Figures 1 and 2, with some parts not shown for clarity; and

- Фигуры 4 и 5 показывают соответственные варианты выполнения некоторых деталей системы на Фигурах 2 и 3.- Figures 4 and 5 show respective embodiments of some details of the system in Figures 2 and 3.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Со ссылкой на Фигуру 1, ссылочная позиция 1 обозначает транспортное средство.With reference to Figure 1, reference numeral 1 denotes a vehicle.

В этом описании термин «транспортное средство» означает любое самоходное транспортное средство, в частности, наземное, воздушное или морское транспортное средство.In this description, the term "vehicle" means any self-propelled vehicle, in particular a land, air or sea vehicle.

Предпочтительно, транспортное средство 1 представляет собой герметичный летательный аппарат, в показанном случае конвертоплан.Preferably, the vehicle 1 is a pressurized aircraft, in the case shown a tiltrotor.

Конвертоплан 1 в своей основе содержит:Tiltrotor 1 basically contains:

- фюзеляж 2 с продольной осью протяженности A;- fuselage 2 with a longitudinal axis of extent A;

- пару полукрыльев 3, продолжающихся консольным образом из соответственных взаимно противоположных сторон фюзеляжа 2 и поперечно оси А; и- a pair of semi-wings 3 extending in a cantilever manner from respective mutually opposite sides of the fuselage 2 and transverse to axis A; and

- пару гондол 4, вмещающих связанные винты 5.- a pair of nacelles 4 containing associated screws 5.

Конвертоплан 1 дополнительно содержит отсек 6, образующий кабину для экипажа и/или пассажирский салон для пассажиров.The tiltrotor 1 further comprises a compartment 6 forming a cabin for the crew and/or a passenger compartment for passengers.

Конвертоплан 1 дополнительно содержит систему 10 кондиционирования воздуха (показана только схематически), которая выполнена с возможностью регулирования температуры внутри отсека 6, т.е. поддержания указанной температуры в пределах заданного диапазона.The tiltrotor 1 further comprises an air conditioning system 10 (shown only schematically) which is configured to control the temperature inside the compartment 6, i.e. maintaining the specified temperature within the specified range.

Конкретнее, система 10 содержит:More specifically, system 10 comprises:

- блок 11 подачи «горячего» воздуха, т.е. подающий воздух с температурой выше, чем температура внутри отсека 6;- block 11 for supplying "hot" air, i.e. supply air with a temperature higher than the temperature inside the compartment 6;

- блок 12 подачи «холодного» воздуха, т.е. подающий воздух с температурой ниже, чем температура внутри отсека 6; и- block 12 for supplying "cold" air, i. e. supply air with a temperature lower than the temperature inside the compartment 6; and

- блок 13 управления (показан только схематически), запрограммированный с возможностью управления блоками 11 и 12 согласно термическим факторам снаружи конвертоплана 1 и желаемому диапазону температуры, который желательно достигать внутри отсека 6.- a control unit 13 (shown only schematically) programmed to control the units 11 and 12 according to the thermal factors outside the tiltrotor 1 and the desired temperature range that it is desirable to achieve inside the compartment 6.

Более подробно, блок 11 показан только в виде канала 15, подающего горячий воздух в отсек 6.In more detail, the block 11 is shown only as a channel 15 supplying hot air to the compartment 6.

В некоторых вариантах выполнения блок 12 может иметь некоторые элементы, общие с блоком 11 или термически связанные с ним.In some embodiments, block 12 may have some elements in common with block 11 or thermally associated with it.

Без потери общности блок 12 описан ниже без ссылки на какую-либо механическую или термическую связь с блоком 11.Without loss of generality, block 12 is described below without reference to any mechanical or thermal connection with block 11.

Блок 12 содержит (Фигура 2):Block 12 contains (Figure 2):

- замкнутый контур 20, по которому проходит хладагент; и- a closed circuit 20, through which the refrigerant passes; and

- контур 50 циркуляции воздуха, соединенный по текучей среде с отсеком 6.- an air circulation circuit 50 connected in fluid medium to compartment 6.

Более подробно, хладагент выполняет термодинамический цикл, известный как парокомпрессионный цикл, внутри контура 20.In more detail, the refrigerant performs a thermodynamic cycle, known as the vapor cycle, within circuit 20.

Во время этого цикла хладагент претерпевает фазовый переход из жидкости L в пар V и наоборот.During this cycle, the refrigerant undergoes a phase transition from liquid L to vapor V and vice versa.

В показанном случае хладагент представляет собой одну из текучих сред, обычно известных как фреон, например, R134a, R1234YE или R1234YF, или диоксид углерода.In the case shown, the refrigerant is one of the fluids commonly known as Freon, such as R134a, R1234YE or R1234YF, or carbon dioxide.

Контур 20 содержит последовательно:Loop 20 contains in sequence:

- компрессор 21, который приводится в действие электрическим двигателем и сжимает хладагент в паровой фазе V;- compressor 21, which is driven by an electric motor and compresses the refrigerant in the vapor phase V;

- конденсатор 22, который вызывает переход хладагента из паровой фазы V в жидкую фазу L;a condenser 22 which causes the refrigerant to change from the vapor phase V to the liquid phase L;

- терморасширительный клапан 23, который вызывает переход хладагента в двухфазное состояние, образованное смесью L+V жидкости L и пара V; и- thermal expansion valve 23, which causes the transition of the refrigerant into a two-phase state, formed by a mixture L + V of liquid L and vapor V; and

- испаритель 24, который вызывает переход хладагента из двухфазного состояния L+V в паровую фазу V.- an evaporator 24 which causes the refrigerant to change from the two-phase state L+V to the vapor phase V.

В частности, хладагент поглощает тепло снаружи, внутри испарителя 24, и выделяет тепло наружу, внутри конденсатора 22.In particular, the refrigerant absorbs heat from outside, inside the evaporator 24, and releases heat outside, inside the condenser 22.

Контур 50, в свою очередь, содержит:Circuit 50, in turn, contains:

- вход 51, соединенный по текучей среде с отсеком 6;- input 51 connected in fluid medium with compartment 6;

- выход 52, соединенный по текучей среде с отсеком 6; и- outlet 52 connected in fluid medium with compartment 6; and

- вентилятор 53 для создания циркуляции воздуха от входа 51 к выходу 52.- a fan 53 for creating air circulation from the inlet 51 to the outlet 52.

Контур 50 термически связан с испарителем 24 в положении между входом 51 и выходом 52.Loop 50 is thermally connected to evaporator 24 at a position between inlet 51 and outlet 52.

Конкретнее, воздух, протекающий в контуре 50, выделяет тепло в испаритель 24.More specifically, the air flowing in the loop 50 releases heat into the evaporator 24.

В связи с этим воздух, протекающий в контуре 50, охлаждается, имея температуру на выходе 52 ниже, чем температура на входе 51.In this regard, the air flowing in the circuit 50 is cooled, having a temperature at the outlet 52 lower than the temperature at the inlet 51.

Блок 12 содержит (Фигура 2):Block 12 contains (Figure 2):

- контур 60, который может снабжаться потоком воздуха и термически связан с конденсатором 22; и- circuit 60, which can be supplied with air flow and thermally connected with the condenser 22; and

- подающее средство 61 для подачи воды внутрь второго потока в положении перед конденсатором 22 и расположенное на расстоянии от указанного конденсатора 22, продолжаясь в направлении подачи второго потока вдоль контура 60, так, чтобы вызывать испарение воды и охлаждать воздух внутри потока, протекающего в контуре 60, в конденсаторе 22.- supply means 61 for supplying water into the second stream in a position before the condenser 22 and located at a distance from the specified condenser 22, continuing in the direction of supply of the second stream along the circuit 60, so as to cause the evaporation of water and cool the air inside the stream flowing in the circuit 60 , in the condenser 22.

Конкретнее, вода, подаваемая в контур 60, испаряется, отводя тепло от воздуха, протекающего в контуре 60 перед конденсатором 22. Поток воздуха таким образом охлаждается и увлажняется. Понижение температуры потока воздуха, который обтекает конденсатор 22, понижает температуру и давление конденсации хладагента. Это позволяет увеличивать количество тепла, поглощаемого конденсатором 22, и, следовательно, эффективность парокомпрессионного цикла.More specifically, the water supplied to the loop 60 evaporates, removing heat from the air flowing in the loop 60 before the condenser 22. The air stream is thus cooled and humidified. Lowering the temperature of the air stream that flows around the condenser 22 lowers the temperature and pressure of the condensing refrigerant. This makes it possible to increase the amount of heat absorbed by the condenser 22 and hence the efficiency of the vapor compression cycle.

Эта эффективность дополнительно увеличивается, поскольку капли воды, которые остаются в жидкой фазе в потоке воздуха, обтекают конденсатор, тем самым увеличивая коэффициент теплообмена между потоком воздуха и конденсатором 22.This efficiency is further increased because the water droplets that remain in the liquid phase in the air stream flow around the condenser, thereby increasing the heat transfer coefficient between the air stream and the condenser 22.

Фактически высокая скорость воздуха вызывает непрерывную регенерацию пленки текучей среды на поверхности конденсатора 22, предотвращая достижение пленкой термического равновесия с указанной поверхностью и вызывая дополнительное увеличение количества тепла, поглощаемого конденсатором 22.In fact, the high air velocity causes a continuous regeneration of the fluid film on the surface of the condenser 22, preventing the film from reaching thermal equilibrium with said surface and causing an additional increase in the amount of heat absorbed by the condenser 22.

Блок 12 также содержит вентилятор 62, размещенный вдоль контура 60 и выполненный с возможностью создания непрерывной циркуляции воздуха внутри контура 60.The block 12 also includes a fan 62 placed along the loop 60 and configured to create a continuous circulation of air within the loop 60.

Со ссылкой на Фигуру 3, блок 12 дополнительно содержит контур 70, предусмотренный для подачи смеси в подающее средство 61.With reference to Figure 3, the block 12 further comprises a circuit 70 provided for supplying the mixture to the supply means 61.

Более подробно, контур 70 содержит резервуар 71, расположенный на борту конвертоплана 1 и соединенный по текучей среде с подающим средством 61.In more detail, circuit 70 includes a reservoir 71 located on board tiltrotor 1 and fluidly connected to supply means 61.

Контур 70 также выполнен с возможностью соединения по текучей среде с резервуаром 72 снаружи конвертоплана 1, расположенным на земле. Очевидно, что контур 70 соединяется по текучей среде с резервуаром 72 только тогда, когда конвертоплан 1 находится на земле.Loop 70 is also configured to be in fluid communication with tank 72 outside tiltrotor 1 located on the ground. Obviously, loop 70 is in fluid communication with tank 72 only when tiltrotor 1 is on the ground.

Предпочтительно, контур 70 соединен по текучей среде с заборным барабаном 73 (Фигура 5) для водного конденсата, генерируемого испарителем 24.Preferably, the loop 70 is in fluid communication with the intake drum 73 (Figure 5) for the water condensate generated by the evaporator 24.

В предпочтительном варианте выполнения количество воды, предоставляемое заборным барабаном 73 для контура 70, недостаточно для осуществления непрерывного понижения температуры конденсатора 22 с течением времени. В связи с этим контур 70 одновременно соединен с одним или обоими резервуарами 71 и 72 и с заборным барабаном 73.In the preferred embodiment, the amount of water provided by the intake drum 73 to the loop 70 is not sufficient to effect a continuous decrease in the temperature of the condenser 22 over time. In this regard, the circuit 70 is simultaneously connected to one or both of the tanks 71 and 72 and to the intake drum 73.

Со ссылкой на Фигуру 3, подающее средство 61 содержит группу инжекторов 75, снабжаемых контуром 70 и обращенных в контур 60 перед указанным конденсатором 22 согласно указанному направлению подачи так, чтобы выпускать струи воды в поток воздуха, протекающий в контуре 60.With reference to Figure 3, the supply means 61 comprises a group of injectors 75 provided with a circuit 70 and facing the circuit 60 before said condenser 22 according to the indicated direction of supply so as to discharge jets of water into the air stream flowing in the circuit 60.

Альтернативно (Фигура 4), подающее средство 61 содержать группу разбрызгивателей 76, снабжаемых контуром 70 и обращенных в контур 60 перед указанным конденсатором 22 согласно указанному направлению подачи так, чтобы выпускать брызги воды в поток воздуха, протекающий в контуре 60.Alternatively (Figure 4), the supply means 61 comprise a set of sprinklers 76 provided with a circuit 70 and facing the circuit 60 before said condenser 22 according to the indicated direction of supply so as to discharge water spray into the air stream flowing in the circuit 60.

Альтернативно, подающее средство 61 содержит группу самотечных капельниц 77, снабжаемых контуром 70 и обращенных в контур 60 перед указанным конденсатором 22 согласно вышеупомянутому направлению подачи так, чтобы выпускать соответственные последовательности капель в поток воздуха, протекающий в контуре 60.Alternatively, the supply means 61 comprises an array of gravity drippers 77 provided with a circuit 70 and facing the circuit 60 before said condenser 22 according to the aforementioned direction of supply so as to discharge respective droplet sequences into the air stream flowing in the circuit 60.

Контур 60 дополнительно содержит мембрану 78, расположенную перед конденсатором 22 и обтекаемую потоком воздуха и на которую разбрызгиватели 76 или капельницы 77 соответственно выпускают брызги воды или выпускают соответственные последовательности капель воды (Фигура 4).The circuit 60 further comprises a membrane 78 located before the condenser 22 and flowing around with air and on which the sprinklers 76 or drippers 77, respectively, release water sprays or release respective sequences of water droplets (Figure 4).

Мембрана 78 увлажняется водой, впрыскиваемой в контур 70, таким образом гарантируя, что вода может испаряться внутри контура 70 перед конденсатором 22.Membrane 78 is wetted with water injected into circuit 70, thus ensuring that water can evaporate inside circuit 70 ahead of condenser 22.

Контур 70 дополнительно содержит насос 74, выполненный с возможностью подачи воды в подающее средство 61 (Фигура 5).The circuit 70 further comprises a pump 74 configured to supply water to the supply means 61 (Figure 5).

Блок 13 управления запрограммирован с возможностью выборочной:The control unit 13 is programmed with the possibility of selective:

- активации подающего средства 61, когда температура окружающей среды снаружи конвертоплана 1 превышает заданное пороговое значение; или- activation of the supply means 61 when the ambient temperature outside the tiltrotor 1 exceeds a predetermined threshold value; or

- деактивации подающего средства 61, когда температура окружающей среды снаружи конвертоплана 1 ниже заданного порогового значения.- deactivation of the supply means 61 when the ambient temperature outside the tiltrotor 1 is below a predetermined threshold value.

Внешняя температура окружающей среды обычно зависит от широты и высоты конвертоплана 1.The external ambient temperature usually depends on the latitude and altitude of tiltrotor 1.

При использовании система 10 регулирует температуру внутри отсека 6 путем подачи «горячего» воздуха или «холодного» воздуха согласно условиям окружающей среды снаружи конвертоплана.In use, the system 10 regulates the temperature inside the compartment 6 by supplying "hot" air or "cold" air according to the environmental conditions outside the tiltrotor.

Конкретнее, термины «горячий» воздух и «холодный» воздух соответственно означают воздух с температурой выше или ниже температуры отсека 6.More specifically, the terms "hot" air and "cold" air respectively mean air with a temperature above or below the temperature of compartment 6.

Функционирование системы 10 описано ниже только в отношении работы блока 12 подачи, подающего «холодный воздух» внутрь отсека 6.The operation of the system 10 is described below only in relation to the operation of the supply unit 12 supplying "cold air" to the inside of the compartment 6.

Более подробно, вентилятор 53 контура 50 создает непрерывную циркуляцию воздуха от входа 51 к выходу 52, проходящего через испаритель 24 контура 20 и отсек 6 конвертоплана.In more detail, the fan 53 of the circuit 50 creates a continuous circulation of air from the inlet 51 to the outlet 52 passing through the evaporator 24 of the circuit 20 and the compartment 6 of the tiltrotor.

Хладагент следует парокомпрессионному циклу внутри контура 20, во время которого он претерпевает следующие термодинамические преобразования:The refrigerant follows a vapor compression cycle within circuit 20 during which it undergoes the following thermodynamic transformations:

- сжатие в паровой фазе V внутри компрессора 21;- compression in the vapor phase V inside the compressor 21;

- переход из паровой фазы V в жидкую фазу L внутри конденсатора 22;- transition from the vapor phase V to the liquid phase L inside the condenser 22;

- термическое расширение, например, для перехода в двухфазное состояние L+V, в котором он представляет собой смесь жидкости L и пара V; и- thermal expansion, for example, for the transition to a two-phase state L + V, in which it is a mixture of liquid L and vapor V; and

- испарение, претерпевая переход из двухфазного состояния L+V в паровую фазу V.- evaporation, undergoing a transition from the two-phase state L + V to the vapor phase V.

Более подробно, хладагент выделяет тепло в конденсатор 22 и поглощает тепло из воздуха, циркулирующего в контуре 50 в испарителе 24.In more detail, the refrigerant releases heat into the condenser 22 and absorbs heat from the air circulating in the circuit 50 in the evaporator 24.

Это поглощение тепла вызывает охлаждение воздуха, циркулирующего в контуре 50, и последующую подачу «холодного» воздуха на выход 52 и в отсек 6.This heat absorption causes the air circulating in circuit 50 to be cooled and then "cold" air to be introduced into outlet 52 and compartment 6.

Контур 20 вызывает циркуляцию воздуха через конденсатор 22.Circuit 20 causes air to circulate through condenser 22.

Когда наружная температура превышает пороговое значение, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте ниже порогового значения или неподвижен на земле в пустынной области, блок 13 управления активирует подающее средство 61.When the outside temperature exceeds the threshold value, for example, because the tiltrotor 1 is at an altitude below the threshold value or is stationary on the ground in a desert area, the control unit 13 activates the feeding means 61.

В результате подающее средство 61 подает воду внутрь потока воздуха, протекающего в контуре 60 перед конденсатором 22 и в положении на расстоянии от конденсатора 22.As a result, the supply means 61 supplies water to the interior of the airflow flowing in the circuit 60 before the condenser 22 and at a position at a distance from the condenser 22.

Это вызывает по меньшей мере частичное испарение воды, подводимой подающим средством 61, с отводом тепла от потока воздуха, протекающего в контуре 60, и последующим охлаждением и увлажнением указанного потока воздуха.This causes at least partial evaporation of the water supplied by the supply means 61, with the removal of heat from the air stream flowing in the circuit 60, and subsequent cooling and humidification of the specified air stream.

Понижение температуры потока воздуха, который обтекает конденсатор 22, позволяет увеличивать количество тепла, поглощаемого конденсатором 22, и, следовательно, эффективность парокомпрессионного цикла.Lowering the temperature of the air stream that flows around the condenser 22 allows you to increase the amount of heat absorbed by the condenser 22, and, therefore, the efficiency of the vapor compression cycle.

Капли воды, которые остаются в жидкой фазе в потоке воздуха, обтекают конденсатор 22, увеличивая коэффициент теплообмена между конденсатором 22 и потоком воздуха. Таким образом, количество тепла, поглощаемого конденсатором 22, дополнительно увеличивается, тем самым вызывая дополнительное увеличение эффективности парокомпрессионного цикла.Water droplets that remain in the liquid phase in the air stream flow around the condenser 22, increasing the heat transfer coefficient between the condenser 22 and the air stream. Thus, the amount of heat absorbed by the condenser 22 is further increased, thereby causing a further increase in the efficiency of the vapor compression cycle.

Контур 60 снабжает подающее средство 61 водой посредством резервуара 70 на борту конвертоплана 1, когда последний находится в полете, или посредством резервуара 71, расположенного на земле, когда конвертоплан 1 находится на земле. Также возможно снабжать подающее средство 61 посредством как резервуара 71, так и резервуара 70, когда конвертоплан 1 находится на земле.The circuit 60 supplies the supply means 61 with water via a reservoir 70 on board the tiltrotor 1 when the latter is in flight, or via a reservoir 71 located on the ground when the tiltrotor 1 is on the ground. It is also possible to supply the feeding means 61 via both the tank 71 and the tank 70 when the tiltrotor 1 is on the ground.

Контур 60 также снабжает подающее средство 61 водным конденсатом, собранным из испарителя 24 контура 20. Важно подчеркнуть, что снабжение подающего средства 61 водным конденсатом, собранным из испарителя 24, дополняет и не заменяет снабжение водой, содержащейся в резервуарах 70 и/или 71.The circuit 60 also supplies the supply means 61 with condensate water collected from the evaporator 24 of the circuit 20. It is important to emphasize that the supply of the supply means 61 with condensed water collected from the evaporator 24 is in addition to and does not replace the supply of water contained in the tanks 70 and/or 71.

С особой ссылкой на Фигуру 3, инжекторы 75 подающего средства 61 выпускают струи воды внутрь потока воздуха, протекающего в контуре 60.With particular reference to Figure 3, the injectors 75 of the supply means 61 fire jets of water into the air stream flowing in the circuit 60.

Альтернативно (Фигура 4), разбрызгиватели 76 подающего средства 61 выпускают брызги воды на мембрану 78, через которую проходит поток воздуха, протекающий в контуре 60.Alternatively (Figure 4), the sprinklers 76 of the supply means 61 release a spray of water onto the membrane 78 through which passes the air flow flowing in the circuit 60.

Альтернативно (Фигура 4), капельницы 77 подающего средства 61 источают соответственные последовательности капель под действием силы тяжести на мембрану 78, через которую проходит поток воздуха, протекающий в контуре 60.Alternatively (Figure 4), the droppers 77 of the supply means 61 exude the respective droplet sequences under the action of gravity onto the membrane 78 through which passes the air flow flowing in the circuit 60.

Когда наружная температура ниже порогового значения, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте выше определенного порогового значения, блок 13 управления деактивирует подающее средство 61.When the outside temperature is below a threshold value, for example because the tiltrotor 1 is at an altitude above a certain threshold value, the control unit 13 deactivates the feeding means 61.

Из изучения характеристик летательного аппарата 1 и способа охлаждения летательного аппарата 1, произведенного согласно настоящему изобретению, очевидны преимущества, которые могут быть достигнуты с его помощью.From a study of the characteristics of the aircraft 1 and the cooling method of the aircraft 1 produced according to the present invention, the advantages that can be achieved with it are obvious.

В частности, конвертоплан 1 содержит:In particular, tiltrotor 1 contains:

- контур 60, который может снабжаться потоком воздуха и термически связан с указанным конденсатором 22; и- a circuit 60 which can be supplied with an air flow and is thermally connected to said condenser 22; and

- подающее средство 61 для подачи воды внутрь указанного потока в положении перед конденсатором 22 и расположенное на расстоянии от конденсатора 22, продолжаясь в направлении подачи потока вдоль контура 60.- supply means 61 for supplying water into said flow in a position before the condenser 22 and located at a distance from the condenser 22, continuing in the direction of the flow supply along the circuit 60.

Таким образом, вода испаряется, отводя некоторое количество тепла, по существу соответствующее скрытой теплоте парообразования, и поток воздуха, протекающий в контуре 60, охлаждается. Это понижение температуры снижает температуру и давление конденсации конденсатора 22.Thus, the water evaporates, removing some heat substantially corresponding to the latent heat of vaporization, and the air stream flowing in the circuit 60 is cooled. This decrease in temperature lowers the temperature and pressure of the condenser condenser 22.

Увеличение разности температур между хладагентом внутри конденсатора 22 и потоком воздуха увеличивает тепло, выделяемое хладагентом внутри конденсатора 22, и, следовательно, увеличивает эффективность парокомпрессионного цикла в случае системы 10 (Фигура 2).Increasing the temperature difference between the refrigerant inside the condenser 22 and the airflow increases the heat generated by the refrigerant inside the condenser 22 and therefore increases the efficiency of the vapor compression cycle in the case of the system 10 (Figure 2).

За счет того, что вода подается перед конденсатором 22 внутрь потока воздуха, а не напрямую на конденсатор 22, как описано в US 5,149,147 и US 6,643,751, возможно достигать вышеупомянутого увеличения энергоэффективности без увеличения веса и объема конденсатора 22, установленного на транспортном средстве, таком как конвертоплан 1.By supplying water upstream of condenser 22 into the air stream rather than directly onto condenser 22 as described in US Pat. No. 5,149,147 and US Pat. tiltrotor 1.

Фактически по очевидным причинам экономии веса и пространства теплообменная поверхность конденсатора 22, установленного на конвертоплане 1, обычно намного меньше, чем теплообменная поверхность конденсаторов, используемых в бытовых кондиционерах воздуха, проиллюстрированных в US 5,149,147 и US 6,643,751. Эта меньшая поверхность будет снижать количество тепла, поглощаемого в конденсаторе 22, и должна быть компенсирована высокой скоростью потока воздуха в контуре 60 для того, чтобы увеличивать коэффициент теплообмена между потоком воздуха и конденсатором 22.In fact, for obvious reasons of weight and space savings, the heat exchange surface of the condenser 22 mounted on the tiltrotor 1 is typically much smaller than that of the condensers used in the domestic air conditioners illustrated in US 5,149,147 and US 6,643,751. This smaller surface will reduce the amount of heat absorbed in condenser 22 and must be compensated for by the high airflow rate in loop 60 in order to increase the heat transfer coefficient between the airflow and condenser 22.

Согласно замыслам US 5,149,147 и US6,643,751, эта высокая скорость будет отводить капли воды, осажденные непосредственно конденсатором, до того, как они смогут испариться.According to US Pat. Nos. 5,149,147 and US 6,643,751, this high speed will sweep away water droplets deposited directly by the condenser before they can evaporate.

Другими словами, подача воды внутрь контура 60 и перед конденсатором 22 позволяет снижать температуру конденсации хладагента в конденсаторе 22 и в связи с этим увеличивать энергоэффективность цикла, которому следует указанный хладагент, снижая объем и вес конденсатора 22.In other words, the supply of water inside the loop 60 and before the condenser 22 makes it possible to lower the dew point of the refrigerant in the condenser 22 and thereby increase the energy efficiency of the cycle followed by said refrigerant, reducing the volume and weight of the condenser 22.

Это приводит к очевидным преимуществам в любом применении движущегося транспортного средства и тем более для конвертоплана 1. Фактически для летательного аппарата любое снижение веса эквивалентно увеличению полезной нагрузки и/или снижению потребления топлива.This results in clear advantages in any moving vehicle application, and even more so for tiltrotor 1. In fact, for an aircraft, any reduction in weight is equivalent to an increase in payload and/or a reduction in fuel consumption.

С особой ссылкой на летательные аппараты и конвертоплан 1, это увеличение эффективности также позволяет поддерживать желаемый уровень температуры в отсеке, даже когда наружная температура особенно высока, в случае температурных пиков и предельных режимов полета.With particular reference to aircraft and tiltrotor 1, this increase in efficiency also makes it possible to maintain the desired temperature level in the compartment, even when the outside temperature is particularly high, in the event of temperature peaks and extreme flight conditions.

Таким образом, можно гарантировать, что конвертоплан 1 превосходит сертификационные требования во всем диапазоне температур окружающей среды, требуемые нормативами.Thus, it can be ensured that the tiltrotor 1 exceeds the certification requirements over the entire range of ambient temperatures required by the regulations.

Резервуар 70, расположенный на борту конвертоплана 1, позволяет снабжать подающее средство 61 водой, когда конвертоплан 1 находится в полете. С другой стороны, резервуар 71 позволяет снабжать подающее средство 61 водой, когда конвертоплан 1 находится на земле, а наружная температура особенно высока. Водный конденсат, собранный из испарителя 24, образует дополнительный источник снабжения для подающего средства 61.A reservoir 70 located on board the tiltrotor 1 makes it possible to supply the supply means 61 with water when the tiltrotor 1 is in flight. On the other hand, the reservoir 71 makes it possible to supply the supply means 61 with water when the tiltrotor 1 is on the ground and the outside temperature is particularly high. The water condensate collected from the evaporator 24 forms an additional source of supply for the supply means 61.

Блок 13 управления активирует подающее средство 61, когда температура снаружи конвертоплана 1 ниже порогового значения, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте выше определенного порогового значения.The control unit 13 activates the supply means 61 when the temperature outside the tiltrotor 1 is below a threshold, for example because the tiltrotor 1 is above a certain threshold.

С другой стороны, блок 13 управления деактивирует подающее средство 61, когда наружная температура превышает пороговое значение, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте ниже определенного порогового значения.On the other hand, the control unit 13 deactivates the supply means 61 when the outside temperature exceeds a threshold value, for example, because the tiltrotor 1 is at an altitude below a certain threshold value.

Таким образом, возможно выполнять конденсатор 22 с маленькой поверхностью, все же достаточной для гарантирования охлаждения воздуха, подлежащего транспортировке в отсек 6, когда наружная температура ниже порогового значения, и выборочно активировать подающее средство 61, когда температура окружающей среды снаружи конвертоплана 1 ниже порогового значения.Thus, it is possible to provide the condenser 22 with a small surface, yet sufficient to guarantee cooling of the air to be conveyed to the compartment 6 when the outside temperature is below a threshold value, and to selectively activate the supply means 61 when the ambient temperature of the outside of the tiltrotor 1 is below the threshold value.

Капли воды, которые остаются в жидкой фазе в потоке воздуха, обтекают конденсатор 22. Это вызывает дополнительное увеличение коэффициента теплообмена между конденсатором 22 и потоком воздуха, дополнительное увеличение количества тепла, поглощаемого конденсатором 22, и дополнительное увеличение эффективности парокомпрессионного цикла.Water droplets that remain in the liquid phase in the air stream flow around the condenser 22. This causes an additional increase in the heat transfer coefficient between the condenser 22 and the air stream, an additional increase in the amount of heat absorbed by the condenser 22, and an additional increase in the efficiency of the vapor compression cycle.

Мембрана 78 за счет увлажнения дополнительно улучшает теплообмен между потоком воздуха контура 60 и конденсатором 22.Membrane 78 further improves the heat transfer between the air flow of the circuit 60 and the condenser 22 due to moisture.

В заключение, контур 60 и подающее средство 61 могут быть легко установлены на конвертоплане 1 без необходимости существенного изменения конструкции системы 10.In conclusion, the circuit 60 and the supply means 61 can be easily installed on the tiltrotor 1 without the need for a significant change in the design of the system 10.

Наконец, ясно, что могут быть выполнены модификации и вариации в отношении заявленного летательного аппарата 1 и способа охлаждения летательного аппарата 1 без отклонения от объема настоящего изобретения.Finally, it is clear that modifications and variations can be made with respect to the claimed aircraft 1 and the cooling method of the aircraft 1 without deviating from the scope of the present invention.

Летательный аппарат также может представлять собой самолет или гиродин.The aircraft may also be an airplane or a gyrodine.

Claims

1. Air, sea or land vehicle (1), including:

compartment (6) to be cooled; and

the first circuit (20), which is made with the possibility of passing the refrigerant through it,

while said first circuit (20) contains:

a heat exchanger (22) which is configured to supply said refrigerant and is configured to allow said refrigerant to generate heat;

a second circuit (60) which is configured to supply a second heat-carrying fluid stream and is thermally connected to said heat exchanger (22); and

supply means (61) for supplying a mixture containing water inside said second stream in a position before said heat exchanger (22) and located at a distance from said heat exchanger (22), continuing in the direction of supplying said second stream along said second circuit (60), so as to cause evaporation of said mixture and cool said second stream in said heat exchanger (22);

while said first circuit (20) is closed, and the refrigerant capable of changing the phase passes through it;

wherein said refrigerant performs, in use, a thermodynamic vapor compression cycle within said first circuit (20);

wherein said first circuit (20) contains in sequence:

compressor means (21) which is configured to supply said vapor phase refrigerant (V) and be activated to pressurize said vapor phase refrigerant (V);

a condenser (22) forming said heat exchanger (22) located after said compressor means (21) with reference to the supply direction of said refrigerant in said primary circuit (20), and which is configured to supply said refrigerant in the vapor phase (V) and configured to cause the transition of the specified refrigerant from the vapor phase (V) to the liquid phase (L);

thermal expansion means (23) located after said condenser (22) with reference to said supply direction, which is configured to supply said refrigerant in the liquid phase (L) and is configured to cause said refrigerant to change into a two-phase state (L+V), formed by a mixture of liquid phase (L) and vapor phase (V); and

an evaporator (24) located after said thermal expansion means (23) and before said compressor means (21) with reference to said supply direction and configured to cause the transition of said refrigerant from said two-phase state (L+V) to vapor phase (V) ;

wherein said vehicle (1) additionally contains:

a third circuit (70) configured to supply said mixture to said supply means (61); and

the fourth circuit (50), which is made with the possibility of fluid connection with the specified compartment (6);

while said fourth circuit (50) contains:

an inlet (51) which is configured to be fluidly connected to said compartment (6) and which is configured to supply a first air stream to be cooled; and

an outlet (52) which is configured to be fluidly connected to said compartment (6) and cooled said first air flow to pass through it;

wherein said evaporator (24) is placed along said fourth circuit (50) between said inlet (51) and said outlet (52) and is thermally connected to said fourth circuit (50) so as to cool said first air stream;

characterized in that it contains the first reservoir (71) of the specified mixture, connected in a fluid medium with the specified third circuit (70); and/or said third circuit (70) is fluidly connected to a second reservoir (72) located outside said vehicle (1).

2. The vehicle according to claim 1, characterized in that said supply means (61) contains a group of injectors (75) connected in fluid medium to said third circuit (70) and facing said second circuit (60) before said heat exchanger ( 22) according to the indicated feed direction.

3. Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that said supply means (61) comprises a spraying means (76) or a dripping means (77) emitting sequences of drops of said mixture.

4. The vehicle according to claim 3, characterized in that said second circuit (60) comprises a membrane (78) facing the inside of the second circuit (60) in front of said heat exchanger (22) according to said feed direction;

wherein said supply means (61) is configured to supply a succession of water droplets to said membrane (78).

5. A vehicle according to any of the above claims, characterized in that said third circuit (70) is fluidly connected to said evaporator (24) and is configured to be supplied with water condensate from the evaporator (24).

6. A vehicle according to any of the above paragraphs, characterized in that it is an aircraft (1) and in that said supply means (61) can be selectively activated or deactivated according to the temperature outside said aircraft (1); wherein said supply means (61) is selectively activated when said temperature exceeds a predetermined threshold value and selectively deactivated when said temperature is below a predetermined threshold value.

7. The method of cooling the compartment (6) of an air, sea or land vehicle (1), including the steps at which:

i) supplying refrigerant through the primary circuit (20);

wherein said step i) comprises step ii) in which heat is absorbed from said refrigerant in the heat exchanger (22);

iii) flow around said heat exchanger (22) with a second flow of heat-carrying fluid;

iv) feeding by means of a supply means (61) a mixture containing water into said second stream at a position upstream of said heat exchanger (22) and at a distance from said heat exchanger (22) in the feed direction of said second stream;

v) vaporizing at least part of the fluid of said mixture during said step iv) so as to cool said second stream in said heat exchanger (22);

while said first circuit (20) is closed and a refrigerant passes through it, capable of changing the phase, passing through it;

wherein said refrigerant performs a thermodynamic vapor compression cycle within said first circuit (20);

wherein said step i) comprises steps in which:

vi) fluidly connect the second circuit (50) to said compartment (6);

vii) increasing the pressure of said refrigerant in the vapor phase (V);

viii) condensing said refrigerant from said vapor phase (V) into liquid phase (L) inside a condenser (22) forming said heat exchanger (22);

ix) thermally expanding said refrigerant in the liquid phase so as to cause said refrigerant to transition to a two-phase state (L+V) formed by a mixture of liquid (L) and vapor (V); and

x) evaporating said refrigerant in the evaporator (24) so as to cause a transition of said two-phase state (L+V) into a vapor phase (V);

wherein said step vi) comprises steps in which:

xi) circulating a first air stream to be cooled from said compartment (6) through said evaporator (24) so as to release heat into said refrigerant inside said evaporator (24) and cool the first air stream; and

xii) supplying the cooled said first air flow from said evaporator (24) to said compartment (6) to cool the latter;

characterized in that said step iv) comprises step xiii) in which the first reservoir (70) of said mixture located on board said vehicle (1) is connected in fluid medium with said supply means (61);

and/or said step iv) comprises step xiv) in which the second reservoir of said mixture located outside said vehicle (1) is connected in fluid medium to said supply means (61).

8. The method according to p. 7, characterized in that stage iv) contains stage xv), which spray or drip drops of the specified mixture inside the specified second flow; and/or said step iv) comprises step xvi), in which a plurality of jets of said mixture are injected into said second stream.

9. Method according to claim 8, characterized in that step iv) comprises step xvii) in which water condensate from said evaporator (24) is collected and made available to said supply means (61).

10. The method according to any one of paragraphs. 7-9, characterized in that it includes the steps in which:

xviii) selectively activating said supply means (61) when the temperature outside said vehicle (1) exceeds a predetermined threshold value; and

xix) selectively deactivating said supply means (61) when the outside temperature outside said vehicle (1) is below a predetermined threshold value;

and/or contains an additional step xx), in which the specified heat exchanger (22) is flowed around by unevaporated water drops of the specified mixture, captured by the specified second stream.