[发明专利]双级压缩空气循环制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用双级压缩的空气循环制冷系统，属飞行器环境控制系统技术领域。 

背景技术

目前，在飞机上使用的空气循环制冷系统有两轮简单式、两轮升压式、三轮升压式和四轮升压式。这些系统的供气均需从发动机提供，在增加系统代偿损失的同时也降低了座舱供气的清洁度。系统的冷边需要从机外引进冲压空气，从而使飞机的阻力增加。座舱排气直接排出机外或经过电子设备舱后再排出机外，相对于机外的低压环境，这部分可用能可以回收。目前，排气的可用功回收在国内尚未见有相关专利提出。 

发明内容

本发明提供一种性能好、空气洁净度高、能量利用率高的双级压缩空气循环制冷系统，避免了从发动机引气和引进机外冲压空气的不足，同时回收座舱排气的可用能。 

双级压缩空气循环制冷系统主要包括：环境空气，阀门，一级压缩机，电机，换热器，二级压缩机，冷凝器，水分离器，冷却涡轮，座舱，风扇，动力涡轮。本系统以高空巡航状态为主，兼顾地面工况的环控要求，设计了旁路系统。 

高空巡航状态时，环境空气（1）首先通过阀门（2）进入由电机（4）驱动的一级压缩机（3），升温升压后通过阀门（5）进入换热器（7），温度有所降低，再进入二级压缩机（8），压力和温度进一步升高，随后流经阀门（9）和换热器（10）的热边释放热量，再进入冷凝器（11）的热边进一步降温，通过水分离器（12）后在冷却涡轮（13）中膨胀降温，温度和压力均大幅降低，流经冷凝器（11）的冷边吸收热量，温度有所回升后送入座舱（14）。座舱排气通入换热器（10）的冷边，在风扇（19）的抽吸作用下压力略微升高，并进入动力涡轮（20），膨胀降温后流经换热器（7）的冷边并排出机外。 

地面状态时，环境空气（1）首先通过阀门（2）进入由电机（4）驱动的一级压缩机（3），升温升压后通过阀门（6）直接进入换热器（10）的热边释放热量，再进入冷凝器（11）的热边进一步降温，通过水分离器（12）后在冷却涡轮（13）中膨胀降温，温度和压力均大幅降低，流经冷凝器（11）的冷边吸收热量，温度有所回升后送入座舱（14）。座舱排气通入换热器（10）的冷边，随后经过阀门（15），在风扇（16）的抽吸作用下排出机外。 

该双级压缩空气循环制冷系统的特征在于： 

(1)系统供气完全由机外环境空气提供，避免了从飞机发动机引气，从而不影响发动机推力，减少了代偿损失，且避免了发动机滑油挥发对空气洁净度的影响； 

(2)通过调整阀门（5）、（9）、（18）和阀门（6）、（15）的先后开闭，可以实现制冷系统在高空巡航状态和地面状态的环境控制，详述如下： 

●关闭阀门（5）、（9）、（18），开启阀门（6）、（15），环境空气只经过一级压缩机 （3）压缩，增压比较小，通过冷却涡轮（13）膨胀后送入座舱（14），座舱排气由电机（17）驱动的风扇（16）抽吸，满足地面工况时的座舱环境控制； 

●开启阀门（5）、（9）、（18），关闭阀门（6）、（15），环境空气由一级压缩机（3）和二级压缩机（8）压缩，增压比较大，通过冷却涡轮（13）膨胀后送入座舱（14）,座舱排气由冷却涡轮（13）驱动的风扇（19）抽吸，经过动力涡轮（20）膨胀，满足高空巡航状态的座舱环境控制。 

(3)座舱排气直接通入系统冷边，替代冲压空气。从而去除了冲压空气的入射口，减少了系统的代偿损失； 

(4)系统冷边的可用功回收。相对于高空巡航的低压外环境，冷边的座舱排气具有可用功，这部分功量可通过动力涡轮回收，以驱动二级压缩机。 

附图说明

图1是一种双级压缩空气循环制冷系统示意图。 

图2是该双级压缩空气循环制冷系统在高空巡航状态的示意图。 

图3是该双级压缩空气循环制冷系统在地面状态的示意图。 

图中，1.环境空气，2.阀门，3.一级压缩机，4.电机，5.阀门，6.阀门，7.换热器，8.二级压缩机，9.阀门，10.换热器，11.冷凝器，12.水分离器，13.冷却涡轮，14.座舱，15.阀门，16.风扇，17.电机，18.阀门，19.风扇，20.动力涡轮。 

具体实施方式