[发明专利]新型两轮高压除水空气循环制冷系统及制冷方法

说明书

本发明涉及一种新型两轮高压除水空气循环制冷系统及制冷方法，属飞机环境控制技术领域。特点在于风扇（3）和涡轮（8）位于转轴的两端；发动机引气作为供气（1）依次经过初级换热器（2)和次级换热器（4）的热边,再经过热管换热器（9）的蒸发端（11）与水分离器（7）入口相连，水分离器（7）的气体出口与涡轮（8）的入口相连，涡轮（8）的出口经过冷凝端（10）通向座舱和设备舱；冷凝端（10）与蒸发端（11）之间换热；水分离器（7）的分凝水出口引入到次级换热器（4）冷边入口处；流经初级换热器（2）冷边和次级换热器（4）冷边的冲压空气（5）由风扇（3）提供抽吸力。本发明性能好、部件匹配简单、调节灵活。

技术领域

本发明涉及一种新型两轮高压除水空气循环制冷系统及制冷方法，属飞机环境控制技术领域。

背景技术

作为飞机重要机载设备之一的环境控制系统，其作用是负责完成飞机座舱压力、温度、湿度、供气量、空气品质等参数的调节和控制，电子设备的冷却，发动机和机翼防冰，燃油箱、液压油箱和饮用水增压以及为发动机启动提供气源等。它主要包括引气、加温/制冷、座舱压力调节、座舱温度调节、防冰和为满足地面环境控制要求的辅助动力装置等子系统，其中空气循环制冷系统是飞机环境控制系统中关键技术最集中的部分，发挥着基础支撑作用，通常狭义的环境控制系统即指空气循环制冷系统。

为了保证飞机环境控制系统高舒适性、高可靠性和高经济性，国外对飞机环境控制系统开展了深入广泛的研究，高压除水由于其较多的优点，逐渐取代低压除水成为主流，先后经历了T-F（涡轮-风扇）两轮升压式，T-C（涡轮-压气机）两轮升压式，T-C-F（涡轮-压气机-风扇）三轮升压式和T-T-C-F四轮升压式等阶段，目前大型客机的环境控制系统以T-C-F三轮升压式系统为主，部分机型如Boeing777、A380则采用了技术更为先进的T-T-C-F（涡轮-涡轮-压气机-风扇）四轮升压式系统

而对于直升机、小型飞机等仍以两轮系统为主，提高系统的效率，降低燃油代偿损失是其发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能好、部件匹配简单、调节灵活的两轮（涡轮风扇式T-F）高压除水空气循环制冷系统及制冷方法。

一种两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于：包括初级换热器、风扇、次级换热器、冲压空气、水分离器、涡轮、热管换热器；其中热管换热器包括冷凝端和蒸发端；风扇和涡轮位于转轴的两端；发动机引气作为供气与初级换热器的热边入口相连，初级换热器的热边出口与次级换热器的热边入口相连，次级换热器的热边出口经过热管换热器的蒸发端与水分离器入口相连，水分离器的气体出口与涡轮的入口相连，涡轮的出口经过冷凝端通向座舱和设备舱；冷凝端与蒸发端之间换热；水分离器的分凝水出口引入到次级换热器冷边入口处；流经初级换热器冷边和次级换热器冷边的冲压空气由风扇提供抽吸力。

所述的两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于：上述热管换热器的冷凝端和蒸发端通过单管连接形成整体式热管。

所述的两轮高压除水空气循环制冷系统，其特征在于：上述热管换热器的冷凝端和蒸发端通过双管连接形成分离式热管；在分离式热管的连接液管加装有驱动泵使之将液相工质泵入蒸发端。由于分离式热管主要靠场力差驱动热管内液态工质循环，为弥补可能的动力不足，可在液管内加装驱动泵增加动力。

所述的两轮高压除水空气循环制冷系统的制冷方法，其特征在于包括以下过程：发动机引气作为供气经初级换热器热边初步冷却后，再经过次级换热器热边进一步冷却，而后通过热管换热器的蒸发端降温，冷却后的高压空气进入水分离器进行分水处理后，干燥、饱和的高压空气进入涡轮膨胀做功、温度下降，涡轮出口的低温低压空气经热管换热器的冷凝端温度有较小幅度升高，输往座舱和设备舱，作为供往座舱空气；流经初级换热器冷边和次级换热器冷边的冲压空气，由风扇提供抽吸力；同时水分离器的分凝水引入到次级换热器冷边入口处与冲压空气混合以提高换热效率。