[发明专利]一种利用座舱排气做功的两轮升压式空气循环制冷系统

说明书

技术领域

本发明公开了一种利用座舱排气做功的两轮升压式空气循环制冷系统，属飞行器环境控制领域。整套系统由传统的两轮升压式系统——换热器、升压式涡轮冷却器、水分离器、风扇以及动力涡轮和电动增压压气机等组成。

在高空巡航状态下，飞机座舱排气的压力远远大于外界环境大气的压力，通过增设动力涡轮，可以回收座舱排气的能量并转化为机械功驱动压气机。独立增压压气机利用回收的这部分能量对环境空气进行初步的增压，可取代传统飞机环境控制系统从发动机的引气，对降低发动机的燃油比耗意义重大。

与传统系统相比，该技术能充分回收座舱排气的能量，在高空巡航状态下的优势极为明显，能有效地提高环控系统的效率、降低飞机环境控制系统的“全生命周期”费用，符合环境控制系统未来的发展理念。

背景技术

作为现代飞机必备机载设备之一的环境控制系统，其主要功用是向飞机座舱供入适宜温度、压力、湿度和空气洁净度的空气，以保障乘员的舒适性和飞行安全；同时，随着飞行器性能的日益提升，机载电子设备的功率在逐步增大，发热量也从过去的几千瓦发展到了现在的几十千瓦甚至上百千瓦，为电子设备提供足量的温度较低、相对湿度较小、含尘量符合相应设计标准的空气以保证其可靠工作也是飞机环境控制系统面临的重要任务。然而，在制冷量需求不断增大的同时，飞机环境控制系统的能量利用率却未得到大幅度提升，低效率、高能耗的问题依然制约着空气循环式飞机环境控制系统的发展。发展有利用价值的能量回收系统有着重大意义。

然而，当前现役军用和民用飞机多未考虑能量的回收问题，座舱的非循环空气往往直接排入大气环境而未加以利用。然而，在巡航状态下，飞机座舱压力明显高于其对应飞行高度的外界环境压力。同时，吸收座舱和电子设备舱的热量后，排气的温度也会有相应程度的升高，直接将座舱空气排入大气无疑会造成巨大的能量浪费。

通过增设座舱排气能量的吸收装置可将这部分功用于对外界环境空气的预增压，能较好地回收这部分能量，对提高整套系统的效率及性能有着极大的促进作用。本发明以常用的两轮升压式飞机环境控制系统为基础，通过增设动力涡轮来回收座舱排气的功并驱动与之共轴的压气机来实现对座舱排气回功的利用。适用于采用开式空气循环制冷系统飞机的座舱排气功量的回收。

发明内容

本发明的目的在于提出一种飞机环控系统的功量回收装置，能有效地回收飞机座舱排气的能量。

本发明提出了一种飞机环控系统座舱能量回收装置，包括飞机环控系统制冷包和座舱排气能量回收装置两大部分。其中，飞机环境控制系统制冷包部分为典型的两轮升压式飞机环境控制系统，座舱排气功量回收装置则主要由动力涡轮和与之共轴的压气机组成。该功量回收装置结构简单、技术成熟，具有节能、环保和系统可靠性高等优势，适用于各型军用和民用飞机座舱排气的能量回收环节。

本发明的优点在于：

（1）本发明的装置结构相对简单，技术较为成熟，易于实现，系统可靠性高；

（2）该装置可充分回收座舱排气的功，并用于高空低温低气压环境空气的增压，功的回收和利用同时进行，极大地提高了环境控制系统的效率；

（3）在高空飞行状态下，可取代传统环控系统的从飞机发动机引气，减小对飞机发动机的影响。

附图说明

图1是本发明的系统原理图。

图1中标号名称：

1、压气机，2、单向活门，3、关断活门，4、绝对压力调节器，5、压气机，6、换热器，7、冷却涡轮，8、控制阀门，9、水分离器，10、感温包，11、座舱，12、单向活门，13、关断活门，14、冲压空气进口风门，15、喷嘴，16、风扇，17、电机，18、动力涡轮，19、电机。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种功量回收空气循环制冷系统主要包括空气循环制冷系统Ⅰ和功量回收装置Ⅱ两部分。

结合图1说明该系统的工作过程：

环境空气经压气机（1）增压后依次经过单向活门（2）、关断活门（3）和绝对压力调节器（4）调压后进入压气机（5）再次增压，压缩后的高温高压的空气经换热器（6）冷却降温后进入涡轮（7）膨胀为低温低压的气体，其中的液态水分可由低压水分离器（9）分离出来，干燥的气体再送入座舱（11）。