專利名稱：飛行器的制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，尤其涉及一種飛行器的制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
制冷系統(tǒng)是飛行器座艙空氣調(diào)節(jié)的核心部件。目前，在大部分旅客機上所采用的都是空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)，而其中的三輪式空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)在主流干線客機上的應(yīng)有尤為廣泛。如圖1所示，這種制冷系統(tǒng)100包括第一級換熱器102、壓縮機104、第二級換熱器106、回?zé)崞?08、冷凝器110、水分離器112、渦輪114、流量控制閥門116、沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117、溫度控制閥門118等。其中，第一級換熱器102的一端用于接收來自流量控制閥門116的熱引氣，另一端分別連接到壓縮機104的進氣端以及溫度控制閥門118上。壓縮機104的出氣端與第二級換熱器106的進氣端連通，第二級換熱器106的出氣端再連接到回?zé)崞?08上?；?zé)崞?08、冷凝器110和水分離器112依次地連接而形成一個單向流體循環(huán)回路，回?zé)崞?08和冷凝器110還分別連通到渦輪114的進口和渦輪114的出口上，前述的溫度控制閥門118也連通到渦輪114的出口上，這樣，經(jīng)過一個單向流體循環(huán)后的空氣進入渦輪114、再次進入冷凝器110而通到混合腔中。為了控制上述流量控制閥門116、沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117以及溫度控制閥門118，該制冷系統(tǒng)100還包括有控制器120和溫度傳感器122。其中，控制器120可以控制流量控制閥門116、沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117和溫度控制閥門118的狀態(tài)，諸如開啟(包括閥門打開的程度)和閉合，溫度傳感器122布置在諸如混合腔或者座艙中用以將感應(yīng)到的溫度值傳給控制器120，控制器120根據(jù)接收到的該溫度值對溫度控制閥門118進行控制。下面，通過圖1所示的制冷系統(tǒng)100的流路示意圖來說明制冷系統(tǒng)100的原理。首先，發(fā)動機的熱引氣(或輔助動力裝置APU)在控制器120的控制下通過流量控制閥門116對其流量進行調(diào)節(jié)，進入第一級換熱器102中進行冷卻；然后，冷卻后的氣體進入壓縮機104中被壓縮為高溫高壓的氣體；接著，出來的高溫高壓氣體再進入第二級換熱器106進行冷卻。從第二級換熱器106流出的空氣進入到回?zé)崞?08進而進入到冷凝器110 中，從而使空氣的溫度繼續(xù)降低到露點溫度以下并使?jié)窨諝庑纬捎杏坞x水。然后，上述形成有游離水的濕空氣進入到水分離器112中，在該水分離器112中，大部分的游離水將會被去除。如示意圖1所示，從水分離器112出來的空氣再次回到回?zé)崞?08中，此時，即使沒有被分離的水分也在回?zé)崞?08內(nèi)再次蒸發(fā)。隨后，經(jīng)過除水處理的干燥空氣進入渦輪114， 經(jīng)該渦輪114膨脹冷卻后溫度會進一步降低，之后，再經(jīng)過冷凝器110輸入到混合腔中。隨后，低溫冷氣進空氣分配系統(tǒng)為座艙提供調(diào)節(jié)后的新鮮空氣。第一級換熱器102和第二級換熱器106的冷源均為流經(jīng)沖壓道的沖壓空氣，其通過沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117來調(diào)節(jié)，該沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117—般為一個，或者布置在第二級換熱器106的冷源的進氣端，或者可以布置在第一級換熱器102冷源的進氣端。在高空飛行時，該沖壓空氣為較冷的外界空氣，在地面時則可以通過設(shè)置在沖壓道中的風(fēng)扇119抽吸而引入空氣作為冷源。在所述冷凝器110中，從第二級換熱器106流出并進入到冷凝器110的、溫度較高的空氣作為熱源，而從渦輪114流到冷凝器110中的、溫度較低的空氣作為冷源。從而，不僅可以對渦輪114出口凝結(jié)的少量水分或冰加溫、融化并蒸發(fā)，而且，還可以向混合腔提供干燥且溫度較低的空氣。此外，當(dāng)布置在第一級換熱器102和渦輪114出口之間的溫度控制閥門118打開時，熱引氣會經(jīng)由第一級換熱器102輸出到渦輪114出口再經(jīng)過冷凝器110輸出到混合腔中以此調(diào)節(jié)混合腔中的溫度。然而，在這種常規(guī)制冷系統(tǒng)中沒有考慮在特定條件下對發(fā)動機引氣的優(yōu)化使用。 例如，當(dāng)這種制冷系統(tǒng)100的引氣壓力過低，同時，該引氣經(jīng)過各裝置并不能實現(xiàn)有效的膨脹冷卻來滿足混合腔或座艙的溫度要求時，通常情況下，引氣系統(tǒng)會切換到發(fā)動機壓氣機的高壓級進行引氣，以此滿足制冷系統(tǒng)的壓力要求。然而，這種切換到高壓級進行引氣的制冷系統(tǒng)既降低了發(fā)動機的效率也降低了制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容
為了合理的利用發(fā)動機引氣，增加制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟性，本發(fā)明在常規(guī)的制冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了相應(yīng)改進和優(yōu)化，增加了制冷系統(tǒng)在特定條件下的運行模式，即經(jīng)濟模式。其通過在制冷系統(tǒng)中加入閥和相應(yīng)管路以及各類傳感器來實現(xiàn)。本發(fā)明公開了一種制冷系統(tǒng)，其包括第一級換熱器，其入口用于接收來自發(fā)動機的熱引氣；壓縮機，其入口與第一級換熱器的出口連通；第二級換熱器，其入口與壓縮機的出口連通；第一閥，其布置在第一級換熱器的出口和第二級換熱器的入口之間并與壓縮機旁通；回?zé)崞鳎涞谝蝗肟谂c第二級換熱器的出口連通；冷凝器，其第一入口與回?zé)崞鞯牡谝怀隹谶B通，其第二出口連通到混合腔；水分離器，其入口與冷凝器的第一出口連通，其出口連通到回?zé)崞鞯牡诙肟?；渦輪，其入口與回?zé)崞鞯牡诙隹谶B通，其出口連通到冷凝器的第二入口 ；第二閥，其布置在第二級換熱器的出口和混合腔之間，并旁通回?zé)崞?、冷凝器?水分離器和渦輪；傳感器，其用于感應(yīng)環(huán)境空氣的參數(shù)；控制器，其接收參數(shù)并與存儲的預(yù)定范圍比較；其中在飛行狀態(tài)下，當(dāng)參數(shù)不在預(yù)定范圍內(nèi)時，第一閥和第二閥關(guān)閉，熱引氣依次經(jīng)過第一級換熱器、壓縮機、第二級換熱器進入到回?zé)崞髦校俳?jīng)過冷凝器、水分離器再次回到回?zé)崞髦?，然后進入渦輪并再經(jīng)過冷凝器輸送到混合腔內(nèi)；當(dāng)參數(shù)在預(yù)定范圍內(nèi)時，第一閥和第二閥開啟，熱引氣依次經(jīng)過第一級換熱器和第二級換熱器進入到混合腔中。其中，所述參數(shù)包括溫度值。進一步地，所述參數(shù)還包括濕度值?？蛇x擇地，第一閥為單向閥門。較優(yōu)地，制冷系統(tǒng)還包括溫度控制閥，其布置在第一級換熱器的熱邊出口和渦輪的出口之間。較優(yōu)地，第一級換熱器和第二級換熱器與流經(jīng)飛行器的沖壓道的外界沖壓空氣進行熱交換，制冷系統(tǒng)還包括用以調(diào)節(jié)外界沖壓空氣的流量的沖壓空氣調(diào)節(jié)閥。本發(fā)明的制冷系統(tǒng)，由于增加了經(jīng)濟模式，故在合適的條件下，操作者可以根據(jù)控制器的提示信息將該制冷系統(tǒng)置于經(jīng)濟模式下。當(dāng)在低溫度、低濕度的環(huán)境空氣中飛行時， 在經(jīng)濟模式下運行的制冷系統(tǒng)可以免去壓縮過程以及除水過程從而保證制冷系統(tǒng)在不使用空氣循環(huán)機(風(fēng)扇、壓氣機、渦輪)以及水分離器運行時依然能夠提供干燥的調(diào)節(jié)空氣。 因此，在高空飛行的狀態(tài)下，即使空氣循環(huán)機部件之一的風(fēng)扇不運行時依然有大量的環(huán)境空氣作為沖壓空氣進入第一級和第二級換熱器的冷邊作為冷源，另外，由于高空飛行的環(huán)境溫度較低因此即使僅采用第一級和第二級換熱器對熱引氣進行冷卻即可以保證冷卻充分。這樣，可以有效節(jié)約能耗，提高其經(jīng)濟性能。


為了解釋本發(fā)明，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中圖1示意性地示出了常規(guī)的制冷系統(tǒng)；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的制冷系統(tǒng)；圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的制冷系統(tǒng)的控制原理圖。不同圖中的相似特征由相似的附圖標(biāo)記指示。
具體實施例方式因為本發(fā)明的制冷系統(tǒng)200是在背景技術(shù)部分所述的常規(guī)的制冷系統(tǒng)100基礎(chǔ)上進行的優(yōu)化，而且在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中未將常規(guī)的制冷系統(tǒng)中的任何部件取消，所以，在此，相同或相似的部件就不再加以贅述。具體的改進部分可以結(jié)合下面的說明
進行理解。在第二級換熱器106出口管路和連到混合腔的管路之間加裝一條分支管路202， 該分支管路202上安裝一個閥門204，本發(fā)明中稱之為經(jīng)濟閥門。當(dāng)該經(jīng)濟閥門204打開時，氣流可從第二級換熱器106出口旁通過回?zé)崞?08、冷凝器110、水分離器112和渦輪 114等部件，進入混合腔中。在第一級換熱器102的出口和壓縮機104的出口之間加裝一條分支管路206，該分支管路206上安裝一個單向閥門208，該單向閥門208在本發(fā)明中稱之為壓縮機單向閥門。 當(dāng)經(jīng)濟閥門204打開時，空氣循環(huán)機(風(fēng)扇、壓氣機、渦輪)幾乎停止轉(zhuǎn)動氣流難以從壓縮機104通過，此時氣流可以從壓縮機單向閥門208旁通過壓縮機104。在非增壓區(qū)(即，與外界大氣環(huán)境相連通的區(qū)域)安裝另一個溫度傳感器210和濕度傳感器212，可以向控制器120提供外界環(huán)境中的溫度和濕度信息。控制器120收集來自溫度和濕度傳感器210、212的信號以及飛行管理系統(tǒng)(FMS)提供的飛行高度信號后通過與預(yù)設(shè)值(包括預(yù)設(shè)范圍)進行比對進而做出判斷。當(dāng)上述信號反映的溫度、濕度以及高度均處于預(yù)設(shè)值的范圍內(nèi)時，控制器120發(fā)出可以啟動經(jīng)濟模式的提示信息。飛行員通過顯示器或者其他設(shè)備收到該提示信息后，可以通過操作面板進行相應(yīng)操作使制冷系統(tǒng)200 進入經(jīng)濟模式。啟動經(jīng)濟模式后經(jīng)濟閥門204被打開。此時僅采用沖壓空氣對熱引氣進行有效的冷卻來滿足座艙要求。更具體地，在本發(fā)明的較優(yōu)的實施方式中，啟動經(jīng)濟模式是可以以低溫度的環(huán)境空氣(例如，通過裝置感應(yīng)環(huán)境空氣是否為一定的低溫度范圍)、低濕度的環(huán)境空氣(例如，通過裝置感應(yīng)環(huán)境空氣是否為一定的低濕度范圍)以及高空飛行(例如，通過裝置感應(yīng)飛行器是否處于一定的高度范圍)共同作為約束條件的。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對于低濕度的環(huán)境空氣和高空飛行的約束條件而言，其并非是必需的。這是因為，當(dāng)飛行器處于高空飛行中，發(fā)動機的熱引氣的濕度一般都能滿足客艙的要求故可以省略濕度的約束條件；另外，高空飛行的約束條件主要是為了使控制器120判斷飛行器不是處于極寒地區(qū)的地面的待機、起跑等狀態(tài)而是處于高空飛行狀態(tài)從而才可以利用沖壓道內(nèi)的沖壓空氣在第一級和第二級換熱器102、106中進行冷卻，對于處于極嚴(yán)寒地區(qū)的飛行器來說，這便于控制器120對飛行器是處于地面還是高空狀態(tài)進行判斷是較為有利的，然而，這種判斷也可以藉由捕獲其他參數(shù)而獲知，諸如巡航狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)、操作人員的指令等。易言之，前述的高空飛行的約束條件可以省略而變更為約束該飛行器處于飛行狀態(tài)中，然而，應(yīng)當(dāng)可以理解，這個約束條件大體上對于溫度較高地區(qū)或季節(jié)(諸如我國南方或夏季)是可以省略的。這樣，環(huán)境空氣的參數(shù)可以由加設(shè)的溫度傳感器210或溫度傳感器210和濕度傳感器212來提供，飛行器的狀態(tài)可以由飛行高度的數(shù)據(jù)間接獲得，如飛行高度在1萬米， 則可知飛行器一般處于巡航飛行狀態(tài)中，其中，飛行高度的數(shù)據(jù)可以由飛行管理系統(tǒng)(FMS) 來提供。因此，在飛行狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境參數(shù)為低溫度或低溫度且低濕度時，即，外界的環(huán)境空氣的溫度滿足預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍或溫度和濕度均滿足預(yù)設(shè)的數(shù)值范圍時，則可以進入經(jīng)濟模式。在經(jīng)濟模式下，可以免去壓縮過程以及除水過程從而保證制冷系統(tǒng)200在不使用空氣循環(huán)機(風(fēng)扇119、壓氣機、渦輪114)以及水分離器112運行時依然能夠提供溫度適宜和干燥的調(diào)節(jié)空氣。另外，在經(jīng)濟模式下，即使空氣循環(huán)機部件之一的風(fēng)扇119不運行時依然有大量的環(huán)境空氣作為沖壓空氣進入第一級和第二級換熱器102、106的冷邊作為冷源進行熱交換，另外，由于一般為高空飛行，環(huán)境溫度較低，故僅采用第一級和第二級換熱器102、 106對熱引氣進行冷卻即可以保證冷卻充分。圖2為制冷系統(tǒng)200的示意圖，圖3為經(jīng)濟模式下控制系統(tǒng)的原理圖。參考圖2 和圖3，其中，圖3中分別示出了熱引氣到混合腔的流路以及沖壓空氣到?jīng)_壓空氣出口的流路。一旦經(jīng)濟模式被激活，經(jīng)濟閥門204就被打開，氣流流經(jīng)第一級換熱器102、壓縮機單向閥門208和第二級換熱器106，并旁通過壓縮機104、渦輪114、回?zé)崞?08、冷凝器110和水分離器112，直接進入混合腔供給座艙。此時，僅通過調(diào)節(jié)設(shè)置于沖壓道中的沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117的開度來控制通過第一級換熱器102和第二級換熱器106的冷邊的沖壓空氣量從而實現(xiàn)對熱引氣的有效冷卻并滿足座艙的溫度、濕度以及壓力要求。在此，由于不需要提高引氣壓力，故可以有效節(jié)約能耗，提高其經(jīng)濟性能。具體地，來自流量控制閥門116的熱引氣首先通過第一級換熱器102進行冷卻，接著由壓縮機單向閥門208旁通過壓縮機104然后進入第二級換熱器106再冷卻到滿足座艙需求的溫度，最后通過經(jīng)濟閥門204流入到混合腔中并供給到座艙內(nèi)。其中，沖壓空氣的流量由控制器120所調(diào)節(jié)的沖壓空氣調(diào)節(jié)閥門117的開度來控制。本發(fā)明不以任何方式限制于在說明書和附圖中呈現(xiàn)的示例性實施方式，在如權(quán)利要求書概括的本發(fā)明的范圍內(nèi)，很多變形是可能的。
權(quán)利要求
1.一種飛行器的制冷系統(tǒng)，包括第一級換熱器，其入口用于接收來自發(fā)動機的熱引氣； 壓縮機，其入口與所述第一級換熱器的出口連通； 第二級換熱器，其入口與所述壓縮機的出口連通；第一閥，其布置在所述第一級換熱器的出口和所述第二級換熱器的入口之間并與所述壓縮機旁通；回?zé)崞?，其第一入口與所述第二級換熱器的出口連通；冷凝器，其第一入口與所述回?zé)崞鞯牡谝怀隹谶B通，其第二出口連通到混合腔； 水分離器，其入口與所述冷凝器的第一出口連通，其出口連通到所述回?zé)崞鞯牡诙毽?；渦輪，其入口與所述回?zé)崞鞯牡诙隹谶B通，其出口連通到所述冷凝器的第二入口 ； 第二閥，其布置在所述第二級換熱器的出口和所述混合腔之間，并旁通所述回?zé)崞?、所述冷凝器、所述水分離器和渦輪；傳感器，其用于感應(yīng)環(huán)境空氣的參數(shù)；控制器，其接收所述參數(shù)并與存儲的預(yù)定范圍比較；其中在飛行狀態(tài)下，當(dāng)所述參數(shù)不在所述預(yù)定范圍內(nèi)時，所述第一閥和所述第二閥關(guān)閉，所述熱引氣依次經(jīng)過所述第一級換熱器、所述壓縮機、所述第二級換熱器進入到所述回?zé)崞髦?，再?jīng)過所述冷凝器、水分離器再次回到所述回?zé)崞髦?，然后進入所述渦輪并再經(jīng)過所述冷凝器輸送到所述混合腔內(nèi)；當(dāng)所述參數(shù)在所述預(yù)定范圍內(nèi)時，所述第一閥和所述第二閥開啟，所述熱引氣依次經(jīng)過所述第一級換熱器和所述第二級換熱器進入到所述混合腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)包括溫度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)還包括濕度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述第一閥為單向閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述制冷系統(tǒng)還包括溫度控制閥，其布置在所述第一級換熱器的熱邊出口和所述渦輪的出口之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述第一級換熱器和所述第二級換熱器與流經(jīng)飛行器的沖壓道的外界沖壓空氣進行熱交換，所述制冷系統(tǒng)還包括用以調(diào)節(jié)所述外界沖壓空氣的流量的沖壓空氣調(diào)節(jié)閥。
全文摘要
一種飛行器的制冷系統(tǒng)，包括第一級換熱器，其用于接收來自發(fā)動機的熱引氣；第二級換熱器，其入口連通到第一級換熱器的出口，其出口連通到混合腔的入口；閥，其布置在第二級換熱器的出口和混合腔的入口之間；傳感器，其至少感應(yīng)外界空氣的溫度；控制器，其接收傳感器的參數(shù)并與存儲的預(yù)定范圍比較；當(dāng)參數(shù)在預(yù)定范圍內(nèi)時，控制器開啟閥，熱引氣依次經(jīng)過第一級換熱器、第二級換熱器和閥進入到混合腔中。通過應(yīng)用本發(fā)明的制冷系統(tǒng)，可以有效節(jié)約能耗，提高其經(jīng)濟性能。
文檔編號F25B41/04GK102506514SQ20111034929
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者況薇, 南國鵬 申請人:中國商用飛機有限責(zé)任公司, 中國商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院