[发明专利]飞行器的制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，尤其涉及一种飞行器的制冷系统。

背景技术

制冷系统是飞行器座舱空气调节的核心部件。目前，在大部分旅客机上所采用的都是空气循环制冷系统，而其中的三轮式空气循环制冷系统在主流干线客机上的应有尤为广泛。

如图1所示，这种制冷系统100包括第一级换热器102、压缩机104、第二级换热器106、回热器108、冷凝器110、水分离器112、涡轮114、流量控制阀门116、冲压空气调节阀门117、温度控制阀门118等。其中，第一级换热器102的一端用于接收来自流量控制阀门116的热引气，另一端分别连接到压缩机104的进气端以及温度控制阀门118上。压缩机104的出气端与第二级换热器106的进气端连通，第二级换热器106的出气端再连接到回热器108上。回热器108、冷凝器110和水分离器112依次地连接而形成一个单向流体循环回路，回热器108和冷凝器110还分别连通到涡轮114的进口和涡轮114的出口上，前述的温度控制阀门118也连通到涡轮114的出口上，这样，经过一个单向流体循环后的空气进入涡轮114、再次进入冷凝器110而通到混合腔中。为了控制上述流量控制阀门116、冲压空气调节阀门117以及温度控制阀门118，该制冷系统100还包括有控制器120和温度传感器122。其中，控制器120可以控制流量控制阀门116、冲压空气调节阀门117和温度控制阀门118的状态，诸如开启(包括阀门打开的程度)和闭合，温度传感器122布置在诸如混合腔或者座舱中用以将感应到的温度值传给控制器120，控制器120根据接收到的该温度值对温度控制阀门118进行控制。

下面，通过图1所示的制冷系统100的流路示意图来说明制冷系统100的原理。

首先，发动机的热引气(或辅助动力装置APU)在控制器120的控制下通过流量控制阀门116对其流量进行调节，进入第一级换热器102中进行冷却；然后，冷却后的气体进入压缩机104中被压缩为高温高压的气体；接着，出来的高温高压气体再进入第二级换热器106进行冷却。从第二级换热器106流出的空气进入到回热器108进而进入到冷凝器110中，从而使空气的温度继续降低到露点温度以下并使湿空气形成有游离水。然后，上述形成有游离水的湿空气进入到水分离器112中，在该水分离器112中，大部分的游离水将会被去除。如示意图1所示，从水分离器112出来的空气再次回到回热器108中，此时，即使没有被分离的水分也在回热器108内再次蒸发。随后，经过除水处理的干燥空气进入涡轮114，经该涡轮114膨胀冷却后温度会进一步降低，之后，再经过冷凝器110输入到混合腔中。随后，低温冷气进空气分配系统为座舱提供调节后的新鲜空气。

第一级换热器102和第二级换热器106的冷源均为流经冲压道的冲压空气，其通过冲压空气调节阀门117来调节，该冲压空气调节阀门117一般为一个，或者布置在第二级换热器106的冷源的进气端，或者可以布置在第一级换热器102冷源的进气端。在高空飞行时，该冲压空气为较冷的外界空气，在地面时则可以通过设置在冲压道中的风扇119抽吸而引入空气作为冷源。

在所述冷凝器110中，从第二级换热器106流出并进入到冷凝器110的、温度较高的空气作为热源，而从涡轮114流到冷凝器110中的、温度较低的空气作为冷源。从而，不仅可以对涡轮114出口凝结的少量水分或冰加温、融化并蒸发，而且，还可以向混合腔提供干燥且温度较低的空气。

此外，当布置在第一级换热器102和涡轮114出口之间的温度控制阀门118打开时，热引气会经由第一级换热器102输出到涡轮114出口再经过冷凝器110输出到混合腔中以此调节混合腔中的温度。

然而，在这种常规制冷系统中没有考虑在特定条件下对发动机引气的优化使用。例如，当这种制冷系统100的引气压力过低，同时，该引气经过各装置并不能实现有效的膨胀冷却来满足混合腔或座舱的温度要求时，通常情况下，引气系统会切换到发动机压气机的高压级进行引气，以此满足制冷系统的压力要求。然而，这种切换到高压级进行引气的制冷系统既降低了发动机的效率也降低了制冷系统的经济性。

发明内容

为了合理的利用发动机引气，增加制冷系统的经济性，本发明在常规的制冷系统的基础上做了相应改进和优化，增加了制冷系统在特定条件下的运行模式，即经济模式。其通过在制冷系统中加入阀和相应管路以及各类传感器来实现。