CN102390537A - 一种环控***和液冷***综合热能管理*** - Google Patents

一种环控***和液冷***综合热能管理*** Download PDF

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成杰
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Abstract

一种环控***和液冷***综合热能管理***，属于飞机机载设备领域，涉及对一种环控***和液冷***综合热能管理***的改进。本发明由三轮式高压除水制冷组件、液体冷却***和燃油***三部分组成，高压除水制冷组件和液体冷却***分别通过空气-液体热交换器1和空气-液体热交换器2耦合，其中，空气-液体热交换器1在三轮式高压除水制冷组件中位于压气机出口下游，在液体冷却***中位于关断活门和II级热交换器之间。本发明降低了制冷***性能代偿损失，提高了制冷组件除水及制冷效率，有效降低了对飞机飞行性能的影响，提高了飞机燃油效率，飞机经济性好。

Description

一种环控***和液冷***综合热能管理***
技术领域
本发明属于飞机机载设备领域，具体涉及对一种无冲压进气道综合环控/液冷热能管理***的改进。
背景技术
当前技术存在的不足之处主要表现在以下方面：
一方面，当前飞机上使用的制冷***主要包括基于空气循环的环境控制***和基于液体循环的液体冷却***，前者一般用于座舱及电子设备的通风冷却，而后者主要用于大热载荷电子设备的冷却。这两个制冷***均使用空气-空气热交换器或者空气-液体热交换器将座舱或者电子设备热载荷转移至外界大气，这将导致制冷***性能代偿损失增加及飞机飞行阻力增加，飞机燃油和飞行性能降低。
另一方面，随着飞行高度增加，环境控制***的制冷载荷越来越小而加热载荷越来越大，且大型电子设备的热载荷在高空处于全功率工作状态从而要求制冷量最大，说明简单的1+1存在制冷***制冷能力利用不足的问题，表明当前***设计没有考虑随着飞行高度增加使用部分液体冷却***制冷量冷却环境控制***空气的可行性。
发明内容
本发明的目的：本发明主要针对当前飞机存在的制冷***制冷量利用率不高的问题，提出两个制冷***的综合热能管理设计概念，利用液体冷却***转移压气机压缩热及燃油和机身气流作为热沉转移电子设备热载荷的设计理念，降低制冷***对冲压空气的使用量，实现满足飞机冷却需求的低代偿损失、绿色制冷***设计。
本发明的技术方案是：
一种环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，由三轮式高压除水制冷组件、液体冷却***和燃油***三部分组成，高压除水制冷组件和液体冷却***分别通过空气-液体热交换器1和空气-液体热交换器2耦合，其中，空气-液体热交换器1在三轮式高压除水制冷组件中位于压气机出口下游，在液体冷却***中位于关断活门和II级热交换器之间；
空气-液体热交换器2在三轮式高压除水制冷组件中位于低压水分离器下游，在液体冷却***中位于液体-燃油热交换器和蒙皮散热器之间；
液体冷却***和燃油***通过液体-燃油热交换器耦合，该液体-燃油热交换器在液体冷却***中位于膨胀箱和空气-液体热交换器2之间。
所述三轮式高压除水制冷组件由I级热交换器、压气机、空气-液体热交换器2、风扇、高压水分离器、涡轮、低压水分离器和空气-液体热交换器1等附件组成，上述器件用常规方法连接。
所述液体冷却***包括液体泵、单向活门、关断活门、空气-液体热交换器1、II级热交换器、液体-燃油热交换器、空气-液体热交换器2、蒙皮散热器、电加热器和膨胀箱等附件，上述器件用常规方法连接。
所述燃油-液体热交换器为沉浸式燃油-液体热交换器。
在所述蒙皮散热器、液体-燃油热交换器、空气-液体热交换器2和电子设备各自的出口和入口之间安装旁路活门。
在所述空气-液体热交换器1下游增加机翼防冰腔结构，实现机翼防冰***和液体冷却***的一体化设计。
本发明有益效果是：该综合热能管理***具有以下优点：
1.使用蒙皮散热器和空气-燃油热交换器，使得环境控制***制冷组件和液体冷却***对冲压空气需求量为0，从而取消了机身冲压空气的开口，降低了制冷***性能代偿损失；
2.使用液冷***部分制冷量冷却制冷组件压气机压缩热，降低涡轮入口气体温度，从而获得更低的涡轮出口温度，提高制冷组件除水及制冷效率；
3.有效降低了对飞机飞行性能的影响，提高了飞机燃油效率，飞机经济性好。
附图说明
图1：环控***和液冷***综合热能管理***示意图
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明：
该环控***和液冷***综合热能管理***在实际工作过程中，来自气源***的高压高温空气首先经过I级热交换器冷却，然后由压气机压缩升温升压，再由空气-液体热交换器1降温，通过高压水分离器分离出游离水，然后经涡轮膨胀降温达到较低温度，再经过低压水分离器进一步分离出空气中游离水，其出口空气温度一般可达-10℃甚至更低；液体冷却***经液体泵克服流动阻力，依次经过单向活门和关断活门，然后经过空气-液体热交换器吸收压缩机压缩热升温，再由II级热交换器、燃油-液体热交换器、空气-液体热交换器2和蒙皮散热器持续降温，再流过冷却电子设备升温，冷却液一般升温至不超过50℃的温度，保证电子设备的在合适温度下可靠工作；此外，可通过控制蒙皮散热器、液体-燃油热交换器、空气-液体热交换器2和电子设备各自的旁路活门开度调节流过其内部的冷却液流量，满足环境控制***和电子设备的冷却要求，从而提高制冷***的制冷效率。

Claims (6)

1.一种环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，由三轮式高压除水制冷组件、液体冷却***和燃油***三部分组成，高压除水制冷组件和液体冷却***分别通过空气-液体热交换器1和空气-液体热交换器2耦合，其中，空气-液体热交换器1在三轮式高压除水制冷组件中位于压气机出口下游，在液体冷却***中位于关断活门和II级热交换器之间；
空气-液体热交换器2在三轮式高压除水制冷组件中位于低压水分离器下游，在液体冷却***中位于液体-燃油热交换器和蒙皮散热器之间；
液体冷却***和燃油***通过液体-燃油热交换器耦合，该液体-燃油热交换器在液体冷却***中位于膨胀箱和空气-液体热交换器2之间。
2.根据权利要求1所述的环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，所述三轮式高压除水制冷组件由I级热交换器、压气机、空气-液体热交换器2、风扇、高压水分离器、涡轮、低压水分离器和空气-液体热交换器1等附件组成。
3.根据权利要求1所述的环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，所述液体冷却***包括液体泵、单向活门、关断活门、空气-液体热交换器1、II级热交换器、液体-燃油热交换器、空气-液体热交换器2、蒙皮散热器、电加热器和膨胀箱等附件。
4.根据权利要求1或3所述的环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，所述燃油-液体热交换器为沉浸式燃油-液体热交换器。
5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，在蒙皮散热器、液体-燃油热交换器、空气-液体热交换器2和电子设备各自的出口和入口之间安装旁路活门。
6.根据权利要求1所述的环控***和液冷***综合热能管理***，其特征在于，可在所述空气-液体热交换器1下游增加机翼防冰腔结构，实现机翼防冰***和液体冷却***的一体化设计。
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