CN112693617B - 一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***及方法，该***包括泵驱两相流模块和燃油热沉模块，所述泵驱两相流模块包括冷凝器、储液罐，冷凝器设置有两个出口及两个进口，其第一出口与储液罐的进口连接，储液罐的出口依次连接有制冷剂泵、第一流量计和回热器，回热器设置有两个出口及两个进口，其第一出口与冷凝器的第一进口相连，回热器的第二出口及第二进口之间并联有座舱空气‑液体换热器、电子设备冷板、滑油‑液体换热器、间冷空气‑液体换热器；所述燃油热沉模块包括燃油箱，燃油箱的进口通过管路与冷凝器的第二出口连接，燃油箱的出口与冷凝器的第二进口连接。本发明利用燃油作为热沉，结合泵驱两相流技术，从而实现了对飞机燃油冷量的有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器环境控制技术领域，尤其涉及一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***。
背景技术
目前，飞机常用的冷却***主要有空气循环制冷***和蒸发循环制冷***。空气循环制冷***根据热能转换为机械功的原理而散走热量，蒸发循环制冷***通过制冷剂的相变蒸发来散走热量，其性能系数比空气循环制冷***的高出一个量级，可以解决现代高性能飞机热负荷不断增大而带来的冷却问题。然而，蒸发循环制冷***需要通过压缩机不断工作来制造冷量，能耗和可靠性问题不容忽视。泵驱两相流***中泵仅为***提供驱动力，能耗小于蒸发循环制冷***。由于飞机上携带有大量燃油，可将其视为一种自然冷源，利用自然冷源本身携带的冷量，再通过相变方式带走热负荷，将是一种极具潜力的节能型冷却方式。因此开发一种利用燃油作为热沉的泵驱两相流冷却***将极具意义，不仅可以利用燃油本身携带的冷量，减小能耗，而且可以提高换热量，减小***的体积和重量。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***及方法，以利用燃油作为热沉，结合泵驱两相流技术，从而实现对飞机燃油冷量的有效利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***，包括泵驱两相流模块和燃油热沉模块，两个模块通过冷凝器关联，将待冷却组件的热量传给燃油，其中：
所述泵驱两相流模块包括冷凝器、储液罐，冷凝器设置有两个出口及两个进口，其第一出口与储液罐的进口连接，且连接管路中设置有第五阀门，储液罐的出口依次连接有制冷剂泵、第一流量计和回热器，回热器设置有两个出口及两个进口，其第二出口与冷凝器的第一进口相连，回热器的第一出口及第二进口之间并联有座舱空气-液体换热器、电子设备冷板、滑油-液体换热器、间冷空气-液体换热器，其进口分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，用于控制各自流量；
所述燃油热沉模块包括燃油箱，燃油箱的进口通过管路与冷凝器的第二出口连接，该管路上设置有第十一阀门，燃油箱的出口与冷凝器的第二进口连接，该管路上设置有燃油泵、第十阀门、第二流量计。
所述待冷却组件包括座舱空气、电子设备、滑油、间冷空气。
所述泵驱两相流模块还包括风冷冷凝器，风冷冷凝器分别与冷凝器、储液罐连接，且其连接管路中分别设置有第六阀门、第七阀门。
所述回热器的第一出口及第二进口处分别设置有第八阀门和第九阀门。
所述回热器的第二进口与燃油箱的进口之间通过管路连接，该管路上设置有第十四阀门。
所述燃油泵的出口与回热器的第一出口之间通过管路连接，该管路上设置有第十二阀门、第三流量计和第十三阀门。
一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***的工作方法，包括如下步骤：
过冷制冷剂通过制冷剂泵从储液罐中抽出，经过回热器升温后，以饱和液态分别进入座舱空气-液体换热器、电子设备冷板、滑油-液体换热器、间冷空气-液体换热器，随后通过回热器降温，经过冷凝器再次降温，最终以过冷状态流回储液罐；待冷却组件热量通过冷凝器传给燃油。
当冷凝器冷量不足时，风冷冷凝器开启，第五阀门关闭，第六阀门和第七阀门打开，制冷剂流经风冷冷凝器，被环境空气进一步冷却。
当泵驱两相流模块出现故障时，燃油热沉模块直接与待冷却组件连通，第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门关闭，第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门开启，燃油经过第三流量计后流经待冷却组件带走热量。
有益效果：本发明实现了对飞机燃油冷量的有效利用，同时升温后的燃油更有利于在发动机中燃烧。利用燃油作为热沉可以避免机身开引气口，有利于气动和隐身性能的提升。采用泵驱两相流***冷却各部件，***冷量大、冷却效率高、重量轻、可靠性高，可满足飞机综合热管理***的设计需求。
附图说明
图1为本发明中燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***的示意图；
图中标记：1-冷凝器，2-储液罐，3-制冷剂泵，4-第一流量计，5-回热器，6-座舱空气-液体换热器，7-电子设备冷板，8-滑油-液体换热器，9-间冷空气-液体换热器，10-风冷冷凝器，11-第八阀门，12-第一阀门，13-第二阀门，14-第三阀门，15-第四阀门，16-第九阀门，17-第五阀门，18-第六阀门，19-第七阀门，20-燃油箱，21-燃油泵，22-第二流量计，23-第十阀门，24-第十一阀门，25-第三流量计，26-第十二阀门，27-第十三阀门，28-第十四阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***，包括泵驱两相流模块和燃油热沉模块，两个模块通过冷凝器1关联，将待冷却组件的热量传给燃油，其中：
待冷却组件包括座舱空气、电子设备、滑油、间冷空气；
泵驱两相流模块包括冷凝器1、储液罐2，冷凝器1设置有两个出口及两个进口，其第一出口与储液罐2的进口连接，且连接管路中设置有第五阀门17，储液罐2的出口依次连接有制冷剂泵3、第一流量计4和回热器5，回热器5设置有两个出口及两个进口，其第二出口与冷凝器1的第一进口相连，回热器5的第一出口及第二进口之间并联有座舱空气-液体换热器6、电子设备冷板7、滑油-液体换热器8、间冷空气-液体换热器9，其进口分别设置有第一阀门12、第二阀门13、第三阀门14、第四阀门15，用于控制各自流量；回热器5的第一出口及第二进口处分别设置有第八阀门11和第九阀门16。泵驱两相流模块中过冷制冷剂通过制冷剂泵3从储液罐2中抽出，经过回热器5升温后，以饱和液态分别进入座舱空气-液体换热器6、电子设备冷板7、滑油-液体换热器8、间冷空气-液体换热器9，随后通过回热器5降温，经过冷凝器1再次降温，最终以过冷状态流回储液罐2。
燃油热沉模块包括燃油箱20，燃油箱20的进口通过管路与冷凝器1的第二出口连接，该管路上设置有第十一阀门24，燃油箱20的出口与冷凝器1的第二进口连接，该管路上设置有燃油泵21、第十阀门23、第二流量计22。燃油热沉模块中的燃油通过燃油泵21从燃油箱20中抽出，经过冷凝器1吸收制冷剂的热量，升温后的燃油在发动机燃烧室中燃烧。
燃油热沉模块可利用环境热沉进行冷却。
回热器5的第二进口与燃油箱20的进口之间通过管路连接，该管路上设置有第十四阀门28。燃油泵21的出口与回热器5的第一出口之间通过管路连接，该管路上设置有第十二阀门26、第三流量计25和第十三阀门27。
作为进一步的改进，泵驱两相流模块还包括风冷冷凝器10，风冷冷凝器10分别与冷凝器1、储液罐2连接，且其连接管路中分别设置有第六阀门18、第七阀门19。风冷冷凝器10在冷凝器1冷量不足时开启，此时第五阀门17关闭，第六阀门18和第七阀门19打开，制冷剂流经风冷冷凝器10，被环境空气进一步冷却，从而保证***正常工作。
本发明的燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***的工作方法，包括如下步骤：
过冷制冷剂通过制冷剂泵3从储液罐2中抽出，经过回热器5升温后，以饱和液态分别进入座舱空气-液体换热器6、电子设备冷板7、滑油-液体换热器8、间冷空气-液体换热器9，随后通过回热器5降温，经过冷凝器1再次降温，最终以过冷状态流回储液罐2；待冷却组件热量通过冷凝器1传给燃油。
当冷凝器1冷量不足时，风冷冷凝器10开启，第五阀门17关闭，第六阀门18和第七阀门19打开，制冷剂流经风冷冷凝器10，被环境空气进一步冷却。
当泵驱两相流模块出现故障时，燃油热沉模块直接与待冷却组件连通，第八阀门11、第九阀门16、第十阀门23、第十一阀门24关闭，第十二阀门26、第十三阀门27、第十四阀门28开启，燃油经过第三流量计25后流经待冷却组件带走热量。
如此，形成燃油热沉和空气热沉的双重冷源以及制冷剂冷却和燃油冷却的双重冷却工质的复合模态冷却***。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***，其特征在于：包括泵驱两相流模块和燃油热沉模块，两个模块通过冷凝器（1）关联，将待冷却组件的热量传给燃油，其中：
所述泵驱两相流模块包括冷凝器（1）、储液罐（2），冷凝器（1）设置有两个出口及两个进口，其第一出口与储液罐（2）的进口连接，且连接管路中设置有第五阀门（17），储液罐（2）的出口依次连接有制冷剂泵（3）、第一流量计（4）和回热器（5），回热器（5）设置有两个出口及两个进口，其第二出口与冷凝器（1）的第一进口相连，回热器（5）的第一出口及第二进口之间并联有座舱空气-液体换热器（6）、电子设备冷板（7）、滑油-液体换热器（8）、间冷空气-液体换热器（9），其进口分别设置有第一阀门（12）、第二阀门（13）、第三阀门（14）、第四阀门（15），用于控制各自流量；
所述燃油热沉模块包括燃油箱（20），燃油箱（20）的进口通过管路与冷凝器（1）的第二出口连接，该管路上设置有第十一阀门（24），燃油箱（20）的出口与冷凝器（1）的第二进口连接，该管路上设置有燃油泵（21）、第十阀门（23）、第二流量计（22）；
所述泵驱两相流模块还包括风冷冷凝器（10），风冷冷凝器（10）分别与冷凝器（1）、储液罐（2）连接，且其连接管路中分别设置有第六阀门（18）、第七阀门（19）；所述回热器（5）的第一出口及第二进口处分别设置有第八阀门（11）和第九阀门（16）；所述回热器（5）的第二进口与燃油箱（20）的进口之间通过管路连接，该管路上设置有第十四阀门（28）；所述燃油泵（21）的出口与回热器（5）的第一出口之间通过管路连接，该管路上设置有第十二阀门（26）、第三流量计（25）和第十三阀门（27）。
2.根据权利要求1所述的燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***，其特征在于：所述待冷却组件包括座舱空气、电子设备、滑油、间冷空气。
3.一种权利要求1-2任一所述的燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
过冷制冷剂通过制冷剂泵（3）从储液罐（2）中抽出，经过回热器（5）升温后，以饱和液态分别进入座舱空气-液体换热器（6）、电子设备冷板（7）、滑油-液体换热器（8）、间冷空气-液体换热器（9），随后通过回热器（5）降温，经过冷凝器（1）再次降温，最终以过冷状态流回储液罐（2）；待冷却组件热量通过冷凝器（1）传给燃油。
4.根据权利要求3所述的燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***的工作方法，其特征在于：当冷凝器（1）冷量不足时，风冷冷凝器（10）开启，第五阀门（17）关闭，第六阀门（18）和第七阀门（19）打开，制冷剂流经风冷冷凝器（10），被环境空气进一步冷却。
5.根据权利要求3所述的燃油热沉复合模态泵驱两相流冷却***的工作方法，其特征在于：当泵驱两相流模块出现故障时，燃油热沉模块直接与待冷却组件连通，第八阀门（11）、第九阀门（16）、第十阀门（23）、第十一阀门（24）关闭，第十二阀门（26）、第十三阀门（27）、第十四阀门（28）开启，燃油经过第三流量计（25）后流经待冷却组件带走热量。
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