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Title:
REFRIGERATION SYSTEM FOR AIRCRAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/067886
Kind Code:
A1
Abstract:
A refrigeration system (200) for aircraft is provided, which includes: a first stage heat exchanger (102) for receiving hot bleed air from an engine; a second stage heat exchanger (106) with an inlet communicated with an outlet of the first stage heat exchanger (102) and an outlet communicated with an inlet of a mixing chamber; a valve (204) is arranged between the outlet of the second stage heat exchanger (106) and the inlet of the mixing chamber; sensors (210, 212) senses at least the temperature of environment air; and a controller (120) receives parameter from the sensors (210, 212) which are compared with a stored preset range, if the parameter is within the preset range, the controller (120) opens the valve (204), and the hot bleed air enters into the mixing chamber after passing through the first stage heat exchanger (102), the second stage heat exchanger (106) and the valve (204) in order. The refrigeration system (200) can save energy and improve economic performance.

Inventors:
KUANG WEI (CN)
NAN GUOPENG (CN)
JIAN XIZHONG (CN)
Application Number:
CN2012/083361
Publication Date:
May 16, 2013
Filing Date:
October 23, 2012
Export Citation:
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Assignee:
COMMERCIAL AIRCRAFT CORPORATION OF CHINA, LTD (No.25 Zhangyang Road, Pudong New District, Shanghai 0, 200120, CN)
中国商用飞机有限责任公司 (中国上海市浦东新区张扬路25号, Shanghai 0, 200120, CN)
International Classes:
B64D13/08; F25B9/00; F25B11/00
Domestic Patent References:
WO1999032358A1
Foreign References:
US20030084681A1
US20050115249A1
US6257003B1
CN102506514A
CN1060270A
US20040195447A1
JP2009274593A
Attorney, Agent or Firm:
KING & WOOD MALLESONS (20th Floor, East TowerWorld Financial Centre,1 Dongsanhuan Zhongl, Chaoyang District Beijing 0, 100020, CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1. 一种飞行器的制冷系统, 包括:

第一级换热器, 其入口用于接收来自发动机的热引气;

压缩机, 其入口与所述第一级换热器的出口连通;

第二级换热器, 其入口与所迷压缩机的出口连通;

第一阀, 其布置在所述第一级换热器的出口和所述第二级换热 器的入口之间并与所述压缩机旁通;

回热器, 其第一入口与所述第二级换热器的出口连通;

冷凝器, 其第一入口与所述回热器的第一出口连通, 其第二出 口连通到混合腔;

水分离器, 其入口与所述冷凝器的第一出口连通, 其出口连通 到所述回热器的第二入口;

涡轮, 其入口与所述回热器的第二出口连通, 其出口连通到所 述冷凝器的第二入口;

第二阀, 其布置在所述第二级换热器的出口和所述混合腔之间, 并旁通所述回热器、 所述冷凝器、 所述水分离器和涡轮;

传感器, 其用于感应环境空气的参数;

控制器, 其接收所述参数并与存储的预定范围比较;

其中:

在飞行状态下, 当所述参数不在所述预定范围内时, 所述第一 阀和所述第二阀关闭, 所述热引气依次经过所述第一级换热器、 所 述压缩机、 所述第二级换热器进入到所述回热器中, 再经过所述冷 凝器、 水分离器再次回到所述回热器中, 然后进入所述涡轮并再经 过所述冷凝器输送到所述混合腔内;

当所述参数在所述预定范围内时, 所述第一阀和所述第二阀开 启, 所述热引气依次经过所述第一级换热器和所述第二级换热器进 入到所述混合腔中。

s

2. 根据权利要求 1所述的制冷系统, 其中, 所述参数包括温度 值。

3. 根据权利要求 2所述的制冷系统, 其中, 所述参数还包括湿 度值。

4. 根据权利要求 1所述的制冷系统, 其中, 所述第一阀为单向 阀门。 5. 根据权利要求 1所述的制冷系统, 其中, 所述制冷系统还包 括温度控制阀, 其布置在所述第一级换热器的热边出口和所述涡轮 的出口之间。

6. 根据权利要求 1所述的制冷系统, 其中, 所述第一级换热器 和所述第二级换热器与流经飞行器的冲压道的外界冲压空气进行热 交换, 所述制冷系统还包括用以调节所述外界冲压空气的流量的冲 压空气调节阀。

Description:
飞行器的制冷系统 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 1 12、 涡轮 1 14、 流量控制阀门 116、 冲压空气调节阀门 1 17、 温度控制阀 门 1 18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 1 16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 1 18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 1 10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 1 14的出口上,前述的温度控制阀门 1 18也连通到涡轮 1 14 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 1 17以及温度控制阀门 1 18 ,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 1 16、冲压空气调节阀门 1 17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 1 18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 1 16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 1 10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 1 12中, 在谅水分离器 1 12 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 1 12 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 1 14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 1 17—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冷源的出气端。 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 1 10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 1 14流到冷凝器 1 10 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 1 14 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 1 14 出口再经过冷凝器 1 10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奈件下 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, 谊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。

本发明公开了一种制冷系统, 其包括: 第一级换热器, 其入口 用于接收来自发动机的热引气; 压缩机, 其入口与第一级换热器的 出口连通; 第二级换热器, 其入口与压缩机的出口连通; 第一阀, 其布置在第一级换热器的热边出口和第二级换 热器的热边入口之间 并与压缩机旁通; 回热器, 其第一入口与第二级换热器的热边出口 连通; 冷凝器, 其第一入口与回热器的第一出口连通, 其第二出口 连通到混合腔; 水分离器, 其入口与冷凝器的第一出口连通, 其出 口连通到回热器的第二入口; 涡轮, 其入口与回热器的第二出口连 通, 其出口连通到冷凝器的第二入口; 第二阀, 其布置在第二级换 热器的出口和混合腔之间, 并旁通回热器、 冷凝器、 水分离器和涡 轮; 传感器, 其用于感应钚境空气的参数; 控制器, 其接收参数并 与存储的预定范围比较; 其中: 在飞行状态下, 当参数不在预定范 围内时, 第一阀和第二阀关闭, 热引气依次经过第一级换热器、 压 缩机、 第二级换热器进入到回热器中, 再经过冷凝器、 水分离器再 次回到回热器中, 然后进入涡轮并再经过冷凝器输送到混合腔内 ; 当参数在预定范围内时, 第一阀和第二阃开启, 热引气依次经过第 一级换热器和第二级换热器进入到混合腔中。

其中, 所述参数包括温度值。

进一步地, 所述参数还包括湿度值。

可选择地, 第一阀为单向阀门。

较优地, 制冷系统还包括温度控制阀, 其布置在第一级换热器 的热边出口和涡轮的出口之间。

较优地, 第一级换热器和第二级换热器与流经飞行器的 冲压道 的外界冲压空气进行热交换, 制冷系统还包括用以调节外界冲压空 气的流量的冲压空气调节岡。

本发明的制冷系统, 由于增加了经济模式, 故在合适的条件下, 操作者可以根据控制器的提示信息将该制冷系 统置于经济模式下。 当在低温度、 低湿度的环境空气中飞行时, 在经济模式下运行的制 冷系统可以免去压缩过程以及除水过程从而保 证制冷系统在不使用 空气循环机 (风扇、 压气机、 涡轮) 以及水分离器运行时依然能够 提供干燥的调节空气。 因此, 在高空飞行的状态下, 不消耗涡轮功 率带动风扇转动时依然有大量的环境空气作为 冲压空气进入第一级 和第二级换热器的冷边作为冷源, 另外, 由于高空飞行的环境温度 较低因此即使仅采用第一级和第二级换热器对 热引气进行冷却即可 以保证冷却充分。 这样, 可以有效节约能耗, 提高其经济性能。 附图说明

为了解释本发明, 将在下文中参考附图描述其示例性实施方式, 附图.中:

图 1示意性地示出了常规的制冷系统;

图 2示意性地示出了根据本发明的一种实施方式 制冷系统; 图 3示意性地示出了根据本发明的一种实施方式 制冷系统的 控制原理图。

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。 具体实施方式

因为本发明的制冷系统 200是在背景技术部分所述的常规的制 冷系统 100基础上进行的优化, 而且在本发明的一种优选的实施方 式中未将常规的制冷系统中的任何部件取消, 所以, 在此, 相同或 相似的部件就不再加以赘述。 具体的改进部分可以结合下面的说明 进行理解。

在第二级换热器 106 出口管路和连到混合腔的管路之间加装一 条分支管路 202, 该分支管路 202上安装一个阀门 204, 本发明中称 之为经济阀门。 当该经济阀门 204打开时, 气流可从第二级换热器 106出口旁通过回热器 108、 冷凝器 1 10、 水分离器 1 12和涡轮 114 等部件, 进入混合腔中。

在第一级换热器 102的出口和压縮机 104的出口之间加装一条 分支管路 206, 该分支管路 206上安装一个单向阀门 208, 该单向阀 门 208在本发明中称之为压缩机单向阀门。 当经济阀门 204打开时, 空气循环机 (风扇、 压气机、 涡轮) 几乎停止转动气流难以从压缩 机 104通过,此时气流可以从压缩机单向阀门 208旁通过压缩机 104。

在非增压区 (即, 与外界大气环境相连通的区域) 安装另一个 温度传感器 210和湿度传感器 212,可以向控制器 120提供外界环境 中的温度和湿度信息。 控制器 120收集来自温度和湿度传感器 210、 212的信号以及飞行管理系统(FMS )提供的飞行高度信号后通过与 预设值 (包括预设范围) 进行比对进而做出判断。 当上述信号反映 的温度、 湿度以及高度均处于预设值的范围内时, 控制器 120发出 可以启动经济模式的提示信息。 飞行员通过显示器或者其他设备收 到该提示信息后, 可以通过操作面板进行相应操作使制冷系统 200 进入经济模式。 启动经济模式后经济阀门 204被打开。 此时仅采用 冲压空气对热引气进行有效的冷却来满足座舱 要求。

更具体地, 在本发明的较优的实施方式中, 启动经济模式是可 以以低温度的环境空气 (例如, 通过装置感应环境空气是否为一定 的低温度范围) 、 低湿度的环境空气 (例如, 通过装置感应环境空 气是否为一定的低湿度范围) 以及高空飞行 (例如, 通过装置感应 飞行器是否处于一定的高度范围) 共同作为约束条件的。 然而, 本 领域的技术人员可以理解, 对于低湿度的环境空气和高空飞行的约 束条件而言, 其并非是必需的。 这是因为, 当飞行器处于高空飞行 中, 发动机的热引气的湿度一般都能满足客舱的要 求故可以省略湿 度的约束条件; 另外, 高空飞行的约束条件主要是为了使控制器 120 判断飞行器不是处于极寒地区的地面的待机、 起跑等状态而是处于 高空飞行状态从而才可以利用冲压道内的冲压 空气在第一级和第二 级换热器 102、 106中进行冷却,对于处于极严寒地区的飞行器 来说, 这便于控制器 120对飞行器是处于地面还是高空状悉进行判断 是较 为有利的, 然而, 这种判断也可以藉由捕获其他参数而获知, 诸如 巡航状态的相关数据、 操作人员的指令等。 易言之, 前述的高空飞 行的约束条件可以省略而变更为约束该飞行器 处于飞行状态中, 然 而, 应当可以理解, 这个约束条件大体上对于温度较高地区或季节

(诸如我国南方或夏季) 是可以省略的。 这样, 环境空气的参数可 以由加设的温度传感器 210或温度传感器 210和湿度传感器 212来 提供, 飞行器的状态可以由飞行高度的数据间接获得 , 如飞行高度 在 1 万米, 则可知飞行器一般处于巡航飞行状态中, 其中, 飞行高 度的数据可以由飞行管理系统 (FMS ) 来提供。 因此, 在飞行状态 下, 当环境参数为低温度或低温度且低湿度时, 即, 外界的环境空 气的温度满足预设的数值范围或温度和湿度均 满足预设的数值范围 时, 则可以进入经济模式。 在经济模式下, 可以免去压缩过程以及 除水过程从而保证制冷系统 200在不使用空气循环机(风扇 119、压 气机、 涡轮 114 )以及水分离器 1 12运行时依然能够提供温度适宜和 干燥的调节空气。 另外, 在经济模式下, 即使空气循环机部件之一 的风扇 1 19 不运行时依然有大量的环境空气作为冲压空气 进入第一 级和第二级换热器 102、 106的冷边作为冷源进行热交换, 另外, 由 于一般为高空飞行, 环境温度较低, 故仅采用第一级和第二级换热 器 102、 106对热引气进行冷却即可以保证冷却充分。

图 2为制冷系统 200的示意图, 图 3为经济模式下控制系统的 原理图。 参考图 2和图 3 , 其中, 图 3中分别示出了热引气到混合腔 的流路以及沖压空气到冲压空气出口的流路。 一旦经济模式被激活, 经济阀门 204就被打开, 气流流经第一级换热器 102、压縮机单向阀 门 208和第二级换热器 106, 并旁通过压缩机 104、 涡轮 114、 回热 器 108、 冷凝器 110和水分离器 112, 直接进入混合腔供给座舱。 此 时, 仅通过调节设置于冲压道中的冲压空气调节阀 门 117 的开度来 控制通过第一级换热器 102和第二级换热器 106的冷边的冲压空气 量从而实现对热引气的有效冷却并满足座舱的 温度、 湿度以及压力 要求。 在此, 由于不需要提高引气压力, 故可以有效节约能耗, 提 高其经济性能。

具体地, 来自流量控制阀门 1 16 的热引气首先通过第一级换热 器 102进行冷却, 接着由压缩机单向阀门 208旁通过压缩机 104然 后进入第二级换热器 106再冷却到满足座舱需求的温度, 最后通过 经济阀门 204 流入到混合腔中并供给到座舱内。 其中, 冲压空气的 流量由控制器 120所调节的冲压空气调节阀门 117的开度来控制。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中 呈现的示例 ' (·生实 施方式, 在如权利要求书概括的本发明的范围内, 很多变形是可能 的。