專利名稱：一種環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于飛機機載設備領域，具體涉及對一種無沖壓進氣道綜合環控/液冷熱能管理系統的改進。
背景技術：
當前技術存在的不足之處主要表現在以下方面一方面，當前飛機上使用的制冷系統主要包括基于空氣循環的環境控制系統和基于液體循環的液體冷卻系統，前者一般用于座艙及電子設備的通風冷卻，而后者主要用于大熱載荷電子設備的冷卻。這兩個制冷系統均使用空氣-空氣熱交換器或者空氣-液體熱交換器將座艙或者電子設備熱載荷轉移至外界大氣，這將導致制冷系統性能代償損失增加及飛機飛行阻力增加，飛機燃油和飛行性能降低。另一方面，隨著飛行高度增加，環境控制系統的制冷載荷越來越小而加熱載荷越來越大，且大型電子設備的熱載荷在高空處于全功率工作狀態從而要求制冷量最大，說明簡單的1+1存在制冷系統制冷能力利用不足的問題，表明當前系統設計沒有考慮隨著飛行高度增加使用部分液體冷卻系統制冷量冷卻環境控制系統空氣的可行性。
發明內容
本發明的目的本發明主要針對當前飛機存在的制冷系統制冷量利用率不高的問題，提出兩個制冷系統的綜合熱能管理設計概念，利用液體冷卻系統轉移壓氣機壓縮熱及燃油和機身氣流作為熱沉轉移電子設備熱載荷的設計理念，降低制冷系統對沖壓空氣的使用量，實現滿足飛機冷卻需求的低代償損失、綠色制冷系統設計。本發明的技術方案是—種環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，其特征在于，由三輪式高壓除水制冷組件、液體冷卻系統和燃油系統三部分組成，高壓除水制冷組件和液體冷卻系統分別通過空氣-液體熱交換器1和空氣-液體熱交換器2耦合，其中，空氣-液體熱交換器1在三輪式高壓除水制冷組件中位于壓氣機出口下游，在液體冷卻系統中位于關斷活門和II級熱交換器之間；空氣-液體熱交換器2在三輪式高壓除水制冷組件中位于低壓水分離器下游，在液體冷卻系統中位于液體-燃油熱交換器和蒙皮散熱器之間；液體冷卻系統和燃油系統通過液體-燃油熱交換器耦合，該液體-燃油熱交換器在液體冷卻系統中位于膨脹箱和空氣-液體熱交換器2之間。所述三輪式高壓除水制冷組件由I級熱交換器、壓氣機、空氣-液體熱交換器2、風扇、高壓水分離器、渦輪、低壓水分離器和空氣-液體熱交換器1等附件組成，上述器件用常規方法連接。所述液體冷卻系統包括液體泵、單向活門、關斷活門、空氣-液體熱交換器1、11級熱交換器、液體-燃油熱交換器、空氣-液體熱交換器2、蒙皮散熱器、電加熱器和膨脹箱等附件，上述器件用常規方法連接。所述燃油-液體熱交換器為沉浸式燃油-液體熱交換器。在所述蒙皮散熱器、液體-燃油熱交換器、空氣-液體熱交換器2和電子設備各自的出口和入口之間安裝旁路活門。在所述空氣-液體熱交換器1下游增加機翼防冰腔結構，實現機翼防冰系統和液體冷卻系統的一體化設計。本發明有益效果是該綜合熱能管理系統具有以下優點1.使用蒙皮散熱器和空氣-燃油熱交換器，使得環境控制系統制冷組件和液體冷卻系統對沖壓空氣需求量為0，從而取消了機身沖壓空氣的開口，降低了制冷系統性能代償損失；2.使用液冷系統部分制冷量冷卻制冷組件壓氣機壓縮熱，降低渦輪入口氣體溫度，從而獲得更低的渦輪出口溫度，提高制冷組件除水及制冷效率；3.有效降低了對飛機飛行性能的影響，提高了飛機燃油效率，飛機經濟性好。
圖1 環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統示意圖
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發明作進一步的說明該環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統在實際工作過程中，來自氣源系統的高壓高溫空氣首先經過I級熱交換器冷卻，然后由壓氣機壓縮升溫升壓，再由空氣-液體熱交換器1降溫，通過高壓水分離器分離出游離水，然后經渦輪膨脹降溫達到較低溫度，再經過低壓水分離器進一步分離出空氣中游離水，其出口空氣溫度一般可達-10°c甚至更低； 液體冷卻系統經液體泵克服流動阻力，依次經過單向活門和關斷活門，然后經過空氣-液體熱交換器吸收壓縮機壓縮熱升溫，再由II級熱交換器、燃油-液體熱交換器、空氣-液體熱交換器2和蒙皮散熱器持續降溫，再流過冷卻電子設備升溫，冷卻液一般升溫至不超過50°C的溫度，保證電子設備的在合適溫度下可靠工作；此外，可通過控制蒙皮散熱器、液體-燃油熱交換器、空氣-液體熱交換器2和電子設備各自的旁路活門開度調節流過其內部的冷卻液流量，滿足環境控制系統和電子設備的冷卻要求，從而提高制冷系統的制冷效率。
權利要求
1.一種環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，其特征在于，由三輪式高壓除水制冷組件、液體冷卻系統和燃油系統三部分組成，高壓除水制冷組件和液體冷卻系統分別通過空氣-液體熱交換器1和空氣-液體熱交換器2耦合，其中，空氣-液體熱交換器1在三輪式高壓除水制冷組件中位于壓氣機出口下游，在液體冷卻系統中位于關斷活門和II級熱交換器之間；空氣-液體熱交換器2在三輪式高壓除水制冷組件中位于低壓水分離器下游，在液體冷卻系統中位于液體-燃油熱交換器和蒙皮散熱器之間；液體冷卻系統和燃油系統通過液體-燃油熱交換器耦合，該液體-燃油熱交換器在液體冷卻系統中位于膨脹箱和空氣-液體熱交換器2之間。
2.根據權利要求1所述的環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，其特征在于，所述三輪式高壓除水制冷組件由I級熱交換器、壓氣機、空氣-液體熱交換器2、風扇、高壓水分離器、渦輪、低壓水分離器和空氣-液體熱交換器1等附件組成。
3.根據權利要求1所述的環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，其特征在于，所述液體冷卻系統包括液體泵、單向活門、關斷活門、空氣-液體熱交換器1、II級熱交換器、液體-燃油熱交換器、空氣-液體熱交換器2、蒙皮散熱器、電加熱器和膨脹箱等附件。
4.根據權利要求1或3所述的環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，其特征在于，所述燃油-液體熱交換器為沉浸式燃油-液體熱交換器。
5.根據權利要求1至3任一權利要求所述的環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統， 其特征在于，在蒙皮散熱器、液體-燃油熱交換器、空氣-液體熱交換器2和電子設備各自的出口和入口之間安裝旁路活門。
6.根據權利要求1所述的環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，其特征在于，可在所述空氣-液體熱交換器1下游增加機翼防冰腔結構，實現機翼防冰系統和液體冷卻系統的一體化設計。
全文摘要
一種環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統，屬于飛機機載設備領域，涉及對一種環控系統和液冷系統綜合熱能管理系統的改進。本發明由三輪式高壓除水制冷組件、液體冷卻系統和燃油系統三部分組成，高壓除水制冷組件和液體冷卻系統分別通過空氣-液體熱交換器1和空氣-液體熱交換器2耦合，其中，空氣-液體熱交換器1在三輪式高壓除水制冷組件中位于壓氣機出口下游，在液體冷卻系統中位于關斷活門和II級熱交換器之間。本發明降低了制冷系統性能代償損失，提高了制冷組件除水及制冷效率，有效降低了對飛機飛行性能的影響，提高了飛機燃油效率，飛機經濟性好。
文檔編號B64D13/08GK102390537SQ20111027277
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月14日 優先權日2011年9月14日
發明者黨曉民, 成杰 申請人:中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所