包括热交换器的飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种飞行器,该飞行器包括热交换组,该热交换组包括具有热侧和冷侧的能量回收模块,热侧与冷侧进行热接触从而引起热交换。热交换组还包括副热交换器和与涡轮机联接的压缩机。能量回收模块的热侧入口与引气管道流体连通,能量回收模块的冷侧入口与冲压空气管道流体连通,能量回收模块的热侧出口与压缩机入口流体连通,压缩机出口与副热交换器的热侧入口流体连通,副热交换器的热侧出口与涡轮机入口流体连通,以及副热交换器的冷侧入口与冲压空气管道流体连通。此外,能量回收模块包括转换装置,该转换装置适于通过在能量回收模块中的热侧与冷侧之间进行的热交换来产生能量。
【专利说明】
包括热交换器的飞行器
技术领域
[0001]本发明涉及热交换器领域,特别涉及在飞行器中用于对来自飞行器发动机的引气的温度进行控制的热交换器。
【背景技术】
[0002]飞行器包括用于处理贯穿所述飞行器的气流的若干系统。空气需要被给送至飞行器的一些部分比如空调,并且因此必须满足特定的压力值和温度值。
[0003]现有技术中包括的飞行器通过设置热交换组来实现这些要求,所述热交换组通常包括一对热交换器,即主热交换器和副热交换器,例如在文献US 6,427,471 Al中所示的。
[0004]来自发动机、辅助动力装置或地面源的热的高压的引气被导引至主热交换器的热侧。进而,(处于环境压力和温度的)冷空气进入副热交换器的冷侧。热空气被冷却并且然后进入压缩机。此后,所述热空气进入副热交换器的热侧,在该副热交换器的热侧所述热空气被进入所述副热交换器的冷侧的冷空气所冷却。此后,所述热空气在涡轮机中膨胀及冷却,所述热空气还移动至前述压缩机,并且流动至空调设备。进入副热交换器的冷侧的冷空气在对副热交换器的热侧中的空气进行冷却之后进入主热交换器的冷侧并且对副热交换器中的热侧进行冷却。此后,被加热的冷空气被排至周围环境。在上述文献中可以看到所有这些步骤。
[0005]这种热交换组适于为来自发动机的空气提供适合的性能,使得其满足在客舱中或其他飞行器设施中的用途。然而,由于在主热交换器中对空气进行冷却,因此大于10kW的能量通常被耗费用于通过RAM风道至大气。通过本发明提高了该效率。
【发明内容】
[0006]本发明通过根据下面所述的飞行器提供了对该情况的效率的提高。本说明书(包括权利要求书、说明书和附图)所描述的所有特征可以以除了这种特征相互排斥的组合之外的任意组合的方式组合。
[0007]本发明提供了飞行器,包括:
[0008]发动机,该发动机具有引气端口,该引气端口适于使来自发动机的空气流入引气管道,
[0009]冲压空气入口翻板,该冲压空气入口翻板适于使来自飞行器的外侧的空气流入冲压空气管道,
[0010]热交换组,该热交换组包括
[0011 ]能量回收模块,该能量回收模块具有热侧和冷侧,该热侧包括热侧入口和热侧出口,该冷侧包括冷侧入口和冷侧出口,该热侧通过一些转换装置与冷侧热接触,从而引起热交换,
[0012]副热交换器,该副热交换器具有热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口,以及
[0013]压缩机,该压缩机与涡轮机联接,该压缩机和涡轮机具有入口和出口,
[0014]使得
[0015]能量回收模块的热侧入口与引气管道流体连通,
[0016]能量回收模块的冷侧入口与冲压空气管道流体连通,
[0017]能量回收模块的热侧出口与压缩机入口流体连通,
[0018]压缩机出口与副热交换器的热侧入口流体连通,
[0019 ]副热交换器的热侧出口与涡轮机入口流体连通,
[0020]副热交换器的冷侧入口与冲压空气管道流体连通,
[0021]其中,
[0022]转换装置适于通过在能量回收模块中在热侧与冷侧之间发生的热交换来产生电會K。
[0023]该装置允许通过在能量回收模块中进行的热交换获得能量,从而提高热交换组的能源效率。能量可以转换成电力而非浪费热从而提供适于在ETOPS中使用的替代电源,而不是APU。该优点将能够实现不需要额外的燃料来面对一台发动机失效的情况。
[0024]在【具体实施方式】中,转换装置包括:
[0025]第一闭合回路,该第一闭合回路容置有第一工作流体,
[0026]包括在闭合回路中的蒸发器,该蒸发器具有入口和出口,
[0027]包括在闭合回路中的回路膨胀器,该回路膨胀器具有入口和出口,
[0028]包括在闭合回路中的冷凝器,该冷凝器具有入口和出口,以及
[0029]包括在闭合回路中的回路压缩机,该回路压缩机具有入口和出口,
[0030]其中,蒸发器中的第一工作流体与能量回收模块的热侧进行热接触,蒸发器的出口与回路膨胀器的入口流体连接,并且膨胀器的出口与回路冷凝器的入口流体接触,并且
[0031]其中,回路冷凝器中的第一工作流体与能量回收模块的冷侧进行热接触,回路冷凝器的出口与回路压缩机的入口流体连接,并且回路压缩机的出口与回路蒸发器的入口流体接触,
[0032]因此,当第一工作流体经过膨胀器时,通过第一工作流体获得一些功。
[0033]在【具体实施方式】中,转换装置还包括中间交换区域,在该中间交换区域处第一闭合回路的包括在回路膨胀器的出口与冷凝器的入口之间的部分和第一闭合回路的包括在回路压缩机的出口与蒸发器的入口之间的部分进行热接触。
[0034]在【具体实施方式】中,该转换装置包括:
[0035]至少四个活塞组件,每个活塞组件具有冷侧和热侧,
[0036]至少四个回热器,每个回热器具有冷侧和热侧,
[0037]其中,活塞组件和回热器设置在包含第二工作流体的第二闭合回路中,该第二工作流体在活塞组件内和回热器内流动,使得每个回热器与在其之前和在其之后的两个活塞组件流体连接,并且每个活塞组件与在其之前和在其之后的两个回热器流体连接,
[0038]其中,在每个活塞组件与在其之后的回热器之间设置有第二闭合回路的允许第二工作流体与能量回收模块的热侧进行热交换的区域,以及
[0039]其中,在每个回热器与在其之后的活塞组件之间设置有第二闭合回路的允许第二工作流体与能量回收模块的冷侧进行热交换的区域,
[0040]因此,当第二工作流体经过活塞组件时,通过第二工作流体获得一些功。
[0041]在特定实施方式中,所述功通过发电机转换成电能。
[0042]在特定实施方式中,副热交换器还包括旁通阀,该旁通阀放置在辅助通道中并且适于通过建立压缩机的入口与涡轮机的出口之间的流体接触来绕过压缩机和涡轮机。
[0043]在特定实施方式中,转换装置以紧凑的模块的方式设置以使其尺寸最小化。
【附图说明】
[0044]通过对本发明做出的详细说明将更清楚地理解本发明的这些以及其他特征和优点,其通过参照附图仅以示例且并不作为对其限制的方式给出的根据本发明的优选实施方式而变得明显。
[0045]图1示出了根据本发明的飞行器。
[0046]图2示出了根据本发明的飞行器中包括的热交换组的示意图。
[0047]图3示出了根据本发明的飞行器的第一实施方式中包括的转换装置的示意图。
[0048]图4示出了根据本发明的飞行器的第二实施方式中包括的转换装置的示意图。
【具体实施方式】
[0049]已经概述了本发明的目的,在下文中将描述具体的非限制性的实施方式。
[0050]图1示出了根据本发明的飞行器。该飞行器I包括:
[0051]发动机2,该发动机2具有适于使来自发动机的空气流入引气管道3的引气端口,
[0052]冲压空气入口翻板4,该冲压空气入口翻板4适于使来自飞行器的外侧的空气流入冲压空气管道5,以及
[0053]热交换组10,该热交换组10接纳引气管道3和冲压空气管道5。
[0054]图2示出了根据本发明的飞行器中包括的热交换组10的细节。该热交换组10包括能量回收模块11和副热交换器12。
[0055]能量回收模块11具有热侧和冷侧,该热侧包括热侧入口111和热侧出口 112,该冷侧包括冷侧入口 113和冷侧出口 114。热侧通过一些转换装置6与冷侧热接触,从而引起热交换。
[0056]副热交换器12具有热侧入口121、热侧出口 122、冷侧入口 123和冷侧出口 124。
[0057]热交换组还包括压缩机13,该压缩机13与涡轮机14联接,压缩机13和涡轮机14具有入口和出口。
[0058]所有这些元件以下列方式设置:
[0059]?能量回收模块11的热侧入口 111与引气管道3流体连通,
[0060]?能量回收模块11的冷侧入口 113与冲压空气管道5流体连通,
[0061 ] ?能量回收模块11的热侧出口 112与压缩机入口流体连通,
[0062]籲压缩机出口与副热交换器12的热侧入口121流体连通,
[0063]?副热交换器12的热侧出口 122与涡轮机入口流体连通,
[0064]?副热交换器12的冷侧入口与冲压空气管道5流体连通,其中
[0065]转换装置6适于通过在能量回收模块11中的热侧与冷侧之间进行的热交换产生电會K。
[0066]压缩机13对从能量回收模块11的热侧出口112接收的热流进行压缩,并且使来自副热交换器12的热侧出口 122接收的热流膨胀。在该附图中,副热交换器12还包括旁通阀15,该旁通阀15适于在需要时绕开压缩机涡轮机系统。
[0067]能量回收模块11包括转换装置6,该转换装置6适于通过在能量回收模块中发生的热交换来产生能量。
[0068]图3示出了根据本发明的飞行器的【具体实施方式】中包括的转换装置6的示意图。该转换装置6包括:
[0069]第一闭合回路20,该第一闭合回路20容置有第一工作流体,
[0070]蒸发器21,该蒸发器21包括在闭合回路中,该蒸发器21具有入口 211和出口 212,
[0071]回路膨胀器21,该回路膨胀器22包括在闭合回路中,该回路膨胀器22具有入口221和出口 222,
[0072]冷凝器23,该冷凝器23包括在闭合回路中,该冷凝器23具有入口 231和出口 232,以及
[0073]回路压缩机24,该回路压缩机24包括在闭合回路中,该回路压缩机24具有入口241和出口 242,
[0074]当第一工作流体经过蒸发器21时与能量回收模块11的热侧进行热接触。蒸发器21的出口 212与回路膨胀器22的入口 221流体连接,并且膨胀器22的出口 222与回路冷凝器23的入口 231流体接触。另外,第一工作流体当穿过回路冷凝器23时与能量回收模块11的冷侧热接触。回路冷凝器23的出口 232与回路压缩机24的入口 241流体连接,并且回路压缩机24的出口 242与回路蒸发器21的入口 211流体接触。
[0075]因此,第一工作流体在第一闭合回路20内从蒸发器21流至回路膨胀器22,然后流至冷凝器23,然后流至回路压缩机24,并且流回蒸发器21。贯穿该第一闭合回路20,第一工作流体在蒸发器21中与能量回收模块11的热侧进行热交换,并且在冷凝器23中与能量回收模块11的冷侧进行另一热交换。另外,第一工作流体当经过膨胀器22时做功W。在该【具体实施方式】中,该功W通过发电机25转换成电能。
[0076]在一些【具体实施方式】中,第一闭合回路的包括在回路膨胀器22的出口222与冷凝器23的入口 231之间的部分和第一闭合回路的包括在回路压缩机24的出口 242与蒸发器21的入口 211之间的部分进行热接触。在附图中所示的实施方式中,第一闭合回路的包括在回路膨胀器22的出口 222与冷凝器23的入口 231之间的部分和第一闭合回路的包括在回路压缩机24的出口 242与蒸发器21的入口 211之间的部分的该热接触在中间交换区域26中进行。
[0077]在该附图所示的【具体实施方式】中,该第一工作流体是制冷剂,该制冷剂进行上述热动力循环。
[0078]图4示出了根据本发明的飞行器的另一【具体实施方式】中包括的转换装置6的示意图。该转换装置6包括:
[0079]至少四个活塞组件7,每个活塞组件7具有冷侧和热侧,
[0080]至少四个回热器8,每个回热器8具有冷侧和热侧,
[0081]其中,活塞组件7和回热器8设置在包含第二工作流体的第二闭合回路30中,该第二工作流体在活塞组件7内和回热器8内流动,使得每个回热器8与在其之前和在其之后的两个活塞组件流体连接,并且每个活塞组件7与在其之前和在其之后的两个回热器8流体连接,
[0082]其中,在每个活塞组件7与在其之后的回热器8之间设置有第二闭合回路30的允许第二工作流体与能量回收模块11的热侧进行热交换的区域32,以及
[0083]其中,在每个回热器8与在其之后的活塞组件7之间设置有第二闭合回路30的允许第二工作流体与能量回收模块11的冷侧进行热交换的区域31。
[0084]该第二闭合回路30封装有第二工作流体,该第二工作流体通过活塞组件7和回热器8进行热动力循环,该第二工作流体还在热交换区域中或者与热流或者与冷流交换热量。在【具体实施方式】中,该第二工作流体是气体。在更具体的实施方式中,该第二工作流体是氦。
[0085]因此,在活塞组件7中从包括在该组件中的一些可移动部件获得的呈电能W的形式的能量。在该【具体实施方式】中,所述功W通过发电机25转换成电能。
【主权项】
1.一种飞行器(I),包括: 发动机(2),所述发动机(2)具有引气端口,所述引气端口适于使来自所述发动机的空气流入引气管道(3), 冲压空气入口翻板(4),所述冲压空气入口翻板(4)适于使来自所述飞行器的外侧的空气流入冲压空气管道(5), 热交换组(1),所述热交换组(1)包括 能量回收模块(U),所述能量回收模块(11)具有热侧和冷侧,所述热侧包括热侧入口(111)和热侧出口(I12),所述冷侧包括冷侧入口(I13)和冷侧出口(I 14),所述热侧通过一些转换装置(6)与所述冷侧热接触,从而引起热交换, 副热交换器(12),所述副热交换器(12)具有热侧入口(I21)、热侧出口(122)、冷侧入口(123)和冷侧出口(124),以及 压缩机(13),所述压缩机(13)与涡轮机(14)联接,所述压缩机(13)和所述涡轮机(14)具有入口和出口, 使得 所述能量回收模块(11)的所述热侧入口(111)与所述引气管道(3)流体连通, 所述能量回收模块(11)的所述冷侧入口(113)与所述冲压空气管道(5)流体连通, 所述能量回收模块(11)的所述热侧出口( 112)与所述压缩机的所述入口流体连通, 所述压缩机的所述出口与所述副热交换器(12)的所述热侧入口( 121)流体连通, 所述副热交换器(12)的所述热侧出口(122)与所述涡轮机的所述入口流体连通, 所述副热交换器(12)的所述冷侧入口与所述冲压空气管道(5)流体连通, 其中,所述转换装置(6)适于通过在所述能量回收模块(11)中在所述热侧与所述冷侧之间发生的热交换来产生电能(W)。2.根据权利要求1所述的飞行器(I),其中,所述转换装置(6)包括: 第一闭合回路(20),所述第一闭合回路(20)容置有第一工作流体, 包括在所述第一闭合回路中的回路蒸发器(21),所述回路蒸发器具有入口(211)和出口(212), 包括在所述第一闭合回路中的回路膨胀器(21),所述回路膨胀器(22)具有入口(221)和出口(222), 包括在所述第一闭合回路中的回路冷凝器(23),所述回路冷凝器(23)具有入口(231)和出口(232),以及 包括在所述第一闭合回路中的回路压缩机(24),所述回路压缩机(24)具有入口(241)和出口(242), 其中,所述回路蒸发器中的第一工作流体与所述能量回收模块(11)的所述热侧进行热接触,所述回路蒸发器(21)的所述出口(212)与所述回路膨胀器(22)的所述入口(221)流体连接,并且所述回路膨胀器(22)的所述出口(222)与所述回路冷凝器(23)的所述入口(231)流体接触,并且 其中,所述回路冷凝器中的第一工作流体与所述能量回收模块(11)的所述冷侧进行热接触,所述回路冷凝器(23)的所述出口(232)与所述回路压缩机(24)的所述入口(241)流体连接,并且所述回路压缩机(24)的所述出口(242)与所述回路蒸发器(21)的所述入口(211)流体接触, 因此,当所述第一工作流体经过所述回路膨胀器(22)时,通过所述第一工作流体获得一些功(W)。3.根据前一项权利要求所述的飞行器,其中,所述转换装置(6)还包括中间交换区域(26),在所述中间交换区域(26)处所述第一闭合回路的包括在所述回路膨胀器(22)的所述出口(222)与所述回路冷凝器(23)的所述入口(231)之间的部分和所述第一闭合回路的包括在所述回路压缩机(24)的所述出口(242)与所述回路蒸发器(21)的所述入口(211)之间的部分进行热接触。4.根据权利要求1所述的飞行器,其中,所述转换装置(6)包括: 至少四个活塞组件(7),每个活塞组件(7)具有冷侧和热侧, 至少四个回热器(8),每个回热器(8)具有冷侧和热侧, 其中,所述活塞组件(7)和所述回热器(8)设置在包含第二工作流体的第二闭合回路(30)中,所述第二工作流体在所述活塞组件内和所述回热器内流动,使得每个回热器(8)与在其之前和在其之后的两个活塞组件流体连接,并且每个活塞组件(7)与在其之前和在其之后的两个回热器(8)流体连接, 其中,在每个活塞组件(7)与在其之后的回热器(8)之间设置有所述第二闭合回路(30)的允许所述第二工作流体与所述能量回收模块(11)的所述热侧进行热交换的区域(32),以及 其中,在每个回热器(8)与在其之后的活塞组件(7)之间设置有所述第二闭合回路(30)的允许所述第二工作流体与所述能量回收模块(11)的所述冷侧进行热交换的区域(31), 因此,当所述第二工作流体经过所述活塞组件(7)时,通过所述第二工作流体获得一些功(W) O5.根据权利要求2至4中的任一项所述的飞行器,其中,所述功(W)通过发电机(25)转换成电能。6.根据前述权利要求中的任一项所述的飞行器(I),其中,所述副热交换器(12)还包括旁通阀(15),所述旁通阀(15)放置在辅助通道中并且适于通过建立所述压缩机的所述入口与所述涡轮机的所述出口之间的流体接触来绕过所述压缩机(13)和所述涡轮机(14)。
【文档编号】F25B9/00GK105984589SQ201610147651
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】大卫·维森特奥利韦罗斯
【申请人】空中客车营运有限公司