一种飞机余热回收装置的制作方法

1.本实用新型属于飞机热能管理技术领域，涉及一种飞机余热回收装置。


背景技术：

2.随着飞机航空系统电力需求越来越高和航空平台排热问题越来越严重，带来了相当严峻的热管理方面的挑战。现有的飞机热能管理系统主要有两种型式，一种是将空气循环系统、蒸发循环系统、液冷循环系统和燃油循环系统进行综合热能管理，液冷循环系统将飞机电子舱的热量通过蒸发循环系统做功传递给燃油循环系统，燃油循环系统将热量释放给充压空气或者是将燃油送至发动机用以燃烧，蒸发循环系统可以减小因冷却需求量增加，而导致空气循环系统带来的代偿损失，并且减少了从发动机的引气量，但是蒸发循环系统需要消耗飞机大量电能。另一种是将飞机环控系统、动力系统、主发动机起动系统等多个分系统进行综合热能管理，通过一个涡轮机械为综合热能管理系统各子系统提供动力及热管理，实现分系统在功能、能量、控制和物理上的综合，其缺点是不能兼顾各子系统在飞机不同工作点工作时的效率，并且环控系统需从发动机提取大量的引气，并向燃油系统排放大量的热。这两种热能管理系统都没有将发动机排出的低品味热量回收利用，直接排出的尾气余热加重了飞机热排散系统的负担。


技术实现要素：

3.本实用新型专利旨在提供一种将飞机发动机尾气余热回收做功发电，产生的电能带动电动压缩机进行蒸发制冷循环的新型余热回收装置。本实用新型的新型飞机余热回收装置能够提高飞机燃油利用效率，减少飞机上电能的消耗和余热的排放，同时利用飞机燃油作为热沉，减少了冲压空气的引气量，有利于飞机的隐身。
4.本申请提供的一种飞机余热回收装置，所述飞机余热回收装置包括朗肯循环系统、蒸发循环系统和燃油系统，其中：
5.所述朗肯循环系统包括第一换热器11、涡轮膨胀机12、冷凝器13、高压液泵14和高压储液罐15，第一换热器11有机工质侧输出端与涡轮膨胀机12 的输入端管路连接，涡轮膨胀机12的输出端与冷凝器13有机工质侧输入端管路连接，冷凝器13有机工质侧输出端与高压液泵14输入端管路连接，高压液泵14输出端与高压储液罐15输入端管路连接，高压储液罐15输出端与第一换热器11有机工质侧输入端管路连接；
6.所述蒸发循环系统包括蒸发器21、压缩机22、电机23和膨胀阀24，蒸发器21有机工质侧输出端与压缩机22进气端管路连接，压缩机22排气端与冷凝器13有机工质侧输入端管路连接，冷凝器13有机工质侧输出端与高压储液罐 15输入端管路连接，高压储液罐15输出端与膨胀阀24输入端管路连接，膨胀阀24输出端与蒸发器21有机工质侧输出端管路连接，蒸发器21载冷剂侧输出端与电子舱25输入端管路连接，电子舱25输出端与蒸发器21载冷剂侧输入端管路连接；
7.所述燃油系统包括燃油箱31、第二换热器32、发动机热负荷33、燃油冷却器34和输
油箱35，燃油箱31输出端与冷凝器13燃油侧输入端管路连接，冷凝器13燃油侧输出端与第二换热器32燃油侧输入端管路连接，第二换热器 32燃油侧输出端与发动机热负荷33输入端管路连接，发动机热负荷33输出端与燃油冷却器34燃油侧输入端管路连接，燃油冷却器34燃油侧输出端与燃油箱31输入端管路连接，燃油箱31的补油口与输油箱35的输出端管路连接，第二换热器32非燃油侧输出端与飞机滑油或液压油系统的输入端管路连接，飞机滑油或液压油系统的输出端与第二换热器32非燃油侧输入端管路连接。
8.可选的，第一换热器11的热源来自发动机尾气余热。
9.可选的，所述涡轮膨胀机12和所述压缩机22通过发电机23的高速旋转机械装在同一根轴上。
10.可选的，所述冷凝器13为四股流换热器。
11.可选的，涡轮膨胀机12膨胀输出功驱动发电机23产生电能，产生的电能又驱动电动压缩机22进行蒸发制冷循环。
12.可选的，所述朗肯循环系统和所述蒸发循环系统的有机工质为同一种适用于制冷空调的制冷工质。
13.可选的，利用燃油和冲压空气作为热沉对冷凝器13进行冷却。
14.本实用新型新型的有益效果：本实用新型专利回收利用飞机尾气余热进行做功发电，带动电动压缩机工作进行蒸发制冷循环，减少了飞机电能的消耗和空气循环系统从发动机的引气量，减少发动机尾气余热的排放，提高了燃油利用效率。同时最大限度地利用燃油作为热沉，减少冲压空气的引气量，有利于飞机隐身。
附图说明
15.图1为本申请实施例提供的一种飞机余热回收装置的结构示意图；
16.其中：11－第一换热器、12－涡轮膨胀机、13－冷凝器、14－高压液泵、15－高压储液罐、21－蒸发器、22－压缩机、23－发电机、24－膨胀阀、25－电子舱、31－燃油箱、32－第二换热器、33－发动机热负荷、34－燃油冷却器、35－输油箱、36－液压油滑油热源。
具体实施方式
17.本申请提供一种新型飞机余热回收装置，所述的新型飞机余热回收装置包括：朗肯循环系统，朗肯循环系统主要包括第一换热器11、涡轮膨胀机12、冷凝器13、高压液泵14和高压储液罐15；蒸发循环系统，蒸发循环系统主要包括蒸发器21、压缩机22、冷凝器13、高压储液罐15和膨胀阀24；燃油循环系统，燃油循环系统主要包括燃油箱31、冷凝器13、第二换热器32、发动机热负荷33、燃油冷却器34和输油箱35。
18.所述的新型飞机余热回收装置，其特征在于：所述朗肯循环系统的涡轮膨胀机12和所述的蒸发循环系统的压缩机22通过发电机23的高速旋转机械装在同一根轴上。
19.所述的新型飞机余热回收装置，其特征在于，所述冷凝器13为四股流换热器，来自所述朗肯循环系统的有机工质和所述蒸发循环系统的有机工质将热量传给所述燃油系统的燃油和冲压空气。
20.所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述的高压储液器15用于储存朗肯循环系统和蒸发循环系统有机工质，根据负载的变化调节有机工质的流量。
21.所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述的第一换热器11通过吸收飞机发动机尾气的余热，使系统内流动的液体有机工质吸热蒸发成过热蒸气。
22.所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述过热蒸气通过所述涡轮膨胀机12 进行绝热膨胀，所述涡轮膨胀机12的膨胀输出功带动所述发电机23产生电能。
23.所述的蒸发循环系统，其特征在于，所述的压缩机22的动力源为所述涡轮膨胀机12膨胀输出功所驱动的所述发电机23产生的电能。
24.所述的蒸发循环系统，其特征在于，所述蒸发循环系统产生的冷量通过蒸发器21对电子舱25(飞机热负载)进行冷却。
25.所述的燃油循环系统，其特征在于，利用燃油作为热沉，从燃油箱31流出的低温燃油，先经过所述冷凝器13，吸收所述朗肯循环系统的有机工质和所述蒸发循环系统的有机工质的热量，再通过第二换热器32吸收另一侧(滑油或液压油)流体介质的热量，使所述燃油达到设定温度后进入发动机。
26.所述的燃油循环系统，其特征在于，进入发动机的燃油先经过所述发动机热负荷33对发热部件进行冷却，温度急剧升高，根据飞行状况其中一部分燃油流入发动机燃烧室燃烧，其余燃油则返回所述燃油箱31。随着所述燃油的消耗，由输油箱35向燃油箱31进行补充，保障燃油箱31的燃油流量以满足热沉需求和发动机燃烧的需要。
27.所述的燃油循环系统，其特征在于，返回所述燃油箱31的燃油必须先经过燃油冷却器34进行冷却，所述燃油冷却器34的热沉为冲压空气。
28.以下将结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步详述：
29.参见附图1所示，本实用新型的飞机余热回收装置是将朗肯循环系统、蒸发循环系统和燃油系统进行综合热能管理。其中所述朗肯循环系统包括第一换热器11、涡轮膨胀机12、冷凝器13、高压液泵14和高压储液罐15。第一换热器11有机工质侧输出端与涡轮膨胀机12的输入端管路连接，涡轮膨胀机12 的输出端与冷凝器13有机工质侧输入端管路连接，冷凝器13有机工质侧输出端与高压液泵14输入端管路连接，高压液泵14输出端与高压储液罐15输入端管路连接，高压储液罐15输出端与第一换热器11有机工质侧输入端管路连接。第一换热器11的热源来自发动机尾气余热。
30.所述蒸发循环系统主要包括蒸发器21、压缩机22、冷凝器13、高压储液罐15和膨胀阀24。蒸发器21有机工质侧输出端与压缩机22进气端管路连接，压缩机22排气端与冷凝器13有机工质侧输入端管路连接，冷凝器13有机工质侧输出端与高压储液罐15输入端管路连接，高压储液罐15输出端与膨胀阀24 输入端管路连接，膨胀阀24输出端与蒸发器21有机工质侧输出端管路连接。蒸发器21载冷剂侧输出端与电子舱25输入端管路连接，电子舱25输出端与蒸发器21载冷剂侧输入端管路连接。
31.所述燃油系统主要包括燃油箱31、冷凝器13、第二换热器32、发动机热负荷33、燃油冷却器34和输油箱35。燃油箱31输出端与冷凝器13燃油侧输入端管路连接，冷凝器13燃油侧输出端与第二换热器32燃油侧输入端管路连接，第二换热器32燃油侧输出端与发动机热负荷33输入端管路连接，发动机热负荷33输出端与燃油冷却器34燃油侧输入端管路连接，燃油冷却器34燃油侧输出端与燃油箱31输入端管路连接。燃油箱31的补油口与输油箱35的输出端管路连接。第二换热器32非燃油侧输出端与飞机滑油或液压油系统的输入端管路连接，飞机滑油或液压油系统的输出端与第二换热器32非燃油侧输入端管路连接。
32.工作过程具体如下：
33.(1)飞机发动机尾气经特殊管道回收使其通过所述朗肯循环系统的第一换热器11，所述朗肯循环系统内的高温高压液态有机工质在所述第一换热器11 内吸热蒸发成过热气态，之后通过涡轮膨胀机12降温降压，降温降压后的气态有机工质进入冷凝器13冷凝成过冷液体状态，在高压液泵14驱动下回到高压储液罐15，之后再次进入第一换热器11吸热蒸发，不断循环。其中所述涡轮膨胀机12膨胀输出功带动发电机23发电，产生的电能驱动电动压缩机22进行蒸发制冷循环。
34.(2)所述蒸发循环系统的压缩机22，抽吸来自蒸发器21的气态有机工质，并将所述气态有机工质压缩成高温高压状态，送入冷凝器13进行等压冷却，冷却后的有机工质成为过冷液态返回高压储液罐15，之后通过膨胀阀24进行绝热膨胀，降温降压后的有机工质成为饱和气液两相态，最后进入蒸发器21，吸收来自电子舱25的热量，蒸发成过热气态有机工质，不断循环。
35.(3)所述燃油循环系统，从燃油箱31流出的低温燃油，先经过所述冷凝器13，吸收所述朗肯循环系统的有机工质和所述蒸发循环系统的有机工质的热量，再通过第二换热器32吸收另一侧(滑油或液压油)流体介质的热量，使所述燃油达到设定温度后进入发动机。进入发动机的燃油会先经过发动机热负荷 33对发热部件进行冷却，温度急剧升高，然后根据飞行状况其中一部分燃油流入发动机燃烧室燃烧，其余燃油则返回燃油冷却器34进行冷却，最后返回所述燃油箱31。随着所述燃油的消耗，由输油箱35向燃油箱31进行补充，保障燃油箱31的燃油流量以满足热沉需求和发动机燃烧的需要。
36.6.技术保护点：
37.1)一种将朗肯循环系统、蒸发循环系统和燃油循环系统进行耦合的新型飞机余热回收装置，目的是将飞机发动机尾气余热回收做功发电，产生的电能带动电动压缩机进行蒸发制冷循环，产生的热量通过燃油循环系统和冲压空气带走。
38.2)新型飞机余热回收装置的冷凝器为四股流换热器，即通过冷凝器将朗肯循环系统和蒸发循环循环系统的热量传递到燃油循环系统的燃油和外界的冲压空气中。
39.3)朗肯循环系统的特征在于通过回收利用飞机发动机排出的尾气余热，使得系统内的液态有机工质蒸发成过热气态。
40.4)朗肯循环系统的涡轮膨胀机和蒸发循环系统的压缩机通过发电机的高速旋转机械装在同一根轴上。
41.5)朗肯循环系统的涡轮膨胀机膨胀输出功驱动发电机产生电能，产生的电能又驱动电动压缩机进行蒸发制冷循环。
42.6)朗肯循环系统和蒸发循环系统的有机工质为同一种适用于制冷空调的制冷工质。
43.7)燃油循环系统中设置输油箱，主要是向燃油箱进行补充，保障燃油箱的燃油流量以满足热沉需求和发动机燃烧的需要。
44.8)利用燃油作为热沉对冷凝器进行冷却，减少冲压空气引气量。
45.以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型术方案的保护范围内。