一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统的制作方法

2021-02-14 10:02:36|

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本实用新型涉及飞机空调领域，尤其涉及一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统。

背景技术：

大多数飞机上自配有空调系统，不论是在飞行状态或者飞机停靠在地面登机廊桥时的待飞状态，通常飞机都启用自配空调系统向其内提供舒适温度和空气。其中，飞机上自配有空调系统包括空调辅助动力装置（auxiliarypowerunit，简称apu），飞机在待飞状态启用apu，不仅消耗大量昂贵的航空燃油和缩短飞机空调系统的寿命，而且还造成环境污染和增加飞机的运行成本。

apu（auxiliarypowerunit，空调辅助动力装置）的作用是给飞机在地面主发动机关车的时候提供空调引气和电源，提供压缩空气供发动机启动，在飞行过程中如果有发动机停车，也可以用来向飞机提供气源和电源，apu一般安装在飞机的尾部。

欧美等发达国家的民用航空管理部门出于节省能源、保护本国环境和地面人员健康等原因，制定法规要求停靠本国机场的飞机执行“飞机一落地，必须关掉污染严重的apu，使用环保型的机场地面保障设备”的政策。目前这一政策已在欧美广泛运用。

基于此，飞机地面空调系统作为一种重要的机场地面保障设备，当飞机在地面待飞（航前准备、航后检查等）过程中时，飞机地面空调系统可以完全替代以航空燃油为动力的飞机自带apu，在大幅降低航空燃油费用的同时也减少对机场环境的污染。

近几年在国内的几个大型机场也开始使用飞机地面空调系统。其常见的形式是悬挂在登机桥下的长方形箱体及软管，飞机停靠登机桥后，关闭apu，采用地面设施为飞机提供空调、电源、供油、供水等服务。

为了克服现有单元式飞机地面空调能耗高的缺陷，急需研究出一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统，通过水循环系统、制冷剂循环系统和空气流动通道实现能量的梯级利用，具有能耗低的优点。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统，包括：供水流循环的水循环系统、供制冷剂循环的制冷剂循环系统、供空气流过的空气流动通道，空气在该空气流动通道内先与水流换热，再与制冷剂换热，最后输送到飞机的机舱，以调节机舱温度；

所述水循环系统包括第一循环管路和第二循环管路，第一循环管路内的水与空气在第一换热单元内一次换热，第二循环管路内的水与制冷剂在第二换热单元内换热，与第二循环管路换热的制冷剂与空气在第三换热单元内二次换热；经过两次换热的空气输送到机舱；

或者，

所述水循环系统包括一条循环管路，一条循环管路的供水与空气在第一换热单元内一次换热变成高温水，制冷剂与高温水在第二换热单元内换热之后，制冷剂再与空气在第三换热单元内二次换热，经过两次换热的空气输送到机舱。

作为本实用新型的进一步改进，供冷季，所述制冷剂在第二换热单元换热时由气态变成液态，所述制冷剂在第三换热单元换热时由液态变成气态；

供热季，所述制冷剂在第二换热单元换热时由液态变成气态，所述制冷剂在第三换热单元换热时由气态变成液态。

作为本实用新型的进一步改进，所述制冷剂循环系统上设有压缩机；

供冷季，制冷剂在第三换热单元内由液态变成低压气态，低压气态的制冷剂在压缩机内压缩成高压气态，所述高压气态制冷剂在第二换热单元内变成液态；

供暖季，制冷剂在第二换热单元内由液态变成低压气态，低压气态的制冷剂在压缩机内压缩成高压气态，所述高压气态制冷剂在第三换热单元内变成液态。

作为本实用新型的进一步改进，所述制冷剂循环系统上设有换向阀，飞机地面空调系统从供暖模式切换至供冷模式时，所述换向阀换向使得制冷剂逆向流动。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一循环管路与第二循环管路是两条独立工作的管路。

作为本实用新型的进一步改进，供冷季，第二循环管路的水温高于第一循环管路；

供暖季，第二循环管路的水温低于第一循环管路。

作为本实用新型的进一步改进，所述一条循环管路的水在第一换热单元内与空气换热之后，进入第二换热单元与制冷剂换热。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热单元包括m个气水换热器，m≥1，每个气水换热器均安装在空气流动通道内；

所述第二换热单元包括n个第二换热器，n≥1，每个第二换热器均安装在空气流动通道的外侧；

所述第三换热单元包括n个第三换热器，每个第三换热单元均安装在空气流动通道内。

作为本实用新型的进一步改进，所述制冷剂循环系统由n路制冷剂循环管路组成，n路制冷剂循环管路彼此独立；

每个第二换热器对应一个第三换热器，每个第二换热器与其对应的第三换热器之间各循环一路制冷剂循环管路；

第二换热单元具有n路制冷剂循环管路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过水循环系统、制冷剂循环系统和空气流动通道实现能量的梯级利用，具有能耗低的优点。

2、本实用新型的水循环系统中水路串联设置，通过增大水路的供回水温差即可实现能量的梯级利用。

附图说明

图1为飞机地面空调系统的原理图一；

图2为飞机地面空调系统的原理图二；

图3为飞机地面空调系统的原理图三；

图4为飞机地面空调系统的原理图四；

图5为飞机地面空调系统的原理图五；

图6为飞机地面空调系统的原理图六。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

作为第一种实施方式，如图1所示，本实施方式公开了一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统，包括：供水流循环的水循环系统、供制冷剂循环的制冷剂循环系统、供空气流过的空气流动通道，空气在该空气流动通道内先与水流换热，再与制冷剂换热，最后输送到飞机的机舱，以调节机舱温度。

本实施方式的水循环系统包括第一循环管路和第二循环管路，第一循环管路内的水与空气在第一换热单元内一次换热，第二循环管路内的水与制冷剂在第二换热单元内换热，与第二循环管路换热的制冷剂与空气在第三换热单元内二次换热；经过两次换热的空气输送到机舱。

供冷季，制冷剂在第二换热单元换热时由气态变成液态，制冷剂在第三换热单元换热时由液态变成气态；供热季，制冷剂在第二换热单元换热时由液态变成气态，制冷剂在第三换热单元换热时由气态变成液态。

如图1所示，制冷剂循环系统上设有压缩机；供冷季，制冷剂在第三换热单元内由液态变成低压气态，低压气态的制冷剂在压缩机内压缩成高压气态，高压气态制冷剂在第二换热单元内变成液态；供暖季，制冷剂在第二换热单元内由液态变成低压气态，低压气态的制冷剂在压缩机内压缩成高压气态，高压气态制冷剂在第三换热单元内变成液态。制冷剂循环系统上设有换向阀，飞机地面空调系统从供暖模式切换至供冷模式时，换向阀换向使得制冷剂逆向流动。

从图1可以看出，第一循环管路与第二循环管路是两条独立工作的管路。供冷季，第二循环管路的水温高于第一循环管路；供暖季，第二循环管路的水温低于第一循环管路。

如图1所示，第一换热单元包括m个气水换热器，m≥1，每个气水换热器均安装在空气流动通道内；第二换热单元包括n个第二换热器，n≥1，每个第二换热器均安装在空气流动通道的外侧；第三换热单元包括n个第三换热器，每个第三换热单元均安装在空气流动通道内。优选制冷剂循环系统由n路制冷剂循环管路组成，n路制冷剂循环管路彼此独立；每个第二换热器对应一个第三换热器，每个第二换热器与其对应的第三换热器之间各循环一路制冷剂循环管路；第二换热单元具有n路制冷剂循环管路。

作为第二种实施方式，如图2-图5所示，本实施方式公开了一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统，包括：供水流循环的水循环系统、供制冷剂循环的制冷剂循环系统、供空气流过的空气流动通道，空气在该空气流动通道内先与水流换热，再与制冷剂换热，最后输送到飞机的机舱，以调节机舱温度。

本实施方式的水循环系统包括一条循环管路，一条循环管路的供水与空气在第一换热单元内一次换热变成高温水，制冷剂与高温水在第二换热单元内换热之后，制冷剂再与空气在第三换热单元内二次换热，经过两次换热的空气输送到机舱。

如图2-图5所示，制冷剂循环系统上设有压缩机；供冷季，制冷剂在第三换热单元内由液态变成低压气态，低压气态的制冷剂在压缩机内压缩成高压气态，高压气态制冷剂在第二换热单元内变成液态；供暖季，制冷剂在第二换热单元内由液态变成低压气态，低压气态的制冷剂在压缩机内压缩成高压气态，高压气态制冷剂在第三换热单元内变成液态。制冷剂循环系统上设有换向阀，飞机地面空调系统从供暖模式切换至供冷模式时，换向阀换向使得制冷剂逆向流动。

从如图2-图5所示，可以看出，一条循环管路的水在第一换热单元内与空气换热之后，进入第二换热单元与制冷剂换热。

如图2-图5所示，第一换热单元包括m个气水换热器，m≥1，每个气水换热器均安装在空气流动通道内；第二换热单元包括n个第二换热器，n≥1，每个第二换热器均安装在空气流动通道的外侧；第三换热单元包括n个第三换热器，每个第三换热单元均安装在空气流动通道内。优选制冷剂循环系统由n路制冷剂循环管路组成，n路制冷剂循环管路彼此独立；每个第二换热器对应一个第三换热器，每个第二换热器与其对应的第三换热器之间各循环一路制冷剂循环管路；第二换热单元具有n路制冷剂循环管路。

作为第三种实施方式，如图6所示，本实施方式公开了一种基于能量梯级利用的飞机地面空调系统，包括：供水流循环的水循环系统、供制冷剂循环的制冷剂循环系统、供空气流过的空气流动通道，空气在该空气流动通道内先与水流换热，再与制冷剂换热，最后输送到飞机的机舱，以调节机舱温度。

如图6所示，第三种实施方式和第一种实施方式的不同之处，在于空气流动通道的区别。图1所示的空气流动通道不存在分流，即图1中空气流动通道仅有一个进风口和一个出风口。图6所示的空气流动通道分流成多条通道，即图6中空气流动通道具有一个进风口和至少两个出风口，从进风口进入的空气在空气流动通道与第一循环管路内的水完成一次换热后进入不同的气流通道，与不同气流通道内的制冷剂完成二次换热。因不同气流通道内均具有一个出风口，完成二次换热的空气从本气流通道的出风口流出。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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