Система производства технологического воздуха и ее применение

Изобретение относится к системам производства технологического воздуха, в частности, для летательных аппаратов. Система содержит первую систему охлаждения с первым теплообменником и дополнительную систему охлаждения, которая встраивается в первую систему охлаждения. Встраиваемая система охлаждения содержит теплообменник, который встраивается в канал либо выше, либо ниже по потоку, чем первый теплообменник. Первый теплообменник устанавливается в канале, служащем для отвода тепла. Достигается снижение веса, аэродинамического сопротивления и уменьшение объема дополнительных работ по монтажу и обслуживанию. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системам производства технологического воздуха, в частности к системам производства технологического воздуха, имеющего необходимую температуру и высокую степень сжатия, для летательных аппаратов.

На летательных аппаратах могут использоваться различные системы для производства технологического воздуха, имеющего необходимую температуру и высокую степень сжатия. Такие системы большей частью содержат теплообменник и различные регулирующие клапаны и датчики управления для регулировки давления и температуры (причем количество датчиков может быть разным и зависит от системы).

Соответствующий технологический воздух получают из системы горячего воздуха (система отбора воздуха), которая питается либо от двигателей, либо от вспомогательной силовой установки (ВСУ) летательного аппарата.

Может потребоваться, чтобы горячий технологический воздух был охлажден для получения охлажденного технологического воздуха и его давление было снижено с целью использования воздуха для дыхания в салоне или в кабине экипажа летательного аппарата.

Для уже существующих систем охлаждения воздуха, теплообменники которых построены по схеме охлаждения "воздух-воздух" или "жидкость-воздух", необходим собственный канал охлаждения набегающим потоком воздуха для того, чтобы обеспечить нужный отвод тепла.

Однако обеспечение такого канала охлаждения набегающим потоком воздуха влечет за собой увеличение веса летательного аппарата, повышение издержек производства и расходов, связанных с техническим обслуживанием.

Кроме того, обеспечение канала охлаждения набегающим потоком воздуха может приводить к увеличению аэродинамического сопротивления летательного аппарата. Использование для охлаждения наружного воздуха приводит к возникновению момента сопротивления, создающего эффект "отрицательной тяги". "Всасывание" наружного охлаждающего воздуха и его "выброс" вызывают турбулентности воздушного потока, обтекающего летательный аппарат, что в конечном счете приводит к негативному влиянию на общее аэродинамическое сопротивление летательного аппарата.

Таким образом, имеется потребность в создании системы, в которой минимизируются или совсем исключаются вышеуказанные негативные воздействия на летательный аппарат.

В предлагаемой в изобретении системе в канал, который используется для уже существующей и установленной системы охлаждения, встраивается дополнительная система охлаждения.

Эта встраиваемая система охлаждения содержит теплообменник, соответствующие регулирующие клапаны, датчики управления, входную и выходную линии технологического воздуха, которые встроены в уже существующую систему охлаждения так, что входная линия технологического воздуха встраиваемой системы охлаждения ответвляется от входной линии технологического воздуха уже существующей системы охлаждения.

Кроме того, теплообменник встраиваемой системы охлаждения установлен выше или ниже по потоку по отношению к теплообменнику уже существующей системы охлаждения в канале охлаждения набегающим потоком воздуха. Если холодопроизводительность системы охлаждения, которая должна встраиваться, меньше, чем холодопроизводительность уже существующей системы охлаждения, то теплообменник встраиваемой системы охлаждения предпочтительно устанавливается в канале охлаждения потоком набегающего воздуха выше по потоку, чем теплообменник уже существующей системы. Если же холодопроизводительность системы охлаждения, которая должна встраиваться, превышает холодопроизводительность уже существующей системы охлаждения, то теплообменник встраиваемой системы охлаждения предпочтительно устанавливается в канале охлаждения потоком набегающего воздуха ниже по потоку, чем теплообменник уже существующей системы.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения во входной линии технологического воздуха устанавливается озоновый фильтр (ниже указываемый также как озоновый преобразователь) для фильтрации озона во входной линии. При этом уже существующая система охлаждения и встраиваемая система охлаждения могут снабжаться отдельными озоновыми преобразователями. В случае подсоединения входной линии технологического воздуха для встраиваемой системы охлаждения ниже по потоку, чем озоновый преобразователь уже существующей системы охлаждения, можно отказаться от установки такого преобразователя для встраиваемой системы. В результате можно снизить вес и стоимость.

В соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения система кондиционирования воздуха летательного аппарата или система вентиляции для негерметизированных зон летательного аппарата может содержать уже существующую систему охлаждения.

Предлагаемая в изобретении система может, например, использоваться в самолете A380 для обеспечения работы системы OBIGGS (бортовой генератор инертного газа). Предлагаемая в изобретении система может также использоваться на самолете A380 для системы кислородного дыхания или для создания давления в системе пресной воды.

Поскольку основной идеей изобретения является идея интеграции, то есть встраивания в уже существующую систему охлаждения, то для летательного аппарата можно добиться снижения веса и уменьшения объема дополнительных работ и в то же время снижения аэродинамического сопротивления.

Ниже со ссылками на прилагаемый чертеж описан предпочтительный вариант предлагаемой в изобретении системы.

На чертеже представлен схематический вид системы обеспечения технологического воздуха, имеющего необходимую температуру и высокое давление, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения.

Система 1 содержит уже существующую систему 2 охлаждения воздуха. Система 2 охлаждения, показанная на чертеже, построена по так называемой схеме "воздух-воздух". В качестве альтернативных вариантов также можно использовать системы, построенные по схеме "жидкость-воздух", или использующие другие технологии.

Для работы системы 2 охлаждения, которая в соответствии с рассматриваемым вариантом построена по схеме "воздух-воздух", необходим канал охлаждения набегающим потоком воздуха. Такой канал 3 охлаждения набегающим потоком воздуха содержит впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5, причем в уже существующей системе 2 охлаждения воздуха указанный канал 3 охлаждения набегающим потоком воздуха используется для обеспечения необходимого отвода тепла от горячего технологического воздуха для его охлаждения.

Как можно видеть на чертеже, система 2 охлаждения содержит входную линию 6 технологического воздуха, через которую горячий технологический воздух подается в систему 2 охлаждения, например, из двигателей. С помощью теплообменника (не показан) системы 2 охлаждения и канала 3 охлаждения потоком набегающего воздуха, который обеспечивает отвод тепла, осуществляется охлаждение технологического воздуха, и затем охлажденный технологический воздух, имеющий высокое давление, выводится из системы 2 охлаждения по выходной линии 7 для дальнейшего использования в соответствующих системах.

Как показано на чертеже, система 1 содержит дополнительную (встроенную) систему 8 охлаждения, содержащую теплообменник 9, датчик 10 управления и регулирующий клапан 11 для управления качеством технологического воздуха. Эта система 8 охлаждения встроена в уже существующую систему 2 охлаждения так, что в соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения теплообменник 9 встраиваемой системы 8 охлаждения установлен выше по потоку в канале 3 охлаждения набегающим потоком воздуха системы 2.

Далее, система 8 охлаждения снабжена регулирующим клапаном 15 для управления температурой технологического воздуха, проходящего по обводной линии. Ссылочным номером 16 указана обводная линия для технологического воздуха. Для регулирования температуры и давления технологического воздуха в системе 8 охлаждения используется датчик 17 управления.

В соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения, как показано на чертеже, важным является то, что теплообменник 9 встраиваемой системы 8 охлаждения размещен выше по потоку, чем теплообменник (не показан) уже существующей системы 2 охлаждения в канале охлаждения потоком набегающего воздуха, поскольку охлаждающая способность системы 8 ниже, чем охлаждающая способность системы 2. Если охлаждающая способность системы 2 ниже, чем охлаждающая способность встраиваемой системы 8, то теплообменник 9 системы 8 предпочтительно устанавливается ниже по потоку, чем теплообменник уже существующей системы 2 в канале 3 охлаждения набегающим потоком воздуха.

Как показано на чертеже, встраиваемая система 8 охлаждения содержит входную линию 12, по которой горячий технологический воздух поступает в систему 8. Входная линия 12 технологического воздуха системы 8 охлаждения может быть подсоединена ко входной линии 6 технологического воздуха уже существующей системы 2 охлаждения.

По выходной линии 13 встраиваемой системы 8 охлаждения охлажденный технологический воздух, имеющий необходимую температуру и высокое давление, выводится для дальнейшего использования в соответствующих системах.

Как показано на чертеже, система 1 содержит дополнительно озоновый конвертер 14. Озоновый конвертер 14 может быть выполнен таким образом, что горячий технологический воздух, например отобранный от двигателей, очищается от озона прежде, чем он подается с помощью входной линии 6 технологического воздуха в уже существующую систему 2 охлаждения и входной линии 12 технологического воздуха во встраиваемую систему 8 охлаждения. Использование озонового преобразователя 14 может оказаться необходимым в том случае, когда холодный технологический воздух, который охлаждается системами охлаждения 2, 8, используется в качестве воздуха для дыхания в пассажирском салоне и в кабине экипажа. Очистку технологического воздуха от озона, в частности, необходимо обеспечить при использовании с бортовым генератором инертного газа (не показан), поскольку в противном случае модуль разделения воздуха (не показан) будет поврежден.

Хотя выше описывается предпочтительный вариант реализации изобретения для применения на летательном аппарате, однако ясно, что возможны применения и в других областях, например на железнодорожном транспорте, на автомобилях и т.п., при условии, что уже существует система охлаждения, которая содержит канал, используемый для отвода тепла, и в эту систему дополнительно может быть встроена предлагаемая в изобретении система охлаждения.

Более того, возможна установка (встраивание) в уже существующую систему охлаждения не только одной дополнительной системы охлаждения, но и нескольких таких систем.

В соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения, как показано на чертеже, возможно встраивание дополнительной системы охлаждения в уже существующую систему охлаждения, причем в этом случае фактически можно избежать повышения веса транспортного средства, поскольку новая система охлаждения встраивается в уже существующий канал охлаждения набегающим потоком воздуха. Далее, в вышеописанном иллюстративном варианте реализации изобретения фактически можно избежать дополнительных производственных расходов, поскольку отпадает необходимость в установке дополнительного канала охлаждения набегающим потоком воздуха. Также фактически можно избежать повышения расходов на техническое обслуживание, поскольку нет необходимости в установке на летательном аппарате дополнительных систем. Наконец, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения, представленным на чертеже, может быть компенсировано увеличение аэродинамического сопротивления летательного аппарата. Хотя в этом случае для охлаждения используется наружный воздух (то есть существует момент сопротивления), однако в результате встраивания системы охлаждения в уже существующий канал охлаждения набегающим потоком воздуха фактически могут быть предотвращены негативные влияния засасывания и выброса наружного воздуха.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 - система

2 - существующая система охлаждения

3 - канал охлаждения набегающим потоком воздуха

4 - впускное отверстие канала охлаждения набегающим потоком воздуха

5 - выпускное отверстие канала охлаждения набегающим потоком воздуха

6 - входная линия технологического воздуха

7 - выходная линия технологического воздуха

8 - дополнительная система охлаждения (встраиваемая система охлаждения)

9 - теплообменник встраиваемой системы охлаждения

10 - первый датчик управления

11 - первый регулирующий клапан

12 - входная линия технологического воздуха

13 - выходная линия технологического воздуха

14 - озоновый конвертер

15 - второй регулирующий клапан

16 - обводная линия для технологического воздуха

17 - второй датчик управления.

1. Система производства технологического воздуха, содержащая первую систему охлаждения с первым теплообменником; и дополнительную систему охлаждения, которая встраивается в первую систему охлаждения, причем встраиваемая система охлаждения содержит теплообменник, который встраивается в канал либо выше, либо ниже по потоку, чем первый теплообменник, причем первый теплообменник устанавливается в канале, служащем для отвода тепла.

2. Система по п.1, в которой встраиваемая система охлаждения содержит регулирующие клапаны, датчики управления, входную и выходную линии технологического воздуха, которые встроены в первую систему охлаждения.

3. Система по п.1, в которой размещение теплообменника выше или ниже по потоку в канале зависит от холодопроизводительности встраиваемой системы охлаждения.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой входная линия технологического воздуха встраиваемой системы охлаждения ответвляется от входной линии технологического воздуха первой системы охлаждения.

5. Система по п.4, дополнительно содержащая озоновый преобразователь, который устанавливается выше по потоку, чем точка ответвления входной линии технологического воздуха, для отфильтровывания озона в поступающем горячем технологическом воздухе.

6. Система по п.1, в которой первая система охлаждения является по меньшей мере одной из следующих уже существующих систем: системы кондиционирования воздуха и системы вентиляции.

7. Система по п.1, в которой первая система охлаждения и встраиваемая система охлаждения выполнены по меньшей мере по схеме "воздух-воздух" или схеме "жидкость-воздух".

8. Система по п.1, которая дополнительно содержит обводную линию для технологического воздуха.

9. Применение системы по любому из пп.1-8 на летательном аппарате.
Пп.1-9 имеют приоритет от 10.08.2004.