基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统技术方案

本专利涉及一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统，该发明专利技术主要包括：飞机机载富余发电能力利用子系统，其利用子系统利用富余发电能力带动电动机，将电能转换成为旋转的机械能；闭式空气压缩循环子系统，用于将电能转换成了冷能；局部电网供电存储子系统，利用涡轮输出的轴功带动发电机，将机械能转换为电能，通过局部电网将电能存储在机载蓄电池组中，用于驱动泵电动机；和油浸式冷能存储供给子系统，包括油浸式换热器、蓄冷油箱以及需求冷能的大功率热负载设备，实现了大功率热负载设备直接由闭式空气压缩循环子系统供给冷能、富余冷能存储在蓄冷油箱以及大功率热负载设备散热能力不足时从蓄冷油箱中补给冷能的三种工作模式。

【技术实现步骤摘要】
基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统
本专利技术涉及基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统。
技术介绍
随着航空航天领域的不断发展进步，机载能源的合理利用与转换变得越来越重要。由于飞机正在向多电化/全电化发展，在机载电网设计过程中，电能的供给往往是根据飞机机载电设备需求的最高峰值而设计的，因此，在不同飞行阶段，飞机电网都会有不同程度的富余发电能力的存在，富余的发电能力没有得到充分的利用导致飞机系统性能的代偿损失增加，飞机燃油以及飞机的飞行性能也大大降低了，如何合理高效的利用和转换这一部分富余发电能力成为了当今多电/全电飞机机载能源领域越来越关注的问题。正是因为多电/全电飞机的大趋势，飞机机载电子设备数量在不断的增多，同时对机载电子设备的大功率化和小体积化越来越高的需求，机载电子设备的功率密度不断增大，因此对机载环控系统散热能力的需求也越来越大，单一的空气循环制冷已经远远不能满足多电/全电飞机的总体设计要求，如果冷能不足，不能及时将热量耗散，会导致负载的温度急剧的上升，最终会极大的影响机载设备可靠、安全、高效的工作。随着现代飞机的不断发展，对飞机机动性能以及隐身性能的要求不断提高，冲压空气作为飞机环控系统的热沉也已经受到了严重的制约，因此燃油成为主要热沉，蓄冷油箱的高效利用成为主要趋势。然而，飞机在不同的飞行阶段，对冷能的需求量也大大不同，因此，如何合理的产生冷能、利用冷能，以及冷能的合理存储，也成为现今航空领域的研究重点和发展的重要瓶颈。因此，这一发展趋势使得飞机环控系统越来越复杂，制冷形式越来越多，从而有必要进行全机范围内的统一热能管理，也就是综合环境控制/热管理系统的应用。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统，其特征在于包括：电动机，用于将飞机电网的电能转换为机械能，压缩机，其在电动机的带动下进行工作，气气高温换热器，用于将压缩机压缩后的高温高压空气和冲压空气进行气气换热，膨胀涡轮，来自气气高温换热器的气体通过膨胀涡轮再次降温，气液低温换热器，来自膨胀涡轮的气体通过连接管道到达气液低温换热器的气相管路，从而将冷能传递到气液低温换热器的液相管路中的油液，发电机，其在膨胀涡轮的带动下进行工作，蓄电池组，用于存储发电机产生的电能，泵电动机，其在来自蓄电池组的电力的驱动下进行工作，泵，其在泵电动机的驱动下工作，驱动油液，蓄冷油箱，用于盛放作为热沉的液体，第一油浸式换热器，用于使来自泵的油液与蓄冷油箱中的热沉进行热交换，第一油液管路，其从泵经热负载连到液相管路，第二油液管路，其从泵经第一油浸式换热器连到液相管路，第二单向阀，其被设置在第二油液管路上，第二油浸式换热器，用于使来流过它的油液与蓄冷油箱中的热沉进行热交换，第三单向阀，其中，第二油浸式换热器、第三单向阀、热负载通过一个附加油液管路而连接成一个油液回路。附图说明图1显示了根据本专利技术的一个实施例的基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统的示意图。图2显示了根据本专利技术的一个实施例的基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统的工作流程图。图3显示了根据本专利技术的一个实施例的基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统的第一冷能利用模式的示意图。图4显示了根据本专利技术的一个实施例的基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统的第二冷能利用模式的示意图。图5显示了根据本专利技术的一个实施例的基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统的第三冷能利用模式的示意图。附图标记说明：101——飞机电网、102——基本电负载、103——电动机、201——压缩机、202——气气高温换热器、203——膨胀涡轮、204——气液低温换热器、205——气相换热器管路、301——发电机、302——局部电网、303——蓄电池组、401——液相换热器管路、402——泵、403——泵电动机、404——第一单向阀、405——大功率热负载、406——第二单向阀、407——第一油浸式换热器、408——蓄冷油箱、409——第二油浸式换热器、410——第三单向阀。具体实施方式本专利技术提供了一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统。本专利技术的目的包括：针对当前发展的多电/全电飞机的富余发电能力没有得到充分利用以及机载冷能存储、利用和供给不足的问题，提供一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统，使多电/全电飞机的机载富余发电能力能够得到充分利用，实现能量的调度，并且提供了富足的冷能加以存储和利用，以及大功率热负载散热系统的自主调节能力，降低制冷系统对冲压空气的使用要求，实现满足飞机冷却需求的低代偿损失。本专利技术利用飞机电网的富余发电能力，驱动闭式压缩空气循环系统，将电能转化为冷能，一方面直接供应飞机机载大功率热负载散热降温，另一方面将多余冷能通过聚α烯烃(PAO)油液的携带输送存储在蓄冷油箱中的燃油热沉，以供大功率热负载冷能供给不足情况下进行冷能补给。根据本专利技术的一个实施例的基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统如图1所示，其包含飞机机载富余发电能力利用子系统、闭式空气压缩循环子系统、局部电网供电存储子系统和油浸式冷能存储供给子系统。飞机机载富余发电能力利用子系统通过电动机与闭式空气压缩循环子系统相连；闭式空气压缩循环子系统通过发电机(103)和局部电网供电存储子系统相连；闭式空气压缩循环子系统通过气液低温换热器(204)与油浸式冷能存储供给子系统相连；局部电网供电存储子系统通过泵电动机(403)和油浸式冷能存储供给子系统相连。所述飞机机载富余发电能力利用子系统为电路系统，其包含：飞机电网(101)、基本电负载(102)、电动机(103)以及电路电线。飞机电网(101)提供的电能用于满足飞机机载的基本电负载(103)以及电动机(103)。电动机(103)将电能转换为机械能，通过传动轴传递轴功带动闭式空气压缩循环子系统。所述闭式空气压缩循环子系统为气相循环系统，其包含：压缩机(201)、气气高温换热器(202)、膨胀涡轮(203)、气液低温换热器(204)、换热器气相管路(205)，以及冲压空气、连接管道和内部空气。气气高温换热器(202)将压缩机(201)压缩后的高温高压空气和冲压空气进行气气换热，通过膨胀涡轮(203)再次降温，通过连接管道到达换热器气相管路(205)，在气液低温换热器(204)将冷能传递到液相管路(401)。所述局部电网供电存储子系统为电路系统，其包含：发电机(301)、局部电网(302)、蓄电池组(303)以及电线电路。所述闭式空气压缩循环子系统中高压空气冲击膨胀涡轮(203)变为低压空气，做轴功产生机械能，带动发电机(301)，将机械能转换为电能，通过局部电网，将电能存储到机载蓄电池组(303)，存储的电能用来驱动泵电动机(403)做功。所述油浸式冷能存储供给子系统为液相循环系统，包含：气液低温换热器(204)中的液相管路(401)、泵(402)、泵电动机(40)、第一单向阀(404)、大功率热负载(405)、第二单向阀(406)、第一油浸式换热器(407)、蓄冷油箱(408)、第二油浸式换热器(409)、第三单向阀(410)、以及连接管道及管道内PAO油液。气液低温换热器(204)中冷能通过液相管路(401)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统，其特征在于包括：电动机(103)，用于将飞机电网(101)的电能转换为机械能，压缩机(201)，其在电动机(103)的带动下进行工作，气气高温换热器(202)，用于将压缩机压缩后的高温高压空气和冲压空气进行气气换热，膨胀涡轮(203)，来自气气高温换热器(202)的气体通过膨胀涡轮(203)再次降温，气液低温换热器(204)，来自膨胀涡轮(203)的气体通过连接管道到达气液低温换热器(204)的气相管路(205)，从而将冷能传递到气液低温换热器(204)的液相管路(401)中的油液，发电机(301)，其在膨胀涡轮(203)的带动下进行工作，蓄电池组(303)，用于存储发电机(301)产生的电能，泵电动机(403)，其在来自蓄电池组(303)的电力的驱动下进行工作，泵(402)，其在泵电动机(403)的驱动下工作，驱动油液，蓄冷油箱(408)，用于盛放作为热沉的液体，第一油浸式换热器(407)，用于使来自泵(402)的油液与蓄冷油箱(408)中的热沉进行热交换，第一油液管路，其从泵(402)经热负载(405)连到液相管路(401)，第二油液管路，其从泵(402)经第一油浸式换热器连到液相管路(401)，第二单向阀(406)，其被设置在第二油液管路上，第二油浸式换热器(409)，用于使来流过它的油液与蓄冷油箱(408)中的热沉进行热交换，第三单向阀(410)，其中，第二油浸式换热器(409)、第三单向阀(410)、热负载(405)通过一个附加油液管路而连接成一个油液回路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利用系统，其特征在于包括：电动机(103)，用于将飞机电网(101)的电能转换为机械能，压缩机(201)，其在电动机(103)的带动下进行工作，气气高温换热器(202)，用于将压缩机压缩后的高温高压空气和冲压空气进行气气换热，膨胀涡轮(203)，来自气气高温换热器(202)的气体通过膨胀涡轮(203)再次降温，气液低温换热器(204)，来自膨胀涡轮(203)的气体通过连接管道到达气液低温换热器(204)的气相管路(205)，从而将冷能传递到气液低温换热器(204)的液相管路(401)中的油液，发电机(301)，其在膨胀涡轮(203)的带动下进行工作，蓄电池组(303)，用于存储发电机(301)产生的电能，泵电动机(403)，其在来自蓄电池组(303)的电力的驱动下进行工作，泵(402)，其在泵电动机(403)的驱动下工作，驱动油液，蓄冷油箱(408)，用于盛放作为热沉的液体，第一油浸式换热器(407)，用于使来自泵(402)的油液与蓄冷油箱(408)中的热沉进行热交换，第一油液管路，其从泵(402)经热负载(405)连到液相管路(401)，第二油液管路，其从泵(402)经第一油浸式换热器连到液相管路(401)，第二单向阀(406)，其被设置在第二油液管路上，第二油浸式换热器(409)，用于使来流过它的油液与蓄冷油箱(408)中的热沉进行热交换，第三单向阀(410)，其中，第二油浸式换热器(409)、第三单向阀(410)、热负载(405)通过一个附加油液管路而连接成一个油液回路。2.根据权利要求1所述的富余发电能力利用系统，其特征在于：所述油液是聚α烯烃油液所述作为热沉的液体是燃油。3.根据权利要求1或2所述的富余发电能力利用系统，其特征在于：当飞机电网(101)的供电不满足机载基本电负载(102)的需求时，电动机(103)不工作，当飞机电网(101)的供电满足机载基本电负载(102)的需求时，电动机(103)在飞机电网的富余电力驱动下进行工作。4.根据权利要求3所述的富余发电能力利用系统，其特征在于：当第一油液管路提供的冷能能够满足热负载(405)的散热并且有富余冷能的情况下，通过控制第二单向阀(406)，使富余的冷能经第二油液管路和第一油浸式换热器被存储在蓄冷油箱(408)中的热沉中，当第一油液管路提供的冷能不能满足热负载(405)的散热的情况下，通过控制第三单向阀(410)，使大功率热负载通过附加油液管路中的油液和第二油浸式换热器(409)，与蓄冷油箱(408)中的热沉进行热交换。5.根据权利要求1或2所述的富余发电能力利用系统，其特征在于进一步包括：第一单向阀(404)，其被设置在第一油液管路上。6.一种基于闭式空气压缩循环的富余发电能力利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李运泽，李佳欣，熊凯，毛羽丰，蔡本元，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11