ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТСЕКА УКАЗАННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE AND METHOD FOR COOLING OF COMPARTMENT OF SPECIFIED VEHICLE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Эта патентная заявка испрашивает приоритет европейской патентной заявки №18209443.3, поданной 30 ноября 2018 г., все раскрытие которой включено сюда путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к транспортному средству и способу охлаждения отсека указанного транспортного средства.
В этом описании термин «транспортное средство» означает воздушное, военно-морское или железнодорожное транспортное средство и в более общем смысле любой движущийся объект с отсеком, внутри которого необходимо поддерживать определенный диапазон температуры в отношении изменяющихся уровней наружной температуры или тепла, генерируемого вследствие эксплуатации отсека.
В этом описании термин «отсек» означает среду, подлежащую охлаждению, которая содержит воздух, такую как кабина или пассажирский салон, или функциональный блок, такой как, например, зубчатый механизм.
Конкретнее, настоящее изобретение относится к воздушному транспортному средству и связанному способу охлаждения.
Воздушное транспортное средство представляет собой, в частности, самолет, конвертоплан или гиродин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Летательные аппараты содержат известным образом систему кондиционирования воздуха, которая выполнена с возможностью отвода или подвода тепла в пассажирский салон или кабину так, чтобы поддерживать желаемый уровень температуры внутри пассажирского салона или кабины в отношении температур окружающей среды снаружи летательного аппарата, изменяющихся, например, между -30°C и 50°C.
Этот отвод или подвод тепла происходит посредством подачи «холодного» воздуха или «горячего» воздуха соответственно внутрь кабины или пассажирского салона с соответственными температурами ниже или выше температур, существующих в кабине или пассажирском салоне.
По существу, согласно известному решению, система кондиционирования воздуха втягивает воздух снаружи и сжимает его, тем самым увеличивая температуру и производя горячий воздух, подлежащий отправке в кабину. Горячий воздух, подлежащий отправке в кабину, отбирается, например, из ступеней компрессора, обычно присутствующих в силовых установках летательного аппарата.
Известным образом система кондиционирования воздуха также производит холодный воздух, подлежащий отправке в кабину или пассажирский салон, посредством цикла, известного как «воздушный» цикл, поскольку это тот же самый воздух, который претерпевает термодинамические преобразования, необходимые для приведения его в желаемые состояния с низкой температурой и правильным давлением. С термодинамической точки зрения этот «воздушный» цикл эквивалентен обратному циклу Джоуля.
US 4,018,060, US 4,493,195 и US 2001/004837 описывают использование «воздушного» цикла для охлаждения воздуха в кабине летательного аппарата.
Альтернативно, система кондиционирования воздуха производит «холодный» воздух, подлежащий отправке в кабину, посредством парокомпрессионного холодильного цикла, также известного как «паровой цикл», в котором хладагент, отличный от воздуха, претерпевает термодинамические преобразования. В частности, хладагент, например, R134a, претерпевает фазовый переход из жидкости в пар во время парокомпрессионного цикла и должен в связи с этим иметь способность испаряться при низких температурах около нескольких десятков градусов ниже 0°C и при давлениях выше атмосферного давления и конденсироваться при температурах около 50-115°C при давлениях, которые не слишком высоки.
В случаях, когда используется парокомпрессионный цикл, система кондиционирования воздуха содержит:
- первый замкнутый контур, по которому проходит хладагент и по которому выполняется парокомпрессионный цикл; и
- второй контур, соединенный по текучей среде с кабиной и по которому воздух рециркулируется из кабины и в нее.
Более подробно, первый контур содержит последовательно:
- компрессор, который сжимает хладагент в паровой фазе;
- конденсатор, который вызывает переход хладагента из паровой фазы в жидкую фазу;
- терморасширительный клапан, который вызывает переход хладагента в двухфазное состояние, образованное парожидкостной смесью; и
- испаритель, который вызывает переход хладагента из двухфазного состояния в паровую фазу.
В частности, хладагент поглощает тепло снаружи, внутри испарителя, и выделяет тепло наружу, внутри конденсатора.
Второй контур содержит вход и выход, соединенные по текучей среде с кабиной, и вентилятор для создания циркуляции воздуха от входа к выходу.
Испаритель размещен вдоль второго контура в положении между входом и выходом.
Таким образом, испаритель отводит тепло от горячего воздуха, поступающего из входа второго контура. Следовательно, охлажденный воздух достигает выхода второго контура и кабины летательного аппарата.
Эффективность парокомпрессионного цикла, также известная как холодильный коэффициент, тем выше, чем больше тепла выделяется конденсатором, и тем ниже, чем больше тепла поглощается испарителем.
Тепло, поглощаемое испарителем, определяется необходимостью охлаждения воздуха, подлежащего отправке в кабину, и в связи с этим представляет собой проектное ограничение.
В связи с этим эффективность парокомпрессионного цикла в общем повышается путем увеличения теплообменной поверхности и, следовательно, размера и веса конденсатора.
Однако эти увеличения веса делают эти технологии улучшения не совсем приспособленными для движущихся транспортных средств и даже менее подходящими для воздушных транспортных средств, для которых любое увеличение веса приводит к снижению полезной нагрузки.
В отрасли осознают необходимость повышения эффективности парокомпрессионного цикла без увеличения общей поверхности конденсатора так, чтобы не увеличивать объем и вес системы кондиционирования воздуха.
Важно отметить, что сертификационные требования конвертопланов требуют, чтобы заранее определенные уровни температуры поддерживались в кабине в отношении изменяющихся наружных температур в диапазоне между -55°C и +55°C снаружи конвертоплана.
В отрасли осознают необходимость гарантировать, что эти заранее определенные уровни температуры поддерживаются, путем оптимизации веса, объема и потребления системы охлаждения.
В отрасли также осознают необходимость оптимизации функционирования системы охлаждения летательного аппарата согласно температуре снаружи летательного аппарата, которая сильно зависит от широты и рабочей высоты летательного аппарата.
US 4,895,004 описывает систему кондиционирования воздуха для бытовых применений, использующую парокомпрессионный цикл. В частности, US 4,895,004 описывает использование первого оребренного конденсатора для воздушного охлаждения хладагента и второго трубчатого конденсатора для водяного охлаждения хладагента.
US 5,419,147 описывает систему кондиционирования воздуха для бытовых применений, использующую парокомпрессионный цикл. В частности, предлагается снижение температуры конденсации в конденсаторе путем нанесения некоторого количества воды непосредственно на конденсатор так, чтобы насыщать и охлаждать воздух, обтекающий конденсатор.
US 6,463,751 описывает систему кондиционирования воздуха для бытовых применений, использующую парокомпрессионный цикл. В частности, US 6,463,751 предлагает улучшение эффективности системы кондиционирования воздуха путем конденсации водного конденсата, произведенного испарителем, непосредственно на конденсаторе. В частности, водный конденсат подается в конденсатор через верхнюю панель, которая покрывает конденсатор и оборудована проходом для воздуха и группой сливных отверстий, позволяющих водному конденсату, произведенному испарителем, стекать вниз. Это решение не гарантирует непрерывности подачи водного конденсата из испарителя в конденсатор, так как количество доступного водного конденсата ограничено.
Решения, показанные в US 5,419,147 и US 6,463,751, основаны на подаче воды непосредственно на конденсатор. Это ограничивает снижение температуры внешней поверхности конденсатора и, следовательно, увеличение эффективности системы кондиционирования воздуха.
Конвертопланы и в более общем смысле движущиеся транспортные средства дополнительно содержат функциональные блоки, например, зубчатые механизмы, которые генерируют тепло во время эксплуатации и нуждаются в охлаждении.
Согласно известному решению, эти функциональные блоки охлаждаются посредством системы охлаждения на основе текучей среды, в частности, системы охлаждения на основе масла.
Это предпочтительно происходит, если нецелесообразно создавать циркуляцию воздуха через отсек.
Эта система охлаждения в своей основе содержит:
- теплообменник, выполненный с возможностью охлаждения горячей текучей среды;
- первую линию подачи текучей среды, которая продолжается между отсеком и теплообменником и выполнена с возможностью транспортировки горячей текучей среды из отсека в теплообменник; и
- вторую линию возврата текучей среды, которая продолжается между теплообменником и отсеком и выполнена с возможностью транспортировки охлажденной текучей среды из теплообменника в отсек.
В случае системы охлаждения на основе текучей среды в отрасли также осознают необходимость увеличения наиболее простым возможным образом количества тепла, передаваемого в теплообменник, для того, чтобы увеличивать по мере возможности количество тепла, отводимого от смазывающей текучей среды внутри теплообменника, и в связи с этим температуру текучей среды в линии возврата и способность текучей среды отводить тепло от отсека.
Наконец, в отрасли осознают необходимость дополнительного увеличения эффективности систем охлаждения, описанных в вышеупомянутых известных решениях, при минимально возможном вмешательстве в летательный аппарат, т.е. посредством решения, которое легко может быть установлено в летательном аппарате.
WO-A-2012/022758 раскрывает систему кондиционирования воздуха для летательного аппарата. Система кондиционирования воздуха содержит коллектор сжатого воздуха для транспортировки подаваемого извне воздуха под давлением, предпочтительно отбираемого воздуха. Более того, предусмотрен контур охлаждения для транспортировки предпочтительно жидкого хладагента, который продолжается через напорный воздуховод. Система также содержит первый теплообменник для теплопередачи между коллектором сжатого воздуха и контуром охлаждения, турбину сжатого воздуха, которая расположена в коллекторе сжатого воздуха, и компрессор контура охлаждения, который расположен в контуре охлаждения и механически связан с турбиной сжатого воздуха.
US-A-2017/152050 раскрывает систему кондиционирования воздуха летательного аппарата с линией подачи наружного воздуха, выполненной с возможностью протекания по ней наружного воздуха; устройством охлаждения наружного воздуха, которое соединено с линией подачи наружного воздуха и выполнено с возможностью охлаждения наружного воздуха, протекающего по линии подачи наружного воздуха; линией выпуска наружного воздуха, которая соединена с устройством охлаждения наружного воздуха и выполнена с возможностью соединения с кабиной летательного аппарата для того, чтобы проводить наружный воздух, охлажденный устройством охлаждения наружного воздуха, в кабину летательного аппарата; линией подачи технологического воздуха, выполненной с возможностью протекания по ней сжатого технологического воздуха; устройством охлаждения технологического воздуха, которое соединено с линией подачи технологического воздуха и выполнено с возможностью охлаждения сжатого технологического воздуха, протекающего по линии подачи технологического воздуха; линией выпуска технологического воздуха, которая соединена с устройством охлаждения технологического воздуха и выполнена с возможностью соединения с кабиной летательного аппарата для того, чтобы проводить технологический воздух, охлажденный устройством охлаждения технологического воздуха, в кабину летательного аппарата; и холодильным устройством, которое содержит контур хладагента, выполненный с возможностью протекания по нему хладагента и термически связанный с устройством охлаждения наружного воздуха и с устройством охлаждения технологического воздуха для того, чтобы передавать тепловую энергию от устройства охлаждения наружного воздуха и устройства охлаждения технологического воздуха хладагенту, циркулирующему в контуре хладагента. Обводная линия, отходящая от линии выпуска технологического воздуха, выполнена с возможностью выпуска охлажденного технологического воздуха, протекающего по линии выпуска технологического воздуха, в среду летательного аппарата по меньшей мере в определенных рабочих фазах системы кондиционирования воздуха летательного аппарата.
EP-A-1279594 раскрывает систему охлаждения с воздушным циклом для охлаждения первой тепловой нагрузки и второй тепловой нагрузки, которая содержит компрессор для повышения давления воздуха в системе и расширительное устройство, позволяющее сжатому воздуху расширяться и охлаждаться, для использования в охлаждении первой и второй тепловых нагрузок, и в которой по меньшей мере часть воздуха, использованного для охлаждения первой тепловой нагрузки, рециркулируется в компрессор и по меньшей мере часть воздуха, использованного для охлаждения второй тепловой нагрузки, используется в качестве хладагента в первичном теплообменнике для охлаждения воздуха от первой тепловой нагрузки до того, как воздух от первой тепловой нагрузки расширится в расширительном устройстве.
WO-A-2016/170141 раскрывает систему кондиционирования воздуха летательного аппарата с линией наружного воздуха, которая выполнена с возможностью протекания по ней наружного воздуха и которая соединена со смесителем системы кондиционирования воздуха летательного аппарата для того, чтобы подавать наружный воздух в смеситель; по меньшей мере одним компрессором наружного воздуха, расположенным в линии наружного воздуха, для сжатия наружного воздуха, протекающего по линии наружного воздуха; холодильной машиной, которая содержит контур хладагента, выполненный с возможностью протекания по нему хладагента, а также компрессор хладагента, расположенный в контуре хладагента, при этом контур хладагента термически связан с линией наружного воздуха для того, чтобы передавать тепло от наружного воздуха, протекающего по линии наружного воздуха, хладагенту, циркулирующему в контуре хладагента, до подачи наружного воздуха в смеситель; и по меньшей мере одним электрическим двигателем для приведения в действие по меньшей мере одного компрессора наружного воздуха и/или компрессора хладагента.
US-A-4015438 раскрывает систему кондиционирования воздуха с воздушным циклом для транспортных средств, в которой воздух с по существу давлением наружного воздуха охлаждается в теплообменнике и подводится в камеру для охлаждения. Воздух выводится из камеры, и часть воздуха расширяется через турбину для дополнительного охлаждения и проходит через теплообменник для отвода тепла от него. Воздух затем сжимается до по существу давления наружного воздуха и удаляется. Дополнительное охлаждение расширенного воздуха из турбины может быть получено путем испарения текучей среды в нем. Текучая среда может представлять собой воду, сконденсированную в теплообменнике и выведенную из него.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является производство воздушного, наземного или морского транспортного средства, которое удовлетворяет по меньшей мере одну из вышеупомянутых потребностей простым и недорогим образом.
Вышеуказанная задача решается с помощью настоящего изобретения в части, касающейся воздушного, наземного или морского транспортного средства согласно пункту 1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение также относится к способу охлаждения отсека воздушного, наземного или морского транспортного средства согласно пункту 7 формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения один предпочтительный вариант выполнения описан ниже в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
- Фигура 1 показывает вид спереди транспортного средства, в частности, конвертоплана, произведенного согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения и содержащего систему охлаждения;
- Фигура 2 представляет собой функциональную схему первых деталей системы кондиционирования воздуха на Фигуре 1 с некоторыми частями, не показанными для ясности;
- Фигура 3 представляет собой функциональную схему вторых деталей системы кондиционирования воздуха на Фигурах 1 и 2 с некоторыми частями, не показанными для ясности; и
- Фигуры 4 и 5 показывают соответственные варианты выполнения некоторых деталей системы на Фигурах 2 и 3.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой на Фигуру 1, ссылочная позиция 1 обозначает транспортное средство.
В этом описании термин «транспортное средство» означает любое самоходное транспортное средство, в частности, наземное, воздушное или морское транспортное средство.
Предпочтительно, транспортное средство 1 представляет собой герметичный летательный аппарат, в показанном случае конвертоплан.
Конвертоплан 1 в своей основе содержит:
- фюзеляж 2 с продольной осью протяженности A;
- пару полукрыльев 3, продолжающихся консольным образом из соответственных взаимно противоположных сторон фюзеляжа 2 и поперечно оси А; и
- пару гондол 4, вмещающих связанные винты 5.
Конвертоплан 1 дополнительно содержит отсек 6, образующий кабину для экипажа и/или пассажирский салон для пассажиров.
Конвертоплан 1 дополнительно содержит систему 10 кондиционирования воздуха (показана только схематически), которая выполнена с возможностью регулирования температуры внутри отсека 6, т.е. поддержания указанной температуры в пределах заданного диапазона.
Конкретнее, система 10 содержит:
- блок 11 подачи «горячего» воздуха, т.е. подающий воздух с температурой выше, чем температура внутри отсека 6;
- блок 12 подачи «холодного» воздуха, т.е. подающий воздух с температурой ниже, чем температура внутри отсека 6; и
- блок 13 управления (показан только схематически), запрограммированный с возможностью управления блоками 11 и 12 согласно термическим факторам снаружи конвертоплана 1 и желаемому диапазону температуры, который желательно достигать внутри отсека 6.
Более подробно, блок 11 показан только в виде канала 15, подающего горячий воздух в отсек 6.
В некоторых вариантах выполнения блок 12 может иметь некоторые элементы, общие с блоком 11 или термически связанные с ним.
Без потери общности блок 12 описан ниже без ссылки на какую-либо механическую или термическую связь с блоком 11.
Блок 12 содержит (Фигура 2):
- замкнутый контур 20, по которому проходит хладагент; и
- контур 50 циркуляции воздуха, соединенный по текучей среде с отсеком 6.
Более подробно, хладагент выполняет термодинамический цикл, известный как парокомпрессионный цикл, внутри контура 20.
Во время этого цикла хладагент претерпевает фазовый переход из жидкости L в пар V и наоборот.
В показанном случае хладагент представляет собой одну из текучих сред, обычно известных как фреон, например, R134a, R1234YE или R1234YF, или диоксид углерода.
Контур 20 содержит последовательно:
- компрессор 21, который приводится в действие электрическим двигателем и сжимает хладагент в паровой фазе V;
- конденсатор 22, который вызывает переход хладагента из паровой фазы V в жидкую фазу L;
- терморасширительный клапан 23, который вызывает переход хладагента в двухфазное состояние, образованное смесью L+V жидкости L и пара V; и
- испаритель 24, который вызывает переход хладагента из двухфазного состояния L+V в паровую фазу V.
В частности, хладагент поглощает тепло снаружи, внутри испарителя 24, и выделяет тепло наружу, внутри конденсатора 22.
Контур 50, в свою очередь, содержит:
- вход 51, соединенный по текучей среде с отсеком 6;
- выход 52, соединенный по текучей среде с отсеком 6; и
- вентилятор 53 для создания циркуляции воздуха от входа 51 к выходу 52.
Контур 50 термически связан с испарителем 24 в положении между входом 51 и выходом 52.
Конкретнее, воздух, протекающий в контуре 50, выделяет тепло в испаритель 24.
В связи с этим воздух, протекающий в контуре 50, охлаждается, имея температуру на выходе 52 ниже, чем температура на входе 51.
Блок 12 содержит (Фигура 2):
- контур 60, который может снабжаться потоком воздуха и термически связан с конденсатором 22; и
- подающее средство 61 для подачи воды внутрь второго потока в положении перед конденсатором 22 и расположенное на расстоянии от указанного конденсатора 22, продолжаясь в направлении подачи второго потока вдоль контура 60, так, чтобы вызывать испарение воды и охлаждать воздух внутри потока, протекающего в контуре 60, в конденсаторе 22.
Конкретнее, вода, подаваемая в контур 60, испаряется, отводя тепло от воздуха, протекающего в контуре 60 перед конденсатором 22. Поток воздуха таким образом охлаждается и увлажняется. Понижение температуры потока воздуха, который обтекает конденсатор 22, понижает температуру и давление конденсации хладагента. Это позволяет увеличивать количество тепла, поглощаемого конденсатором 22, и, следовательно, эффективность парокомпрессионного цикла.
Эта эффективность дополнительно увеличивается, поскольку капли воды, которые остаются в жидкой фазе в потоке воздуха, обтекают конденсатор, тем самым увеличивая коэффициент теплообмена между потоком воздуха и конденсатором 22.
Фактически высокая скорость воздуха вызывает непрерывную регенерацию пленки текучей среды на поверхности конденсатора 22, предотвращая достижение пленкой термического равновесия с указанной поверхностью и вызывая дополнительное увеличение количества тепла, поглощаемого конденсатором 22.
Блок 12 также содержит вентилятор 62, размещенный вдоль контура 60 и выполненный с возможностью создания непрерывной циркуляции воздуха внутри контура 60.
Со ссылкой на Фигуру 3, блок 12 дополнительно содержит контур 70, предусмотренный для подачи смеси в подающее средство 61.
Более подробно, контур 70 содержит резервуар 71, расположенный на борту конвертоплана 1 и соединенный по текучей среде с подающим средством 61.
Контур 70 также выполнен с возможностью соединения по текучей среде с резервуаром 72 снаружи конвертоплана 1, расположенным на земле. Очевидно, что контур 70 соединяется по текучей среде с резервуаром 72 только тогда, когда конвертоплан 1 находится на земле.
Предпочтительно, контур 70 соединен по текучей среде с заборным барабаном 73 (Фигура 5) для водного конденсата, генерируемого испарителем 24.
В предпочтительном варианте выполнения количество воды, предоставляемое заборным барабаном 73 для контура 70, недостаточно для осуществления непрерывного понижения температуры конденсатора 22 с течением времени. В связи с этим контур 70 одновременно соединен с одним или обоими резервуарами 71 и 72 и с заборным барабаном 73.
Со ссылкой на Фигуру 3, подающее средство 61 содержит группу инжекторов 75, снабжаемых контуром 70 и обращенных в контур 60 перед указанным конденсатором 22 согласно указанному направлению подачи так, чтобы выпускать струи воды в поток воздуха, протекающий в контуре 60.
Альтернативно (Фигура 4), подающее средство 61 содержать группу разбрызгивателей 76, снабжаемых контуром 70 и обращенных в контур 60 перед указанным конденсатором 22 согласно указанному направлению подачи так, чтобы выпускать брызги воды в поток воздуха, протекающий в контуре 60.
Альтернативно, подающее средство 61 содержит группу самотечных капельниц 77, снабжаемых контуром 70 и обращенных в контур 60 перед указанным конденсатором 22 согласно вышеупомянутому направлению подачи так, чтобы выпускать соответственные последовательности капель в поток воздуха, протекающий в контуре 60.
Контур 60 дополнительно содержит мембрану 78, расположенную перед конденсатором 22 и обтекаемую потоком воздуха и на которую разбрызгиватели 76 или капельницы 77 соответственно выпускают брызги воды или выпускают соответственные последовательности капель воды (Фигура 4).
Мембрана 78 увлажняется водой, впрыскиваемой в контур 70, таким образом гарантируя, что вода может испаряться внутри контура 70 перед конденсатором 22.
Контур 70 дополнительно содержит насос 74, выполненный с возможностью подачи воды в подающее средство 61 (Фигура 5).
Блок 13 управления запрограммирован с возможностью выборочной:
- активации подающего средства 61, когда температура окружающей среды снаружи конвертоплана 1 превышает заданное пороговое значение; или
- деактивации подающего средства 61, когда температура окружающей среды снаружи конвертоплана 1 ниже заданного порогового значения.
Внешняя температура окружающей среды обычно зависит от широты и высоты конвертоплана 1.
При использовании система 10 регулирует температуру внутри отсека 6 путем подачи «горячего» воздуха или «холодного» воздуха согласно условиям окружающей среды снаружи конвертоплана.
Конкретнее, термины «горячий» воздух и «холодный» воздух соответственно означают воздух с температурой выше или ниже температуры отсека 6.
Функционирование системы 10 описано ниже только в отношении работы блока 12 подачи, подающего «холодный воздух» внутрь отсека 6.
Более подробно, вентилятор 53 контура 50 создает непрерывную циркуляцию воздуха от входа 51 к выходу 52, проходящего через испаритель 24 контура 20 и отсек 6 конвертоплана.
Хладагент следует парокомпрессионному циклу внутри контура 20, во время которого он претерпевает следующие термодинамические преобразования:
- сжатие в паровой фазе V внутри компрессора 21;
- переход из паровой фазы V в жидкую фазу L внутри конденсатора 22;
- термическое расширение, например, для перехода в двухфазное состояние L+V, в котором он представляет собой смесь жидкости L и пара V; и
- испарение, претерпевая переход из двухфазного состояния L+V в паровую фазу V.
Более подробно, хладагент выделяет тепло в конденсатор 22 и поглощает тепло из воздуха, циркулирующего в контуре 50 в испарителе 24.
Это поглощение тепла вызывает охлаждение воздуха, циркулирующего в контуре 50, и последующую подачу «холодного» воздуха на выход 52 и в отсек 6.
Контур 20 вызывает циркуляцию воздуха через конденсатор 22.
Когда наружная температура превышает пороговое значение, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте ниже порогового значения или неподвижен на земле в пустынной области, блок 13 управления активирует подающее средство 61.
В результате подающее средство 61 подает воду внутрь потока воздуха, протекающего в контуре 60 перед конденсатором 22 и в положении на расстоянии от конденсатора 22.
Это вызывает по меньшей мере частичное испарение воды, подводимой подающим средством 61, с отводом тепла от потока воздуха, протекающего в контуре 60, и последующим охлаждением и увлажнением указанного потока воздуха.
Понижение температуры потока воздуха, который обтекает конденсатор 22, позволяет увеличивать количество тепла, поглощаемого конденсатором 22, и, следовательно, эффективность парокомпрессионного цикла.
Капли воды, которые остаются в жидкой фазе в потоке воздуха, обтекают конденсатор 22, увеличивая коэффициент теплообмена между конденсатором 22 и потоком воздуха. Таким образом, количество тепла, поглощаемого конденсатором 22, дополнительно увеличивается, тем самым вызывая дополнительное увеличение эффективности парокомпрессионного цикла.
Контур 60 снабжает подающее средство 61 водой посредством резервуара 70 на борту конвертоплана 1, когда последний находится в полете, или посредством резервуара 71, расположенного на земле, когда конвертоплан 1 находится на земле. Также возможно снабжать подающее средство 61 посредством как резервуара 71, так и резервуара 70, когда конвертоплан 1 находится на земле.
Контур 60 также снабжает подающее средство 61 водным конденсатом, собранным из испарителя 24 контура 20. Важно подчеркнуть, что снабжение подающего средства 61 водным конденсатом, собранным из испарителя 24, дополняет и не заменяет снабжение водой, содержащейся в резервуарах 70 и/или 71.
С особой ссылкой на Фигуру 3, инжекторы 75 подающего средства 61 выпускают струи воды внутрь потока воздуха, протекающего в контуре 60.
Альтернативно (Фигура 4), разбрызгиватели 76 подающего средства 61 выпускают брызги воды на мембрану 78, через которую проходит поток воздуха, протекающий в контуре 60.
Альтернативно (Фигура 4), капельницы 77 подающего средства 61 источают соответственные последовательности капель под действием силы тяжести на мембрану 78, через которую проходит поток воздуха, протекающий в контуре 60.
Когда наружная температура ниже порогового значения, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте выше определенного порогового значения, блок 13 управления деактивирует подающее средство 61.
Из изучения характеристик летательного аппарата 1 и способа охлаждения летательного аппарата 1, произведенного согласно настоящему изобретению, очевидны преимущества, которые могут быть достигнуты с его помощью.
В частности, конвертоплан 1 содержит:
- контур 60, который может снабжаться потоком воздуха и термически связан с указанным конденсатором 22; и
- подающее средство 61 для подачи воды внутрь указанного потока в положении перед конденсатором 22 и расположенное на расстоянии от конденсатора 22, продолжаясь в направлении подачи потока вдоль контура 60.
Таким образом, вода испаряется, отводя некоторое количество тепла, по существу соответствующее скрытой теплоте парообразования, и поток воздуха, протекающий в контуре 60, охлаждается. Это понижение температуры снижает температуру и давление конденсации конденсатора 22.
Увеличение разности температур между хладагентом внутри конденсатора 22 и потоком воздуха увеличивает тепло, выделяемое хладагентом внутри конденсатора 22, и, следовательно, увеличивает эффективность парокомпрессионного цикла в случае системы 10 (Фигура 2).
За счет того, что вода подается перед конденсатором 22 внутрь потока воздуха, а не напрямую на конденсатор 22, как описано в US 5,149,147 и US 6,643,751, возможно достигать вышеупомянутого увеличения энергоэффективности без увеличения веса и объема конденсатора 22, установленного на транспортном средстве, таком как конвертоплан 1.
Фактически по очевидным причинам экономии веса и пространства теплообменная поверхность конденсатора 22, установленного на конвертоплане 1, обычно намного меньше, чем теплообменная поверхность конденсаторов, используемых в бытовых кондиционерах воздуха, проиллюстрированных в US 5,149,147 и US 6,643,751. Эта меньшая поверхность будет снижать количество тепла, поглощаемого в конденсаторе 22, и должна быть компенсирована высокой скоростью потока воздуха в контуре 60 для того, чтобы увеличивать коэффициент теплообмена между потоком воздуха и конденсатором 22.
Согласно замыслам US 5,149,147 и US6,643,751, эта высокая скорость будет отводить капли воды, осажденные непосредственно конденсатором, до того, как они смогут испариться.
Другими словами, подача воды внутрь контура 60 и перед конденсатором 22 позволяет снижать температуру конденсации хладагента в конденсаторе 22 и в связи с этим увеличивать энергоэффективность цикла, которому следует указанный хладагент, снижая объем и вес конденсатора 22.
Это приводит к очевидным преимуществам в любом применении движущегося транспортного средства и тем более для конвертоплана 1. Фактически для летательного аппарата любое снижение веса эквивалентно увеличению полезной нагрузки и/или снижению потребления топлива.
С особой ссылкой на летательные аппараты и конвертоплан 1, это увеличение эффективности также позволяет поддерживать желаемый уровень температуры в отсеке, даже когда наружная температура особенно высока, в случае температурных пиков и предельных режимов полета.
Таким образом, можно гарантировать, что конвертоплан 1 превосходит сертификационные требования во всем диапазоне температур окружающей среды, требуемые нормативами.
Резервуар 70, расположенный на борту конвертоплана 1, позволяет снабжать подающее средство 61 водой, когда конвертоплан 1 находится в полете. С другой стороны, резервуар 71 позволяет снабжать подающее средство 61 водой, когда конвертоплан 1 находится на земле, а наружная температура особенно высока. Водный конденсат, собранный из испарителя 24, образует дополнительный источник снабжения для подающего средства 61.
Блок 13 управления активирует подающее средство 61, когда температура снаружи конвертоплана 1 ниже порогового значения, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте выше определенного порогового значения.
С другой стороны, блок 13 управления деактивирует подающее средство 61, когда наружная температура превышает пороговое значение, например, поскольку конвертоплан 1 находится на высоте ниже определенного порогового значения.
Таким образом, возможно выполнять конденсатор 22 с маленькой поверхностью, все же достаточной для гарантирования охлаждения воздуха, подлежащего транспортировке в отсек 6, когда наружная температура ниже порогового значения, и выборочно активировать подающее средство 61, когда температура окружающей среды снаружи конвертоплана 1 ниже порогового значения.
Капли воды, которые остаются в жидкой фазе в потоке воздуха, обтекают конденсатор 22. Это вызывает дополнительное увеличение коэффициента теплообмена между конденсатором 22 и потоком воздуха, дополнительное увеличение количества тепла, поглощаемого конденсатором 22, и дополнительное увеличение эффективности парокомпрессионного цикла.
Фактически высокая скорость воздуха вызывает непрерывную регенерацию пленки текучей среды на поверхности конденсатора 22, предотвращая достижение пленкой термического равновесия с указанной поверхностью и вызывая дополнительное увеличение количества тепла, поглощаемого конденсатором 22.
Мембрана 78 за счет увлажнения дополнительно улучшает теплообмен между потоком воздуха контура 60 и конденсатором 22.
В заключение, контур 60 и подающее средство 61 могут быть легко установлены на конвертоплане 1 без необходимости существенного изменения конструкции системы 10.
Наконец, ясно, что могут быть выполнены модификации и вариации в отношении заявленного летательного аппарата 1 и способа охлаждения летательного аппарата 1 без отклонения от объема настоящего изобретения.
Летательный аппарат также может представлять собой самолет или гиродин.