一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置

1.本发明涉及热力循环利用技术领域，具体为一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置。


背景技术：

2.现有环控多采用单独冷却涡轮冷却，或单独采用冲压涡轮提取功率产生轴功带动发电机或其他机械。也偶见将冷却涡轮和发电机简单组合，但根据分析，简单组合无法满足宽工况范围和大功率实现。因此仅依靠高速自由来流在大幅变化工况下都要实现不依赖于其他外界能量输入的冷却和发电，现有独立的环控冷却装置和涡轮发电装置的简单组合不能满足，因此提出一种可变逆布雷顿循环的热力机械来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于让环控冷却装置和涡轮发电装置在大幅变化的工况下能够同时保证较高效率的制冷量和发电功率，为此，提出一种基于逆布雷顿可变循环冲压冷电联产装置，采用可调节的气路分配装置实现热力循环的改变。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，包括冷却涡轮、压气机、发电机、传动轴、多组换热器以及气路调节装置，所述冷却涡轮和压气机分别安装在换热器涵道的入口和出口，且所述冷却涡轮与所述压气机之间通过设有的传动轴相互连接，且所述传动轴与位于涵道下端设有的发电机相连，涵道内设有多组换热器，多组所述换热器相互之间串联或者并联组合，涵道内安装设有多组气路调节装置，气流经过所述冷却涡轮减压降温，并提取高速自由来流中的动能变为轴功，通过所述传动轴驱动发电机发电，并驱动下游的所述压气机，减压降温后的气流流过多组所述换热器换热后升温，所述换热器实现冷却功能，升温后的气流通过所述压气机增压排入环境。
5.优选的，所述换热器包括第一换热器以及第二换热器，通过所述第一换热器和第二换热器分别放置在内涵道和外涵道，实现串并联组合。
6.优选的，所述第一换热器和所述第二换热器相互之间串联组合，其中一组所述第一换热器同时经过内外涵道，另一组所述第二换热器放置在内涵道。
7.优选的，所述第一换热器和所述第二换热器相互之间并联组合，其中一组所述第一换热器放置在外涵道，另一组所述第二换热器放置在内涵道。
8.优选的，所述气路调节装置包括第一气路调节装置和第二气路调节装置，并控制经过所述第一换热器和第二换热器进行换热的气流占比，以满足工况大范围变化时维持较高效率的制冷量和发电功率。
9.优选的，所述第一气路调节装置和所述第二气路调节装置在不同工况下通过设有的作功机构调节气流的方向。
10.优选的，串联组合时，在所述第一换热器后设有第一气路调节装置，并联组合时，
在所述第一换热器和第二换热器的涵道进口处设有所述第一气路调节装置。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明中将换热器所在涵道分为内外涵道，将多组换热器分置在主流路或内涵或外涵，实现串并联组合，通过气路调节装置调节分配气流的流经内外涵流量，实现热力循环的改变，达到在广泛工作范围内系统都能满足所需的制冷量和发电量要求。气路调节装置工作的依据是，在低空工况下，空气温度高，流阻小，制冷效率低发电效率高，通过气路调节装置使大部分空气经过换热器更多的内涵道，提高制冷效率；在高空工况下，空气温度低，流阻大，制冷效率高发电效率低，通过气路调节装置使大部分空气经过换热器更少的外涵道，减小流阻，提高发电效率。在不同工况下，装置能在保证制冷量与发电功率的前提下，保持较高的运行效率。
附图说明
12.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
13.在附图中：
14.图1是本发明的串联组合结构的示意图；
15.图2是本发明的并联组合结构的示意图；
16.图中标号：1、冷却涡轮；2、第一换热器；3、第一气路调节装置；4、第二换热器；5、第二气路调节装置；6、压气机；7、发电机；8、传动轴。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
18.实施例：一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，包括冷却涡轮1、压气机6、发电机7、传动轴8、多组换热器以及气路调节装置，所述冷却涡轮1和压气机6分别安装在换热器涵道的入口和出口，且所述冷却涡轮1与所述压气机6之间通过设有的传动轴8相互连接，且所述传动轴8与位于涵道下端设有的发电机7相连，涵道内设有多组换热器，多组所述换热器相互之间串联或者并联组合，所述换热器包括第一换热器2以及第二换热器4，通过所述第一换热器2和第二换热器4分别放置在内涵道和外涵道，实现串并联组合，涵道内安装设有多组气路调节装置，所述气路调节装置包括第一气路调节装置3和第二气路调节装置5，并控制经过所述第一换热器2和第二换热器4进行换热的气流占比，以满足工况大范围变化时维持较高效率的制冷量和发电功率，所述第一气路调节装置3和所述第二气路调节装置5在不同工况下通过设有的作功机构调节气流的方向，所述第一换热器2和所述第二换热器4相互之间串联组合时，其中一组所述第一换热器2同时经过内外涵道，在所述第一换热器2后设有第一气路调节装置3，另一组所述第二换热器4放置在内涵道；所述第一换热器2和所述第二换热器4相互之间并联组合时，其中一组所述第一换热器2放置在外涵道，另一组所述第二换热器4放置在内涵道，在所述第一换热器2和第二换热器4的涵道进口处设有所述第一气路调节装置3，气流经过所述冷却涡轮1减压降温，并提取高速自由来流中的动能变为轴功，通过所述传动轴8驱动发电机7发电，并驱动下游的所述压气机6，减压降温后的气流流过多组所述换热器换热后升温，所述换热器实现冷却功能，升温后的气流通
过所述压气机6增压排入环境。
19.工作原理为：气流经冷却涡轮1减压降温并提取高速自由来流中的动能变为轴功，通过传动轴8驱动发电机7发电并驱动下游的压气机6，减压降温后的气流流过多组换热器换热后升温，换热器实现冷却功能，升温后的气流通过压气机6增压排入环境。可将换热器分为多组，分置在主流路或内涵或外涵，实现串或并联组合，如图1和图2所示，其中图1为串联组合，图2为并联组合，通过气路调节装置调节分配气流的流经内外涵流量，实现热力循环的改变，达到在广泛工作范围内系统都能满足所需的制冷量和发电量要求。
20.具体地说：
21.(1)对于串联组合如图1所示：在高空(如≥10km)工况时，此时大气温度低，产生一定制冷量所需的冷空气流量少，第一气路调节装置3置于图1所示ii位置处，仅有第一换热器2参与工作，对面地面工况，此时大气温度高，制冷效率低，第一气路调节装置3置于图1所示i位置处，此时外涵道关闭，气流在内涵道内流经第一换热器2和第二换热器4，保证较高效率的换热量，在其他工况时，通过第一气路调节装置3和第二气路调节装置5的相互配合工作来调节制冷量与发电量以满足所需。
22.(2)对于并联组合：在高空(如≥10km)工况时，此时大气温度低，产生一定制冷量所需的冷空气流量少，第一气路调节装置3置于图2所示ii位置处，仅有第一换热器2参与工作，对面地面工况，此时大气温度高，制冷量效率低，第一气路调节装置3置于图2所示i位置处，此时第一换热器2与第二换热器4都参与工作，保证较高效率的换热量，在其他工况时，通过第一气路调节装置3和第二气路调节装置5的相互配合工作来调节制冷量与发电量以满足所需。
23.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：包括冷却涡轮、压气机、发电机、传动轴、多组换热器以及气路调节装置，所述冷却涡轮和压气机分别安装在换热器涵道的入口和出口，且所述冷却涡轮与所述压气机之间通过设有的传动轴相互连接，且所述传动轴与位于涵道下端设有的发电机相连，涵道内设有多组换热器，多组所述换热器相互之间串联或者并联组合，涵道内安装设有多组气路调节装置，气流经过所述冷却涡轮减压降温，并提取高速自由来流中的动能变为轴功，通过所述传动轴驱动发电机发电，并驱动下游的所述压气机，减压降温后的气流流过多组所述换热器换热后升温，所述换热器实现冷却功能，升温后的气流通过所述压气机增压排入环境。2.根据权利要求1所述的一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：所述换热器包括第一换热器以及第二换热器，通过所述第一换热器和第二换热器分别放置在内涵道和外涵道，实现串并联组合。3.根据权利要求2所述的一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：所述第一换热器和所述第二换热器相互之间串联组合，其中一组所述第一换热器同时经过内外涵道，另一组所述第二换热器放置在内涵道。4.根据权利要求2所述的一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：所述第一换热器和所述第二换热器相互之间并联组合，其中一组所述第一换热器放置在外涵道，另一组所述第二换热器放置在内涵道。5.根据权利要求2所述的一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：所述气路调节装置包括第一气路调节装置和第二气路调节装置，并控制经过所述第一换热器和第二换热器进行换热的气流占比，以满足工况大范围变化时维持较高效率的制冷量和发电功率。6.根据权利要求5所述的一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：所述第一气路调节装置和所述第二气路调节装置在不同工况下通过设有的作功机构调节气流的方向。7.根据权利要求6所述的一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，其特征在于：串联组合时，在所述第一换热器后设有第一气路调节装置，并联组合时，在所述第一换热器和第二换热器的涵道进口处设有所述第一气路调节装置。

技术总结
本发明公开了一种基于逆布雷顿可变循环的冲压冷电联产装置，包括冷却涡轮、压气机、发电机、传动轴、多组换热器以及气路调节装置，气流经过冷却涡轮减压降温，并提取高速自由来流中的动能变为轴功，通过传动轴驱动发电机发电，并驱动压气机，减压降温后的气流流过多组换热器换热后升温，换热器实现冷却功能，升温后的气流通过压气机增压排入环境。通过改变换热器装置通道的结构控制气流流向，实现在工况大幅变化下的冷电联合生产。本发明提出将换热器分为多组，分置在主流路或内外涵，实现串并联组合，通过气路调节装置调节分配气流的流经内外涵道的流量，实现热力循环的改变，实现在工作范围内系统都能满足所需的制冷量和发电量要求。量要求。量要求。


技术研发人员：傅鑫 夏楚滢 冯贻赟 柴希远 任玉锋 冯涛 黎治
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/6/26