一种组合式飞机地面空调系统的制作方法

本实用新型涉及飞机空调领域，尤其涉及一种组合式飞机地面空调系统。

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。

目前，飞机地面空调分成单元式、集中式和混合式三种形式。其中：单元式飞机地面空调也称直接膨胀式空调，是一种风冷式一体化机组，由轻质高效的风机、制冷压缩机、风冷冷凝器和控制元件组成一个箱体，出风温度可达0～2℃，单元式飞机地面空调通常采用电制冷和电加热，出风温度在2℃左右，具有投资少、能耗高、维护成本大的特点。

为了克服现有单元式飞机地面空调能耗高的缺陷，急需研究出一种温湿度独立控制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组合式飞机地面空调系统，在常规的第二换热单元之前增加第一换热单元，通过第一换热单元对外部空气预处理，降低第二换热单元的能耗，与单元式飞机地面空调系统相比，本实用新型的第一换热单元集中预处理使得整个飞机地面空调系统造价大大降低。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种组合式飞机地面空调系统，包括：第一换热单元和至少一个第二换热单元；

所述第一换热单元与每个第二换热单元分别串联设置，外部空气从进风口进入外壳内，在外壳内先经过第一换热单元一次换热后，再分流至第二换热单元二次换热，最后输送至不同的飞机机舱；

所述第一换热单元采用气水换热的方式完成一次换热，所述第二换热单元采用制冷剂换热的方式完成二次换热。

本实用新型在常规的第二换热单元之前增加第一换热单元，通过第一换热单元对外部空气预处理，降低第二换热单元的能耗，与单元式飞机地面空调系统相比，本实用新型的第一换热单元集中预处理使得整个飞机地面空调系统造价大大降低。

本实用新型的第一换热单元和第二换热单元采用“一对多”的形式，在第二换热单元不同时使用或者检修、损坏等情况发生时，可以实现第二换热单元的互相备用。

由于第一换热单元采用气水换热的方式换热，第二换热单元采用制冷剂换热，因此在实际应用中，第一换热单元的换热效率需大于第二换热单元的换热效率。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热单元包括多个气水换热器，所述气水换热器为空气流和水流换热；

多个气水换热器的水流管路串联或并联设置。

作为本实用新型的进一步改进，每个所述第二换热单元均包括多个热泵装置，所述热泵装置包括压缩机、换向阀、冷凝器和蒸发器；

所述热泵装置通过换向阀完成蒸发器与冷凝器的调换工作，以实现第二换热单元的供冷与供暖切换；

供冷季，外部空气与第一换热单元一次换热之后，才与蒸发器二次换热；

供暖季，外部空气与第一换热单元一次换热之后，才与冷凝器二次换热。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二换热单元的热泵装置为空气源热泵；

多个气水换热器的水流管路与第二换热单元彼此独立。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二换热单元的热泵装置为水源热泵；

供冷季，多个气水换热器的水流管路与热泵装置中冷凝器的水流管道串联设置，自气水换热器流出的回水进入冷凝器继续使用；

供暖季，多个气水换热器的水流管路与热泵装置中蒸发器的水流管道串联设置，自气水换热器流出的回水进入蒸发器继续使用。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二换热单元为一个；外部空气同第一换热单元的每个气水换热器逐一换热后直接与第二换热单元换热。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二换热单元为n个，n＞2；外部空气同第一换热单元的每个气水换热器逐一换热后，分流成n路与n个第二换热单元分别换热。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热单元的前端安装有过滤器和变频风机，所述变频风机位于过滤器与第一换热单元之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热单元和每个所述第二换热单元之间均安装有风机。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热单元与第二换热单元之间、第二换热单元的后端均安装有挡水板。

本实用新型中的挡水板，可以选用lmds型挡水板或js波型挡水板或pvc挡水板，lmds型挡水板是空调室的关键部件，在高低风速下均可使用。可采用玻璃钢材料或pvc材料，具有阻力小、重量轻、强度高、耐腐蚀、耐老化、水气分离效果好，清洗方便、经久耐用特点。js波型挡水板以pvc树脂为主的pvc挡水板，保持挡水板适宜的刚性，抗冲击性，抗老化，耐腐蚀防火等优点。连续挤塑成型，成功地保持了挡水板的密度和精确的几何尺寸，可任意确定挡水板的长度。pvc挡水板可在90℃--25℃的环境中连续正常工作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型在常规的第二换热单元之前增加第一换热单元，通过第一换热单元对外部空气预处理，降低第二换热单元的能耗，与单元式飞机地面空调系统相比，本实用新型的第一换热单元集中预处理使得整个飞机地面空调系统造价大大降低。

2、本实用新型中挡水板的作用主要是“挡水”，因为空气经过气水换热器后会有冷凝水出现，而系统内的风机风压非常高，风速很大，容易使空气中带水，对下游的部件都是不利的。本实用新型中空气加湿器对空气进行加湿，也会使空气中带水，设置两个挡水板的目的均是为了“挡水”。

3、在本实用新型中，“进风→空气过滤器→气水换热器（通入冷水）→……→空气源热泵蒸发器→挡水板→送风”为供冷季使用；“进风→空气过滤器→气水换热器（通入热水）→……→空气源热泵冷凝器→……→空气电加热器→送风”为供暖季使用。

4、现有的飞机地面空调系统在供暖季，热风的产生不经过多级蒸发器，而是使用电加热器加热空气，但本实用新型在供暖季仍继续由气水换热器加热空气，具有高效节能的优点。

5、本实用新型的第一换热单元和第二换热单元采用“一对多”的形式，在第二换热单元不同时使用或者检修、损坏等情况发生时，可以实现第二换热单元的互相备用。

6、由于第一换热单元采用气水换热的方式换热，第二换热单元采用制冷剂换热，因此在实际应用中，第一换热单元的换热效率需大于第二换热单元的换热效率。

附图说明

图1为空气源热泵的一对多组合式飞机地面空调系统的原理框图；

图2为水源热泵的水流管路与气水换热器的水流管路串联使用的组合式飞机地面空调系统原理框图；

图3为水源热泵的水流管路与气水换热器的水流管路独立使用的组合式飞机地面空调系统原理框图；

图4为空气源热泵的一对一组合式飞机地面空调系统原理框图；

图5为水源热泵的水流管路与气水换热器的水流管路独立工作的组合式飞机地面空调系统原理框图；

图6为水源热泵的水流管路与气水换热器的水流管路串联使用的组合式飞机地面空调系统原理框图。

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。

本实用新型公开了一种组合式飞机地面空调系统，包括：第一换热单元和至少一个第二换热单元；第一换热单元与每个第二换热单元分别串联设置，外部空气从进风口进入外壳内，在外壳内先经过第一换热单元一次换热后，再分流至第二换热单元二次换热，最后输送至不同的飞机机舱；第一换热单元采用气水换热的方式完成一次换热，第二换热单元采用制冷剂换热的方式完成二次换热。

第一换热单元包括多个气水换热器，气水换热器为空气流和水流换热；多个气水换热器的水流管路串联或并联设置。每个第二换热单元均包括多个热泵装置，热泵装置包括压缩机、换向阀、冷凝器和蒸发器；热泵装置通过换向阀完成蒸发器与冷凝器的调换工作，以实现第二换热单元的供冷与供暖切换；供冷季，外部空气与第一换热单元一次换热之后，才与蒸发器二次换热；供暖季，外部空气与第一换热单元一次换热之后，才与冷凝器二次换热。

本实用新型中第二换热单元的热泵装置为空气源热泵；多个气水换热器的水流管路与第二换热单元彼此独立。当然，本实用新型中第二换热单元的热泵装置为水源热泵；供冷季，多个气水换热器的水流管路与热泵装置中冷凝器的水流管道串联设置，自气水换热器流出的回水进入冷凝器继续使用；供暖季，多个气水换热器的水流管路与热泵装置中蒸发器的水流管道串联设置，自气水换热器流出的回水进入蒸发器继续使用。

如图1-图3所示，第二换热单元为n个，n＞2；外部空气同第一换热单元的每个气水换热器逐一换热后，分流成n路与n个第二换热单元分别换热。组合式飞机地面空调系统包括预处理模块和n个分流模块，处理模块包括空气过滤器、变频风机、第一换热单元、空气加湿器和第一挡水板，每个分流模块包括风机、第二换热单元、第二挡水板和空气电加热器，在变频风机的作用下，外部空气在预处理模块完成一次换热，具体地，外部空气先经过过滤器过滤后才与第一换热单元换热，经过空气加湿器处理的一次换热空气可分流成n股，与n个分流模块二次换热。当然，也可以将n个分流模块中的其中一个或几个关闭，一次换热空气分流成不大于n股，与未关闭的其他分流模块二次换热。与任一分流模块换热时，在分流模块中的风机作用下，经一次换热的空气与第二换热单元换热。与第二换热单元换热后的空气再通过第二挡水板实现气水分离，随后完成换热的空气送入飞机的机舱。供冷季采用上述方式换热，供暖季也可开启空气电加热器加热与第二换热单元换热后的空气。

如图4至图6所示，第二换热单元为一个；外部空气同第一换热单元的每个气水换热器逐一换热后直接与第二换热单元换热。组合式飞机地面空调系统包括：空气过滤器、第一换热单元、第一挡水板、风机、第二换热单元、空气加湿器、第二挡水板和空气电加热器，在风机的作用下，外部空气先经过过滤器过滤后才与第一换热单元换热。第一挡水板安装在第一换热单元和第二换热单元之间，外部空气与第一换热单元换热后通过第一挡水板实现气水分离，随后才与第二换热单元换热。与第二换热单元换热后的空气通过第二挡水板实现气水分离，随后完成换热的空气送入飞机的机舱。供冷季采用上述方式换热，供暖季也可开启空气电加热器加热与第二换热单元换热后的空气。

本实用新型的第一换热单元包括气水换热机组，气水换热机组承担2/3左右的冷量，第二换热单元承担1/3左右的冷量。第二换热单元包括热交换机组，热交换机组包括至少一个热交换设备，与第一换热单元换热后的空气与不同的热交换设备逐一换热。气水换热机组包括至少一个气水换热器，空气先与不同气水换热器逐一换热后才与第二换热单元换热。

本实用新型中的冷量，是指换热单元在单位时间内所消耗掉外壳内空气热量的总能量值。本实用新型选用第一换热单元承担的冷量大于第二换热单元承担的冷量，降低第二换热单元的能耗。

在本实用新型中，气水换热机组包括n个气水换热器，n＞2；空气与第一个气水换热器先换热后紧接着与第二个气水换热器换热，逐一完成与第n个气水换热器换热之后，才与第二换热单元换热。

在本实用新型中，热交换机组包括m个热交换设备，m＞2；供冷季，热交换设备为蒸发器，经第一换热单元降温的空气与第一个蒸发器换热后再与第二个蒸发器换热，以此类推，直至与第m个蒸发器换热后变成冷风输送至飞机的机舱；供暖季，热交换设备为冷凝器，经第一换热单元升温的空气与第一个冷凝器换热后再与第二个冷凝器换热，以此类推，直至与第m个冷凝器换热后变成热风输送至飞机的机舱。

作为第一种实施方式，如图1所示，采用一对多的换热方式，其中，第一换热单元为气水换热器，气水换热器是空气与水的换热，通过供回水管网将水输送到气水换热器，优选供回水管网中供水温度为3℃，回水温度为25℃。第二换热单元为空气源热泵，供冷季空气与空气源热泵的蒸发器换热，供暖季空气与空气源热泵的冷凝器换热。

作为第二种实施方式，如图3所示，采用一对多的换热方式，其中，第一换热单元为气水换热器，气水换热器是空气与水的换热，通过供回水管网将水输送到气水换热器，优选供回水管网中供水温度为3℃，回水温度为25℃。第二换热单元为水源热泵，供冷季空气与水源热泵的蒸发器换热，供暖季空气与水源热泵的冷凝器换热。水源热泵的水来自常规空调系统的回水。

作为第三种实施方式，如图2所示，采用一对多的换热方式，其中，第一换热单元为气水换热器，气水换热器是空气与水的换热，通过供回水管网将水输送到气水换热器，优选供回水管网中供水温度为3℃，回水温度为25℃。第二换热单元为水源热泵，供冷季空气与水源热泵的蒸发器换热，供暖季空气与水源热泵的冷凝器换热。气水换热器与水源热泵串联使用，水源热泵的水来自气水换热器的回水，3℃的供水进入气水换热器内与空气换热变成25℃的回水，25℃的回水进入水源热泵与制冷剂换热变成30℃的回水，随后流出水源热泵。

作为第四种实施方式，如图4所示，采用一对一的换热方式，其中，第一换热单元为气水换热器，气水换热器是空气与水的换热，通过供回水管网将水输送到气水换热器，优选供回水管网中供水温度为3℃，回水温度为25℃。第二换热单元为空气源热泵，供冷季空气与空气源热泵的蒸发器换热，供暖季空气与空气源热泵的冷凝器换热。

作为第五种实施方式，如图5所示，采用一对一的换热方式，其中，第一换热单元为气水换热器，气水换热器是空气与水的换热，通过供回水管网将水输送到气水换热器，优选供回水管网中供水温度为3℃，回水温度为25℃。第二换热单元为水源热泵，供冷季空气与水源热泵的蒸发器换热，供暖季空气与水源热泵的冷凝器换热。水源热泵的水来自常规空调系统的回水。

作为第六种实施方式，如图6所示，采用一对一的换热方式，其中，第一换热单元为气水换热器，气水换热器是空气与水的换热，通过供回水管网将水输送到气水换热器，优选供回水管网中供水温度为3℃，回水温度为25℃。第二换热单元为水源热泵，供冷季空气与水源热泵的蒸发器换热，供暖季空气与水源热泵的冷凝器换热。气水换热器与水源热泵串联使用，水源热泵的水来自气水换热器的回水。

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。