一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置

1.本实用新型涉及一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置。


背景技术：

2.机载环控系统等设备一般通过转换利用飞行器的具有较高温度和压力能的尾气余能来实现制冷或制热功能。环控系统运行过程中，发动机尾气在换热器中逐步降温冷却，气体中水蒸气将会逐步在换热器中冷凝并凝结成冰。
3.目前常见的利用高压尾气环控系统余能流程一般为高压除水系统。由于环控系统高压除水效率较低，当阴雨天气或空气较为潮湿时，尾气中所含水蒸气较多，经过冷凝后进入高压水分离器无法完全去除，大量水分就会进入膨胀制冷系统。除此之外，由于高压除水循环冷凝温度较高，空气较为干燥时也无法将空气中水分除去，进入膨胀制冷系统的空气均为含湿量较高的饱和湿空气。经过膨胀制冷系统膨胀后的气体温度大幅降低，大量水分在膨胀制冷系统出口析出并凝结成冰堆积在换热器内部造成冰堵。由于环控系统引气中通常含有较多的水分，导致环控系统开机运行后的短时间内就将会发生冰堵。环控系统发生冰堵后，造成系统冷量大量流失，使得整个环控系统性能会在短时间内大幅下降或无法正常使用，这将会导致需要在某些极端恶劣环境中工作数小时乃至更久的直升机机舱内温度会因大功率电子设备以及司乘人员散发的热量无法中和，造成机舱内仪器过热损坏或乘务人员出现中暑等症状。所以高效利用环控系统冷量及避免发生冰堵才能保证环控系统在开机状态下能保持正常运行。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，通过增加辅助融霜换热器，并调节系统气流流向，实现制冷功能运行的同时可以高效除霜，保证环控系统不间断运行；充分利用系统冷量，将存留在系统中的冰全部转化利用为系统降温，保证环控系统供气温度符合要求。
5.本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特殊之处在于：
6.包括高温高压气体冷却器、冷凝-复温换热器、增压-制冷一体机和辅助融霜换热器；
7.第四换向阀的出口分别与第三换向阀、高温高压气体冷却器的第一进口相连，高温高压气体冷却器的第一出口与第一换向阀相连，第一换向阀的出口分别与冷凝-复温换热器的第一进口、辅助融霜换热器的第一进口相连，冷凝-复温换热器的第一出口、辅助融霜换热器的第一出口分别与第二换向阀相连，第二换向阀还与高压水分离器进口连接，高压水分离器出口分别与增压-制冷一体机的进口和减压阀连接，增压-制冷一体机的出口与第三换向阀连接，第三换向阀还分别与冷凝-复温换热器的第二进口和辅助融霜换热器的第二进口连接，冷凝-复温换热器的第二出口和辅助融霜换热器的第二出口分别与第五换
向阀连接，第五换向阀还与系统送风口和减压阀连接，减压阀还与高温高压气体冷却器的第二进口连接。
8.进一步地，所述第一换向阀为二位三通阀，具有高温高压气体冷却器第一出口与冷凝-复温器第一入口连接并常开、高温高压气体冷却器第一出口与辅助融霜换热器第一入口连接常开两种工作状态。
9.进一步地，所述第二换向阀为两位三通阀，具有冷凝复温器第一出口与高压水分离器入口连接并常开和辅助融霜换热器第一出口与高压水分离器入口连接并常开两种工作状态。
10.进一步地，所述第三换向阀为四位四通阀，具有增压-制冷一体机的出口与冷凝复温器第二进口连接并常开、增压-制冷一体机的出口与辅助融霜换热器第二进口连接并常开的同时第四换向阀出口与冷凝复温器第二进口连接并常开、增压-制冷一体机的出口与冷凝复温器第二进口连接并常开的同时第四换向阀出口与辅助融霜换热器的第二进口连接并常开三种工作状态。
11.进一步地，所述第四换向阀为二位三通阀，具有供气管道与高温高压气体冷却器第一入口连接并常开、供气管道与高温高压气体冷却器第一入口连接并常开同时供气管道与第三换向阀入口连接并常开两种工作状态。
12.进一步地，所述第五换向阀为三位四通阀，具有冷凝复温器第二出口与系统送风连接并常开、冷凝复温器第二出口与系统送风连接并常开同时辅助融霜换热器第二出口与减压阀入口连接并常开、辅助融霜换热器第二出口与系统送风连接并常开同时冷凝复温器第二出口与减压阀入口连接并常开三种工作状态。
13.上述利用高压尾气环控系统余能除霜的装置的除霜原理为：
14.包括冷凝-复温换热器融霜阶段和辅助融霜换热器融霜阶段。
15.在冷凝-复温换热器融霜阶段时：
16.第一换向阀打开，经过高温高压气体冷却器初步冷却的气流全部进入辅助融霜换热器换热，在辅助融霜换热器完成换热后气流进入第二换向阀后，再经过高压水分离器进入增压—制冷一体机，气体在增压—制冷一体机出口由第三换向阀进入辅助融霜换热器换热后经过第五换向阀后排出系统送风；
17.同时第四换向阀打开，高温高压气体冷却器前部分气流作为除霜气流经过第三换向阀进入冷凝—复温换热器进行冷凝—复温换热器除霜，除霜气流经过第三换向阀后经过积霜管道后进入冷凝—复温换热器；除霜气流经过与霜层换热后温度降低，经过第五换向阀后进入减压阀减压后，与增压风机送入高温高压气体冷却器冷端的气体混合后进入高温高压气体冷却器冷却气体。
18.当冷凝-复温换热器融霜阶段完成后，切换至辅助融霜换热器融霜阶段：
19.气流经过高温高压气体冷却器后，第一换向阀关闭辅助融霜换热器路阀门，主气流进入冷凝—复温换热器换热，同时除霜气体经过第四换向阀进入第三换向阀，然后进入辅助融霜换热器及管道进行融霜处理，进入辅助融霜换热器的融霜气流完成融霜后由第五换向阀经减压阀与增压风机送风混合后进入高温高压气体冷却器。
20.在环控系统运行过程中，冷凝—复温换热器除霜及辅助融霜换热器除霜交替运行，以保证环控系统正常运行。
21.本实用新型的优点：
22.1.本实用新型提供的利用高压尾气环控系统余能除霜的装置及方法，可保持环控系统在运行过程中稳定运行，在冰堵影响系统正常运行前及时除霜；
23.2.本实用新型提供的利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，可充分利用环控系统中的冷量，利用环控系统除霜产生的水分给系统降温，提升系统性能。
附图说明
24.图1为本实用新型提供的利用高压尾气环控系统余能除霜的装置结构示意图；
25.图2为本实用新型在冷凝复温器除霜阶段主流路示意图；
26.图3为本实用新型的辅助融霜换热器除霜阶段主流路示意图；
27.图4为本实用新型在快速融霜模式时冷凝复温器除霜气流流路示意图；
28.图5为本实用新型在快速融霜模式时辅助融霜器除霜气流流路示意图。
29.图中所示：1、第一换向阀，2、第二换向阀，3、第三换向阀，4、第四换向阀，5、第五换向阀。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。
31.本实用新型提供了一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，包括主流路、切换融霜路及流路切换阀门组件三部分构成，根据增压-制冷一体机压力变化调节环控系统中各个阀门开闭，实现换热器间切换，同时充分利用融霜气流中的冷量用于冷却高温高压气体冷却器，实现系统冷量最大化利用，所述主流路由高温高压气体冷却器、冷凝—复温换热器、高压水分离器、增压—制冷一体机以及各部件之间的间接管路及阀门组成；所述切换融霜路由辅助融霜换热器及连接管道组成；流路切换阀门组件由减压阀及换向阀组成。
32.具体地，上述装置如图1所示，第四换向阀4的出口分别与第三换向阀3、高温高压气体冷却器的第一进口相连，高温高压气体冷却器的第一出口与第一换向阀1相连，第一换向阀1的出口分别与冷凝-复温换热器的第一进口、辅助融霜换热器的第一进口相连，冷凝-复温换热器的第一出口、辅助融霜换热器的第一出口分别与第二换向阀2相连，第二换向阀2还与高压水分离器进口连接，高压水分离器出口分别与增压-制冷一体机的进口和减压阀连接高压水分离器，增压-制冷一体机的出口与第三换向阀3连接，第三换向阀3还分别与冷凝-复温换热器的第二进口和辅助融霜换热器的第二进口连接，冷凝-复温换热器的第二出口和辅助融霜换热器的第二出口分别与第五换向阀5连接，第五换向阀5还与系统送风口和减压阀连接，减压阀还与高温高压气体冷却器的第二进口连接。
33.所述第一换向阀1为二位三通阀，具有高温高压气体冷却器第一出口与冷凝-复温
器第一入口连接并常开、高温高压气体冷却器第一出口与辅助融霜换热器第一入口连接常开两种工作状态。
34.所述第二换向阀2为两位三通阀，具有冷凝复温器第一出口与高压水分离器入口连接并常开和辅助融霜换热器第一出口与高压水分离器入口连接并常开两种工作状态。
35.所述第三换向阀3为四位四通阀，具有增压-制冷一体机的出口与冷凝复温器第二进口连接并常开、增压-制冷一体机的出口与辅助融霜换热器第二进口连接并常开的同时第四换向阀4出口与冷凝复温器第二进口连接并常开、增压-制冷一体机的出口与冷凝复温器第二进口连接并常开的同时第四换向阀4出口与辅助融霜换热器的第二进口连接并常开三种工作状态。
36.所述第四换向阀4为二位三通阀，具有供气管道与高温高压气体冷却器第一入口连接并常开、供气管道与高温高压气体冷却器第一入口连接并常开同时供气管道与第三换向阀3入口连接并常开两种工作状态。
37.所述第五换向阀5为三位四通阀，具有冷凝复温器第二出口与系统送风连接并常开、冷凝复温器第二出口与系统送风连接并常开同时辅助融霜换热器第二出口与减压阀入口连接并常开、辅助融霜换热器第二出口与系统送风连接并常开同时冷凝复温器第二出口与减压阀入口连接并常开三种工作状态。
38.上述利用高压尾气环控系统余能除霜的装置在运行时，包括冷凝-复温换热器融霜阶段和辅助融霜换热器融霜阶段。
39.具体地，在冷凝-复温换热器融霜阶段时：
40.参见图2，第一换向阀1打开，经过高温高压气体冷却器初步冷却的气流全部进入辅助融霜换热器换热，在辅助融霜换热器完成换热后气流进入第二换向阀2后，再经过高压水分离器进入增压—制冷一体机，气体在增压—制冷一体机出口由第三换向阀3进入辅助融霜换热器换热后经过第五换向阀5后排出系统送风。
41.参见图4，第四换向阀4打开，高温高压气体冷却器前部分气流作为除霜气流经过第三换向阀3进入冷凝—复温换热器进行冷凝—复温换热器除霜，除霜气流经过第三换向阀3后经过积霜管道后进入冷凝—复温换热器；由于快速除霜模式下气流未经过高温高压气体冷却器冷却，可在极短内用极小的流量将管道及换热器入口处的霜层全部融化。
42.除霜气流经过与霜层换热后温度降低，经过第五换向阀5后进入减压阀减压后，与增压风机送入高温高压气体冷却器冷端的气体混合后进入高温高压气体冷却器冷却气体。
43.当快速融霜模式中冷凝-复温换热器融霜阶段完成后，切换至辅助融霜换热器融霜阶段：
44.参见图3，气流经过高温高压气体冷却器后，第一换向阀1关闭辅助融霜换热器路阀门，主气流进入冷凝—复温换热器换热；同时，参见图5，除霜气体经过第四换向阀4进入第三换向阀3，然后进入辅助融霜换热器及管道进行融霜处理，进入辅助融霜换热器的融霜气流完成融霜后由第五换向阀5经减压阀与增压风机送风混合后进入高温高压气体冷却器。
45.环控系统运行过程中，冷凝—复温换热器除霜及辅助融霜换热器除霜交替运行，以保证环控系统正常运行。
46.本实用新型提出的利用高压尾气环控系统余能除霜的装置及方法，通过换热器及
除霜气流间的配合切换，可保证将环控系统冷量充分利用：通过阀门间切换，控制系统中高温气流流向及分配，利用部分高温气流作为融霜气流将环控系统中凝结的霜融化后用于冷却主路气流，实现冷量最大化利用，提高系统效率；通过主气流流路切换来控制换热器工作状态，在发生冰堵影响环控系统运行前切换换热器运行，可以保证环控系统不间断运行，避免因系统结霜导致无法正常工作。
47.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非以此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特征在于：第四换向阀(4)的出口分别与第三换向阀(3)、高温高压气体冷却器的第一进口相连，高温高压气体冷却器的第一出口与第一换向阀(1)相连，第一换向阀(1)的出口分别与冷凝-复温换热器的第一进口、辅助融霜换热器的第一进口相连，冷凝-复温换热器的第一出口、辅助融霜换热器的第一出口分别与第二换向阀(2)相连，第二换向阀(2)还与高压水分离器的进口连接，高压水分离器出口分别与增压-制冷一体机的进口和减压阀连接，增压-制冷一体机的出口与第三换向阀(3)连接，第三换向阀(3)还分别与冷凝-复温换热器的第二进口和辅助融霜换热器的第二进口连接，冷凝-复温换热器的第二出口和辅助融霜换热器的第二出口分别与第五换向阀(5)连接，第五换向阀(5)还与系统送风口和减压阀连接，减压阀还与高温高压气体冷却器的第二进口连接。2.根据权利要求1所述的一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特征在于：所述第一换向阀(1)为二位三通阀。3.根据权利要求1所述的一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特征在于：所述第二换向阀(2)为两位三通阀。4.根据权利要求1所述的一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特征在于：所述第三换向阀(3)为四位四通阀。5.根据权利要求1所述的一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特征在于：所述第四换向阀(4)为二位三通阀。6.根据权利要求1所述的一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置，其特征在于：所述第五换向阀(5)为三位四通阀。

技术总结
本实用新型涉及一种利用高压尾气环控系统余能除霜的装置。该装置包括主流路、切换融霜路及流路切换阀门组件三部分构成。主流路由高温高压气体冷却器、冷凝—复温换热器、高压水分离器、增压—制冷一体机以及各部件之间的间接管路及阀门组成。切换融霜路由辅助融霜换热器及连接管道组成。流路切换阀门组件由减压阀及换向阀组组成。本实用新型通过增加辅助融霜换热器，并调节系统气流流向，实现制冷功能运行的同时可以高效除霜，保证环控系统不间断运行；充分利用系统冷量，将存留在系统中的冰全部转化利用为系统降温，保证环控系统供气温度符合要求。度符合要求。度符合要求。


技术研发人员：侯予 王盛 张泽 张蓓乐 杨潇翎 陈良 陈双涛
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/28