CN103343441B - 用热泵技术的水下训练航天服干燥器 - Google Patents

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Abstract

一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，包括制冷剂循环的热泵系统和工作空气处理系统，将热泵技术与热回收技术结合，可得到最合理温湿度的可作干燥用的工作空气。本发明产生的有益效果是：用热泵干燥技术和余热回收技术相结合的干燥方式，在满足对航天服干燥要求的同时，利用余热的回收再利用技术，提高了干燥机的除湿效率和设备的利用率，降低了单位除湿能耗和运行成本，最大程度的降低向环境的排热量。

Description

用热泵技术的水下训练航天服干燥器
技术领域
本发明涉及干燥及热回收技术领域，尤其涉及一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器。
背景技术
宇航员训练是航天载人项目中的重要环节。目前，宇航员在地面上的训练是在水面以下9-10米的深度模拟微重力的训练环境。当宇航员在水下训练结束后，需对航天服进行快速的干燥，防止水分对航天服的表面材料及零部件造成损害。利用热泵技术的干燥装置可以对航天服进行快速、有效的干燥。
现有的热泵技术干燥机，虽然在一定程度上提高了对热泵的利用效率，但是适用范围仅限于高蛋白、高温易变质的物料，忽视了干燥完物料的干燥介质本身仍具有较高能量这一事实，因此对于航天服的干燥是完全不适用的，而且会导致整个系统的能量并没有得到充分的利用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，旨在通过热泵技术与热回收技术的结合，在保证得到最合理干燥温湿度的工作空气前提下，同时使得能量得到充分的利用。
一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，包括制冷剂循环的热泵系统和工作空气处理系统；所述制冷剂循环的热泵系统包括压缩机、空气加热器、节流装置和空气冷却器，所述工作空气处理系统包括空气冷却器、余热回收器、空气加热器、干燥室和干燥喷头。
所述热泵系统包括空气加热器，所述空气加热器经节流装置与所述空气冷却器连接，所述空气冷却器经压缩机与所述空气加热器连接，形成一个闭环。
所述工作空气处理系统包括余热回收器，所述空气冷却器经所述余热回收器与所述空气加热器连接，所述空气加热器连接至干燥室内的干燥喷头，所述干燥室顶部设有排气口，用于将干燥后的所述工作空气通向所述余热回收器。
所述空气加热器和空气冷却器包括外壳和所述外壳内的铜管，所述外壳的底部和顶部设有进气口和出气口，所述铜管两端有进口和出口；所述热泵系统中，制冷剂流经所述铜管的进气口和出气口，所述工作空气处理系统中，工作空气流经所述外壳的进气口和出气口，外壳内铜管外的工作空气和所述铜管内的制冷剂通过铜管换热。
所述余热回收器为板翘式气气换热器，包括若干层折叠翅片，所述每层折叠翅片的凹凸槽形成流道，与流道方向平行的翅片边部由边条封堵，相邻层的折叠翅片之间呈空间垂直布置且由平隔板隔开，板层之间由折叠翅片的凹凸槽形成不干扰的流道，左右两端为被加热气体流道，垂直方向为加热气体流道，所述被加热气体为干燥前的工作空气，所述加热气体为干燥后的工作空气，在所述工作空气处理系统中，所述被加热气体吸收加热气体的热量，通过换热进行能量回收。
所述干燥喷头均匀布置于所述干燥室的底面和四个侧面，使航天服各面受力均匀。
底面布置的干燥喷头为4个，每个侧面布置的干燥喷头不少于6个。
优选地，所述空气冷却器的底部还设有凝结水出口。
优选地，所述凝结水出口下方设有疏水器，空气冷却器在工作空气处理系统中产生的冷凝水经所述凝结水出口排至所述疏水器。
优选地，所述铜管外壁装有翅片。
在本发明提供的技术方案中，空气加热器、空气冷却器和余热回收器的换热功能具体为：
1）所述空气加热器的换热功能具体为：
经压缩机压缩后温度升高的气态制冷剂通过所述空气加热器的铜管，与外壳内铜管外的工作空气进行换热，气态制冷剂因温度降低转变为液态制冷剂，同时外壳内铜管外的工作空气的温度升高；
2）所述空气冷却器的换热功能具体为：
经节流装置降压后转变为气液混合态制冷剂通过所述空气冷却器的铜管，与所述外壳内管外的工作空气进行换热，气液混合态制冷剂在气化过程中吸收所述工作空气的热量转变为气态制冷剂，外壳内铜管外的工作空气温度因此降低。
3）所述余热回收器的换热功能具体为：所述工作空气处理系统中，由干燥室的排气口排出的所述工作气体，作为加热气体通向加热气体进口，通过板层之间的换热加热作为被加热气体的由所述空气冷却器通向加热气体进口的所述工作气体。
本发明产生的有益效果是：用热泵干燥技术和余热回收技术相结合的干燥方式，在满足对水下训练航天服干燥要求的同时，利用余热的回收再利用技术，提高了干燥机的除湿效率和设备的利用率，降低了单位除湿能耗和运行成本，最大程度的降低向环境的排热量。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器的结构示意图。
图中：1、引风机2、空气过滤器3、空气冷却器4、余热回收器5、空气加热器6、干燥室7、压缩机8、疏水器9、节流装置10、干燥喷头11、航天服。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，包括制冷剂循环的热泵系统和工作空气处理系统；
制冷剂循环的热泵系统包括压缩机7、空气加热器5、节流装置9、空气冷却器3和封闭金属铜管；
工作空气处理系统包括引风机1、空气过滤器2、空气冷却器3、余热回收器4、空气加热器5、干燥室6、干燥喷头10和风管；
空气冷却器3、空气加热器5的结构相同，由外壳和外壳内的铜管组成，外壳底部和顶部分别设有进风口和出风口，铜管两端有进口和出口，铜管外壁上装有翅片；
余热回收器4为板翘式气气换热器，包括若干层折叠翅片，所述每层折叠翅片的凹凸槽形成流道，与流道方向平行的翅片边部由边条封堵，相邻层的折叠翅片之间呈空间垂直布置且由平隔板隔开，奇数和偶数板层之间由折叠翅片的凹凸槽形成不干扰的流道，被加热气体和加热气体可以进行热交换，但不会混合。在题述专利申请中，左右方向为被加热气体流道（如图1所示的被加热气体进口I和被加热气体出口J），垂直方向为加热气体流道（如图1所示的加热气体进口K和加热气体出口L）。
制冷剂循环的热泵系统的结构具体为：压缩机7的出口与空气加热器5内铜管的进口G相连，铜管的出口H经节流装置9与空气冷却器5内铜管的进口A相连，铜管的出口B再连接至压缩机7的进口，各部件通过封闭金属铜管连接，形成一个闭环；
工作空气处理系统的结构具体为：
引风机1经空气过滤器2与空气冷却器3的进风口C相连，空气冷却器3的出风口D连接至余热回收器4的被加热气体进口I，余热回收器4的被加热气体出口连接至空气加热器5的进风口E，空气加热器5的出风口F连接至干燥室内6的干燥喷头10，通过干燥喷头10对航天服11进行干燥，各部件通过风管连接。
作为一种优选，空气冷却器3的底部设有凝结水出口，凝结水出口下方设有疏水器8，用于空气冷却器5中冷凝水的排出；
作为一种优选，干燥室6为封闭的不锈钢材质箱体结构，顶部设有排气口；干燥喷头10均匀布置于干燥室的底面和四个侧面，底面布置4个，每个侧面布置干燥喷头不少于6个，四个侧面上的喷头对称布置，使航天服11各面受力均匀，不发生摆动。
制冷剂循环的热泵系统工作流程为：压缩机7由电动机和加压机构组成，首先压缩机的电动机带动加压机构旋转，气态制冷剂因被压缩而温度升高，从铜管进口G进入空气加热器5，通过铜管管壁和管壁上的翅片与管外的工作空气进行换热，使工作空气温度升高，而管内的制冷剂温度降低，成为液态制冷剂从铜管出口H流出后流经节流装置9降压后，液态制冷剂开始气化，成为气液混合的制冷剂，然后从铜管进口A流入空气冷却器3，通过空气冷却器3内的铜管管壁和管壁上的翅片与管外工作空气进行换热，管内的液态制冷剂在气化过程中吸收冷却器管外工作空气的热量转变为气态制冷剂从铜管出口B流入压缩机7，管外的工作空气因被制冷剂吸收热量而温度降低。
工作空气处理系统的工作流程为：引风机1将环境空气引入空气过滤器2进行过滤，除去空气中的固态颗粒物；过滤后的空气流向空气冷却器3的进风口C对其进行冷却（制冷剂循环的热泵系统中对应的步骤是空气冷却器3铜管内的制冷剂吸收管外工作空气的热量），冷却后的空气中的部分水分析出成为冷凝水，冷凝水通过冷凝水出口排至疏水器8，工作空气中水蒸气的含量降低；从空气冷却器3出风口D出来的空气进入余热回收器4的被加热气体进口I，对其进行加热，之后从余热回收器4的被加热气体出口J进入空气加热器5的进风口E，对其进行进一步加热（制冷剂循环的热泵系统中对应的空气加热器5步骤是铜管内的制冷剂将热量传给管外的工作空气），直至空气温度达到45℃～50℃后，经空气加热器5的出风口F通至干燥室6内的干燥喷头10，工作空气通过干燥喷头以速度为20m/s～30m/s的速度喷出吹向航天服，对航天服进行干燥，航天服的干燥时间为1～4h，用于干燥后的空气经干燥室6顶部的排气口流入余热回收器4的加热气体进口K，经余热回收后，气体由加热气体出口L排出。

Claims (7)

1.一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，包括制冷剂循环的热泵系统、工作空气处理系统和干燥室，所述热泵系统经共用的空气加热器、空气冷却器与所述工作空气处理系统相连接，所述空气加热器连接至所述干燥器；其中：
所述制冷剂循环的热泵系统包括压缩机、空气加热器、节流装置和空气冷却器，所述空气加热器经所述节流装置与所述空气冷却器相连接，所述空气冷却器经所述压缩机与所述空气加热器相连接，形成一个闭环；
所述工作空气处理系统包括引风机、空气过滤器、空气冷却器、余热回收器和空气加热器，所述引风机将新风经所述空气过滤器过滤后通向所述空气冷却器，所述空气冷却器经所述余热回收器与所述空气加热器连接，所述空气加热器连接至干燥室内；
所述干燥室内的底面和四个侧面均匀布置有干燥喷头，所述空气加热器经风管与所述干燥喷头相连接；所述干燥室的顶部设有排气口，干燥喷头喷出的工作空气干燥航天服后通向所述余热回收器的加热气体进口，与所述余热回收器进行换热后经由加热气体的出口排出。
2.根据权利要求1所述的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，所述空气冷却器出来的工作空气通过所述干燥喷头喷出，以20～30m/s的速度喷出吹向航天服。
3.根据权利要求1所述的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，所述空气加热器和空气冷却器的结构相同，均包括外壳和置于所述外壳内的铜管，所述外壳的底部和顶部设有进气口和出气口，所述铜管两端有进口和出口；所述热泵系统中的制冷剂流经所述铜管进口和所述出口，所述工作空气处理系统中的工作空气流经所述进气口和所述出气口，外壳内铜管外的工作空气和所述铜管内的制冷剂通过铜管实现换热。
4.根据权利要求3所述的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，所述铜管外壁装有翅片。
5.根据权利要求3所述的用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，所述空气冷却器的底部还设有凝结水出口，所述凝结水出口下方设有疏水器，所述工作空气处理系统产生的冷凝水经所述凝结水出口排至所述疏水器。
6.根据权利要求1所述的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，所述余热回收器为包括若干层折叠翅片的板翘式气气换热器，每层所述折叠翅片的凹凸槽形成流道，与所述流道方向平行的翅片边部通过边条封堵，通过平隔板隔开的相邻层的折叠翅片之间呈空间垂直布置，板层之间由折叠翅片的凹凸槽形成了不干扰的流道，水平方向为干燥前的工作空气的气体流道，垂直方向为干燥后的工作空气的气体流道。
7.根据权利要求1所述的一种用热泵技术的水下训练航天服干燥器，其特征在于，底面布置的所述干燥喷头为4个，每个侧面布置的所述干燥喷头不少于6个。
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