CN110006121A - 一种增氧型空气制冷集成环控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增氧型空气制冷集成环控系统，包括有第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、膨胀机、第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器、回热器、水分离器、分子筛制氧机、第一调节阀、第二调节阀、第一电磁阀、第二电磁阀、室内过滤器、室外过滤器和新风风机等组成，分别形成空气制冷循环、一级制氧循环、二级制氧循环和室内增压循环，通过不同组合，实现不同需求。本发明集空气制冷、制氧、增压、新风和过滤等功能合为一体，在空气制冷基础上，实现无氟化物制冷剂，安全、环保和方便维修，可应用于各类装甲、方舱、舰载和房间空调上。
Description
技术领域
本发明涉及高原空调领域，具体是一种增氧型空气制冷集成环控系统。
背景技术
随着人们生活水准的提高和武器装备的快速发展，对所处的空间环境要求也越来越高，迫使传统制冷技术不断创新、或与新的技术不断嫁接形成新的产品。从空调制冷原理上说，目前主要有蒸汽压缩式制冷、余热式制冷、半导体制冷和空气制冷等，其中空气制冷采用的是逆布雷顿制冷原理，在本世纪40年代，由于飞机制造技术的快速发展，具有重量轻的涡轮机械和紧凑型换热器的空气制冷机以它的轻巧、小型、易维护和空气为工质的特点，而被飞机广泛采用。在西方国家的先进坦克、装甲和一些保障车辆上也得到广泛运用。在国内由于以燃气轮机为主动力的坦克、装甲车辆运用还很少，一定程度上制约了空气制冷技术的发展。但随着近年来国内相关技术的快速发展，如空气增压涡轮技术的进步，高压气源产品越来越成熟，为空气制冷技术发展找到了一种解决方案。
据相关研究表明，在海拔1800m时，对人的记忆力便开始受到影响，随着海拔不断增高，4300m以上，对人的视力、听力和触觉等影响也越来越明显。所以，人们自然会想到用制氧机或氧气袋等办法来改善空间环境，而空气增压办法相对应用较少。我们知道，海拔高度4550m，气压为57.3kPa，若采用新风增压装置将室内气压提升到79.1kPa，即相当于海拔高度降至2000m以内，这样也为改善室内空间环境提供了一种方案。
另一方面，制氧技术通常分为物理制氧和化学制氧两大类。其中分子筛制氧技术属于物理制氧的方法之一，采用吸附法，从压缩空气中分离出满足呼吸用氧要求的高浓度氧气，实现对有需求人员的缺氧防护。分子筛制氧机核心部件为压缩机和分子筛床，其中压缩机提供高压气源，如将标准大气压下的空气加压至0.15MPa，一级增压比约1.5，这与空气制冷机一级增压比相当，由于技术同源，所以存在集成的可能性。另外，从分子筛制氧机所需气量来看，如一台5L制氧机平均进气量为80L/min（4.8m3/h），而一台4kW空气制冷机，风量约为480m3/h，则制氧机所需气量约占1％，所以从空气制冷机中取一小部分气量也成为可能。如何将空气制冷、制氧、增压、新风和过滤等功能集成到一起，为一些特殊的空间提供高效的环境控制，提高综合保障能力，值得研究。
发明内容 本发明的目的是为了解决现有集成技术的不足，而提供一种集空气制冷、制氧、增压、新风和过滤为一体的增氧型空气制冷集成环控系统。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：包括有第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、膨胀机、第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器、回热器、水分离器、分子筛制氧机、第一调节阀、第二调节阀、第一电磁阀、第二电磁阀，其中：
第一压缩机入口同时通入室内、外空气，第一压缩机出口通过管路与第一冷却器入口相连，第一冷却器出口连接有三路管路，第一冷却器出口第一路管路连接第二压缩机入口，第一冷却器出口第二路管路连接第一调节阀入口，第一调节阀出口通往室内作为增压口，当第一调节阀开启则实现室内增压循环，第一冷却器出口第三路管路连接第一电磁阀入口，第一电磁阀出口连接分子筛制氧机入口，经分子筛制氧机工作后向室内供氧气，即实现一级制氧循环；
第二压缩机出口通过管路与第二冷却器入口相连，第二冷却器出口连接有三路管路，第二冷却器出口第一路管路连接第三压缩机入口，第二冷却器出口第二路连接第二电磁阀入口，第二电磁阀出口同样通过管路连接分子筛制氧机入口，经分子筛制氧机工作后向室内供氧气，即实现二级制氧循环，第二冷却器出口第三路管路连接第二调节阀入口；
第三压缩机出口通过管路与第三冷却器入口相连，所述回热器内部具有两个换热通道，第三冷却器出口通过管路与回热器第一个通道一端的入口相连，回热器第一个通道另一端的出口通过管路与水分离器入口相连，水分离器排气口通过管路与膨胀机入口相连，水分离器的排水口向外排出分离的水分，膨胀机出口通过管路与回热器第二个通道一端的入口相连，回热器第二个通道另一端的出口与来自第二调节阀出口的管路并联后，通往室内，当第二调节阀关闭时可实现送风温度无调节的空气制冷循环，当第二调节阀开启时可实现送风温度可调节的空气制冷循环。
所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：第一压缩机入口连接有两路管路，第一压缩机入口第一路管路与室内过滤器出口连接，室内过滤器入口连通至室内，实现向第一压缩机入口通入室内空气；第一压缩机入口第二路管路与新风风机出口连接，新风风机入口通过管路与室外过滤器出口连接，室外过滤器入口通往室外，实现向第一压缩机入口通入室外空气。
所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：所述的新风风机是在室内有三防密闭要求时，应依据室内人员数量和分子筛制氧机所需输入量配制合理的新风量。
所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：所述的第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机均为高速离心式涡轮压缩机，其中第一压缩机、第二压缩机可采用同轴或独立驱动；所述的膨胀机为增压透平膨胀机，膨胀机与第三压缩机采用同轴驱动。
所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：所述的第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器依据具体设计要求，均可采用集成式水冷或风冷换热器。
与现有技术相比，本发明优点为：
1、本发明将空气制冷、制氧、增压、新风和过滤等功能合为一体，结构紧凑，实现集成化。
2、本发明流程简单，通过不同组合，实现对室内环境的有效控制。
3、本发明采用空气制冷，无氟化物制冷剂，安全、环保，便于维修和更换。
4、本发明技术成熟、容易实现。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种增氧型空气制冷集成环控系统，包括有第一压缩机2、第二压缩机4、第三压缩机6、膨胀机10、第一冷却器3、第二冷却器5、第三冷却器7、回热器8、水分离器9、分子筛制氧机17、第一调节阀13、第二调节阀16、第一电磁阀14、第二电磁阀15，其中：
第一压缩机2入口同时通入室内、外空气，第一压缩机2出口通过管路与第一冷却器3入口相连，第一冷却器3出口连接有三路管路，第一冷却器3出口第一路管路连接第二压缩机4入口，第一冷却器3出口第二路管路连接第一调节阀13入口，第一调节阀13出口通往室内作为增压口，当第一调节阀13开启则实现室内增压循环，第一冷却器3出口第三路管路连接第一电磁阀14入口，第一电磁阀14出口连接分子筛制氧机17入口，经分子筛制氧机17工作后向室内供氧气，即实现一级制氧循环；
第二压缩机4出口通过管路与第二冷却器5入口相连，第二冷却器5出口连接有三路管路，第二冷却器5出口第一路管路连接第三压缩机6入口，第二冷却器5出口第二路连接第二电磁阀15入口，第二电磁阀15出口同样通过管路连接分子筛制氧机17入口，经分子筛制氧机17工作后向室内供氧气，即实现二级制氧循环，第二冷却器5出口第三路管路连接第二调节阀16入口；
第三压缩机6出口通过管路与第三冷却器7入口相连，回热器8内部具有两个换热通道，第三冷却器7出口通过管路与回热器8第一个通道一端的入口相连，回热器8第一个通道另一端的出口通过管路与水分离器9入口相连，水分离器9排气口通过管路与膨胀机10入口相连，水分离器9的排水口向外排出分离的水分，膨胀机10出口通过管路与回热器8第二个通道一端的入口相连，回热器8第二个通道另一端的出口与来自第二调节阀16出口的管路并联后，通往室内，当第二调节阀16关闭时可实现送风温度无调节的空气制冷循环，当第二调节阀16开启时可实现送风温度可调节的空气制冷循环。
第一压缩机2入口连接有两路管路，第一压缩机2入口第一路管路与室内过滤器1出口连接，室内过滤器1入口连通至室内，实现向第一压缩机2入口通入室内空气；第一压缩机2入口第二路管路与新风风机12出口连接，新风风机12入口通过管路与室外过滤器11出口连接，室外过滤器11入口通往室外，实现向第一压缩机2入口通入室外空气。
新风风机12是在室内有三防密闭要求时，应依据室内人员数量和分子筛制氧机所需输入量配制合理的新风量。
第一压缩机2、第二压缩机4、第三压缩机6均为高速离心式涡轮压缩机，其中第一压缩机2、第二压缩机4可采用同轴或独立驱动；膨胀机10为增压透平膨胀机，膨胀机10与第三压缩机6采用同轴驱动。
第一冷却器3、第二冷却器5、第三冷却器7依据具体设计要求，均可采用集成式水冷或风冷换热器。
本发明依据环境温度、海拔高度和环控需求，充分利用空气制冷循环、一级制氧循环、二级制氧循环和室内增压循环等不同组合，实现相应需求。
1) 空气制冷流程：室内空气经室内过滤器1→第一压缩机2→第一冷却器3→第二压缩机4→第二冷却器5→第三压缩机6→第三冷却器7→回热器8→水分离器9→膨胀机10→回热器8→送风口吹入室内。
2) 空气制冷＋新风流程（平原地区）：在空气制冷流程基础上，开启新风风机12引入所需的新风量，并参于整个空气制冷流程，或通过第一调节阀13直接从增压口吹入室内相应新风量的空气。
3) 空气制冷＋新风流程＋一级制氧循环（一般高原地区）：在空气制冷流程基础上，开启新风风机12引入所需的分子筛制氧机17风量，同时开启第一电磁阀14和分子筛制氧机17，通过氧气口提供一定出口压力（如0.04MPa～0.06MPa）的高浓度氧气（如氧浓度90%以上）。
4) 空气制冷＋新风流程＋二级制氧循环＋空气增压（高原地区）：在空气制冷流程基础上，开启新风风机12引入所需的分子筛制氧机17风量，开启第二电磁阀15和分子筛制氧机17，通过氧气口提供一定出口压力的高浓度氧气；同时开启第一调节阀13通过增压口向室内进行一级增加。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施方式，但本发明不限于上述实施方式，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：包括有第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、膨胀机、第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器、回热器、水分离器、分子筛制氧机、第一调节阀、第二调节阀、第一电磁阀、第二电磁阀，其中：
第一压缩机入口同时通入室内、外空气，第一压缩机出口通过管路与第一冷却器入口相连，第一冷却器出口连接有三路管路，第一冷却器出口第一路管路连接第二压缩机入口，第一冷却器出口第二路管路连接第一调节阀入口，第一调节阀出口通往室内作为增压口，当第一调节阀开启则实现室内增压循环，第一冷却器出口第三路管路连接第一电磁阀入口，第一电磁阀出口连接分子筛制氧机入口，经分子筛制氧机工作后向室内供氧气，即实现一级制氧循环；
第二压缩机出口通过管路与第二冷却器入口相连，第二冷却器出口连接有三路管路，第二冷却器出口第一路管路连接第三压缩机入口，第二冷却器出口第二路连接第二电磁阀入口，第二电磁阀出口同样通过管路连接分子筛制氧机入口，经分子筛制氧机工作后向室内供氧气，即实现二级制氧循环，第二冷却器出口第三路管路连接第二调节阀入口；
第三压缩机出口通过管路与第三冷却器入口相连，所述回热器内部具有两个换热通道，第三冷却器出口通过管路与回热器第一个通道一端的入口相连，回热器第一个通道另一端的出口通过管路与水分离器入口相连，水分离器排气口通过管路与膨胀机入口相连，水分离器的排水口向外排出分离的水分，膨胀机出口通过管路与回热器第二个通道一端的入口相连，回热器第二个通道另一端的出口与来自第二调节阀出口的管路并联后，通往室内，当第二调节阀关闭时可实现送风温度无调节的空气制冷循环，当第二调节阀开启时可实现送风温度可调节的空气制冷循环。
2.根据权利要求1所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：第一压缩机入口连接有两路管路，第一压缩机入口第一路管路与室内过滤器出口连接，室内过滤器入口连通至室内，实现向第一压缩机入口通入室内空气；第一压缩机入口第二路管路与新风风机出口连接，新风风机入口通过管路与室外过滤器出口连接，室外过滤器入口通往室外，实现向第一压缩机入口通入室外空气。
3.根据权利要求2所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：所述的新风风机是在室内有三防密闭要求时，应依据室内人员数量和分子筛制氧机所需输入量配制合理的新风量。
4.根据权利要求1所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：所述的第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机均为高速离心式涡轮压缩机，其中第一压缩机、第二压缩机可采用同轴或独立驱动；所述的膨胀机为增压透平膨胀机，膨胀机与第三压缩机采用同轴驱动。
5.根据权利要求1所述的一种增氧型空气制冷集成环控系统，其特征在于：所述的第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器依据具体设计要求，均可采用集成式水冷或风冷换热器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190712 |