CN111998471A

CN111998471A - 一种三防集成环控分系统

Info

Publication number: CN111998471A
Application number: CN202010966018.2A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 陈一飞; 柴恒炜
Original assignee: Hefei Swan Refrigeration Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Swan Refrigeration Technology Co Ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2020-11-27

Abstract

本发明公开了一种三防集成环控分系统，包括有增压风机、排风机、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、空－空换热器、末端净化模块、滤毒模块、三通调节阀、第一电动风阀、第二电动风阀、第三电动风阀和第四电动风阀等，通过设计精简路径，形成子系统Ⅰ、子系统Ⅱ、子系统Ⅲ和子系统Ⅳ等4个子系统，分别对应“外循环+增压+净化”、“外循环+增压+滤毒”、“内循环+净化”和“废气排放+背压”4种功能通道，同时依据舱内气压、CO₂浓度等环境指标因素，协调各子系统工作。本发明将增压、滤毒、净化、新风和能量回收等功能整合为一个分系统，结构紧凑，实现集成化，能有效地保护乘员的安全，为新型保障装备提供一种解决方案。

Description

一种三防集成环控分系统

技术领域

本发明涉及地面、船舶舱室的环控技术领域，尤其涉及一种舱室的增压、滤毒、净化、新风和能量回收的环控分系统。

背景技术

随着装备保障系统的不断提高，人们对所处的舱室环境要求也越来越高，特别对一些高机动性车辆和海上重要船舶的舱室，在面对复杂的、突发的地域环境或作战环境时，如何综合、有效地保护乘员的安全是必不可少的保障条件之一。我们知道，舱室环境因素除温度、湿度和噪声以外还有很多，比如舱室气压、CO₂浓度、毒气浓度、颗粒物、总挥发性有机物（TVOC）、细菌和烟尘污染等因素，这些因素若不进行有效整合，自然会引起保障设备的种类、数量、体积和功耗等不断增加，这给相关配套带来不利。例如，以往舱室配套的滤毒系统通常是一套独立的装置，包括增压风机、多级过滤器、滤毒罐、多个电动风阀、检测和控制单元等组成，遇到大三防时只能单独工作。同样，舱室内需要微增压时，也会独立设计出增压系统和背压调节系统；当遇到颗粒物、总挥发性有机物等超标时，又会有过滤和净化系统等等。随着功能和要求的增多，原有的独立设计思路越来越行不通。

另外，解决高原的有效办法是增压和供氧，但有些舱室的结构和工作方式不具备大增压条件，如海拔高度4550m，气压为57.3kPa，若直接采用新风增压方法将相对海拔高度降至2000m以内，则需要增压风机增压21.8 kPa，这对于舱体来说需要更多的承压和调压设计。为更好解决这一问题，有一种做法是在供氧的同时，舱室内进行快速微增压，如200Pa～3000Pa。这时，我们会发现滤毒系统用的风压正好可以覆盖到微增压、净化和新风换热所需的风压，这给集成带来了可能。目前，如何在有限的空间下，做到系统化集成，值得研究。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种三防集成环控分系统，以解决现有地面、船舶舱室的环控分系统面临的集成度和协调性不足的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种三防集成环控分系统，包括有增压风机、排风机、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、空－空换热器、末端净化模块、滤毒模块、三通调节阀、第一电动风阀、第二电动风阀、第三电动风阀和第四电动风阀等，并通过设计不同路径形成4个子系统。其特征在于：舱外空气接入所述第二过滤器入口，第二过滤器出口连接所述三通调节阀的第一入口，三通调节阀出口连接增压风机入口，增压风机出口连接空－空换热器的第一入口，空－空换热器的第一出口后至少并联2路，其中第一路连接所述第二电动风阀入口，第二电动风阀出口连接末端净化模块入口，末端净化模块出口接入舱内，由此构成“外循环+增压+净化”子系统，即子系统Ⅰ；

所述舱外空气前半程同子系统Ⅰ，所不同的是从空－空换热器的第一出口后的第二路连接所述第三电动风阀入口，第三电动风阀出口连接所述滤毒模块入口，滤毒模块出口连接所述第四电动风阀入口，第四电动风阀出口与所述子系统Ⅰ末端并入舱内，由此构成“外循环+增压+滤毒”子系统，即子系统Ⅱ；

所述第三过滤器入口接入舱内待净化空气，第三过滤器出口连接所述三通调节阀的第二入口，三通调节阀出口连接增压风机入口，增压风机出口连接空－空换热器的第一入口，空－空换热器的第一出口后的第一路连接所述第二电动风阀入口，第二电动风阀出口连接末端净化模块入口，末端净化模块出口接入舱内，由此构成“内循环+净化”子系统，即子系统Ⅲ；

所述空－空换热器的第二入口接入舱内待排废气，空－空换热器的第二出口连接所述排风机入口，排风机出口连接所述第一电动风阀入口，第一电动风阀出口连接所述第一过滤器入口，第一过滤器出口连接舱外，由此构成“废气排放+背压”子系统，即子系统Ⅳ。

所述增压风机应满足舱内新风量、增压和风阻等要求，通常风量为150m³/h～600m³/h，风压不小于2000Pa；所述排风机应满足舱内废气排放和风阻等要求，其风量为增压风机风量的50%～100%，风压通常不小于200Pa。

所述空－空换热器为双路回收型换热装置，为4个子系统提供通道，其中当子系统Ⅰ和子系统Ⅳ、子系统Ⅱ和子系统Ⅳ同步工作时，通过传热温差实现能量回收，其热能回收效率不低于65%。

所述第一过滤器和第二过滤器为同型号粗效过滤器；所述第三过滤器为中效过滤器；所述末端净化模块以高中效或高效过滤器为基础，依据舱室具体需求，增加活性碳、等离子或负离子发生器等净化装置。

所述滤毒模块依据野外受到核、生、化污染和侵袭指标要求定制，所述第三电动风阀和第四电动风阀为同型号常闭型，只有接收到开启指令时方可开启，以保障所述滤毒模块的时效性。

所述第一电动风阀能调节舱室背压，即舱室从零压→微压（10Pa～30Pa）→三防气密和微增压（200Pa～3000Pa），且调节气压变化率满足人体生理需求。

本发明进一步阐述如下：

4个子系统是否独立工作，还是配合工作，应依据舱内气压、CO₂浓度、毒气浓度、颗粒物、总挥发性有机物（TVOC）、细菌和烟尘污染等环境因素及大系统需要，由综合控制系统协调完成。各子系统流程：

a)子系统Ⅰ：舱外空气→第二过滤器→三通调节阀→增压风机→空－空换热器→第二电动风阀→末端净化模块→舱内。

b)子系统Ⅱ：舱外空气→第二过滤器→三通调节阀→增压风机→空－空换热器→第三电动风阀→滤毒模块→第四电动风阀→舱内。

c)子系统Ⅲ：舱内空气→第三过滤器→三通调节阀→增压风机→空－空换热器→第二电动风阀→末端净化模块→舱内。

d)子系统Ⅳ：舱内废气→空－空换热器→排风机→第一电动风阀→第一过滤器→舱外。

当不需要增压时，可实现：

a)仅需要舱内空气净化，即开启子系统Ⅲ，此时净化等级要求高时，所述第一电动风阀开闭。

b)需要新风和排废气时，即开启子系统Ⅰ和子系统Ⅳ，此时所述第一电动风阀完全开启，再通过调节所述第二电动风阀开度，或调节所述增压风机的转速，实现新风和排废气的风量相当，同时借助空－空换热器实现能量回收。

当需要增压时，可实现：

a)仅需要舱内空气增压，即开启子系统Ⅰ，此时所述第一电动风阀先关闭，待舱内气压符合要求时，再对第一电动风阀做精确控制。

b)需要新风和排废气时，即先开启子系统Ⅰ，此时所述第一电动风阀先关闭，待舱内气压符合要求时，再开启子系统Ⅳ，并通过对第一电动风阀和第二电动风阀的精确控制，实现在增压状态下的新风和排废气，同时借助空－空换热器实现能量回收；

c)需要三防滤毒时，即先关闭第一电动风阀和第二电动风阀，然后开启子系统Ⅱ，并维持舱内气压，当需要排废气时，再开启子系统Ⅳ，通过对第一电动风阀的精确控制，实现平衡气压，同时借助空－空换热器实现能量回收。

d)在舱内气压稳定时，还可切换到舱内空气净化，即开启子系统Ⅲ。

本发明还可以进一步扩展，如：

在所述的子系统Ⅰ、子系统Ⅱ、子系统Ⅲ末端通过一个接口送往舱内，不排除应大系统需要，接入与舱室配套的空调系统。

在所述三通调节阀和增压风机之间，可增设关联手动风阀，此时三通调节阀切换到第二通道，开启增压风机，对第二过滤器进行反向吹洗。

在所述第二电动风阀和末端净化模块之间，可增设关联手动风阀，用于临时检修等。

本发明的优点是：

1、本发明将增压、滤毒、净化、新风和能量回收等功能合为一体，结构紧凑，实现集成化。

2、本发明内、外循环可方便切换，并接入空－空换热器，实现能量回收，带来节能。

3、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。

4、本发明技术成熟、容易实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种三防集成环控分系统，包括有增压风机9、排风机3、第一过滤器1、第二过滤器7、第三过滤器13、空－空换热器4、末端净化模块6、滤毒模块11、三通调节阀8、第一电动风阀2、第二电动风阀5、第三电动风阀10和第四电动风阀12等，并通过设计不同路径形成4个子系统。其特征在于：舱外空气接入所述第二过滤器7入口，第二过滤器7出口连接所述三通调节阀8的第一入口，三通调节阀8出口连接增压风机9入口，增压风机9出口连接空－空换热器4的第一入口，空－空换热器4的第一出口后至少并联2路，其中第一路连接所述第二电动风阀5入口，第二电动风阀5出口连接末端净化模块6入口，末端净化模块6出口接入舱内，由此构成“外循环+增压+净化”子系统，即子系统Ⅰ；

所述舱外空气前半程同子系统Ⅰ，所不同的是从空－空换热器4的第一出口后的第二路连接所述第三电动风阀10入口，第三电动风阀10出口连接所述滤毒模块11入口，滤毒模块11出口连接所述第四电动风阀12入口，第四电动风阀12出口与所述子系统Ⅰ末端并入舱内，由此构成“外循环+增压+滤毒”子系统，即子系统Ⅱ；

所述第三过滤器13入口接入舱内待净化空气，第三过滤器13出口连接所述三通调节阀8的第二入口，三通调节阀8出口连接增压风机9入口，增压风机9出口连接空－空换热器4的第一入口，空－空换热器4的第一出口后的第一路连接所述第二电动风阀5入口，第二电动风阀5出口连接末端净化模块6入口，末端净化模块6出口接入舱内，由此构成“内循环+净化”子系统，即子系统Ⅲ；

所述空－空换热器4的第二入口接入舱内待排废气，空－空换热器4的第二出口连接所述排风机3入口，排风机3出口连接所述第一电动风阀2入口，第一电动风阀2出口连接所述第一过滤器1入口，第一过滤器1出口连接舱外，由此构成“废气排放+背压”子系统，即子系统Ⅳ。

所述增压风机9应满足舱内新风量、增压和风阻等要求，通常风量为150m³/h～600m³/h，风压不小于2000Pa；所述排风机3应满足舱内废气排放和风阻等要求，其风量为增压风机风量的50%～100%，风压通常不小于200Pa。

所述空－空换热器4为双路回收型换热装置，为4个子系统提供通道，其中当子系统Ⅰ和子系统Ⅳ、子系统Ⅱ和子系统Ⅳ同步工作时，通过传热温差实现能量回收，其热能回收效率不低于65%。

所述第一过滤器1和第二过滤器7为同型号粗效过滤器；所述第三过滤器13为中效过滤器；所述末端净化模块6以高中效或高效过滤器为基础，依据舱室具体需求，增加活性碳、等离子或负离子发生器等净化装置。

所述滤毒模块11依据野外受到核、生、化污染和侵袭指标要求定制，所述第三电动风阀10和第四电动风阀12为同型号常闭型，只有接收到开启指令时方可开启，以保障所述滤毒模块的时效性。

所述第一电动风阀2能调节舱室背压，即舱室从零压→微压（10Pa～30Pa）→三防气密和微增压（200Pa～3000Pa），且调节气压变化率满足人体生理需求。

本发明进一步阐述如下：

e)子系统Ⅰ：舱外空气→第二过滤器7→三通调节阀8→增压风机9→空－空换热器4→第二电动风阀5→末端净化模块6→舱内。

f)子系统Ⅱ：舱外空气→第二过滤器7→三通调节阀8→增压风机9→空－空换热器4→第三电动风阀10→滤毒模块11→第四电动风阀12→舱内。

g)子系统Ⅲ：舱内空气→第三过滤器13→三通调节阀8→增压风机9→空－空换热器4→第二电动风阀5→末端净化模块6→舱内。

h)子系统Ⅳ：舱内废气→空－空换热器4→排风机3→第一电动风阀2→第一过滤器1→舱外。

当不需要增压时，可实现：

c)仅需要舱内空气净化，即开启子系统Ⅲ，此时净化等级要求高时，所述第一电动风阀2开闭。

d)需要新风和排废气时，即开启子系统Ⅰ和子系统Ⅳ，此时所述第一电动风阀2完全开启，再通过调节所述第二电动风阀2开度，或调节所述增压风机9的转速，实现新风和排废气的风量相当，同时借助空－空换热器4实现能量回收。

当需要增压时，可实现：

e)仅需要舱内空气增压，即开启子系统Ⅰ，此时所述第一电动风阀2先关闭，待舱内气压符合要求时，再对第一电动风阀2做精确控制。

f)需要新风和排废气时，即先开启子系统Ⅰ，此时所述第一电动风阀2先关闭，待舱内气压符合要求时，再开启子系统Ⅳ，并通过对第一电动风阀2和第二电动风阀5的精确控制，实现在增压状态下的新风和排废气，同时借助空－空换热器4实现能量回收；

g)需要三防滤毒时，即先关闭第一电动风阀2和第二电动风阀5，然后开启子系统Ⅱ，并维持舱内气压，当需要排废气时，再开启子系统Ⅳ，通过对第一电动风阀2的精确控制，实现平衡气压，同时借助空－空换热器4实现能量回收。

h)在舱内气压稳定时，还可切换到舱内空气净化，即开启子系统Ⅲ。

本发明还可以进一步扩展，如：

在所述三通调节阀8和增压风机9之间，可增设关联手动风阀，此时三通调节阀8切换到第二通道，开启增压风机9，对第二过滤器7进行反向吹洗。

在所述第二电动风阀5和末端净化模块6之间，可增设关联手动风阀，用于临时检修等。

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

1.一种三防集成环控分系统，其特征在于：通过增压风机、排风机、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、空－空换热器、末端净化模块、滤毒模块、三通调节阀、第一电动风阀、第二电动风阀、第三电动风阀和第四电动风阀形成四个子系统，舱外空气接入所述第二过滤器入口，第二过滤器出口连接所述三通调节阀的第一入口，三通调节阀出口连接增压风机入口，增压风机出口连接空－空换热器的第一入口，空－空换热器的第一出口后并联两路，其中第一路连接所述第二电动风阀入口，第二电动风阀出口连接末端净化模块入口，末端净化模块出口接入舱内，构成外循环+增压+净化的子系统Ⅰ；

从空－空换热器的第一出口后的第二路连接所述第三电动风阀入口，第三电动风阀出口连接所述滤毒模块入口，滤毒模块出口连接所述第四电动风阀入口，第四电动风阀出口与所述子系统Ⅰ末端并入舱内，构成外循环+增压+滤毒的子系统Ⅱ；

所述第三过滤器入口接入舱内待净化空气，第三过滤器出口连接所述三通调节阀的第二入口，三通调节阀出口连接增压风机入口，增压风机出口连接空－空换热器的第一入口，空－空换热器的第一出口的第一路连接所述第二电动风阀入口，第二电动风阀出口连接末端净化模块入口，末端净化模块出口接入舱内，构成内循环+净化的子系统Ⅲ；

所述空－空换热器的第二入口接入舱内待排废气，空－空换热器的第二出口连接所述排风机入口，排风机出口连接所述第一电动风阀入口，第一电动风阀出口连接所述第一过滤器入口，第一过滤器出口连接舱外，构成废气排放+背压的子系统Ⅳ。

2.根据权利要求1所述的一种三防集成环控分系统，其特征在于：所述的增压风机满足舱内新风量、增压和风阻的要求，风量为150m³/h～600m³/h，风压不小于2000Pa；所述的排风机满足舱内废气排放和风阻的要求，其风量为增压风机风量的50%～100%，风压不小于200Pa。

3.根据权利要求1所述的一种三防集成环控分系统，其特征在于：所述的空－空换热器为双路回收型换热装置，为四个子系统提供通道，其中当子系统Ⅰ和子系统Ⅳ、子系统Ⅱ和子系统Ⅳ同步工作时，通过传热温差实现能量回收，其热能回收效率不低于65%。

4.根据权利要求1所述的一种三防集成环控分系统，其特征在于：所述的第一过滤器和第二过滤器为同型号粗效过滤器；所述第三过滤器为中效过滤器；所述末端净化模块以高中效或高效过滤器为基础，依据舱室具体需求，增加活性碳、等离子或负离子发生器的净化装置。

5.根据权利要求1所述的一种三防集成环控分系统，其特征在于：所述第三电动风阀和第四电动风阀为同型号常闭型，只有接收到开启指令时方可开启。