CN112407293A - 蒸汽循环机对高冲击应用的可用性 - Google Patents

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Abstract

蒸汽循环机对高冲击应用的可用性。一种蒸汽循环机(10)中的过滤器干燥器功能旁路系统(26)包括制冷剂过滤器/干燥器(18)，其从入口管线(17)接收液体制冷剂流并将所述液体制冷剂排出到出口管线(19)。旁路管线(32)将入口管线和出口管线互连，并且旁路阀(30)被配置为将液体制冷剂流的一部分或全部从入口管线分流到旁路管线中。条件传感器(46)提供指示制冷剂过滤器干燥器条件的状态信号(48)，并且旁路阀能够响应于状态信号而操作。

Description

蒸汽循环机对高冲击应用的可用性
技术领域
本公开总体上涉及蒸汽循环机领域，更具体地，涉及在蒸汽循环机上具有旁路回路和阀的制冷剂过滤和干燥功能(FDF)，其即使在临界过滤器干燥器寿命终止或故障条件期间也允许连续操作。
背景技术
在商用和私人场景二者中使用的飞行器以及其它运输和一般加热通风和空调(HVAC)系统采用蒸汽循环机。现代商用飞行器可以高度集成的空调和增压系统为特色。通常，传统基于空气循环的机组用作飞机内部的主要冷却设备。在一些改型中，这可通过集中式或分布式小型冷却单元(通常为蒸汽循环机(VCM))来增强。在VCM中，对制冷剂的作用使得空气能够最终在热交换器(制冷剂蒸发器)中冷却。在一些飞行器应用中，主要冷却设备可完全基于蒸汽循环。考虑到环境控制对运输的重要性，需要VCM的高可靠性和可用性以支持运输应用。对于一个示例，在一个飞行器应用中，空气循环机组通过补充冷却系统(SCS)，一系列蒸汽循环机组增强，其使冷却介质冷却，然后冷却介质在整个飞机中循环。该冷却介质用于食物和饮料冷却以用于乘客服务，而且用于冷却座舱和/或货物再循环空气。冷却的再循环空气用于冷却飞机的座舱和其它区域。结果，SCS功能对飞机操作非常重要。
VCM通常具有提供制冷剂过滤和干燥功能(FDF)的组件。这些组件通常具有设计寿命限制并且随着单元累积操作时间或者随着组件堵塞而需要维护修理或更换。FDF组件的故障或磨损可能影响蒸汽循环机的总体操作，并且在飞行器应用中还可影响飞行器调度或操作。FDF组件去除常常由系统磨损产生的或者在制造或维护期间在系统中引入的制冷剂中的水分和污染物。通常随着老化和操作时间增加，压力损失增加并且流量减少。另外，在诸如高冷却负荷(热空气温度和高压缩机速度)的恶劣条件下，过滤器干燥器功能寿命可缩短。如果过滤器磨损(阻塞或堵塞)，则典型设计中的制冷系统的效率可能降低，或者可能需要关闭系统。飞行器上的VCM空气冷却能力的损失可能导致航班延误或取消。
发明内容
蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统的示例性实现方式。该系统包括制冷剂过滤器/干燥器，其从入口管线接收液体制冷剂流并将液体制冷剂排出到出口管线。旁路管线将入口管线和出口管线互连，并且旁路阀被配置为将来自入口管线的液体制冷剂流的一部分或全部分流到旁路管线中。条件传感器提供指示制冷剂过滤器干燥器条件的条件状态信号，并且旁路阀能够响应于条件状态信号而操作。
所公开的实现方式提供一种用于蒸汽循环机的操作的方法。利用条件传感器来感测制冷剂过滤器/干燥器的条件。在旁路控制器中从条件传感器接收指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号。从旁路控制器发出旁路条件信号。旁路阀响应于旁路条件信号而打开，其中旁路阀被配置为将来自制冷剂过滤器/干燥器的入口管线的液体制冷剂流分流到旁路管线中，旁路管线从制冷剂过滤器/干燥器的入口管线连接到出口管线。
附图说明
所讨论的特征、功能和优点可在各种实现方式中独立地实现，或者可在其它实现方式中组合，其进一步的细节可参照以下描述和附图看到。
图1是具有FDF旁路系统的示例性蒸汽循环机的表示；
图2是实现于如图1所公开的蒸汽循环机中的FDF旁路系统的详细框图表示；
图3是实现于蒸汽循环机中的FDF旁路系统中使用的手动旁路阀的详细框图；
图4是具有FDF旁路系统的蒸汽循环机的操作方法的流程图。
具体实施方式
维持FDF组件故障或劣化的蒸汽循环机(VCM)操作(超出正常维护周期)的能力是有价值的。对于飞行器，这可允许继续飞行器操作，直至可在更方便的时间或地方执行维护。例如，简单的重新配置可允许飞行器操作一段时间(例如，10天)，直至可进行有效的修理或VCM更换。在运输用途中，FDF组件通常需要VCM排空制冷剂。这以及设备/工具要求通常需要在车间环境中进行VCM服务。本文所公开的实现方式在飞行器应用中得到了证明；然而，该概念适用于冷却至关重要的其它应用、当需要VCM延长/继续操作时、和/或当空间、重量、成本或其它约束限制了VCM或VCM组件尺寸时。可使用VCM，而不限于制冷、冷却或热泵应用。要注意的是，FDF功能的旁路可导致更多的机器磨损，并且可能导致附加组件故障，从而影响修理成本。这被认为是可用性增加的可接受代价，因为组件磨损是FDF磨损或故障的普遍原因。本文所描述的实现方式提供一种具有旁路回路和阀的旁路系统，其即使在临界过滤器干燥器寿命终止或故障条件期间也允许继续操作。所公开的实现方式允许蒸汽循环机仍操作，从而防止所支持的系统(例如，用于商用或私人场景、飞行器食物制冷或座舱冷却的空调(HVAC)系统)停机、防止或最小化飞机航班延误或航班取消以及食物和/或饮料变质。这可提高维护效率、操作效率、成本节省以及客户满意度。尽管本文中描述为随飞行器系统使用，但是实现方式可不仅用于航空航天工业，而且用于家用和工业应用(蒸汽循环制冷系统)。本文所描述的旁路系统可手动操作或利用机电阀和控制组件自动操作。
参照附图，图1示出用于制冷的蒸汽循环机10的一个典型示例，其具有将工作流体通过冷凝器14馈送到储存工作流体的接收罐16的压缩机12。液体制冷剂从接收罐16抽取并利用入口管线17路由至制冷剂过滤器/干燥器18。液体制冷剂从制冷剂过滤器/干燥器18流到通过膨胀阀20连接到蒸发器22的出口管线19。温度感测控制器24控制流过蒸发器的工作流体，以提供期望的制冷(蒸发)温度(过热控制)。然后，如今为气态的工作流体返回到压缩机12。旁路系统26允许工作流体流部分地或完全地围绕制冷剂过滤器/干燥器18重新路由。制冷剂过滤器/干燥器18是当前实现方式中应对的FDF组件，但是旁路系统26可应用于类似蒸汽循环机中的各种其它FDF组件。
在第一示例实现方式中，如图1所示，旁路阀30被定位在旁路系统26的旁路管线32中。在此配置中，旁路阀30的打开导致液体制冷剂流的部分旁路，从而减小制冷剂过滤器/干燥器18上的负荷，但继续流过制冷剂过滤器/干燥器，除非制冷剂过滤器干燥器完全阻塞。在该条件下，所有流均被旁路。在没有旁路的情况下，当FDF磨损到终端压力损失点时，VCM通常将由于过大压力而关闭。
在图2中可看到旁路系统26的第二示例实现方式的细节。从入口管线17接收流的旁路阀30被配置为将液体制冷剂路由到旁路管线32，再连接制冷剂过滤器/干燥器18下游的出口管线19。如将更详细描述的，旁路阀30可响应于旁路条件的要求路由来自制冷剂过滤器/干燥器18的液体制冷剂流的全部或一部分。可选地，孔34被定位在旁路管线32中以按照与通过制冷剂过滤器/干燥器18的正常流一致的方式限制流。可选地，辅助FDF组件36(例如，寿命缩短或容量降低的过滤器/干燥器)被定位在旁路管线32中以对在旁路条件下流动的液体制冷剂维持过滤器/干燥器功能。孔34和FDF组件36的组合在示例实现方式中匹配，以在旁路管线中提供与通过制冷剂过滤器/干燥器18的正常流条件相当的液体制冷剂流。
旁路阀30可以是手动阀，其由机械师或技术人员基于旁路条件的要求来操作。另选地，旁路阀30可以是自动机电阀，其在接收到电旁路条件信号38时通过螺线管来操作。也可采用液压操作阀以进行手动或自动操作。旁路阀30可使用例如三通球阀或可定位阀杆和多座阀来重新路由来自入口管线17的流的全部或一部分。如图3中看到的，对于旁路阀30的机械阀实现方式，显示手动旁路的物理指示器已被激活，例如标签或塑料可破裂保持特征40，其在被触及或者在某些实现方式中提供手动阀操作者42的激活时断裂、切断或撕裂。旁路阀30的机电版本可通过开关或开关变阻器44来手动操作，从而提供如图2中看到的旁路条件信号38，以进行完全分流或可控部分分流。
在示例实现方式中，如图2所示，条件传感器46连接到制冷剂过滤器/干燥器18，从而向系统接口50提供指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号48。某些手动实现方式中的条件状态信号48和系统接口50是制冷剂过滤器/干燥器18的寿命终止的物理指示器。在另选实现方式中，从系统内感测的状态(压力、温度、压缩机速度、阀位置)或通过其它参数(例如，自最后服务以来的操作小时数、输出温度对时间等)推导条件状态信号48。连接以接收条件状态信号48的旁路控制器52可操作以响应于条件状态信号48而提供旁路条件信号38以操作旁路阀30。在制冷剂过滤器/干燥器18的寿命终止时，旁路控制器52发出旁路阀30的完全打开条件的旁路条件信号。在另选实现方式中，旁路控制器52调制旁路条件信号38以操作旁路阀30，以随着制冷剂过滤器/干燥器18中继续磨损，逐渐地、递增地分流到旁路管线32中。当达到完全打开阀位置时，旁路控制器52可确定将VCM完全停机或允许单元继续操作，直至它故障或被更换。VCM的停机通常导致失去对特定应用的VCM空气冷却(例如，失去食物冷藏或座舱再循环空气冷却)。旁路操作可保持VCM执行，直至可进行修理或维护。主要根据整个机器的磨损状态来限制执行。另选地，由旁路控制器52调节旁路阀30的位置以使流继续并允许制冷剂过滤器/干燥器18操作直至它完全故障。
系统接口50连接到条件传感器46并采用灯或其它显示的数字警告(例如，过滤器/干燥器的寿命为50％、寿命为100％、旁路操作剩余2天)响应于条件状态信号48向诸如飞行员、机械师或自动维护监测系统之类的用户提供制冷剂过滤器/干燥器18的操作条件的指示。来自旁路阀30的位置状态信号54被提供给系统接口50并显示，以指示阀的操作或位置。在某些实现方式中，位置状态信号向旁路控制器52提供反馈。
在某些实现方式中，通过旁路阀30的自动操作来获得制冷剂过滤器/干燥器18的动态寿命延长。当蒸汽循环机10正在水分或颗粒风险低(低功率、稳定制冷剂)的条件下操作时，通过旁路阀30的操作自动地对制冷剂过滤器/干燥器18进行旁路。当条件改变时，可通过定位旁路阀30以没有旁路流来恢复完全制冷剂过滤器/干燥器功能。这可用于延长过滤器/干燥器的过滤器功能的寿命。由旁路控制器52通过感测条件传感器46或蒸汽循环系统或飞行器中的其它操作传感器所提供的系统内的状态(压力、温度、压缩机速度、阀位置或者通过类似自最后服务以来的操作小时数、输出温度对时间等的其它参数)来确定和控制旁路功能。
所公开的实现方式允许蒸汽循环机10继续操作有限时间段，直至可安排和实现制冷剂过滤器/干燥器18的修理(例如，类似航空业中的10天MEL)。在运输应用中，可使用车辆，然后在方便的时间将其运送到维护站。根据原始制冷剂过滤器/干燥器尺寸，在旁路操作的有限时间段期间的性能将仅略微劣化。另外，利用旁路阀30的自动控制和调节，可获得诸如制冷剂过滤器/干燥器寿命增加之类的增强益处。也可维持一定水平的过滤，直至完全旁路。受控旁路，特别是通过在旁路管线中添加FDF组件，可将蒸汽循环机10维持在FDF终端特性(压降)下以使进一步的系统劣化最小化和最大水平的FDF功能。
所公开的实现方式提供如图4所示的用于蒸汽循环机10的操作方法400。利用条件传感器46感测制冷剂过滤器/干燥器18的条件(步骤402)。在旁路控制器52中从条件传感器46接收指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号48(步骤404)。从旁路控制器发出旁路条件信号38(步骤406)。响应于旁路条件信号而打开旁路阀30，旁路阀被配置为将来自入口管线17的液体制冷剂流分流到旁路管线32中(步骤408)，旁路管线从制冷剂过滤器/干燥器的入口管线17连接到制冷剂过滤器/干燥器的出口管线19。旁路阀的打开可通过调制旁路条件信号来实现，以通过旁路阀进行完全分流或可控部分分流。还在系统接口50中接收条件状态信号(步骤410)。系统接口显示灯或其它数字以向用户提供制冷剂过滤器/干燥器18的操作条件的指示(步骤412)。在系统接口50中从旁路阀30接收位置状态信号54(步骤414)。然后，系统接口50显示位置状态信号以向用户指示旁路阀的操作或位置(步骤416)。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统包括：
制冷剂过滤器/干燥器(18)，其从入口管线(17)接收液体制冷剂流并将液体制冷剂排出到出口管线(19)；
旁路管线(32)，其将入口管线和出口管线互连；
旁路阀(30)，其被配置为将液体制冷剂流的一部分或全部从入口管线分流到旁路管线中；以及
条件传感器(46)，其提供指示制冷剂过滤器干燥器条件的条件状态信号，旁路阀能够响应于该条件状态信号而操作。
条款2.根据条款1所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还在旁路管线中包括限流孔(34)。
条款3.根据条款1或2所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还在旁路管线中包括一个或更多个辅助过滤器干燥器功能FDF组件(36)。
条款4.根据条款3所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，所述一个或更多个FDF组件包括寿命缩短或容量降低的过滤器/干燥器。
条款5.根据条款1至4中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括系统接口(50)。
条款6.根据条款1至5中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，所述旁路阀是手动阀。
条款7.根据条款6所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括在被触及或手动阀操作者(42)在手动阀上激活时断裂、切断或撕裂的可破裂保持特征(40)。
条款8.根据条款1至7中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，所述旁路阀响应于旁路条件信号(38)而机电地操作。
条款9.根据条款8所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括提供旁路条件信号的开关或开关变阻器(44)。
条款10.根据条款8所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括条件传感器(46)，其连接到制冷剂过滤器/干燥器，从而提供指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号(48)。
条款11.根据条款10所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括接收条件状态信号的旁路控制器(52)，该旁路控制器能够响应于条件状态信号而操作以提供操作旁路阀的旁路条件信号。
条款12.根据条款11所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，旁路控制器在制冷剂过滤器/干燥器的寿命终止时操作以提供旁路阀的完全打开条件的旁路条件信号。
条款13.根据条款11所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，旁路控制器调制旁路条件信号以操作旁路阀递增地向旁路管线中分流。
条款14.根据条款1至13中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括系统接口(50)，其具有响应于条件状态信号向用户提供所述条件的指示的灯或其它显示的数字警告。
条款15.根据条款14所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，旁路阀提供位置状态信号(54)，并且系统接口响应于位置状态信号而提供旁路阀位置的指示。
条款16.根据条款11所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，旁路阀将位置状态信号(54)作为反馈提供给旁路控制器。
条款17.一种用于蒸汽循环机的操作的方法，该方法包括：
利用条件传感器感测制冷剂过滤器/干燥器的条件；
在旁路控制器中从条件传感器接收指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号；
从旁路控制器发出旁路条件信号；以及
响应于旁路条件信号而打开旁路阀，所述旁路阀被配置为将液体制冷剂流从入口管线分流到旁路管线中，所述旁路管线从制冷剂过滤器/干燥器的入口管线连接到制冷剂过滤器/干燥器的出口管线。
条款18.根据条款17所述的方法，其中，打开旁路阀的步骤包括：调制旁路条件信号以用于通过旁路阀的完全分流或可控部分分流。
条款19.根据条款17或18所述的方法，该方法还包括：
在系统接口中接收条件状态信号；以及
显示灯或其它数字以向用户提供制冷剂过滤器/干燥器条件的指示。
条款20.根据条款19所述的方法，该方法还包括：
在系统接口中从旁路阀接收位置状态信号；以及
显示位置状态信号以指示旁路阀的操作或位置。
现在已按照专利法规的要求详细描述了本发明的各种实现方式，本领域技术人员将认识到对本文所公开的实现方式的修改和置换。这些修改在随附权利要求的范围和意图内。在权利要求内，术语“包括”、“具有”和“包含”旨在为开放式的，可存在附加或等同元素。如本文所使用的，除非另外限制，否则“和”和“或”是相互包含的。

Claims (10)

1.一种蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统包括：
制冷剂过滤器/干燥器(18)，该制冷剂过滤器/干燥器从入口管线(17)接收液体制冷剂流并将所述液体制冷剂排出到出口管线(19)；
旁路管线(32)，该旁路管线将所述入口管线和所述出口管线互连；
旁路阀(30)，该旁路阀被配置为将所述液体制冷剂流的一部分或全部从所述入口管线分流到所述旁路管线中；以及
条件传感器(46)，该条件传感器提供指示制冷剂过滤器干燥器条件的条件状态信号(48)，所述旁路阀能够响应于所述条件状态信号而操作。
2.根据权利要求1所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还在所述旁路管线中包括限流孔(34)。
3.根据权利要求1所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还在所述旁路管线中包括一个或更多个辅助过滤器干燥器功能FDF组件(36)。
4.根据权利要求3所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，所述一个或更多个FDF组件包括寿命缩短或容量降低的过滤器/干燥器。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括系统接口(50)。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，所述旁路阀是手动阀。
7.根据权利要求1所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，其中，所述旁路阀响应于旁路条件信号(38)而机电地操作。
8.根据权利要求7所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括条件传感器(46)，该条件传感器连接到所述制冷剂过滤器/干燥器，从而提供指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号(48)。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的蒸汽循环机中的过滤器干燥器功能旁路系统，该系统还包括系统接口(50)，该系统接口具有响应于所述条件状态信号向用户提供所述条件的指示的灯或其它显示的数字警告。
10.一种用于蒸汽循环机的操作的方法，该方法包括以下步骤：
利用条件传感器感测制冷剂过滤器/干燥器的条件；
在旁路控制器中从所述条件传感器接收指示制冷剂过滤器/干燥器条件的条件状态信号；
从所述旁路控制器发出旁路条件信号；以及
响应于所述旁路条件信号而打开旁路阀，所述旁路阀被配置为将液体制冷剂流从入口管线分流到旁路管线中，所述旁路管线从所述制冷剂过滤器/干燥器的入口管线连接到所述制冷剂过滤器/干燥器的出口管线。
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