CN112857809B - 一种低温换热装置 - Google Patents

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Abstract

本申请属于发动机主燃烧室低温点火性能试验技术领域，具体涉及一种低温换热装置，包括：低温水换热器，其冷边入口用以连通至低温水源，热边入口用以连通至空气源；氟利昂换热器，其冷边入口用以连通至氟利昂源，热边入口与低温水换热器的热边出口连通；分水器，其气流除水入口与氟利昂换热器的热边出口连通；硅胶干燥器，其气流干燥入口与分水器的气流除水出口连通；过滤器，其气流过滤入口与硅胶干燥器的气流干燥出口连通；气波制冷机，其气流冷却入口与过滤器的气流过滤出口连通。

Description

一种低温换热装置
技术领域
本申请属于发动机主燃烧室低温点火性能试验技术领域，具体涉及一种低温换热装置。
背景技术
为试验航空发动机在高空启动点火或在高原地面启动点火的能力，设计有发动机主燃烧室低温点火性能试验，该试验要求进入发动机主燃烧室空气、燃油处于极低的温度。
在进行发动机主燃烧室低温点火性能试验时，多以冷析干燥法对空气进行干燥后采用气波制冷机进行膨胀降温，以得到具有极低温度的空气供给燃烧室使用，该种技术方案存在以下缺陷：
1)、冷析干燥法对空气干燥不彻底，经气波制冷机进行膨胀降温至50℃以下时，会有水分析出凝结成霜，致使气波制冷机轴承被抱死，无法正常工作；
2)、该种技术方案中难以兼容对燃油的冷却流程。
鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种低温换热装置，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种低温换热装置，包括：
低温水换热器，其冷边入口用以连通至低温水源，热边入口用以连通至空气源；
氟利昂换热器，其冷边入口用以连通至氟利昂源，热边入口与低温水换热器的热边出口连通；
分水器，其气流除水入口与氟利昂换热器的热边出口连通；
硅胶干燥器，其气流干燥入口与分水器的气流除水出口连通；
过滤器，其气流过滤入口与硅胶干燥器的气流干燥出口连通；
气波制冷机，其气流冷却入口与过滤器的气流过滤出口连通。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
氟利昂循环泵，其入口与氟利昂换热器的冷边出口连通；
氟利昂蒸发器，其氟利昂蒸发入口与氟利昂循环泵的出口连通，氟利昂蒸发出口与氟利昂换热器的冷边入口连通。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
鼓风机；
干燥气换热器，冷边入口与鼓风机的气流出口连通，热边入口与硅胶干燥器的干燥气出口连通；
电加热器，其气流入口与干燥气换热器的冷边出口连通，气流出口与硅胶干燥器的干燥气入口连通。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
鼓风机启动控制阀门，其入口与鼓风机的气流出口连通，出口与干燥气换热器热边出口的流出管路连通，在鼓风机启动过程中打开，在鼓风机启动完成后关闭。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
气波制冷机循环水冷却换热器，其冷边入口与低温水换热器的冷边出口连通，热边出口与气波制冷机的循环冷却水入口连通；
气波制冷机循环水冷却泵，其入口与气波制冷机的循环冷却水出口连通，出口与气波制冷机循环水冷却换热器的热边入口连通。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
气波制冷机循环水间接冷却阀门，其入口与低温水换热器的冷边出口连通，出口与气波制冷机循环水冷却换热器的冷边入口连通；
气波制冷机循环水直接冷却阀门，其入口用以与低温水源连通，出口与气波制冷机循环水冷却换热器的冷边入口连通；
气波制冷机循环水冷却换热器具有：
间接冷却状态，气波制冷机循环水间接冷却阀门打开，气波制冷机循环水直接冷却阀门关闭；
直接冷却状态，气波制冷机循环水直接冷却阀门打开。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
低温水流量计，其入口与低温水换热器的冷边出口、气波制冷机循环水冷却换热器的冷边出口连通。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，氟利昂换热器具有两个热边，其中，一个热边的入口与低温水换热器的热边出口连通，该热边的出口与气流除水入口连通；
低温换热装置还包括：
一级燃油换热器，其冷边入口与气波制冷机的气流冷却出口连通，热边入口与氟利昂换热器另一个热边的出口连通，氟利昂换热器该热边的入口用以连通至燃油源。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
二级燃油换热器，其冷边入口与一级燃油换热器的冷边出口连通，热边入口与一级燃油换热器的热边出口连通。
根据本申请的至少一个实施例，上述的低温换热装置中，还包括：
低温空气温度调节阀门，其入口与过滤器的气流过滤出口连通，出口与二级燃油换热器的冷边入口连通。
附图说明
图1是本申请实施例提供的低温换热装置的示意图；
其中：
1-低温水换热器；2-氟利昂换热器；3-分水器；4-硅胶干燥器；5-过滤器；6-气波制冷机；7-氟利昂循环泵；8-氟利昂蒸发器；9-鼓风机；10-干燥气换热器；11-电加热器；12-鼓风机启动控制阀门；13-气波制冷机循环水冷却换热器；14-气波制冷机循环水冷却泵；15-气波制冷机循环水直接冷却阀门；16-低温水流量计；17-一级燃油换热器；18-二级燃油换热器；19-低温空气温度调节阀门；20-气波制冷机循环水间接冷却阀门。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
一种低温换热装置，包括：
低温水换热器1，其冷边入口用以连通至低温水源，热边入口用以连通至空气源；
氟利昂换热器2，其冷边入口用以连通至氟利昂源，热边入口与低温水换热器1的热边出口连通；
分水器3，其气流除水入口与氟利昂换热器2的热边出口连通；
硅胶干燥器4，其气流干燥入口与分水器3的气流除水出口连通；
过滤器5，其气流过滤入口与硅胶干燥器4的气流干燥出口连通；
气波制冷机6，其气流冷却入口与过滤器5的气流过滤出口连通。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，其可用于发动机主燃烧室低温点火性能试验中，对空气进行冷却得到具有极低温度的低温空气，其对空气进行冷却的过程如下：
空气经低温水换热器1与低温水进行初步换热，温度可降低至25℃，其后经氟利昂换热器2由氟利昂制冷剂进一步冷却，温度可降低至5℃，进入分水器3发生气液分离，可脱除空气中的绝大部分水分，流经硅胶干燥器4可进一步脱除其中的残余水分，经过滤器5脱除其中的杂质，包括空气本身含有的杂质以及流经硅胶干燥器4携带的粉末等，进入气波制冷机6进行制冷，可得到-60℃的低温空气，同时空气的压力可降低至120KPa绝对压力，过程中不会发生空气中水分析出凝结成霜将气波制冷机轴承被抱死的情形。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
氟利昂循环泵7，其入口与氟利昂换热器2的冷边出口连通；
氟利昂蒸发器8，其氟利昂蒸发入口与氟利昂循环泵7的出口连通，氟利昂蒸发出口与氟利昂换热器2的冷边入口连通，以能够为氟利昂换热器2提供氟利昂制冷剂。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
鼓风机9；
干燥气换热器10，冷边入口与鼓风机9的气流出口连通，热边入口与硅胶干燥器4的干燥气出口连通；
电加热器11，其气流入口与干燥气换热器10的冷边出口连通，气流出口与硅胶干燥器4的干燥气入口连通。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，在硅胶干燥器4中的硅胶吸附过多水分致使干燥效果下降时，可停止对空气进行冷却，开启鼓风机9将压缩空气送入干燥气换热器10进行初步加热，流入电加热器10进一步加热作为干燥气送入硅胶干燥器4，对硅胶干燥器4内的硅胶进行再生，其后自硅胶干燥器4流出经干燥气换热器10对压缩空气进行初步加热。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
鼓风机启动控制阀门12，其入口与鼓风机9的气流出口连通，出口与干燥气换热器10热边出口的流出管路连通，在鼓风机9启动过程中打开，在鼓风机9启动完成后关闭。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
气波制冷机循环水冷却换热器13，其冷边入口与低温水换热器1的冷边出口连通，热边出口与气波制冷机6的循环冷却水入口连通；
气波制冷机循环水冷却泵14，其入口与气波制冷机6的循环冷却水出口连通，出口与气波制冷机循环水冷却换热器13的热边入口连通。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，其利用低温水换热器1流出的低温水经气波制冷机循环水冷却换热器13对气波制冷机循环水进行降温，以满足气波制冷机循环水的降低需求，此外，为了防冻可在气波制冷机循环水中添加防冻液。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
气波制冷机循环水间接冷却阀门20，其入口与低温水换热器1的冷边出口连通，出口与气波制冷机循环水冷却换热器13的冷边入口连通；
气波制冷机循环水直接冷却阀门15，其入口用以与低温水源连通，出口与气波制冷机循环水冷却换热器13的冷边入口连通；
气波制冷机循环水冷却换热器13具有：
间接冷却状态，气波制冷机循环水间接冷却阀门20打开，气波制冷机循环水直接冷却阀门15关闭；
直接冷却状态，气波制冷机循环水直接冷却阀门15打开。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，为了保证低温水对空气的初步冷却效果，应尽可能设置气波制冷机循环水冷却换热器13处于间接冷却状态，利用低温水换热器1流出的低温水对气波制冷机循环水进行降温，在间接冷却状态不能够满足气波制冷机循环水的冷却需求时，可设置气波制冷机循环水冷却换热器13处于直接冷却状态。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
低温水流量计16，其入口与低温水换热器1的冷边出口、气波制冷机循环水冷却换热器13的冷边出口连通，以能够监测低温水的流量。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，氟利昂换热器2具有两个热边，其中，一个热边的入口与低温水换热器1的热边出口连通，该热边的出口与气流除水入口连通；
低温换热装置还包括：
一级燃油换热器17，其冷边入口与气波制冷机6的气流冷却出口连通，热边入口与氟利昂换热器2另一个热边的出口连通，氟利昂换热器2该热边的入口用以连通至燃油源。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，其可用于发动机主燃烧室低温点火性能试验中，对燃油进行冷却得到具有极低温度的低温燃油，其对燃油进行冷却的过程如下：
燃油经氟利昂换热器2与氟利昂制冷剂进行初步换热，其后经一级燃油换热器17由气波制冷机6流出的低温空气进一步冷却。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员还可以理解的是，其设计氟利昂换热器2利用氟利昂制冷剂对燃油进行冷却，以及设计一级燃油换热器17利用气波制冷机6流出的低温空气对燃油进行进一步冷却，实现对燃油的冷却流程兼容。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
二级燃油换热器18，其冷边入口与一级燃油换热器17的冷边出口连通，热边入口与一级燃油换热器17的热边出口连通。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，二级燃油换热器18可利用一级燃油换热器17流出的低温空气对燃油进一步冷却，以得到符合要求的低温燃油。
在一些可选的实施例中，上述的低温换热装置中，还包括：
低温空气温度调节阀门19，其入口与过滤器5的气流过滤出口连通，出口与二级燃油换热器18的冷边入口连通。
对于上述实施例公开的低温换热装置，领域内技术人员可以理解的是，低温空气温度调节阀门19在与气波制冷机6并联的旁路上设置，通过对其开度进行调节，可控制低温空气的温度，使低温空气的温度符合温度要求的低温空气。
对于以上实施例中公开的低温换热装置中，领域内技术人员可以理解的是，在具体应用时，相关技术人员可根据本申请公开的技术内容及其相关说明，以及根据具体实际在其连通管路上设置相应的阀门，控制管路的通断，实现对该低温换热装置的操控，具体可参见图1。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温换热装置，其特征在于，包括：
低温水换热器（1），其冷边入口用以连通至低温水源，热边入口用以连通至空气源；
氟利昂换热器（2），其冷边入口用以连通至氟利昂源，热边入口与所述低温水换热器（1）的热边出口连通；
分水器（3），其气流除水入口与所述氟利昂换热器（2）的热边出口连通；
硅胶干燥器（4），其气流干燥入口与所述分水器（3）的气流除水出口连通；
过滤器（5），其气流过滤入口与所述硅胶干燥器（4）的气流干燥出口连通；
气波制冷机（6），其气流冷却入口与所述过滤器（5）的气流过滤出口连通。
2.根据权利要求1所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
氟利昂循环泵（7），其入口与所述氟利昂换热器（2）的冷边出口连通；
氟利昂蒸发器（8），其氟利昂蒸发入口与所述氟利昂循环泵（7）的出口连通，氟利昂蒸发出口与所述氟利昂换热器（2）的冷边入口连通。
3.根据权利要求1所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
鼓风机（9）；
干燥气换热器（10），冷边入口与所述鼓风机（9）的气流出口连通，热边入口与所述硅胶干燥器（4）的干燥气出口连通；
电加热器（11），其气流入口与所述干燥气换热器（10）的冷边出口连通，气流出口与所述硅胶干燥器（4）的干燥气入口连通。
4.根据权利要求3所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
鼓风机启动控制阀门（12），其入口与所述鼓风机（9）的气流出口连通，出口与所述干燥气换热器（10）热边出口的流出管路连通，在所述鼓风机（9）启动过程中打开，在所述鼓风机（9）启动完成后关闭。
5.根据权利要求1所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
气波制冷机循环水冷却换热器（13），其冷边入口与所述低温水换热器（1）的冷边出口连通，热边出口与所述气波制冷机（6）的循环冷却水入口连通；
气波制冷机循环水冷却泵（14），其入口与所述气波制冷机（6）的循环冷却水出口连通，出口与所述气波制冷机循环水冷却换热器（13）的热边入口连通。
6.根据权利要求5所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
气波制冷机循环水间接冷却阀门（20），其入口与所述低温水换热器（1）的冷边出口连通，出口与所述气波制冷机循环水冷却换热器（13）的冷边入口连通；
气波制冷机循环水直接冷却阀门（15），其入口用以与低温水源连通，出口与所述气波制冷机循环水冷却换热器（13）的冷边入口连通；
所述气波制冷机循环水冷却换热器（13）具有：
间接冷却状态，所述气波制冷机循环水间接冷却阀门（20）打开，所述气波制冷机循环水直接冷却阀门（15）关闭；
直接冷却状态，所述气波制冷机循环水直接冷却阀门（15）打开。
7.根据权利要求6所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
低温水流量计（16），其入口与所述低温水换热器（1）的冷边出口、气波制冷机循环水冷却换热器（13）的冷边出口连通。
8.根据权利要求1所述的低温换热装置，其特征在于，
氟利昂换热器（2）具有两个热边，其中，一个热边的入口与所述低温水换热器（1）的热边出口连通，该热边的出口与所述气流除水入口连通；
所述低温换热装置还包括：
一级燃油换热器（17），其冷边入口与所述气波制冷机（6）的气流冷却出口连通，热边入口与所述氟利昂换热器（2）另一个热边的出口连通，所述氟利昂换热器（2）该热边的入口用以连通至燃油源。
9.根据权利要求8所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
二级燃油换热器（18），其冷边入口与所述一级燃油换热器（17）的冷边出口连通，热边入口与所述一级燃油换热器（17）的热边出口连通。
10.根据权利要求9所述的低温换热装置，其特征在于，
还包括：
低温空气温度调节阀门（19），其入口与所述过滤器（5）的气流过滤出口连通，出口与所述二级燃油换热器（18）的冷边入口连通。
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