CN113788148A - 一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统 - Google Patents

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刘鑫
陈丽君
马健
王磊
马科昌
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    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems

Abstract

本发明涉及一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，包括内循环风机、第一换热器、四通换向阀、压缩机、膨胀阀、第一受控阀、第二受控阀、第三换热器、第三受控阀、第四受控阀、滑油箱、泵、传动箱；所述传动箱内的滑油为高温流体。本发明冷天条件下滑油废热被热泵循环直接利用，能够快速地对舱室温度进行控制；通过对直升机制冷系统、制热系统以及滑油系统进行综合一体化设计，有效降低了系统质量；通过第一受控阀、第二受控阀、第三受控阀、第四受控阀对工质或滑油流量分配进行控制，对热流进行匹配。

Description

一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统
技术领域
本发明涉及飞行器空调技术领域，具体提供一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统。
背景技术
传统的直升机热管理系统采用蒸发循环制冷带发动机引气加热的环控系统方式，蒸发循环只能制冷，不能用于加热，加热需另外增加系统结构从发动机引气，因而将增加额外的机载质量。采热泵空调系统对直升机加热系统和制冷系统进行耦合，能够有效地降低直升机质量。但由于在低温环境下，热泵空调系统工作效率很低，甚至不能运行，因此需采用热源对其进行供热，该过程将额外增加系统质量。
为了解决直升机制冷和加热系统在直升机热管理系统应用过程中质量优化问题，本文提出了一种新型滑油废热源的直接换热式热泵空调系统方案，将滑油废热的排放段和热泵空调的热量需求端有效匹配，既实现了废热回收利用，又对热管理系统结构进行了优化设计。
发明内容
发明的目的：
提出了一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，将废热排放过程和热泵空调系统的需求直接匹配起来，实现了基于热泵空调系统热管理系统的结构优化设计。
技术方案：提供一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，包括内循环风机2、第一换热器3、四通换向阀4、压缩机5、膨胀阀6、第一受控阀7、第二受控阀9、第三换热器11、第三受控阀12、第四受控阀13、滑油箱15、泵16、传动箱17；所述传动箱17内的滑油为高温流体；
所述内循环风机2、第一换热器3与驾驶室内环境依次连通构成第一循环回路，内循环风扇带动驾驶室内空气流动；
所述第一换热器3、膨胀阀6、第一受控阀7、第三换热器11、第二受控阀9、压缩机5依次连通构成第二循环回路，且压缩机5与第二受控阀9之间通过四通换向阀4连通，第一换热器3与压缩机5之间通过四通换向阀4连通，第一循环回路与第二循环回路通过第一换热器3形成热交换；
所述第三换热器11、第三受控阀12、滑油箱15、泵16、传动箱17和第四受控阀13依次连通构成第三循环回路，第二循环回路与第三循环回路通过第三换热器11形成热交换；
包括第四换热器14、第二换热器8和外部引气装置10；
所述第一受控阀7与第二受控阀9之间设置有第一直连管路，且所述第一直连管路经过第二换热器8，所述外部引气装置10将外部空气引入第二换热器8，使得直连管路与外部空气热交换；
所述第三受控阀12与第四受控阀13之间设置有第二直连管路，且所述第二直连管路经过第二换热器8，所述外部引气装置10将外部空气引入第二换热器8，使得直连管路与外部空气热交换。
进一步的，所述传动箱17为齿轮箱或变速箱。
进一步的，所述驾驶室为直升机驾驶室，所述传动箱17为滑油箱15为直升机传动系统滑油箱。
进一步的，所述第一循环回路中的流体为单向循环流动。
基于上述的系统，提供一种热交换方法，对第一循环回路制热时，调整第一受控阀7和第二受控阀9，所述第二循环回路中流体流向依次为压缩机5、四通换向阀4、第一换热器3、膨胀阀6、第一受控阀7、第三换热器11、第二受控阀9、四通换向阀、压缩机5。
基于上述的系统，提供一种热交换方法，对第一循环回路制冷时，调整第一受控阀7和第二受控阀9，所述第二循环回路中流体流向依次为压缩机5、四通换向阀4、第二受控阀9、第二换热器8、第一受控阀7、膨胀阀6、第一换热器3、四通换向阀4、压缩机5。
基于上述的系统，提供一种热交换方法，所述第三循环回路中流体流向依次为滑油箱15、泵16、传动箱17、第四受控阀13、并联的第三换热器11和第四换热器14、第三受控阀12、滑油箱。
进一步的，对第二循环回路制冷时，断开第四受控阀13与第三换热器11的通路。
技术效果：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、冷天条件下滑油废热被热泵循环直接利用，能够快速地对舱室温度进行控制；
2、通过对直升机制冷系统、制热系统以及滑油系统进行综合一体化设计，有效降低了系统质量；
3、通过第一受控阀、第二受控阀、第三受控阀、第四受控阀对工质或滑油流量分配进行控制，对热流进行匹配。
附图说明
图1为本发明工作在制热模式的系统原理图；
图2为本发明工作在制冷模式的系统原理图；
其中：1-驾驶舱、2-内循环风机、3-第一换热器、4-四通换向阀、5-压缩机、6-膨胀阀、7-第一受控阀、8-第二换热器、9-第二受控阀、10-外部引气装置、11-第三换热器、12-第三受控阀、13-第四受控阀、14-第四换热器、15-滑油箱、16-泵、17-传动箱。
具体实施方式
实施例1，参见附图1-2，提出了一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，将废热排放过程和热泵空调系统的需求直接匹配起来，实现了基于热泵空调系统热管理系统的结构优化设计。
技术方案：提供一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，包括内循环风机2、第一换热器3、四通换向阀4、压缩机5、膨胀阀6、第一受控阀7、第二受控阀9、第三换热器11、第三受控阀12、第四受控阀13、滑油箱15、泵16、传动箱17；所述传动箱17内的滑油为高温流体；
所述内循环风机2、第一换热器3与驾驶室内环境依次连通构成第一循环回路，内循环风扇带动驾驶室内空气流动；
所述第一换热器3、膨胀阀6、第一受控阀7、第三换热器11、第二受控阀9、压缩机5依次连通构成第二循环回路，且压缩机5与第二受控阀9之间通过四通换向阀4连通，第一换热器3与压缩机5之间通过四通换向阀4连通，第一循环回路与第二循环回路通过第一换热器3形成热交换；
所述第三换热器11、第三受控阀12、滑油箱15、泵16、传动箱17和第四受控阀13依次连通构成第三循环回路，第二循环回路与第三循环回路通过第三换热器11形成热交换；
包括第四换热器14、第二换热器8和外部引气装置10；
所述第一受控阀7与第二受控阀9之间设置有第一直连管路，且所述第一直连管路经过第二换热器8，所述外部引气装置10将外部空气引入第二换热器8，使得直连管路与外部空气热交换；
所述第三受控阀12与第四受控阀13之间设置有第二直连管路，且所述第二直连管路经过第二换热器8，所述外部引气装置10将外部空气引入第二换热器8，使得直连管路与外部空气热交换。
所述传动箱17为齿轮箱或变速箱。
所述驾驶室为直升机驾驶室，所述传动箱17为滑油箱15为直升机传动系统滑油箱。
所述第一循环回路中的流体为单向循环流动。
实施例2，参见附图1，基于上述的系统，提供一种热交换方法，对第一循环回路制热时，所述第二循环回路中流体流向依次为压缩机5、四通换向阀4、第一换热器3、膨胀阀6、第一受控阀7、第三换热器11、第二受控阀9、四通换向阀、压缩机5。
基于上述的系统，提供一种热交换方法，所述第三循环回路中流体流向依次为滑油箱15、泵16、传动箱17、第四受控阀13、并联的第三换热器11和第四换热器14、第三受控阀12、滑油箱。
实施例3，参见附图2，基于上述的系统，提供一种热交换方法，对第一循环回路制冷时，所述第二循环回路中流体流向依次为压缩机5、四通换向阀4、第二受控阀9、第二换热器8、第一受控阀7、膨胀阀6、第一换热器3、四通换向阀4、压缩机5。
基于上述的系统，提供一种热交换方法，所述第三循环回路中流体流向依次为滑油箱15、泵16、传动箱17、第四受控阀13、并联的第三换热器11和第四换热器14、第三受控阀12、滑油箱。
对第二循环回路制冷时，断开第四受控阀13与第三换热器11的通路。

Claims (8)

1.一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，其特征在于：包括内循环风机(2)、第一换热器(3)、四通换向阀(4)、压缩机(5)、膨胀阀(6)、第一受控阀(7)、第二受控阀(9)、第三换热器(11)、第三受控阀(12)、第四受控阀(13)、滑油箱(15)、泵(16)、传动箱(17)、第四换热器(14)、第二换热器(8)和外部引气装置(10)；
所述传动箱(17)内的滑油为高温流体；
所述内循环风机(2)、第一换热器(3)与驾驶室内环境依次连通构成第一循环回路，内循环风扇带动驾驶室内空气流动；
所述第一换热器(3)、膨胀阀(6)、第一受控阀(7)、第三换热器(11)、第二受控阀(9)、压缩机(5)依次连通构成第二循环回路，且压缩机(5)与第二受控阀(9)之间通过四通换向阀(4)连通，第一换热器(3)与压缩机(5)之间通过四通换向阀(4)连通，第一循环回路与第二循环回路通过第一换热器(3)形成热交换；
所述第三换热器(11)、第三受控阀()12、滑油箱(15)、泵(16)、传动箱(17)和第四受控阀(13)依次连通构成第三循环回路，第二循环回路与第三循环回路通过第三换热器(11)形成热交换；
所述第一受控阀(7)与第二受控阀(9)之间设置有第一直连管路，且所述第一直连管路经过第二换热器(8)，所述外部引气装置(10)将外部空气引入第二换热器(8)，使得直连管路与外部空气热交换；
所述第三受控阀(12)与第四受控阀(13)之间设置有第二直连管路，且所述第二直连管路经过第二换热器(8)，所述外部引气装置(10)将外部空气引入第二换热器(8)，使得直连管路与外部空气热交换。
2.如权利要求1所述的一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，其特征在于：所述传动箱17为齿轮箱或变速箱。
3.如权利要求1所述的一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，其特征在于：所述驾驶室为直升机驾驶室，所述传动箱为滑油箱为直升机传动系统滑油箱。
4.如权利要求1所述的一种滑油废热源的直接换热式热泵空调系统，其特征在于：所述第一循环回路中的流体为单向循环流动。
5.一种基于上述权利要求1-4之一的空调系统的热交换方法，其特征在于：对第一循环回路制热时，调整第一受控阀(7)和第二受控阀(9)，使得所述第二循环回路中流体流向依次为压缩机(5)、四通换向阀()4、第一换热器(3)、膨胀阀(6)、第一受控阀(7)、第三换热器(11)、第二受控阀(9)、四通换向阀、压缩机(5)。
6.一种基于上述权利要求1-4之一的空调系统的热交换方法，其特征在于：对第一循环回路制冷时，调整第一受控阀(7)和第二受控阀(9)，所述第二循环回路中流体流向依次为压缩机(5)、四通换向阀(4)、第二受控阀(9)、第二换热器(8)、第一受控阀(7)、膨胀阀(6)、第一换热器(3)、四通换向阀(4)、压缩机(5)。
7.如权利要求5或6所述的热交换方法，其特征在于：所述第三循环回路中流体流向依次为滑油箱(15)、泵(16)、传动箱(17)、第四受控阀(13)、并联的第三换热器(11)和第四换热器(14)、第三受控阀(12)、滑油箱。
8.如权利要求7所述的热交换方法，其特征在于：对第二循环回路制冷时，调整第一受控阀(12)和第二受控阀(13)，断开第四受控阀(13)与第三换热器(11)的通路。
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