一种直升机蒸发循环制冷系统及控制方法与流程

本发明属于机载环控/热管理。涉及一种直升机蒸发循环制冷系统及控制方法。

背景技术：

1、蒸发循环制冷系统因其具有高能效比和高安全性等优点，已在直升机上得到广泛应用，但在使用过程中也暴露了一些问题，其中直升机高空飞行时制冷系统频繁进入除霜模式。系统进入除霜模式后，仅蒸发风机工作，吹向乘员的空气为未降温的热风，需要等待几分钟待蒸发器侧温度升高后，系统才恢复制冷模式。若整个飞行过程系统频繁除霜，则会严重影响乘员的座舱舒适性体验。

技术实现思路

1、发明目的

2、鉴于以上问题，本发明提出一种避免除霜的直升机蒸发循环制冷系统。

3、解决成员的舒适性问题

4、技术方案

5、一种直升机蒸发循环制冷系统，包括制冷组件、热源组件、热风收集组件、制冷控制盒17；

6、所述制冷组件包括压缩机1、冷凝器2、冷凝风机3、高压开关6、储液器7、膨胀阀8、蒸发器9、蒸发风机10、除霜传感器13、低压开关14；压缩机1出口通过制冷剂热气管路与冷凝器2入口连接，冷凝器2出口通过供液管路与储液器7入口连接，储液器7出口通过供液管路与膨胀阀8入口连接，膨胀阀8出口通过供液管路与蒸发器9入口连接，蒸发器9出口通过吸气管路与压缩机1入口连接。

7、所述热源组件包括滑油散热器18、滑油冷却风扇19、主减速器20、主减滑油温度传感器21、滑油箱22、滑油温度传感器23、滑油泵24、滑油滤25；在滑油散热器18中，由滑油冷却风扇19吸入的空气，与所述滑油散热器18的滑油进行热交换，吸入后的空气温度升高，滑油散热器18中的滑油降温后通过滑油管路回到主减速器20，对主减速器20进行润滑吸热后，通过滑油管路进入滑油箱22，滑油箱22中设置滑油温度传感器23用于对滑油温度进行检测，滑油泵24抽吸滑油箱22中的滑油输送到滑油散热器18中。

8、热风收集组件包括进风组件15、热路调节阀16和送风管路26；进风组件15出口通过送风管路26与热路调节阀16入口连接，热路调节阀16出口通过送风管路26与冷凝器2空气侧入口连接。热路调节阀16用于调节热源组件热风道中的空气流量；制冷控制盒17接收指令控制制冷组件启停，调节热路调节阀16的开度，从而控制制冷组件正常运行。

9、进一步的，还包括冷凝进风温度传感器4，所述冷凝进风温度传感器4设置在冷凝器2空气侧入口风道上，用于监测冷凝器2空气侧入口空气温度。

10、进一步的，所述冷凝风机3应具有多档位调节风量的功能(如高、中、低三档)，以适应冷凝器2空气侧入口空气温度变化对冷凝散热量的影响。

11、进一步的，所述除霜传感器13应紧贴蒸发器9外表面，用于探测蒸发器9壁面温度，制冷控制盒17接收除霜传感器13发送的温度值，控制制冷组件和热风收集组件。

12、进一步的，所述送风管路26应具有保温功能，以避免热空气的热量散失。

13、进一步的，还包括滑油滤25，所述滑油滤25设置在滑油箱22与滑油泵24之间，过滤滑油中杂质。

14、进一步的，所述进风组件15设置在主减舱内，靠近滑油散热器出口，收集滑油散热器18出口的热风。

15、进一步的，所述热路调节阀16应采用密封性好、泄漏量少的阀门，能快速打开和关闭，并能无级调节。

16、进一步的，所述高压开关6和低压开关14，用于系统高压端和低压端制冷剂压力极限值报警，系统达到报警压力时，会将该信号传递给制冷控制盒17，制冷控制盒17接收到信号后使系统停止工作。

17、进一步的，还包括安全阀5，所述安全阀5设置在冷凝器2与储液器7之间的供液管路上，当冷凝压力超过极限压力，系统仍一直工作，通过安全阀5释放制冷剂，以保护压缩机1和冷凝器2不被损坏。

18、进一步的，还包括回风温度传感器11和出风温度传感器12，所述回风温度传感器11和出风温度传感器12分别探测蒸发器9空气侧进风温度和出风温度，制冷控制盒17接收回风温度传感器11的温度信号，并与设定温度比较，从而控制系统的启停。

19、一种直升机蒸发循环制冷系统的控制方法，包括如下步骤：

20、i)系统启动，若蒸发器9壁面温度高于除霜温度+δt(δt为温度设计余度)，冷凝风机3先高档工作，热路调节阀16关闭；

21、j)若蒸发器9壁面温度低于或等于除霜温度+δt，冷凝风机3降至中档工作，热路调节阀16仍处于关闭状态；若蒸发器9壁面温度升高至4℃以上，则冷凝风机3升至高档工作后回到第a)步控制；

22、k)若蒸发器9壁面温度仍低于或等于除霜温度+δt，冷凝风机3降至低档工作，热路调节阀16仍处于关闭状态；

23、l)若蒸发器9壁面温度仍低于或等于除霜温度+δt，冷凝风机3处于低档工作，热路调节阀16开始持续打开，直至达到全开状态；

24、m)当蒸发器9壁面温度开始回升，高于除霜温度+δt，冷凝风机3则从低档升至中档工作，热路调节阀16处于全开状态；

25、n)若蒸发器9壁面温度仍高于除霜温度+δt，冷凝风机3则升至高档工作，热路调节阀16处于全开状态；

26、o)若蒸发器9壁面温度仍高于除霜温度+δt，冷凝风机3保持高档工作，热路调节阀16持续关小活门开度，直到全关状态为止；

27、p)当蒸发器9壁面温度降至除霜温度+δt及以下，重新回到第b)步控制。

28、本申请的有益效果在于：

29、本发明专利通过控冷凝风机风量和滑油散热器热空气流量，实现冷凝温度稳定控制，使蒸发器壁面温度始终在除霜温度以上，有效避免高空飞行制冷系统频繁除霜，具有以下技术效果：

30、1)提高飞行效率：直升机飞行高度时刻变化，舱外大气温度也随之变化，通过回收滑油废热预热舱外大气，可以减少制冷系统除霜次数，甚至避免除霜，保障飞行员高效工作，提高飞行效率；

31、2)节约能源：本系统收集的是滑油废热，在无额外消耗能源的情况下解决频繁除霜问题，从而减少了能源消耗；

32、3)延长系统寿命：频繁除霜使压缩机和冷凝风机频繁启停，给制冷系统带来额外的磨损和负担，采用滑油废热技术可减少制冷系统除霜次数，甚至避免除霜，从而延长制冷系统寿命。

技术特征：

1.一种直升机蒸发循环制冷系统，其特征在于，包括制冷组件、热源组件、热风收集组件、制冷控制盒；

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括冷凝进风温度传感器，所述冷凝进风温度传感器设置在冷凝器空气侧入口风道上，用于监测冷凝器空气侧入口空气温度。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述冷凝风机应具有多档位调节风量的功能。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述除霜传感器应紧贴蒸发器外表面，用于探测蒸发器壁面温度，制冷控制盒接收除霜传感器发送的温度值，控制制冷组件和热风收集组件。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述送风管路应具有保温功能。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括滑油滤，所述滑油滤设置在滑油箱与滑油泵之间。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述高压开关和低压开关，用于系统高压端和低压端制冷剂压力极限值报警，系统达到报警压力时，会将信号传递给制冷控制盒，制冷控制盒接收到信号后使系统停止工作。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括安全阀，所述安全阀设置在冷凝器与储液器之间的供液管路上。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括回风温度传感器和出风温度传感器，所述回风温度传感器和出风温度传感器分别探测蒸发器空气侧进风温度和出风温度，制冷控制盒接收回风温度传感器的温度信号，并与设定温度比较，从而控制系统的启停。

10.一种权利要求9所述系统的控制方法，包括如下步骤：

技术总结本发明属于机载环控/热管理技术领域。涉及一种直升机蒸发循环制冷系统及控制方法。系统包括制冷组件、热源组件、热风收集组件、制冷控制盒；通过控冷凝风机风量和滑油散热器热空气流量，实现冷凝温度稳定控制，使蒸发器壁面温度始终在除霜温度以上，有效避免高空飞行制冷系统频繁除霜，提高飞行效率：直升机飞行高度时刻变化，舱外大气温度也随之变化，通过回收滑油废热预热舱外大气，可以减少制冷系统除霜次数，甚至避免除霜，保障飞行员高效工作，提高飞行效率。技术研发人员：罗平根,赵凯祥,谢定祥,李烽超,张洋受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14