用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法与流程

1.本发明涉及真空环境中密封舱体散热技术领域，尤其涉及一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法。


背景技术：

2.载人航天器座舱内空气的温度控制是以强迫对流换热为主的主动式温控技术，这类系统有液体循环和气体循环两种。流体在泵或风扇的驱动下将航天器内部热量引出，流经外部的热辐射器排向宇宙空间。
3.现代民航客机座舱温度控制主要采用空气循环制冷方法。由发动机引出的高温高压气体，经过一系列热交换器初步降温后，再由冷却涡轮膨胀降温，得到低温低压的空气供入舱内。
4.高速铁路运行列车通常采用蒸汽压缩式制冷系统，它是利用某些低沸点的液体汽化蒸发时的吸热效应而实现制冷功能。
5.然而，载人航天器的液体回路式主动温控技术是利用泵或风扇的驱动将航天器内部热量引出，流经外部的热辐射器排向宇宙空间，主要借助于舱外太空环境这一天然的热沉。现代民航客机的空气循环制冷方法，由于其采用的工质主要是空气，受限于现有增压设备技术条件(增压比较小)，不适用于舱体内外压差过大的应用对象。高速铁路运行列车工作于标准大气环境，其蒸汽压缩制冷方法的冷凝过程多借助于外界空气。对于真空环境下运行的列车而言，其密封舱体的舱内热量较大，无法利用外界空气制冷，上述三种方法皆不适用。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法，能够解决现有技术中无法对真空环境下的密封舱体进行制冷的技术问题。
7.本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法，蒸汽压缩循环制冷方法包括：步骤一，将密封舱体内的携带热量的气体送至第一换热器；步骤二，第一换热器将气体所携带的热量转移至液态第一介质，液态第一介质吸热汽化为低温低压气态第一介质，将冷却后的气体送至密封舱体；步骤三，将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质，将高温高压气态第一介质送至第二换热器；步骤四，第二换热器将高温高压气态第一介质所携带的热量转移至第二介质，高温高压气态第一介质放热液化为高温高压液态第一介质；步骤五，对高温高压液态第一介质进行节流减压处理以将高温高压液态第一介质变为低温低压液态第一介质，将低温低压液体第一介质送至第一换热器；步骤六，重复步骤一至步骤五以完成真空环境中密封舱体内的制冷。
8.进一步地，在步骤一中，第一换热器包括蒸发器，第一动力单元将携带热量的气体送至蒸发器。
9.进一步地，在步骤二中，第二动力单元将冷却后的气体送至密封舱体。
10.进一步地，在步骤三中，第三动力单元将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质，第二换热器包括冷凝器。
11.进一步地，在对高温高压液态第一介质进行节流减压处理之前，步骤五还包括：对高温高压液体第一介质进行干燥、过滤及脱水操作。
12.进一步地，在步骤五中，利用流量调节阀对高温高压液态第一介质进行节流减压处理以将高温高压液态第一介质变为低温低压液态第一介质。
13.进一步地，第二介质为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。
14.进一步地，第一动力单元包括抽风机，第二动力单元包括送风机。
15.进一步地，第三动力单元包括压缩机，流量调节阀包括热力膨胀阀或电子膨胀阀。
16.应用本发明的技术方案，提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法，该蒸汽压缩循环制冷方法与现有技术相比，其不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决蒸汽压缩循环制冷中冷凝工质问题，通过液体汽化制冷以吸收密封舱内热量，采用液态第一介质汽化后压缩再冷凝方式以达到控温的目的，可以应用于散热量较大的密封舱。
附图说明
17.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法的流程图；
19.图2示出了根据本发明的具体实施例提供的用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷系统的结构示意图。
20.其中，上述附图包括以下附图标记：
21.10、第一换热器；20、第一动力单元；30、第二动力单元；40、第三动力单元；50、第二换热器；60、第二介质储箱；70、流量调节阀；80、第一气体管道；90、第二气体管道；100、第三气体管道；110、第四气体管道；120、第一液体管道；130、第二液体管道；200、密封舱内热源；300、密封舱外壳。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
25.如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法，该蒸汽压缩循环制冷方法包括：步骤一，将密封舱体内的携带热量的气体送至第一换热器；步骤二，第一换热器将气体所携带的热量转移至液态第一介质，液态第一介质吸热汽化为低温低压气态第一介质，将冷却后的气体送至密封舱体；步骤三，将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质，将高温高压气态第一介质送至第二换热器；步骤四，第二换热器将高温高压气态第一介质所携带的热量转移至第二介质，高温高压气态第一介质放热液化为高温高压液态第一介质；步骤五，对高温高压液态第一介质进行节流减压处理以将高温高压液态第一介质变为低温低压液态第一介质，将低温低压液体第一介质送至第一换热器；步骤六，重复步骤一至步骤五以完成真空环境中密封舱体内的制冷。
26.应用此种配置方式，提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法，该方法通过使得低沸点的第一介质在封闭的管路中以流体状态循环，利用第一换热器中的第一介质汽化蒸发吸收舱内热量，通过对低温低压气态第一介质进行压缩以变为高温高压气态第一介质并对高温高压气态第一介质进行冷凝可提高第二换热器的换热效率，利用第二介质储箱内的第二介质吸收第二换热器中第一介质冷凝时所释放的能量，以实现热量转移的目的。因此，本发明所提供的蒸汽压缩循环制冷方法与现有技术相比，其不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决蒸汽压缩循环制冷中冷凝工质问题，通过液体汽化制冷以吸收密封舱内热量，采用液态第一介质汽化后压缩再冷凝方式以达到控温的目的，可以应用于散热量较大的密封舱。
27.进一步地，在本发明中，为了顺利地将密封舱体内的携带热量的气体送至第一换热器，在步骤一中，第一换热器包括蒸发器，第一动力单元将携带热量的气体送至蒸发器。在步骤二中，第二动力单元将冷却后的气体送至密封舱体。在此种方式下，蒸发器将气体所携带的热量转移至液态第一介质并通过第二动力单元将冷却后的气体送至密封舱体。为了能够持续对密封舱体内的携带热量的气体进行散热，需要对第一介质进行散热。
28.具体地，在本发明中，蒸发器在将气体所携带的热量转移至液态第一介质后，液态第一介质吸热汽化为低温低压气态第一介质，为了提高第二换热器的换热效率，需要对低温低压气态第一介质进行压缩。具体地，在步骤三中，第三动力单元将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质。然后，第二换热器对高温高压气态第一介质进行冷却以将高温高压气态第一介质冷却为高温高压液体第一介质，冷却过程中释放的热量可转移至
第二介质。最后，为了实现密封舱体的循环制冷，需要对高温高压液态第一介质进行节流减压处理以将高温高压液态第一介质转变为低温低压液态第一介质，冷却后的低温低压液态第一介质重新回到蒸发器内以完成下一循环密封舱体内气体的散热，由此实现密封舱体的持续散热。作为本发明的一个具体实施例，可利用流量调节阀对所述高温高压液态第一介质进行节流减压处理，其中，第三动力单元包括压缩机，流量调节阀包括热力膨胀阀或电子膨胀阀。
29.进一步地，在本发明中，为了防止第一介质在制冷循环过程中由于相变过程而影响第一介质的冷却性能，在对高温高压液态第一介质进行节流减压处理之前，步骤五还包括：对高温高压液体第一介质进行干燥、过滤及脱水操作。
30.此外，在本发明中，为了能够持续吸收第一介质释放的热量，可将第二介质设置为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。
31.进一步地，在本发明中，为了顺利地将密封舱体内携带热量的气体抽至第一换热器以及将冷却后的气体重新送至密封舱体，可将第一动力单元配置为包括抽风机，第二动力单元包括送风机。
32.根据本发明的另一方面，提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷系统，该蒸汽压缩循环制冷系统使用如上所述的蒸汽压缩循环制冷方法，该制冷系统包括第一换热器10、第一动力单元20、第二动力单元30、第三动力单元40、第二换热器50、第二介质储箱60和流量调节阀70，第一换热器10包括液态第一介质，第一换热器10用于将液态第一介质汽化为低温低压气态第一介质以吸收密封舱体内气体所携带的热量，第一动力单元20与第一换热器10的入口连接，第一动力单元20用于将密封舱体内的空气送至第一换热器10，第二动力单元30与第一换热器10的出口连接，第二动力单元30用于将冷却后的气体送至密封舱体，第三动力单元40与第一换热器10连接，第三动力单元40用于将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质，第二换热器50与第三动力单元40连接，第二介质储箱60内设置有第二介质，第二换热器50用于将高温高压气态第一介质液化为高温高压液态第一介质并将高温高压气态第一介质释放的热量转移至第二介质，流量调节阀70分别与第一换热器10和第二换热器50连接，流量调节阀70用于将高温高压液态第一介质变为低温低压液态第一介质并将低温低压液态第一介质送至第一换热器10。
33.具体地，在本发明中，如图1所示，密封舱外壳300内经人体或设备加热后的热空气在第一动力单元20的作用下被送至第一换热器10，通过热交换过程将热量转移至液态第一介质后温度降低，经冷却后的空气在第二动力单元30的作用下重新回到密封舱体内。同时经热空气加热后的液态第一介质汽化为低温低压气态第一介质，第三动力单元40由电力驱动做功，吸入第一换热器10的低温低压气态第一介质，压缩后变为高温高压气态第一介质；第二换热器50将高温高压气态第一介质冷却成高温高压液态第一介质并将高温高压气态第一介质释放的热量转移至第二介质储箱60内的第二介质，冷却后的高温高压液态第一介质被送入流量调节阀70，经流量调节阀70节流减压后，高温高压液态第一介质变为低温低压液态第一介质并被重新送入第一换热器10进入下一制冷循环。经过上述制冷过程，能够持续对真空环境下的密封舱体进行制冷，制冷效率高。
34.进一步地，在本发明中，为了防止第一介质在制冷循环过程中由于相变过程而影响第一介质的冷却性能，在第一介质经由第二介质冷却之后，可将蒸汽压缩循环制冷系统
配置为还包括干燥单元，干燥单元分别与第二换热器50和流量调节阀70连接，干燥单元用于对高温高压液态第一介质进行干燥处理。
35.此外，在本发明中，为了防止第一介质在制冷循环过程中由于引入杂质而影响第一介质的冷却性能，在第一介质经由干燥单元进行干燥处理之后，可将蒸汽压缩循环制冷系统配置为还包括过滤单元，过滤单元分别与干燥单元和流量调节阀70连接，过滤单元用于去除高温高压液态第一介质中的杂质。
36.进一步地，在本发明中，为了防止第一介质在制冷循环过程中由于相变过程引入水分而影响第一介质的冷却性能，在第一介质经由过滤单元进行过滤处理之后，可将蒸汽压缩循环制冷系统配置为还包括脱水单元，脱水单元分别与过滤单元和流量调节阀70连接，脱水单元用于对高温高压液态第一介质进行脱水处理。
37.作为本发明的一个具体实施例，第一换热器10包括蒸发器，第二换热器50包括冷凝器，第二介质为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水。在本发明中，若采用冰水混合物作为第二介质时，吸热过程包含两个步骤，第一步骤是冰块相变吸热融化成0摄氏度液体水，第二步骤是0摄氏度液体水吸热升温，当温度升高到某一温度时，换热过程减弱，制冷效率低，此时需更换第二介质。若采用纯水(纯水是指0摄氏度水或低温液态水)作为第二介质时，吸热过程具体包括0摄氏度水或低温液态水吸热升温，当温度升高到某一温度时，换热过程减弱，制冷效率低，此时需更换第二介质。在本发明中，密封舱体内的气体可将携带的热量转移至液态第一介质，液态第一介质吸热汽化为低温低压气态第一介质，为了提高后续冷凝器的冷凝效率，通过第三动力单元对低温低压气态第一介质进行压缩以变为高温高压气态第一介质，接着，经由第二介质冷却，可将高温高压气态第一介质转变为高温高压液态第一介质，第二介质吸热后温度升高，温度升高至某一温度后，需到站更换第二介质。为了实现密封舱体的循环制冷，需要流量调节阀将高温高压液态第一介质转变为低温低压液态第一介质，冷却后的低温低压液态第一介质重新回到蒸发器内以完成下一循环密封舱体内气体的散热，由此实现密封舱体的持续散热。
38.进一步地，在本发明中，为了实现密封舱体内热源200的持续散热，需要第一动力单元持续将热量抽至第一换热器并将冷却后的舱内空气重新送入密封舱内。作为本发明的一个具体实施例，第一动力单元20包括抽风机，第二动力单元30包括送风机。
39.此外，在本发明中，为了实现密封舱体内气体换热，可将蒸汽压缩循环制冷系统配置为还包括第一气体管道80、第二气体管道90、第三气体管道100和第四气体管道110，第一气体管道80分别与第一动力单元20和第一换热器10连接，第二气体管道90分别与第一换热器10和第二动力单元20连接，第三气体管道100分别与第一换热器10和第三动力单元40连接，第四气体管道110分别与第三动力单元40和第二换热器50连接。
40.应用此种配置方式，密封舱体内携带热量的气体在第一动力单元20的作用下通过第一气体管道80送至第一换热器10，在第一换热器10的作用下，将气体的热量转移至液态第一介质，冷却后的气体经由第二气体管道90重新送入密封舱体，液态第一介质吸热汽化为低温低压气态第一介质，低温低压气态第一介质通过第三气体管道100进入第三动力单元40，第三动力单元40由电力驱动做功以将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质，高温高压气态第一介质通过第四气体管道110进入第二换热器50，第二换热器50将高温高压气态第一介质冷却成高温高压液态第一介质并将热量转移至第二介质。
41.此外，在本发明中，蒸汽压缩循环制冷系统还包括第一液体管道120和第二液体管道130，第一液体管道120分别与第二换热器50和流量调节阀70连接，第二液体管道130分别与流量调节阀70和第一换热器10连接。具体地，在通过第二换热器50将高温高压气态第一介质冷却成高温高压液态第一介质并将热量转移至第二介质之后，冷却后的高温高压液态第一介质经由第一液体管道120送至流量调节阀，并经流量调节阀作用将高温高压液态第一介质转化为低温低压液态第一介质，低温低压液态第一介质可通过第二液体管道130重新回到第一换热器10内，以实现对密封舱体的持续制冷。
42.为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明的用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷系统及方法进行详细说明。
43.如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷系统和方法，该蒸汽压缩循环制冷系统包括第一换热器10、第一动力单元20、第二动力单元30、第三动力单元40、第二换热器50、第二介质储箱60、流量调节阀70、第一气体管道80、第二气体管道90、第三气体管道100、第四气体管道110、第一液体管道120、第二液体管道130、干燥单元、过滤单元和脱水单元，在本实施例中，第一换热器10包括蒸发器，第二换热器50包括冷凝器，第一动力单元20包括抽风机，第二动力单元30包括送风机，第三动力单元40包括压缩机，流量调节阀70包括热力膨胀阀或电子膨胀阀。
44.蒸发器包括液态第一介质，液态第一介质为制冷剂，液态第一介质用于将液态第一介质汽化为低温低压气态第一介质以吸收密封舱体内气体所携带的热量，抽风机通过第一气体管道80与蒸发器的入口连接，抽风机用于将密封舱体内的空气送至蒸发器，送风机通过第二气体管道90与蒸发器的出口连接，送风机用于将冷却后的气体送至密封舱体。
45.压缩机通过第三气体管道100与蒸发器连接，压缩机用于将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质，冷凝器通过第四气体管道110与压缩机连接，第二介质储箱60内设置有第二介质，第二介质为消耗性冷却剂，消耗性冷却剂包括冰水混合物或纯水，冷凝器用于将高温高压气态第一介质液化为高温高压液态第一介质并将高温高压气态第一介质释放的热量转移至第二介质，冷凝器通过第一液体管道120依次与干燥单元、过滤单元、脱水单元和流量调节阀70连接，干燥单元用于对高温高压液态第一介质进行干燥处理，过滤单元用于去除高温高压液态第一介质中的杂质，脱水单元用于对高温高压液态第一介质进行脱水处理，流量调节阀70通过第二液体管道130与蒸发器连接，流量调节阀70用于将干燥、过滤及脱水后的高温高压液态第一介质变为低温低压液态第一介质并将低温低压液态第一介质送至蒸发器。
46.利用本发明所提供的用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷系统进行密封舱体制冷，其过程具体包括如下步骤。
47.步骤一，密封舱体内携带热量的气体在抽风机的作用下通过第一气体管道80送至蒸发器；
48.步骤二，在蒸发器的作用下，通过热交换过程将气体的热量转移至沸点低的液态第一介质，液态第一介质吸热汽化为低温低压气态第一介质，同时送风机将冷却后的气体经由第二气体管道90重新送入密封舱体；
49.步骤三，压缩机由电力驱动做功，经由第三气体管道100吸入低温低压气态第一介质，压缩机将低温低压气态第一介质压缩为高温高压气态第一介质；
50.步骤四，高温高压气态第一介质通过第四气体管道110进入冷凝器，冷凝器将高温高压气态第一介质冷却成高温高压液态第一介质并将热量转移至第二介质储箱60内的第二介质，第二介质吸热后温度升高，温度升高至某一温度后，需到站更换第二介质。
51.步骤五，冷却后的高温高压液态第一介质经干燥、过滤、脱水后由第一液体管道120送至流量调节阀70，并经流量调节阀70的节流减压作用将高温高压液态第一介质转化为低温低压液态第一介质；
52.步骤六，低温低压液态第一介质经由第二液体管道130被重新送入蒸发器，以进行下一制冷循环。
53.综上所述，本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的蒸汽压缩循环制冷方法，该循环制冷方法与现有技术相比，其不借助于外界空气，依靠自身携带的第二介质储箱内的第二介质能够解决蒸汽压缩循环制冷中冷凝工质问题，通过液体汽化制冷以吸收密封舱内热量，采用液态第一介质汽化后压缩再冷凝方式以达到控温的目的，可以应用于散热量较大的密封舱。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
55.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
56.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。