一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组及其工作方法与流程

1.本发明涉及飞机地面空调机组技术领域，具体涉及一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组及其工作方法。


背景技术：

2.飞机地面空调机组主要用于飞机在地面停机状态时，全新空气经过空调机组的制冷系统直接蒸发制冷或制热系统加热处理后，冷空气或热空气经送风管送入飞机机舱内，为飞机快速提供具有一定流量、洁净度、适宜温度和高静压的新鲜空气。飞机地面空调机组由于自身的技术特点，空调出口温度制冷时低于2℃或制热时高于30℃，空调散热风量和送风风量大，所需蒸发器和冷凝器内部的热交换量大。由于电加热器的制热效率小于1，空调机组制热时，若采用常规的电加热方式，所需电加热器功率大，再加上送风风机功率，整机所需的配电功率增加了能源供应紧张问题。
3.现针对上述问题，急需提供一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组及其工作方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组及其工作方法，不仅可以提高制热的效率，弥补制热不足的问题，还节能环保，有利于解决能源资源日益紧张和短缺的问题。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组，包括第一换热器、四通换向阀、油分离器、压缩机、膨胀阀、气液分离器以及第二换热器，所述四通换向阀包括接口a、b、c、d，所述压缩机的出口端与油分离器的进口端相连，所述油分离器的出口端与四通换向阀的接口a相连，所述四通换向阀的接口b与第一换热器一端相连，所述四通换向阀的接口d与第二换热器一端相连，且所述四通换向阀的接口c与气液分离器进口端相连，所述气液分离器出口端与压缩机进口端相连，所述膨胀阀的一端与第一换热器一端相连，且所述膨胀阀的另一端与第二换热器一端相连。
7.具体的，所述空调机组还包括通风机、电加热器、送风阀及送风管，所述通风机的出风口与第二换热器腔体的进风口相连，且所述通风机的进风口处设有过滤器，所述电加热器位于第二换热器的腔体内部且处于第二换热器的进风口端，所述送风阀与第二换热器的出风口相连，所述第二换热器通过送风管与飞机机舱连通。
8.具体的，所述空调机组还设有散热风机，所述散热风机的出风口与第一换热器相连。
9.具体的，所述第一换热器与膨胀阀之间还设有依次连接的球阀、干燥过滤器、视液镜以及电磁阀。
10.具体的，所述压缩机为变频或定频压缩机。
11.基于同一构思，本发明还提供了一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.a、将空调机组开机启动；
13.b、设置工作模式，并设定机组出风温度值；
14.c、根据所处温度环境，空调机组进行以下两种工作模式：
15.第一种、当所处环境温度高于设定温度时，空调机组进行制冷工作运行模式，被压缩机压缩后的制冷剂气体，通过四通换向阀进入第一换热器内进行气体热量交换，再通过膨胀阀进入第二换热器内再次进行气体热量交换，温度未达到设定值的气体则通过四通换向阀，又经气液分离器再次进入压缩机内被压缩，如此往复循环运行；
16.第二种、当所处环境温度低于设定温度时，空调机组进行制热工作运行模式，被压缩机压缩后的制冷剂气体，通过四通换向阀进入第二换热器内进行气体热量交换，再通过膨胀阀进入第一换热器内再次进行气体热量交换，温度未达到设定值的气体则通过四通换向阀，又经气液分离器再次进入压缩机内被压缩，如此往复循环运行；
17.d、出风温度达到设定值后输送至飞机机舱内；
18.e、送风工作完成后将空调机组关闭。
19.具体的，所述步骤c中的第二种工作模式，当所处环境温度与设定温度的差值超过20℃时，空调机组产生热量不足，需要电加热器运行工作。
20.具体的，所述步骤d中，当出风温度达到设定值时，送风阀将打开，通风空气通过送风管送至飞机机舱。
21.本发明相比现有技术包括以下优点及有益效果：
22.1、现有技术中的飞机地面空调机组只可以实现制冷或制热其中一种功能，而本发明通过采用一个四通换向阀两个换热器，使用四通换向阀对两个换热器进行调节，可在不同环境下实现制冷或制热两种功能，可在夏季进行制冷，冬季进行制热，满足一机两用的需求，结构简单且操作方便快捷。
23.2、本发明通过采用风冷热泵制热为主，电加热器辅助制热，由于风冷热泵制热时能效比远大于1，因此可有效减小整机制热时所需的功率，降低所配置的电加热器的功率，此外，可在极低的环境温度下，由空调机组程序自动控制所需的电加热器的功率，以确保空调机组出风口温度达到设定值。采用这种结构，热泵运行时，由于是向外界空气吸收热量，将低温热源的热能转移到高温热源，空调机组制热量远远大于空调自身所需的电能，能效比达到2以上，因此制热效率高，节能环保，安全可靠，有利于解决能源资源日益紧张和短缺问题。
24.3、本发明还公开了一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组的工作方法，采用风冷热泵制热为主，电加热器辅助制热的循环方式，利用空调机组内的制冷剂气体与外界空气进行热交换，减少能量流失，通过少量的电能输入，快速进行制热，有效地提高能耗比，节约能源；同时，通过出风温度值的设定，精确控制送风温度，为机舱内务人员及乘客提供舒适的环境。
附图说明
25.图1为本发明制冷时原理结构示意图。
26.图2为本发明制热时原理结构示意图。
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.1、第一换热器，2、散热风机，3、四通换向阀，4、油分离器，5、压缩机，6、膨胀阀，7、气液分离器，8、通风机，9、电加热器，10、第二换热器，11、送风阀。
具体实施方式
29.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.如图1-2所示，本发明的具体实施过程如下：一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组，包括第一换热器1、四通换向阀3、油分离器4、压缩机5、膨胀阀6、气液分离器7以及第二换热器10，所述四通换向阀3包括接口a、b、c、d，所述压缩机5的出口端与油分离器4的进口端相连，所述油分离器4的出口端与四通换向阀3的接口a相连，所述四通换向阀3的接口b与第一换热器1一端相连，所述四通换向阀3的接口d与第二换热器10一端相连，且所述四通换向阀3的接口c与气液分离器7进口端相连，所述气液分离器7出口端与压缩机5进口端相连，所述膨胀阀6的一端与第一换热器1一端相连，且所述膨胀阀6的另一端与第二换热器10一端相连。通过将各个部件相连接，使整体结构组成一个可调节的循环结构，一方面，通过四通换向阀3的自动调节功能，将第一换热器1与第二换热器10的功能作用进行切换，可实现既能夏季制冷又能冬季制热，一机两用的功能目的，节约成本且操作方便快捷；另一方面，空调机组可一边自身制冷或制热，另一边可通过与空气中的冷空气或热空气进行温度交换，从而能够在短时间内快速达到制冷或制热的最好效果，利用了大气资源节能环保，有利于解决能源资源日益紧张和短缺问题。
33.一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组，所述空调机组还包括通风机8、电加热器9、送风阀11及送风管，所述通风机8的出风口与第二换热器10腔体的进风口相连，且所述通风机8的进风口处设有过滤器，所述电加热器9位于第二换热器10的腔体内部且处于第二换热器10的进风口端，所述送风阀11与第二换热器10的出风口相连，所述第二换热器10通过送风管与飞机机舱连通，所述空调机组还设有散热风机2，所述散热风机2的出风口与第一换热器1相连。本发明通过在第一换热器1的内侧设置散热风机2，又在第二换热器10的内侧设置通风机8，两个风机的共同作用都是将外界空气吸入到换热器中，让外界空气与制冷剂气体进行热量交换，此外，通风机8还有一个作用是为达到设定温度的通风空气提供动力，使通风空气具有流动性，通过送风阀11及送风管送至飞机机舱内，且在通风机8的进风口处
设置过滤器，可防止空气中的杂质进入换热器中，确保流入到飞机机舱内的通风空气的洁净度。
34.一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组，所述压缩机5为变频或定频压缩机，所述第一换热器1与膨胀阀6之间还设有依次连接的球阀、干燥过滤器、视液镜以及电磁阀。本发明通过将压缩机5设置为变频或定频压缩机，在制热时，将空气中的低温热源，在压缩机5的作用下转移成高温热源，同时在极低的环境温度下，也可利用电加热器9辅助加热的方式进行制热，通过少量的电能输入，将大气中的热能吸收转移，大幅度提升能效比，保证空调机组的出口温度；同时，还可以保持输入机舱内的气体的干燥度，为机舱内务人员及乘客提供舒适的环境。
35.本发明的工作原理：如图1所示，制冷时，四通换向阀3的ab接口连通、cd接口连通，低温低压的制冷剂气体在压缩机5内被压缩成高温高压的制冷剂气体，经过油分离器4析出润滑油，高温制冷剂气体再通过四通换向阀3的ab接口，进入到第一换热器1中，此时第一换热器1起到冷凝器的作用，外界空气在散热风机2的作用下强制与第一换热器1内的高温制冷剂气体进行热交换，外界空气温度升高，第一换热器1内高温制冷剂气体转变为低温高压制冷剂液体，再流经球阀、干燥过滤器、视液镜、电磁阀到达膨胀阀6，经过膨胀阀6节流降压后转变为低温低压的制冷剂气体，进入到第二换热器10中，此时的第二散热器10起到蒸发器的作用，外界空气在通风机8的负压作用下经过滤器被吸入，又经过通风机8的叶轮增压后流入第二换热器10，与第二换热器10内的低温低压制冷剂气体进行热交换，使得外界空气温度降低，达到设定的送风温度后，经送风阀11和送风管被送到飞机机舱内部，而制冷剂吸收热量后经过气液分离器7，制冷剂气体再次被压缩机5吸入，如此往复循环。
36.如图2所示，制热时，四通换向阀3的bc接口连通、ad接口连通，低温低压的制冷剂气体在压缩机5内被压缩成高温高压的制冷剂气体，经过油分离器4析出润滑油，高温制冷剂气体再经过四通换向阀3的ad接口，进入到第二换热器10中，此时第二散热器10起到冷凝器的作用，外界空气在通风机8的负压作用下经过滤器被吸入，又经过通风机8的叶轮增压后流入电加热器9和第二换热器10，与第二换热器10内的高温高压制冷剂气体进行热交换，使得外界空气温度升高，达到设定的送风温度后，经送风阀11和送风管被送到飞机机舱内部，而第二换热器10内的高温高压制冷剂气体经过热交换后转变为低温高压的制冷剂液体，流经膨胀阀6节流降压，又经球阀、电磁阀、视液镜、干燥过滤器，流入到第一换热器1中，此时第一散热器1起到蒸发器的作用，外界空气在散热风机2的作用下强制与第一换热器1内的低温制冷剂液体进行热交换，吸收外界空气热量，低温制冷剂液体转变为低温制冷剂气体，经过气液分离器7，制冷剂气体再次被压缩机5吸入，如此往复循环。当空调机组制热产生的热量不足时，电加热器9才工作，由空调机组控制程序自动控制电加热器9的功率，以保证空调机组出口温度达到设定值。
37.一种基于上述任意一项所述的复合型风冷热泵飞机地面空调机组的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
38.a、将空调机组开机启动；
39.b、设置工作模式，并设定机组出风温度值；
40.c、根据所处温度环境，空调机组进行以下两种工作模式：
41.第一种、当所处环境温度高于设定温度时，空调机组进行制冷工作运行模式，被压
缩机5压缩后的制冷剂气体，通过四通换向阀3进入第一换热器1内进行气体热量交换，再通过膨胀阀6进入第二换热器10内再次进行气体热量交换，温度未达到设定值的气体则通过四通换向阀3，又经气液分离器7再次进入压缩机5内被压缩，如此往复循环运行；
42.第二种、当所处环境温度低于设定温度时，空调机组进行制热工作运行模式，被压缩机5压缩后的制冷剂气体，通过四通换向阀3进入第二换热器10内进行气体热量交换，再通过膨胀阀6进入第一换热器1内再次进行气体热量交换，温度未达到设定值的气体则通过四通换向阀3，又经气液分离器7再次进入压缩机内被压缩，如此往复循环运行；
43.d、出风温度达到设定值后输送至飞机机舱内；
44.e、送风工作完成后将空调机组关闭。
45.本发明公布的一种复合型风冷热泵飞机地面空调机组的工作方法，采用风冷热泵制热为主，电加热器辅助制热的循环方式，利用空调机组内的制冷剂气体与外界空气进行气体热量交换，减少能源的流失，通过少量的电量输入，快速进行制热，有效地提高了能效比，节约能源；同时，通过设定出风温度值，精确控制送风温度，为机舱内务人员及乘客提供舒适的环境。
46.进一步地，所述步骤c中，当所处环境温度与设定温度的差值超过20℃时，空调机组产生热量不足，需要电加热器9运行工作。通过控制电加热器9的运行，根据不同的环境温度，采用多种制热方式对机舱内部进行升温，热泵运行时，空调机组将低温热源的热能转移到高温热源；在极冷温度环境下，利用电加热器9辅助加热的方式进行制热，由于风冷热泵制热将大气中的热能吸收转移，输入的电能少，大幅度提升能效比，且保证空调机组的出口温度。
47.进一步地，所述步骤d中，当出风温度达到设定值时，送风阀11将打开，通风空气通过送风管送至飞机机舱。通过控制送风阀11的运行，可保持送至飞机机舱内的通风空气的温度一致，避免因通风空气的温度不一样而对乘务人员及乘客造成身体不适的问题。
48.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。