用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法

技术领域

本发明属于飞机气候试验室的制冷技术领域，具体涉及一种用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法。

背景技术

气候环境试验主要可以分为两大类——自然气候环境试验和实验室中模拟的气候环境试验。气候环境实验室通过在实验室中模拟出试验件的使用环境，包括基础环境和极端环境，确定试验件对使用环境的适应性。气候环境实验室可模拟低温、高温、降雨、冰雹、太阳辐照等多种自然环境。气候环境实验室的基础环境模拟系统可以给为气候试验提供合适的温度、湿度、压力，其中，多风道循环风系统通过对实验室的空气进行循环式的热量交换实现对实验室的温度控制。每个风道里均有对空气进行热交换的换热器。当进行降雪、风吹雪等特种试验时，换热器会处于制冷区间为-50℃至-25℃的低温工况或制冷区间为-25℃至0℃的中温工况，换热器表面会出现结霜，造成风阻增大，影响实验效果，所以需要融霜装置消除换热器表面结霜。因为气候环境实验室的特殊性，最低温度可达-50ºC余度，实验室体积达到130000m

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，通过采用轮询式的算法选择两个不同属于一个室外空气处理总管内的换热器处于融霜作业状态，其余待融霜的换热器和未结霜的换热器持续进行正常工作，以减少对实验室环境温度的影响，保证实验室内试验的正常进行，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，所述多风道循环风系统包括N个循环风单元，N为正整数且N取4～7，每个循环风单元均包括室内送风管、室外空气处理总管和室内回风管，每个室外空气处理总管内包括两个室外空气处理分管，每个室外空气处理分管内均设置有离心风机和换热器，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、安装融霜控制装置：

融霜控制装置包括2N个融霜控制单元，融霜控制单元的数量与室外空气处理分管的数量相同且一一对应，所述融霜控制单元包括用于测量室外空气处理分管内换热器进出风侧的风压压差的压差测量机构和用于对换热器进行内部融霜的融霜机构；

步骤二、开启多风道循环风系统并利用压差测量机构对2N个换热器进出风侧的风压压差进行实时检测；

步骤三、待融霜的换热器的选择及融霜：

步骤301、根据压差测量机构的测量数据，得到2N个换热器进出风侧的风压压差，确定当前2N个换热器中进出风侧的风压压差大于700Pa的换热器的数量，并将进出风侧的风压压差大于700Pa的换热器记做待融霜的换热器；

步骤302、当待融霜的换热器的数量为1时，利用该待融霜的换热器对应的融霜机构对其进行融霜作业；

当待融霜的换热器的数量为2时，判断当前两个待融霜的换热器是否位于同一个室外空气处理总管内，

当当前两个待融霜的换热器位于同一个室外空气处理总管内时，对当前两个待融霜的换热器中进出风侧的风压压差最大的一个待融霜的换热器进行融霜作业；

当当前两个待融霜的换热器位于不同两个室外空气处理总管内时，利用当前两个待融霜的换热器对应的融霜控制单元对当前两个待融霜的换热器同时进行融霜作业；

当待融霜的换热器的数量大于2时，选择其中两个位于不同室外空气处理总管且进出风侧的风压压差最大和次大的待融霜的换热器，对其同时进行融霜作业；

步骤303、循环步骤301至步骤302，直至多风道循环风系统停止工作。

上述的用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，其特征在于：所述融霜机构包括融霜管路，融霜管路的一端与换热器载冷剂进口连接，融霜管路的另一端与换热器载冷剂出口连接；所述融霜管路内充盈载冷剂，融霜管路上设置有用于加热载冷剂的冷却水板式换热器和蒸汽板式换热器、用于测量融霜管路内载冷剂温度的温度传感器、以及用于控制载冷剂在融霜管路和换热器内循环的循环泵。

上述的用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，其特征在于：步骤三中，利用所述融霜机构对待融霜的换热器进行融霜作业的具体步骤如下：

步骤S1、关闭待融霜的换热器对应的载冷剂充注泵，启动循环泵使载冷剂在融霜管路和该换热器内进行循环；

步骤S2、打开冷却水板式换热器上的进水口电磁阀K3，利用冷却水加热融霜管路内的载冷剂；

步骤S3、判断当前换热器进出风侧的风压压差是否小于700Pa，若小于700Pa，则关闭进水口电磁阀K3、关闭循环泵并启动载冷剂充注泵，结束融霜作业，若不小于700Pa，则执行步骤S4；

步骤S4、判断当前融霜管路内的载冷剂温度是否大于等于10℃，若大于等于10℃，则执行步骤S6，若小于10℃，则执行步骤S5；

步骤S5、判断当前融霜作业时间是否大于等于20min，若大于等于20min，则关闭进水口电磁阀K3、关闭循环泵并启动载冷剂充注泵，结束融霜作业，若小于20min，则执行步骤S3；

步骤S6、关闭进水口电磁阀K3，打开蒸汽板式换热器上的进汽口电磁阀K2，利用蒸汽加热融霜管路内的载冷剂；

步骤S7、判断当前换热器进出风侧的风压压差是否小于700Pa，若小于700Pa，则关闭进汽口电磁阀K2、关闭循环泵并启动载冷剂充注泵，结束融霜作业，若不小于700Pa，则执行步骤S8；

步骤S8、判断当前融霜管路内的载冷剂温度是否大于等于40℃，若大于等于40℃，则关闭进汽口电磁阀K2、关闭循环泵并启动载冷剂充注泵，结束融霜作业，若小于40℃，则执行步骤S9；

步骤S9、判断当前融霜作业时间是否大于等于20min，若大于等于20min，则关闭进汽口电磁阀K2、关闭循环泵并启动载冷剂充注泵，结束融霜作业，若小于20min，则执行步骤S7。

上述的用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，其特征在于：所述融霜管路上还设置有电磁阀D1、电磁阀D2、电磁阀D3、电动阀K1和单向阀Y1，电磁阀D2设置在换热器载冷剂出口上，电磁阀D3设置在换热器载冷剂进口上，电动阀K1和单向阀Y1均设置在循环泵的出液端，冷却水板式换热器和蒸汽板式换热器均设置在循环泵的进液端与电磁阀D1之间。

上述的用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，其特征在于：所述换热器为中温换热器或低温换热器。

上述的用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，其特征在于：所述压差测量机构包括设置在换热器进风侧的第一风压传感器、设置在换热器出风侧的第二风压传感器、以及用于计算换热器进出风侧的风压压差的微控制器，第一风压传感器和第二风压传感器均与微控制器连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用的轮询式的算法选能够适当地选择出某一时刻最需要进行融霜的两个换热器进行融霜作业，其余待融霜的换热器和未结霜的换热器仅持续进行正常工作，直至其被判定需要即刻进行融霜作业，以减少对实验室环境温度的影响，保证实验室内试验的正常进行；此外，该轮询式的算法使两个处于融霜作业状态的换热器不同属于一个室外空气处理总管内，从而保证N个循环风单元中的室内送风管内都总有被制冷后的风流送出，以减少对试验结果的影响。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明中多风道循环风系统的结构示意图。

图2为本发明中室外空气处理分管、离心风机、换热器和压差测量机构的位置关系示意图。

图3为本发明中融霜机构和换热器的安装关系示意图。

图4为本发明方法的流程图。

图5为本发明融霜作业的流程图。

附图标记说明:

1—室内送风管； 2—室内回风管； 3—室外空气处理分管；

4—离心风机； 5—换热器； 6—融霜管路；

7-载冷剂充注泵； 8-循环泵； 9-第一风压传感器；

10-第二风压传感器； 11-室外空气处理总管; 12-冷却水板式换热器;

13-蒸汽板式换热器； 14-温度传感器。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的用于飞机气候实验室多风道循环风系统的融霜控制方法，所述多风道循环风系统包括N个循环风单元，N为正整数且N取4～7，每个循环风单元均包括室内送风管1、室外空气处理总管和室内回风管2，每个室外空气处理总管11内包括两个室外空气处理分管3，每个室外空气处理分管3内均设置有离心风机4和换热器5，该方法包括以下步骤：

步骤一、安装融霜控制装置：

融霜控制装置包括2N个融霜控制单元，融霜控制单元的数量与室外空气处理分管3的数量相同且一一对应，所述融霜控制单元包括用于测量室外空气处理分管3内换热器5进出风侧的风压压差的压差测量机构和用于对换热器5进行内部融霜的融霜机构；

步骤二、开启多风道循环风系统并利用压差测量机构对2N个换热器进出风侧的风压压差进行实时检测；

步骤三、待融霜的换热器的选择及融霜：

步骤301、根据压差测量机构的测量数据，得到2N个换热器5进出风侧的风压压差，确定当前2N个换热器5中进出风侧的风压压差大于700Pa的换热器5的数量，并将进出风侧的风压压差大于700Pa的换热器5记做待融霜的换热器5；

步骤302、当待融霜的换热器5的数量为1时，利用该待融霜的换热器5对应的融霜机构对其进行融霜作业；

当待融霜的换热器5的数量为2时，判断当前两个待融霜的换热器5是否位于同一个室外空气处理总管11内，

当当前两个待融霜的换热器5位于同一个室外空气处理总管11内时，对当前两个待融霜的换热器5中进出风侧的风压压差最大的一个待融霜的换热器5进行融霜作业；

当当前两个待融霜的换热器5位于不同两个室外空气处理总管11内时，利用当前两个待融霜的换热器5对应的融霜控制单元对当前两个待融霜的换热器5同时进行融霜作业；

当待融霜的换热器5的数量大于2时，选择其中两个位于不同室外空气处理总管11且进出风侧的风压压差最大和次大的待融霜的换热器5，对其同时进行融霜作业；

步骤303、循环步骤301至步骤302，直至多风道循环风系统停止工作。

需要说明的是，同一时刻，最多有两个换热器5处于融霜作业状态。

需要说明的是，步骤三中采用的轮询式的算法能够适当地选择出某一时刻最需要进行融霜的两个换热器5进行融霜作业，其余待融霜的换热器5和未结霜的换热器5仅持续进行正常工作，直至其被判定需要即刻进行融霜作业，以减少对实验室环境温度的影响，保证实验室内试验的正常进行。

需要说明的是，通过步骤三中的轮询式的算法，使两个处于融霜作业状态的换热器不同属于一个室外空气处理总管11内，从而保证N个循环风单元中的室内送风管1内都总有被制冷后的风流送出，以减少对试验结果的影响。

本实施例中，N取5。

本实施例中，“当待融霜的换热器5的数量大于2时，选择其中两个位于不同室外空气处理总管11且进出风侧的风压压差最大和次大的待融霜的换热器5，对其同时进行融霜作业”的具体步骤为：首先，在每个室外空气处理总管11中选择一个进出风侧风压压差最大的换热器5，共选择出N个换热器5，再对这N个换热器5的进出风侧风压压差由大到小进行排序，对其中进出风侧风压压差最大的换热器5和进出风侧风压压差次大的换热器5同时进行融霜作业；上述步骤能够保证两个同时进行融霜作业的换热器5不在同一个室外空气处理总管11内；且由于待融霜的换热器5至少有三个，因此被选择出的两个换热器5肯定为待融霜的换热器5，步骤清晰明了，便于操作。

本实施例中，如图3所示，所述融霜机构包括融霜管路6，融霜管路6的一端与换热器5载冷剂进口连接，融霜管路6的另一端与换热器5载冷剂出口连接；所述融霜管路6内充盈载冷剂，融霜管路6上设置有用于加热载冷剂的冷却水板式换热器12和蒸汽板式换热器13、用于测量融霜管路6内载冷剂温度的温度传感器14、以及用于控制载冷剂在融霜管路6和换热器5内循环的循环泵8。

需要说明的是，融霜管路6中的载冷剂和换热器5中的载冷剂类型相同。

需要说明的是，通过设置冷却水板式换热器12和蒸汽板式换热器13这两种类型的换热器对融霜管路6内的载冷剂进行加热，并通过循环泵8将加热后的载冷剂送至待融霜的换热器5中，形成两个等级的融霜程序，使用冷却水板式换热器12通过冷却水对载冷剂进行初步加热，能够减少融霜前期蒸汽的需求量，还能将闲置的冷却水资源利用起来，既提高了融霜效率又减少了融霜耗能，经济实用。

本实施例中，温度传感器14设置在电磁阀D3旁侧，用于检测进入换热器13内的载冷剂温度，从而能够体现冷却水板式换热器12和蒸汽板式换热器13的加热效果。

本实施例中，如图5所示，步骤三中，利用所述融霜机构对待融霜的换热器5进行融霜作业的具体步骤如下：

步骤S1、关闭待融霜的换热器5对应的载冷剂充注泵7，启动循环泵8使载冷剂在融霜管路6和该换热器5内进行循环；

步骤S2、打开冷却水板式换热器12上的进水口电磁阀K3，利用冷却水加热融霜管路6内的载冷剂；

步骤S3、判断当前换热器5进出风侧的风压压差是否小于700Pa，若小于700Pa，则关闭进水口电磁阀K3、关闭循环泵8并启动载冷剂充注泵7，结束融霜作业，若不小于700Pa，则执行步骤S4；

步骤S4、判断当前融霜管路6内的载冷剂温度是否大于等于10℃，若大于等于10℃，则执行步骤S6，若小于10℃，则执行步骤S5；

步骤S5、判断当前融霜作业时间是否大于等于20min，若大于等于20min，则关闭进水口电磁阀K3、关闭循环泵8并启动载冷剂充注泵7，结束融霜作业，若小于20min，则执行步骤S3；

步骤S6、关闭进水口电磁阀K3，打开蒸汽板式换热器13上的进汽口电磁阀K2，利用蒸汽加热融霜管路6内的载冷剂；

步骤S7、判断当前换热器5进出风侧的风压压差是否小于700Pa，若小于700Pa，则关闭进汽口电磁阀K2、关闭循环泵8并启动载冷剂充注泵7，结束融霜作业，若不小于700Pa，则执行步骤S8；

步骤S8、判断当前融霜管路6内的载冷剂温度是否大于等于40℃，若大于等于40℃，则关闭进汽口电磁阀K2、关闭循环泵8并启动载冷剂充注泵7，结束融霜作业，若小于40℃，则执行步骤S9；

步骤S9、判断当前融霜作业时间是否大于等于20min，若大于等于20min，则关闭进汽口电磁阀K2、关闭循环泵8并启动载冷剂充注泵7，结束融霜作业，若小于20min，则执行步骤S7。

需要说明的是，融霜作业时，正在融霜的管路中的离心风机4停止工作，但由于存在室内送风管1和室内回风管2，所以室外空气处理分管3内仍存在气流流动，因此压差测量机构依旧能测量出换热器5进出风侧的风压压差，便于判断何时结束融霜作业。

需要说明的是，冷却水板式换热器12内流通的冷却水在实验室外部常温环境下为20℃，因此可以先利用冷却水将处于零下的载冷剂先升温至10℃，再通过高温蒸汽继续加热载冷剂，该过程使用了闲置的实验室冷却水资源，极大程度上降低了融霜作业的耗能，适用于大面积环境实验室。

需要说明的是，融霜作业结束的判断标志包括换热器5进出风侧的风压压差是否小于700Pa、融霜作业时间是否大于等于20min或融霜管路6内的载冷剂温度是否到达目标温度，三个判断标志同时生效，以防止压差测量机构失效，避免资源浪费产生更多的耗能，保证融霜作业的正常进行。

需要说明的是，步骤S1至步骤S9为融霜作业的完整流程，但在实际的步骤三中待融霜的换热器5的选择中，会出现随时打断某个换热器5的融霜作业，转而进行另一个进出风侧的风压压差更大的换热器5进行融霜作业的情况，上述换热器5的更换逻辑参照步骤三。

本实施例中，所述融霜管路6上还设置有电磁阀D1、电磁阀D2、电磁阀D3、电动阀K1和单向阀Y1，电磁阀D2设置在换热器5载冷剂出口上，电磁阀D3设置在换热器5载冷剂进口上，电动阀K1和单向阀Y1均设置在循环泵8的出液端，冷却水板式换热器12和蒸汽板式换热器13均设置在循环泵8的进液端与电磁阀D1之间。

需要说明的是，在融霜作业开启时，电磁阀D1、电磁阀D2、电磁阀D3和电动阀K1均保持开启状态，单向阀Y1的作用在于防止经冷却水板式换热器12和蒸汽板式换热器13加热后的载冷剂回流，从而保证载冷剂加热效果，提高融霜效率。

本实施例中，所述换热器5为中温换热器或低温换热器。

需要说明的是，中温换热器在制冷区间为-25℃至0℃的中温工况下使用，低温换热器在制冷区间为-50℃至-25℃的低温工况下使用。

本实施例中，所述压差测量机构包括设置在换热器5进风侧的第一风压传感器9、设置在换热器5出风侧的第二风压传感器10、以及用于计算换热器5进出风侧的风压压差的微控制器，第一风压传感器9和第二风压传感器10均与微控制器连接。

需要说明的是，第一风压传感器9和第二风压传感器10均用于测量室外空气处理分管3管道内的风压，若换热器5上的风流通道结霜，则风流通道的截面积会减少，换热器5进出风侧的风压压差就会增大，以此判断当前换热器5是否需要融霜。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。