CN107421031A - 用于大潜深水下平台的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低能耗、安全可靠的用于大潜深水下平台的空调系统，其包括由按进风方向依次设置的回风段、空气过滤器、送风机、冷却盘管、挡水板、送风段组成的空气处理机组；制冷压缩机中的制冷剂通过管路控制可分别输送至两个冷凝器冷凝，冷凝后的制冷剂通过管路控制在流经膨胀阀后均可输送至冷却盘管吸热，吸热后的制冷剂又流入制冷压缩机循环，一个冷凝器设有与外部海水连通的冷却水供排管路；另一冷凝器包括并联排布在水下平台耐压舱体内壁面上的多根换热管，换热管横截面为带有开口的非封闭形状，且换热管横截面的开口侧贴合在耐压舱体的内壁面以形成制冷剂的封闭流动空间，所述封闭流动空间暴露在耐压舱体内的周壁的外壁面包覆有绝热层。

Description

用于大潜深水下平台的空调系统
技术领域
本发明涉及空调机组技术领域，具体涉及用于大潜深水下平台的空调系统。
背景技术
大潜深水下平台是一类不受海面恶劣风浪环境影响，可长周期、全天候在深海直接操控作业工具与装置，进行水下军事工程作业、资源探测与开发、海洋科学研究的水下装备。平台的自持力短则十余天，长则可达数月乃至数年，为保证人员工作和生活的舒适性，提高舱内电子设备和非金属材料的寿命及可靠性，平台内应配置空调系统，当由于舱内湿热源、外界环境等因素的作用导致舱内温湿度过高或过低时，开启空调系统相关设备，对舱内空气进行降温除湿或加热，使其温湿度处于适宜的范围内。
现有的大、中型水下平台，在没有余热或冷量可以利用情况下，其空调系统一般采用压缩制冷循环系统作为空气处理单元的冷源，制冷机组冷凝器中的高温高压制冷剂蒸汽一般由引入舱内的海水进行冷却，以实现将热量转移到外界海水中的目的。而当平台的潜深较深时，上述冷却方式则存在以下不足：第一，由于需要将舷外高压海水引入舱内，对舱内的海水泵、冷凝器、冷却管路及阀件等部分的承压能力要求比较高，一旦其中某个环节出现泄漏或破损，将导致海水灌入舱内，严重危害平台的安全性；第二，常规动力的水下平台携带的能源有限，需向推进与运动操纵装置、作业装置、监控装置和辅机设备在内的众多用电设备供电。而空调系统向来是船舶和水下平台的能耗大户，空调制冷机组等设备的长时间运行将严重影响水下平台的续航力和作业能力。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种用于大潜深水下平台低能耗、安全可靠的空调系统。
本发明的技术方案如下：
本发明所述用于大潜深水下平台的空调系统，包括空气处理机组，所述空气处理机组包括按进风方向依次设置的回风段、空气过滤器、送风机、第一冷却盘管、挡水板、送风段；第一冷却盘管的制冷剂出口与制冷压缩机的制冷剂进口通过管道连接，制冷压缩机的制冷剂出口通过设有三通阀一的管路分别与第一冷凝器的制冷剂进口、第二冷凝器的制冷剂进口连接，第一冷却盘管的制冷剂进口通过设有三通阀二的管路分别与第一冷凝器的制冷剂出口、第二冷凝器的制冷剂出口连接，且三通阀二与第一冷却盘管的制冷剂进口之间的管路段上设有膨胀阀；第一冷凝器设有冷却水供排管路，冷却水供排管路的海水供应端和海水排出端分别通过阀门与水下平台耐压舱体的外部海水连通或断开，冷却水供排管路中的供应管路上设有海水泵；第二冷凝器包括多根换热管，多根换热管并联排布在水下平台耐压舱体的内壁面上，换热管横截面为带有开口的非封闭形状，且换热管横截面的开口侧贴合在水下平台耐压舱体的内壁面以形成制冷剂的封闭流动空间，所述封闭流动空间暴露在水下平台耐压舱体舱室内的周壁的外壁面包覆有绝热层。
其进一步技术方案为：
所述送风机与第一冷却盘管之间设有第二冷却盘管，冷却水供排管路的供应管路及排水管路上分别设有一个三通阀三，两个三通阀三分别与第二冷却盘管的冷却水进出口管道连接，冷却水供排管路的供应管路上的三通阀三设在海水泵与第二冷却盘管的冷却水进口之间的管路上。
所述第二冷凝器的多根换热管中，相邻换热管之间通过焊接连接，首尾两端的换热管均与水下平台耐压舱体的内壁面焊接连接。
所述换热管与第一冷凝器的制冷剂进出口之间分别设有气体分配室、集液室。
所述阀门为舷侧通海阀，冷却水供排管路的海水供应端和海水排出端均为杯形管节，杯形管节与水下平台耐压舱体固接。
本发明的技术效果：
1、当水下平台下潜至一定深度，外部海水温度较低时，可利用海水对空气进行第一级冷却、甚至完全通过海水进行冷却，降低了制冷压缩机的能耗，有利于提高水下平台的续航力和作业能力。
2、在水下平台处于较大的工作深度时，可利用铺设在平台耐压舱体上的第二冷凝器，直接将热量通过耐压舱体传递到外部海水中，避免了向舱内引入高压海水，可最大程度降低舱内海水管路破损或泄漏的可能性，提高了系统的安全性。
附图说明
图1为本发明所述用于大潜深水下平台的空调系统的结构原理图，图中双点划线表示水下平台耐压舱体。
图2为所述第二冷凝器的结构示意图，图中双点划线表示水下平台耐压舱体。
图3为换热管与水下平台耐压舱体的装配结构示意简图。
其中：1、回风段；2、空气过滤器；3、送风机；4、第一冷却盘管；5、挡水板；6、送风段；7、制冷压缩机；8、三通阀一；9、第一冷凝器；10、第二冷凝器；1001、换热管；1002、气体分配室；1003、集液室；11、三通阀二；12、膨胀阀；13、冷却水供排管路；14、阀门；15、水下平台耐压舱体；16、海水泵；17、绝热层；18、第二冷却盘管；19、三通阀三；20、杯形管节。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1，本发明包括空气处理机组，所述空气处理机组包括按进风方向依次设置的回风段1、空气过滤器2、送风机3、第一冷却盘管4、挡水板5、送风段6，所述空气处理机组用于实现空气的最终处理与调节；第一冷却盘管4的制冷剂出口与制冷压缩机7的制冷剂进口通过管道连接，制冷压缩机7的制冷剂出口通过设有三通阀一8的管路分别与第一冷凝器9的制冷剂进口、第二冷凝器10的制冷剂进口连接，第一冷却盘管4的制冷剂进口通过设有三通阀二11的管路分别与第一冷凝器9的制冷剂出口、第二冷凝器10的制冷剂出口连接，且三通阀二11与第一冷却盘管4的制冷剂进口之间的管路段上设有膨胀阀12，通过三通阀一8、三通阀二11的管路设置、制冷压缩机7压缩后的制冷剂蒸汽可以根据需要输出到第一冷凝器9和/或第二冷凝器10，第一冷却盘管4的制冷剂可以通过第一冷凝器9和/或第二冷凝器10供应；第一冷凝器9设有冷却水供排管路13，冷却水供排管路13的海水供应端和海水排出端分别通过阀门14与水下平台耐压舱体15的外部海水连通或断开，冷却水供排管路13中的供应管路上设有海水泵16；见图2、图3，所述第二冷凝器10包括多根换热管1001，多根换热管1001并联排布在水下平台耐压舱体15的内壁面上，换热管1001横截面为带有开口的非封闭形状，且换热管1001横截面的开口侧贴合在水下平台耐压舱体15的内壁面以形成制冷剂的封闭流动空间，即换热管1001横截面的开口侧具有与水下平台耐压舱体15的内壁面相对应的形状，二者可贴合，具体地，第二冷凝器10的多根换热管1001中，相邻换热管1001之间通过焊接连接，首尾两端的换热管1001均与水下平台耐压舱体15的内壁面焊接连接；为了避免换热管1001中制冷剂与水下平台耐压舱体15内部空气直接产生热交换，所述封闭流动空间暴露在水下平台耐压舱体15舱室内的周壁的外壁面包覆有绝热层17。水下平台耐压壳体15并不限于图2中所示形状，图2仅是为了便于示意出在制冷剂进出方向上第二冷凝器10与水下耐压壳体的位置关系，结合图3所示二者的装配结构关系，即换热管1001并联排布在水下平台耐压舱体15的内壁面上，且换热管1001的开口侧密封贴合在水下平台耐压舱体15内壁面上能够形成制冷剂的封闭流动空间即可，且所述封闭流动空间上包覆有绝热层17，避免其与水下平台耐压舱内空气之间热交换，只要能够满足上述条件，第二冷凝器10可根据需要设置成其他形状。
进一步地，所述送风机3与第一冷却盘管4之间设有第二冷却盘管18，冷却水供排管路13的供应管路及排水管路上分别设有一个三通阀三19，两个三通阀三19分别与第二冷却盘管17的冷却水进出口管道连接，冷却水供排管路13的供应管路上的三通阀三19设在海水泵16与第二冷却盘管17的冷却水进口之间的管路上，如此，增设第二冷却盘管18，并同样适用外部海水作为冷却水。
进一步地，所述换热管1001与第一冷凝器9的制冷剂进出口之间分别设有气体分配室1002、集液室1003。
所述阀门14为舷侧通海阀，冷却水供排管路13的海水供应端和海水排出端均为杯形管节20，杯形管节20与水下平台耐压舱体15固接，杯形管节20的内部直通海水，所述舷侧通海阀与杯形管节20为船舶上用来控制海水进排的成熟现有技术。
本发明中制冷剂采用氟利昂，第一冷凝器9优选采用壳管式换热器，见图1，根据水下平台的下潜深度，具有四种使用工况，说明如下：
工况一：当水下平台在水面或近水面航行，外界海水温度较高时，将三通阀一8和三通阀二11均保持在a端和b端联通、c端闭合的状态，两个三通阀三19均保持在a端和c端连通、b端闭合的状态，即制冷压缩机7的制冷剂仅向第一冷凝器9输送，而第一冷凝器9的海水供排管路13工作，第二冷却盘管18的海水供排不工作，打开两个舷侧通海阀，起动送风机3、制冷压缩机7和海水泵16。舱体内空气由回风段1吸入，依次经空气过滤器2、第一冷却盘管4、挡水板5过滤、冷却、除水处理后，由送风段6送回舱内，第一冷却盘管4中氟里昂为依次经过制冷压缩机7压缩、第一冷凝器9中海水冷凝、膨胀阀12减压节流后的低温低压的氟利昂液体，通过其蒸发吸收待处理空气中热量，且第一冷却盘管4中氟利昂吸收的热量，经压缩制冷循环之后，在第一冷凝器9中由海水泵16引入舱内的海水带走。
工况二：当水下平台逐渐下潜，外部海水温度逐渐降低，达到低于舱内空气温度一定值时，调节两个三通阀三19均在保证a端和c端连通的同时，b端也开启一定开度，使海水不仅能够流向第一冷凝器9，同时还有一部分流向第二冷却盘管18，三通阀一8和三通阀二11均仍保持在a端和b端联通、c端闭合的状态，回风段1吸入的空气，先后经空气过滤器2过滤、第二冷却盘管18的第一级冷却、第一冷却盘管4的第二级冷却、挡水板5除水处理后，由送风段6送回舱内，其中，第一冷却盘管4中氟利昂吸收的热量，经压缩制冷循环之后，在第一冷凝器9中由海水泵16引入舱内的海水带走。
工况三：当水下平台继续下潜，外部海水温度继续降低至接近或达到最低温度时，进一步调节两个三通阀三19，使两者均处于a端和b端联通、c端闭合的状态，即第一冷凝器的海水供排管路13不工作，而第二冷却盘管18的海水供排管路工作，回风段1吸入的空气，先后经空气过滤器2过滤、第二冷却盘管18的冷却、挡水板5除水处理后，由送风段6送回舱内，此时，本发明完全通过低温海水在第二冷却盘管18中直接对回风段1吸入过滤后的空气进行冷却，此时制冷压缩机7可处于停机状态。
工况四：当水下平台处于较大的工作深度(例如接近其最大工作深度)，停止海水泵16，关闭两个舷侧通海阀，调节三通阀一8和三通阀二11，使二者均处于a端与c端联通、b端关闭的状态，即制冷压缩机7的制冷剂仅向第二冷凝器10输送，而第一冷凝器9的海水供排管路13和第二冷却盘管18的海水供排均不工作，启动制冷压缩机7，从制冷压缩机7出来的氟里昂蒸汽进入第二冷凝器10，冷凝成液态后进入膨胀阀12，再通过第一冷却盘管4吸收待处理空气中的热量，以形成完整的压缩制冷循环，由于第二冷凝器10中换热管1001与水下平台耐压舱体15的内壁面贴合形成制冷剂的封闭流动空间，且所述封闭流动空间暴露在水下平台耐压舱体15舱室内的周壁的外壁面包覆有绝热层17，故，此工况下，第一冷却盘管4中的氟里昂冷凝热量，通过水下平台耐压舱体15传递到外部海水中。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.用于大潜深水下平台的空调系统，包括空气处理机组，其特征在于：所述空气处理机组包括按进风方向依次设置的回风段(1)、空气过滤器(2)、送风机(3)、第一冷却盘管(4)、挡水板(5)、送风段(6)；第一冷却盘管(4)的制冷剂出口与制冷压缩机(7)的制冷剂进口通过管道连接，制冷压缩机(7)的制冷剂出口通过设有三通阀一(8)的管路分别与第一冷凝器(9)的制冷剂进口、第二冷凝器(10)的制冷剂进口连接，第一冷却盘管(4)的制冷剂进口通过设有三通阀二(11)的管路分别与第一冷凝器(9)的制冷剂出口、第二冷凝器(10)的制冷剂出口连接，且三通阀二(11)与第一冷却盘管(4)的制冷剂进口之间的管路段上设有膨胀阀(12)；第一冷凝器(9)设有冷却水供排管路(13)，冷却水供排管路(13)的海水供应端和海水排出端分别通过阀门(14)与水下平台耐压舱体(15)的外部海水连通或断开，冷却水供排管路(13)中的供应管路上设有海水泵(16)；第二冷凝器(10)包括多根换热管(1001)，多根换热管(1001)并联排布在水下平台耐压舱体(15)的内壁面上，换热管(1001)横截面为带有开口的非封闭形状，且换热管(1001)横截面的开口侧贴合在水下平台耐压舱体(15)的内壁面以形成制冷剂的封闭流动空间，所述封闭流动空间暴露在水下平台耐压舱体(15)舱室内的周壁的外壁面包覆有绝热层(17)。
2.按权利要求1所述的用于大潜深水下平台的空调系统，其特征在于：所述送风机(3)与第一冷却盘管(4)之间设有第二冷却盘管(18)，冷却水供排管路(13)的供应管路及排水管路上分别设有一个三通阀三(19)，两个三通阀三(19)分别与第二冷却盘管(17)的冷却水进出口管道连接，冷却水供排管路(13)的供应管路上的三通阀三(19)设在海水泵(16)与第二冷却盘管(17)的冷却水进口之间的管路上。
3.按权利要求1所述的用于大潜深水下平台的空调系统，其特征在于：所述第二冷凝器(10)的多根换热管(1001)中，相邻换热管(1001)之间通过焊接连接，首尾两端的换热管(1001)均与水下平台耐压舱体(15)的内壁面焊接连接。
4.按权利要求1所述的用于大潜深水下平台的空调系统，其特征在于：所述换热管(1001)与第一冷凝器(9)的制冷剂进出口之间分别设有气体分配室(1002)、集液室(1003)。
5.按权利要求1所述的用于大潜深水下平台的空调系统，其特征在于：所述阀门(14)为舷侧通海阀，冷却水供排管路(13)的海水供应端和海水排出端均为杯形管节(20)，杯形管节(20)与水下平台耐压舱体(15)固接。
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