CN111591419B - 一种用于深海载人平台的热柜冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，包括载人平台的耐压壳体，其壁面内衬有热柜，热柜以耐压壳体的壁面为外壁并沿其轴向设置；热柜包括轴向同心设置的外、内壁，外、内壁之间的间隔内安装多个肋板，相邻肋板之间沿着轴向安装导流板，还包括分别位于两端端头的入水口和出水口；从冷却用户输出口流出的淡热水流入热柜入水口，在导流板的导流下流经各个相邻肋板之间，并从出水口流出后回至冷却用户，构成淡水循环管路，在淡热水经导流板导流的过程中，其不断地经耐压壳体壁面与外部海水换热，实现冷却；本发明结构紧凑、巧妙、合理，在实现载人平台内冷却用户有效冷却的同时，无需流体管路穿舱，大大提升了冷却系统安全性、可靠性。

Description

一种用于深海载人平台的热柜冷却系统

技术领域

本发明涉及冷却系统技术领域，尤其是一种用于深海载人平台的热柜冷却系统。

背景技术

不同于深海载人潜器，深海载人平台拥有更大的排水量和更加复杂的系统组成，需要在深海永久或长期停留，并完成更高要求的航行、探测与作业任务，因此需要设置专门的冷却系统，为燃料电池、综合电力、人员保障等系统提供冷却支持。

现役潜器的冷却系统需要海水进舱或淡水出舱，通过传热传质等形式将舱内热量排出舱室。如图1所示为现有海水进舱式的冷却系统原理图，其由海水管路和淡水循环管路组成，海水在海水泵4的作用下，经一端的穿舱件1、舷侧阀2进入舱内海水管路中，经换热器3后由另一端的舷侧阀2、穿舱件1流出舱，构成海水管路；舱内淡水在淡水泵6的作用下，从冷却用户流出后经换热器3，再流回冷却用户7，构成淡水循环管路，为维持淡水管路压力的稳定，淡水循环管路高处还设置有足够容积的膨胀水箱5；淡水循环管路与海水管路在换热器3中交互热量交换，实现舱内循环淡水的冷却。相较于深海载人平台，潜器海水背压较低，流体管路的穿舱技术相对成熟，且一旦出现管路破损，可通过关闭舷侧阀、应急上浮等措施防止事故危害进一步扩大。现有的用于潜器的冷却系统，涉及流体管路穿舱及高压换热器应用等技术，系统安全性、可靠性及成熟度随下潜深度的加深而逐渐降低，因此，“深海流体管路穿舱”等冷却系统技术成为了深海载人平台发展的“卡脖子”技术。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的用于深海载人平台的热柜冷却系统，从而无需流体管路穿舱的情况下实现有效冷却，大大提升了冷却系统安全性、可靠性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，包括所述载人平台的耐压壳体，所述耐压壳体的壁面内衬有热柜，所述热柜以耐压壳体的壁面为外壁，热柜沿着耐压壳体的轴向设置；

所述热柜的结构为：包括轴向同心设置的外壁和内壁，外壁与内壁之间存在间隔，位于外壁与内壁之间的间隔内安装有多个肋板，相邻肋板之间沿着轴向安装有导流板，还包括分别位于热柜两端端头的入水口和出水口；

从冷却用户流出的热淡水自入水口流入热柜后，在导流板的导流下流经各个相邻肋板之间，并从出水口流出后回至冷却用户，构成淡水循环管路。

作为上述技术方案的进一步改进：

多个肋板沿着外壁的轴向间隔设置，单个肋板为环形结构，所述肋板的外侧壁面与外壁固装，肋板的内侧壁面与内壁固装；轴向贯穿首个肋板开有入水口，轴向贯穿末个肋板开有出水口，其余肋板上均开有流水孔；多个导流板位于热柜的同一轴向方向。

所述入水口与相邻肋板上的流水孔位于对应导流板的两侧；相邻两个肋板上的流水孔位于对应导流板的两侧；所述出水口与相邻肋板上的流水孔位于对应导流板的两侧。

单一肋板上流水孔的数量为多个，多个流水孔间隔集中设置于靠近导流板的肋板上。

所述肋板的内侧壁面处向着两端轴向延伸有凸环壁，使得肋板为截面呈T型的环形结构，所述凸环壁内侧壁面与内壁固装。

所述外壁与内壁均为空心柱形结构，内壁的直径小于外壁的直径。

所述出水口后部的管路上安装有温控阀，所述温控阀为三通阀，温控阀的第一端口与出水口相通，温控阀的第二端口经淡水泵连通至冷却用户的输入口，温控阀的第三端口与冷却用户的输出口连通。

所述冷却用户输出口连接有两个通路，一个通路连通至热柜的入水口，另一个通路连通至温控阀的第三端口；所述冷却用户与入水口之间的管路上安装有电动阀一，所述出水口与温控阀第一端口之间的管路上安装有电动阀二。

所述温控阀第二端口与淡水泵之间的管路上安装有电动阀三，所述淡水泵与冷却用户输入口之间的管路上安装有止回阀一。

所述冷却用户包括有并联设置的多组支路，单组支路的结构为：包括发热设备，位于发热设备输入口前方的支路上安装有电动阀四，位于发热设备输出口后方的支路上安装有止回阀二。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，从冷却用户输出口流出的淡热水流入热柜入水口，经多个导流板导流后流经各个相邻肋板之间的肋位，最后从热柜出水口流出并流向冷却用户输入口，因热柜的外壁为耐压壳体的壁面，在淡热水经导流板导流的过程中，淡热水不断地经耐压壳体壁面与外部海水换热，从而实现淡热水的冷却；本发明突破了传统冷却系统设计理念，在实现载人平台内冷却用户有效冷却的同时，无需流体管路穿舱，有效简化了结构和配置，优化了舱室布置，并且可靠性高，大大提升了冷却系统整体的安全性。

本发明还包括如下优点：

冷却系统通过沿耐压壳体内侧壁面设置的换热热柜实现舱内淡水冷却的同时，亦实现压力波动的吸收；

热柜以耐压壳体外侧壁面为冷热流体对流的换热面，可借助耐压壳体的内肋骨结构，通过焊接内壁实现热柜的密封，并在肋板上设置流水孔实现不同肋位间循环淡水的流通；

肋板沿着热柜的轴向间隔设置，位于相邻肋板之间的导流板沿着热柜的轴向设置并位于同一轴向方向上，相邻肋板上的入水口、流水孔或出水口位于对应导流板的两侧，以使得淡水进入肋板之间肋位后因导流板的存在需沿周向流动近一周后才能经流水孔流入下一肋板之间的肋位内，从而促进淡水在热柜中的充分循环流动，有效利用热柜换热面积，进而有效冷却；

相对于现有的冷却系统，本发明取消了海水管路及海水泵，有效降低了舱室内的噪声以及系统向外界的噪声传播；

单一肋板上间隔集中设置有多个流水孔，使得淡水在热柜中流动时不停地分流、汇合，促进了其交汇、冷却。

附图说明

图1为现有的冷却系统原理图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明热柜的结构示意图。

图4为图3中A部的局部放大图。

图5为本发明热柜的爆炸图。

图6为本发明肋板的结构示意图。

其中：1、穿舱件；2、舷侧阀；3、换热器；4、海水泵；5、水箱；6、淡水泵；7、冷却用户；8、温控阀；9、电动阀一；10、热柜；11、电动阀二；12、电动阀三；13、止回阀一；14、止回阀二；15、电动阀四；71、发热设备；101、外壁；102、内壁；103、肋板；104、流水孔；105、入水口；106、出水口；107、导流板；1031、凸环壁。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图2所示，本实施例的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，包括载人平台的耐压壳体，耐压壳体的壁面内衬有热柜10，热柜10以耐压壳体的壁面为外壁101，热柜10沿着耐压壳体的轴向设置；

如图3、图4和图5所示，热柜10的结构为：包括轴向同心设置的外壁101和内壁102，外壁101与内壁102之间存在间隔，位于外壁101与内壁102之间的间隔内安装有多个肋板103，相邻肋板103之间沿着轴向安装有导流板107，还包括分别位于热柜10两端端头的入水口105和出水口106；

从冷却用户7流出的热淡水自入水口105流入热柜10后，在导流板107的导流下流经各个相邻肋板103之间，并从出水口106流出后回至冷却用户7，构成淡水循环管路。

从冷却用户7输出口流出的淡热水流入热柜10入水口105，经多个导流板107导流后流经各个相邻肋板103之间的肋位，最后从热柜10出水口106流出并流向冷却用户7输入口，因热柜10的外壁101为耐压壳体的壁面，在淡热水经导流板107导流的过程中，淡热水不断地经耐压壳体壁面与外部海水换热，从而实现淡热水的冷却，亦实现压力波动的吸收。

多个肋板103沿着外壁101的轴向间隔设置，单个肋板103为环形结构，肋板103的外侧壁面与外壁101固装，肋板103的内侧壁面与内壁102固装；轴向贯穿首个肋板103开有入水口105，轴向贯穿末个肋板103开有出水口106，其余肋板103上均开有流水孔104；多个导流板107位于热柜10的同一轴向方向。

热柜10以耐压壳体外侧壁面为冷热流体对流的换热面，可借助耐压壳体的内肋骨结构，通过焊接内壁102实现热柜10的密封，并在肋板103上设置流水孔104实现不同肋位间循环淡水的流通。

入水口105与相邻肋板103上的流水孔104位于对应导流板107的两侧；相邻两个肋板103上的流水孔104位于对应导流板107的两侧；出水口106与相邻肋板103上的流水孔104位于对应导流板107的两侧；使得淡水进入肋板103之间肋位后因导流板107的存在而需沿周向流动近一周后才能经流水孔104流入下移肋板103之间的肋位内，从而促进淡水在热柜10中的充分循环流动，有效利用热柜10换热面积，进而有效冷却。

单一肋板103上流水孔104的数量为多个，多个流水孔104间隔集中设置于靠近导流板107的肋板103上，使得淡水在热柜10中流动时不停地分流、汇合，促进了其交汇、冷却。

如图6所示，肋板103的内侧壁面处向着两端轴向延伸有凸环壁1031，使得肋板103为截面呈T型的环形结构，凸环壁1031内侧壁面与内壁102固装。

外壁101与内壁102均为空心柱形结构，内壁102的直径小于外壁101的直径。

出水口106后部的管路上安装有温控阀8，温控阀8为三通阀，温控阀8的第一端口与出水口106相通，温控阀8的第二端口经淡水泵6连通至冷却用户7的输入口，温控阀8的第三端口与冷却用户7的输出口连通；淡水泵6为淡水循环管路提供循环的动力。

冷却用户7输出口连接有两个通路，一个通路连通至热柜10的入水口105，另一个通路连通至温控阀8的第三端口；冷却用户7与入水口105之间的管路上安装有电动阀一9，出水口106与温控阀8第一端口之间的管路上安装有电动阀二11；通过温控阀8调整两个通路中冷却口、旁通口之间的流量比例，实现流至冷却用户7的淡水的温度控制，使得循环淡水的温度基本恒定。

温控阀8第二端口与淡水泵6之间的管路上安装有电动阀三12，淡水泵6与冷却用户7输入口之间的管路上安装有止回阀一13。

冷却用户7包括有并联设置的多组支路，单组支路的结构为：包括发热设备71，位于发热设备71输入口前方的支路上安装有电动阀四15，位于发热设备71输出口后方的支路上安装有止回阀二14；电动阀四15的存在用于单个支路上针对对应的发热设备71进行冷却回路管控。

本发明的工作原理为：

从冷却用户7输出口流出的淡热水，一部分经电动阀一9后从入水口105流至热柜10中，另一部分直接流至温控阀8的第三端口；

淡热水经入水口105流入热柜10中后，在对应导流板107的阻挡作用下，淡热水沿着肋板103之间肋位流动至位于该导流板107另一侧的流水孔104处，并经流水孔104流至下一肋位的肋板103，以此类推，直至从热柜10的出水口106流出；在淡热水于热柜10中因导流板107的存在而沿肋板103流动过程中，淡热水不断地经外壁101，即耐压壳体的壁面与外部海水换热，从而淡热水在不断换热过程中冷却，变成淡冷水从出水口106流出；

从出水口106流出的淡冷水经电动阀二11后流至温控阀8的第一端口，从温控阀8第三端口流入的淡热水与该淡冷水混合，并经温控阀8的第二端口流出；

从温控阀8第二端口流出的冷热混合淡水依次经淡水泵6、止回阀一13后流至冷却用户7的输入口，从而实现舱内的淡水冷却循环。

在舷外海水温度或舱内冷却用户7功率较高的情况下，通过热柜10无法完全带走冷却用户7的产热。此时，借助热柜10内循环淡水高比热容的特性，将多余热量暂存于循环淡水中，待海水温度或设备功率下降，再将热量排出舱室，以保证热柜10冷却系统的平稳运行。

相对于现有的冷却系统，本发明取消了海水管路及海水泵，有效降低了舱室内的噪声以及系统向外界的噪声传播。

本发明突破了传统冷却系统设计理念，在实现载人平台内冷却用户有效冷却的同时，无需流体管路穿舱，取消了舷侧阀、穿舱件、换热器等传统冷却系统关重设备及核心元器件，有效简化了结构和配置；同时，热柜10内衬于耐压壳体壁面内，该空间处本就有用于加强耐压壳体强度的环形肋骨，有效利用了该空间，优化了舱室布置。

本发明实现了载人平台冷却用户有效的冷却，可靠性高，大大提升了冷却系统整体的安全性，适用于深海环境。

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 (7)

1.一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，包括所述载人平台的耐压壳体，其特征在于：所述耐压壳体的壁面内衬有热柜（10），所述热柜（10）以耐压壳体的壁面为外壁（101），热柜（10）沿着耐压壳体的轴向设置；

所述热柜（10）的结构为：包括轴向同心设置的外壁（101）和内壁（102），外壁（101）与内壁（102）之间存在间隔，位于外壁（101）与内壁（102）之间的间隔内安装有多个肋板（103），相邻肋板（103）之间沿着轴向安装有导流板（107），还包括分别位于热柜（10）两端端头的入水口（105）和出水口（106）；

从冷却用户（7）流出的热淡水自入水口（105）流入热柜（10）后，在导流板（107）的导流下流经各个相邻肋板（103）之间，并从出水口（106）流出后回至冷却用户（7），构成淡水循环管路；

多个肋板（103）沿着外壁（101）的轴向间隔设置，单个肋板（103）为环形结构，所述肋板（103）的外侧壁面与外壁（101）固装，肋板（103）的内侧壁面与内壁（102）固装；轴向贯穿首个肋板（103）开有入水口（105），轴向贯穿末个肋板（103）开有出水口（106），其余肋板（103）上均开有流水孔（104）；多个导流板（107）位于热柜（10）的同一轴向方向；

所述入水口（105）与相邻肋板（103）上的流水孔（104）位于对应导流板（107）的两侧；相邻两个肋板（103）上的流水孔（104）位于对应导流板（107）的两侧；所述出水口（106）与相邻肋板（103）上的流水孔（104）位于对应导流板（107）的两侧；

单一肋板（103）上流水孔（104）的数量为多个，多个流水孔（104）间隔集中设置于靠近导流板（107）的肋板（103）上。

2.如权利要求1所述的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，其特征在于：所述肋板（103）的内侧壁面处向着两端轴向延伸有凸环壁（1031），使得肋板（103）为截面呈T型的环形结构，所述凸环壁（1031）内侧壁面与内壁（102）固装。

3.如权利要求1所述的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，其特征在于：所述外壁（101）与内壁（102）均为空心柱形结构，内壁（102）的直径小于外壁（101）的直径。

4.如权利要求1所述的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，其特征在于：所述出水口（106）后部的管路上安装有温控阀（8），所述温控阀（8）为三通阀，温控阀（8）的第一端口与出水口（106）相通，温控阀（8）的第二端口经淡水泵（6）连通至冷却用户（7）的输入口，温控阀（8）的第三端口与冷却用户（7）的输出口连通。

5.如权利要求4所述的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，其特征在于：所述冷却用户（7）输出口连接有两个通路，一个通路连通至热柜（10）的入水口（105），另一个通路连通至温控阀（8）的第三端口；所述冷却用户（7）与入水口（105）之间的管路上安装有电动阀一（9），所述出水口（106）与温控阀（8）第一端口之间的管路上安装有电动阀二（11）。

6.如权利要求4所述的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，其特征在于：所述温控阀（8）第二端口与淡水泵（6）之间的管路上安装有电动阀三（12），所述淡水泵（6）与冷却用户（7）输入口之间的管路上安装有止回阀一（13）。

7.如权利要求1所述的一种用于深海载人平台的热柜冷却系统，其特征在于：所述冷却用户（7）包括有并联设置的多组支路，单组支路的结构为：包括发热设备（71），位于发热设备（71）输入口前方的支路上安装有电动阀四（15），位于发热设备（71）输出口后方的支路上安装有止回阀二（14）。

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