CN112283989B - 一种大型深潜平台舱室热管理系统及其操作方法 - Google Patents

一种大型深潜平台舱室热管理系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一种大型深潜平台舱室热管理系统，机械压缩制冷系统的结构为：包括控制箱，控制箱电信号连接风机和压缩机，风机的一端依次串联有热盘管、冷盘管和蒸发器，热盘管和冷盘管均通过管路连接冷却水用户和冷却淡水舱，蒸发器与冷凝器之间通过管路连接有油分离器、压缩机和储液器；淡水冷却循环系统的结构为：冷却淡水舱的顶部一端通过管路与冷却水用户连接，冷却淡水舱的顶部另一端通过管路与热盘管连通，所述冷却淡水舱的一侧通过两路管路与冷凝器连通，其中一路管路上安装一号循环水泵、一号电动三通水量调节阀和二号电动三通水量调节阀，所述冷却淡水舱另一侧安装舷外换热盘管，工作可靠，成本低，有利于舱室的噪声控制。

Description

一种大型深潜平台舱室热管理系统及其操作方法
技术领域
本发明涉及载人潜水器技术领域，尤其是一种大型深潜平台舱室热管理系统及其操作方法。
背景技术
大型深潜平台是一种大型的具有深海观察和作业能力的活动深潜装备，不同于小型潜水器，作业时间长，搭载人员多。大型深潜平台舱室是集人员工作和生活功能为一体的密闭舱室，舱内设备密集、空间紧凑且热源分布不均，容易产生高温高湿等恶劣空气环境。这不仅影响人员工作效率，危害人员健康，而且影响设备的可靠性。
目前，现有技术中的深潜器，作业时间短，能源紧张，不具备随潜深变化控制舱内温度和湿度的能力，随着潜深变化会存在或冷或热的不舒适感，且下潜过程中舱壁和设备表面会出现大量冷凝水。大型深潜平台功能较小型深潜器更为复杂，人员较多，持续作业时间较长，需配备主动温控系统，控制舱内温度和湿度以满足舒适性要求和其他功能要求。同时，深潜平台能源紧张，系统应在满足要求的前提下降低能耗。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种大型深潜平台舱室热管理系统及其操作方法，从而降低了能耗、降低了成本，大大提高了工作可靠性，有利于舱室的噪声控制。
本发明所采用的技术方案如下：
一种大型深潜平台舱室热管理系统，包括舱室，所述舱室内设置有机械压缩制冷系统和淡水冷却循环系统，
机械压缩制冷系统的结构为：包括控制箱，所述控制箱电信号连接风机和压缩机，所述风机的一端依次串联有热盘管、冷盘管和蒸发器，所述热盘管和冷盘管均通过管路连接冷却水用户和冷却淡水舱，还包括冷凝器，所述蒸发器与冷凝器之间通过管路连接有油分离器、压缩机和储液器；
淡水冷却循环系统的结构为：冷却淡水舱的顶部一端通过管路与冷却水用户连接，冷却淡水舱的顶部另一端通过管路与热盘管连通，所述冷却淡水舱的一侧通过两路管路与冷凝器连通，其中一路管路上安装一号循环水泵、一号电动三通水量调节阀和二号电动三通水量调节阀，所述冷却淡水舱另一侧上部通过管路串联安装一号截止阀、一号电动截止阀，下部通过管路串联安装二号循环水泵、二号截止阀和二号电动截止阀，并在舱室外部安装舷外换热盘管。
其进一步技术方案在于：
所述冷却水用户采用并联的形式安装，并联连接有一号冷却水用户、二号冷却水用户。
所述冷却淡水舱的顶部与冷却水用户之间安装有滤器和三号循环水泵。
所述冷盘管与一号电动三通水量调节阀之间的管路上安装有三号电动三通水量调节阀。
所述热盘管与冷却水用户之间的管路上安装有四号电动三通水量调节阀。
所述蒸发器与冷凝器之间的管路上依次串联有电子膨胀阀、电磁阀和过滤器。
一种大型深潜平台舱室热管理系统的操作方法，包括如下操作步骤：
当深潜平台处于水面航行状态或备潜状态时，外界海水温度处于10～30℃，舱内处于高温高湿环境；此时，控制一号截止阀、二号截止阀、一号电动截止阀和二号电动截止阀均打开，二号循环水泵也打开，通过舷外换热盘管降低冷却淡水舱温度；控制箱工作，控制风机启动，一号循环水泵启动，一号电动三通水量调节阀和二号电动三通水量调节阀控制冷却水进入冷凝器中，压缩机启动，制冷剂环路运行；回风经过蒸发器降温除湿，此时冷盘管和热盘管内无冷却水和热水流过；当深潜平台开始下潜后，一号截止阀、二号截止阀、一号电动截止阀和二号电动截止阀均关闭，冷却淡水舱通过舱壁向外界换热；下潜初期阶段，设备按原状态运行，随着下潜深度的增加，外界海水温度降低，舱室内热负荷减少；当冷却淡水舱内冷却水温度低于10℃时，压缩机停机，制冷剂环路停止，一号电动三通水量调节阀和三号电动三通水量调节阀控制冷却水流入冷盘管，舱内湿空气经过冷盘管降温除湿；由于舱室内外环境变化，舱室内出现过冷的情况，此时四号电动三通水量调节阀控制流经一号冷却水用户、二号冷却水用户的热水流过热盘管，控制箱根据舱室内温湿度监测结果实时控制流经冷盘管和热盘管的水流量，回风先后经过冷盘管和热盘管，实现温湿度独立控制。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过将机械压缩制冷系统和淡水冷却循环系统结合，利用舱内的废热，在不增加用电设备的情况下，实现了大型深潜平台载人舱舱内空气温湿度独立控制，达到恒温恒湿控制的目标，避免了现有深潜器舱内出现过冷或过热的情况。同时完成冷却水用户设备的冷却，减小了冷却淡水舱的体积。本发明相对于传统的机械压缩空调系统，下潜后只有风机和循环水泵运行，无需额外启动其他设备，能耗较低，也有利于舱室的噪声控制。
本发明在深潜平台处于深潜状态时，通过合理的隔热设计，舱内空气温度处于舒适状态，舱内具有较低的热负荷，除湿需求较大，若采用机械压缩制冷形式除湿，能源消耗较大，同时也可能使舱室过冷。
本发明不仅能实现舱室温湿度独立控制、冷却舱内需冷却设备，而且相对传统机械压缩空调系统能耗低、噪声。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1、风机；2、热盘管；3、冷盘管；4、蒸发器；5、冷凝器；6、压缩机；7、一号电动三通水量调节阀；8、一号循环水泵；9、冷却淡水舱；10、一号冷却水用户；11、二号冷却水用户；12、滤器；13、一号截止阀；14、一号电动截止阀；15、舷外换热盘管；16、油分离器；17、电磁阀；18、电子膨胀阀；19、过滤器；20、二号电动三通水量调节阀；21、三号电动三通水量调节阀；22、四号电动三通水量调节阀；23、控制箱；24、储液器；25、三号循环水泵；26、二号截止阀；27、二号电动截止阀；28、二号循环水泵；29、机械压缩制冷系统；30、淡水冷却循环系统；31、舱室。
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1所示，本实施例的大型深潜平台舱室热管理系统，包括舱室31，舱室31内设置有机械压缩制冷系统29和淡水冷却循环系统30，
机械压缩制冷系统29的结构为：包括控制箱23，控制箱23电信号连接风机1和压缩机6，风机1的一端依次串联有热盘管2、冷盘管3和蒸发器4，热盘管2和冷盘管3均通过管路连接冷却水用户和冷却淡水舱9，还包括冷凝器5，蒸发器4与冷凝器5之间通过管路连接有油分离器16、压缩机6和储液器24；
淡水冷却循环系统30的结构为：冷却淡水舱9的顶部一端通过管路与冷却水用户连接，冷却淡水舱9的顶部另一端通过管路与热盘管2连通，冷却淡水舱9的一侧通过两路管路与冷凝器5连通，其中一路管路上安装一号循环水泵8、一号电动三通水量调节阀7和二号电动三通水量调节阀20，冷却淡水舱9另一侧上部通过管路串联安装一号截止阀13、一号电动截止阀14，下部通过管路串联安装二号循环水泵28、二号截止阀26和二号电动截止阀27，并在舱室31外部安装舷外换热盘管15。
冷却水用户采用并联的形式安装，并联连接有一号冷却水用户10、二号冷却水用户11。
冷却淡水舱9的顶部与冷却水用户之间安装有滤器12和三号循环水泵25。
冷盘管3与一号电动三通水量调节阀7之间的管路上安装有三号电动三通水量调节阀21。
热盘管2与冷却水用户之间的管路上安装有四号电动三通水量调节阀22。
蒸发器4与冷凝器5之间的管路上依次串联有电子膨胀阀18、电磁阀17和过滤器19。
本实施例的大型深潜平台舱室热管理系统的操作方法，包括如下操作步骤：
当深潜平台处于水面航行状态或备潜状态时，
外界海水温度处于10～30℃，舱内处于高温高湿环境；此时，控制一号截止阀13、二号截止阀26、一号电动截止阀14和二号电动截止阀27均打开，二号循环水泵28也打开，通过舷外换热盘管15降低冷却淡水舱9温度；
控制箱23工作，控制风机1启动，一号循环水泵8启动，一号电动三通水量调节阀7和二号电动三通水量调节阀20控制冷却水进入冷凝器5中，压缩机6启动，制冷剂环路运行；
回风经过蒸发器4降温除湿，此时冷盘管3和热盘管2内无冷却水和热水流过；
当深潜平台开始下潜后，
一号截止阀13、二号截止阀26、一号电动截止阀14和二号电动截止阀27均关闭，冷却淡水舱9通过舱壁向外界换热；
下潜初期阶段，设备按原状态运行，随着下潜深度的增加，外界海水温度降低，舱室31内热负荷减少；
当冷却淡水舱9内冷却水温度低于10℃时，压缩机6停机，制冷剂环路停止，一号电动三通水量调节阀7和三号电动三通水量调节阀21控制冷却水流入冷盘管3，舱内湿空气经过冷盘管3降温除湿；
由于舱室31内外环境变化，舱室31内出现过冷的情况，此时四号电动三通水量调节阀22控制流经一号冷却水用户10、二号冷却水用户11的热水流过热盘管2，控制箱23根据舱室31内温湿度监测结果实时控制流经冷盘管3和热盘管2的水流量，回风先后经过冷盘管3和热盘管2，实现温湿度独立控制。
本发明的具体结构和功能如下：
本发明包含机械压缩制冷系统29和淡水冷却循环系统30结合成的热管理系统，机械压缩制冷系统29用于外界环境温度较高时舱内降温除湿，淡水冷却循环系统30用于外界环境温度较低时舱内除湿，同时冷却舱内需冷却设备。
机械压缩制冷系统29由风机1、蒸发器4、冷凝器5、压缩机6、油分离器16、电磁阀17、电子膨胀阀18、过滤器19、多个电动三通水量调节阀、控制箱23、储液器24等构成。
冷凝器5的冷却水由一号循环水泵8和冷却淡水舱9提供，水面状态下冷却淡水舱9的水温通过舷外换热盘管15冷却，同时通过三号循环水泵25和滤器12向一号冷却水用户10、二号冷却水用户11等舱内冷却水用户提供冷却水，此时四号电动三通水量调节阀22控制冷却水直接回冷却淡水舱9，而不经过热盘管2。
随着深潜平台下潜，外界海水温度降低，海水压力升高，此时为保证深潜平台的安全性，一号截止阀13、二号截止阀26、一号电动截止阀14和二号电动截止阀27关闭，冷却淡水舱9通过舱壁向外界散热。此时，冷却淡水舱9内水温较低，通过一号电动三通水量调节阀7，将冷却水引入冷盘管3，冷盘管3对经过的湿空气进行降温减湿处理，三号电动三通水量调节阀21的作用是控制进入冷盘管3的冷却水流量。同时，为避免舱内出现过冷的情况，四号电动三通水量调节阀22将经过冷却水用户的热水引入热盘管2，同时控制进入热盘管2的水流量。湿空气先后经过冷盘管3和热盘管2换热，利用了舱内的废热，在不增加用电设备的同时，实现了温湿度的独立控制，也降低了冷却淡水舱9的换热面积，提高了总体空间利用率。
水面备潜状态下由于外界环境温度较高，启动机械压缩制冷系统29，压缩机6启动，利用蒸发器4对舱内湿热空气降温除湿，舱内一号截止阀13、二号截止阀26、一号电动截止阀14和二号电动截止阀27打开，利用舷外换热盘管15控制冷却淡水舱9水温，同时向冷凝器5、一号冷却水用户10、二号冷却水用户11等提供冷却水。
下潜后，随着潜深增加，冷却淡水舱9内温度降低，机械压缩制冷系统29逐渐停止使用。淡水冷却循环系统30启用，即通过一号电动三通水量调节阀7、四号电动三通水量调节阀22改变冷却水流向，使流向冷凝器5的冷却水流向冷盘管3，使经过一号冷却水用户10、二号冷却水用户11等的冷却水流向热盘管2。此时利用冷盘管3对舱内空气降温除湿，利用热盘管2加热除湿后的空气，从而实现舱室空气温湿度的独立控制。
整个热管理系统切换以下潜深度、舱内空气温湿度和冷却淡水舱9内水温作为控制依据。同时根据舱内空气温湿度以调节风机1的风量和冷热水盘管的水量来控制不同的温度和湿度。
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 (1)

1.一种大型深潜平台舱室热管理系统，包括舱室(31)，其特征在于：所述舱室(31)内设置有机械压缩制冷系统(29)和淡水冷却循环系统(30)，机械压缩制冷系统(29)的结构为：包括控制箱(23)，所述控制箱(23)电信号连接风机(1)和压缩机(6)，所述风机(1)的一端依次串联有热盘管(2)、冷盘管(3)和蒸发器(4)，所述热盘管(2)和冷盘管(3)均通过管路连接冷却水用户和冷却淡水舱(9)，还包括冷凝器(5)，所述蒸发器(4)与冷凝器(5)之间通过管路连接有油分离器(16)、压缩机(6)和储液器(24)；
淡水冷却循环系统(30)的结构为：冷却淡水舱(9)的顶部一端通过管路与冷却水用户连接，冷却淡水舱(9)的顶部另一端通过管路与热盘管(2)连通，所述冷却淡水舱(9)的一侧通过两路管路与冷凝器(5)连通，其中一路管路上安装一号循环水泵(8)、一号电动三通水量调节阀(7)和二号电动三通水量调节阀(20)，所述冷却淡水舱(9)另一侧上部通过管路串联安装一号截止阀(13)、一号电动截止阀(14)，下部通过管路串联安装二号循环水泵(28)、二号截止阀(26)和二号电动截止阀(27)，并在舱室(31)外部安装舷外换热盘管(15)；所述冷却水用户采用并联的形式安装，并联连接有一号冷却水用户(10)、二号冷却水用户(11)；所述冷却淡水舱(9)的顶部与冷却水用户之间安装有滤器(12)和三号循环水泵(25)；所述冷盘管(3)与一号电动三通水量调节阀(7)之间的管路上安装有三号电动三通水量调节阀(21)；所述热盘管(2)与冷却水用户之间的管路上安装有四号电动三通水量调节阀(22)；所述蒸发器(4)与冷凝器(5)之间的管路上依次串联有电子膨胀阀(18)、电磁阀(17)和过滤器(19)；操作方法包括如下操作步骤：
当深潜平台处于水面航行状态或备潜状态时，
外界海水温度处于10～30℃，舱内处于高温高湿环境；此时，控制一号截止阀(13)、二号截止阀(26)、一号电动截止阀(14)和二号电动截止阀(27)均打开，二号循环水泵(28)也打开，通过舷外换热盘管(15)降低冷却淡水舱(9)温度；
控制箱(23)工作，控制风机(1)启动，一号循环水泵(8)启动，一号电动三通水量调节阀(7)和二号电动三通水量调节阀(20)控制冷却水进入冷凝器(5)中，压缩机(6)启动，制冷剂环路运行；
回风经过蒸发器(4)降温除湿，此时冷盘管(3)和热盘管(2)内无冷却水和热水流过；
当深潜平台开始下潜后，
一号截止阀(13)、二号截止阀(26)、一号电动截止阀(14)和二号电动截止阀(27)均关闭，冷却淡水舱(9)通过舱壁向外界换热；
下潜初期阶段，设备按原状态运行，随着下潜深度的增加，外界海水温度降低，舱室(31)内热负荷减少；
当冷却淡水舱(9)内冷却水温度低于10℃时，压缩机(6)停机，制冷剂环路停止，一号电动三通水量调节阀(7)和三号电动三通水量调节阀(21)控制冷却水流入冷盘管(3)，舱内湿空气经过冷盘管(3)降温除湿；
由于舱室(31)内外环境变化，舱室(31)内出现过冷的情况，此时四号电动三通水量调节阀(22)控制流经一号冷却水用户(10)、二号冷却水用户(11)的热水流过热盘管(2)，控制箱(23)根据舱室(31)内温湿度监测结果实时控制流经冷盘管(3)和热盘管(2)的水流量，回风先后经过冷盘管(3)和热盘管(2)，实现温湿度独立控制。
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