CN112595157B - 一种水下无能耗冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下装备领域，具体地说是一种水下无能耗冷却装置，储液腔内部贮存有相变液，储液腔的上表面为导热面，发热量大的发热设备安装于导热面上；补液箱内装有相变液，补液箱与储液腔内部相连通，通过补液箱向储液腔补充相变液；冷凝腔为封闭腔体，冷凝腔的外表面为耐压舱的耐压舱壳，冷凝腔内设有回液槽；回液管的两端分别与回液槽及补液箱连通，出气管的两端分别通过气液隔离接头与冷凝腔及储液腔连通。本发明不涉及电子水泵、电动阀门等大功率电气设备，能耗低，无噪声影响，同时安装结构紧凑灵活，适合舱内紧凑空间安装使用。

Description

一种水下无能耗冷却装置
技术领域
本发明属于水下装备领域，具体地说是一种水下无能耗冷却装置。
背景技术
随着国家对海洋领域的不断探索，海洋装备正朝着规模化、集成化的方向发展，与此同时系统功耗也跟随总体功率不断增加。为了保证系统在密闭环境中稳定运行，需要对舱内大功率电气设备进行冷却。在常见的处理方法中，对于功耗小的设备，往往采用直接贴壁安装的冷却方式；对于功耗较大的设备，往往采用海水换热器加海水泵组合的冷却方法实现热交换，即通过海水泵将舱外的海水引入海水换热器中冷却舱内发热设备冷板中的淡水。这种方法的问题在于上述设备的尺寸、重量都很大，极大地影响了耐压舱空间综合利用率，且海水侧和淡水侧都需要水泵驱动，导致冷却系统整体噪声和功耗都比较大。因此，需要根据系统实际功率需求和结构特点有针对性的设计一种无需外部能源驱动的无能耗冷却装置。
发明内容
针对海洋装备舱内设备冷却存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种水下无能耗冷却装置。该水下无能耗冷却装置可以无需水泵驱动，利用气液相变方式实现大功率设备散热。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明安装于耐压舱内，该水下无能耗冷却装置包括导热板组件、回液管、出气管、冷凝腔、气液隔离接头及补液箱，其中导热板组件包括由导热板围成的封闭的储液腔，所述储液腔内部贮存有相变液，该储液腔的上表面为导热面，发热量大的发热设备安装于所述导热面上；所述补液箱内装有相变液，该补液箱与所述储液腔内部相连通，通过所述补液箱向储液腔补充相变液；所述冷凝腔为封闭腔体，该冷凝腔的外表面为所述耐压舱的耐压舱壳，所述冷凝腔内设有回液槽；所述回液管的两端分别与所述回液槽及补液箱连通，所述出气管的两端均设有气液隔离接头，所述出气管两端的气液隔离接头分别与所述冷凝腔及储液腔连通。
其中：所述冷凝腔的内表面设有阻止热量向耐压舱内传输的隔热层。
所述储液腔除导热面外的其余表面包覆有避免热量直接传导到耐压舱内部的隔热外层。
所述导热面内预埋有增强导热效果的热管。
所述储液腔上分别设有储液腔管接头及出气口管接头，该储液腔管接头通过管路与所述补液箱相连通，在所述管路上设有只能向所述储液腔流入相变液的单向阀；所述出气口管接头与出气管一端的气液隔离接头相连。
所述回液槽设置于冷凝腔的最低点。
所述冷凝腔为一封闭腔体，该冷凝腔外表面的内壁上设有多个增加传热面积的导热增强板。
所述气液隔离接头上部为伞状的阻液伞，下部为中空的密封接头，所述密封接头上开设有出气孔，该出气孔位于所述阻液伞最低端的上方，且所述出气孔位于所述冷凝腔、储液腔内部，所述出气孔沿径向由内向外向下倾斜。
所述补液箱位于回液槽的下方，所述冷凝腔内冷凝后的相变液依靠重力经所述回液管回流到补液箱内；所述补液箱位于储液腔的上方，该补液箱内的相变液依靠重力持续补充到所述储液腔内。
所述冷凝腔内安装有压力传感器，所述补液箱内安装有液位计，所述压力传感器及液位计分别与安装于耐压舱内的控制器相连。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明利用气液相变实现舱内发热设备的冷却，不涉及电子循环水泵、电动阀门等大功率电气设备，无能耗，无噪声影响，散热结构无需在耐压舱上开孔，同时系统安装结构紧凑灵活，适合舱内紧凑空间安装使用。
2.本发明在冷凝腔内表面及储液腔外设有隔热层，阻止热量向耐压舱内传导。
3.本发明在导热面预埋有热管，增强导热效果。
4.本发明冷凝腔内设置了导热增强板，增加了传热面积，增强了冷却效果。
5.本发明的气液隔离接头可避免冷凝后的相变液倒流进出气管而影响排气。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明导热板的立体结构示意图；
图3为图2中的A—A剖视图；
图4为本发明冷凝腔的结构示意图；
图5为图4中的B—B剖视图；
图6为本发明气液隔离接头的结构示意图；
图7为图6中的C—C剖视图；
其中：1为导热板组件，101为导热板，102为热管，103为隔热外层，104为储液腔管接头，105为储液腔，106为导热面，107为出气口管接头，2为发热设备，3为回液管，4为出气管，5为控制器，6为冷凝腔，601为耐压舱壳，602为回液槽，603为导热增强板，604为封闭腔体，7为压力传感器，8为隔热层，9为气液隔离接头，901为阻液伞，902为出气孔，903为密封接头，10为补液箱，11为液位计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
本发明安装于耐压舱内，如图1～7所示，本发明的水下无能耗冷却装置包括导热板组件1、回液管3、出气管4、冷凝腔6、气液隔离接头9及补液箱10，其中导热板组件1包括由导热板101围成的封闭的储液腔105，储液腔105内部贮存有相变液，该储液腔105的上表面为导热面106，发热量大的发热设备2安装于导热面106上；补液箱10内装有相变液，该补液箱10与储液腔105内部相连通，通过补液箱10向储液腔105补充相变液；冷凝腔6为封闭腔体，该冷凝腔6的外表面为耐压舱的耐压舱壳601，冷凝腔6内设有回液槽602；回液管3的两端分别与回液槽602及补液箱10连通，出气管4的两端均设有气液隔离接头9，出气管4两端的气液隔离接头9分别与冷凝腔6及储液腔105连通。
本实施例的导热板101的材质可为铝合金或铜合金，导热面106与需要散热的发热设备2贴合；为了增强导热效果，本实施例在导热面106内预埋有热管102。本实施例的储液腔105除导热面106外的其余表面包覆有隔热外层103，避免热量直接通过空气传导到耐压舱内部；储液腔105上分别设有储液腔管接头104及出气口管接头107，该储液腔管接头104通过管路与补液箱10相连通，在管路上设有只能向储液腔105流入相变液的单向阀；出气口管接头107与出气管4一端的气液隔离接头9相连。
本实施例的补液箱10位于储液腔105的上方，当储液腔105内的相变液受热气化以后，该补液箱10内的相变液依靠重力持续补充到储液腔105内。补液箱10、导热板101、出气管4、回液管3、冷凝腔6共同形成一个包含整个气—液相变过程的封闭回路。
本实施例的冷凝腔6为一封闭腔体604，回液槽602设置于冷凝腔6的最低点，是一个凹槽结构，出气管4另一端的气液隔离接头9位于回液槽602的上方。补液箱10位于回液槽602的下方，冷凝腔6内冷凝后的相变液依靠重力经回液管3回流到补液箱10内。为了增强冷却效果，本实施例在冷凝腔6外表面的内壁上设有多个导热增强板603，可以有效增加传热面积；导热增强板603的结构可以根据耐压舱壳的实际结构设计，包括但不局限于翅片形状。本实施例在冷凝腔6的内表面设有隔热层8，隔热层8的铺设面积与冷凝腔6的内表面面积匹配，作用在于阻止热量向耐压舱内传导。
本实施例的气液隔离接头9上部为伞状的阻液伞901，下部为中空的密封接头903，密封接头903上开设有出气孔902，该出气孔902位于阻液伞901最低端的上方，且出气孔902位于冷凝腔6、储液腔105内部，该出气孔902沿径向由内向外向下倾斜。以冷凝腔6为例，冷凝腔6内的相变液经阻液伞901遮挡后溅入回液槽602内，可以防止冷凝的液体倒流进出气管4而影响排气。
本实施例在冷凝腔6内安装有压力传感器7，补液箱10内安装有液位计11，用于监控封闭环境内气液相变换热过程的稳定性；压力传感器7及液位计11分别与安装于耐压舱内的控制器5相连，本实施例的控制器5为耐压舱内功能系统的控制器，除了监控气液相变过程的稳定性以外，还可以对发热设备2的温度变化情况进行实时监测。本实施例的控制器5为现有技术，在此不再赘述。
本实施例的隔热层8、隔热外层103的材质可为隔热棉。
本发明的工作原理为：
设发热设备2允许的工作温度为T1，相变液气液变化临界温度为T2，外界水温为T3，则要求T1≥T2＞T3。
发热设备2贴合安装在导热面106上，热量通过导热板101传导到储液腔105内的相变液中，相变液受热气化后吸收热量，并受压力作用经过出气管4进入到冷凝腔6内；补液箱10中的相变液同步依靠重力作用经单向阀补充到储液腔105中。
当耐压舱整体浸入水下以后，相变气体在封闭的冷凝腔6内通过耐压舱壳与外界的水环境进行热量交换，并冷凝成液体状态，将发热设备产生的热量传导到水中，起到冷却作用；冷凝后的相变液回流到回液槽602中，导热增强板603增加了传热面积，强化了系统的冷凝能力；冷凝的相变液最终通过回液管3补充到补液箱10，如此往复循环形成一个气—液相变换热流程，实现将发热设备2产生的热量交换到外部的水环境中。
隔热层8和隔热外层103设置在耐压舱的内部，作用在于阻止热量向耐压舱内传输，避免造成耐压舱内温度过高。
在气—液相变循环过程中，液位计11和压力传感器7可以在线检测当前系统运行参数，耐压舱内功能系统的控制器5可以结合发热设备2的温度变化情况对系统运行情况进行实时监测。

Claims (9)

1.一种水下无能耗冷却装置，安装于耐压舱内，其特征在于：该水下无能耗冷却装置包括导热板组件(1)、回液管(3)、出气管(4)、冷凝腔(6)、气液隔离接头(9)及补液箱(10)，其中导热板组件(1)包括由导热板(101)围成的封闭的储液腔(105)，所述储液腔(105)内部贮存有相变液，该储液腔(105)的上表面为导热面(106)，发热量大的发热设备(2)安装于所述导热面(106)上；所述补液箱(10)内装有相变液，该补液箱(10)与所述储液腔(105)内部相连通，通过所述补液箱(10)向储液腔(105)补充相变液；所述冷凝腔(6)为封闭腔体，该冷凝腔(6)的外表面为所述耐压舱的耐压舱壳(601)，所述冷凝腔(6)内设有回液槽(602)；所述回液管(3)的两端分别与所述回液槽(602)及补液箱(10)连通，所述出气管(4)的两端均设有气液隔离接头(9)，所述出气管(4)两端的气液隔离接头(9)分别与所述冷凝腔(6)及储液腔(105)连通；
所述气液隔离接头(9)上部为伞状的阻液伞(901)，下部为中空的密封接头(903)，所述密封接头(903)上开设有出气孔(902)，该出气孔(902)位于所述阻液伞(901)最低端的上方，且所述出气孔(902)位于所述冷凝腔(6)、储液腔(105)内部，所述出气孔(902)沿径向由内向外向下倾斜。
2.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述冷凝腔(6)的内表面设有阻止热量向耐压舱内传输的隔热层(8)。
3.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述储液腔(105)除导热面(106)外的其余表面包覆有避免热量直接传导到耐压舱内部的隔热外层(103)。
4.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述导热面(106)内预埋有增强导热效果的热管(102)。
5.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述储液腔(105)上分别设有储液腔管接头(104)及出气口管接头(107)，该储液腔管接头(104)通过管路与所述补液箱(10)相连通，在所述管路上设有只能向所述储液腔(105)流入相变液的单向阀；所述出气口管接头(107)与出气管(4)一端的气液隔离接头(9)相连。
6.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述回液槽(602)设置于冷凝腔(6)的最低点。
7.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述冷凝腔(6)为一封闭腔体(604)，该冷凝腔(6)外表面的内壁上设有多个增加传热面积的导热增强板(603)。
8.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述补液箱(10)位于回液槽(602)的下方，所述冷凝腔(6)内冷凝后的相变液依靠重力经所述回液管(3)回流到补液箱(10)内；所述补液箱(10)位于储液腔(105)的上方，该补液箱(10)内的相变液依靠重力持续补充到所述储液腔(105)内。
9.根据权利要求1所述的水下无能耗冷却装置，其特征在于：所述冷凝腔(6)内安装有压力传感器(7)，所述补液箱(10)内安装有液位计(11)，所述压力传感器(7)及液位计(11)分别与安装于耐压舱内的控制器(5)相连。
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