CN117193426A - 用于深海环境模拟装置的保温结构及其温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉用于深海环境模拟装置的保温结构及其温度控制系统，一种用于深海环境模拟装置的保温结构，包括数个安装在容器外壁上的保温单元，多个保温单元将容器的外壁完全包围，从而对容器进行保温；单个保温单元的结构为：包括外壳和绝热层，绝热层上配合安装有偶数支呈蛇形布置的能量盘管，能量盘管与制冷/制热模块连接，外壳内侧的边缘安装有密封条，当保温单元与容器配合安装时，密封条使保温单元与容器的外侧壁之间形成独立的气密空间。通过设置保温单元，使得深海环境模拟装置能够具备温度模拟功能，并且能够保证其试验环境的温度稳定，从而完全模拟深海环境，进而为温度敏感的深海微生物培养、深海耐压结构安全预报等提供陆上试验装置。

Description

用于深海环境模拟装置的保温结构及其温度控制系统

技术领域

本发明涉及深海环境模拟技术领域，尤其是一种用于深海环境模拟装置的保温结构及其温度控制系统。

背景技术

随着海洋勘探、深海载人潜水器等技术的发展，深海微生物培养、深海耐结构蠕变性能预报等试验需要深海环境模拟装置具备深海温度模拟功能。目前，绝大部分深海环境模拟装置只具备压力模拟功能，不具备温度模拟功能，上述试验难以开展。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于深海环境模拟装置的保温结构及其温度控制系统，通过设置保温单元，使得深海环境模拟装置能够具备温度模拟功能，并且能够保证其试验环境的温度稳定，从而完全模拟深海环境，进而为温度敏感的深海微生物培养、深海耐压结构安全预报等提供陆上试验装置。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于深海环境模拟装置的保温结构，包括数个安装在容器外壁上的保温单元，多个保温单元将容器的外壁完全包围，从而对容器进行保温；

单个保温单元的结构为：包括外壳，所述外壳的内侧均匀敷设绝热层，所述绝热层上配合安装有偶数支呈蛇形布置的能量盘管，所述能量盘管内流通导热流体，能量盘管的进口端与制冷/制热模块的输出端连接，能量盘管的出口端与制冷/制热模块的输入端连接，从而使制冷/制热模块调节能量盘管内导热流体的温度，相邻两支能量盘管内导热流体的流向相反，外壳内侧的边缘安装有密封条，当保温单元与容器配合安装时，密封条使保温单元与容器的外侧壁之间形成独立的气密空间。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述保温单元采用瓜瓣形结构、环式圆柱形结构、球冠形结构。

所述外壳的一侧设置有数个偏心锁紧槽，同时另一侧设置有数个偏心榫头，单个偏心榫头与单个偏心锁紧槽对应，当多个保温单元进行组合安装时，将一个保温单元的偏心榫头插入另一个保温单元的偏心锁紧槽内，从而完成多个保温单元之间的连接安装。

一种利用上述的用于深海环境模拟装置的保温结构的温度控制系统，包括冷热机组，所述冷热机组的输出端通过第一连接管路与第一换热器输入端的入口连接，第一连接管路上设置有第一旁支管路，所述第一旁支管路的出口端与第二换热器输入端的入口连接，第二换热器输入端的出口通过第二连接管路与冷热机组的输入端连接，第二连接管路上设置有第二旁支管路，所述第二旁支管路的入口端与第一换热器输入端的出口连接；

所述第一换热器输出端的出口通过第三连接管路与保温单元的输入端连接，第一换热器输出端的入口通过第四连接管路与保温单元的输出端连接；

所述第二换热器的输出端通过第一连接管组与过渡水箱连接，过渡水箱内预先盛放有试验介质，第二换热器通过第一连接管组对过渡水箱内的试验介质进行制冷或制热，过渡水箱通过第二连接管组与容器连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

当第一换热器需要对多个保温单元进行换热时，通过在第三连接管路上设置相应数量的第三旁支管路，并使单根第三旁支管路的出口端与对应的保温单元输入端连接，同时，在第四连接管路上设置相应数量的第四旁支管路，并使单根第四旁支管路的入口端与对应的保温单元的输出端连接，从而在第一换热器的输出端并联多个保温单元；

单根第三旁支管路上配合安装有电磁阀，容器的外壁上通过隔热胶安装有数个温度传感器，单个温度传感器检测单个保温单元与容器之间气密空间的温度；

当所述温度传感器检测到的温度大于设定温度时，对应的第三旁支管路上的电磁阀打开，从而使得对应的保温单元内的导热流体通过第一换热器进行换热。

所述第四连接管路上配合安装有第一循环泵，第一连接管组上配合安装有第二循环泵，第二连接管组上配合安装有第三循环泵。

所述第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路、第四连接管路、第一旁支管路、第二旁支管路、第三旁支管路、第四旁支管路、第一连接管组与第二连接管组上均配合安装有截止阀、Y型过滤器、温度计与压力计。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置保温单元，并基于该保温单元提供一种温度控制系统，从而使传统的深海环境模拟装置具备稳定的温度模拟功能，从而实现对深海环境的完全模拟，以保证相关科学试验的进行。

本发明还具有如下优点：

(1)本发明中压力模拟温度控制系统具有初始温度制备与长期温度保持两种工作模式，两种工作模式互相独立不同时进行，在深海环境模拟装置为常压时，温控系统可以建立舱内温度；在舱内为高压时，即进行高压模拟时，温控系统通过控制保温结构温度对舱体进行温度微调和保温，实现舱内试验环境的长期稳定。

(2)本发明中保温结构采用模块化制造方式，根据保温对象的不同，能够组合成瓜瓣式球形结构、环式圆柱形结构、球冠形结构，方便安装，能够实现温度分区控制，在实际使用过程中，由于容器多为高度较高的结构，其内部的试验介质长时间下会产生顶部温度高于底部温度的现象，通过模块化的保温结构，对容器不同部位的温度进行分区控制，从而能够使得容器内部试验介质的温度更加均匀稳定。

(3)本发明中通过设置第一换热器与第二换热器，分别对容器内试验介质的温度、能量盘管内导热流体的温度进行控制，两个换热器独立工作，其控制方式简单灵活；并且，通过试验介质建立起容器内的高压环境后，第二换热器便停止工作，通过第一换热器对容器进行保温，保障容器内部的温度稳定，更加节能。

(4)本发明中的保温装置与压力模拟温度控制系统适用于需要进行温度控制的高压设备上，不仅适用于深海高压低温环境模拟工况，也适用于对化工容器进行温控保温等工况。

附图说明

图1为本发明中温度控制系统的结构示意图。

图2为本发明中保温单元的结构示意图一。

图3为图2中的保温单元组合成环式圆柱形结构时的结构示意图。

图4为本发明中保温单元的结构示意图二。

图5为图4中的保温单元组合成瓜瓣式球形结构时的结构示意图。

图6为本发明中用于深海环境模拟装置的保温结构的结构示意图。

图7为图6中A-A截面的剖视图。

其中：1、容器；2、保温单元；3、冷热机组；4、过渡水箱；5、第一换热器；6、第二换热器；7、第一循环泵；8、第二循环泵；9、第三循环泵；10、第一旁支管路；11、第二旁支管路；12、第三旁支管路；13、第四旁支管路；14、试验介质；15、气密空间；

201、外壳；202、能量盘管；203、绝热层；204、密封条；205、偏心锁紧槽；206、偏心榫头。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1-图7所示，本实施例的用于深海环境模拟装置的保温结构，包括数个安装在容器1外壁上的保温单元2，多个保温单元2将容器1的外壁完全包围，从而对容器1进行保温；

单个保温单元2的结构为：包括外壳201，外壳201的内侧均匀敷设绝热层203，绝热层203上配合安装有偶数支呈蛇形布置的能量盘管202，能量盘管202内流通导热流体，能量盘管202的进口端与制冷/制热模块的输出端连接，能量盘管202的出口端与制冷/制热模块的输入端连接，从而使制冷/制热模块调节能量盘管202内导热流体的温度；

为了保证均匀度，相邻两支能量盘管202内导热流体的流向相反；

外壳201内侧的边缘安装有密封条204，当保温单元2与容器1配合安装时，密封条204使保温单元2与容器1的外侧壁之间形成独立的气密空间15，从而能够实现局部、精确调温的目的。

多个保温单元2能够完全包裹容器1的外壁，根据容器1的形状，保温单元2能够采用瓜瓣形结构、环式圆柱形结构、球冠形结构。

外壳201能够对绝热层203产生保护作用，同时也决定了保温单元2的外形；绝热层203采用的保温材料导热系数不应大于0.05w/m·k；保温单元2通过密封条204与容器1的外舱壁密封安装，使保温单元2的绝热层203与容器1的外侧壁之间形成独立的气密空间15；在各气密空间15内，紧贴绝热层203设置能量盘管202，能量盘管202中流通导热流体，使得深海环境模拟装置具备保温功能，同时，各个保温单元2之间相互独立，使得深海环境模拟装置具备分区温控的功能，提高了深海环境模拟装置的温度控制精度。

外壳201的一侧设置有数个偏心锁紧槽205，同时另一侧设置有数个偏心榫头206，单个偏心榫头206与单个偏心锁紧槽205对应，当多个保温单元2进行组合安装时，将一个保温单元2的偏心榫头206插入另一个保温单元2的偏心锁紧槽205内，从而完成多个保温单元2之间的连接安装。

为了方便安装、实现温度分区控制，保温单元2采用模块化制造方式，多个保温单元2之间通过偏心锁紧槽205与偏心榫头206实现快速拆装。

本实施例提供一种用于深海环境模拟装置的保温结构，通过设置多种结构形式、能够组合安装使用的保温单元2，使得容器1在完成温度调节后，能够保持稳定的温度，从而保证深海环境模拟装置的温度环境稳定性，使得深海环境模拟装置具备温控功能。

实施例二：

利用如实施例一的用于深海环境模拟装置的保温结构，本实施例提供一种温度控制系统；

温度控制系统包括冷热机组3，冷热机组3的输出端通过第一连接管路与第一换热器5输入端的入口连接，第一连接管路上设置有第一旁支管路10，第一旁支管路10的出口端与第二换热器6输入端的入口连接，第二换热器6输入端的出口通过第二连接管路与冷热机组3的输入端连接，第二连接管路上设置有第二旁支管路11，第二旁支管路11的入口端与第一换热器5输入端的出口连接；第一换热器5输出端的出口通过第三连接管路与保温单元2的输入端连接，第一换热器5输出端的入口通过第四连接管路与保温单元2的输出端连接；第二换热器6的输出端通过第一连接管组与过渡水箱4连接，过渡水箱4内预先盛放有试验介质14，第二换热器6通过第一连接管组对过渡水箱4内的试验介质14进行制冷或制热，过渡水箱4通过第二连接管组与容器1连接，过渡水箱4内的试验介质14与容器1内的试验介质14之间通过第二连接管组实现循环；

当第一换热器5需要对多个保温单元2进行换热时，通过在第三连接管路上设置相应数量的第三旁支管路12，并使单根第三旁支管路12的出口端与对应的保温单元2输入端连接，同时，在第四连接管路上设置相应数量的第四旁支管路13，并使单根第四旁支管路13的入口端与对应的保温单元2的输出端连接，从而在第一换热器5的输出端并联多个保温单元2；

单根第三旁支管路12上配合安装有电磁阀，容器1的外壁上通过隔热胶安装有数个温度传感器，单个温度传感器检测单个保温单元2与容器1之间气密空间15的温度，通过采用隔热胶，使得温度传感器检测到的温度结果不会被容器1的内部温度影响，保证其检测结果准确性；

当温度传感器检测到的温度大于设定温度时，对应的第三旁支管路12上的电磁阀打开，从而使得对应的保温单元2内的导热流体通过第一换热器5进行换热；

第四连接管路上配合安装有第一循环泵7，第一连接管组上配合安装有第二循环泵8，第二连接管组上配合安装有第三循环泵9；

第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路、第四连接管路、第一旁支管路10、第二旁支管路11、第三旁支管路12、第四旁支管路13、第一连接管组与第二连接管组上均配合安装有截止阀、Y型过滤器、温度计与压力计。

冷热机组3根据使用需求提供相应的冷量或热量，并分别通过第一连接管路、第二连接管路传递至第一换热器5与第二换热器6，通过第二换热器6对过渡水箱4中的试验介质14进行制冷或加热，通过第二循环泵8将过渡水箱4中的试验介质14注入容器1内部，通过第一换热器5对保温单元2提供冷量/热量，通过对能量盘管202内的导热流体进行制冷或制热，从而实现对保温单元2温度的控制，保温单元2为容器1提供稳定的温度环境，实现长期保温。

其中，能量盘管202的尺寸参数、设置数量根据各区段的换热功率确定；第一换热器5与第二换热器6的功率差别较大，第一换热器5的功率小于第二换热器6的功率；冷热机组3采用变频控制。

温度控制系统具有初始温度制备与长期温度保持两种工作模式，两种工作模式不同时进行；

初始温度制备模式下，冷热机组3对热载体进行冷却或加热至需求温度，随后热载体依次经过第一连接管路、第一旁支管路10、第二换热器6、第二连接管路回到冷热机组3中，同时，在第二换热器6的另一侧，过渡水箱4中的试验介质14经过第一连接管组在第二换热器6与过渡水箱4中循环流动，第二循环泵8为第一连接管组中的试验介质14提供循环驱动力，从而对过渡水箱4内的试验介质14进行换热，随后通过第二连接管组将过渡水箱4内的试验介质14注入至容器1内部，直至试验介质14注满容器1内，随后，过渡水箱4中的试验介质14经过第二连接管组与容器1内的试验介质14进行循环交换，直至容器1内的试验介质14的温度及其均匀度满足使用需求，第三循环泵9为第二连接管组内的试验介质14提供循环驱动力；

长期温度保持模式下，冷热机组3对热载体进行冷却或加热至需求温度，随后热载体依次经过第一连接管路、第一换热器5、第二旁支管路11、第二连接管路回到冷热机组3中，同时，在第一换热器5的另一侧，能量盘管202内的导热流体通过第四连接管路与第三连接管路在第一换热器5与能量盘管202内循环流动，从而对能量盘管202内的导热流体进行换热，使得保温单元2对容器1进行长期保温，从而实现容器1内部温度的长期稳定，第一循环泵7为第四连接管路与第三连接管路内的导热流体提供循环驱动力。

长期温度保持模式下，容器1内已经建立起高压或超高压环境，此时，容器1内的试验介质14与过渡水箱4内的试验介质14停止循环交换，容器1已与过渡水箱4隔断，这也是这类设备长期保温的难点，即难以进行高压介质循环，通过在容器1外部增加保温单元2，实现对容器1的保温，从而使容器1在长期工作模式下，仍具备温度稳定性与压力稳定性。

通过控制相应的截止阀的开闭实现对温度控制系统内流体流向的控制；温度控制系统内内的温度计与压力计便于对系统内管路中的流体温度、压力进行监控；第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路、第四连接管路、第一旁支管路10、第二旁支管路11、第三旁支管路12、第四旁支管路13、第一连接管组与第二连接管组采用保温管，以放置管路内流体在传输过程中热量丧失。

本实施例提供一种基于用于深海环境模拟装置的保温结构的温度控制系统，通过设置第一换热器5与第二换热器6，分别对能量盘管202内导热流体的温度、容器1内试验介质14的温度进行控制，两个换热器独立工作，其控制方式简单灵活；并且，通过试验介质14建立起容器1内的高压环境后，第二换热器6便可停止工作，通过第一换热器5对容器1进行保温，保障容器1内部的温度稳定，更加节能。

本发明通过设置保温单元2，安装在容器1的外壁时，与容器1之间形成气密空间15，从而对容器1进行保温、控温；在深海环境模拟装置为常压时，温度控制系统的冷热机组3通过第二换热器6将过渡水箱4中的试验介质14调至试验目标温度，并进行充分循环，从而能够建立舱内均匀的目标温度场；在深海环境模拟装置为高压时，过渡水箱4与舱内的介质截断，冷热机组3通过第一换热器5为保温单元2输入舱体吸收的热量，从而将舱体与外界热源隔断进而实现保温目的；另外，通过保温单元2实现对气密空间15内部温度的调整，从而实现对舱体内介质局部温度的微调，通过上述功能实现舱内试验环境的建立和长期稳定。主动式的保温单元2及其温度控制系统，深海环境模拟装置能够实现全海洋环境的模拟。

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)

1.一种用于深海环境模拟装置的保温结构，其特征在于：包括数个安装在容器(1)外壁上的保温单元(2)，多个保温单元(2)将容器(1)的外壁完全包围，从而对容器(1)进行保温；

单个保温单元(2)的结构为：包括外壳(201)，所述外壳(201)的内侧均匀敷设绝热层(203)，所述绝热层(203)上配合安装有偶数支呈蛇形布置的能量盘管(202)，所述能量盘管(202)内流通导热流体，能量盘管(202)的进口端与制冷/制热模块的输出端连接，能量盘管(202)的出口端与制冷/制热模块的输入端连接，从而使制冷/制热模块调节能量盘管(202)内导热流体的温度，相邻两支能量盘管(202)内导热流体的流向相反，外壳(201)内侧的边缘安装有密封条(204)，当保温单元(2)与容器(1)配合安装时，密封条(204)使保温单元(2)与容器(1)的外侧壁之间形成独立的气密空间(15)。

2.如权利要求1所述的用于深海环境模拟装置的保温结构，其特征在于：所述保温单元(2)采用瓜瓣形结构、环式圆柱形结构、球冠形结构。

3.如权利要求1所述的用于深海环境模拟装置的保温结构，其特征在于：所述外壳(201)的一侧设置有数个偏心锁紧槽(205)，同时另一侧设置有数个偏心榫头(206)，单个偏心榫头(206)与单个偏心锁紧槽(205)对应，当多个保温单元(2)进行组合安装时，将一个保温单元(2)的偏心榫头(206)插入另一个保温单元(2)的偏心锁紧槽(205)内，从而完成多个保温单元(2)之间的连接安装。

4.一种利用如权利要求1所述的用于深海环境模拟装置的保温结构的温度控制系统，其特征在于：包括冷热机组(3)，所述冷热机组(3)的输出端通过第一连接管路与第一换热器(5)输入端的入口连接，第一连接管路上设置有第一旁支管路(10)，所述第一旁支管路(10)的出口端与第二换热器(6)输入端的入口连接，第二换热器(6)输入端的出口通过第二连接管路与冷热机组(3)的输入端连接，第二连接管路上设置有第二旁支管路(11)，所述第二旁支管路(11)的入口端与第一换热器(5)输入端的出口连接；

所述第一换热器(5)输出端的出口通过第三连接管路与保温单元(2)的输入端连接，第一换热器(5)输出端的入口通过第四连接管路与保温单元(2)的输出端连接；

所述第二换热器(6)的输出端通过第一连接管组与过渡水箱(4)连接，过渡水箱(4)内预先盛放有试验介质(14)，第二换热器(6)通过第一连接管组对过渡水箱(4)内的试验介质(14)进行制冷或制热，过渡水箱(4)通过第二连接管组与容器(1)连接。

5.如权利要求4所述的温度控制系统，其特征在于：当第一换热器(5)需要对多个保温单元(2)进行换热时，通过在第三连接管路上设置相应数量的第三旁支管路(12)，并使单根第三旁支管路(12)的出口端与对应的保温单元(2)输入端连接，同时，在第四连接管路上设置相应数量的第四旁支管路(13)，并使单根第四旁支管路(13)的入口端与对应的保温单元(2)的输出端连接，从而在第一换热器(5)的输出端并联多个保温单元(2)；

单根第三旁支管路(12)上配合安装有电磁阀，容器(1)的外壁上通过隔热胶安装有数个温度传感器，单个温度传感器检测单个保温单元(2)与容器(1)之间气密空间(15)的温度；

当所述温度传感器检测到的温度大于设定温度时，对应的第三旁支管路(12)上的电磁阀打开，从而使得对应的保温单元(2)内的导热流体通过第一换热器(5)进行换热。

6.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于：所述第四连接管路上配合安装有第一循环泵(7)，第一连接管组上配合安装有第二循环泵(8)，第二连接管组上配合安装有第三循环泵(9)。

7.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于：所述第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路、第四连接管路、第一旁支管路(10)、第二旁支管路(11)、第三旁支管路(12)、第四旁支管路(13)、第一连接管组与第二连接管组上均配合安装有截止阀、Y型过滤器、温度计与压力计。