CN220114791U - 一种高压水舱环控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型高压水舱环控装置包括一个舱内换热装置、一个水温均匀装置、一个板式换热器、两套制冷设备、一套水箱机组和一套循环泵机组，制热时，水箱机组内的电加热器工作使液体温度升高，进入循环水泵机组后，通过水泵加压通过制冷设备的管道后(制热时制冷设备为关机状态)，进入舱内换热管和舱外板式换热器实现热交换，对舱内水放出热量后，返回水箱机组，周而复始从而升高高压水舱水温。制冷时，制冷设备工作，向环控装置提供低温的冷液，通过舱内换热管和舱外板式换热器实现热交换，吸收舱内水的热量后，进入水箱机组，再由水箱机组进入循环水泵机组，通过水泵加压后，返回制冷设备后完成一个循环，周而复始从而降低水舱水温。

Description

一种高压水舱环控装置

技术领域

本实用新型涉及高压水舱技术领域，特别是涉及一种高压水舱环控装置。

背景技术

高压水舱是潜水研究中一种用来模拟深海空间的压力容器，通过对高压水舱加压以模拟相应深度的海洋环境，可在高压水舱中进行潜水员水下潜水作业训练和医学、生理学的研究以及潜水装备检验等。

在深海环境中，水温并不是一成不变的，水温会随深度的增加而降低。潜水人员在潜水作业训练时，水温会限制其训练时长，而高压水舱中的水温无法变化，对高压水舱的使用造成很大的不便。此高压水舱最高可模拟500米的水下环境，在此区间内不同深度的水温变化较大，因此为了更好的模拟海洋环境以及在训练中提高潜水人员舒适性，需要设计对高压水舱内水的温度进行调控的结构装置。而且，高压水舱内水的体积较大，如果只是单纯的依靠高压水舱内水流和换热管的热传导来调节高压水舱内的水温，将水舱温度调节到设定温度所需的准备时间会很长，高压水舱内的水温分布也不均匀。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种高压水舱环控装置。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供一种高压水舱环控装置，其特点在于，其包括一个舱内换热装置、一个水温均匀装置、一个板式换热器、两套制冷设备、一套水箱机组和一套循环泵机组，所述舱内换热装置置于高压水舱内下部，所述高压水舱上设有舱内水温传感器，所述水箱机组内设有电加热器和溶液温度传感器，所述水温均匀装置包括出水组件和进水组件。

两套所述制冷设备的输出端口分别与第一三通管的第一端口和第二端口管道连接、两个管道上分别设有第一球阀和第二球阀，所述第一三通管的第三端口与第二三通管的第一端口管道连接、管道上依次设有进液温度传感器、第三球阀和第一止回阀，所述第二三通管的第二端口与舱内换热装置的进液端管道连接、管道上设有第四球阀，所述舱内换热装置的出液端与第三三通管的第一端口管道连接、管道上设有第五球阀和第六球阀，所述第三三通管的第二端口与水箱机组的进液端管道连接、管道上设有出液温度传感器，所述水箱机组的出液端通过循环泵机组与第四三通管的第三端口管道连接，所述第四三通管的第一端口和第二端口分别与两套制冷设备的回液端管道连接、两个管道上分别设有第七球阀和第八球阀，所述第二三通管的第三端口与板式换热器的一侧下端口管道连接、管道上设有第一电动球阀，所述第三三通管的第三端口与板式换热器的一侧上端口管道连接，所述出水组件的一端与高压水舱的底部连接相通、另一端与板式换热器的另一侧上端管道连接，所述进水组件的一端与高压水舱的上部连接相通、另一端与板式换热器的另一侧下端管道连接。

本实用新型设计了一种高压水舱环控装置，利用该环控装置的结构，能够实现对高压水舱的温度调节，在具体使用时，可根据需要设定高压水舱温度，实现高压水舱的降温或升温。高压水舱在调节作用下可以方便、快速的实现温度调节，根据需要完成对高压水舱环境的调控，提高了高压水舱在使用时的环境适应性，丰富了高压水舱的使用功能。

利用本实用新型的环控装置制热时，水箱机组内的电加热器工作使液体温度升高，进入循环水泵机组后，通过水泵加压通过制冷设备的管道后（制热时制冷设备为关机状态），进入舱内换热管和舱外板式换热器实现热交换，对舱内水放出热量后，返回水箱机组，周而复始从而升高高压水舱水温。

利用本实用新型的环控装置制冷时，制冷设备工作，向环控装置提供低温的冷液，通过舱内换热管和舱外板式换热器实现热交换，吸收舱内水的热量后，进入水箱机组，再由水箱机组进入循环水泵机组，通过水泵加压后，返回制冷设备后完成一个循环，周而复始从而降低水舱水温。

本实用新型水温均匀装置可使高压水舱内形成水的对流循环，加速换热管换热及均匀舱内水温，大大降低了调节水温所需的时间，提高了高压水舱的使用效率。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的高压水舱环控装置的结构原理图。

图2为本实用新型较佳实施例的舱内换热装置的总体示意图。

图3为本实用新型较佳实施例的舱内换热装置的局部示意图。

图4为本实用新型较佳实施例的换热管固定在横向肋板上的示意图。

图5为本实用新型较佳实施例的四组换热管的结构示意图。

图6为本实用新型较佳实施例的水箱机组的结构示意图。

图7为本实用新型较佳实施例的循环泵机组的结构示意图。

图8为本实用新型较佳实施例的制冷设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-8所示，本实施例提供一种高压水舱环控装置，用于实现高压水舱的制冷及加热功能，为高压水舱中的水进行降温或升温，满足水温调控的需要，具体包括一个舱内换热装置100、一个水温均匀装置200、一套水箱机组300和一套循环泵机组400、两套制冷设备500和一个板式换热器600。

如图2-5所示，舱内换热装置100置于高压水舱700内下部，舱内换热装置100采用耐压材料，高压水舱700内下部两侧沿着水舱长度方向分别焊接有L型网栅支架101，L型网栅支架101用来支撑金属网栅102，金属网栅102的两端分别放置在两侧的L型网栅支架101上。L型网栅支架101保证金属网栅102位于换热管上方，不会压到换热管。金属网栅102用于分隔水舱内部的上部活动空间和下方换热管换热空间，人员在金属网栅102上方活动。

高压水舱700内底部沿着水舱长度方向间隔平行焊接有五个横向肋板103，这五个横向肋板103均位于金属网栅102的下方，横向肋板103与高压水舱700内底部焊接用于支撑换热管。每一个横向肋板103上均固定有四组卡箍件104，沿着水舱长度方向这五个横向肋板103上的第一组卡箍件相对应、第二组卡箍件相对应、第三组卡箍件相对应、第四组卡箍件分别相对应，相对应的四组卡箍件中每组卡箍件104对应有一组换热管105，每一组换热管105卡在对应组卡箍件104内。

每组卡箍件104包括五个卡箍1041，每组换热管105包括五个换热管1051，这五个卡箍1041与五个换热管1051一一对应，沿着水舱长度方向这五个横向肋板103上的卡箍1041相对应，相对应的卡箍1041卡设有对应换热管1051，即换热管1051穿设这五个横向肋板103上的对应卡箍1041并卡在卡箍1041内。本实施例中，换热管1051整齐排列在高压水舱700内底部，换热管1051用于实现高压水舱700内水和换热管内液体的热交换，实现对高压水舱700水温的调控。

每一个横向肋板103上均固定有四组卡箍件104，具体的固定方式为：每一卡箍1041的底部均固定有螺栓111，螺栓111穿设对应横向肋板103上的穿孔并通过螺母112紧固。卡箍1041和螺栓111用于将换热管固定在横向肋板103上。

见图5，第一组换热管的一端固定有进水接头106、进水接头106连接通舱进水管1，第一组换热管的另一端固定有出水接头107、出水接头107通过弯管108连接第二组换热管的进水接头109，第二组换热管的出水接头110连接通舱出水管2。第三组换热管和第四组换热管的连接方式同第一组换热管和第二组换热管的连接方式。

如图1所示，水温均匀装置200包括出水组件和进水组件，出水组件包括位于高压水舱700外部的第二水泵201，第二水泵201的进水端口与第七三通管202的第三端口连接，第七三通管202的第一端口与高压水舱700的底部一侧管道连接相通、管道上设有第一出水电动球阀203、压力传感器204和第一出水手动球阀205，第七三通管202的第二端口与高压水舱700的底部另一侧管道连接相通、管道上设有第二出水电动球阀206和第二出水手动球阀207，第二水泵201的出水端口与板式换热器600的另一侧上端管道连接、管道上设有第二过滤器（Y型过滤器）208，进水组件包括与高压水舱700的上部连接相通的进水管道209，进水管道209的另一端与板式换热器600的另一侧下端连接，进水管道209上设置有进水电动球阀210和进水手动球阀211。

其中，第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210均采用不锈钢耐高压电动球阀，第一出水手动球阀205、第二出水手动球阀207和进水手动球阀211均采用不锈钢耐高压手动球阀，对噪声主要来源的第二水泵201选用低噪声立式多级离心泵以减少噪音。

水温均匀装置200作用是在调节高压水舱700内水温度时使得高压水舱700内水形成流动，以增加高压水舱700内水流的扰动，提升舱内水和舱内换热管之间的换热效率。同时，利用水流的循环流动实现高压水舱700内的水温均匀，使高压水舱700内各个部分的水温均匀变化。

如图6所示，水箱机组300包括溶液箱301和高位膨胀水箱302，溶液箱301上排布有多个电加热器303、溶液温度传感器304和液位传感器305，电加热器303上设有过热保护开关306，溶液箱301的壁内填充有保温棉307，溶液箱301上设有液位显示窗308，溶液箱301的底部固定有箱底座309。溶液箱301的顶部与溢流管310的底端连接相通，溢流管310的顶端插设于高位膨胀水箱302内，溶液箱301与高位膨胀水箱302之间通过补液管311连接相通，补液管311上设有补液电动球阀312，高位膨胀水箱302上设有加液口313，溶液箱301外部罩设有外壳314。

如图7所示，循环泵机组400包括框架401，框架401的底部固定有框底座402，框架401内设有两组循环泵组件，框架401内上部还设有控制箱403，两组循环泵组件，一组作为主用，另一组作为备用，两组循环泵组件的一同侧端口通过第五三通管404与溶液箱301的出液端口连接、另一同侧端口通过第六三通管405与第四三通管16的第三端口连接，每组循环泵组件包括依次管道连接的第二止回阀406、第一水泵407、第一过滤器（Y型过滤器）408和第九球阀409，且管道上设有压力表410，第一水泵407的两侧分别通过软管411实现管道连接。

如图8所示，两套制冷设备500的结构相同，为现有制冷设备。

如图1所示，高压水舱700左右两侧分别设有一个舱内水温传感器701，两个舱内水温传感器701均采用耐高压型。

如图1所示，两套制冷设备500的输出端口分别与第一三通管3的第一端口和第二端口管道连接、两个管道上分别设有第一手动球阀4和第二手动球阀5，第一三通管3的第三端口与第二三通管6的第一端口管道连接、管道上依次设有进液温度传感器7、第三手动球阀8和第一止回阀9，第二三通管6的第二端口与通舱进水管1管道连接、管道上设有第四手动球阀10，通舱出水管2与第三三通管11的第一端口管道连接、管道上设有第五手动球阀12和第六手动球阀13，第三三通管11的第二端口与溶液箱301的进液端管道连接、管道上设有出液温度传感器14和流量开关15，溶液箱301的出液端通过循环泵机组400与第四三通管16的第三端口管道连接，第四三通管16的第一端口和第二端口分别与两套制冷设备500的回液端管道连接、两个管道上分别设有第七手动球阀17和第八手动球阀18，第二三通管6的第三端口与板式换热器600的一侧下端口管道连接、管道上设有第一电动球阀19，第三三通管11的第三端口与板式换热器600的一侧上端口管道连接。

下面具体介绍高压水舱环控装置的功能：

舱内水温传感器701用于检测高压水舱700内的水温值，进液温度传感器7用于检测制冷设备500输出的液体的温度值，出液温度传感器14用于检测经换热后输出的液体的温度值。

首先判断高压水舱700内水温值与设定温度值之间的大小关系，当任一个水温值≤设定温度值-△t时，第一手动球阀至第八手动球阀处于打开状态，开启电加热器303以对溶液箱301内的液体进行加热，溶液温度传感器304用于检测溶液箱301内液体温度，当液体温度值达到相应液体温度设定值时，开启循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第一电动球阀19、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210，循环泵机组400中作为主用的循环泵组件中的第一水泵407泵取溶液箱301内液体依次流经第四三通管16、两套套制冷设备500的管道、第一三通管3、第三手动球阀8、第一止回阀9、第二三通管6，一部分液体流经第二三通管6后通过通舱进水管1流入换热管1051内以与高压水舱700内水进行热交换使水升温，热交换后的液体从通舱出水管2流出并经第五手动球阀12、第六手动球阀13、第三三通管11流入溶液箱301内构成第一个液体循环。第二水泵201泵出高压水舱700内的水并流入板式换热器600另一侧，再经进水管道209流入高压水舱700内，另一部分液体流经第二三通管6后流入板式换热器600的一侧以与流入板式换热器600的水进行热交换使水升温，热交换后的液体从板式换热器600的一侧流出并经第三三通管11流入溶液箱301内构成第二个液体循环。当两个水温值均达到设定温度值时关闭电加热器303、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第一电动球阀19、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210，此过程中两套制冷设备500的制冷功能不开启，此过程只具备加热功能，不具备制冷功能。此过程中，液位传感器305用于检测溶液箱301内的液位，在液位未达到设定液位值时开启补液电动球阀312，使得高位膨胀水箱302内水通过补液管311流入溶液箱301内，当液位达到设定液位值时关闭补液电动球阀312。

当任一个水温值≥设定温度值+△t1时，第一球阀至第八球阀处于打开状态，开启两套制冷设备500中的任一套以对液体进行制冷，开启的制冷设备500自带微电脑控制器，可通过自带控制面板设定出液温度值，实现出液恒温，在出液达到设定出液温度值时，开启循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第一电动球阀19、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210，循环泵机组中作为主用的循环泵组件中的第一水泵407泵取液体依次流经第一三通管3、第三手动球阀8、第一止回阀9、第二三通管6，一部分液体流经第二三通管6后通过通舱进水管1流入换热管1051内以与高压水舱700内水进行热交换使水降温，热交换后的液体从通舱出水管2流出并经第五手动球阀12、第六手动球阀13、第三三通管11、溶液箱301、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第四三通管16后进入开启的制冷设备500内构成第一个液体循环。第二水泵201泵出高压水舱700内的水并流入板式换热器600的另一侧，再经进水管道209流入高压水舱700内，另一部分液体流经第二三通管6后流入板式换热器600的一侧以与流入板式换热器600的水进行热交换使水降温，热交换后的液体从板式换热器600流出并经第三三通管11、溶液箱301、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第四三通管16后进入开启的制冷设备500内构成第二个液体循环。当两个水温值均达到设定温度值时关闭开启的制冷设备500、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第一电动球阀19、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210。

当任一个水温值≥设定温度值+△t2时，第一球阀至第八球阀处于打开状态，开启两套制冷设备500以对液体进行制冷实现出液恒温，当出液达到设定出液温度值时，开启循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第一电动球阀19、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210，循环泵机组400中作为主用的循环泵组件中的第一水泵407泵取液体依次流经第一三通管3、第三手动球阀8、第一止回阀9、第二三通管6，一部分液体流经第二三通管6后通过通舱进水管1流入换热管1051内以与高压水舱700内水进行热交换使水降温，热交换后的液体从通舱出水管2流出并经第五手动球阀12、第六手动球阀13、第三三通管11、溶液箱301、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第四三通管16后进入两套制冷设备500内构成第一个液体循环。另一部分液体流经第二三通管6后流入板式换热器600的一侧以与流入板式换热器600的水进行热交换使水降温，热交换后的液体从板式换热器600流出并经第三三通管11、溶液箱301、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第四三通管16后进入两套制冷设备内构成第二个液体循环。当两个水温值达到设定温度值时关闭两个制冷设备500、循环泵机组400中作为主用的循环泵组件、第一电动球阀19、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206和进水电动球阀210，△t2大于△t1。

当水温值高出设定温度值比较大时，同时开启两套制冷设备200进行制冷，当水温值高出设定温度值比较小时，开启两套制冷设备200中的一套进行制冷。

本实施例中，水温均匀装置200的出水组件和进水组件使得高压水舱700内形成水的对流循环，起到加速换热管均匀舱内水温的作用。同时设置压力联锁功能，利用压力传感器204检测高压水舱700内的压力，当压力高于0.2Mpa时，表明在高压水舱700开始加压时进水电动球阀210、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206没有关闭，此时关闭进水电动球阀210、第一出水电动球阀203、第二出水电动球阀206，以保护水温均匀装置200的安全。

循环泵机组400包含两台水泵，正常使用时是一用一备状态，在制冷模式下，当检测到环控装置冷负荷较大时，为了减少降温时间则开启两台水泵。在每台水泵管路上均设置有第九球阀409、第一过滤器408和第二止回阀406。

本环控装置的主要功能是提供一定温度和流量的液体，通过舱内换热管和舱外板式换热器对高压水舱内部水进行降温或升温，使其水温达到设定值。

本实用新型使高压水舱具备制冷及加热功能，为高压水舱中的水进行降温或升温，能满足水温控制范围（4-30℃）及精度（±1℃）的需要，进而潜水员水下潜水作业训练和医学、生理学的研究以及对饱和潜水中所使用的潜水装具设备进行试验。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压水舱环控装置，其特征在于，其包括一个舱内换热装置、一个水温均匀装置、一个板式换热器、两套制冷设备、一套水箱机组和一套循环泵机组，所述舱内换热装置置于高压水舱内下部，所述高压水舱上设有舱内水温传感器，所述水箱机组内设有电加热器和溶液温度传感器，所述水温均匀装置包括出水组件和进水组件；

两套所述制冷设备的输出端口分别与第一三通管的第一端口和第二端口管道连接、两个管道上分别设有第一球阀和第二球阀，所述第一三通管的第三端口与第二三通管的第一端口管道连接、管道上依次设有进液温度传感器、第三球阀和第一止回阀，所述第二三通管的第二端口与舱内换热装置的进液端管道连接、管道上设有第四球阀，所述舱内换热装置的出液端与第三三通管的第一端口管道连接、管道上设有第五球阀和第六球阀，所述第三三通管的第二端口与水箱机组的进液端管道连接、管道上设有出液温度传感器，所述水箱机组的出液端通过循环泵机组与第四三通管的第三端口管道连接，所述第四三通管的第一端口和第二端口分别与两套制冷设备的回液端管道连接、两个管道上分别设有第七球阀和第八球阀，所述第二三通管的第三端口与板式换热器的一侧下端口管道连接、管道上设有第一电动球阀，所述第三三通管的第三端口与板式换热器的一侧上端口管道连接，所述出水组件的一端与高压水舱的底部连接相通、另一端与板式换热器的另一侧上端管道连接，所述进水组件的一端与高压水舱的上部连接相通、另一端与板式换热器的另一侧下端管道连接。

2.如权利要求1所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述水箱机组包括溶液箱和高位膨胀水箱，所述溶液箱上设有电加热器、溶液温度传感器和液位传感器，所述溶液箱的顶部与溢流管的底端连接相通，所述溢流管的顶端插设于高位膨胀水箱内，所述溶液箱与高位膨胀水箱之间通过补液管连接相通，所述补液管上设有补液电动球阀。

3.如权利要求2所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述溶液箱内排布有多个电加热器，所述电加热器上设有过热保护开关，所述溶液箱的壁内填充有保温棉，所述溶液箱上设有液位显示窗，所述溶液箱的底部固定有箱底座，所述溶液箱的外部罩设有外壳。

4.如权利要求2所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述循环泵机组包括两组循环泵组件，一组作为主用，另一组作为备用，两组循环泵组件的一同侧端口通过第五三通管与溶液箱的出液端口连接、另一同侧端口通过第六三通管与第四三通管的第三端口连接，每组循环泵组件包括依次管道连接的第二止回阀、第一水泵、第一过滤器和第九球阀，且管道上设有压力表，所述第一水泵的两侧分别通过软管实现管道连接。

5.如权利要求4所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述循环泵机组包括框架，所述框架的底部固定有框底座，两组循环泵组件设置于框架内，所述框架内上部还设有控制箱。

6.如权利要求1所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述舱内水温传感器的数量有两个，均采用耐高压型，分别设置在高压水舱的两侧。

7.如权利要求1所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述舱内换热装置包括高压水舱内下部两侧沿着水舱长度方向分别固定的网栅支架，两侧的所述网栅支架上放置有网栅，所述高压水舱内底部沿着水舱长度方向间隔平行固定有多个横向肋板，该些横向肋板均位于网栅的下方，每一所述横向肋板上均固定有至少两组卡箍件，沿着水舱长度方向该些横向肋板上的每组卡箍件相对应，相对应的一组卡箍件卡设有一组换热管，一组换热管的一端固定有进水接头、进水接头连接通舱进水管的一端，所述通舱进水管的另一端与第二三通管的第二端口管道连接，一组换热管的另一端固定有出水接头、出水接头通过弯管连接相邻组换热管的进水接头，相邻组换热管的出水接头连接通舱出水管的一端，所述通舱出水管的另一端与第三三通管的第一端口管道连接。

8.如权利要求7所述的高压水舱环控装置，其特征在于，每组卡箍件包括多个卡箍，每组换热管包括多个换热管，所述卡箍与换热管一一对应，沿着水舱长度方向该些横向肋板上的卡箍相对应，相对应的所述卡箍卡设有对应换热管，每一所述卡箍的底部均固定有螺栓，所述螺栓穿设对应横向肋板上的穿孔并通过螺母紧固。

9.如权利要求1所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述出水组件包括位于高压水舱外部的第二水泵，所述第二水泵的进水端口与第七三通管的第三端口连接，所述第七三通管的第一端口与高压水舱的底部一侧管道连接相通、管道上设有第一出水电动球阀，所述第七三通管的第二端口与高压水舱的底部另一侧管道连接相通、管道上设有第二出水电动球阀，所述第二水泵的出水端口与板式换热器的另一侧上端管道连接、管道上设有第二过滤器，所述进水组件包括与高压水舱的上部连接相通的进水管道，所述进水管道的另一端与板式换热器的另一侧下端连接，所述进水管道上设置有进水电动球阀。

10.如权利要求9所述的高压水舱环控装置，其特征在于，所述第七三通管的第一端口与高压水舱的底部一侧管道连接相通、管道上设有压力传感器。