一种潜航器的多级换热系统及多级换热方法技术方案

本发明专利技术公开了一种潜航器的多级换热系统及多级换热方法，包括若干个依次连接的换热单元，各换热单元包括依次叠置的单元集流板、若干个换热板对和单元隔板，各换热板对上设置有热侧流道、冷侧流道以及预冷流道；该换热器由若干个换热单元组成，实现三级分流和汇流，大质量流量工质经换热单元的多级分/汇流换热，单个流道内配流更加均匀，提高了换热性能，另外，各换热单元的回热模块与预冷模块之间设置真空隔热腔，减少耦合传热，保证换热器的高效运行，当芯体高温膨胀时，真空层提供了空间裕量，提高了换热器的安全性。提高了换热器的安全性。提高了换热器的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种潜航器的多级换热系统及多级换热方法


[0001]本专利技术涉及潜航器换热
，具体为一种潜航器的多级换热系统及多级换热方法。

技术介绍

[0002]随着世界对海洋领域开发程度不断加深，海洋在资源、军事上的战略地位日益凸显。伴随着海洋可以的不断创新，小型潜艇、YL、重型UUV等潜航器正飞速发展，深入开发对我国建设成海洋强国有着重要意义。不同于小型电动力潜航器，大型潜航器主要采用热动力，潜深、航程有着巨大优势。常规热动力主要为蒸汽朗肯循环，体积质量大，效率不高。而超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环，结构紧凑，效率高，是未来下一代水下热动力的发展趋势。简单布雷顿循环系统的换热设备主要包括回热器和预冷器，换热设备决定了布雷顿循环系统的运行效率。且不同于陆地平台，潜航器内部空间有限，海底工况复杂，换热器应具有更高紧凑程度、换热效率、安全可靠性等要求。
[0003]常规SCO2布雷顿循环往往将回热器、预冷器独立设计加工，通过管箱管线的方式串联，对于潜航器而言，空间利用率较低，因此需对潜航器用布雷顿循环回热器和预冷器进行集成化设计。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种潜航器的多级换热系统及多级换热方法，该换热系统结构紧凑，换热效率高，用于超临界二氧化碳布雷顿循环为热动力的大功率潜航器。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种潜航器的多级换热系统，包括若干个依次连接的换热单元，各换热单元包括依次叠置的单元集流板、若干个换热板对和单元隔板，各换热板对上设置有热侧流道、冷侧流道以及预冷流道；
[0007]各换热单元的各换热板对的热侧流道和冷侧流道的入口通过单元集流板的热流体进入通道和冷流体进入通道与布雷顿系统的热源和冷源出口连接，换热板对的热侧流道出口与预冷流道连接，各预冷流道的出口通过单元集流板的热流体流出通道与布雷顿系统的热源入口连接，各冷侧流道的出口通过单元集流板的冷流体流出通道与布雷顿系统的冷源入口连接。
[0008]优选的，所述单元集流板上设置有热侧轴向进口、预冷模块轴向出口、冷侧轴向出口和冷侧轴向进口；
[0009]所述热侧轴向进口通过流道与各换热板对的热侧流道的入口连通，预冷模块轴向出口通过流道与各预冷流道的出口连接，冷侧轴向出口通过流道与各换热板对的冷侧流道的出口连接，冷侧轴向进口通过流道与各换热板对的冷侧流道的入口连接。
[0010]优选的，所述若干个换热单元上设置有轴向布置的热流体总进入通道、预冷流体
总流出通道、以及冷流体总进入通道和冷流体总流出通道；
[0011]所述热流体总进入通道分别与各单元集流板的热侧轴向进口连接，预冷流体总流出通道分别与各单元集流板的预冷模块轴向出口连通，冷流体总进入通道分别与各单元集流板的冷侧轴向进口连通，冷流体总流出通道分别与各单元集流板的冷侧轴向出口连通。
[0012]优选的，所述若干个换热板对外部套设有预冷模块，预冷模块包括叠置的壳板，预冷流道设置在壳板的侧壁上，预冷模块与若干个换热板之间设置有真空隔热腔。
[0013]优选的，所述换热板对包括叠置的热流体板和冷流体板，热侧流道和冷侧流道分别设置在热流体板和冷流体板上，所述热侧流道的出口通过流道与同平面壳板的预冷流道连通，流道上设置有分流孔，分流孔与下层壳板的预冷流道的入口连通。
[0014]优选的，所述预冷流道的入口设置有分流隔板，使预冷流道形成两个流道，两个流道中的热流体反向流动。
[0015]优选的，所述热侧流道和冷侧流道中均设置有多个同心的分流环，将热流道分割为多个分流道，多个分流道的宽度由内而外依次递减。
[0016]优选的，所述换热板对的热侧流道和冷侧流道的流体逆向流动。
[0017]优选的，所述热侧流道和冷侧流道中设置有扰流结构。
[0018]一种潜航器的多级换热系统的多级换热方法，其特征在于，布雷顿循环系统的热流体和冷流体经过一次分流后进入各换热单元的单元集流板的热流体进入通道和冷流体进入通道；
[0019]单元集流板的热流体进入通道和冷流体进入通道对热流体和冷流体进行二次分流，使热流体和冷流体进入各换热板对的热侧流道和冷侧流道，并进行一次换热；
[0020]换热降温后的热流体进行三次分流后进入与各换热板对对应的两个预冷流道中与海水进行二次换热，然后自预冷流道的出口进入单元集流板的热流体流出通道，然后再与各换热单元的二次降温后的热流体汇流进入布雷顿循环系统的热侧；
[0021]换热升温后的冷流体在单元集流板的冷流体流出通道汇流，然后再与各换热单元的升温冷流体汇流进入布雷顿循环系统的冷侧。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术提供的一种潜航器的多级换热系统，包括多个依次连接的换热单元，个换热单元包括回热模块和预冷模块，回热模块的热侧出口与预冷模块进口直接连接，热流体经回热模块换热后进入预冷模块与海水形成二次换热，该换热单元集成了布雷顿循环中回热器和预冷器的功能，使两者一体化。采用壳体共形设计，最大化利用受限的潜航器内部空间，提高了空间利用率高；其次，换热板对组成套设在潜航器的壳体上，与壳体采用真空扩散焊进行焊接，使整个换热器与潜航器壳体形成整体结构，换热器在换热的同时并作为承压器件，提高潜航器的承压能力，该换热器与潜航器连接，对换热器而言省出了布置固定平台所需的空间；另外，该换热器以壳体外的海水作为冷源，同时将回热模块和预冷模块直接相连，因此整机仅需要2个流体进口和2个出口，该换热器采用单元化设计，能够使用不同规格的潜航器，最后，整个换热器由若干个换热单元组成，实现三级分流和汇流，大质量流量工质经换热单元的多级分/汇流换热，单个流道内配流更加均匀，提高了换热性能。
附图说明
[0024]图1为本专利技术多级换热系统的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术换热单元爆炸示意图。
[0026]图3为本专利技术单元集流板示意图。
[0027]图4为本专利技术单元隔板示意图。
[0028]图5为本专利技术热流体板示意图。
[0029]图6为本专利技术冷流体板示意图。
[0030]图中：1
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下层压紧板，2
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换热单元，3
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上层压紧板，4
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热侧轴向进口，5
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预冷模块轴向出口，6
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冷侧轴向出口，7
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冷侧轴向进口，8
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单元集流板，9
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单元隔板，10
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冷流体板，11
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热流体板，12
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单元轴向热侧进口，13
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单元轴向冷侧出口，14
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单元轴向冷侧进口，15
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单元预冷模块轴向出口，16
‑
真空绝热腔，17
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壳板，18...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种潜航器的多级换热系统，其特征在于，包括若干个依次连接的换热单元，各换热单元包括依次叠置的单元集流板(8)、若干个换热板对和单元隔板(9)，各换热板对上设置有热侧流道、冷侧流道以及预冷流道；各换热单元的各换热板对的热侧流道和冷侧流道的入口通过单元集流板(8)的热流体进入通道和冷流体进入通道与布雷顿系统的热源和冷源出口连接，换热板对的热侧流道出口与预冷流道连接，各预冷流道的出口通过单元集流板(8)的热流体流出通道与布雷顿系统的热源入口连接，各冷侧流道的出口通过单元集流板(8)的冷流体流出通道与布雷顿系统的冷源入口连接。2.根据权利要求1所述的一种潜航器的多级换热系统，其特征在于，所述单元集流板(8)上设置有热侧轴向进口(4)、预冷模块轴向出口(5)、冷侧轴向出口(6)和冷侧轴向进口(7)；所述热侧轴向进口(4)通过流道与各换热板对的热侧流道的入口连通，预冷模块轴向出口(5)通过流道与各预冷流道的出口连接，冷侧轴向出口(6)通过流道与各换热板对的冷侧流道的出口连接，冷侧轴向进口(7)通过流道与各换热板对的冷侧流道的入口连接。3.根据权利要求1所述的一种潜航器的多级换热系统，其特征在于，所述若干个换热单元上设置有轴向布置的热流体总进入通道、预冷流体总流出通道、以及冷流体总进入通道和冷流体总流出通道；所述热流体总进入通道分别与各单元集流板(8)的热侧轴向进口(4)连接，预冷流体总流出通道分别与各单元集流板(8)的预冷模块轴向出口(5)连通，冷流体总进入通道分别与各单元集流板(8)的冷侧轴向进口(7)连通，冷流体总流出通道分别与各单元集流板(8)的冷侧轴向出口(6)连通。4.根据权利要求1所述的一种潜航器的多级换热系统，其特征在于，所述若干个换热板对外部套设有预冷模块，预冷模块包括叠置的壳板，预冷流道设置在壳板的侧壁上，预冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：白博峰，邱智灵，陈真韬，李方博，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：