【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制冷领域，具体涉及一种用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置及方法。
技术介绍
1、大潜深水下潜航器的主机舱热负荷较大、舱室温度较高。大潜深水下潜航器的舷外海水的温度往往在10-15℃以下。为充分利用舷外低温冷源实现舱室空气的降温调节，目前通常采用海水直接冷却空气，或者利用传统重力式热管实现舷外海水和舱室空气的热交换。但是这两种方式都存在缺点：(1)采用海水直接冷却舱室空气，会增加系统噪声；(2)采用现有重力式热管，可靠性低、换热效率低、能耗高、换热器体积大，且通海孔大、存在安全隐患。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置及方法，该装置和方法可有效降低冷却系统的能耗和噪声。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其包括冷凝器、第一舷侧阀、氟泵、蒸发器、第二舷侧阀、旁通阀；
4、所述冷凝器安设在水下潜航器外壁，直接裸露在海水中；所述冷凝器的出口通过第一舷侧阀与氟泵的入口连接；在第一舷侧阀、氟泵之间依次设有膨胀罐、加氟阀；所述氟泵的出口与蒸发器的第一入口连接，蒸发器的第一出口通过第二舷侧阀与冷凝器的入口连接；
5、所述蒸发器置于水下潜航器的主机舱室内；所述蒸发器内设有热管工质；
6、旁通阀的一端与氟泵的入口连接，旁通阀的另一端与氟泵的出口连接；
7、在第一舷侧阀、膨胀罐之间设有温度传感器、压力传感器，在蒸发器内
8、按上述方案，所述冷凝器由若干排b30白铜换热管组成，所有b30白铜换热管的入口与冷凝器的入口管路连接，所有b30白铜换热管的出口与冷凝器的出口管路连接，入口管路、出口管路的端头有封头；由于冷凝器直接利用舷外海水和热管工质换热，所以换热管外无壳体包裹、直接裸露在海水中。
9、按上述方案，所述冷凝器与水下潜航器共形，以提高海水流经冷凝器的流速。
10、按上述方案，所述蒸发器包括串联的热管工质换热器和冷媒水换热器，高温空气先流过热管工质换热器，再流过冷媒水换热器，以达到良好的冷却效果。
11、按上述方案，热管工质换热器是单程的管壳式换热器，换热管为b10材质；以节约能源。
12、按上述方案，热管工质换热器的热管工质为r134a，热管工质的正常运行压力为0.55-0.65mpa，以达到良好的冷却效果。
13、按上述方案，所述氟泵为磁驱泵，以降低热管工质泄漏的风险。磁驱泵只有○型圈静密封，不存在动密封失效的风险，不易泄露热管工质，且流量平稳、无脉动、噪声低。
14、按上述方案，所述膨胀罐由不锈钢材料制成；冷凝器上方和侧方的水下潜航器结构上布置有流水孔。
15、按上述方案，第一舷侧阀、第二舷侧阀为电动快关阀，在故障时可快速关闭，防止舷外海水倒灌导致的安全事故。
16、本专利技术还提供一种冷却水下潜航器舱室空气的方法，所述方法采用上述用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置；
17、所述方法为：
18、氟泵驱动热管工质在热管装置中运行，首先热管工质在蒸发器中吸收热量，热管工质吸收热量由液体变为气态，经过第二舷侧阀进入冷凝器，冷凝器浸泡在海水中，热管工质在冷凝器中将热量释放给海水，冷凝为液态；通过第一舷侧阀进入舱内管路，液体工质流经膨胀罐至氟泵处，氟泵驱动液态工质再次进入蒸发器吸热，如此往复循环；
19、旁通阀与氟泵并列设置，当氟泵故障时，连通旁通阀，转入重力热管模型运行。
20、本专利技术中：
21、冷凝器用于实现制冷工质和舷外海水热交换。
22、蒸发器首先将水下潜航器的主机舱室内热量传递给热管工质，若热管工质换热器提供的冷量不足，再通过冷媒水换热器补足空气冷却所需的剩余冷量。热管工质换热器用于热管工质与空气的热交换，冷媒水换热器用于低温冷媒水和空气的热交换。
23、氟泵是热管装置的动力核心，用于驱动热管工质在蒸发器和冷凝器间流动。热管装置中热管工质是定压相变过程，由定压吸热气化和定压放热冷凝两个过程组成，因此动力式热管不像压缩制冷循环那样需消耗大量的压缩功，仅需氟泵提供少量动能克服热管工质的流动阻力损失。热管装置中氟泵的功率很低、为百瓦级，相比海水泵动辄数千瓦的能耗要低很多，相比海水直冷方式可有效降低能耗和噪声。
24、膨胀罐布置在氟泵入口处，用于吸收泵入口的气态工质，同时缓冲温度变化带来的液态工质体积变化。
25、舷侧阀可防止舷外海水倒灌导致的安全事故。
26、传感器(温度、压力等多类传感器)用于监测热管装置的运行状态。热管工质的正常运行压力约为0.6mpa，且不含水分，当传感器监测到装置内部压力过高或有相当含水量时，应发出警报信号、并立即关闭舷侧阀。
27、热管工质采用r134a(ch2fcf3)，在相同工作温度下，r134a(ch2fcf3)工质工作压力较低。同时r134a是一类无色透明、无臭、无毒、不燃、引火爆炸危险小、热稳定、难分解、比重大、有适度溶解性的工质，安全类别为a1，可确保安全使用。
28、本专利技术的有益效果在于：
29、本专利技术采用氟泵驱动制冷工质形成闭式循环，在蒸发器处吸收舱室空气热量，在舷外冷凝器处释放热量传递给海水，从而实现舱室空气的冷却调节，既降低了系统噪声和能耗，也提高了换热效率；
30、无需采用大通海孔，降低了安全隐患；
31、本专利技术的核心是小型氟泵，相比海水冷却可降低通海噪声，相比无氟泵的重力热管可提高换热效率、可靠性和布置灵活性，可在节能降噪和可靠安全间取得平衡；
32、本专利技术在重力热管的基础上引入氟泵，形成动力式热管方案，将其融入到舱室空气冷却系统中，充分利用舷外低温海水这一天然冷源，实现水下潜航器高热负荷舱室空气的冷却，该装置泵运热管工质的机械功率较低，相比海水直接冷却舱室空气等手段，可有效降低冷却系统的能耗和噪声；
33、采用泵驱动力式热管，可以起到节能、降噪作用，具有重要的工程价值和意义。
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1.一种用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：包括冷凝器、第一舷侧阀、氟泵、蒸发器、第二舷侧阀、旁通阀；
2.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述冷凝器由若干排B30白铜换热管组成，所有B30白铜换热管的入口与冷凝器的入口管路连接，所有B30白铜换热管的出口与冷凝器的出口管路连接，换热管外无壳体包裹、直接裸露在海水中。
3.根据权利要求1或2所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述冷凝器与水下潜航器共形。
4.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述蒸发器包括串联的热管工质换热器和冷媒水换热器，高温空气先流过热管工质换热器，再流过冷媒水换热器。
5.根据权利要求4所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：热管工质换热器是单程的管壳式换热器。
6.根据权利要求4所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：热管工质换热器的热管工质为R134a，热管工质的正常运行压力为0.55-0.65MPa。p>
7.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述氟泵为磁驱泵。
8.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述膨胀罐由不锈钢材料制成；冷凝器上方和侧方的水下潜航器结构上布置有流水孔。
9.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：第一舷侧阀、第二舷侧阀为电动快关阀。
10.一种冷却水下潜航器舱室空气的方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1-9中任一所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，
...【技术特征摘要】
1.一种用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：包括冷凝器、第一舷侧阀、氟泵、蒸发器、第二舷侧阀、旁通阀；
2.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述冷凝器由若干排b30白铜换热管组成，所有b30白铜换热管的入口与冷凝器的入口管路连接，所有b30白铜换热管的出口与冷凝器的出口管路连接，换热管外无壳体包裹、直接裸露在海水中。
3.根据权利要求1或2所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述冷凝器与水下潜航器共形。
4.根据权利要求1所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置，其特征在于：所述蒸发器包括串联的热管工质换热器和冷媒水换热器，高温空气先流过热管工质换热器，再流过冷媒水换热器。
5.根据权利要求4所述的用于冷却水下潜航器舱室空气的热管装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：张诗，王辉，彭稳根，张瑶，李志印，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：
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