(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111438321.6 (22)申请日 2021.11.30 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114194367 A (43)申请公布日 2022.03.18 (73)专利权人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 王和伟　张竺英　胡志强　王晓飞　 王富强　贾洪铎　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. B63G 8/36(2006.01)B63B 3/13(2006.01) H05K 7/20(2006.01) 审查员 胡春平 (54)发明名称 一种深海用水 下复合散热系统及方法 (57)摘要 本发明属于水下装备技术领域， 具体 说是一 种深海用水下复合散热系统及方法。 包括： 控制 器、 耐压舱外壳、 耐压换热组件、 散热系统以及隔 热层； 控制器与散热系统连接， 且控制器和散热 系统均设于耐压舱外壳内； 隔热层设于耐压舱外 壳内， 耐压舱外壳内焊接有封闭的耐压舱夹层， 所述隔热层贴附安装在耐压舱夹层的舱内壁上， 以将其与舱内设备隔开； 耐压换热组件插设入耐 压舱外壳内的耐压舱夹层， 耐压换热组件外露且 固设于耐压舱外壳外； 散热系统与耐压舱夹层连 接； 散热系统通过通海口连入耐压舱外壳外； 所 述耐压舱夹层内设有相变液。 本发 明充分利用舱 内空间， 采用液冷与相变换热相结合的方式， 适 用于耐压舱壳较厚且材料导热系数低的水下密 闭环境中使用。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114194367 B 2022.09.27 CN 114194367 B 1.一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 包括： 控制器 （7） 、 耐压舱外壳 （8） 、 耐压 换热组件 （15） 、 散热系统以及隔热层 （17） ； 所述控制器 （7） 与散热系统连接， 且 控制器 （7） 和散热系统均设于耐压舱外壳 （8） 内； 所述隔热层 （17） 设于耐压舱外壳 （8） 内， 耐压舱外壳 （8） 内焊接有封闭的耐压舱夹层 （16） ， 所述隔热层 （17） 贴附安装在耐压舱夹层 （16） 的舱内壁上， 以将其与舱内设备隔开； 所述耐压换热组件 （15） 插设入耐压舱外壳 （8） 内的耐压舱夹层 （16） ， 耐压换热组件 （15） 外露且固设于耐压舱外壳 （8） 外； 所述散热系统与耐压舱夹层 （16） 连接； 散热系统通过通海口 （9） 连入耐压舱外壳 （8） 外； 所述耐压舱夹层 （16） 内设有相变液 （14） ； 所述散热系统， 包括： 海水循环泵 （1） 、 海水换 热器 （4） 、 水冷板 （6） 、 缓冲水 罐 （10） 、 内循环泵 （1 1） 以及螺 旋散热盘管 （13） ； 所述海水循环泵 （1） 的输入端通过通海 口 （9） 连入耐压舱外壳 （8） 外， 用于抽取舱外海 水； 海水循环泵 （1） 的输出端通过 管接口与海水 换热器 （4） 的冷侧输入端连接； 所述海水换热器 （4） 的热侧输出端通过冷却管路 （18） 与螺旋散热盘管 （13） 的输入端连 接， 所述螺旋散热盘管 （13） 的输出端通过输出管路 （19） 与水冷板 （6） 的输入端 连接， 所述水 冷板 （6） 的输出端通过 换热管路 （3） 与海水 换热器 （4） 的热侧输入端连接； 在所述冷却管路 （18） 上设有内循环泵 （11） ， 以驱动海水换热器 （4） 热侧流体的循环流 动， 海水循环泵 （1） 实现散热系统冷却海水的循环； 所述内循环泵 （11） 与海水换热器 （4） 之间的连接管路上并联设有缓冲水罐 （10） ， 以在 水温升高时缓解管路内的压力； 所述海水换热器 （4） 的冷侧输出端还通过通海口 （9） 接入至耐压舱外壳 （8） 外， 以使经 换热后的海水排出； 所述海水循环泵 （1） 和内循环泵 （11） 均与控制器 （7） 连接， 用于接收将接受到上位机的 控制信号以指令形式控制海水循环泵 （1） 和内循环泵 （1 1） 的转速和启停； 所述螺旋散热盘管 （13） 设于耐压舱夹层 （16） 内， 且置于耐压舱夹层 （16） 底部， 以浸没 在相变液 （14） 中。 2.根据权利要求1所述的一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 所述海水换热器 （4） 为蛇形盘管 结构， 在蛇形盘管 结构内设有 小于管径蛇形盘管的同心管； 蛇形盘管与同心管之间的间隙层设有冷却液； 所述海水循环泵 （1） 与同心管连接， 同心管另一端连入耐压舱外壳 （8） 外； 所述换热管 路 （3） 与蛇形盘管 连接， 使换 热管路 （3） 与间隙层连通； 所述海水换热器 （4） 的冷侧输出端处的同心管通过通海 口 （9） 连入耐压舱外壳 （8） 外， 所述内循环泵 （1 1） 的输入端与蛇形盘管 连接， 使内循环泵 （1 1） 的输入端与间隙层连通。 3.根据权利要求1所述的一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 所述散热系统还 包括： 与控制器 （7） 连接的流 量传感器 （2） 、 温度传感器 （5） 以及压力传感器 （12） ； 所述流量传感器有 多个， 分别设于所述海水循环泵 （1） 的输出端以及输出 管路 （19） 上； 所述温度传感器 （5） 有多个， 分别设于换热管路 （3） 上、 冷却管路 （18） 上以及插设于隔 热层 （17） 上； 所述压力传感器 （12） 有 多个， 分别设于冷却管路 （18） 上以及插设于隔热层 （17） 上。 4.根据权利要求1所述的一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 所述水冷板 （6）权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114194367 B 2贴附设于待散热设备 上， 水冷板 （6） 与 作业元件之间设有导热硅 脂。 5.根据权利要求1所述的一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 所述耐压换热组 件 （15） ， 有 多个， 包括： 集热板 （151） 、 加热 热管 （152） 、 耐压 外壳 （153） 以及散热翅片 （154） ； 所述耐压 外壳 （153） 为半球形铝铜合金外壳， 且与耐压舱外壳 （8） 的法兰接口相适配； 所述耐压外壳 （153） 的顶部嵌入设有散热翅片 （154） ， 以作 为耐压换热组件 （15） 的冷凝 段； 所述耐压 外壳 （153） 内设有加热 热管 （152） ； 所述散热翅片 （154） 通过耐压外壳 （153） 的底部与加热热管 （152） 顶部连接， 所述加热 热管 （152） 底部与集热板 （151） 连接， 以使加热 热管 （152） 作为耐压换 热组件 （15） 的蒸发段。 6.根据权利要求1所述的一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 所述耐压舱外壳 （8） 和耐压舱夹层 （16） 为 钛合金材质的壳体； 所述隔热层 （17） 为 二氧化硅气凝胶、 隔热棉或硅酸铝纤维任意 一种。 7.根据权利要求1所述的一种深海用水下复合散热系统， 其特征在于， 所述相变液 （14） 的液面高度低于耐压换 热组件 （15） ， 且高于 螺旋散热盘管 （13） 的高度。 8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种深海用水下复合散热系统 的散热方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 散热系统根据舱内待散热设备运行情况采用两种运行模式： 运行模式A： 当待散热设备的散热功率大于控制器 （7） 设定阈值时： 海水循环泵 （1） 、 内 循环水泵 （11） 同时工作， 散热系统中海 水换热器 （4） 依靠海 水散热， 相变液 （14） 散热起辅助 作用， 根据温度传感器 （5） 检测到各管路内液体的温度信号 发送至控制器 （7） ， 控制器 （7） 进 而实时调整海水循环泵 （1） 、 内循环水泵 （1 1） 转速； 运行模式B： 当待散热设备的散热功率小于控制器 （7） 设定阈值时： 海水循环泵 （1） 关 闭， 内循环水泵 （11） 根据温度传感器 （5） 检测到各管路的温度发送至控制器 （7） ， 控制器 （7） 调整内循环水泵 （11） 转速， 流经螺旋散热盘管 （13） 的冷却液加热相变液 （14） ， 相变液 （14） 受热气化后吸收热量， 螺旋盘管 （13） 内的冷却液温度降低， 气化的相变液 （14） 受热聚集至 耐压舱夹层 （16） 的顶部， 加热热管 （152） 及集热板 （151） ， 使加热热管 （152） 在舱内的部分成 为蒸发段， 预埋在耐压外壳 （153） 内的加热热管 （152） 通过散热翅片 （154） 强化散热， 以成为 冷凝段。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114194367 B 3