空气液化再气化装置及其在潜水器潜浮系统中的使用方法与流程

本发明涉及空气液化再气化装置技术领域，尤其是一种空气液化再气化装置及其在潜水器潜浮系统中的使用方法。

背景技术：

潜浮系统是保证潜水器由水面状态潜入水下状态和由水下状态浮至水面状态的系统。

潜水器的水上水下状态转换是通过向主压载水舱注水和排水来实现的。

现有技术中的潜浮系统装置，在下潜时打开主压载水舱的通海阀和通气阀，使主压载水舱注满海水，潜水器下潜，之后关闭通气阀。上浮时打开高压吹除管路上的吹除阀，高压空气吹除主压载水舱内的压载水，潜水器上浮。

空气液化是把气态空气变为液态空气的过程。从空气中取走热量使空气温度降低，当温度降到液化温度以下时空气即开始变为液态空气，一般700l的环境空气可变为1l液态空气，当液态空气遇热可重新转变为气态空气。

随着人们对海洋探索的不断深入，勘探、作业范围逐渐由近海、浅海向深海转变，深海潜水器特别是深海载人潜水器逐渐成为海洋开发的前沿。相较小深度载人潜器或潜艇，深海载人潜水器下潜深度较大，在一个航次需要多次上浮返回水面进行模块更换和物资补给，采用吹除上浮的方法对高压空气的携带量提出更高的要求，潜水器需要携带更多大容量的高压空气瓶，系统负担大大增加。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种空气液化再气化装置及操作方法，从而可以有效的减小吹除上浮的气瓶携带量，降低潜水器系统负担，满足使用要求，大大提高了经济实用性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种空气液化再气化装置，包括两个模块，分别为空气液化模块和空气再气化吹除模块，两个模块串联连接，

所述空气液化模块的结构为：包括压缩机，所述压缩机的输出端通过第一管路串联连接有水冷器和冷箱，所述冷箱的输出端通过第二管路连接有膨胀机，所述膨胀机的输出端通过第三管路连接分液罐，所述第三管路上还安装有节流阀，所述分液罐的顶部通过回路管与冷箱连通，所述分液罐的底部通过第四管路连接储存气源的液化空气瓶；

所述空气再气化吹除模块的结构为：液化空气瓶的输出端通过第五管路与低温泵连接，所述低温泵的输出端通过第六管路依次串联有气化换热器、吹除阀、止回阀和主压载水舱，所述主压载水舱的顶部安装有通气阀，所述主压载水舱的底部安装有通海阀。

作为上述技术方案的进一步改进：

两个模块单独工作。

所述压缩机的输入端进入空气。

所述回路管中的介质为冷态空气。

所述第四管路内的介质为液态空气。

气化换热器的热流体管路为余热废气输入管。

一种空气液化再气化装置在潜水器潜浮系统中的使用方法，包括如下操作步骤：

下潜前，空气液化模块工作，制备液态空气，

启动压缩机，空气经压缩机加压后进入水冷器中，然后进入冷箱中进行冷却，之后进入膨胀机进行膨胀并对外做功降温，经节流阀进一步降温进入分液罐分离成气、液两相，分液罐分出的冷态空气通过回路管返回冷箱中，为空气液化提供冷量，液态空气由分液罐进入液化空气瓶中，在液化空气瓶储存作为吹除气源；

下潜时，单独携带空气再气化吹除模块进行下潜，将吹除阀关闭，打开主压载水舱底部的通海阀和主压载水舱顶部的通气阀，使主压载水舱内注满海水，

潜水器快速下潜，待全潜后关闭通气阀；

上浮时，打开吹除阀，液态空气经低温泵增压后进入气化换热器中与余热废气交换热量变为气态空气，温度和压力进一步升高，之后经吹除阀、止回阀进入主压载水舱吹除舱内压载水，潜水器获得浮力上浮，当上浮到预定深度后，关闭吹除阀

完毕。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，将整个系统分成两个模块，分别为空气液化模块和空气再气化吹除模块，两个是独立模块，互相配合工作，在下潜前，空气液化模块工作，在下潜时，只需空气再气化吹除模块工作即可，大大减轻了潜水器下潜时整个系统的负担，满足使用要求，大大提高了经济实用性。

本发明在陆上或保障母船上将空气液化存储在液化空气瓶中，由于液态空气作为储能介质较压缩空气具有更高的储能密度，所需的储存容器容积更小，潜水器仅需携带少量液态空气作为吹除气源即可满足大深度多次吹除上浮的要求，气瓶携带量减小，大大减轻了系统负担。同时，该装置还可以有效利用潜水器动力系统产生的余热废气，提高整体经济性。

附图说明

图1为本发明的原理图。

其中：1、压缩机；2、第一管路；3、水冷器；4、冷箱；5、第二管路；6、回路管；7、膨胀机；8、第三管路；9、节流阀；10、分液罐；11、第五管路；12、低温泵；13、气化换热器；14、余热废气输入管；15、第六管路；16、吹除阀；17、止回阀；18、主压载水舱；19、通气阀；20、通海阀；21、液化空气瓶；22、第四管路。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的空气液化再气化装置，包括两个模块，分别为空气液化模块和空气再气化吹除模块，两个模块串联连接，

空气液化模块的结构为：包括压缩机1，压缩机1的输出端通过第一管路2串联连接有水冷器3和冷箱4，冷箱4的输出端通过第二管路5连接有膨胀机7，膨胀机7的输出端通过第三管路8连接分液罐10，第三管路8上还安装有节流阀9，分液罐10的顶部通过回路管6与冷箱4连通，分液罐10的底部通过第四管路22连接储存气源的液化空气瓶21；

空气再气化吹除模块的结构为：液化空气瓶21的输出端通过第五管路11与低温泵12连接，低温泵12的输出端通过第六管路15依次串联有气化换热器13、吹除阀16、止回阀17和主压载水舱18，主压载水舱18的顶部安装有通气阀19，主压载水舱18的底部安装有通海阀20。

两个模块单独工作。

压缩机1的输入端进入空气。

回路管6中的介质为冷态空气。

第四管路22内的介质为液态空气。

气化换热器13的热流体管路为余热废气输入管14。

本实施例的空气液化再气化装置在潜水器潜浮系统中的使用方法，包括如下操作步骤：

下潜前，空气液化模块工作，制备液态空气，

启动压缩机1，空气经压缩机1加压后进入水冷器3中，然后进入冷箱4中进行冷却，之后进入膨胀机7进行膨胀并对外做功降温，经节流阀9进一步降温进入分液罐10分离成气、液两相，分液罐10分出的冷态空气通过回路管6返回冷箱4中，为空气液化提供冷量，液态空气由分液罐10进入液化空气瓶21中，在液化空气瓶21中储存作为吹除气源；

下潜时，单独携带空气再气化吹除模块进行下潜，将吹除阀16关闭，打开主压载水舱18底部的通海阀20和主压载水舱18顶部的通气阀19，使主压载水舱18内注满海水，

潜水器快速下潜，待全潜后关闭通气阀19；

上浮时，打开吹除阀16，液态空气经低温泵12增压后进入气化换热器13中与余热废气交换热量变为气态空气，温度和压力进一步升高，之后经吹除阀16、止回阀17进入主压载水舱18吹除舱内压载水，潜水器获得浮力上浮，当上浮到预定深度后，关闭吹除阀16；

完毕。

各管路中的介质分别为：

第一管路2内的介质为气态空气。

第二管路5内的介质为气态空气。

第三管路8内的介质为气态空气。

节流阀9的输出端的介质为气态、液态空气的混合。

回路管6内的介质为冷态空气。

第四管路22内的介质为液态空气。

第五管路11内的介质为液态空气。

第六管路15内的介质为气态空气。

本发明的具体结构和功能如下：

本发明所述的整个装置由空气液化模块和空气再气化吹除模块两个模块构成，潜器下潜时可单独携带空气再气化吹除模块下潜即可。

其中空气液化模块由压缩机1、水冷器3、冷箱4、膨胀机7、节流阀9和分液罐10构成，空气经加压、水冷后在冷箱4中吸收冷态空气提供的冷量，之后进入膨胀机7对外做功降温，经节流阀9进一步降温进入分液罐10分离成气、液两相，分液罐10分出的冷态空气返回冷箱4为空气液化提供冷量，液态空气由分液罐10进入液化空气瓶21中储存作为吹除气源。

空气再气化吹除模块由液化空气瓶21、低温泵12、气化换热器13、吹除阀16、止回阀17、主压载水舱18、通气阀19和通海阀20构成，由于液态空气沸点较低，液态空气在气化加热器中与余热废气交换热量即可变为气态空气作为吹除气源使用。

实际工作过程中：

下潜前，启动空气液化系统制备液态空气。具体为：空气经压缩机1加压、水冷器3水冷后进入冷箱4中吸收冷态空气提供的冷量，之后进入膨胀机7等熵膨胀对外做功降温，经节流阀9进一步降温进入分液罐10分离成气、液两相，分液罐10分出的冷态空气返回冷箱4为空气液化提供冷量，液态空气由分液罐10进入液化空气瓶21中储存作为吹除气源。下潜时，单独携带空气再气化吹除模块下潜，吹除阀16处于关闭状态。打开主压载水舱18底部通海阀20和主压载水舱18顶部通气阀19，使主压载水舱18注满海水，潜水器快速下潜，待全潜后关闭通气阀19。上浮时，打开吹除阀16，液态空气经低温泵12增压后进入气化加热器中与余热废气交换热量变为气态空气，温度和压力进一步升高，之后经吹除阀16、止回阀17进入主压载水舱18吹除舱内压载水，潜水器获得浮力上浮，当上浮到预定深度后，关闭吹除阀16。

工作方便灵活，系统分成两大模块，只需携带占用空间较小的空气再气化吹除模块下潜即可，大大减轻了潜水器的负担，提高使用可靠性。

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。