海底闭环冷却系统的制作方法

海底闭环冷却系统
1.本发明涉及一种海底闭环冷却系统。
2.传统的海底壳式和管式热交换器不允许冷却电子器件/设备，而仅冷却流体。使用海水作为冷却介质会带来结垢和堵塞的风险，因此不适用于冷却电子器件以及在狭窄的导管中使用。
3.本发明提供了一种海底闭环冷却系统，该海底闭环冷却系统用于在低压(不补偿周围海水)下使用乙二醇/水基流体冷却电子器件。该系统通常包括容纳在大气采样罐内的顶侧型离心泵、自然对流冷却器、蓄能器、分配管道和用于冷却电气和电子电路的散热器。闭环系统使得能够使用宽范围的流体，同时操作压力可以不受水深影响。此外，闭合系统消除了内部结构和污染的问题，同时可以在系统中维持防冻剂和腐蚀抑制剂。利用大气压使冷却剂位于罐中，这使得顶侧型冷却剂泵能够在受保护的环境中使用。
4.冷却系统是模块化的，并且一个冷却剂泵可以将冷却剂分配到多个散热器和多个冷却器中。散热器和冷却器可以按串联和/或并联布置，以优化各种系统方面，诸如冷却剂泵压差和流量、冷却器大小、操作压力等。
5.本发明涉及一种海底冷却系统，该海底冷却系统具有闭环冷却回路。该闭环海底冷却系统包括至少一个海底冷却器、在专用密封的填充气体的冷却剂泵壳体中的至少一个电动冷却剂泵组件、在闭环冷却回路中的专用密封的填充气体的电子器件壳体中的至少一个散热器、在闭环冷却回路中的至少一个冷却剂体积补偿单元，由此，至少一个电动冷却剂泵组件适于将冷却剂至少泵送通过至少一个海底冷却器、至少一个散热器，并返回到至少一个电动冷却剂泵组件。
6.至少一个冷却剂体积补偿单元补偿通常由于温度波动而造成的流体回路的体积变化以及流体的体积变化。回路为闭合的，并鉴于闭合回路的外部压力不执行补偿。
7.闭环海底冷却回路中的压力可通常低于1000kpa。由于流动阻力，通过冷却回路将存在一些压差。由于通过回路的流体静压差，还将存在一些不明显的压差。
8.专用密封、填充气体的冷却剂泵壳体和至少一个专用密封、填充气体的电子器件壳体中的压力可通常在介于50kpa与150kpa之间的范围内。
9.闭环海底冷却回路的至少一个海底冷却器、至少一个电动冷却剂泵组件和至少一个散热器位于基本上一个水平，并且被评定为小于1000kpa。
10.闭环海底冷却系统可包括多个散热器，该多个散热器各自位于专用密封、填充气体的电子器件壳体中。每个密封的电子器件壳体可包括并联或串联连接的若干散热器。
11.闭环海底冷却系统可包括多个海底冷却器。
12.闭环海底冷却系统可包括多个海底冷却器，并且海底冷却器的数量仅受到实际问题的限制。
13.闭环海底冷却系统可包括并联连接的多个散热器，该多个散热器各自位于专用密封的填充气体的电子器件壳体中，并且散热器的数量仅受到实际问题的限制。
14.闭环海底冷却系统可包括串联连接的多个散热器，该多个散热器各自位于专用密封的填充气体的电子器件壳体中，并且散热器的数量仅受到实际问题的限制。
15.泵组件和至少一个散热器可为顶侧型分级部件。
16.至少一个冷却剂体积补偿单元可位于闭环冷却回路上的外部。
17.至少一个冷却剂体积补偿单元可位于密封壳体中的至少一个密封壳体的内部。
18.闭环海底冷却系统可包括每个罐中的若干散热器以及并联或串联的多个散热器和罐的任何组合，并且上述建议的组合仅仅是解释本发明的不同实施方案。
19.泵组件的泵可为离心泵。
20.图1是本发明的第一实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
21.图2是本发明的第二实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
22.图3是本发明的第三实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
23.图4是本发明的第四实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
24.图5是本发明的第五实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
25.图6是本发明的第六实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
26.图7是本发明的第七实施方案的海底闭环冷却系统的示意图；
27.图8是本发明的第六实施方案的典型布局的透视图；并且
28.图9是冷却剂泵壳体中的典型冷却剂泵组件的横截面。
29.图1以最简单的形式示出了本发明的海底闭环冷却系统1。闭环冷却系统与周围的海水压力隔离。该系统的部件位于大致相同的高度上，以使系统内的静压头最小化以减小总压力等级。
30.冷却剂泵组件2要求非液体环境、通常为用于顶侧的离心式冷却剂泵，该冷却剂泵组件位于密封的冷却剂泵壳体8a中。冷却剂泵组件2和冷却剂泵壳体8a形成冷却剂泵单元。壳体8a形成专用压力罐，该压力罐保护冷却剂泵组件免受周围条件的影响。独立使用的冷却剂泵/罐组件暴露于海水，并且可以独立于散热器和冷却器定位。独立的冷却剂泵组件单元可以用于其他应用，诸如化学品注入系统、液体排放等。
31.冷却剂泵组件包括冷却剂泵和驱动冷却剂泵的电动机。密封的冷却剂泵壳体8a通常包括罐壳、凸缘和密封件。蓄能器可与密封的冷却剂泵壳体8a成一体。
32.冷却剂泵组件的出口通过管道20a连接到第一密封的电子器件壳体8b中的冷却电子器件的第一散热器3a的入口。散热器3a的尺寸根据闭环内的压力(通常小于1000kpa)而设定，并且不必设定成承受周围的海水压力。管道21a将第一散热器3a的出口连接到第一海底冷却器4a的入口。管道22将第一海底冷却器4a的出口连接到冷却剂泵组件2的入口。呈蓄能器5形式的冷却剂体积补偿单元利用t形接合部连接到第一热交换器4a与冷却剂泵组件2之间的管道22，以允许闭环的通常由于温度变化而造成的体积变化。第一热交换器4a与冷却剂泵组件2之间的管道22还包括真空阀6a与填充阀6b之间的隔离阀7。隔离阀7在闭环填充有冷却剂时关闭，该冷却剂通常是乙二醇和水基流体。
33.图2示出了对应于图1的系统的海底闭环冷却系统1。在图2中，除第一密封的电子器件壳体8b中的第一散热器3a之外，该系统还包括第二密封的电子器件壳体8c中的冷却电子器件的第二散热器3b。管道25将第一散热器3a的出口与第二散热器3b的入口连接，并且因此，第一散热器3a和第二散热器3b串联连接。
34.图3示出了对应于图2的系统的海底闭环冷却系统1。然而，在图3中，该系统包括第二海底冷却器4b，该第二海底冷却器沿着散热器3a、3b之间的管道25位于第一散热器3a与
第二散热器3b之间。
35.图4示出了对应于图2的系统的海底闭环冷却系统1。然而，在图4中，两个散热器3a和3b并联连接。来自冷却剂泵组件2的出口的管道20a，在形成为t形接合部的进口集管10中被分成到第一散热器3a入口的第一入口管道20b和到第二散热器3b入口的第二入口管道20c。因此，第一散热器3a和第二散热器3b并联连接。
36.来自第一散热器3a的出口的冷却剂流流动到第一出口管道21b中，而来自第二散热器3b的出口的冷却剂流流动到第二出口管道21c中。两个出口流在t形接合部中接合到管道21a中并流向海底冷却器4a。
37.图5示出了对应于图4的系统的海底闭环冷却系统1。然而，在图5中，第一海底冷却器4a连接到第一散热器3a的出口，并且第二海底冷却器4b连接到第二散热器3b的出口，之后两个出口流在形成为t形接合部的出口集管11中接合到管道21a中并流向海底冷却器4a。
38.图6示出了对应于图2的系统的海底闭环冷却系统1。在图6中，该系统包括第一密封电子器件壳体8b中并联的多个散热器3a，以及第二密封电子器件壳体8c中并联的多个散热器3b。另外，蓄能器5与填充气体的密封的冷却剂泵壳体8a成一体。
39.蓄能器5可与密封壳体8a-8d中的任一个密封壳体成一体。
40.图7是在典型的海底配置中的海底闭环冷却系统1的示意图。填充气体的密封的冷却剂泵壳体8a中的冷却剂泵组件将冷却剂泵送到模块化紧凑型泵(mcp)9，以由多个散热器3d冷却，然后从mcp 9泵送到进口集管10，该进口集管将具有冷却剂的管道分成三个分支，每个分支针对包含变速驱动装置(vsd)8b、8c、8d的三个密封电子器件壳体中的每一个密封电子器件壳体。第一密封电子器件壳体8b包括并联的多个第一散热器3a，第二密封电子器件壳体8c包括并联的多个第二散热器3b，并且第三密封电子器件壳体8d包括并联的多个第三散热器3c。
41.海底冷却器4a、4b、4c在进口集管10与三个密封电子器件壳体8b、8c、8d中的每一个密封电子器件壳体之间的管道中连接。出口集管11将来自三个密封电子器件8b、8c、8d中的每一个密封电子器件外壳的出口管道连接到一个管道中，该壳体管道返回到密封的冷却剂泵壳体8a中的泵组件。提供蓄能器5以适应闭环系统中体积的微小变化。
42.图8示出了图6中所示的海底闭环冷却系统1的实际布局。由形成海底冷却器4a、4b、4c的盘管围绕三个密封电子器件壳体8b、8c、8d中的三个vsd中的每一个vsd。进口集管10位于mcp 9下方，并且出口集管11位于mcp 9上方。冷却剂体积补偿单元为位于冷却回路外部的蓄能器5，因此其不位于密封壳体中任一者的内部。
43.图9是具有泵组件2的密封冷却剂泵壳体8a的典型横截面，该泵组件包括电动机和离心泵。管道20a提供冷却剂泵组件的入口。管道22提供冷却剂泵组件2的出口。密封的冷却剂泵壳体8a形成为密封罐，该密封罐具有钟形部分30和闭合钟形部分30的盖部分31。密封罐的内容积是填充气体的，并且通常填充有惰性和稳定气体，以提供干燥和无腐蚀性的环境。
44.冷却系统是模块化的，因为一个冷却剂泵组件可以将冷却剂分配到多个散热器和多个冷却器中。散热器和冷却器可以按串联和/或并联布置，以优化各种系统方面，诸如冷却剂泵压差和流量、冷却器大小、操作压力等。