CN120207564A - 内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统和航行器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航行器技术领域，尤其涉及一种内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统和航行器。排水系统包括排水装置、压载水舱、第一连接管路和控制单元，第一动力单元内设有存储液态二氧化碳的第一存储腔室，第二动力单元内设有存储高压空气的第二存储腔室，减压单元内设减压腔室，第一存储腔室和第二存储腔室均可选择地与减压腔室连通；压载水舱具有与减压腔室可选择连通的第三存储腔室；第一连接管路分别与第二动力单元和减压单元连接，第一连接管路上设有第一通断阀；第一动力单元适于在控制单元控制下使液态二氧化碳转变为高压力超临界态二氧化碳并由减压腔室减压后进入第三存储腔室，使第一连接管路可选择地连通第二存储腔室和减压腔室。

Description

内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统和航行器

技术领域

本申请涉及航行器技术领域，尤其涉及一种内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统和航行器。

背景技术

目前，水下航行器发生卡舵、进水、掉深等意外情况时，需要短时间内快速排出部分储存海水，以提供正浮力，实现水下航行器安全上浮。目前中大型水下航行器主要采用的是高温燃气排水系统，高温燃气排水系统是将固体药剂封存在燃气发生器中，需要时通过电信号点燃药剂，使药剂发生化学反应形成高温燃气，注入至水舱从而排出水下航行器内部海水。随着水下航行器工作深度逐步增加，压缩空气排水受背压影响较大，排水能力下降显著；高温燃气排水产生的一氧化碳、氢气等气体具有二次燃烧隐患，不利于安全。

发明内容

本申请提供一种内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统和航行器，该排水系统的排水能力可调、安全高效。

为了达到上述目的，本申请采用的主要技术方案包括：

第一方面，本申请实施例提供一种内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统，包括排水装置、压载水舱、第一连接管路和控制单元，排水装置包括第一动力单元、第二动力单元和减压单元，所述第一动力单元内设置有存储液态二氧化碳的第一存储腔室，所述第二动力单元内设置有存储高压空气的第二存储腔室，所述减压单元内设置有减压腔室，所述第一存储腔室和所述第二存储腔室均可选择地与所述减压腔室连通；压载水舱具有用于容纳水的第三存储腔室，所述第三存储腔室可选择地与所述减压腔室连通；所述第一连接管路分别与所述第二动力单元和所述减压单元连接，所述第一连接管路上设置有第一通断阀；所述控制单元与所述第一动力单元通讯连接，所述第一动力单元适于在所述控制单元的控制下使液态的二氧化碳转变为高压力超临界态二氧化碳并由所述减压腔室减压后进入到所述第三存储腔室，所述控制单元与所述第一通断阀通讯连接，以使所述第一连接管路可选择地连通所述第二存储腔室和所述减压腔室。

本申请实施例提出的排水系统，第二动力单元的第二存储腔室内存储有高压空气，压载水舱需要排水时，控制单元控制第一通断阀连通第二存储腔室和减压腔室，第二存储腔室内的高压空气经第一连接管路排出至减压腔室，高压空气在减压腔室膨胀，再由减压腔室排出至压载水舱进行排水。

第一存储腔室内的液态二氧化碳转变为超临界态二氧化碳后，体积膨胀巨大，利用液态二氧化碳吸热转化为高压力超临界二氧化碳实现膨胀做功排水，排水能力强且安全可靠。

当压载水舱内需要大流量快速排水时，控制单元控制第一通断阀打开，第二存储腔室内的高压空气经第一连接管路排出至压载水舱进行排水；第一存储腔室内的液态二氧化碳转变为超临界态二氧化碳后，排出至减压腔室，并在减压腔室内膨胀，再进入压载水舱进行排水。通过高压空气和二氧化碳产生相变同时使用实现压载水舱内的大流量排水。

本申请实施例的排水系统，可通过调整第一动力单元和第二动力单元独立排水或共同排水，调整装置排水能力，实现根据工况需求调整排水能力的目标。本发明使用液态二氧化碳和压缩空气工质本身成本极低，充装后即可再次使用，维护保障费用低。

可选地，所述第二动力单元包括多个压缩空气瓶，所述第二存储腔室包括多个第二子存储腔室，每个所述压缩空气瓶均具有所述第二子存储腔室；每个所述压缩空气瓶与所述第一连接管路之间通过第二连接管路连接，每个所述第二连接管路上设置有第二通断阀，每个所述第二通断阀与所述控制单元通讯连接。

每个压缩空气瓶对应的第二子存储腔室与第一连接管路之间连接有第二连接管路，第二连接管路上设置第二通断阀，控制单元可以根据实际工况需求控制各第二通断阀的打开或关闭，以控制不同数量的第二子存储腔室与第一连接管路连通，从而实现不同排水流量的需求。

可选地，所述压缩空气瓶的内壁上设有多个第一加热部，所述第一加热部沿所述压缩空气瓶的轴向延伸，且多个所述第一加热部沿所述压缩空气瓶的周向间隔设置，所述第一加热部与所述控制单元通讯连接。

由于随着第二子存储腔室内的空气的排出，第二子存储腔室内的压力逐渐减小，通过在压缩空气瓶的内壁上设置第一加热部，当压缩空气瓶内的压力低于预定值时，控制单元控制第一加热部加热压缩空气瓶内的空气，可增大空气压力，从而提升排水能力。

可选地，所述压缩空气瓶的内壁面和/或所述压缩空气瓶的外壁面设置有保温层。保温层用于减少第二子存储腔室内的温度流失，提升第二子存储腔室内的热量利用效率。

可选地，所述压缩空气瓶在轴向上的横截面构造为多边形，任意相邻两个压缩空气瓶的外周壁面面接触。

任意相邻两个压缩空气瓶的外周壁面面接触，减少了相邻两个压缩空气瓶之间的间隙，减少了压缩空气瓶占用的空间。

可选地，所述减压单元与所述压载水舱之间连接有第三连接管路，所述第三连接管路上设置有止回阀。压载水舱与减压单元之间连接第三连接管路，以将减压腔室内的气体排出至压载水舱，其中，止回阀可以减少进入压载水舱内的气体倒流。

可选地，所述第一动力单元具有第一出口，所述第一存储腔室与所述第一出口连通，所述减压单元还具有第一进口和第二出口，所述第一进口和所述第二出口均与所述减压腔室连通，所述第二出口连接于所述第三连接管路；所述第一动力单元还包括释压单元，所述释压单元封堵于所述第一进口与所述第一出口之间，所述释压单元构造为在所述第一存储腔室内的压力大于预设值时打开，以将所述第一进口与所述第一出口连通。

释压单元在平时状态时将第一进口和第一出口封堵，避免液态的二氧化碳进入到减压腔室，在第一动力单元内的液态二氧化碳转变为超临界态二氧化碳导致第一动力单元的第一存储腔室内的压力超过预设值，释压单元打开从而将第一进口和第一出口连通，二氧化碳会进入到减压单元内进行减压。

可选地，所述第一存储腔室内设置有第二加热部，所述第二加热部与所述控制单元通讯连接。控制单元控制第二加热部对第一存储腔室内的液态二氧化碳进行加热，使液态二氧化碳吸热后发生相变转化为高压力超临界二氧化碳。

可选地，所述减压单元包括多个子减压单元，多个所述子减压单元依次连通，沿多个所述子减压单元的排布方向，首尾两端的两个所述子减压单元分别设置有所述第一进口和所述第二出口。

多个子减压腔室依次串联，从而从第一动力单元排出的高压的超临界态二氧化碳可以在进入一个子减压腔室进行减压后，在下一个子减压腔室内进行进一步地减压，从而使得二氧化碳得到充分的膨胀。

可选地，多个所述子减压单元包括第一减压单元和第二减压单元，所述减压腔室包括第一减压腔室和第二减压腔室，所述第一减压腔室设置于所述第一减压单元，所述第二减压腔室设置于所述第二减压单元，所述第一减压单元设置有所述第一进口，所述第二减压单元设置有所述第二出口；沿第一方向，所述第一动力单元与所述第二减压单元均位于所述第一减压单元的同侧。

可以降低排水装置在第一方向的尺寸，减少了排水装置的体积，使得排水装置的体积更加紧凑。同时，将第一动力单元与第二减压单元设置于第一减压单元在第一方向的同侧，还可以方便将第一动力单元与第二减压单元固定于第一减压单元。

可选地，所述第一减压单元在所述第一方向上的尺寸小于所述第一减压单元在第二方向上的尺寸，所述第一减压单元在所述第一方向上的尺寸小于所述第一减压单元在第三方向上的尺寸，沿所述第一方向，所述第二减压单元的投影落入所述第一减压单元的中心区域，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。

第一减压单元构造为一个扁平结构，第一动力单元与第二减压单元设置于第一减压单元在厚度方向上的同侧。同时，扁平状的第一减压单元对第一方向上的空间占用得到了降低，方便排水装置在第一方向上收纳。

另外，从第一动力单元排出的高压二氧化碳或从第二动力单元排出的空气可以充分在第一减压单元内进行充分减压后，从第一进口进入到第二减压单元，从而提升了高压二氧化碳或压缩空气的减压效率和减压效果。

可选地，所述第一动力单元为多个，沿所述第一减压单元的周向，多个所述第一动力单元围绕所述第二减压单元设置。保证了每个第一动力单元排出的高压二氧化碳都可以在第一减压单元内充分减压，提高了减压效率。

可选地，所述排水装置还包括压板，沿所述第一方向，所述压板与所述第一减压单元间隔设置，所述第一动力单元和所述第二减压单元夹设于所述第一减压单元与所述压板之间。通过设置压板，可以将第一动力单元和第二减压单元夹紧固定于压板与第一减压单元之间，从而使得排水装置整体更加牢固、稳定。

可选地所述排水装置还包括拉杆，沿所述第一方向，所述拉杆的两端分别与所述第一减压单元和所述压板连接。拉杆可以将第一减压单元和压板固定在一起，提高了排水装置的结构稳定性。

第二方面，本申请还提供一种航行器，包括以上任一实施例所述的排水系统。

由于根据本申请实施例的水下航行器设置有上述的排水系统，因此可以根据需要调整液态二氧化碳或压缩空气的排放量来调节排水能力，实现根据工况需求调整排水能力的目标，从而使得水下航行器可以适应更多的场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请排水系统的示意图；

图2为本申请压缩空气瓶的结构示意图；

图3为本申请第二动力单元的截面示意图；

图4为本申请排水装置的局部结构示意图；

图5为本申请减压单元的结构示意图；

图6为本申请气体回收装置的结构示意图。

【附图标记说明】

1：排水装置；11：第一动力单元；12：第二动力单元；121：压缩空气瓶；122：第一加热部；123：保温层；13：减压单元；131：第一减压单元；132：第二减压单元；133：第一进口；134：第二出口；14：压板；15：拉杆；16：超压保护装置；17：压力传感器；

2：压载水舱；

3：第一连接管路；31：第一通断阀；

4：控制单元；

5：第二连接管路；

6：第三连接管路；

7：止回阀；

8：气体回收装置；81：气液分离组件；82：气体捕获组件；83：回收腔室；84：冷却组件；85：压缩组件；

A：第一方向；B：第二方向；C：第三方向。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本申请中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限定本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

目前水下航行器发生卡舵、进水、掉深等意外情况时，需要短时间内快速排出部分储存海水，以提供正浮力，实现水下航行器安全上浮。

目前中大型水下航行器主要采用的是压缩空气排水装置或高温燃气排水装置的方案。压缩空气排水装置是预先将空气压缩加压储存在高压空气瓶中，需要时打开空气瓶与储存水舱连接管路上的阀门，将高压力的空气引入水舱从而排出内部海水；高温燃气排水装置是将固体药剂封存在燃气发生器中，需要时通过电信号点燃药剂，使药剂发生化学反应形成高温燃气，注入至水舱从而排出内部海水。

随着水下航行器工作深度逐步增加，压缩空气排水受背压影响较大，排水能力下降显著；高温燃气排水产生的一氧化碳、氢气等气体具有二次燃烧隐患，也不利于安全。

目前的排水系统虽然可以采用压缩空气，但是压缩空气能够提供的压力有限，且使用时压力不断下降，从而限制了排水能力。

为此，本申请提出了一种安全高效、排水能力可调的排水系统，可为水下航行器航行安全提供新的保障。

第一方面，参考图1，本申请实施例提供一种内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统，包括排水装置1、压载水舱2、第一连接管路3和控制单元4，排水装置1包括第一动力单元11、第二动力单元12和减压单元13，第一动力单元11内设置有存储液态二氧化碳的第一存储腔室，第二动力单元12内设置有存储高压空气的第二存储腔室，减压单元13内设置有减压腔室，第一存储腔室和第二存储腔室均可选择地与减压腔室连通；压载水舱2具有用于容纳水的第三存储腔室，第三存储腔室可选择地与减压腔室连通；第一连接管路3分别与第二动力单元12和减压单元13连接，第一连接管路3上设置有第一通断阀31；控制单元4与第一动力单元11通讯连接，第一动力单元11适于在控制单元4的控制下使液态的二氧化碳转变为高压力超临界态二氧化碳并由减压腔室减压后进入到第三存储腔室，控制单元4与第一通断阀31通讯连接，以使第一连接管路3可选择地连通第二存储腔室和减压腔室。

本申请实施例提出的排水系统，第二动力单元12的第二存储腔室内存储有高压空气，压载水舱2需要排水时，控制单元4控制第一通断阀31连通第二存储腔室和减压腔室，第二存储腔室内的高压空气经第一连接管路3排出至减压腔室，高压空气在减压腔室膨胀，再由减压腔室排出至压载水舱2进行排水。

二氧化碳在一定压力温度下为液态，密度大，储存方便。液态二氧化碳通过升温升压后可以快速转变为超临界态，体积膨胀数倍，瞬时做功能力强，且无毒无污染，是一种新型排水技术。第一存储腔室内的液态二氧化碳转变为超临界态二氧化碳后，体积膨胀巨大，利用液态二氧化碳吸热转化为高压力超临界二氧化碳实现膨胀做功排水，排水能力强且安全可靠。

具体地，可通过第一通断阀31的启闭来可选择地控制减压单元13进入到压载水舱2内的空气量。可选地，第一通断阀31可以调整阀口的大小，从而调整减压单元13进入到压载水舱2内的空气的速度，从而提升了排水系统200的稳定性。

当压载水舱2内需要大流量快速排水时，控制单元4控制第一通断阀31打开，第二存储腔室内的高压空气经第一连接管路3排出至压载水舱2进行排水；第一存储腔室内的液态二氧化碳转变为超临界态二氧化碳后，排出至减压腔室，并在减压腔室内膨胀，再进入压载水舱2进行排水。通过高压空气和液态二氧化碳产生相变同时使用实现压载水舱2内的大流量排水。

本申请实施例的排水系统，将液态二氧化碳相变技术排水和压缩空气排水结合，可通过调整第一动力单元11和第二动力单元12独立排水或共同排水，调整装置排水能力，实现根据工况需求调整排水能力的目标。本发明使用液态二氧化碳和压缩空气工质本身成本极低，充装后即可再次使用，维护保障费用低。

可选地，参考图1，第二动力单元12包括多个压缩空气瓶121，第二存储腔室包括多个第二子存储腔室，每个压缩空气瓶121均具有第二子存储腔室；每个压缩空气瓶121与第一连接管路3之间通过第二连接管路5连接，每个第二连接管路5上设置有第二通断阀，每个第二通断阀与控制单元4通讯连接。

每个压缩空气瓶121对应的第二子存储腔室与第一连接管路3之间连接有第二连接管路5，第二连接管路5上设置第二通断阀，控制单元4可以根据实际工况需求控制各第二通断阀的打开或关闭，以控制不同数量的第二子存储腔室与第一连接管路3连通，从而实现不同排水流量的需求。

可选地，参考图2，压缩空气瓶121的内壁上设有多个第一加热部122，第一加热部122沿压缩空气瓶121的轴向延伸，且多个第一加热部122沿压缩空气瓶121的周向间隔设置，第一加热部122与控制单元4通讯连接。

由于随着第二子存储腔室内的空气的排出，第二子存储腔室内的压力逐渐减小，通过在压缩空气瓶121的内壁上设置第一加热部122。第一加热部122可以是PTC加热片。当压缩空气瓶121内的压力低于预定值时，控制单元4控制第一加热部122加热压缩空气瓶121内的空气，增大空气压力，从而提升排水能力。

在一个具体实施例中，压缩空气瓶121出口设有压力监测单元，当压力监测单元检测到当压缩空气瓶121内的压力低于预定值时，压力监测单元将信号传递至控制单元4，控制单元4控制第一加热部122加热压缩空气瓶121内的空气，增大空气压力，从而提升排水能力。

可选地，参考图2，压缩空气瓶121的内壁面和/或压缩空气瓶121的外壁面设置有保温层123。压缩空气瓶121的内壁面或外壁面设置保温层123，或者，压缩空气瓶121的内壁面和外壁面均设置保温层123，减少第二子存储腔室内的温度流失，提升第二子存储腔室内的热量利用效率。

可选地，参考图3，压缩空气瓶121在轴向上的横截面构造为多边形，任意相邻两个压缩空气瓶121的外周壁面面接触。任意相邻两个压缩空气瓶121的外周壁面面接触，减少了相邻两个压缩空气瓶121之间的间隙，减少了压缩空气瓶121占用的空间。在一个具体实施例中，压缩空气瓶121在其轴向上的投影可以构造为正六边形，任意相邻的两个压缩空气瓶121的外周壁抵接，减少了第二动力单元12占用的空间。

应当理解的是，沿压缩空气瓶121的轴向，压缩空气瓶121的内壁投影可以是圆形，以保证压缩空气瓶121的承压能力；压缩空气瓶121的外壁投影为正六边形，以减少多个压缩空气瓶121占用的空间。

可选地，参考图1，减压单元13与压载水舱2之间连接有第三连接管路6，第三连接管路6上设置有止回阀7。压载水舱2与减压单元13之间连接第三连接管路6，以将减压腔室内的气体排出至压载水舱2，其中，止回阀7可以减少进入压载水舱2内的气体倒流，提升压载水舱2排水的稳定性。

可选地，参考图4和图5，第一动力单元11具有第一出口，第一存储腔室与第一出口连通，减压单元13还具有第一进口133和第二出口134，第一进口133和第二出口134均与减压腔室连通，第二出口134连接于第三连接管路6；第一动力单元11还包括释压单元，释压单元封堵于第一进口133与第一出口之间，释压单元构造为在第一存储腔室内的压力大于预设值时打开，以将第一进口133与第一出口连通。

释压单元在平时状态时将第一进口133和第一出口封堵，避免液态的二氧化碳进入到减压腔室，在第一动力单元11内的液态二氧化碳转变为超临界态二氧化碳导致第一动力单元11的第一存储腔室内的压力超过预设值，释压单元打开从而将第一进口133和第一出口连通，气态的二氧化碳会进入到减压单元13内进行减压。

其中，第一动力单元11可以构造为一个强度足够的金属罐，金属罐可以存储压力非常高的液态二氧化碳。

第一出口与第一存储腔室连通，在一些特定条件下，液态二氧化碳可以转变为超临界态，并从第一出口排出。

减压单元13具有减压腔室、第一进口133和第二出口134，第一进口133和第二出口134均与减压腔室连通。顾名思义，减压单元13中的减压腔室可以对排入到减压单元13内的二氧化碳气体进行减压。从第一存储腔室或第二存储腔室内中排出的介质的压力非常高，压力较高的介质可以从第一进口133进入到减压腔室，此时压力较高的介质可以在减压腔室中进一步膨胀。之后，减压完毕的介质可以从第二出口134排出。

释压单元封堵于第一进口133与第一出口之间，释压单元构造为在第一存储腔室内的压力大于预设值时破裂，以将第一进口133与第一出口连通。

其中，释压单元可以为单向阀，且该单向阀的压力阈值确定，当存储腔室内的压力足够大且超出上述的压力阈值时，释压单元打开，从而将第一进口133与第一出口连通。从而，高压的超临界态二氧化碳可以进入到减压单元13中进行减压，然后从第二出口134排出。

可选地，第一存储腔室内设置有第二加热部，第二加热部与控制单元4通讯连接。控制单元4控制第二加热部对第一存储腔室内的液态二氧化碳进行加热，使液态二氧化碳吸热后发生相变转化为高压力超临界二氧化碳。

其中，第二加热部可以是激发件，激发件包括激发药剂，激发件可以与外部的控制单元4通信连接，在收到控制单元4的激发信号后，激发药剂发生化学反应，从而产生热量，使液态二氧化碳吸热后发生相变转化为高压力超临界二氧化碳。

第二加热部还可以是PTC加热片，PTC加热片可以与外部的控制单元4通信连接，在收到控制单元4的激发信号后，从而产生热量，使液态二氧化碳吸热后发生相变转化为高压力超临界二氧化碳。

可选地，减压单元13包括多个子减压单元，多个子减压单元依次连通，沿多个子减压单元的排布方向，首尾两端的两个子减压单元分别设置有第一进口133和第二出口134。

可以理解的是，每个子减压单元内都设置有子减压腔室，多个子减压腔室共同形成了上述的减压腔室。

多个子减压腔室依次串联，从而从第一动力单元11排出的高压的超临界态二氧化碳和/或从第二动力单元12排出的高压空气可以在进入一个子减压腔室进行减压后，在下一个子减压腔室内进行进一步地减压，从而使得二氧化碳和/或空气得到充分的膨胀。

可选地，参考图4和图5，多个子减压单元包括第一减压单元131和第二减压单元132，减压腔室包括第一减压腔室和第二减压腔室，第一减压腔室设置于第一减压单元131，第二减压腔室设置于第二减压单元132，第一减压单元131设置有第一进口133，第二减压单元132设置有第二出口134；沿第一方向A，第一动力单元11与第二减压单元132均位于第一减压单元131的同侧。

第一减压腔室和第二减压腔室串联，沿二氧化碳的流动方向，第一减压腔室相较于第二减压腔室更靠近第一动力单元11。在释压单元打开后，第一动力单元11内的高压超临界态二氧化碳会率先进入到第一减压腔室内进行减压，然后进入到第二减压腔室内进行减压，最后从第二出口134排出。

沿第一方向A，第一动力单元11与第二减压单元132均位于第一减压单元131的同侧。由此可以降低排水装置1在第一方向A的尺寸，减少了排水装置1的体积，使得排水装置1的体积更加紧凑。同时，将第一动力单元11与第二减压单元132设置于第一减压单元131在第一方向A的同侧，还可以方便将第一动力单元11与第二减压单元132固定于第一减压单元131。

可选地，参考图5，第一减压单元131在第一方向A上的尺寸小于第一减压单元131在第二方向B上的尺寸，第一减压单元131在第一方向A上的尺寸小于第一减压单元131在第三方向C上的尺寸，沿第一方向A，第二减压单元132的投影落入第一减压单元131的中心区域，第一方向A、第二方向B和第三方向C两两垂直。

也就是说，第一减压单元131构造为一个扁平结构，第一动力单元11与第二减压单元132设置于第一减压单元131在厚度方向上的同侧。同时，扁平状的第一减压单元131对第一方向A上的空间占用得到了降低，方便排水装置1在第一方向A上收纳。

根据本申请的一些实施例，沿第一方向A，第二减压单元132的投影落入第一减压单元131的中心区域。由此，从第一动力单元11排出的高压气态二氧化碳或从第二动力单元12排出的空气可以充分在第一减压单元131内进行充分减压后，从第一进口133进入到第二减压单元132，从而提升了高压气态二氧化碳或压缩空气的减压效率和减压效果。

可选地，参考图4，第一动力单元11为多个，沿第一减压单元131的周向，多个第一动力单元11围绕第二减压单元132设置。

排水装置1可以包括多个第一动力单元11，多个第一动力单元11沿第一减压单元131的周向依次排布，多个第一动力单元11沿第一减压单元131的径向依次排布。

由此，保证了每个第一动力单元11排出的高压超临界态二氧化碳都可以在第一减压单元131内充分减压，提高了减压效率。

可选地，参考图4，排水装置1还包括压板14，沿第一方向A，压板14与第一减压单元131间隔设置，第一动力单元11和第二减压单元132夹设于第一减压单元131与压板14之间。

第一动力单元11可以为沿第一方向A延伸的圆柱形结构，同样的，第二减压单元132也可以为沿第一方向A延伸的圆柱形结构。为了方便，同时对第一动力单元11和第二减压单元132进行固定，第一动力单元11在第一方向A上的尺寸与第二减压单元132在第一方向A上的尺寸大致相同。

通过设置压板14，可以将第一动力单元11和第二减压单元132夹紧固定于压板14与第一减压单元131之间，从而使得排水装置1整体更加牢固、稳定。

可选地，参考图4，排水装置1还包括拉杆15，沿第一方向A，拉杆15的两端分别与第一减压单元131和压板14连接。

拉杆15可以将压板14和第一减压单元131拉紧，拉杆15可以构造为长螺栓，长螺栓螺栓头的一端止抵于第一减压单元131和压板14中的一者，长螺栓的螺栓杆可以穿过第一减压单元131和压板14中的另一者，且通过螺母紧固。通过旋紧或者松开螺母，可以改变压板14与第一减压单元131之间的距离，从而固定压板14与第一减压单元131，或者将压板14与第一减压单元131拆卸。

根据本申请的一些实施例，排水装置1还包括压力传感器17，压力传感器17设置于第一减压单元131，以用于检测第一减压单元131内的气体压力变化。

压力传感器17可以实时了解第一减压单元131内的压力，从而选择性的开启一个或者多个释压单元，从而将一个或者多个第一动力单元11的超临界态二氧化碳引入到第一减压单元131内；或者，压力传感器17可以实时了解第一减压单元131内的压力，从而选择性的开启一个或者多个第二通断阀，从而将一个或者多个压缩空气瓶121的压缩空气引入到第一减压单元131内。

根据本申请的一些实施例，排水装置1还包括超压保护装置16，超压保护装置16设置于第一减压单元131，以保护第一减压单元131与第二减压单元132。顾名思义，超压保护装置16可以起到保护作用，减少由于第一减压单元131内的压力过高而损坏第一减压单元131和第二减压单元132的几率。

当第一减压单元131内的二氧化碳和/或空气压力超过设计安全值时，超压保护装置16可自动开启并释放二氧化碳、降低压力，用于保护第一减压单元131和第二减压单元132的结构安全。

在本申请的一些实施例中，第二减压腔内设置有整流件。整流件可以对第二减压腔室内的二氧化碳和/或空气的流动进行整理，使得二氧化碳和/或空气能够以较平缓的压力从第二出口134排出，当然整流件还可以进一步对二氧化碳进行扰动，从而提高了减压效率。

可以选择地，整流件可以设置于第二减压单元132的内壁，且整流件可以构造为凸出于第二减压单元132的内壁的凸起部。沿第一方向A，第二减压单元132的内壁可以分为多个内壁区，多个内壁区包括相邻的第一内壁区和第二内壁区，第一内壁区相较于第二内壁区更靠近第一减压单元131，第一内壁区整流件的密度大于第二内部的整流件的密度。也就是说，第一内壁区单位面积内的整流件的数量大于第二内壁区单位面积内的整流件的数量。由此，可以使得二氧化碳的压力更加均匀。

在一个可选实施例中，参考图6，该排水装置1还包括气体回收装置8，气体回收装置8包括气液分离组件81、气体捕获组件82、回收腔室83、冷却组件84、压缩组件85和存储组件。气液分离组件81设置于压载水舱2与排水口之间，气体捕获组件82与气液分离组件81的腔室连通，回收腔室83与气体捕获组件82连通，冷却组件84设置在回收腔室83内，压缩组件85设置在回收腔室83的出口，存储组件可以是高压储存罐，用于收集存储气体。

具体地，压载水舱2与排水口之间设置气液分离组件81，气液分离组件81连接气体捕获组件82，气体捕获组件82通过物理隔离(如弹性气囊)阻止气体逸出，并将气体收集在弹性气囊内。排水时，气液混合物进入气液分离组件81腔室内，液体因重力下沉并从底部排出，气体被气体捕获组件82收集。

被气体捕获组件82收集的气体，进入回收腔室83。冷却组件84设于回收腔室83内，冷却组件84可以是冷却盘管或冷却风扇，对高温的气体进行冷却，压缩组件85可以是压缩泵或压缩机，对回收腔室83排水的气体进行压缩，从而将压缩后的气体收集在存储组件内。

其中，存储组件可以是第一动力单元11、第二动力单元12，压缩组件85与第一动力单元11和第二动力单元12连通，并在压缩组件85和第一动力单元11以及第二动力单元12之间设置阀门，当某一个动力单元中的气体被排空后，控制单元4控制该阀门打开，从而将气体回收装置8内回收的气体收集在该动力单元内，进而实现气体的重复利用，降低了运行成本，并且能够降低二氧化碳的排放量，降低二氧化碳对海洋生态的影响。

在另一个可选实施例中，考虑到能量回收利用，在整流件内部设置热能回收组件，热能回收组件包括管壳式、板式或翅片式等热交换器，热交换器采用耐腐蚀、耐高压材质。热能回收组件还包括热能存储部和热能转换部，热交换器中的热传导介质吸收废热、温度升高，并将热量传递至热能存储部，热能存储部通过相变材料储热罐或热水储罐来存储回收的热能，热能转换部可以是热电发电机或蒸汽轮机，以将热能转化为电能，从而增加水下航行器的续航能力。

第二方面，本申请还提供一种水下航行器，包括以上任一实施例所述的排水系统。

由于根据本申请实施例的水下航行器设置有上述的排水系统，因此可以根据需要调整液态二氧化碳或压缩空气的排放量来调节排水能力，实现根据工况需求调整排水能力的目标，从而使得水下航行器可以适应更多的场景，使用策略灵活，并且排水能力、可用性大大增强。并且可用于各种航行器加改装。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

虽然结合附图描述了本申请的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本申请的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (15)

1.一种内置式压缩空气与二氧化碳联动的排水系统，其特征在于，包括：

排水装置，包括第一动力单元、第二动力单元和减压单元，所述第一动力单元内设置有存储液态二氧化碳的第一存储腔室，所述第二动力单元内设置有存储高压空气的第二存储腔室，所述减压单元内设置有减压腔室，所述第一存储腔室和所述第二存储腔室均可选择地与所述减压腔室连通；

压载水舱，具有用于容纳水的第三存储腔室，所述第三存储腔室可选择地与所述减压腔室连通；

第一连接管路，所述第一连接管路分别与所述第二动力单元和所述减压单元连接，所述第一连接管路上设置有第一通断阀；

控制单元，所述控制单元与所述第一动力单元通讯连接，所述第一动力单元适于在所述控制单元的控制下使液态的二氧化碳转变为高压力超临界态二氧化碳并由所述减压腔室减压后进入到所述第三存储腔室，所述控制单元与所述第一通断阀通讯连接，以使所述第一连接管路可选择地连通所述第二存储腔室和所述减压腔室。

2.根据权利要求1所述的排水系统，其特征在于，所述第二动力单元包括多个压缩空气瓶，所述第二存储腔室包括多个第二子存储腔室，每个所述压缩空气瓶均具有所述第二子存储腔室；

每个所述压缩空气瓶与所述第一连接管路之间通过第二连接管路连接，每个所述第二连接管路上设置有第二通断阀，每个所述第二通断阀与所述控制单元通讯连接。

3.根据权利要求2所述的排水系统，其特征在于，所述压缩空气瓶的内壁上设有多个第一加热部，每个所述第一加热部沿所述压缩空气瓶的轴向延伸，且多个所述第一加热部沿所述压缩空气瓶的周向间隔设置，所述第一加热部与所述控制单元通讯连接。

4.根据权利要求3所述的排水系统，其特征在于，所述压缩空气瓶的内壁面和/或所述压缩空气瓶的外壁面设置有保温层。

5.根据权利要求3所述的排水系统，其特征在于，所述压缩空气瓶在轴向上的横截面构造为多边形，任意相邻两个压缩空气瓶的外周壁面面接触。

6.根据权利要求1所述的排水系统，其特征在于，所述减压单元与所述压载水舱之间连接有第三连接管路，所述第三连接管路上设置有止回阀。

7.根据权利要求6所述的排水系统，其特征在于，所述第一动力单元具有第一出口，所述第一存储腔室与所述第一出口连通，所述减压单元还具有第一进口和第二出口，所述第一进口和所述第二出口均与所述减压腔室连通，所述第二出口连接于所述第三连接管路；

所述第一动力单元还包括释压单元，所述释压单元封堵于所述第一进口与所述第一出口之间，所述释压单元构造为在所述第一存储腔室内的压力大于预设值时打开，以将所述第一进口与所述第一出口连通。

8.根据权利要求7所述的排水系统，其特征在于，所述第一存储腔室内设置有第二加热部，所述第二加热部与所述控制单元通讯连接。

9.根据权利要求7所述的排水系统，其特征在于，所述减压单元包括多个子减压单元，多个所述子减压单元依次连通，沿多个所述子减压单元的排布方向，首尾两端的两个所述子减压单元分别设置有所述第一进口和所述第二出口。

10.根据权利要求9所述的排水系统，其特征在于，多个所述子减压单元包括第一减压单元和第二减压单元，所述减压腔室包括第一减压腔室和第二减压腔室，所述第一减压腔室设置于所述第一减压单元，所述第二减压腔室设置于所述第二减压单元，所述第一减压单元设置有所述第一进口，所述第二减压单元设置有所述第二出口；

沿第一方向，所述第一动力单元与所述第二减压单元均位于所述第一减压单元的同侧。

11.根据权利要求10所述的排水系统，其特征在于，所述第一减压单元在所述第一方向上的尺寸小于所述第一减压单元在第二方向上的尺寸，所述第一减压单元在所述第一方向上的尺寸小于所述第一减压单元在第三方向上的尺寸，沿所述第一方向，所述第二减压单元的投影落入所述第一减压单元的中心区域，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。

12.根据权利要求11所述的排水系统，其特征在于，所述第一动力单元为多个，沿所述第一减压单元的周向，多个所述第一动力单元围绕所述第二减压单元设置。

13.根据权利要求10所述的排水系统，其特征在于，所述排水装置还包括压板，沿所述第一方向，所述压板与所述第一减压单元间隔设置，所述第一动力单元和所述第二减压单元夹设于所述第一减压单元与所述压板之间。

14.根据权利要求13所述的排水系统，其特征在于，所述排水装置还包括拉杆，沿所述第一方向，所述拉杆的两端分别与所述第一减压单元和所述压板连接。

15.一种航行器，其特征在于，包括权利要求1-14中任一项所述的排水系统。