抑振增强型共形冷却器及共形冷却系统

技术领域

本发明涉及船舶冷却系统技术领域，尤其涉及一种抑振增强型共形冷却器及共形冷却系统。

背景技术

船舶动力系统中存在大量海水冷却器，传统船舶采用分散式冷却技术，即海水冷却区分散布置在动力舱室内，通过分散的供水管路为冷却器提供海水，导致存在以下不足：一方面，海水冷却区占用大量舱室容积，降低了船舶的有效载装量，另一方面，连接海水冷却器的管路系统容易在长期海腐蚀、冲刷、承压等综合作用下发生破损，导致舱内漏水，影响船舶航行的安全性和可靠性。

为此目前新型船舶广泛采用中央冷却技术，通过集中冷却器冷却淡水，进而通过淡水对原海水冷却器进行间接冷却，可以实现缩减海水边界，提高船舶运行可靠性的目的。但是在中央冷却系统中，由于冷却负荷通过集中冷却器向外排出，导致该设备体积庞大，占用舱室空间。针对上述问题，研究人员提出外置共形冷却技术，通过将集中冷却器与船体结构共形化设计，增大内部舱室利用率。

现有共形冷却技术多采用列管式冷却技术，冷、热介质的换热界面为薄壁换热管。在共形冷却系统运行过程中，由于管外海水横向冲刷换热管束，导致换热管束产生流激振动，长期运行会产生机械磨损或疲劳损伤；且在海洋环境外部冲击过程中，换热管承受载荷能力弱，共形冷却器和共形冷却系统可靠性不高。

发明内容

本发明提供一种抑振增强型共形冷却器及共形冷却系统，用以解决现有技术中共形冷却器的换热管抗冲击能力差的缺陷。

本发明提供一种抑振增强型共形冷却器，包括壳体，所述壳体内设有多个换热管束，每个所述换热管束包括多个换热管结构和多个球形接管，多个所述换热管结构沿所述壳体的长度方向依次排布，相邻两个所述换热管结构通过所述球形接管连接，以形成一个所述换热管束；其中，每个所述换热管结构包括多个换热支管，多个所述换热支管环形设置，多个所述换热支管与一个所述球形接管连接。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，每个所述换热管结构的侧视形状为六边形。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，每个所述换热支管包括：依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第二管道与所述壳体的内壁平行设置，所述第一管道与所述第二管道的第一端倾斜设置，所述第三管道与所述第二管道的第二端倾斜设置，所述第一管道和所述第三管道分别与相邻的两个所述球形接管连接。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，每个所述换热管束还包括：多个第一进液口，每个所述第一进液口分别与一个所述换热管束的一端连接；多个第一出液口，每个所述第一出液口分别与一个所述换热管束的另一端连接。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，所述壳体的侧壁设有两个开口，两个所述开口中的一个开口用于引入海水，另一个开口用于排出海水。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，还包括一对引流机构，两个所述引流机构分别设置于两个所述开口处，每个所述引流机构的第一端与所述壳体转动连接，每个所述引流机构的第二端为自由端；在船舶处于静止的状态下，所述引流机构的第二端与所述壳体搭接，以将所述开口封闭；在所述船舶处于航行的状态下，在海水的作用下，所述引流机构的第二端能够向远离所述壳体的方向运动，以使所述开口敞开；其中，两个所述引流机构的第二端的运动方向相反。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，每个所述引流机构包括：弹性件，所述弹性件的第一端与所述壳体连接；引流板，所述引流板的第一端与所述弹性件的第二端连接；其中，在船舶处于航行的状态下，在海水的作用下，所述引流板的第二端能够向远离所述壳体的方向运动；在船舶处于静止的状态下，所述引流板的第二端与所述壳体搭接。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，还包括：进口管板，设置于所述壳体的一端，所述进口管板设有多个进液孔，多个所述进液孔与多个所述第一进液口一一对应设置，每个所述进液孔与一个所述第一进液口连通；出口管板，设置于所述壳体的另一端，所述出口管板设有多个出液孔，多个所述出液孔与多个所述第一出液口一一对应设置，每个所述出液孔与一个所述第一出液口连通。

根据本发明提供的一种抑振增强型共形冷却器，还包括：进口封头，所述进口封头与所述进口管板连接，所述进口封头设有第二进液口；出口封头，所述出口封头与所述出口管板连接，所述出口封头设有第二出液口。

本发明还提供一种共形冷却系统，包括换热器、泵、管路和如上所述的抑振增强型共形冷却器，所述换热器与所述抑振增强型共形冷却器通过所述管路连接成循环回路，所述泵设置于所述换热器与所述抑振增强型共形冷却器之间。

本发明提供的抑振增强型共形冷却器，通过将每个换热管束设置为多个换热支管环形设置的换热管结构，多个换热管束排列后能够形成排列紧密的晶胞体，进而减小了海水冲击对换热管束造成的激流振动，提高了换热管束的抗冲击能力；同时，多个换热管束的周期性排布可产生复杂的空间扰流作用，使进入壳体内的海水对换热管束进行横向、纵向和斜向冲刷，有效强化了共形冷却器的换热能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的抑振增强型共形冷却器的结构示意图；

图2是图1中示出的多个换热管束的侧视图；

图3是图2中示出的换热管束的放大图；

图4是图1中示出的换热管束的主视图；

图5是换热管束中流体流动方向图；

图6是本发明提供的共形冷却系统的结构示意图；

图7是图6中示出的共形冷却系统的侧视图；

附图标记：

10：换热管束；100：壳体；101：换热支管；102：球形接管；110：进口管板；111：进口封头；112：第二进液口；120：出口管板；121：出口封头；122：第二出液口；131：弹性件；132：引流板；141：第一进液口；142：第一出液口；200：换热器；300：管路；400：泵；500：阀门；1011：第一管道；1012：第二管道；1013：第三管道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图7描述本发明的抑振增强型共形冷却器及共形冷却系统。

如图1所示，在本发明的实施例中，抑振增强型共形冷却器包括壳体100，壳体100内设有多个换热管束10，每个换热管束10包括多个换热管结构和多个球形接管102，多个换热管结构沿壳体100的长度方向依次排布，相邻两个换热管结构通过球形接管102连接，以形成一个换热管束10。其中，每个换热管结构包括多个换热支管101，多个换热支管101环形设置，多个换热支管101与一个球形接管102连接。

具体来说，在本实施例中，每个换热管束10由多个换热管结构和多个球形接管102组成，每个换热管结构包括多个换热支管101，多个换热支管101环形设置，流体经过各换热支管101后汇聚至一个球形接管102内，然后由该球形接管102再分流进入下一个换热管结构的多个换热支管101内，如此流动，直至流体流出壳体100外。

在本实施例中，如图2所示，从壳体100的侧面来看，每个换热管束10为一个晶胞结构，多个换热管束10依次排布形成紧密的晶胞体，当海水横向冲击换热管束10时，排列紧密的晶胞体减小了海水冲击对换热管束10造成的激流振动，进而提高了换热管束10的抗冲击能力。同时，多个换热管束10的周期性排布可产生复杂的空间扰流作用，使进入壳体100内的海水对换热管束10进行横向、纵向和斜向冲刷，有效强化了抑振增强型共形冷却器的换热能力。

可选地，多个换热支管101环形排布构成的图形可以为六边形或八边形等。可以理解的是：每个换热管结构中包含的换热支管101的数量越多，每个晶胞结构的强度就越高，从而多个换热管束10组成的晶胞体的强度也越高。

本发明实施例提供的抑振增强型共形冷却器，通过将每个换热管束设置为多个换热支管环形设置的换热管结构，多个换热管束排列后能够形成排列紧密的晶胞体，进而减小了海水冲击对换热管束造成的激流振动，提高了换热管束的抗冲击能力；同时，多个换热管束的周期性排布可产生复杂的空间扰流作用，使进入壳体内的海水对换热管束进行横向、纵向和斜向冲刷，有效强化了共形冷却器的换热能力。

进一步地，如图2和图3所示，在本发明的实施例中，每个换热管结构的侧视形状为六边形。具体来说，在本实施例中，每个换热管结构包括6个换热支管101，6个换热支管101环形设置形成六边形。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，每个换热支管101包括依次连接的第一管道1011、第二管道1012和第三管道1013。第二管道1012与壳体100的内壁平行设置，第一管道1011与第二管道1012的第一端倾斜设置，第三管道1013与第二管道1012的第二端倾斜设置，第一管道1011和第三管道1013分别与相邻的两个球形接管102连接。

具体来说，在本实施例中，第二管道1012的长度应尽可能的短，以使第一管道1011、第二管道1012和第三管道1013连接成的形状近似为三角形，以形成稳定的短管三角支撑结构，抑制换热管束10在海水激励下的振动。

如图4所示，在本发明的实施例中，每个换热管束10还包括：多个第一进液口141和多个第一出液口142。每个第一进液口141分别与一个换热管束10的一端连接，每个第一出液口142分别与一个换热管束10的另一端连接。

具体来说，流体在各换热管束10内的流动如图5所示，进入壳体100内的温度较高的流体经过第一进液口141后进入一个换热管结构的多个换热支管101中，然后再汇聚至球形接管102内，再进入下一个换热管结构的多个换热支管101中，依次流动，直至由第一出液口142流出。

如图1所示，在本发明的实施例中，壳体100的侧壁设有两个开口，两个开口中的一个开口用于引入海水，另一个开口用于排出海水。

具体来说，海水由一个开口进入壳体100内，进入壳体100内的海水横向、纵向和斜向冲刷换热管束10，与换热管束10内温度较高的流体发生热交换，然后由另一个出口排出壳体100外。

进一步地，在上述的实施例中，抑振增强型共形冷却器还包括一对引流机构，两个引流机构分别设置于两个开口处，每个引流机构的第一端与壳体100转动连接，每个引流机构的第二端为自由端。在船舶处于静止的状态下，引流机构的第二端与壳体100搭接，以将开口封闭；在船舶处于航行的状态下，在海水的作用下，引流机构的第二端能够向远离壳体100的方向运动，以使开口敞开；其中，两个引流机构的第二端的运动方向相反。

具体来说，当船舶处于静止的状态时，海水对引流机构的冲击力较小，此时引流机构的第二端与壳体100搭接，从而将壳体100上的两个开口封闭；当船舶处于航行的状态时，海水对引流机构的冲击力较大，沿船舶的行进方向，两个引流机构中位于前方的一个引流机构在海水的冲击下，引流机构的第二端相对于第一端转动，进而使开口处于敞开状态，此时，海水进入壳体100内，吸收热量的海水流动至另一个开口处时，在海水的重力的作用下，第二个引流机构的第二端相对于第一端转动，进而使第二个开口处于敞开状态，以使海水排出壳体100外。

进一步地，在本实施例中，两个引流机构的第二端的运动方向相反，在船舶发生紧急状态倒车时，原先排出海水的开口可作为海水进口，而原先注入海水的开口可作为海水出口。

进一步地，如图1所示，在本发明的实施例中，每个引流机构包括弹性件131和引流板132。弹性件131的第一端与壳体100连接，引流板132的第一端与弹性件131的第二端连接，其中，在船舶处于航行的状态下，在海水的作用下，引流板132的第二端能够向远离壳体100的方向运动；在船舶处于静止的状态下，引流板132的第二端与壳体100搭接。

具体来说，当船舶处于航行的状态时，沿船舶的前进方向，位于前方的一个引流板132在海水的冲击下向远离壳体100的方向运动，弹性件131发生形变，该引流板132所处位置处的开口处于敞开状态，以使海水进入壳体100内，吸收热量的海水在重力的作用下推动后方的一个引流板132向远离壳体100的方向运动，进而使该处的开口处于敞开状态，进而将海水排出。

当船舶停止航行时，海水对前方的引流板132的冲击力变小，弹性件131复位带动引流板132的第二端向靠近壳体100的方向运动，进而使该处的开口处于封闭的状态。当壳体100内海水的重力不足以克服弹性件131的弹性力时，后方的弹性件131带动后方的引流板132复位，以将后方的开口封闭。

进一步地，在本实施例中，船舶的航行速度与引流板所受到的海水的冲击力成正比，海水的冲击力与开口的敞开程度正相关，船舶航行速度越快，引流板所受到的海水冲击力越大，开口的敞开程度越大。当船舶航行速度较慢时，引流板所受到的海水冲击力较小，此时，开口的敞开程度较小，进而壳体100内的海水的量较少，海水对换热管束10的冲击力也会相应减小。

本发明实施例提供的抑振增强型共形冷却器，通过在壳体的开口处设置弹性件和引流板，引流板与壳体的敞开程度与船舶的航行速度正相关，进而能够根据航行速度自动调节进入壳体内的海水的量，以减小海水对换热管束的冲击力，抑制换热管束振动，提高抑振增强型共形冷却器的使用寿命。

如图1所示，在本发明的实施例中，抑振增强型共形冷却器还包括进口管板110和出口管板120。进口管板110和出口管板120分别设置于壳体100的两端，进口管板110设有多个进液孔，多个进液孔与多个第一进液口141一一对应设置，每个进液孔与一个第一进液口141连通。出口管板120设有多个出液孔，多个出液孔与多个第一出液口142一一对应设置，每个出液孔与一个第一出液口142连通。

进一步地，抑振增强型共形冷却器还包括进口封头111和出口封头121。进口封头111与进口管板110连接，进口封头111设有第二进液口112。出口封头121与出口管板120连接，出口封头121设有第二出液口122。

具体来说，温度较高的流体由第二进液口112进入进口封头111，然后由进口管板110上的各个进液孔进入每个换热管束10的第一进液口141，再进入各个换热管束10的各个换热支管101内，然后进入球形接管102，再进入下一个换热管结构的各个换热支管101，下个球形接管102，依次流动。温度较高的流体在沿换热管束10流动时与换热管束10外的海水发生热交换，海水将流体的热量吸收，流体由各个换热管束10的第一出液口142流出，进入对应的出口管板120的出液孔，再经过出口封头121后由第二出液口122排出。

如图6和图7所示，本发明实施例还提供了一种共形冷却系统，包括换热器200、管路300、泵400和抑振增强型共形冷却器，换热器200与抑振增强型共形冷却器通过管路300连接成循环回路，泵400设置于换热器200与抑振增强型共形冷却器之间。

具体来说，泵300将换热器200中温度较高的流体泵送至抑振增强型共形冷却器的换热管束10内，海水由壳体100上的开口进入壳体100内，与温度较高的流体发生热交换，吸收热量的海水由壳体100上的另一个开口排出，温度较低的流体由抑振增强型共形冷却器进入换热器200内，对船舶内的其他设备进行冷却。

进一步地，在本发明的实施例中，在抑振增强型共形冷却器与泵400之间的管路300上还设置有阀门500，以调节进入换热器200内的流体的流量。

本发明实施例提供的共形冷却系统，通过设置抑振增强型共形冷却器，减小了海水对抑振增强型共形冷却器内换热管束的冲击力，提高了抑振增强型共形冷却器的强度，进而提高了共形冷却系统的使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。