CN105775095B - 海水源热管式船舶节能空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海水源热管式船舶节能空调装置，包括船体和热管，所述的船体包括首楼、桥楼、尾楼、减轻孔、透气孔和人进出的孔，其特点为热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，并与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接。把稳定的冷、热源通过已成熟的无动力热管技术把海水作为冷、热源引入到船舶的空调制冷末端设备中，作为取之不尽用之不竭的无污染不耗电的冷、热源以替代或部分替代目前船舶的空调设备和冷冻机中必须用的电力推动压缩机制冷而获得冷热源。从而达到节省了电能，简化了管路，免去了循环水泵，减少船舶内的占用空间等诸多好处。

Description

海水源热管式船舶节能空调装置

技术领域

本发明涉及船舶用的空调领域，尤其涉及以海水为冷、热源，以热管方式为传导冷、热源的无动力的节能船舶空调技术。

背景技术

随着国际贸易的迅速发展，海洋运输量以年8%左右速度增长，航行在海洋的船舶之多可想而知，对于海洋船舶的节能意义比陆地上行驶的车辆具有更重大的意义——因为航行在海洋上的船舶其补充燃料更困难，所以更需要节能。海洋是一个巨大的能量储存库：地球70%以上的表面积为海洋，海洋的海水深度远大于陆地的高山高度。所以海水有难以量计的海水容量；又由于海水的比热大于所有液态物质的比热——据有关报道：欲使海洋的海水的水温度变化（升或降）1℃就得吸收或释放600亿吨的煤的热值。而太阳的光照能投射入海水的深度，其能量在海水深度中被大部分吸收储存，其结果是白天的海面水温就不会很高，而晚上海水会把吸收的太阳能向天空散发。所以晚上海水的温度也不会太低，——即日温差变化很小，在1℃左右。一年四季温差变化不大，——即年温差也小。因此，海洋的海水和海面气温比陆地要温和且稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种海水源热管式船舶节能空调装置及空调方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的海水源热管式船舶节能空调方法，包括如下步骤：1）热管的冷热源端，以扁平形、三角形、矩形或月牙形等多种形状紧贴在船底部内壁吸收海水经船壁钢板所传入的冷源或热源，热管的中段把冷源或热源经减轻孔、透气孔以及人进出的孔向布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库等中的空调制冷末端设备中传递；2）在传递过程中热管线路有时会出现管路太长或中途需要分出多路支热管时，在中途设计接点箱或多个串接的接点箱，此时从减轻孔、透气孔以及人进出的孔出来的热管的上端接到接点箱内的工作液中，热管的上端与接点箱的连接处进行密封处理；3）当接点箱采用工作液转接接点箱时，在接点箱的箱体的上部中所分布有的复数根输出热管中的每根输出热管的冷凝段相应接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库等中的空调制冷末端设备中，使空调制冷末端设备如风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果；4）当接点箱采用麻化接触式接点箱时，从接点箱的箱体内引出的汇热管与从减轻孔、透气孔以及人进出的孔出来的接入到箱体内的热管是互相缠绕在一起的，形如麻花状，汇热管与热管是浸没在工作液中，汇热管的冷凝段接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库等中的空调制冷末端设备如风机中，使风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果。

本发明所述的海水源热管式船舶节能空调装置，包括船体和热管，所述的船体包括首楼、桥楼、尾楼、减轻孔、透气孔和人进出的孔，其特征在于：热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，并与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接。

在热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接时，热管的上端先接到接点箱内的工作液中，热管的上端与接点箱的连接处进行密封处理；当接点箱采用工作液转接接点箱时，在接点箱的箱体的上部中所分布有的复数根输出热管中的每根输出热管的冷凝段相应接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备中，使空调制冷末端设备中的风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果。

在热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接时，热管的上端先接到接点箱内的工作液中，热管的上端与接点箱的连接处进行密封处理；当接点箱采用麻化接触式接点箱时，从接点箱的箱体内引出的汇热管与接入到箱体内的热管是互相缠绕在一起的，形如麻花状，汇热管与热管是浸没在工作液中，汇热管的冷凝段接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备中，使空调制冷末端设备中的风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果。

本发明上述的空调制冷末端设备可以是风机盘管、风机等均可。

本发明的优点是：本发明能利用海水的巨大储能功能，产生了日温差和年温差较小这个特性，把稳定的冷、热源通过已成熟的无动力热管技术把海水作为冷、热源引入到船舶的空调制冷末端设备中，作为取之不尽用之不竭的无污染不耗电的冷、热源以替代或部分替代目前船舶的空调设备和冷冻机中必须用的电力推动压缩机制冷而获得冷热源。从而达到节省了电能，简化了管路，免去了循环水泵，减少船舶内的占用空间等诸多好处。

附图说明

图1为船舶的外型结构。

图2为船舶的上层建筑形成图。

图3A为单层底的船体结构示意图。

图3B为双层底的船体结构示意图。

图3C为单层横骨架的单层底船体结构示意图。

图3D为横骨架双层底的船体结构示意图。

图3A′为对应图3A的船舶热管式空调的热管管线布置示意图。

图3B′为对应图3B的船舶热管式空调的热管管线布置示意图。

图3C′为对应图3C的船舶热管式空调的热管管线布置示意图。

图3D′为对应图3D的船舶热管式空调的热管管线布置示意图。

图4为目前船舶通风制冷系统的工作原理框图。

图5为热管工作原理示意图。

图6A为工作液转接接点箱的结构示意图。

图6B为麻化接触式接点箱的结构示意图。

图7为热管在船舶内的布置框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

1.为介绍本发明的技术可实现的目标，有必要简介本技术应用对象——船舶的结构，以提供本发明的基础条件。

图1为船舶的外型结构。

整船除了上层建筑可选用部分木结构外，其余都选用钢结构，所以船的首楼甲板1、首端2、尾甲板室3、货舱4、船中货舱5、尾端6、尾尖舱壁7、内底板8、船中部9、横舱壁10、下甲板11、防撞舱壁12等均为金属层——钢板。这些金属层（钢板）为热的良导体，能把船外海水的水温传递到船内的钢板内壁。这就为热管吸收船外海水的温度提供无穷无尽的冷热源。

图2为船舶的上层建筑形成图。

船舶的上层建筑多为人居室、办公室、操纵室，分为首楼13、桥楼14、尾楼15为钢木结构或全钢结构。

图3A为单层底的船体结构示意图。

所有单层底的结构船都有减轻孔16，热管均可穿过减轻孔16到达各舱室。

图3B为双层底的船体结构示意图。

图3C为单层横骨架的单层底船体结构示意图。

单层底部结构中有多个流水孔17，可供热管的管线穿越，布置热管管线，实现热管传热功能，达到空调效果，热管均可穿过流水孔17直达船内的各舱室。

图3D为横骨架双层底的船体结构示意图。

图中有有多个减轻孔16，透气孔18和人进出的孔19，热管均可穿过有减轻孔16，透气孔18和人进出的孔19直达船内的各舱室。

2.船舶热管式空调的热管管线布置描述。

根据图3A、图3B、图3C、图3D介绍的船舶结构，其均为本发明的热管布置提供了方便和可能。在船舱的建造结构中均有可穿过热管直到各舱室的各种通孔，而热管的管径也不大，不用开孔改造即可布置热管。下面各图均根据图3A、图3B、图3C、图3D对应地说明图3A′、图3B′、图3C′、图3D′，描述热管布置的管线走势。

即：图3A′对应图3A；图3B′对应图3B；图3C′对应图3C；图3D′对应图3D；其中以箭头方向作为热管布设线路的走势线K。

图3A′附图说明：

依据图3A的单层底船的结构中有多个减轻孔16，可提供热管线穿越，使热管的下端紧贴附在船内底处的钢板上，吸收此处钢板的温度（此温度接近船外海水温度）经热管中段的传递温度到达上端（即船舱室内）；因热管两端温度近等温，此上端处有来自风机送出的风，热管把温度释放到风中，改变了风的温度，送到需要调节的舱室，这就等同于热管把船底钢板的温度传送到了风机吹风口去散热或降温，从而达到空调的效果。

图3B′附图说明：

根据图3B的双层底船结构中也有多个减轻孔16，可供热管线穿越，与图3A同理，也能达到应用热管传递的效果达到空调目的。

图3C′附图说明：

依据图3C的横骨架式单层底的结构中有多个流水孔17，可供热管的管线穿越，布置热管管线，实现热管传热功能，达到空调效果。

图3D′附图说明：

依据图3D横骨架双层的结构中也有多个减轻孔16，透气孔18以及人进出的孔19均可供热管的管线穿越，达到热能传递的目的，实现热能传递的空调目的。

以上图3A′、图3B′、图3C′、图3D′各图均能说明在不破坏船体结构的条件下均能实现热管布置的功能，为热管在船舱的建造或旧船改造安装中实现热管式空调配置目标。

3．图4为目前船舶通风制冷系统的工作原理框图。

目前船舶的通风方式有三种：全船集中通风；机炉舱通风；弹药舱通风。但不论那一种通风方式，其制冷的方式都是采用由电力提供动力的压缩式制冷装置，其制冷工作过程如图4所示：压缩机A把制冷剂(氟利昂或氨气体)压缩成高压高温气体送入冷凝器B内，经冷凝器内的冷却水（船舶的冷却水由船外的海水经抽水泵送入冷凝器内的热交换器）吸收制冷剂的热能，使制冷剂降温成液态，液态的制冷剂在膨胀阀C作用下把液态制冷剂喷射蒸发成气态而降温，低温的气体在蒸发器D（即为调温区）吸收热量，使此区域的空气降温，达到空调的效果。而吸收了热能的制冷剂又回到压缩机A中进行压缩，如此循环进行冷热交换，此过程需要电力消耗。

4.图5为热管工作原理示意图说明：

热管技术已是公知技术，其原理在许多著作和有关刊物中均有报道，其应用技术也在不断扩大。目前在太阳能，化工工艺，冶金等领域已有较广泛应用。本发明主要应用在船舶空调的冷却水领域，并在应用时开发了多种冷却形式，为延长传热管程、实现较长距离的热传递开发了几种转接机构。

5.下面就图5的热管工作原理示意图解释如下：图5中管壳20为圆柱体金属材料制作，其选用的材质应与选用的工作液和适用于船体的换热构造相容性优良，导热性好，造价低。端盖21与管壳20同材质，与管壳可以用螺纹配垫片连接，也可以用多孔螺栓加垫片连接，形成承压的密封体。管壳内壁贴附一层导液芯23，导液芯的材料应与工作液24有较好兼容性，该材料为纤维状多通道的结构，以提供尽量大的毛细力，以选用复合导液芯为佳。在设计和加工时应考虑在长期使用时不容易脱落而能坚固地贴附在管壁上。设计时还应该充分考虑导液管的内腔留有适当的通道，以让工作液在气化或液化后有良好的通道，这个通道就是工作液气↔液转换的内腔通道。为描述方便，人为地把连为一体的这根热管分为三个功能段，即三个部分来描述：头尾两段假设为冷凝段和蒸发段，中间段为隔热段，因为热管具有可逆性的特性，所以冷凝段和蒸发段在应用中可以调换功能。但这两段是热(冷)源和冷 (热)源的基本元素。中段的隔热段只起到运行中过渡段的作用，防止散热（冷）的功能。

6.热管的工作原理是：工作液24在液相和气相转换过程中靠毛细力或重力把能量从一端输送到另一端，不需要泵来推动运行。所以是节能的工艺。其原理如下：在热管两端：蒸发段和冷凝段存在温差的条件下热管内腔有一定的真空度(一般在1.3x10^-1～10^-3时)，工作液在蒸发段受外界(管外)温度加热产生蒸发(气化)向冷凝段移动，蒸发气化的工作液在冷凝段受管外相对于蒸发段较低温度的冷却凝结成液体工作液，如此在两段温差条件下，液相↔气相互换过程把热（冷）量从一端带到另一端。

中间段为隔热段，隔热段是蒸发段与冷凝段的过渡段，起通道作用。为了避免在工作液流动过程散失能量，所以在必要时进行隔热处理。

7.两种转接箱：图6A冷源接点箱之一：《工作液转接接点箱》

接点箱是热管输送工作液时，有时会出现传送途径较远或一根主管要分支给多支的支热管进行热交换时使用的附属配件，这个接点机构有两种方式：之一是以工作液方式转接，叫《工作液转换接点箱》；图6B为冷源接点箱之二：是《麻花接触式接点箱》。

本图简介，图6A为《工作液传接接点箱》的结构：本结构是圆筒体，其箱体的箱壳为金属受压体，箱体内装有工作液24，工作液的容量一般为箱体内容积的1/2至2/3，从热（冷）源引入的一根热管22，热管穿进箱体连接处应进行密封处理。热源热管的功能是把冷冻机组的热能传输到箱体内的工作液24，使箱体内的工作液的温度与冷冻机组中热交换器的温度接近相同。箱体的上部分布有多根热管，这些热管为输出热管25，它的一端插入箱体内的工作液中为热管蒸发段，箱体外的另一端为热管冷凝段，它接受外界凉风散热，把箱体内的热能散发到箱外。所有热管与箱体接插处都要进行密封处理。箱体内必要时还可配置搅拌器，其功能是把箱体内的工作液搅动，达到工作液各部位均温。搅拌器外接有电源，驱动搅拌器。

图6B的冷源接点箱之二：《麻化接触式接点箱》。

本图同图6A的功能相同：传输热（冷）源的功能。其箱体也是受压金属圆筒体（当传输冷源时对箱体需保温处理）箱体内装有工作液24。从热（冷）源引入的一根热管22穿入箱体内接插处，要进行密封处理。另一根热管为汇热管26从箱体内引出箱体外，汇热管26在箱体的接口处也要进行密封，两根热管在箱体内互相缠绕在一起，形如麻花状，并浸没在工作液中，伸出箱体的热管通往冷却塔或风机盘管，作为散热或散冷交换端。

8.图7为热管在船舶内的布置框图：

图中箭头线为热管的走势线K，其中热管的低端为热管冷(热)源端30，以扁平形、三角形、矩形或月牙形等多种形状紧贴在船底部内壁吸收海水传入船壁钢板的冷（热）源，经热管的中段（有保温层）把冷（热）源传递到上端——冷凝段。冷凝段为需调温的舱、室或机械运行舱28和仓库29等，供各舱、室的风机27作为冷（热）源，使风机吹过的风改变风温，达到空调的效果。当在热管线路有时会出现管路太长或中途需要分出多路支热管，此时可在中途设计接点箱或多个串接的接点箱31，以达到海水的冷、热源引入到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱28和仓库29等中的空调制冷末端设备（如风机27或风机盘管）中，作为取之不尽用之不竭的无污染不耗电的冷、热源以替代或部分替代目前船舶的空调设备和冷冻机中必须用的电力推动压缩机制冷而获得冷热源，较好地达到冷却散热，提高散热效果。

具体地说，本发明的热管的冷热源端30，以扁平形、三角形、矩形或月牙形等多种形状紧贴在船底部内壁吸收海水经船壁钢板32所传入的冷热源，热管的中段（有保温层）把冷热源经减轻孔16，透气孔18以及人进出的孔19向布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱28和仓库29等中的空调制冷末端设备（如风机27或风机盘管）中传递，在传递过程中热管线路有时会出现管路太长或中途需要分出多路支热管，此时可在中途设计接点箱或多个串接的接点箱31，此时热管22的上端——冷凝段接到接点箱31内的工作液24中，热管的上端与接点箱31的连接处进行密封处理；当接点箱31采用工作液转接接点箱时，接点箱31的箱体的上部分布有的复数根输出热管25，每根输出热管25的冷凝段接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱28和仓库29等中的空调制冷末端设备（如风机27或风机盘管）中，使风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱28和仓库29的室温，达到空调的效果；当接点箱31采用麻化接触式接点箱时，从接点箱31的箱体内引出的汇热管26与接入到箱体内的热管22互相缠绕在一起，形如麻花状，并浸没在工作液中，汇热管26的冷凝段接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱28和仓库29等中的空调制冷末端设备（如风机27或风机盘管）中，使风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱28和仓库29的室温，达到空调的效果。

Claims (4)

1.一种海水源热管式船舶节能空调方法，包括如下步骤：1）热管的冷热源端，以扁平形、三角形、矩形或月牙形的形状紧贴在船底部内壁吸收海水经船壁钢板所传入的冷源或热源，热管的中段把冷源或热源经减轻孔、透气孔以及人进出的孔向布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备中传递；2）在传递过程中热管线路有时会出现管路太长或中途需要分出多路支热管时，在中途设计接点箱或多个串接的接点箱，此时从减轻孔、透气孔以及人进出的孔出来的热管的上端接到接点箱内的工作液中，热管的上端与接点箱的连接处进行密封处理；3）当接点箱采用工作液转接接点箱时，在接点箱的箱体的上部中所分布有的复数根输出热管中的每根输出热管的冷凝段相应接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备中，使空调制冷末端设备的风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果；4）当接点箱采用麻化接触式接点箱时，从接点箱的箱体内引出的汇热管与从减轻孔、透气孔以及人进出的孔出来的接入到箱体内的热管是互相缠绕在一起的，形如麻花状，汇热管与热管是浸没在工作液中，汇热管的冷凝段接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备的风机中，使风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果。

2.实现权利要求1所述的方法的海水源热管式船舶节能空调装置，包括船体和热管，所述的船体包括首楼、桥楼、尾楼、减轻孔、透气孔和人进出的孔，其特征在于：热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，并与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接。

3.根据权利要求2所述的海水源热管式船舶节能空调装置，其特征在于：在热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接时，热管的上端先接到接点箱内的工作液中，热管的上端与接点箱的连接处进行密封处理；当接点箱采用工作液转接接点箱时，在接点箱的箱体的上部中所分布有的复数根输出热管中的每根输出热管的冷凝段相应接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备中，使空调制冷末端设备中的风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果。

4.根据权利要求2所述的海水源热管式船舶节能空调装置，其特征在于：在热管穿过减轻孔、透气孔和人进出的孔直达船体内的各舱室，与布置于船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备连接时，热管的上端先接到接点箱内的工作液中，热管的上端与接点箱的连接处进行密封处理；当接点箱采用麻化接触式接点箱时，从接点箱的箱体内引出的汇热管与接入到箱体内的热管是互相缠绕在一起的，形如麻花状，汇热管与热管是浸没在工作液中，汇热管的冷凝段接到船舶中的需调温的舱、室或机械运行舱和仓库中的空调制冷末端设备中，使空调制冷末端设备中的风机吹过的风改变舱、室或机械运行舱和仓库的温度，达到空调的效果。