CN111521045A - 用于水下平台的非能动舷外换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于水下平台的非能动舷外换热器，包括首尾相接的多个对称结构的换热单元；多根换热管构成一组，单组换热管两端头分别共同连通小集水室；单侧多个小集水室经支管后共同连通至大集水室，构成换热单元；相邻换热单元的大集水室相连通，头尾部换热单元上各自一个大集水室经进口或出口与外部接管连通；热淡水经进口流至头部换热单元的大集水室，经支管分流至小集水室，再由各小集水室分流至各个换热管，并在该换热单元另一端大集水室汇流后流至下一换热单元，以此重复直至从出口流出；本发明装于水下平台的舷外，直接浸泡于海水中，热淡水在不断重复分流、汇流过程中由外部海水直接换热实现冷却，大大提升换热器整体的效率，换热效果好。

Description

用于水下平台的非能动舷外换热器

技术领域

本发明涉及水下换热器技术领域，尤其是一种用于水下平台的非能动舷外换热器。

背景技术

水下平台是一个由各种部件、设备系统/分系统组成的复杂大系统，其能够携带多种探测作业设备，长周期、全天候地在水下进行海洋科学研究、海洋资源勘探与开采、海洋观测网络建设与运行维护等任务。

为了保证水下平台上的众多设备处于良好的工作状态，需要对动力系统、空调柜机、有害气体综合净化装置等多种设备进行冷却。现有的冷却方式，是在水下平台的耐压壳上开设通海口，海水在海水泵的作用下引入舱内后，在换热器处冷却淡水管路中的淡水，再由通海口流出舱外。在换热器中被冷却的淡水由淡水泵送入各系统的发热设备将其冷却，吸热升温后再循环流入换热器中由海水冷却，以此循环；在该过程中，引至舱内的高压海水存在泄漏的风险，并且该套冷却装置结构复杂，体积大，极大地占用了有限的舱内空间。

现有另一种舷外冷却方式，直接将换热器、海水泵3等海水管路设备置于舷外，海水不进入舱内，如图1所示。这种方式避免了高压海水进入舱内产生的泄露风险，同时亦减少了舱内设备数量，节省出舱内的宝贵空间。

但是，该舷外冷却系统的海水泵等机械、管路设备置于舷外，并且长期置于海水中，降低了系统的可靠性和维护性。并且，现有的舷外换热器多为传统的管壳式换热器，为承受巨大的海水压力并保证其换热效果，该舷外换热器需要较厚的壳体，导致设备整体的体积和重量较大。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的用于水下平台的非能动舷外换热器，从而实现舷外换热的低能耗、低噪声，大大简略了换热辅助设施，降低了整体体积和重量，并且换热效果好，安全可靠。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于水下平台的非能动舷外换热器，包括首尾相接的多个换热单元，头部和尾部的换热单元分别与外部接管连通；

单个换热单元为对称结构，其具体结构为：包括中部的换热管，多根换热管构成一组，单组换热管两端端头分别共同连通有小集水室；单侧的多个小集水室经支管后共同连通至大集水室；相邻换热单元的大集水室相连通，首尾换热单元的一个大集水室与外部接管连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述换热单元依次并列排布；相邻换热单元同端头的大集水室之间通过弯管连通，构成换热器内部整体蛇形结构的通路。

位于最外侧的两个换热单元，一个换热单元的一端大集水室连通有淡水进口，另一个换热单元的一端大集水室连通有淡水出口。

所述淡水进口与外部管路的热淡水口连通，淡水出口与外部管路的冷淡水口连通。

所述弯管为U型结构。

两端各自安装有小集水室的多组换热管呈矩阵形式并列排布，单个小集水室上均连通有一个支管；单个换热单元同端部的多个支管共同连通至同一个大集水室。

所述换热管的数量为九组，九组换热管以九宫格的形式并列排布。

一组换热管的数量为六根，六根换热管并列排布，六根换热管共同在两端端头均连通有小集水室。

所述大集水室和小集水室均为球形结构。

单根换热管为光滑直管结构。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，将换热器安装于水下平台的舷外，淡水进口和淡水出口分别与淡水管路相连构成通路；热淡水经淡水进口流至头部换热单元的大集水室，经支管分流至小集水室，再由各小集水室分流至各个换热管，并在该换热单元另一端大集水室汇流后流至下一换热单元，以此重复直至从淡水出口流出，在该不断重复地分流、汇流过程中，热淡水主要在经换热管时由外部海水直接吸热，产生热交换，实现热淡水的冷却；该非能动舷外换热器极大地简略了换热辅助设施，实现了低能耗、低噪声的换热，有效降低了整体体积和重量，大大提升了换热设备的安全性和可靠性；

本发明还包括如下优点：

热淡水在换热器中重复不断地分流、汇流，促进了换热器中淡水的流动，使得换热器中淡水冷却均匀；

经大集水室分流至支管，再经小集水室分流至换热管，大大增加了热淡水与外部海水的贴合面积，提升了换热器效率；

换热器整体浸泡于海水中，热淡水在经淡水进口进入换热器的大集水室起便开始与外部海水产生热交换，直至淡水经淡水出口流出，助力于换热器整体的换热效率；

本发明的非能动舷外换热器在使用时具有一定的自适应能力，根据淡水温度的高低，自适应地调整海水自然循环能力。例如，当舱内冷却用户的发热量增加时，换热器内的淡水温度将会升高，那么贴近换热管的海水温度也将进一步升高，高密度差形成的驱动力更大，产生更大的自然循环流量。

附图说明

图1为现有的舷外冷却原理图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明换热单元的结构示意图(爆炸图)。

图4为本发明小集水室与换热管之间的安装示意图。

其中：1、热淡水口；2、冷淡水口；3、海水泵；4、换热单元；5、淡水进口；6、弯管；7、淡水出口；41、大集水室；42、支管；43、小集水室；44、换热管。

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2所示，本实施例的用于水下平台的非能动舷外换热器，包括首尾相接的多个换热单元4，头部和尾部的换热单元4分别与外部接管连通；

如图3所示，单个换热单元4为对称结构，其具体结构为：包括中部的换热管44，多根换热管44构成一组，单组换热管44两端端头分别共同连通有小集水室43；单侧的多个小集水室43经支管42后共同连通至大集水室41；相邻换热单元4的大集水室41相连通，首尾换热单元4的一个大集水室41与外部接管连通。

换热单元4依次并列排布；相邻换热单元4同端头的大集水室41之间通过弯管6连通，构成换热器内部整体蛇形结构的通路。

位于最外侧的两个换热单元4，一个换热单元4的一端大集水室41连通有淡水进口5，另一个换热单元4的一端大集水室41连通有淡水出口7。

淡水进口5与外部管路的热淡水口1连通，淡水出口7与外部管路的冷淡水口2连通。

热淡水经淡水进口5流至换热单元4中进行蛇形迂回，热淡水经大集水室41分流至支管42，再经小集水室43分流至换热管44，然后由多根换热管44汇流至小集水室43，再经支管42汇流至大集水室41后，流至下一换热单元4，直至淡水出口7流出，重复的分流、汇流过程促进了换热器中淡水的流动，使得换热器中淡水冷却均匀；并且，经大集水室41分流至支管42，再经小集水室43分流至换热管44，大大增加了热淡水与外部海水的贴合面积，提升了换热器效率。

弯管6为U型结构。

两端各自安装有小集水室43的多组换热管44呈矩阵形式并列排布，单个小集水室43上均连通有一个支管42；单个换热单元4同端部的多个支管42共同连通至同一个大集水室41。

换热管44的数量为九组，九组换热管44以九宫格的形式并列排布。

如图4所示，一组换热管44的数量为六根，六根换热管44并列排布，六根换热管44共同在两端端头均连通有小集水室43。

大集水室41和小集水室43均为球形结构，其有利于承受海水的压力，并降低了重量，提高了可靠性。

单根换热管44为光滑直管结构；换热管44是换热器内淡水与外部海水进行热交换的主要部分。

将换热器安装于水下平台的舷外，淡水进口5和淡水出口7分别与淡水管路的热淡水口1和冷淡水口2相连，构成通路。

本实施例的非能动舷外换热器整体浸泡于海水中，热淡水在经淡水进口5进入换热器的大集水室41起便开始与外部海水产生热交换，直至淡水经淡水出口7流出，助力于换热器整体的换热效率。

本发明的工作原理为：

热淡水经淡水进口5流至相接的换热单元4的大集水室41，经支管42分流至小集水室43，再由各小集水室43分流至各个换热管44，并在该换热单元4另一端大集水室41汇流后流至下一换热单元4，以此重复直至从淡水出口7流出，在该不断重复地分流、汇流过程中，热淡水主要在经换热管44时由外部海水直接吸热，产生热交换，实现热淡水的冷却；

贴近于换热管44的海水在吸热后，温度升高密度减小，海水依靠自身的密度差产生自然对流，从而不断有温度相对低的海水贴近于换热管44，对换热管44内的热淡水进行不断冷却。

本实施例的非能动舷外换热器在使用时具有一定的自适应能力，根据淡水温度的高低，能够自适应地调整海水自然循环能力。例如，当舱内冷却用户的发热量增加时，换热器内的淡水温度将会升高，那么贴近换热管44的海水温度也将进一步升高，高密度差形成的驱动力更大，产生更大的自然循环流量。

本发明结构紧凑合理巧妙，有效助力于简化现有水下平台的换热器，并且巧妙依赖于海水的自适应流动，实现了低能耗、低噪声的换热，安全可靠。

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。

Claims (10)

1.一种用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：包括首尾相接的多个换热单元(4)，头部和尾部的换热单元(4)分别与外部接管连通；

单个换热单元(4)为对称结构，其具体结构为：包括中部的换热管(44)，多根换热管(44)构成一组，单组换热管(44)两端端头分别共同连通有小集水室(43)；单侧的多个小集水室(43)经支管(42)后共同连通至大集水室(41)；相邻换热单元(4)的大集水室(41)相连通，首尾换热单元(4)的一个大集水室(41)与外部接管连通。

2.如权利要求1所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：所述换热单元(4)依次并列排布；相邻换热单元(4)同端头的大集水室(41)之间通过弯管(6)连通，构成换热器内部整体蛇形结构的通路。

3.如权利要求2所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：位于最外侧的两个换热单元(4)，一个换热单元(4)的一端大集水室(41)连通有淡水进口(5)，另一个换热单元(4)的一端大集水室(41)连通有淡水出口(7)。

4.如权利要求3所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：所述淡水进口(5)与外部管路的热淡水口(1)连通，淡水出口(7)与外部管路的冷淡水口(2)连通。

5.如权利要求2所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：所述弯管(6)为U型结构。

6.如权利要求1所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：两端各自安装有小集水室(43)的多组换热管(44)呈矩阵形式并列排布，单个小集水室(43)上均连通有一个支管(42)；单个换热单元(4)同端部的多个支管(42)共同连通至同一个大集水室(41)。

7.如权利要求6所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：所述换热管(44)的数量为九组，九组换热管(44)以九宫格的形式并列排布。

8.如权利要求1所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：一组换热管(44)的数量为六根，六根换热管(44)并列排布，六根换热管(44)共同在两端端头均连通有小集水室(43)。

9.如权利要求1所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：所述大集水室(41)和小集水室(43)均为球形结构。

10.如权利要求1所述的用于水下平台的非能动舷外换热器，其特征在于：单根换热管(44)为光滑直管结构。

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