CN112179162A - 一种集成式海淡水换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，公开了一种集成式海淡水换热器，包括：进口换热器组件、蜗壳过渡体组件、潜液泵及出口换热器组件，所述进口换热器组件和所述出口换热器组件通过所述蜗壳过渡体组件连接在一起，所述潜液泵通过所述蜗壳过渡体组件安装在所述出口换热器组件的内部。通过把潜液泵集成在换热器内部，且把换热器和潜液泵设计为浸没在冷却介质中，提高了设备的集成度，减小了设备尺寸；同时，可大幅减少潜液泵的扬程设计，可降低潜液泵的耗功。

Description

一种集成式海淡水换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种集成式海淡水换热器。

背景技术

海上风电冷却系统主要由换热器、循环泵、控制阀门、管道和管路附件等组成；其中换热器和循环泵设计的优劣直接关系到冷却系统运行的经济性、可靠性和安全性。近年来风电机组单机功率普遍达到了5MW以上，且逐步由陆上风电场向海上风电场发展；随着换热量的增大，所需的换热器的体积逐步增大、冷却介质的循环量也同步增大；海上风电冷却系统逐步由一次液冷二次风冷向一次液冷二次海水冷却的技术路线发展。

现有的海淡水换热器、海水循环泵是分别独立设计、并通过管道连接，一般布置在平台上或岸上。在风电机组冷却系统中安装平台一般距离海水平面在10米左右，且海水涨潮落潮水位差达到了10米左右，因此如果把海水循环泵布置在平台上吸高不能满足安装平台高和潮水变化的要求；如果把海淡水换热器布置在平台上、海水循环泵布置在海水中，海水循环泵至少需要把海水输送至15米以上的高度，大幅增加了海水循环泵的扬程。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集成式海淡水换热器，通过把潜液泵集成在换热器内部，且把换热器和潜液泵设计为浸没在冷却介质中，提高了设备的集成度，减小了设备尺寸；同时，可大幅减少潜液泵的扬程设计，可降低潜液泵的耗功。

本发明提供的技术方案如下：

一种集成式海淡水换热器，包括：进口换热器组件、蜗壳过渡体组件、潜液泵及出口换热器组件，所述进口换热器组件和所述出口换热器组件通过所述蜗壳过渡体组件连接在一起，所述潜液泵通过所述蜗壳过渡体组件安装在所述出口换热器组件的内部。

本技术方案中，通常的海淡水换热器、海水循环泵是分别独立设计、并通过管道连接一般布置在平台上或岸上；本集成式海淡水换热器把冷却循环泵集成在换热器内部，且把换热器和冷却循环泵设计为浸没在冷却介质中；该设计应用在海洋工程中，带来的优点是显著的，可节约海水管道、减少海水循环管路阻力、没有海水泵安装时的吸高限制、不需要把海水输送到很高的位置，因此可大幅减少海水循环泵的扬程设计，可节省70％左右的海水循环泵耗功。

进一步优选地，所述进口换热器组件包括进口换热器壳体，所述进口换热器壳体上设有第一淡水进口、第一淡水出口、第一海水进口及第一海水出口，所述第一淡水进口与所述第一淡水出口连通，所述第一海水进口与所述第一海水出口连通，且所述第一海水出口与所述蜗壳过渡体组件连通；

所述蜗壳过渡体组件设有第二淡水进口，所述出口换热器组件包括出口换热器壳体，所述出口换热器壳体上设有第二淡水出口、第二海水进口及第二海水出口，所述第二淡水进口与所述第二淡水出口连通，所述第二海水进口与所述第二海水出口连通，且所述第二海水进口与所述蜗壳过渡体组件连通。

进一步优选地，所述第一淡水出口通过连接管与所述第二淡水进口可拆卸连接。

本技术方案中，集成式海淡水换热器既可作为两个换热器并联使用，也可作为单个换热器串联使用；因此可以适用于两个闭式循环冷却系统；从而简化了系统换热器的配置数量。

进一步优选地，所述蜗壳过渡体组件包括蜗壳、外壳、螺旋隔板及若干个淡水连接管，所述螺旋隔板在所述蜗壳和所述外壳之间形成螺旋形的流道，若干个所述淡水连接管设置在所述蜗壳靠近所述出口换热器组件的一端，使所述流道的一端与所述第二淡水进口连通，所述流道的另一端通过若干个所述淡水连接管与所述第二淡水出口连通。

本技术方案中，通过螺旋隔板在蜗壳和外壳之间形成螺旋形的流道，蜗壳周向均布若干个连接管；通过巧妙的设计，既利用了蜗壳过渡体作为出口换热器组件的淡水进口管，又把蜗壳形成了出口换热器组件的一部分；此设计带来的好处是多重的，既利用了蜗壳增大了换热面积，方便了淡水进口布置，提高了设备的紧凑性；在寒冷地区使用时，还可确保蜗壳内的海水不容易结冰。

进一步优选地，所述进口换热器组件，还包括：第一淡水流道及若干个第一海水流道；

所述第一淡水流道的两端分别与所述第一淡水进口和所述第一淡水出口连通，所述第一淡水流道为螺旋状的板式结构；

所述第一海水流道的两端分别与所述第一海水进口和所述第一海水出口连通，所述第一海水进口设置在所述进口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件的一端，所述第一海水出口设置在所述进口换热器壳体靠近所述蜗壳过渡体组件的一端；

所述第一淡水流道与所述第一海水流道的流向为垂直相交流通形式。

进一步优选地，所述第一淡水进口设置在所述进口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件一端的中心处，所述第一淡水出口设置在所述进口换热器壳体的一侧；

或，所述第一淡水出口设置在所述进口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件一端的中心处，所述第一淡水进口设置在所述进口换热器壳体的一侧。

本技术方案中，淡水由进口换热器中心流入沿进口换热器的周向螺旋式的流到进口换热器的外壳一侧流出，淡水的流向亦可由外壳一侧进入，经进口换热器中心流出；海、淡水的流向为垂直相交流通形式；通过该设计既提高了换热系数，又提高了单位体积内的换热面积；从而可大幅减少换热器的体积重量。

进一步优选地，所述出口换热器组件，还包括：安装孔、若干个第二淡水流道及若干个第二海水流道；

所述安装孔位于所述出口换热器壳体的轴向中心，所述潜液泵安装在所述安装孔内，使所述潜液泵的叶轮端位于所述蜗壳内；

所述第二淡水流道的两端分别与所述淡水连接管和所述第二淡水出口连通；

所述第二海水流道的两端分别与所述第二海水进口和所述第二海水出口连通，所述第二海水进口设置在所述出口换热器壳体靠近所述蜗壳过渡体组件的一端，所述第二海水出口设置在所述出口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件的一端；

所述第二淡水流道与所述第二海水流道的流向为垂直相交流通形式。

本技术方案中，淡水由出口换热器的一端流入沿出口换热器的周向螺旋式的流到出口换热器的外壳一侧流出；海、淡水的流向为垂直相交流通形式，通过该设计既提高了换热系数，又提高了单位体积内的换热面积，从而可大幅减少换热器的体积重量；出口换热器的中心留出了安装潜液泵的空间，形成了一个环形的换热器，提高了设备的紧凑性。

进一步优选地，若干个所述淡水连接管的进口端在所述出口换热器壳体靠近所述蜗壳过渡体组件的一端围绕所述安装孔周向均布，所述第二淡水出口设置在所述出口换热器壳体的一侧。

进一步优选地，若干个周向布置的所述淡水连接管与所述第二海水进口之间形成了海水进入所述出口换热器组件的通道。

进一步优选地，集成式海淡水换热器还包括：密封件及紧固件；

所述密封件设置在所述蜗壳过渡体组件和所述出口换热器组件之间，所述蜗壳过渡体组件和所述出口换热器组件通过所述密封件和所述紧固件密封连接。

与现有技术相比，本发明的集成式海淡水换热器有益效果在于：

本发明中，集成式海淡水换热器把冷却循环泵集成在换热器内部，且把换热器和冷却循环泵设计为浸没在冷却介质中；该设计应用在海洋工程中，带来的优点是显著的，可节约海水管道、减少海水循环管路阻力、没有海水泵安装时的吸高限制、不需要把海水输送到很高的位置，因此可大幅减少海水循环泵的扬程设计，可节省70％左右的海水循环泵耗功。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一具体实施例集成式海淡水换热器的结构示意图；

图2是本发明一具体实施例进口换热器组件的结构示意图；

图3是本发明一具体实施例进口换热器组件的局部结构放大图；

图4是本发明一具体实施例进口换热器组件的剖视图；

图5是本发明一具体实施例蜗壳过渡体组件的剖视图；

图6是本发明一具体实施例蜗壳过渡体组件的局部结构示意图；

图7是本发明一具体实施例出口换热器组件的局部结构示意图；

图8是本发明一具体实施例出口换热器组件另一视角的结构示意图。

附图标号说明：

10.进口换热器组件，11.第一淡水进口，12.第一淡水出口，13.第一海水进口，14.第一海水出口，15.第一淡水流道，16.第一海水流道，20.蜗壳过渡体组件，21.第二淡水进口，22.蜗壳，23.外壳，24.螺旋隔板，25.淡水连接管，26.流道，30.潜液泵，40.出口换热器组件，41.第二淡水出口，42.第二海水进口，43.第二海水出口，44.安装孔，45.第二淡水流道，46.第二海水流道，50.密封件，60.紧固件。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用以解释本发明的各种组件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些组件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些组件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。

作为一个具体实施例，如图1所示，本实施例提供了一种集成式海淡水换热器，包括：进口换热器组件10、蜗壳过渡体组件20、潜液泵30及出口换热器组件40，进口换热器组件10和出口换热器组件40通过蜗壳过渡体组件20连接在一起，潜液泵30通过蜗壳过渡体组件20安装在出口换热器组件40的内部。

本实施例中，潜液泵30是指潜水泵，一种用于放置在液体内使用的泵体。通常的海淡水换热器、海水循环泵是分别独立设计、并通过管道连接；本集成式海淡水换热器把冷却循环泵集成在换热器内部，显著提高了设备的集成度，减小了设备尺寸；该设计应用在海洋工程中时，带来的优点是显著的，可节约海水管道、减少海水循环管路阻力。通常的海淡水换热器、海水循环泵一般布置在平台上或岸上；本集成式海淡水换热器选择使用潜液泵30，并把潜液泵30集成在换热器内部，使换热器和潜液泵30浸没在冷却介质中。在风电机组冷却系统中安装平台一般距离海水平面在10米左右，且海水涨潮落潮水位差达到了10米左右，因此如果把水泵布置在平台上吸高不能满足安装平台高和潮水变化的要求；如果把换热器布置在平台上、水泵布置在海水中，海水泵至少需要把海水输送至15米以上的高度，大幅增加了海水泵的扬程。本发明应用在海洋工程中时，既可节约海水管道、减少海水循环管路阻力、又没有海水泵安装时的吸高限制、也不需要把海水输送到很高的位置，因此可大幅减少海水循环泵的扬程设计，可节省70％左右的海水循环泵耗功，电机功率减少可大幅减小电机的尺寸，提高设备的紧凑性。本发明的集成式海淡水换热器，应用于海洋工程中的海淡水换热器的设计，尤其适用于3MW以上大功率的海上风电机组的冷却系统中应用的海淡水换热器的设计。

进一步地，集成式海淡水换热器还包括：密封件50及紧固件60。密封件50可以为密封垫片，密封件50设置在蜗壳过渡体组件20和出口换热器组件40之间，蜗壳过渡体组件20和出口换热器组件40通过紧固件60固定连接。紧固件60可以为螺栓，可以实现蜗壳过渡体组件20和出口换热器组件40的可拆卸密封连接。

在另一实施例中，如图1所示，在上述实施例的基础上，进口换热器组件10包括圆柱形的进口换热器壳体，进口换热器壳体上设有第一淡水进口11、第一淡水出口12、第一海水进口13及第一海水出口14。第一淡水进口11与第一淡水出口12连通，第一海水进口13与第一海水出口14连通，且第一海水出口14与蜗壳过渡体组件20连通。蜗壳过渡体组件20设有第二淡水进口21，出口换热器组件40包括圆柱形的出口换热器壳体，出口换热器壳体上设有第二淡水出口41、第二海水进口42及第二海水出口43，第二淡水进口21与第二淡水出口41连通，第二海水进口42与第二海水出口43连通，且第二海水进口42与蜗壳过渡体组件20连通。第一淡水出口11通过连接管与第二淡水进口21可拆卸连接。

本实施例中，集成式海淡水换热器布置有第一淡水进口11、第二淡水进口21、第一淡水出口12、第二淡水出口41。进口换热器组件10的第一海水出口13与潜液泵30的进口直接相连，潜液泵30的出口与出口换热器组件40的第二海水进口42相连。可通过连接管把第一淡水出口12和第二淡水进口21短接的形式，把两个可独立工作的换热器转换为同一个换热器的前后半程。由于海上风电水冷系统要求发电机和变流器的两个冷却回路份开布置，因此该种设计特别适用于海上风电水冷系统。

在另一实施例中，如图1、图5、图6所示，在上述实施例的基础上，蜗壳过渡体组件20包括蜗壳22、外壳23、螺旋隔板24及若干个淡水连接管25。螺旋隔板24在蜗壳22和外壳23之间形成螺旋形的流道26，若干个淡水连接管25设置在蜗壳22靠近出口换热器组件40的一端，使流道26的一端与第二淡水进口21连通，流道26的另一端通过若干个淡水连接管25与第二淡水出口41连通。螺旋隔板24在蜗壳22和外壳23之间形成螺旋形的流道26，蜗壳22周向均布若干个淡水连接管25；通过巧妙的设计，既利用了蜗壳过渡体组件20作为出口换热器组件40的淡水进口管，又把蜗壳22形成了出口换热器组件40的一部分。此设计带来的好处是多重的，既利用了蜗壳22增大了换热面积，方便了淡水进口布置，提高了设备的紧凑性；在寒冷地区使用时，还可确保蜗壳内的海水不容易结冰。

在另一实施例中，如图1至图4所示，在上述实施例的基础上，进口换热器组件10还包括：第一淡水流道15及若干个第一海水流道16。第一淡水流道15的两端分别与第一淡水进口11和第一淡水出口12连通，第一淡水流道15为螺旋状的板式结构。第一淡水进口12设置在进口换热器壳体远离蜗壳过渡体组件20一端的中心处，第一淡水出口12设置在进口换热器壳体的一侧。或者，第一淡水出口12设置在进口换热器壳体远离蜗壳过渡体组件20一端的中心处，第一淡水进口12设置在进口换热器壳体的一侧。第一海水流道16的两端分别与第一海水进口13和第一海水出口14连通，第一海水进口13设置在进口换热器壳体远离蜗壳过渡体组件20的一端，第一海水出口14设置在进口换热器壳体靠近蜗壳过渡体组件20的一端。第一淡水流道15与第一海水流道16的流向为垂直相交流通形式。

本实施例中，淡水由进口换热器壳体的中心流入沿进口换热器的周向螺旋式的流到进口换热器的外壳一侧流出，淡水的流向亦可由外壳一侧进入，经进口换热器壳体的中心流出，海、淡水的流向为垂直相交流通形式。通过该设计既提高了换热系数，又提高了单位体积内的换热面积，从而可大幅减少换热器的体积重量。

在另一实施例中，如图1、图7、图8所示，在上述实施例的基础上，出口换热器组件还包括：安装孔44、若干个第二淡水流道45及若干个第二海水流道46。安装孔44位于出口换热器壳体的轴向中心，潜液泵30安装在安装孔44内，使潜液泵30的叶轮端位于蜗壳22内。第二淡水流道45的两端分别与淡水连接管25和第二淡水出口41连通。若干个淡水连接管25的进口端在出口换热器壳体靠近蜗壳过渡体组件20的一端围绕安装孔44周向均布，第二淡水出口41设置在出口换热器壳体的一侧。若干个周向布置的淡水连接管25与第二海水进口42之间形成了海水进入出口换热器组件40的通道。第二海水流道46的两端分别与第二海水进口42和第二海水出口43连通，第二海水进口42设置在出口换热器壳体靠近蜗壳过渡体组件20的一端，第二海水出口43设置在出口换热器壳体远离蜗壳过渡体组件20的一端。第二淡水流道45与第二海水流道46的流向为垂直相交流通形式。

本实施例中，集成式海淡水换热器的出口换热器组件40的第二淡水流道45，如图7、图8中，有一个环向的淡水流道接口，有若干个周向布置的淡水连接管25，由环向流道与周向均布的淡水连接管25形成了如第二淡水进口21的箭头和引线所示的淡水流道。出口换热器组件40的第二海水流道46，如图8中，在若干个周向布置的淡水连接管25之间形成了海水流通的空间，如图7所示，在周向布置的淡水连接管25与出口换热器组件40的进口之间形成了海水进入出口换热器的通道。通过该巧妙的设计，既连通了蜗壳22与出口换热器间的淡水，又在该连接位置形成了局部的管壳式换热器结构，有效的增了换热面积，提高了设备的紧凑性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成式海淡水换热器，其特征在于，包括：进口换热器组件、蜗壳过渡体组件、潜液泵及出口换热器组件，所述进口换热器组件和所述出口换热器组件通过所述蜗壳过渡体组件连接在一起，所述潜液泵通过所述蜗壳过渡体组件安装在所述出口换热器组件的内部。

2.根据权利要求1所述的集成式海淡水换热器，其特征在于：

所述进口换热器组件包括进口换热器壳体，所述进口换热器壳体上设有第一淡水进口、第一淡水出口、第一海水进口及第一海水出口，所述第一淡水进口与所述第一淡水出口连通，所述第一海水进口与所述第一海水出口连通，且所述第一海水出口与所述蜗壳过渡体组件连通；

所述蜗壳过渡体组件设有第二淡水进口，所述出口换热器组件包括出口换热器壳体，所述出口换热器壳体上设有第二淡水出口、第二海水进口及第二海水出口，所述第二淡水进口与所述第二淡水出口连通，所述第二海水进口与所述第二海水出口连通，且所述第二海水进口与所述蜗壳过渡体组件连通。

3.根据权利要求2所述的集成式海淡水换热器，其特征在于：

所述第一淡水出口通过连接管与所述第二淡水进口可拆卸连接。

4.根据权利要求2所述的集成式海淡水换热器，其特征在于：

所述蜗壳过渡体组件包括蜗壳、外壳、螺旋隔板及若干个淡水连接管，所述螺旋隔板在所述蜗壳和所述外壳之间形成螺旋形的流道，若干个所述淡水连接管设置在所述蜗壳靠近所述出口换热器组件的一端，使所述流道的一端与所述第二淡水进口连通，所述流道的另一端通过若干个所述淡水连接管与所述第二淡水出口连通。

5.根据权利要求4所述的集成式海淡水换热器，其特征在于，所述进口换热器组件，还包括：第一淡水流道及若干个第一海水流道；

所述第一淡水流道的两端分别与所述第一淡水进口和所述第一淡水出口连通，所述第一淡水流道为螺旋状的板式结构；

所述第一海水流道的两端分别与所述第一海水进口和所述第一海水出口连通，所述第一海水进口设置在所述进口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件的一端，所述第一海水出口设置在所述进口换热器壳体靠近所述蜗壳过渡体组件的一端；

所述第一淡水流道与所述第一海水流道的流向为垂直相交流通形式。

6.根据权利要求5所述的集成式海淡水换热器，其特征在于：

所述第一淡水进口设置在所述进口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件一端的中心处，所述第一淡水出口设置在所述进口换热器壳体的一侧；

或，所述第一淡水出口设置在所述进口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件一端的中心处，所述第一淡水进口设置在所述进口换热器壳体的一侧。

7.根据权利要求4所述的集成式海淡水换热器，其特征在于，所述出口换热器组件，还包括：安装孔、若干个第二淡水流道及若干个第二海水流道；

所述安装孔位于所述出口换热器壳体的轴向中心，所述潜液泵安装在所述安装孔内，使所述潜液泵的叶轮端位于所述蜗壳内；

所述第二淡水流道的两端分别与所述淡水连接管和所述第二淡水出口连通；

所述第二海水流道的两端分别与所述第二海水进口和所述第二海水出口连通，所述第二海水进口设置在所述出口换热器壳体靠近所述蜗壳过渡体组件的一端，所述第二海水出口设置在所述出口换热器壳体远离所述蜗壳过渡体组件的一端；

所述第二淡水流道与所述第二海水流道的流向为垂直相交流通形式。

8.根据权利要求7所述的集成式海淡水换热器，其特征在于：

若干个所述淡水连接管的进口端在所述出口换热器壳体靠近所述蜗壳过渡体组件的一端围绕所述安装孔周向均布，所述第二淡水出口设置在所述出口换热器壳体的一侧。

9.根据权利要求8所述的集成式海淡水换热器，其特征在于：

若干个周向布置的所述淡水连接管与所述第二海水进口之间形成了海水进入所述出口换热器组件的通道。

10.根据权利要求1所述的集成式海淡水换热器，其特征在于，还包括：密封件及紧固件；

所述密封件设置在所述蜗壳过渡体组件和所述出口换热器组件之间，所述蜗壳过渡体组件和所述出口换热器组件通过所述密封件和所述紧固件密封连接。

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