CN112357039A - 动力设备壳侧冷却换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船用设备技术领域，提供一种动力设备壳侧冷却换热系统，包括：舱内动力设备冷却管路、换热器和射流装置；换热器设置在船体与外船板之间，换热器包括上封头、下封头、换热管和外壳体，外壳体与船体之间形成换热腔，换热管位于换热腔内，换热腔和换热管竖向设置，换热管连通上封头和下封头，上封头和下封头连通舱内动力设备冷却管路，外壳体上设置有分别连通换热腔的入水口和出水口；外船板上设置有海水入口和海水出口；射流装置位于出水口位置，射流装置连接舱内中压空气系统并朝向海水出口喷射中压空气。动力设备壳侧冷却换热系统能够对舱内的动力设备进行降温，实现换热器与海水的强制对流换热，提高换热效率，并且能够调节换热能力。

Description

动力设备壳侧冷却换热系统
技术领域
本发明涉及船用设备技术领域，尤其涉及一种动力设备壳侧冷却换热系统。
背景技术
当前船舶舷外冷却器一般布置在海底门处，舷外海水通过底部格栅进入冷却器箱，与舷外冷却器内热介质发生热交换被加热后，由于密度减小而上升至冷却器箱高处格栅逸出。现有舷外冷却器与海水换热形式为自然对流，换热效率低，并且海水与舷外冷却器器之间仅有一道格栅，舷外冷却器容易受到污染物堵塞，使其换热能力下降，导致舱内被冷却设备发生过热事故。
发明内容
本发明实施例提供一种动力设备壳侧冷却换热系统，用以解决现有技术中舷外冷却器采用自然对流而导致的换热效率低，易堵塞的问题。
本发明实施例提供一种动力设备壳侧冷却换热系统，包括：舱内动力设备冷却管路、换热器和射流装置；所述舱内动力设备冷却管路用于为船舱内的动力设备降温；所述换热器设置在船体与外船板之间，所述换热器包括上封头、下封头、换热管和外壳体，所述外壳体与所述船体之间形成换热腔，所述换热管位于所述换热腔内，所述换热腔和所述换热管竖向设置，所述换热管一端连通所述上封头，另一端连通所述下封头，所述上封头和所述下封头分别连通所述舱内动力设备冷却管路，所述外壳体上设置有分别连通所述换热腔的入水口和出水口，所述入水口和所述出水口竖向排布；所述外船板上设置有连通至所述入水口的海水入口和连通至所述出水口的海水出口；所述射流装置位于所述出水口位置，所述射流装置连接舱内中压空气系统并朝向所述海水出口喷射中压空气。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述射流装置包括喷头和引流管，所述喷头一端连接所述舱内中压空气系统，另一端插入所述引流管内，所述引流管靠近所述喷头一端与所述喷头之间形成引流间隙，所述引流管背离所述喷头一端朝向所述海水出口。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述引流管靠近所述喷头一端设置有扩口，所述喷头插入所述扩口内。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述喷头靠近所述引流管一端设置有锥形的缩口，所述缩口上设置有延伸管。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述引流管背离所述喷头一端设置有扩散口，所述扩散口由靠近所述喷头一端至背离所述喷头一端口径逐渐增大。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述入水口的开口位置设置有入口格栅，所述入口格栅形成朝向所述海水入口的倾角；和/或所述出水口的开口位置设置有出口格栅，所述出口格栅形成朝向海水出口的倾角。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述换热腔内设置有至少一个第一折流板和至少一个第二折流板，所述第一折流板和所述第二折流板垂直于所述换热管，所述第一折流板与所述船体固定连接并与所述外壳体之间形成间隔，所述第二折流板与所述外壳体固定连接并与所述船体之间形成间隔，所述第一折流板和所述第二折流板在竖向上交替设置。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述外壳体与所述外船板之间设置有进水挡板，所述进水挡板位于所述入水口和所述出水口之间，且靠近所述入水口一侧。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述海水出口位置设置有海水格栅。
根据本发明一个实施例的动力设备壳侧冷却换热系统，所述换热腔和所述换热管呈弧形并沿所述船体的侧壁延伸。
本发明实施例提供的动力设备壳侧冷却换热系统，利用船体与外船板之间的间隙安装换热器，换热器连接舱内动力设备冷却管路，对舱内的动力设备进行降温。换热腔和换热管竖向设置，进行换热时能够产生自然对流。射流装置连接舱内中压空气，中压空气由射流装置喷射出，能够防止海水出口位置被污染物堵塞，并且中压空气流速较大，产生负压，能够使气流周围的海水跟随气流流动方向快速流出海水出口，实现换热器与海水的强制对流换热，提高换热效率。并且，通过调整射流装置喷出的空气压力可以方便的调整海水的吸入速度以及与之密切相关的换热系数，达到根据工况调节换热能力的效果。
附图说明
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是本发明实施例提供的一种动力设备壳侧冷却换热系统的整体结构示意图(图1中箭头表示海水流动方向)；
图2是本发明实施例提供的一种动力设备壳侧冷却换热系统中的射流装置的结构示意图(图2中箭头表示中压空气流动方向和海水流动方向)；
图3是本发明实施例提供的一种动力设备壳侧冷却换热系统中的入口格栅的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种动力设备壳侧冷却换热系统中的出口格栅的结构示意图。
附图标记：
100、舱内动力设备冷却管路；200、换热器；210、上封头；220、下封头；230、外壳体；231、入水口；232、出水口；233、入口格栅；234、出口格栅；240、换热管；250、第一折流板；260、第二折流板；300、射流装置；310、喷头；311、缩口；312、延伸管；320、引流管；321、扩口；322、扩散口；330、引流间隙；400、换热腔；500、船体；600、外船板；610、进水挡板；620、海水格栅；700、中压空气系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
下面结合图1-图2描述本发明实施例的动力设备壳侧冷却换热系统。
动力设备壳侧冷却换热系统包括：舱内动力设备冷却管路100、换热器200和射流装置300。舱内动力设备冷却管路100用于为船舱内的动力设备降温，其中的船舱内的动力设备可以包括柴油机、蒸汽轮机等，船舱内的动力设备的循环水通过舱内动力设备冷却管路100进行循环，实现换热降温。
换热器200设置在船体500与外船板600之间，换热器200包括上封头210、下封头220、换热管240和外壳体230。上封头210、下封头220可以为水箱结构，上封头210位于下封头220的上侧，两者在竖向上沿船体500侧壁间隔布置。
外壳体230与船体500之间形成换热腔400，换热管240位于换热腔400内，换热腔400和换热管240竖向设置。换热管240一端连通上封头210，另一端连通下封头220，上封头210和下封头220分别连通舱内动力设备冷却管路100。上封头210和下封头220可以设置在换热腔400内，也可以设置在换热腔400外，当上封头210和下封头220设置在换热腔400外时，换热管240穿过外壳体230的端板后与上封头210和下封头220连接，舱内动力设备冷却管路100中的冷却水可依次流经下封头220、换热管240和上封头210回到舱内动力设备冷却管路100中。
换热管240设置有多个，下封头220内的冷却水可以同时通过多个换热管240流入上封头210。
外壳体230上设置有分别连通换热腔400的入水口231和出水口232，入水口231和出水口232竖向排布；外船板600上设置有连通至入水口231的海水入口和连通至出水口232的海水出口。海水能够通过海水入口进入船体500和外船板600的夹层，并通过入水口231进入换热腔400内，海水包裹换热管240，与换热管240进行热交换；换热后的海水依次流经出水口232和海水出口后排出。
射流装置300位于出水口232位置，射流装置300连接舱内中压空气系统700并朝向海水出口喷射中压空气。射流装置300提供的中压空气由射流装置300向海水出口喷射的过程中，能够冲击海水出口，避免海水出口被污染堵塞，并且增快海水排出速度，进而增强换热。
在本发明一个实施例中，射流装置300包括喷头310和引流管320，喷头310一端连接舱内中压空气系统700，另一端插入引流管320内。引流管320与喷头310共轴线，引流管320靠近喷头310一端的口径较喷头310靠近引流管320一端的口径大，从而使引流管320靠近喷头310一端与喷头310之间形成引流间隙330，引流管320背离喷头310一端朝向海水出口。由喷头310喷出的中压空气进入引流管320后沿引流管320继续流动，引流管320内的空气流动速度交外部海水的流动速度大，压强小，使海水由引流间隙330进入引流管320，并随空气由海水出口喷出，从而增加海水流动性，提高换热效率。
进一步地，引流管320靠近喷头310一端设置有扩口321，喷头310插入扩口321内。通过设置扩口321结构能够方便引流管320与喷头310的对接，并且能够使海水更顺利地进入引流管320内。
更进一步地，喷头310靠近引流管320一端设置有锥形的缩口311，缩口311上设置有延伸管312，缩口311结构能够使喷头310喷出的中压空气流动速度更快，而延伸管312可以使空气由喷头310喷出后方向更集中，有利于具有更远的喷射距离。
可选的，引流管320背离喷头310一端设置有扩散口322，扩散口322由靠近喷头310一端至背离喷头310一端口径逐渐增大。中压空气和携带的海水在经过引流管320到达扩散口322后可向外产生一定范围的扩散，从而增大对海水的扰动范围，进一步提高换热效率。
结合图3，入水口231的开口位置设置有入口格栅233，入口格栅233能够防止污染物进入换热腔400内，起到保护作用；入口格栅233形成朝向海水入口的倾角，使海水能够更顺利地进入换热腔400内。
结合图4，出水口232设置有出口格栅234，出口格栅234形成朝向海水出口的倾角，出口格栅234同样能够避免污染物进入换热腔400，更重要的是能够起到导流作用。
回见图1，在本发明一个实施例中，换热腔400内设置有至少一个第一折流板250和至少一个第二折流板260，第一折流板250和第二折流板260垂直于换热管240。第一折流板250与船体500固定连接并与外壳体230之间形成间隔，第二折流板260与外壳体230固定连接并与船体500之间形成间隔，海水可以由第一折流板250与外壳体230之间的间隔和第二折流板260与船体500之间的间隔通过。第一折流板250和第二折流板260在竖向上交替设置，海水经过换热腔400时，受到第一折流板250和第二折流板260的影响，在换热腔400内呈折线方向流动，保证换热腔400内各部分均可达到良好的换热。
可选的，外壳体230与外船板600之间设置有进水挡板610，进水挡板610位于入水口231和出水口232之间，且靠近入水口231一侧。进水挡板610能够避免由海水入口进入的海水在未经过换热腔400换热的情况下直接由海水出口排出。进水挡板610对海水起到引导作用，保证换热效果。
进一步可选的，海水出口位置设置有海水格栅620，海水格栅620既能够避免污染物进入外船板600与船体500之间的间隙，又能够对海水起到导向作用，使海水更顺利地排向大海。
在本发明一个实施例中，换热腔400和换热管240呈弧形，并沿船体500的侧壁延伸。受到船体500和外船板600形状的影响，船体500和外船板600之间的间隙为沿船体500侧壁延伸的弧形结构。将换热腔400和换热管240设置为弧形，并使其沿船体500侧壁延伸，能够使换热管240具有更大的安装长度，提高换热效果。
本发明实施例中的动力设备壳侧冷却换热系统，能够利用海水进行换热，换热过程中能够通过射流装置300加速海水流动，提高换热效率。
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。

Claims (10)

1.一种动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，包括：舱内动力设备冷却管路、换热器和射流装置；所述舱内动力设备冷却管路用于为船舱内的动力设备降温；所述换热器设置在船体与外船板之间，所述换热器包括上封头、下封头、换热管和外壳体，所述外壳体与所述船体之间形成换热腔，所述换热管位于所述换热腔内，所述换热腔和所述换热管竖向设置，所述换热管一端连通所述上封头，另一端连通所述下封头，所述上封头和所述下封头分别连通所述舱内动力设备冷却管路，所述外壳体上设置有分别连通所述换热腔的入水口和出水口，所述入水口和所述出水口竖向排布；所述外船板上设置有连通至所述入水口的海水入口和连通至所述出水口的海水出口；所述射流装置位于所述出水口位置，所述射流装置连接舱内中压空气系统并朝向所述海水出口喷射中压空气。
2.根据权利要求1所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述射流装置包括喷头和引流管，所述喷头一端连接所述舱内中压空气系统，另一端插入所述引流管内，所述引流管靠近所述喷头一端与所述喷头之间形成引流间隙，所述引流管背离所述喷头一端朝向所述海水出口。
3.根据权利要求2所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述引流管靠近所述喷头一端设置有扩口，所述喷头插入所述扩口内。
4.根据权利要求2所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述喷头靠近所述引流管一端设置有锥形的缩口，所述缩口上设置有延伸管。
5.根据权利要求2至4任一项所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述引流管背离所述喷头一端设置有扩散口，所述扩散口由靠近所述喷头一端至背离所述喷头一端口径逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述入水口的开口位置设置有入口格栅，所述入口格栅形成朝向所述海水入口的倾角；和/或所述出水口的开口位置设置有出口格栅，所述出口格栅形成朝向海水出口的倾角。
7.根据权利要求1所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述换热腔内设置有至少一个第一折流板和至少一个第二折流板，所述第一折流板和所述第二折流板垂直于所述换热管，所述第一折流板与所述船体固定连接并与所述外壳体之间形成间隔，所述第二折流板与所述外壳体固定连接并与所述船体之间形成间隔，所述第一折流板和所述第二折流板在竖向上交替设置。
8.根据权利要求1所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述外壳体与所述外船板之间设置有进水挡板，所述进水挡板位于所述入水口和所述出水口之间，且靠近所述入水口一侧。
9.根据权利要求1所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述海水出口位置设置有海水格栅。
10.根据权利要求1所述的动力设备壳侧冷却换热系统，其特征在于，所述换热腔和所述换热管呈弧形并沿所述船体的侧壁延伸。
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