CN112923757A - 一种仿血管结构的舷外换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿血管结构的舷外换热器，包括由多个并列管道构成的管束，管束从上至下间隔布置有多层，每层管束各自在水平面内呈蛇形迂回布置；多层管束两端分别共同安装有分流歧管，一个分流歧管为进水口，另一个分流歧管为出水口；单个分流歧管包括一端与外部管路相连通的总管，总管另一端向外分隔延伸构成偶数个一级支管，单个一级支管的端头向外分隔延伸构成偶数个二级支管，以此类推，将总管延伸分隔为多级分流结构，最末级支管的端头与管束中的管道一一对应连通；本发明由分流歧管替代了现有的集水室结构，结构小巧，通过层层分流的形式与管束连通，大大提升了流量的均匀分配，减轻了整体重量，提升了使用安全性，保障了换热性能。

Description

一种仿血管结构的舷外换热器

技术领域

本发明涉及舷外换热器技术领域，尤其是一种仿血管结构的舷外换热器。

背景技术

深海水下平台由各种部件、设备系统/分系统组成，其能够携带多种探测作业设备，可以长周期、全天候地在水下进行海洋科学研究、海洋资源勘探与开采等任务。为了保证水下平台众多设备均能处于良好的工作状态，需要对舱内多型设备进行冷却。现有常规的冷却方式是，在耐压壳上开设通海口，海水由海水泵引入舱内，在换热器内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。

现有专利《一种适用于多体结构水下平台的舷外海水冷却系统》(专利号：201710841331.1)中，公开了一种舷外换热的方式，其直接将换热器、海水泵等海水管路设备置于舷外，海水不进入舱内。这种方式避免了现有冷却方式中高压海水进入舱内可能产生的泄露风险，同时减少了舱内设备数量，节省出了舱内的宝贵空间。

现有专利《一种水下载人平台的舷外海水非能动冷却系统》(专利号：201810620879.8)中，则进一步将舷外海水泵取消，采用舷外非能动换热器换热，提供了一种安全可靠、低噪声、低能耗的舷外冷却方式。

但是，这种舷外非能动换热器采用类似管壳式换热器的结构布局，主要由集水室和换热管组成，其集水室采用方形箱式结构，在深海环境下应用时，集水室需要采取较厚的壳体才能保证承压能力，设备重量大，设计加工难度高。并且，该种集水室内流动复杂、流阻大，难以保证换热管间的流量分配均匀，对换热器的换热性能产生不利影响。

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仿血管结构的舷外换热器，从而通过分级分流、汇流的方式大大提升流量的分配均匀性，保障并提升了换热性能，并且降低了整体重量，提升了使用安全性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种仿血管结构的舷外换热器，包括由多个并列管道构成的管束，管束从上至下间隔布置有多层，每层管束各自在水平面内呈蛇形迂回布置；多层管束两端分别共同安装有分流歧管，一个分流歧管为进水口，另一个分流歧管为出水口；

单个分流歧管的结构为：包括一端与外部管路相连通的总管，总管另一端向外分隔延伸构成偶数个一级支管，单个一级支管的端头向外分隔延伸构成偶数个二级支管，以此类推，将总管延伸分隔为多级分流结构，最末级支管的端头与管束中的管道一一对应连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

单个分流歧管为以总管的轴向为旋转圆心的中心对称结构；总管、一级支管、二级支管...至最末级支管，随着分流方向，直径尺寸成比例缩小。

所述总管、一级支管、二级支管...至最末级支管，随着分流方向依次构成分叉角，分叉角均为锐角。

单个分流歧管为三级分流结构，其从总管经一级支管、二级支管和三级支管依次分流。

所述总管端头上一级支管的数量为两个，单个一级支管端头上二级支管的数量为四个，单个二级支管端头上三级支管的数量为四个，单个三级支管端头分别与管束中对应的管路连通。

所述一级支管的直径尺寸为总管直径的70％～80％，二级支管的直径尺寸为一级支管直径的60％～70％，三级支管的直径尺寸为二级支管直径的60％～70％。

两个一级支管从总管端头向外对称延伸构成发散段，两个一级支管发散段端部均转向延伸构成平行段，在平行段的端头分流延伸构成二级支管；所述二级支管、三级支管沿着分流方向的走向与一级支管相同，均为先发散后平行的结构。

所述一级支管和二级支管中，平行段的高度尺寸为发散段高度尺寸的80％～100％；所述二级支管的总高度为一级支管总高度的60％～70％。

单层管束中的相邻管道之间间隔并列设置，单层管束中的多个管道共同构成蛇形迂回的S型；

单层管束的结构为：包括在水平面内并列间隔设置的多组直管部，相邻直管部之间通过弯管部衔接构成首尾相连的管束，两侧边上的直管部分别有一端与分流歧管相连通。

两个分流歧管位于管束同一侧的两端。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过分流歧管替代现有的集水室结构，在换热时由分流歧管进行层层分流、汇流，配合蛇形迂回结构的管束，与舷外海水进行换热，结构小巧，减轻了换热器整体重量，大大提升了使用安全性；并且分流歧管层层分流的形式有效提升了流量在管束的各个管道中的均匀分配，极大地助力于换热性能的有效提升和保障。

本发明还包括如下优点：

由分流歧管和管束构成的舷外换热器，为非能动换热器，继承了现有舷外非能动换热器的优点，即减少了舱内设备数量，节约了舱内宝贵空间，避免了高压海水在舱内的泄露风险，是一种低噪声、低能耗、可靠的冷却形式；

分流歧管整体上主要为圆管结构，其承受海水压力的能力强，亦助力于降低整体重量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明分流歧管的结构示意图。

图3为本发明分流歧管的主视图。

图4为图3的侧视图。

图5为本发明管束的结构示意图。

其中：1、分流歧管；2、管束；11、总管；12、一级支管；13、二级支管；14、三级支管；21、直管部；22、弯管部。

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1所示，本实施例的仿血管结构的舷外换热器，包括由多个并列管道构成的管束2，管束2从上至下间隔布置有多层，每层管束2各自在水平面内呈蛇形迂回布置；多层管束2两端分别共同安装有分流歧管1，一个分流歧管1为进水口，另一个分流歧管1为出水口；

如图2所示，单个分流歧管1的结构为：包括一端与外部管路相连通的总管11，总管11另一端向外分隔延伸构成偶数个一级支管12，单个一级支管12的端头向外分隔延伸构成偶数个二级支管13，以此类推，将总管11延伸分隔为多级分流结构，最末级支管的端头与管束2中的管道一一对应连通。

通过分流歧管1替代现有的集水室结构，在换热时由分流歧管1进行层层分流、汇流，配合蛇形迂回结构的管束2，与舷外海水进行换热，结构小巧，减轻了换热器整体重量，大大提升了使用安全性；并且分流歧管1层层分流的形式有效提升了流量在管束2的各个管道中的均匀分配，极大地助力于换热性能的有效提升和保障。

如图3和图4所示，单个分流歧管1为以总管11的轴向为旋转圆心的中心对称结构；总管11、一级支管12、二级支管13...至最末级支管，随着分流方向，直径尺寸成比例缩小；一级支管12至二级支管13的分流结构、二级支管13至三级支管14的分流结构，均为对称结构。

总管11、一级支管12、二级支管13...至最末级支管，随着分流方向依次构成分叉角，分叉角均为锐角，如图中a、b、c、d、e所示，具体角度根据分流歧管1的总高度和管束2中相邻管道的间距确定。

单个分流歧管1为三级分流结构，其从总管11经一级支管12、二级支管13和三级支管14依次分流。

总管11端头上一级支管12的数量为两个，单个一级支管12端头上二级支管13的数量为四个，单个二级支管13端头上三级支管14的数量为四个，单个三级支管14端头分别与管束2中对应的管路连通；本实施例中的总管11经一级支管12、二级支管13和三级支管14分流后形成与管束2连通的32个接管，管束2中包含有32个与接管一一连通的管道。

在实际应用中，分流次数结合所需求的换热效率、管束2中管道数量决定。

一级支管12的直径尺寸为总管11直径的70％～80％，二级支管13的直径尺寸为一级支管12直径的60％～70％，三级支管14的直径尺寸为二级支管13直径的60％～70％。

两个一级支管12从总管11端头向外对称延伸构成发散段，两个一级支管12发散段端部均转向延伸构成平行段，在平行段的端头分流延伸构成二级支管13；二级支管13、三级支管14沿着分流方向的走向与一级支管12相同，均为先发散后平行的结构。

一级支管12和二级支管13中，平行段的高度尺寸为发散段高度尺寸的80％～100％；二级支管13的总高度为一级支管12总高度的60％～70％。

如图3所示，H1为总管11的高度，H2为一级支管12发散段的高度，H3为一级支管12平行段的高度，H4为二级支管13发散段的高度，H5为二级支管13平行段的高度，H6为三级支管14的高度；

三级支管14相邻间的间隔S1、S2与管束2中对应的管道间距一致。

如图5所示，单层管束2中的相邻管道之间间隔并列设置，单层管束2中的多个管道共同构成蛇形迂回的S型；

单层管束2的结构为：包括在水平面内并列间隔设置的多组直管部21，相邻直管部21之间通过弯管部22衔接构成首尾相连的管束2，两侧边上的直管部21分别有一端与分流歧管1相连通。

两个分流歧管1位于管束2同一侧的两端。

本实施例中，由分流歧管1和管束2构成的舷外换热器，为非能动换热器，其继承了现有舷外非能动换热器的优点，即减少了舱内设备数量，节约了舱内宝贵空间，避免了高压海水在舱内的泄露风险，自适应能力强，是一种低噪声、低能耗、可靠的冷却形式；

本实施例中，分流歧管1整体上主要为圆管结构，其承受海水压力的能力强，亦助力于降低整体重量。

本发明的使用方式和使用原理为：

实际运用时，将舷外换热器安装于水下平台的舷外，并直接浸泡于海水中，通过仿血管结构的分流歧管1上的总管11与舱内冷却管路连通；

在换热时，待冷却的热水从一端分流歧管1的总管11进入换热器，并经一级支管12、二级支管13、三级支管14层层分流后，均匀分配至管束2对应的管道中；管道中的热水通过管壁与海水发生热交换冷却后，冷水经另一端分流歧管1层层汇流后流回舱内用于发热设备的冷却，完成换热器的换热；

热水通过管壁与海水发生热交换，为非能动换热，管壁外的海水吸热后温度升高，密度减小，从而海水依靠密度差产生自然对流，进而不断地对管路中热水进行冷却，实现换热。

本发明结构紧凑小巧，大大提升了换热过程中流量的均匀分配，减轻了整体重量，提升了使用安全性，保障了换热性能。

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)

1.一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：包括由多个并列管道构成的管束(2)，管束(2)从上至下间隔布置有多层，每层管束(2)各自在水平面内呈蛇形迂回布置；多层管束(2)两端分别共同安装有分流歧管(1)，一个分流歧管(1)为进水口，另一个分流歧管(1)为出水口；

单个分流歧管(1)的结构为：包括一端与外部管路相连通的总管(11)，总管(11)另一端向外分隔延伸构成偶数个一级支管(12)，单个一级支管(12)的端头向外分隔延伸构成偶数个二级支管(13)，以此类推，将总管(11)延伸分隔为多级分流结构，最末级支管的端头与管束(2)中的管道一一对应连通。

2.如权利要求1所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：单个分流歧管(1)为以总管(11)的轴向为旋转圆心的中心对称结构；总管(11)、一级支管(12)、二级支管(13)...至最末级支管，随着分流方向，直径尺寸成比例缩小。

3.如权利要求2所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：所述总管(11)、一级支管(12)、二级支管(13)...至最末级支管，随着分流方向依次构成分叉角，分叉角均为锐角。

4.如权利要求1所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：单个分流歧管(1)为三级分流结构，其从总管(11)经一级支管(12)、二级支管(13)和三级支管(14)依次分流。

5.如权利要求4所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：所述总管(11)端头上一级支管(12)的数量为两个，单个一级支管(12)端头上二级支管(13)的数量为四个，单个二级支管(13)端头上三级支管(14)的数量为四个，单个三级支管(14)端头分别与管束(2)中对应的管路连通。

6.如权利要求5所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：所述一级支管(12)的直径尺寸为总管(11)直径的70％～80％，二级支管(13)的直径尺寸为一级支管(12)直径的60％～70％，三级支管(14)的直径尺寸为二级支管(13)直径的60％～70％。

7.如权利要求5所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：两个一级支管(12)从总管(11)端头向外对称延伸构成发散段，两个一级支管(12)发散段端部均转向延伸构成平行段，在平行段的端头分流延伸构成二级支管(13)；所述二级支管(13)、三级支管(14)沿着分流方向的走向与一级支管(12)相同，均为先发散后平行的结构。

8.如权利要求7所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：所述一级支管(12)和二级支管(13)中，平行段的高度尺寸为发散段高度尺寸的80％～100％；所述二级支管(13)的总高度为一级支管(12)总高度的60％～70％。

9.如权利要求1所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：单层管束(2)中的相邻管道之间间隔并列设置，单层管束(2)中的多个管道共同构成蛇形迂回的S型；

单层管束(2)的结构为：包括在水平面内并列间隔设置的多组直管部(21)，相邻直管部(21)之间通过弯管部(22)衔接构成首尾相连的管束(2)，两侧边上的直管部(21)分别有一端与分流歧管(1)相连通。

10.如权利要求9所述的一种仿血管结构的舷外换热器，其特征在于：两个分流歧管(1)位于管束(2)同一侧的两端。

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