CN113002746A - 消声式冷却器和船舶冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶冷却系统技术领域，提供一种消声式冷却器和船舶冷却系统。所述消声式冷却器包括壳体，壳体内设置有从所述壳体的一端延伸到另一端的两个管板，一管板与壳体围设形成第一冷流体腔室，另一管板与壳体围设形成第二冷流体腔室，两个管板之间通过换热管连接以连通第一冷流体腔室和第二冷流体腔室，形成冷流体通道；第一冷流体腔室和/或第二冷流体腔室内设置有消声组件，消声组件包括孔板，孔板上开设有多个通孔，孔板与管板围设形成消声腔，消声腔内设有弹性体。本发明提供的消声式冷却器实现了在冷却器内部的冷流体流通道内进行消声，使冷却器兼具消声功能，无需单独设置消声器，简化了船舶冷却系统的构成，提高了空间利用率。

Description

消声式冷却器和船舶冷却系统

技术领域

本发明涉及船舶冷却系统技术领域，尤其涉及一种消声式冷却器和船舶冷却系统。

背景技术

船舶冷却系统是船舶核心系统之一，主要由船舶冷却器、冷却水泵、调节阀等设备附件及管路组成，用于将船用设备产生的热量排放到周围环境中，以维持机械系统的正常运行。其中，针对水下潜航器等特殊应用背景，往往还需设置消声器，以防止冷却水泵的运行噪声沿冷却水传递，从而降低平台辐射噪声。传统的船舶冷却系统中的消声器设置在冷却水泵的下游，即冷却器和消声器为独立设置，分别占用了较大的安装空间，造成舱室空间的浪费。

发明内容

本发明提供一种消声式冷却器和船舶冷却系统，用以解决现有技术中的船舶冷却系统设置独立的消声器，导致占用了较大的舱室空间的问题。

本发明提供一种消声式冷却器，所述壳体内设置有从所述壳体的一端延伸到另一端的两个管板，一所述管板与所述壳体围设形成第一冷流体腔室，另一所述管板与所述壳体围设形成第二冷流体腔室，两个所述管板之间通过换热管连接以连通所述第一冷流体腔室和所述第二冷流体腔室，形成冷流体通道；所述第一冷流体腔室和/或所述第二冷流体腔室内设置有消声组件，所述消声组件包括孔板，所述孔板上开设有多个通孔，所述孔板与所述管板围设形成消声腔，所述消声腔内设有弹性体。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述弹性体为充气式弹性变形体，所述消声组件还包括连接管和配气管，多个所述弹性体通过所述连接管相连通后与所述配气管相连通。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述孔板为沿所述管板的延伸方向延伸的弧形板，所述弧形板在其弧形方向上的两侧分别与所述管板相连形成所述消声腔。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述消声腔与所述换热管不连通。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述第一冷流体腔室和/或所述第二冷流体腔室的内壁设有柔性吸声层。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述壳体上设有热流体入口和热流体出口，所述热流体入口和所述热流体出口的中心轴线与所述管板的延伸方向相平行，所述管板沿其延伸方向上分布有多排管板孔，两个所述管板的多个所述管板孔通过多个所述换热管一一对应相连通，每一所述管板上相邻两排所述管板孔错开布置。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述第一冷流体腔室内和所述第二冷流体腔室内沿所述管板的延伸方向分布有多个第一分程隔板，所述第一冷流体腔室内的所述第一分程隔板与所述第二冷流体腔室内的所述第一分程隔板错开布置，形成由多个管程流道串联而成的所述冷流体通道。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，所述管板为V型板，所述换热管为圆弧形管，所述圆弧形管在其与所述管板的连接点处的弧形切线垂直于所述管板。

根据本发明提供的一种消声式冷却器，两个所述V型板相连以将所述换热管所在的热流体腔室分隔成为第一壳程流道和第二壳程流道，所述壳体在所述管板的延伸方向上的两端分别设有第一封头和第二封头，所述第一封头内设有第二分程隔板以将所述第一封头分隔为热流体进口水室和热流体出口水室，所述热流体进口水室、所述第一壳程流道、所述第二封头、所述第二壳程流道以及所述热流体出口水室依次相连通，形成热流体通道。

本发明还提供一种船舶冷却系统，包括上述任一种消声式冷却器。

本发明提供的消声式冷却器和船舶冷却系统，通过在冷流体腔室内设置具有弹性体的消声组件，使冷流体在冷流体腔室内流动时，通过孔板进入消声腔内，由冷流体传递过来的部分噪声可在消声腔内被吸收，实现了在冷却器内部的冷流体流通道内进行消声，使冷却器兼具消声功能，无需单独设置消声器，简化了船舶冷却系统的构成，提高了空间利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的消声式冷却器的俯视图；

图2是本发明提供的消声式冷却器的主视图；

图3是图2中消声式冷却器A-A剖视图；

图4是图2中消声式冷却器内冷流体流动示意图；

图5是图3中第一冷流体腔室B-B剖视图；

图6是图1中消声式冷却器内的冷流体和热流体的流动示意图；

图7是图2中消声式冷却器的消声组件的透视图；

图8是本发明提供的消声式冷却器的降噪效果曲线图。

附图标记：

1、壳体； 11、冷流体入口； 12、冷流体出口；

13、热流体入口； 14、热流体出口； 2、管板；

21、管板孔； 31、第一冷流体腔室； 32、第二冷流体腔室；

4、换热管； 51、孔板； 511、通孔；

52、消声腔； 53、弹性体； 54、连接管；

55、配气管； 61、第一分程隔板； 62、第二分程隔板；

71、第一壳程流道； 72、第二壳程流道； 81、第一封头；

811、热流体进口腔室； 812、热流体出口腔室； 82、第二封头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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做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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本发明提供一种冷却器，如图1所示为本发明提供的消声式冷却器的俯视图，如图2所示为本发明提供的消声式冷却器的主视图，如图3所示为图2中消声式冷却器A-A剖视图。本发明提供的消声式冷却器包括壳体1，壳体1内设置有两个管板2，两个管板2均从壳体1的一端延伸到另一端，一管板2与壳体1围设形成第一冷流体腔室31，另一管板2与壳体1围设形成第二冷流体腔室32，两个管板2之间通过换热管4连接以连通第一冷流体腔室31和和第二冷流体腔室32。第一冷流体腔室31和/或第二冷流体腔室32内设置有消声组件，消声组件包括孔板51，孔板51上开设有多个通孔511，孔板51与管板2围设形成消声腔52，消声腔52内设有弹性体53。

其中，孔板51指的是其上设有通孔511的板状件。多个通孔511在孔板51上呈阵列式排布。第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32内流动的冷流体可通过孔板51上的通孔511进入消声腔52，利用弹性体53阻性吸收部分由冷流体传递过来的噪声。弹性体53可为非金属材料加工而成的弹性球体。

本发明实施例中，壳体1为筒体结构，例如圆筒体结构。两个管板2从筒体结构的一端延伸到另一端，两个管板2至少将壳体1分隔为三个腔室，分别为第一冷流体腔室31、第二冷流体腔室32以及位于第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32之外且位于壳体1之内的热流体腔室。

壳体1上设有冷流体入口11和冷流体出口12，冷流体通过换热管4在第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32之间由冷流体入口向冷流体出口方向流动。例如，冷流体先进入第一冷流体腔室31，然后通过第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32之间的管程流道进入第二冷流体腔室32，从而形成冷流体通道，冷流体入口11和冷流体出口12分别与冷流体通道的两端相连通。

进一步的，如图2所示，第一冷流体腔室31内和第二冷流体腔室32内沿管板2的延伸方向均分布有多个第一分程隔板61，第一冷流体腔室31内的第一分程隔板61与第二冷流体腔室32内的第一分程隔板61错开布置，形成由多个管程流道串联而成的冷流体通道。例如，如图2所示，第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32分别被第一分程隔板61分隔成为从左到右四个子腔室，并形成七个管程流道，七个管程流道依次通过对应的子腔室串联连通，形成行程较长的冷流体通道。如图4所示为图2中消声式冷却器内冷流体流动示意图。其中，消声腔52被多个第一分程隔板61分隔成为多个子消声腔52，每一子腔室内具有独立的子消声腔52。

本发明提供的消声式冷却器，通过在冷流体腔室内设置具有弹性体的消声组件，使冷流体在冷流体腔室内流动时，通过孔板进入消声腔内，由冷流体传递过来的部分噪声可在消声腔内被吸收，实现了在冷却器内部的冷流体通道内进行消声，使冷却器兼具消声功能，无需单独设置消声器，简化了船舶冷却系统的构成，提高了空间利用率。

本发明实施例中，管板2为V型板，换热管4为圆弧形管，圆弧形管在与管板2的连接点处的弧形切线垂直于管板2。如图3所示，两个V型板相对壳体1的中轴面对称分布，通过设置V型的管板2，形成横截面为V型的第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32，使冷流体在V型腔室内能够进行多次反射，当V型腔室内壁设置有柔性吸声材料时，能够使冷流体在多次反射过程中得到多次消声，提升了第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32自身的消声效果。

其中，V型板的夹角可为任一角度，可根据实际的消声效果进行调整。通过使圆弧形的换热管4在与管板2的连接处的弧形切线垂直于管板2，使得第一冷流体腔室31或第二冷流体腔室32内的冷流体可以沿管板孔21的轴线方向流入换热管4内，减小换热管4进口处的流动阻力。

当管板2为V型板时，孔板51设置于V型板的V型夹角处。例如，如图3所示，弧形的孔板51沿其弧形方向的两侧分别与V型板的两个侧板相连，形成横截面为扇形的消声腔52。如图7所示为图2中消声式冷却器的消声组件的透视图。

本发明实施例中，两个V型板可以相连，也可以相互分离。当两个V型板相互分离时，位于第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32之外且位于壳体1之内热流体腔室形成一整个壳程流道。此时，热流体入口13和热流体出口14应设置在壳体1沿管板2延伸方向上的两端。

当两个V型板相连时，两个V型板相连以将换热管4所在的热流体腔室分隔成为第一壳程流道71和第二壳程流道72，壳体1在管板2的延伸方向上的两端分别设有第一封头81和第二封头82，第一封头81内设有第二分程隔板62以将第一封头81分隔为热流体进口腔室811和热流体出口腔室812，热流体进口腔室811、第一壳程流道71、第二封头82、第二壳程流道72以及热流体出口腔室812依次相连通，形成热流体通道。第二封头82连通第一壳程流道71和第二壳程流道72，增大了热流体通道的长度，提高换热效率。如图6所示为图1中消声式冷却器内的冷流体和热流体的流动示意图。

例如，如图3所示，两个V型板远离壳体1的端部直接相连，形成X型的管板组，X型的管板组将壳体1的内腔分隔成为相对设置的第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32以及相对设置的第一壳程流道71和第二壳程流道72，此时圆弧形的换热管的圆心位于壳体1的中心轴线上；两个V型板远离壳体1的端部也可通过中间板相连，同样可以将壳体1的内腔分隔成为相对设置的第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32以及相对设置的第一壳程流道71和第二壳程流道72。

需要说明的是，本发明实施例中的管板2并不限于V型板，其还可以为弧形板、平板或其他形式的板状结构。其可通过中间板连接两个管板2以将热流体腔室分隔成第一壳程流道71和第二壳程流道72。

其中，消声组件的数量可以为一个，也可以为多个。当有多个消声组件时，在第一冷流体腔室31和/或第二冷流体腔室32内存在多个消声腔52，每一消声腔52的体积或者每一消声腔52内的弹性体的体积可以设置得相同，也可以设置得不同。当消声腔52体积相同而弹性体的体积不同时，在不同消声腔52的内壁和其内的弹性体53之间获得不同大小的消声空间。不同大小的消声空间对应不同的消声腔共振频率，可吸收冷却水泵在不同转速下的特征频谱。

本发明实施例中，弹性体53为充气式弹性变形体，消声组件还包括连接管54和配气管55，多个弹性体53通过连接管54相连通后与配气管55相连通。具体的，连接管54由刚性材质如金属材质制作。如图1和图2所示，多个弹性体53依次通过连接管54串联连接后与配气管55的一端连通，配气管55的另一端连接壳体1外部的供气装置。通过控制供气装置控制弹性变形体的充放气，以改变弹性变形体的体积，实现对消声腔52内壁与弹性体53之间的空间大小的调节，从而调整消声腔52的共振频率。如此，一个消声组件即可实现对多个频段噪声的吸收，扩大了消声组件的消声频率范围。

冷却系统需要根据用户热负荷变化调节冷却水泵的转速，会导致产生不同频谱特征的噪声。相比于传统的冷却系统中通过固定结构的消声器进行降噪消声，本实施例提供的消声式冷却器能够针对冷却系统的不同工况，通过调节消声组件的消声空间的大小来调节消声频率，实现对冷却水泵在不同转速下特征频谱的高效吸收。

其中，当消声腔52被多个第一分程隔板61分隔成为多个子消声腔52时，多个子消声腔内的弹性体53还可通过连接管54相连通，以同步控制多个子消声腔的消声空间大小的调节。

本发明实施例中，孔板51为沿管板2的延伸方向延伸的弧形板，弧形板在弧形方向上的两侧分别与管板2相连形成消声腔52。弧形结构的孔板51能够形成较大的消声腔体积，有利于在更大范围内调整消声空间的大小，获得更宽范围的消声频率。

本发明实施例中，消声腔52与换热管4不连通。消声腔52是由孔板51和与孔板51相对的管板2围设而成，孔板51形成消声腔52的开孔区，管板2形成消声腔52的封闭区，用于形成消声腔52的管板部分未开设管板孔。使冷流体只能从孔板51上的通孔511进入和流出消声腔52，如此具有更佳的消声效果。当然，消声腔52也可以与换热管4连通，即用于形成消声腔52的管板部分开设有管板孔，并连接有换热管4，如此可保证较大的换热面积。

本发明实施例中，第一冷流体腔室31和/或第二冷流体腔室32的内壁设有柔性吸声层。其中，柔性吸声层可以由橡胶、聚氨酯等柔性吸声材料制成。冷流体在第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32内流动时，冷却系统的宽频噪声可由柔性吸声层阻性吸收。当结合消声组件时能够实现对冷却系统的宽频噪声更有效的阻性吸收，进一步提高了该消声式冷却器的消声能力。其中，当第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32内设有第一分程隔板61时，第一分程隔板61的两侧也设置有柔性吸声层。

如图8所示为本发明提供的消声式冷却器的降噪效果曲线图。曲线A表示未采取消声措施的冷却系统的频谱特性曲线，曲线波动的多个峰值点表示由冷却水泵等运动部件产生的特征频谱通过冷却器向外辐射的噪声，其他相对拨动幅度较低的曲线部分表示冷流体流动激励产生的宽频噪声。当采用图1所示的消声式冷却器，且在消声腔内设置弹性变形体，在第一冷流体腔室31和第二冷流体腔室32内壁以及第一分程隔板61的两侧设置柔性吸声层时，获得了冷却系统的新的频谱特性曲线B。比较曲线A和曲线B可见，本发明实施例提供的消声式冷却器能够使上述两种噪声都明显衰减。

如图1所示，本发明实施例中，壳体1上设有热流体入口13和热流体出口14，热流体入口13和热流体出口14的中心轴线与管板2的延伸方向相平行。如图5所示为图3中第一冷流体腔室B-B剖视图，管板2沿其延伸方向上分布有多排管板孔21，两个管板2的多个管板孔21通过多个换热管4一一对应相连通，每一管板2上相邻两排管板孔21错开布置。

热流体入口13和热流体出口14的中心轴线与管板2的延伸方向平行，使热流体进入壳程流道后沿管板2的延伸方向流动。如此，可增大热流体速度场在垂直于换热管方向的横掠分量，使换热管外热流体与换热管4之间的流动主要呈现横掠特征，强化管外对流，增大热流体流动对换热管壁的热边界层的扰动作用，提升冷却器的传热性能。将管板2上沿其延伸方向上分布的多排管板孔进行错开布置，并将两个管板2上的多个管板孔21通过多个换热管一一对应连通后，形成沿管板2延伸方向上的多排错开布置的换热管，可增强换热管4的传热系数，有利于减小冷却器的体积。进一步的，两个管板2之间的换热管4所在平面与管板2的延伸方向垂直，使得热流体的流动方向与换热管4垂直。

本发明还提供一种船舶冷却系统。该船舶冷却系统包括上述任一实施例所述的消声式冷却器。由于该消声式冷却器集成了消声功能，该船舶冷却系统无需再单独设置独立的消声器，使船舶冷却系统的结构得以简化，节省了船舶的舱内空间。当采用具有弹性变形体的消声组件时，可根据不同的冷却水泵的转速调节消声组件的消声频率，以实现针对不同运行工况下冷却水泵噪声的高效吸收。

进一步的，该船舶冷却系统还包括供气装置，供气装置与消声式冷却器的排气管相连通。

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)

1.一种消声式冷却器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置有从所述壳体的一端延伸到另一端的两个管板，一所述管板与所述壳体围设形成第一冷流体腔室，另一所述管板与所述壳体围设形成第二冷流体腔室，两个所述管板之间通过换热管连接以连通所述第一冷流体腔室和所述第二冷流体腔室，形成冷流体通道；所述第一冷流体腔室和/或所述第二冷流体腔室内设置有消声组件，所述消声组件包括孔板，所述孔板上开设有多个通孔，所述孔板与所述管板围设形成消声腔，所述消声腔内设有弹性体。

2.根据权利要求1所述的消声式冷却器，其特征在于，所述弹性体为充气式弹性变形体，所述消声组件还包括连接管和配气管，多个所述弹性体通过所述连接管相连通后与所述配气管相连通。

3.根据权利要求1所述的消声式冷却器，其特征在于，所述孔板为沿所述管板的延伸方向延伸的弧形板，所述弧形板在其弧形方向上的两侧分别与所述管板相连形成所述消声腔。

4.根据权利要求1所述的消声式冷却器，其特征在于，所述消声腔与所述换热管不连通。

5.根据权利要求1所述的消声式冷却器，其特征在于，所述第一冷流体腔室和/或所述第二冷流体腔室的内壁设有柔性吸声层。

6.根据权利要求1所述的消声式冷却器，其特征在于，所述壳体上设有热流体入口和热流体出口，所述热流体入口和所述热流体出口的中心轴线与所述管板的延伸方向相平行，所述管板沿其延伸方向上分布有多排管板孔，两个所述管板的多个所述管板孔通过多个所述换热管一一对应相连通，每一所述管板上相邻两排所述管板孔错开布置。

7.根据权利要求1所述的消声式冷却器，其特征在于，所述第一冷流体腔室内和所述第二冷流体腔室内沿所述管板的延伸方向分布有多个第一分程隔板，所述第一冷流体腔室内的所述第一分程隔板与所述第二冷流体腔室内的所述第一分程隔板错开布置，形成由多个管程流道串联而成的所述冷流体通道。

8.根据权利要求1～7任一项所述的消声式冷却器，其特征在于，所述管板为V型板，所述换热管为圆弧形管，所述圆弧形管在其与所述管板的连接点处的弧形切线垂直于所述管板。

9.根据权利要求8所述的消声式冷却器，其特征在于，两个所述V型板相连以将所述换热管所在的热流体腔室分隔成为第一壳程流道和第二壳程流道，所述壳体在所述管板的延伸方向上的两端分别设有第一封头和第二封头，所述第一封头内设有第二分程隔板以将所述第一封头分隔为热流体进口水室和热流体出口水室，所述热流体进口水室、所述第一壳程流道、所述第二封头、所述第二壳程流道以及所述热流体出口水室依次相连通，形成热流体通道。

10.一种船舶冷却系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的消声式冷却器。

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