CN113738513A - 一种冷却装置、船艇动力的气流冷却器 - Google Patents

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Abstract

一种冷却装置、用于船艇动力的气流冷却器，冷却装置包括散热管、射流冷却装置和换热装置，散热管用于输送高温流体，该散热管依次包括入口段、中间段和过渡段；射流冷却装置包绕在中间段的外部，用于喷射冷却介质射流对散热管冷却；换热装置与过渡段连通，用于通过冷却介质对高温流体换热冷却。本公开通过在中间段设置射流冷却装置，采用高压射流阵列来强化外部换热。入口段和中间段的外侧并非传统方式直接浸泡在冷却介质中，所以不会出现局部沸腾的微型爆炸的破坏效果。散热管中的高温流体在通过射流冷却装置预冷了以后，再通过换热装置进行正常冷却。

Description

一种冷却装置、船艇动力的气流冷却器
技术领域
本公开属于冷却技术领域，具体涉及一种冷却装置、船艇动力的气流冷却器。
背景技术
船舶动力一般采用蒸汽轮机(郎肯循环)或燃气轮机(布雷顿循环)形式。其中燃气轮机功率密度大，应用非常广泛。为使燃气轮机功率密度进一步增加，可采用闭式布雷顿循环，以较高的基础压力来提高循环功率。
但闭式布雷顿循环的排气温度较高，如400℃以上，需要依靠散热系统将其冷却至常温。如果高温排气直接和海水散热，虽然系统简单，但换热器局部会使海水在换热器表面发生局部沸腾，存在两个风险：一是将使较大范围内换热发生恶化，无法满足将排气冷却至常温的换热需求，导致系统总体的基础温度逐渐升高，发动机熄火；二是局部沸腾导致压力骤然增高，相当于微小型爆炸，有可能导致换热器局部强度较低的部位发生损坏，危及系统运行安全。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开的第一目的提供了一种降温换热性能可靠的冷却装置。
本公开的第二目的在于提供一种船艇动力的气流冷却器；
为了实现本公开的第一目的，本公开所采用的技术方案如下：
一种冷却装置，包括：
散热管，用于输送高温流体，该散热管依次包括入口段、中间段和过渡段；
射流冷却装置,包绕在中间段的外部，用于喷射冷却介质射流对散热管冷却；
换热装置，与过渡段连通，用于通过冷却介质对高温流体换热冷却。
可选地，所述射流冷却装置包括第一箱体、介质入管、介质出管以及设置在第一箱体中的射流喷管，所述散热管的中间段贯穿所述第一箱体的中间位置，多个所述射流喷管围绕所述中间段设置，且多个所述射流喷管沿所述高温流体流动方向间隔分布，多个所述射流喷管并联设置且均与所述介质入管连通；所述介质出管设置在所述第一箱体底部。
可选地，所述第一箱体为圆筒型结构，所述射流喷管是环型结构，所述中间段为圆管形结构，所述射流喷管、第一箱体与中间段同轴设置。
可选地，多个所述射流喷管沿所述中间段轴向均匀设置。
可选地，所述射流喷管沿周向设置有多个喷嘴，所述喷嘴的方向对准所述中间段的外壁。
可选地，所述换热装置包括第二箱体，所述第二箱体内依次设置入口腔、散热腔和出口腔；
其中，所述散热腔为封闭的腔体，该腔体中设置多个换热管，且入口腔通过换热管与出口腔连通，所述冷却介质依次通过入口腔、换热管和出口腔对高温流体换热冷却，所述散热腔上开设有流体入口和流体出口，所述流体入口与散热管的过渡段连通。
可选地，所述流体入口设置在散热腔靠近入口腔的一端，所述流体出口设置在散热腔靠近出口腔的一端，且流体入口和流体出口分别位于散热腔的相对侧，流体入口和流体出口之间的散热腔中交错的设置有多个隔板。
可选地，所述散热管的入口段沿介质流动方向具有收口部和扩口部，从收口部至扩口部散热管内径依次增大。
可选地，所述散热管入口段和中间段连接处的内腔中设置有旋流器，沿介质流动方向所述散热管中间段的内壁上安装有多个扰流肋。
为了实现本公开的第二目的，本公开所采用的技术方案如下：
一种用于船艇动力的气流冷却器，包括上述的冷却装置，所述散热管的入口与燃气轮机的排气管连通，所述射流冷却装置和换热装置的冷却介质入口与海水管路连通。
本公开通过在中间段设置射流冷却装置，采用高压射流阵列来强化外部换热。入口段和中间段的外侧并非传统方式直接浸泡在冷却介质中，所以不会出现局部沸腾的微型爆炸的破坏效果。散热管中的高温流体在通过射流冷却装置预冷了以后，再通过换热装置进行正常冷却。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开的冷却装置的结构示意图；
图2是本公开的用于船艇动力的气流冷却器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
实施例一
如图1所示，本公开提供一种冷却装置，包括：
散热管A，用于输送高温流体，该散热管依次包括入口段11、中间段12和过渡段13；高温流体可以是高温蒸汽、水、高温油液、熔盐等；散热管A可以是圆管，方便加工，散热管A可以是扁管或带有散热翅片的管件，散热面积大散热效率高；散热管A形状可以是直筒型，加工方便、成本低；散热管A可以是盘管型或蛇形，散热面积大、散热效率高；其中入口段11、中间段12和过渡段13可以是一体式结构，入口段11、中间段12和过渡段13也可以是单独零件组装后形成散热管A，方便维修和安装内部结构。
射流冷却装置B,包绕在散热管A中间段的外部，用于喷射冷却介质射流对散热管A冷却；用于对高温流体冷却的冷却介质可以是水、油液等；射流冷却装置B可以将高温流体在中间段与外部的喷淋射流进行换热，温度能够显著降低。采用高压射流阵列来强化外部换热，不会发生因局部沸腾产生的传热恶化问题。
换热装置C，与过渡段连通，用于通过冷却介质对高温流体换热冷却。通过射流冷却装置B初次冷却的高温流体再通过换热装置C进行进一步散热，实现对高温流体的散热。
在一个实施例中，所述散热管A的入口段11沿介质流动方向具有收口部111和扩口部112，从收口部111至扩口部112散热管A内径依次增大。在入口段11散热管A为变厚度的圆管，高温流体在温度最高的入口部位相应的换热管的厚度越大，结构强度好安全可靠。且入口段11采用变厚度的管件，能够把待降温介质减速扩压。所述散热管A入口段11和中间段12连接处的内腔中设置有旋流器14，沿介质流动方向所述散热管A中间段12的内壁上安装有多个扰流肋15。在中间段采用入口旋流器14和扰流肋15来强化圆管内高温空气的传热。
在另一实施例中，所述射流冷却装置B包括第一箱体21、介质入管23、介质出管25和设置在第一箱体21中的射流喷管24，所述散热管A的中间段12贯穿所述第一箱体21的中间位置，多个所述射流喷管24围绕所述中间段12设置，且多个所述射流喷管24沿所述高温流体流动方向间隔分布，多个所述射流喷管24并联设置且均与所述介质入管23连通。第一箱体21作为喷淋箱，泵22通过介质入管23后与多个射流喷管24连通，多个所述射流喷管24均安装在所述第一箱体21中，泵22将冷却介质增压后通入介质入管23，增压的冷却介质通过介质入管23后进入射流喷管24后从喷口喷出射流，对散热管A进行冷却，实现对散热管A中高温流体散热，所述介质出管25设置在所述第一箱体21底部。换热后的冷却介质可以通过介质出管25流出。
介质入管23可以设置一个或者多个，当介质入管23设置一个时，介质入管23依次与射流喷管24连通，当介质入管23设置有多个时，介质入管23与每个射流喷管24的不同位置连通，射流喷管24中的压力相对均匀。第一箱体21可以为圆筒型结构，与散热管A同轴设置，包绕散热管A，第一箱体21和散热管A之间的空间作为射流冷却的空间，散热空间均匀；第一箱体21截面也可以是方形或矩形结构，方便安装摆放；射流喷管24可以是环形结构，安装在圆筒型第一箱体21内腔中，且沿第一箱体21内腔设置有一圈，所述中间段12为圆管形结构，射流喷管24与中间段12也同轴设置，一圈射流喷管24与中间段12之间的距离相同，射流路径相等，射流能够保持对中间段12四周均匀散热，同一个射流喷管24外形形状也可以是等边三角形、椭圆形或矩形等。多个所述射流喷管24沿所述中间段12轴向均匀设置，用于对中间段12轴向均匀散热。该射流喷管24也可以沿中间段12中高温流体流动的方向，射流喷管24设置的密度依次降低，对相对高温区域设置较高密度的射流喷管24，对相对低温区域设置较低密度的射流喷管24。射流喷管24沿周向设置有多个喷嘴，所述喷嘴的方向对准所述中间段12的外壁，方便让射流直接喷射向中间段12，提高散热效率，该喷口可以直接正对中间段12，也可以斜向下的面对中间段12。
在又一实施例中，所述换热装置C可以是管束式换热器或管壳式换热器；换热装置C可以包括第二箱体31，第二箱体31作为换热主体结构，换热管32用于高温流体和冷却介质换热，所述第二箱体31内依次设置入口腔311、散热腔312和出口腔313；其中，入口腔311用于通入冷却介质，出口腔313用于流出换热后的冷却介质，散热腔312用于通入高温流体,高温流体与冷却介质在散热腔312中进行换热，所述散热腔312为封闭的腔体，该腔体中设置多个换热管32，且入口腔311通过换热管32与出口腔313连通，冷却介质可以依次通过入口腔311、换热管32后通过出口腔313流出，而高温流体可以通过换热管32外部的散热腔312中，通过多个换热管32进行换热，该换热管32可以相互平行设置，换热管32也可以设置为蛇形结构或者盘管式结构，增加散热面积，提高散热效率。所述散热腔312上开设有流体入口314和流体出口315，所述流体入口314与散热管A的过渡段13连通。散热管A中经过射流冷却装置B初步冷却的高温流体通过过渡段13、流体入口314进入散热腔312中散热后，再通过流体出口315流出，实现再次换热。
所述流体入口314设置在散热腔312靠近入口腔311的一端，所述流体出口315设置在散热腔312靠近出口腔313的一端，且流体入口314和流体出口315分别位于散热腔312的相对侧；例如，流体入口314和流体出口315设置在散热腔312的左右两端的上下两侧，或者设置在散热腔312的左右两端的前后两侧，增加了高温流体在散热腔312流动的路程，能够提高散热效率；为了能够进一步提高散热效率，流体入口314和流体出口315之间的散热腔312中交错的设置有多个隔板316。隔板316可以将散热腔312的流到分割为S型流道，高温流体需要多次通过换热管32，能够提高散热效率。
实施例二
如图2所示，一种用于船艇动力的气流冷却器，包括上述的冷却装置，所述散热管A的入口与燃气轮机的排气管D连通,能够对燃气轮机排出的高温气体进行冷却，所述射流冷却装置B和换热装置C的冷却介质的入口与海水管路E连通。
在本实施例中，高温空气首先进入入口段11，在入口段11中减速扩压。然后在中间段12的入口位置，经过旋流器14进入中间段12的圆管内，旋流器14为气流增加圆周运动，配合圆管内表面布置的扰流肋15，可以方便的显著增加空气和内表面的换热能力。空气在中间段12与圆管外部的喷淋射流进行换热，温度显著降低。最后到达过渡段13，在海水管束外部充分与海水换热，将温度将为常温。
海水从船艇压力较高(如船艇的头部、扩张区等)的区域引入，分为两股：一股经过高压水泵进入介质入管23，进而喷淋到中间段12圆管表面，经过喷淋套筒底部的介质出管25排出；第二股不增压直接流入换热装置C的换热管32中。两股海水最终合在一起，由船艇压力较低(如船艇流动分离区)的区域排出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种冷却装置，其特征在于，包括：
散热管，用于输送高温流体，该散热管依次包括入口段、中间段和过渡段；
射流冷却装置,包绕在中间段的外部，用于喷射冷却介质射流对散热管冷却；
换热装置，与过渡段连通，用于通过冷却介质对高温流体换热冷却。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述射流冷却装置包括第一箱体、介质入管、介质出管以及设置在第一箱体中的射流喷管，所述散热管的中间段贯穿所述第一箱体的中间位置，多个所述射流喷管围绕所述中间段设置，且多个所述射流喷管沿所述高温流体流动方向间隔分布，多个所述射流喷管并联设置且均与所述介质入管连通；所述介质出管设置在所述第一箱体底部。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：所述第一箱体为圆筒型结构，所述射流喷管是环型结构，所述中间段为圆管形结构，所述射流喷管、第一箱体与中间段同轴设置。
4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于：多个所述射流喷管沿所述中间段轴向均匀设置。
5.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于：所述射流喷管沿周向设置有多个喷嘴，所述喷嘴的方向对准所述中间段的外壁。
6.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述换热装置包括第二箱体，所述第二箱体内依次设置入口腔、散热腔和出口腔；
其中，所述散热腔为封闭的腔体，该腔体中设置多个换热管，且入口腔通过换热管与出口腔连通，所述冷却介质依次通过入口腔、换热管和出口腔对高温流体换热冷却，所述散热腔上开设有流体入口和流体出口，所述流体入口与散热管的过渡段连通。
7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于：所述流体入口设置在散热腔靠近入口腔的一端，所述流体出口设置在散热腔靠近出口腔的一端，且流体入口和流体出口分别位于散热腔的相对侧，流体入口和流体出口之间的散热腔中交错的设置有多个隔板。
8.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述散热管的入口段沿介质流动方向具有收口部和扩口部，从收口部至扩口部散热管内径依次增大。
9.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述散热管入口段和中间段连接处的内腔中设置有旋流器，沿介质流动方向所述散热管中间段的内壁上安装有多个扰流肋。
10.一种用于船艇动力的气流冷却器，其特征在于：包括权利要求1所述的冷却装置，所述散热管的入口与燃气轮机的排气管连通，所述射流冷却装置和换热装置的冷却介质入口与海水管路连通。
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