CN113915803A - 一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船舶舱内空气调节系统相关技术领域，并公开了一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器。该蒸发器包括集液腔、集汽腔、冷媒水腔、热管管路和冷媒水管路，集汽腔和集液腔间通过热管管路连接，冷媒水腔通过冷媒水管路连接；蒸发器呈双壳程复合结构，内壳程中设置有热管管路，外壳程中设置有冷媒水管路；蒸发器上设置有进气口和出气口，进气口与内壳程连通，出气口与外壳程连通，内壳程上设置有缺口，高温空气通过进气口进入内壳程后，与热管管路进行热交换，然后从缺口处进入外壳程中与冷媒水管路进行二次热交换，最后冷却后的空气从出气口流出。通过本发明，解决了船舶空调系统换热效率低以及能耗高的问题。

Description

一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器及系统
技术领域
本发明属于船舶舱内空气调节系统相关技术领域，更具体地，涉及一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器及系统。
背景技术
船舶上传统的空气冷却装置一般采用冷水机组，冷水流经翅片管对空气进行冷却，其换热器需要外加高功率的水泵及风机，因而能源消耗较大，使航行器的自持力下降。分离式热管作为一种被动式散热装置，可以利用重力保证循环的维持，其主要由蒸发器、冷凝器及气液管路等组成，通过制冷工质的蒸发-冷凝达到热量输运的目的。理论上，通过将冷凝器设置于舷外的方式可以实现舱内与舷外海水的热交换。
传统的热管蒸发器换热性能较差，由于分离式热管系统还依赖于冷凝器与海水的换热，在船舶低速行驶或静止的情况下系统将无法满足其制冷量需求，甚至导致分离式热管的启动失败，难以应用于船舶的空调系统中。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器及系统，解决了船舶空调系统换热效率低以及能耗高的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，该蒸发器包括集汽腔、集液腔、冷媒水腔、热管管路和冷媒水管路，其中，
所述集汽腔和集液腔分别相对设置在所述蒸发器的上部和下部，该集汽腔和集液腔间通过所述热管管路连接，所述集汽腔的下端和集液腔的上端各设置有冷媒水腔，分别为上冷媒水腔和下冷媒水腔，该上冷媒水腔和下冷媒水腔通过所述冷媒水管路连接；
所述蒸发器呈双壳程复合结构，通过设置在该蒸发器中部的隔板将所述蒸发器内部划分为内壳程和外壳程，所述内壳程中设置有热管管路，所述外壳程中设置有冷媒水管路；所述蒸发器上设置有进气口和出气口，进气口与所述内壳程连通，出气口与所述外壳程连通，所述内壳程上设置有缺口，高温空气通过所述进气口进入所述内壳程后，与所述热管管路进行热交换，然后从所述缺口处进入所述外壳程中与所述冷媒水管路进行二次热交换，最后冷却后的空气从所述出气口流出。
进一步优选地，所述热管管路的管体沿圆周方向上均匀设置有蒸汽槽道，蒸汽槽道外贴附有金属丝网，所述热管管路中的液体受热后汽化，在所述金属丝网的毛细抽力作用下，汽化后的气体进入所述蒸汽槽道中，并沿所述蒸汽槽道进入所述集汽腔中。
进一步优选地，所述金属丝网通过环形的弹簧固定。
进一步优选地，所述金属丝网为200目～400目的不锈钢丝网形成的多孔结构，孔隙率为30％～55％，用于提供额外的毛细抽力。
进一步优选地，所述集液腔的内壁上贴附有毛细芯，该毛细芯为所述热管管路供液提供毛细抽力。
进一步优选地，所述热管管路上盘旋有螺旋翅片，用于增大散热面积。
进一步优选地，所述冷媒水管路上设置有螺旋翅片，用于强化热空气与冷媒水管路之间的热交换。
进一步优选地，所述缺口为一个或者多个，用于将所述内壳程和外壳程连通。
进一步优选地，所述上冷媒水腔和下冷媒水腔上设置有进出口，用于冷媒水的循环。
按照本发明的另一个方面，提供了一种分离式热管系统，该分离式热管系统包括冷凝器和上述所述的蒸发器，其中，所述冷凝器的两端与所述蒸发器的两端连接，所述冷凝器用于与海水进行热交换，所述蒸发器用于船舱内热空气的冷却。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
1.本发明中的分离式蒸发器为双壳程结构，将蒸发器划分为两个部分，使得热空气进入该蒸发器的时分两次被冷却，在被热管管路冷却后进一步与冷媒水管路进行换热，使得热管中的液体蒸发从集液腔运动至集汽腔，既有效提高蒸发器的换热效率，又可降低蒸发器的能耗；
2.本发明中的热管管道中设置有金属丝网和蒸汽槽道，集液腔中设置有毛细芯，三者配合使用，集液腔中的毛细芯的毛细抽力有助于液体回到热管管路，热管中的金属丝网和蒸汽槽道有助于蒸汽进入集汽腔，促进制冷工质在管内的相变与流通，从而提高热管蒸发器的换热效率并在相同换热量需求下减小占用空间；
3.本发明中的分离式蒸发器与冷凝器的配合使用形成的分离式热管系统，蒸发器本身具备较好的换热效率，同时复合结构的设计使系统不依赖冷凝器与海水的换热，不管是在船舶低速行驶还是静置的情况下，均能满足分离式热管系统的制冷量需求，尤其适用于船舶的空调系统。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的船舶用分离式双壳程式空调蒸发器的剖面结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的船舶用分离式双壳程式空调蒸发器的结构示意图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的热管管路及冷媒水管路分布示意图；
图4是按照本发明的优选实施例所构建的热管管路及螺旋翅片结构示意图；
图5是按照本发明的优选实施例所构建的热管管路有支撑弹簧的截面图；
图6是按照本发明的优选实施例所构建的热管管路无支撑弹簧的截面图；
图7是按照本发明的优选实施例所构建的集液腔的结构示意图；
图8是按照本发明的优选实施例所构建的分离式热管系统的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-集汽腔，2-上冷媒水腔，3-下冷媒水腔，4-集液腔，5-热管管路，6-冷媒水管路，7-隔板，8-管体，9-蒸汽槽道，10-金属丝网，11-弹簧，12-毛细芯，13-腔体，14-缺口，15-螺旋翅片，16-进气口，17-出气口
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和2所示，一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，主体包括集汽腔1、集液腔4、上冷媒水腔2和下冷媒水腔3以及管路等部分。空调热管蒸发器采用双壳程复合结构，通过设置在该蒸发器中部的隔板7将蒸发器内部划分为内壳程和外壳程，内壳程中设置有热管管路5，5外壳程中设置有冷媒水管路6；隔板7上设置有缺口14底部与热空气入口相接，上部开口使内外壳程连通。蒸发器上设置有进气口16和出气口17，进气口16与所述内壳程连通，出气口17与所述外壳程连通。
热管管路及冷媒水管路排布示意图如图3所示，热空气通过蒸发器左侧管道进入内壳程先与热管管路5进行换热，由夹层上部进入外壳程再与冷媒水管路6换热，之后冷却后的空气从蒸发器右侧管路排出。
热管管路及其翅片结构如图4所示，热管管路5外部设计有螺旋翅片15，与壳侧进出口相对应从而增大壳程，热空气沿翅片与热管管路5充分换热。
热管管路5内部结构如图5所示，在其管体8上开设蒸汽槽道9，管道内壁面通过弹簧11固定有金属丝网10，金属丝网是由丝径为200目-400目的不锈钢丝网形成的多孔结构，孔隙率为30％-55％，为系统提供额外的毛细抽力。此外，也可采用烧结毛细芯12如图6，此时无需弹簧固定。工作时，制冷工质由集液腔进入热管管路并与热空气进行换热，管道中的液体受热后，在金属丝网外侧蒸发，蒸汽进入蒸汽槽道并上升进入集汽腔，在毛细芯的作用下管路内部的制冷工质不断向槽道补充。
集液腔4如图7所示，包括腔体13和毛细芯12，二次毛细芯布置于整个腔体的内壁面，可为热管管路持续供液，同时也为循环提供额外的毛细抽力。
本发明所提出的蒸发器可应用于复合式船舶空调系统，通过双壳程结构有效解决船用空调系统的高能耗问题，同时还具有占地面积小、换热效率高的优点。
如图8所示的分离式热管系统，其中包括冷凝器和上述的蒸发器，冷凝器和蒸发器共同作用为船舶有效降温，复合结构的设计避免在分离式热管系统中仅仅依赖于冷凝器与海水的换热，满足船舶低速行驶或静止的情况下的制冷量需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，该蒸发器包括集汽腔(1)、集液腔(4)、冷媒水腔、热管管路(5)和冷媒水管路(6)，其中，
所述集汽腔(1)和集液腔(4)分别相对设置在所述蒸发器的上部和下部，该集汽腔(1)和集液腔(4)之间通过所述热管管路(5)连接，所述集汽腔(1)的下端和集液腔(4)的上端各设置有冷媒水腔，分别为上冷媒水腔(2)和下冷媒水腔(3)，该上冷媒水腔和下冷媒水腔通过所述冷媒水管路连接；
所述蒸发器呈双壳程复合结构，通过设置在该蒸发器中部的隔板(7)将所述蒸发器内部划分为内壳程和外壳程，所述内壳程中设置有热管管路(5)，所述外壳程中设置有冷媒水管路(6)；所述蒸发器上设置有进气口(16)和出气口(17)，进气口(16)与所述内壳程连通，出气口(17)与所述外壳程连通，所述内壳程上设置有缺口(14)，高温空气通过所述进气口进入所述内壳程后，与所述热管管路进行热交换，然后从所述缺口处进入所述外壳程中与所述冷媒水管路进行二次热交换，最后冷却后的空气从所述出气口流出。
2.如权利要求1所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述热管管路(5)的管体沿圆周方向上均匀设置有蒸汽槽道(9)，蒸汽槽道外贴附有金属丝网(10)，所述热管管路中的液体受热后汽化，在所述金属丝网的毛细抽力作用下，汽化后的气体进入所述蒸汽槽道中，并沿所述蒸汽槽道进入所述集汽腔中。
3.如权利要求2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述金属丝网(10)通过环形的弹簧(11)固定。
4.如权利要求2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述金属丝网(10)为200目～400目的不锈钢丝网形成的多孔结构，孔隙率为30％～55％，用于提供额外的毛细抽力。
5.如权利要求1或2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述集液腔(4)的内壁上贴附有毛细芯(12)，该毛细芯为所述热管管路供液提供毛细抽力。
6.如权利要求1或2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述热管管路(5)上盘旋有螺旋翅片(15)，用于增大散热面积。
7.如权利要求1或2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述冷媒水管路(6)上设置有螺旋翅片(15)，用于增大热空气与冷媒水管路之间的热交换。
8.如权利要求1或2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述缺口(14)为一个或者多个，用于将所述内壳程和外壳程连通。
9.如权利要求1或2所述的一种船舶用分离式双壳程式空调蒸发器，其特征在于，所述上冷媒水腔(2)和下冷媒水腔(3)上设置有进出口，用于冷媒水的循环。
10.一种分离式热管系统，其特征在于，该分离式热管系统包括冷凝器和权利要求1-9任一项所述的蒸发器，其中，所述冷凝器的两端与所述蒸发器的两端连接，所述冷凝器用于与海水进行热交换，所述蒸发器用于对船舱内热空气进行冷却。
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