CN114216355B - 一种非能动换热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种非能动换热器，涉及动力设计的技术领域，非能动换热器包括：外壳，其上设有上下分布的两个管板；多个传热管，所有所述传热管上下分布的两端各穿设在一个所述管板上，且所述传热管布设于所述外壳靠外的一侧，以供与该外壳外侧的冷却液进行换热；支承架体，其与所述管板和各个所述传热管均相连，且位于所述外壳的外侧。本申请一方面采用立式设计换热器，传热管内的待冷却工质发生冷凝并在重力的作用下向下流出，传热管外的冷却液温度逐渐上升直至沸腾向上溢出，无需依靠外部输入就能实现待冷却工质和冷却液在换热区间的非能动性流动；另一方面还保证了换热器在冷却液中发生冲击或摇摆现象时的安全可靠性。

Description

一种非能动换热器

技术领域

本申请涉及动力设计的技术领域，特别涉及一种非能动换热器。

背景技术

换热器作为船舶动力系统中的核心设备之一，用来冷却不同工质，而冷却后的工质再进行加热、冷却的循环过程，以维持动力系统的正常运行。目前，我国船舶动力系统换热器传热管中的待冷却工质普遍为单一工质换热器，且待冷却工质的流态始终为一种流态，如蒸汽、淡水或滑油等工质，缺乏一种待冷却介质在不同冷却阶段存在不同工质形态的混合设计的换热器。

发明内容

本申请实施例提供一种非能动换热器，以解决相关技术中缺乏一种待冷却介质在不同冷却阶段存在不同工质形态的混合设计的换热器的技术问题。

本申请实施例提供了一种非能动换热器，包括：

外壳，其上设有上下分布的两个管板；

多个传热管，所有所述传热管上下分布的两端各穿设在一个所述管板上，且所述传热管布设于所述外壳靠外的一侧，以供与该外壳外侧的冷却液进行换热；

支承架体，其与所述管板和各个所述传热管均相连，且位于所述外壳的外侧。

一些实施例中，所述传热管呈U型。

一些实施例中，同一个所述传热管在两个所述管板上形成的传热孔上下对称，且所述传热管竖直部分到所述管板的水平距离与上下对称的两个所述传热孔的竖直距离正相关。

一些实施例中，一个所述管板上的所有所述传热孔上下左右对称分布，且从上自下或从左自右的传热孔的数量均先递增后递减。

一些实施例中，所述支承架体包括多个上下间隔分布的楼梯状构造，其中，

所述楼梯状构造包括：

两个相对设置的连接板，所述连接板通过所述支承架体与所述管板固定连接；

多个间隔连于两个所述连接板间的支承板，所述支承板上开设有可供所述传热管竖直部分穿过的梅花孔。

一些实施例中，所述支承板通过支承块组件与所述连接板相连，其中，所述支承块组件包括：

具有缺口的支承块，所述支承块安装在所述连接板上；所述支承板的端部放置在所述缺口上，并与所述缺口的周侧存在间隙；

盖板，其盖设在所述支承块上，以与所述支承块共同夹持所述支承板。

一些实施例中，所述连接板倾斜设置且上下相邻的两个所述连接板倾斜方向相异。

一些实施例中，所述支承板上还开设有通流孔。

一些实施例中，所述管板上的每一行传热孔或每一列传热孔的数量均为奇数个。

一些实施例中，还包括：

所述管板上远离所述传热管的一侧安装有一个封头，所述封头具有一与所有所述传热管连通的腔室，且下方的所述腔室的出口靠近所述封头的底部设置。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

非能动换热器采用立式设计，待冷却工质从传热管的上端进入，通过在外壳外侧的传热管与冷却介质的接触，使得待冷却工质在传热管中发生冷凝并在重力的作用下从传热管的下端流出，传热管外的冷却液温度逐渐上升直至沸腾向上溢出，实现待冷却工质和冷却液在换热区间的非能动性流动；其次，支承架体与所有传热管相连以支承各个传热管，在进行换热的同时，还保证了换热器在冷却液中发生冲击或摇摆现象时的安全可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种非能动换热器的立面主视图；

图2为传热孔在上管板上的散热孔分布示意图(右视)；

图3为传热孔在下管板上的散热孔分布示意图(右视)；

图4为传热管竖直部分的横截面分布示意图(俯视)；

图5为支承架体的立体示意图；

图6为支承块组件与支承板相连的立体示意图；

图7为支承板在支承块的缺口中的俯视示意图；

图8为承板上有三个梅花孔的示意图；

图9为承板上有七个梅花孔的示意图；

图10为承板上有九个梅花孔的示意图；

图中：1、外壳；11、管板；12、封头；13、腔室；14、出口；15、进口；2、传热管；20、传热孔；3、支承架体；31、连接板；32、支承板；33、梅花孔；34、通流孔；35、辅助支撑；36、支承块；37、缺口；38、盖板；4、水箱。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请实施例提供了一种非能动换热器，采用立式设计换热器，传热管内的待冷却工质发生冷凝并在重力的作用下向下流出，传热管外的冷却液温度逐渐上升直至沸腾向上溢出，无需依靠外部输入就能实现待冷却工质和冷却液在换热区间的非能动性流动；另一方面还保证了换热器在冷却液中发生冲击或摇摆现象时的安全可靠性。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，本申请实施例还提供了一种非能动换热器，包括：

外壳1，其上设有上下分布的两个管板11；

多个传热管2，所有所述传热管2上下分布的两端各穿设在一个所述管板11上，且所述传热管2布设于所述外壳1靠外的一侧，以供与该外壳1外侧的冷却液进行换热；

支承架体3，其与所述管板11和各个所述传热管2均相连，且位于所述外壳1的外侧。

在本实施例中，所述管板11设在某一设备的外壳1上，所述外壳1将空间划分为两部分，外壳1的外侧为冷却液。

本申请实施例提供的一种非能动换热器的工作原理为：

待冷却工质从传热管2的上端进入，通过在外壳1外侧的传热管2与冷却介质的接触，使得待冷却工质在传热管2中发生冷凝并在重力的作用下从传热管2的下端流出，传热管2外的冷却液温度逐渐上升直至沸腾向上溢出。

可见，本申请实施例采用立式设计换热器，待冷却工质在传热管2中冷凝后在重力作用下下流，冷却液在传热管2外依靠传热管2的导热升温并直至沸腾向上溢出。与传统的待冷却工质和冷却液在换热区间的强迫流动相比，无需依靠外部输入就能实现待冷却工质和冷却液在换热区间的非能动性流动。

其次，支承架体3与各个传热管2都相连以支承各个传热管2在冷却液中的稳定性，在传热管进行换热的同时，还保证了换热器在冷却液中发生冲击或摇摆现象时的安全可靠运行。

如图1所示，优选地，所述传热管2呈U型。

具体地，所述传热管2呈开口朝向所述外壳1的U型构造。

如图2和3所示，进一步地，同一个所述传热管2在两个所述管板11上形成的传热孔20上下对称，且所述传热管2竖直部分到所述管板11的水平距离与上下对称的两个所述传热孔20的竖直距离正相关。

再进一步地，一个所述管板11上的所有所述传热孔20上下左右对称分布，且从上自下或从左自右的传热孔20的数量均先递增后递减。

更进一步地，所述管板11上的每一行传热孔20或每一列传热孔20的数量均为奇数个。

在一个具体实施例中，所述管板11为圆形，有利于在该管板11上最大化布置传热管2的数量。

如图2～4所示，序号相同的圆孔表征同一根传热管，如图4所示，其表示的是传热管竖直部分的中剖面的分布示意，与图2中上管板上的散热孔或图3中下管板上的散热孔相照应。所有的U型传热管分层分布，传热管2的竖直部分能够在中剖面最大化布置，在上管板中，传热孔20从上到下分布的每一行数量依次为3、7、9、9、11、11、11、9、9、7、3，一共11行；同样地，从左往右分布的每一列数量也依次为3、7、9、9、11、11、11、9、9、7、3，一共11列。

奇数且梯度设计的传热管不仅能够最大数量地布置在管板11上，还能够使得传热管2外的冷却液产生密度差加速换热流动，提高换热效率。

如图5所示，更进一步地，所述支承架体3包括多个上下间隔分布的楼梯状构造，其中，

所述楼梯状构造包括：

两个相对设置的连接板31，所述连接板31通过所述支承架体3与所述管板11固定连接；

多个间隔连于两个所述连接板31间的支承板32，所述支承板32上开设有可供所述传热管2竖直部分穿过的梅花孔33。

本实施例中，所述支承板32的两端被连接板31固定设置，受力可靠，同时，支承板32上的梅花孔33的数量与奇数且梯度设计的多个传热管相匹配，如图8～10所示，是图1中由左向右或者由右向左的前三个支承板32的俯视示意图，梅花孔33的数量依次是3、7、9，其余的支承板32的结构的变形例根据需要穿过的传热管2的数量适应设置即可，故而不再详细赘述。

传热管2穿设在梅花孔33中，既能够使得支承板32套设在传热管2外，使得传热管2在冲击或摇摆条件下也能够保持稳定可靠性来实现换热器的安全可靠运行，也有利于传热管2在高温膨胀环境下的可靠固定，以及传热管2在支承架体3中的对流换热。

楼梯状构造以架体形式设计，同时，连接板31和支承板32之间为可拆卸式连接，方便安装施工，其中，该可拆卸式连接为满足支承架体3的强度前提下的现有技术中的任意一种可拆卸连接形式。

如图6～7所示，优选地，所述支承板32通过支承块组件与所述连接板31相连，其中，所述支承块组件包括：

具有缺口37的支承块36，所述支承块36安装在所述连接板31上；所述支承板32的端部放置在所述缺口37上，并与所述缺口37的周侧存在间隙；

盖板38，其盖设在所述支承块36上，以与所述支承块36共同夹持所述支承板32。

在本实施例中，所述支承板32在使用时浸没在冷却液中，若待冷却工质为蒸汽(250℃)，则该冷却液的温度最后也会变成高温，使得所述支承板32处于一个高温环境下，当所述支承板32发生膨胀时，若支承板32与所述支承块组件之间没有安装间隙，一方面降低了支承板32的安装可靠性，更一方面也可能使得支承板32的变形而影响到传热管2。那么在本实施例中，由于与缺口37的周侧存在安装间隙，优选为2mm的间隙缝，仍然使得支承板32具有一定的灵活性，进一步保证传热管2的可靠性，确保换热效率。

进一步地，所述支承架体3还包含辅助支撑35，该辅助支撑35在所述传热管位于容纳有冷却液的水箱4中时，连接所述支承架体3和水箱4，加强该支承架体3的支承能力，进一步保证了换热器在冷却液中发生冲击或摇摆现象时的安全可靠运行。

进一步地，如图1所示，所述连接板31倾斜设置且上下相邻的两个所述连接板31倾斜方向相异。

在本实施例中，倾斜设置的连接板31使得该连接板31上的各个支承板32不共面，降低传热管2外的支承板32的存在对于冷却液流动的干扰，确保换热效率。

再进一步地，如图8～10所示，所述支承板32上还开设有通流孔34。所述支承板32上开设的通流孔34不仅降低了所述支承板32的重量，还能够使得对流效果更佳，提高换热效率。

进一步地，如图1所示，还包括：

设于所述外壳1内壁上的两个封头12，所述封头12具有一与所有所述传热管2连通的腔室13，且下方的所述腔室13的出口14靠近所述封头12的底部设置。

一个具体的实施例中，外壳1外侧的传热管2全部浸没在冷却液中，两个封头12根据在外壳1上的位置分为上封头和下封头，上封头具有的腔室的进口15用于接收待冷却工质。

若待冷却工质为蒸汽(250℃)，该蒸汽从所述进口15进入，经由上封头的腔室并从各个传热管2的上端进入到各个传热管2中，通过在外壳1外侧的传热管2与冷却介质的接触发生换热，使得蒸汽在传热管2中发生冷凝并在重力的作用下从传热管2的下端以液体形式经由所述出口14流出，传热管2外的冷却液温度逐渐上升直至沸腾向上溢出，完成浸没式的非能动换热器的换热工序。

其中，从所述出口14流出的冷凝后的蒸汽再回到蒸汽发生器进行加热即可又产生蒸汽(250℃)，并继续向上封头的进口传输，实现循环。

若待冷却工质为其他状态，也能够根据传热管2的立式布置实现换热，并不局限于一种流态的待冷却工质。

本申请实施例还提供了一种安装有如上述的非能动换热器的船舶。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的安装有如上述的非能动换热器的船舶的具体实施例，可以参考前述实施例中，在此不再赘述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种非能动换热器，其特征在于，包括：

外壳(1)，其上设有上下分布的两个管板(11)；

多个传热管(2)，所有所述传热管(2)上下分布的两端各穿设在一个所述管板(11)上，且所述传热管(2)布设于所述外壳(1)靠外的一侧，以供与该外壳(1)外侧的冷却液进行换热；

支承架体(3)，其与所述管板(11)和各个所述传热管(2)均相连，且位于所述外壳(1)的外侧；

所述支承架体(3)包括多个上下间隔分布的楼梯状构造，其中，所述楼梯状构造包括：

两个相对设置的连接板(31)，所述连接板(31)通过所述支承架体(3)与所述管板(11)固定连接；

多个间隔连于两个所述连接板(31)间的支承板(32)，所述支承板(32)上开设有可供所述传热管(2)竖直部分穿过的梅花孔(33)；

所述支承板(32)通过支承块组件与所述连接板(31)相连，其中，所述支承块组件包括：

具有缺口(37)的支承块(36)，所述支承块(36)安装在所述连接板(31)上；所述支承板(32)的端部放置在所述缺口(37)上，并与所述缺口(37)的周侧存在间隙；

盖板(38)，其盖设在所述支承块(36)上，以与所述支承块(36)共同夹持所述支承板(32)。

2.如权利要求1所述的非能动换热器，其特征在于，所述传热管(2)呈U型。

3.如权利要求1或2所述的非能动换热器，其特征在于，同一个所述传热管(2)在两个所述管板(11)上形成的传热孔(20)上下对称，且所述传热管(2)竖直部分到所述管板(11)的水平距离与上下对称的两个所述传热孔(20)的竖直距离正相关。

4.如权利要求3所述的非能动换热器，其特征在于，一个所述管板(11)上的所有所述传热孔(20)上下左右对称分布，且从上自下或从左自右的传热孔(20)的数量均先递增后递减。

5.如权利要求1所述的非能动换热器，其特征在于，所述连接板(31)倾斜设置且上下相邻的两个所述连接板(31)倾斜方向相异。

6.如权利要求1所述的非能动换热器，其特征在于，所述支承板(32)上还开设有通流孔(34)。

7.如权利要求4所述的非能动换热器，其特征在于，所述管板(11)上的每一行传热孔(20)或每一列传热孔(20)的数量均为奇数个。

8.如权利要求1所述的非能动换热器，其特征在于，所述管板(11)上远离所述传热管(2)的一侧安装有一个封头(12)，所述封头(12)具有一与所有所述传热管(2)连通的腔室(13)，且下方的所述腔室(13)的出口(14)靠近所述封头(12)的底部设置。