CN114234682A - 一种管壳式集成换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管壳式集成换热器，涉及船舶动力装置设计领域，包括：管壳，其内设有至少两个相互隔离的换热区，每个所述换热区内均设有多个沿所述管壳径向间隔布置的换热管；至少两个工质通道，每个所述工质通道的进口和出口均设置在所述管壳的侧面，且每个所述工质通道对应地与一个所述换热区连通；冷却水通道，所述冷却水通道的进口和出口分别设置在所述管壳的两端，且所述冷却水通道与各个所述换热区内的换热管连通。本发明中的管壳式集成换热器在保证性能的同时，能提高动力系统集成度，减少设备数量。

Description

一种管壳式集成换热器

技术领域

本发明涉及船舶动力装置设计领域，具体涉及一种管壳式集成换热器。

背景技术

各类换热器是船舶动力系统中的核心设备之一，其作用是将各类做完功的工质热量带走，冷却完的工质又开始新一轮的做功-冷却过程，如此往复，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普遍为单一工质换热器，如蒸汽工质，淡水工质、CO2工质等，缺乏不同工质混合设计的换热器，对于动力系统构成复杂、安装空间受限的船舶环境，单一工质介质导致换热器种类、数量繁多，占用大量空间，且每台换热器均需单独布置管路，导致舱内空间狭窄，动力系统流程复杂，不利于系统维修及高效化设计，难以满足当前化、模块化的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供一种管壳式集成换热器，其在保证性能的同时，能提高动力系统集成度，减少设备数量。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种管壳式集成换热器，包括：

管壳，其内设有至少两个相互隔离的换热区，每个所述换热区内均设有多个沿所述管壳径向间隔布置的换热管；

至少两个工质通道，每个所述工质通道的进口和出口均设置在所述管壳的侧面，且每个所述工质通道对应地与一个所述换热区连通；

冷却水通道，所述冷却水通道的进口和出口分别设置在所述管壳的两端，且所述冷却水通道与各个所述换热区内的换热管连通。

一些实施例中，所述管壳包括呈筒状的外壳体和内壳体，所述内壳体收容在所述外壳体内，所述外壳体之间形成第一换热区，所述内壳体内形成第二换热区。

一些实施例中，所述管壳式集成换热器包括：

蒸汽工质通道，其包括设置在所述管壳上的两个蒸汽进口，且所述蒸汽工质通道与所述第一换热区连通；

淡水工质通道，其包括设置在所述管壳上的淡水进口和淡水出口，且所述淡水工质通道与所述第二换热区连通。

一些实施例中，所述外壳体和内壳体的横截面的圆心同心。

一些实施例中，所述外壳体和内壳体的横截面的半径之比为2比1。

一些实施例中，所述第一换热区和第二换热区内布置的换热管的数量之比为3～4:1。

一些实施例中，所述管壳的两端分别设有一管板，每个所述换热区内的换热管的两端固定在两个所述管板上。

一些实施例中，所述管壳式集成换热器还包括位于所述管壳的两端，且与两个所述管板固定的端盖，所述冷却水通道的冷却水进口和冷却水出口分别设置在两个所述端盖上。

一些实施例中，所述端盖呈椭圆形。

一些实施例中，所述管壳式集成换热器采用的材料为不锈钢、铜、钛合金或铝制材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中的管壳式集成换热器，其管壳内设有至少两个相互隔离的换热区，可以同时对多种不同种类的工质进行换热，无需像现有技术中那样设置多个换热器种类，节省了舱内空间，简化了动力系统流程，有利于系统维修及高效化设计，从而可以满足当前化、模块化的要求。

附图说明

图1为本发明实施例中管壳式集成换热器的结构图；

图2为图1中沿A-A方向的剖视图。

图中：1-管壳，11-换热管，12-外壳体，13-内壳体，14-管板，15-，端盖，21-蒸汽进口，22-淡水进口，23-淡水出口，31-冷却水进口，32-冷却水出口。

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。

本发明实施例提供一种管壳式集成换热器，其能在保证性能的同时，能提高动力系统集成度，减少设备数量。

图1是管壳式集成换热器的结构示意图，其包括管壳1、至少两个工质通道和冷却水通道。

其中，管壳1内设有至少两个相互隔离的换热区，每个所述换热区内均设有多个沿所述管壳1径向间隔布置的换热管11。每个所述工质通道的进口和出口均设置在所述管壳1的侧面，且每个所述工质通道对应地与一个所述换热区连通。冷却水通道的进口和出口分别设置在所述管壳1的两端，且所述冷却水通道与各个所述换热区内的换热管11连通。

可以理解的是，本实施例中在管壳1上设置了至少两个工质通道，同时为每个工质通道布置了独立的换热区，这样就有条件给不同种类的工质(如蒸汽工质，淡水工质、CO2工质等)同时进行换热，值得说明的是，对于工质通道的数量，本实施例不做限制，可以根据实际情况合理设置，比如可以根据自身功能需求扩展为3分区或更多分区。

参见图2所示，具体而言，一些实施例中，所述管壳1包括呈筒状的外壳体12和内壳体13，所述内壳体13收容在所述外壳体12内，所述外壳体12和内壳体13之间形成第一换热区，所述内壳体13内形成第二换热区。即通过呈筒状的外壳体12和内壳体13来形成两个独立的换热区，在优选的实施例中，外壳体12和内壳体13的横截面的圆心还可以设置为同心。

为了便于固定换热区内的换热管11，一些实施例中，所述管壳1的两端分别设有一管板14，每个所述换热区内的换热管11的两端固定在两个所述管板14上。

此外，为了让冷却水在管侧，所述管壳式集成换热器还包括位于所述管壳1的两端，且与两个所述管板14固定的端盖15，所述冷却水通道的冷却水进口31和冷却水出口32分别设置在两个所述端盖15上。优选地，所述端盖15呈椭圆形，为了降低管壳式集成换热器的重量，其包括的各个部件采用的材料为铝制材料，当然也可以根据需要选择不锈钢、铜或钛合金等材料。

设置了上述两个换热区后，以蒸汽工质通道和淡水工质通道为例，其中，蒸汽工质通道包括设置在所述管壳1上的两个蒸汽进口21，且所述蒸汽工质通道与所述第一换热区连通，值得说明的是，蒸汽工质通道没有蒸汽出口，通过两个蒸汽进口21进入完成换热，蒸汽冷凝后成为凝水排出。淡水工质通道包括设置在所述管壳1上的淡水进口22和淡水出口23，且所述淡水工质通道与所述第二换热区连通。这样一来就可以利用本实施例中的管壳式集成换热器同时对蒸汽工质和淡水工质进行换热，无需像现有技术中那样设置多个换热器种类，从而可以降低系统的复杂程度。

优选地实施例中，外壳体12和内壳体13的横截面的半径之比为2比1。进一步地，所述第一换热区和第二换热区内布置的换热管11的数量之比为3～4:1。

上述对外壳体12和内壳体13尺寸的设置，以及对第一换热区和第二换热区内布置的换热管11的数量的设置都可以根据实际需要来灵活设置。

具体的实现中首先根据蒸汽、淡水各工况下的热负荷统计及冷却水系统配置，确定换热器总换热面积，由空间布置对换热器的尺寸重量约束，确定外壳体直径；根据蒸汽、淡水各工况下最大热负荷及冷却水需求，确定淡水区与蒸汽区的换热面积比；根据上述设计确定换热器方案，各工况下需确保冷却水流量满足蒸汽、淡水换热需求。

这样一来，本发明实施例中呈同心圆式的管壳式集成换热器，其冷却水在管侧，被冷却工质(蒸汽、淡水)在壳侧，蒸汽换热区(第一换热区)和淡水换热区(第二换热区)的换热管在径向方向上并联分布，冷却水可对同一轴向截面上的淡水蒸汽同时换热。换热器采用内外双壳体设计，蒸汽换热区在内壳体13和外壳体12之间，淡水换热区在内壳体13内。外部冷却水根据蒸汽-淡水区换热面积比自行分配冷却水流量，一部分冷却水进入蒸汽换热区换热管与壳侧蒸汽换热，另一部分冷却水进入淡水换热区换热管与淡水换热；冷却后的蒸汽、淡水工质重新进行系统，换热完的两股冷却水重新汇合，被排出换热器。

可以理解的是，采用了本发明实施例中的管壳式集成换热器后，其在安全性、隐蔽性、模块化和集成度这几个方面都有所改进，具体而言：

安全性：对于船舶动力系统，最终冷源为外界高压海水，换热器数量越多，需要的冷却管路、附件即高压边界越长，由于海水的强腐蚀性，其泄漏风险越大；采用本发明实施例中的管壳式集成换热器，可减少通海高压边界，提高安全性。

隐蔽性：采用本发明实施例中的管壳式集成换热器后，通海高压边界及通海口数量可大幅降低，同时由于海水侧流程简化，海水泵配置数量和种类减少，可以从源头减少通海类系统海水泵流噪声及直接辐射通道，对辐射噪声进行有效控制。

模块化：设备功能化后，蒸汽、淡水工质系统随之根据流程需求，结合当前技术，可在接口界面设置海水、淡水、蒸汽泵站、阀站，共同构成式换热器模块，便于统一生产、检验、安装，减少装配环节，提高安装精度和安装效率。

集成度：将蒸汽-淡水工质换热器集成设计，可减少动力系统换热器种类数量，降低设备、管路、附件布置难度，节省动力舱空间，有利于提高系统集成度可维修性；同时换热器种类数量减少，可精简冗余设备和附属部套，降低动力系统重量，提高功率密度，有利于船舶的机动性。

综上所述，本发明中的管壳式集成换热器，其管壳1内设有至少两个相互隔离的换热区，可以同时对多种不同种类的工质进行换热，无需像现有技术中那样设置多个换热器种类，节省了舱内空间，简化了动力系统流程，有利于系统维修及高效化设计，从而可以满足当前化、模块化的要求。

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 (10)

1.一种管壳式集成换热器，其特征在于，包括：

管壳(1)，其内设有至少两个相互隔离的换热区，每个所述换热区内均设有多个沿所述管壳(1)径向间隔布置的换热管(11)；

至少两个工质通道，每个所述工质通道的进口和出口均设置在所述管壳(1)的侧面，且每个所述工质通道对应地与一个所述换热区连通；

冷却水通道，所述冷却水通道的进口和出口分别设置在所述管壳(1)的两端，且所述冷却水通道与各个所述换热区内的换热管(11)连通。

2.如权利要求1所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述管壳(1)包括呈筒状的外壳体(12)和内壳体(13)，所述内壳体(13)收容在所述外壳体(12)内，所述外壳体(12和内壳体(13)之间形成第一换热区，所述内壳体(13)内形成第二换热区。

3.如权利要求2所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述管壳式集成换热器包括：

蒸汽工质通道，其包括设置在所述管壳(1)上的两个蒸汽进口(21)，且所述蒸汽工质通道与所述第一换热区连通；

淡水工质通道，其包括设置在所述管壳(1)上的淡水进口(22)和淡水出口(23)，且所述淡水工质通道与所述第二换热区连通。

4.如权利要求2所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述外壳体(12)和内壳体(13)的横截面的圆心同心。

5.如权利要求4所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述外壳体(12)和内壳体(13)的横截面的半径之比为2比1。

6.如权利要求2所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述第一换热区和第二换热区内布置的换热管(11)的数量之比为3～4:1。

7.如权利要求1所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述管壳(1)的两端分别设有一管板(14)，每个所述换热区内的换热管(11)的两端固定在两个所述管板(14)上。

8.如权利要求7所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述管壳式集成换热器还包括位于所述管壳(1)的两端，且与两个所述管板(14)固定的端盖(15)，所述冷却水通道的冷却水进口(31)和冷却水出口(32)分别设置在两个所述端盖(15)上。

9.如权利要求8所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述端盖(15)呈椭圆形。

10.如权利要求1所述的一种管壳式集成换热器，其特征在于：所述管壳式集成换热器采用的材料为不锈钢、铜、钛合金或铝制材料。

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