CN115817783A - 模块化船舶共形冷却器及共形冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶动力技术领域，提供一种模块化船舶共形冷却器及共形冷却系统。上述的模块化船舶共形冷却器，包括：每个第一换热板沿自身的长度方向设有第一流道，第一流道的进液端与海水连通，第一流道的两侧设有多个第二流道，每个第二流道均与第一流道连通，每个第二流道的出口与第一换热板的边缘垂直设置，第一流道的进液端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏，第二流道的出口与尾翼侧弧形面垂直设置；多个第二换热板与多个第一换热板间隔层叠设置，每个第二换热板设有多个第三流道，第三流道用于流体流通。上述的模块化船舶共形冷却器，可避免海生物附着在第一换热板的第一端以及第一换热板的边缘，提高了第一换热板的换热能力。

Description

模块化船舶共形冷却器及共形冷却系统

技术领域

本发明涉及船舶动力技术领域，尤其涉及一种模块化船舶共形冷却器及共形冷却系统。

背景技术

船舶动力系统中存在大量海水冷却器，传统船舶采用分散式冷却技术，即海水冷却区分散布置在动力舱室内，通过分散的供水管路为冷却器提供海水，导致存在以下不足：一方面，占用大量舱室容积，降低船舶有效载装量，另一方面，连接海水冷却器的管路系统容易在长期海腐蚀、冲刷、承压等综合作用下发生破损，导致舱内漏水，影响船舶航行的安全性和可靠性。

为此目前新型船舶广泛采用中央冷却技术，通过集中冷却器冷却淡水，进而通过淡水对原海水冷却器进行间接冷却，可以实现缩减海水边界，提高船舶运行可靠性的目的。但是在中央冷却系统中，由于冷却负荷通过集中冷却器向外排出，导致该设备体积庞大，占用舱室空间。针对上述问题，研究人员提出外置共形冷却技术，通过将集中冷却器与船体结构共形化设计，增大了内部舱室利用率。

由于外置共形冷却系统共形换热器布置在舱外，相比舱内布置的集中冷却器更容易遭受外部环境冲击，传统共形换热器采用的换热管束容易在冲击作用下发生破损泄漏、堵管，导致维修更换操作不便，且管束表面容易附着海生物，导致换热能力下降甚至冷却系统无法正常运行。

发明内容

本发明提供一种模块化船舶共形冷却器及共形冷却系统，用以解决现有技术中换热管束抗冲击能力差以及换热管束表面容易附着海生物的缺陷。

本发明提供一种模块化船舶共形冷却器，包括：多个第一换热板，每个所述第一换热板沿自身的长度方向设有第一流道，所述第一流道的进液端与海水连通，所述第一流道的两侧设有多个第二流道，每个所述第二流道均与所述第一流道连通，每个所述第二流道的出口与所述第一换热板的边缘垂直设置，其中，所述第一流道的进液端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏，所述第二流道的出口与尾翼侧弧形面垂直设置；多个第二换热板，与多个所述第一换热板间隔层叠设置，每个所述第二换热板设有多个第三流道，所述第三流道用于流体流通。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，所述第一流道的进液端位于所述第一换热板的第一端，所述第三流道的进液端位于所述第二换热板的第二端，以使所述流体的流动方向与所述海水的流动方向相反。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，多个所述第二流道分为第一组第二流道和第二组第二流道，所述第一组第二流道和所述第二组第二流道对称设置于所述第一流道的两侧，每组内的多个所述第二流道沿所述第一流道的长度方向平行设置，每个所述第二流道与所述第一流道之间的夹角为锐角。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，多个所述第三流道分为第一组第三流道和第二组第三流道，所述第一组第三流道的位置与所述第一组第二流道的位置对正，所述第二组第三流道的位置与所述第二组第二流道的位置对正，所述第一组第三流道与所述第一组第二流道正交设置，所述第二组第三流道与所述第二组第二流道正交设置。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，每个所述第一换热板设有第一进口、第一出口和第二出口，所述第一进口邻近所述第一流道的末端设置，所述第一出口和所述第二出口分别位于所述第一流道的两侧，并邻近所述第一流道的进液端设置。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，每个所述第二换热板设有第二进口、第三出口第四出口，所述第二进口与所述第一组第三流道的第一端，以及所述第二组第三流道的第一端连通，所述第三出口与所述第一组第三流道的第二端连通，所述第四出口与所述第二组第三流道的第二端连通。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，多个所述第一进口和多个所述第二进口位置对正，形成进液通道，多个所述第一出口和多个所述第三出口位置对正，形成第一出液通道，多个所述第二出口和多个所述第四出口位置对正，形成第二出液通道，所述进液通道用于注入所述流体，所述第一出液通道和所述第二出液通道用于排出所述流体。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，所述第二换热板的形状与所述第一换热板的形状相同，所述第一换热板的外轮廓为流线形，所述第一换热板的长度大于所述第一换热板的宽度，所述第一换热板的第一端的宽度大于所述第一换热板的第二端的宽度，其中，所述第一端为迎流端。

根据本发明提供的一种模块化船舶共形冷却器，所述第一换热板的第一端的端面为圆弧形端面。

本发明还提供一种共形冷却系统，包括换热器、泵、管路和如上所述的模块化船舶共形冷却器，沿船舶的前进方向，所述模块化船舶共形冷却器设置于船舶的推进器的后方，所述模块化船舶共形冷却器与所述换热器通过所述管路连接成循环回路，所述泵设置于所述模块化船舶共形冷却器和所述换热器之间。

本发明实施例提供的模块化船舶共形冷却器，通过将第一流道的进液端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏，可借助航行动压驱动海水自循环，使海水冲刷第一换热板的第一端，从而避免海生物附着在第一换热板的第一端；通过在第一换热板的边缘设置多个第二流道的出口，且每个出口与第一换热器的边缘相垂直，以利用射流作用抑制海生物在第一换热板的边缘附着，提高了第一换热板的换热能力；同时，第一流道和第二流道采用蚀刻加工而成，较之换热管束提高了模块化船舶共形冷却器的耐冲击能力，进而提高了模块化船舶共形冷却器的使用寿命。

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是本发明提供的模块化船舶共形冷却器的结构示意图；

图2是图1中示出的第一换热板的结构示意图；

图3是图1中示出的第二换热板的结构示意图；

图4是第一换热板与第二换热板层叠设置的俯视图；

图5是第一流道和第二流道的结构示意图；

图6是进液通道、第一出液通道和第二出液通道的结构示意图；

图7是本发明提供的共形冷却系统的结构示意图；

附图标记：

10：第一换热板；11：第一流道；12：第二流道；13：第一进口；14：第一出口；15：第二出口；20：第二换热板；21：第三流道；22：第二进口；23：第三出口；24：第四出口；30：进液通道；40：第一出液通道；50：第二出液通道；100：模块化船舶共形冷却器；121：出口；200：换热器；300：泵；400：管路；500：推进器。

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作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。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图7描述本发明的模块化船舶共形冷却器及共形冷却系统。

如图1所示，在本发明的实施例中，模块化船舶共形冷却器100包括：多个第一换热板10和多个第二换热板20。每个第一换热板10沿自身的长度方向设有第一流道11，第一流道11的进液端与海水连通，第一流道11的两侧设有多个第二流道12，每个第二流道12均与第一流道11连通，每个第二流道12的出口121与第一换热板10的边缘垂直设置，其中，第一流道11的进液端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏，第二流道12的出口与尾翼侧弧形面垂直设置。多个第二换热板20与多个第一换热板10间隔层叠设置，每个第二换热板20设有多个第三流道21，第二换热板20用于流体流通。

具体来说，多个第一换热板10和多个第二换热板20间隔层叠焊接成模块化船舶共形冷却器100，板体之间采用多点焊接，增强了模块化船舶共形冷却器100的抗冲击能力。每个第一换热板10内蚀刻有第一流道11和多个第二流道12，第一流道11的第一端与海水连通，海水进入第一流道11后沿第一流道11两侧设置的第二流道12流动至第一换热板10的边缘处，然后由第二流道12的出口121流出，在本实施例中，每个出口121与第一换热板10的边缘垂直设置，以利用出口121处产生的射流作用抑制海生物在第一换热板10的边缘处附着。进一步地，在本实施例中，第一流道11的进液端即第一流道11的第一端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏方向，可借助航行动压驱动海水进入第一流道11内，实现海水的自循环。第二换热板20内流动有温度较高的流体，流体与海水发生热交换，以对流体进行降温。

进一步地，在本实施例中，第一换热板10和第二换热板20层叠焊接成模块化船舶共形冷却器100，第一流道11和第二流道12在第一换热板10内蚀刻而成，较之换热管束第一流道11和第二流道12的耐冲击性能强，进而提高了模块化船舶共形冷却器100的使用寿命，同时，在第一换热板10和第二换热板20内蚀刻流道，相比传统管壳式换热器结构紧凑，减小了共形冷却器的体积，实现了共形冷却器与船体结构的完全融合。进一步地，在本实施例中，模块化船舶共形冷却器100与尾翼一体式模块化设置，然后通过法兰与船舶的船体连接，可整体更换，便于维修。

本发明实施例提供的模块化船舶共形冷却器，通过将第一流道的进液端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏，可借助航行动压驱动海水自循环，使海水冲刷第一换热板的第一端，从而避免海生物附着在第一换热板的第一端；通过在第一换热板的边缘设置多个第二流道的出口，且每个出口与第一换热器的边缘相垂直，以利用射流作用抑制海生物在第一换热板的边缘附着，提高了第一换热板的换热能力；同时，第一流道和第二流道采用蚀刻加工而成，较之换热管束提高了模块化船舶共形冷却器的耐冲击能力，进而提高了模块化船舶共形冷却器的使用寿命。

如图1所示，在本发明的实施例中，第一流道11的进液端位于第一换热板10的第一端，第三流道21的进液端位于第二换热板20的第二端，以使流体的流动方向与海水的流动方向相反。

具体来说，在本实施例中，海水由第一换热板10的第一端向第二端流动，流体由第二换热板20的第二端向第一端流动，进而使海水与流体的流动方向相反，以通过逆流换热强化海水-流体两侧传热效果。

如图2和图5所示，在本发明的实施例中，多个第二流道12分为第一组第二流道12和第二组第二流道12，第一组第二流道12和第二组第二流道12对称设置于第一流道11的两侧，每组内的多个第二流道12沿第一流道11的长度方向平行设置，每个第二流道12与第一流道11之间的夹角为锐角。

具体来说，在本实施例中，第一流道11、第一组第二流道12以及第二组第二流道12呈树枝状结构设置，该结构可将第一流道11内的海水分配至每个第二流道12，每一组第二流道12的出口121沿第一换热板10的边缘设置，且每个出口121均与第一换热板10的边缘垂直设置，可利用每个出口121的射流作用抑制海生物在第一换热板10的边缘处生长，进而可以防止海生物在第一换热板10的大部分表面生长。

如图3和图4所示，在本发明的实施例中，多个第三流道21分为第一组第三流道21和第二组第三流道21，第一组第三流道21的位置与第一组第二流道12的位置对正，第二组第三流道21的位置与第二组第二流道12的位置对正，第一组第三流道21与第一组第二流道12正交设置，第二组第三流道21与第二组第二流道12正交设置。

具体来说，如图4所示，第三流道21与第二流道12正交设置，海水和流体的流动轨迹交叉，实现了叉流高效换热，增强了模块化船舶共形冷却器100的紧凑度，实现了模块化船舶共形冷却器100轻量化，同时提高了模块化船舶共形冷却器100的抗冲击能力。

如2所示，在本发明的实施例中，每个第一换热板10设有第一进口13、第一出口14和第二出口15，第一进口13邻近第一流道11的末端设置，第一出口14和第二出口15分别位于第一流道11的两侧，并邻近第一流道11的进液端设置。

具体来说，在本实施例中，第一流道11的进液端即为第一换热板10的第一端，第一流道11的末端靠近第一换热板10的第二端。

如图3所示，在本发明的实施例中，每个第二换热板20设有第二进口22、第三出口23和第四出口24。第二进口22与第一组第三流道21的第一端以及第二组第三流道21的第一端连通，第三出口23与第一组第三流道21的第二端连通，第四出口24与第二组第三流道21的第二端连通。

具体来说，温度较高的流体由第二进口22进入第一组第三流道21和第二组第三流道21内，流体在流动过程中与海水进行热交换后，第一组第三流道21内的流体由第三出口23排出，第二组第三流道21内的流体由第四出口24排出。

如图4和图6所示，在本发明的实施例中，多个第一进口13和多个第二进口22位置对正，形成进液通道30，多个第一出口14和多个第三出口23位置对正，形成第一出液通道40，多个第二出口15和多个第四出口24位置对正，形成第二出液通道50，进液通道30用于注入流体，第一出液通道40和第二出液通道50用于排出流体。

具体来说，多个第一换热板10和多个第二换热板20层叠设置后，多个第一进口13和多个第二进口22位置对正，且孔径相同，从而形成进液通道30；相应地，多个第一出口14和多个第三出口23位置对正，且孔径相同，从而形成第一出液通道40；多个第二出口15和多个第四出口24位置对正，且孔径相同，从而形成第二出液通道50。温度较高的流体由进液通道30进入各个第二换热板20的第一组第三流道21和第二组第三流道21内，与第一换热板10内的海水发生热交换后，第一组第三流道21内的流体由第一出液通道40流出，第二组第三流道21内的流体由第二出液通道50流出。

如图1所示，在本发明的实施例中，第二换热板20的形状与第一换热板10的形状相同，第一换热板10的外轮廓为流线形，第一换热板10的长度大于第一换热板10的宽度，第一换热板10的第一端的宽度大于第一换热板10的第二端的宽度，其中，第一端为迎流端。

具体来说，在本实施例中，第一换热板10和第二换热板20均为翼型结构，第一换热板10和第二换热板20的外轮廓为流线形，以减小海水流动时的阻力。

进一步地，第一换热板10的第一端的端面为圆弧形端面，以减小海生物的附着面积，进而抑制海生物在第一换热板10的第一端的端面生长。

如图7所示，本发明实施例还提供一种共形冷却系统，包括换热器200、泵300、管路400和模块化船舶共形冷却器100。沿船舶的前进方向，模块化船舶共形冷却器100位于船舶的推进器500的后方，模块化船舶共形冷却器100通过管路400与换热器200连接成循环回路，泵300设置于模块化船舶共形冷却器100与换热器200之间。

具体来说，模块化船舶共形冷却器100的第一换热板10的第一流道11的进液端设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，处于球艏的首部驻点区，可借助航行动压驱动海水进入第一流道11内，并由第二流道12排出，以实现海水自循环。第一换热板10的第一流道11位于推进器500的后方，推进器500运行时产生的射流可以驱动海水进入第一流道11，为海水进入模块化船舶共形冷却器100内提供了附加驱动力，提高了模块化船舶共形冷却器100的换热能力，进而提高了共形冷却系统的换热能力。

管路400的两端与模块化船舶共形冷却器100的第二换热板20的第三流道21的两端连通，管路400上还设置有换热器200和泵300。泵300将换热器200内温度较高的流体泵送至第三流道21的第一端，流体沿第三流道21流动，与第一换热板10内的海水进行热交换，温度降低的流体由第二换热板20的第三流道21的第二端进入换热器200中对船舶内的其他设备进行冷却。

本发明实施例提供的共形冷却系统，通过设置模块化船舶共形冷却器，避免了海生物在模块化船舶共形冷却器的表面生长，提高了模块化船舶共形冷却器的换热能力；通过将模块化船舶共形冷却器的第一换热板的进口流道设置于船舶的球艏前缘弧面，利用压差供水，实现了海水的自循环，将模块化船舶共形冷却器设置于推进器的后方，可利用推进器运行时产生的射流驱动海水进入进口流道，为海水进入模块化船舶共形冷却器内提供了附加驱动力，不需要设置泵来泵送海水，降低了共形冷却系统的功耗；同时，模块化船舶共形冷却器采用蚀刻金属板堆叠扩散焊加工，相比传统管壳式换热器结构紧凑，减小了模块化船舶共形冷却器的体积，实现了共形冷却器与船体结构的完全融合。

进一步地，管路400的一端与模块化船舶共形冷却器100的进液通道30连接，另一端与模块化船舶共形冷却器100的第一出液通道40和第二出液通道50连接，泵300将换热器200内温度较高的流体泵送至进液通道30，流体由进液通道30进入各第二换热板20内，沿第三流道21流动，与第一换热板10内的海水进行热交换，温度降低的流体由第二换热板20的第三出口23进入第一出液通道40，由第四出口24进入第二出液通道50，然后进入换热器200中对船舶内的其他设备进行冷却。

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)

1.一种模块化船舶共形冷却器，其特征在于，包括：

多个第一换热板，每个所述第一换热板沿自身的长度方向设有第一流道，所述第一流道的进液端与海水连通，所述第一流道的两侧设有多个第二流道，每个所述第二流道均与所述第一流道连通，每个所述第二流道的出口与所述第一换热板的边缘垂直设置，其中，所述第一流道的进液端设置于船舶的尾翼前缘弧面，且朝向船艏，所述第二流道的出口与尾翼侧弧形面垂直设置；

多个第二换热板，与多个所述第一换热板间隔层叠设置，每个所述第二换热板设有多个第三流道，所述第三流道用于流体流通。

2.根据权利要求1所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，所述第一流道的进液端位于所述第一换热板的第一端，所述第三流道的进液端位于所述第二换热板的第二端，以使所述流体的流动方向与所述海水的流动方向相反。

3.根据权利要求1所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，多个所述第二流道分为第一组第二流道和第二组第二流道，所述第一组第二流道和所述第二组第二流道对称设置于所述第一流道的两侧，每组内的多个所述第二流道沿所述第一流道的长度方向平行设置，每个所述第二流道与所述第一流道之间的夹角为锐角。

4.根据权利要求3所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，多个所述第三流道分为第一组第三流道和第二组第三流道，所述第一组第三流道的位置与所述第一组第二流道的位置对正，所述第二组第三流道的位置与所述第二组第二流道的位置对正，所述第一组第三流道与所述第一组第二流道正交设置，所述第二组第三流道与所述第二组第二流道正交设置。

5.根据权利要求4所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，每个所述第一换热板设有第一进口、第一出口和第二出口，所述第一进口邻近所述第一流道的末端设置，所述第一出口和所述第二出口分别位于所述第一流道的两侧，并邻近所述第一流道的进液端设置。

6.根据权利要求5所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，每个所述第二换热板设有第二进口、第三出口第四出口，所述第二进口与所述第一组第三流道的第一端，以及所述第二组第三流道的第一端连通，所述第三出口与所述第一组第三流道的第二端连通，所述第四出口与所述第二组第三流道的第二端连通。

7.根据权利要求6所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，多个所述第一进口和多个所述第二进口位置对正，形成进液通道，多个所述第一出口和多个所述第三出口位置对正，形成第一出液通道，多个所述第二出口和多个所述第四出口位置对正，形成第二出液通道，所述进液通道用于注入所述流体，所述第一出液通道和所述第二出液通道用于排出所述流体。

8.根据权利要求1所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，所述第二换热板的形状与所述第一换热板的形状相同，所述第一换热板的外轮廓为流线形，所述第一换热板的长度大于所述第一换热板的宽度，所述第一换热板的第一端的宽度大于所述第一换热板的第二端的宽度，其中，所述第一端为迎流端。

9.根据权利要求8所述的模块化船舶共形冷却器，其特征在于，所述第一换热板的第一端的端面为圆弧形端面。

10.一种共形冷却系统，其特征在于，包括换热器、泵、管路和权利要求1-9中任一项所述的模块化船舶共形冷却器，沿船舶的前进方向，所述模块化船舶共形冷却器设置于船舶的推进器的后方，所述模块化船舶共形冷却器与所述换热器通过所述管路连接成循环回路，所述泵设置于所述模块化船舶共形冷却器和所述换热器之间。

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