CN116294377A - 一种基于海水冷却的气液一体式换热器及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于船用柴油机冷却设备技术领域，提供了一种基于海水冷却的气液一体式换热器及其作业方法，其中基于海水冷却的气液一体式换热器包括热交换仓，热交换仓分为液体冷却仓以及气体冷却仓，液体冷却仓内设置液体换热装置，气体冷却仓内设置气体冷却管道，且液体换热装置与气体冷却仓相连通，在作业过程中待冷却淡水进入液体冷却仓，冷却用海水进入液体换热装置的换热管道内，从液体换热装置排出后流入气体冷却仓，而待冷却尾气进入气体冷却管道，待冷却淡水通过液体换热装置与海水产生热交换从而达到冷却目的，而待冷却尾气则通过气体冷却仓内的海水冷却，同时由于气体冷却管道浸没到海水内，还可以降低由于尾气排放导致的管道震动噪音。

Description

一种基于海水冷却的气液一体式换热器及其作业方法

技术领域

本发明适用于船用柴油机冷却设备技术领域，提供了一种基于海水冷却的气液一体式换热器。

背景技术

船用柴油机的热效率高、经济性好、起动容易、对各类船舶有很大适应性，问世以后很快就被用作船舶推进动力。至20世纪50年代，在新建造的船舶中，柴油机几乎完全取代了蒸汽机。船用柴油机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。船用柴油机按其在船舶中的作用可分为主机和辅机。主机用作船舶的推进动力，辅机用来带动发电机、空气压缩机或水泵等，柴油机在各部位零件温度以及运行环境温度均保持在合理区间时才能够得到较好的发动机性能以及经济性，所以一般柴油机都会设置水箱对柴油机部件进行冷却，而在海洋运输中使用的船用柴油机由于淡水资源匮乏，淡水柴油机水箱又无法使用腐蚀性较高的海水进行冷却，所以水箱内的淡水温度过高时需要及时进行冷却从而保证水箱内淡水可以持续对船用发动机部件进行冷却，同时船用柴油机产生的很大一部分热量存在于尾气中，这部分高温尾气一般都是不经处理直接通过管道排放，而由于船内空间拥挤，这些带有高温尾气的管道也会使得船舱内的温度上升，环境温度过高也会导致柴油机的运行性能下降，而远洋航行时间一般都很长，船舱也较为封闭，现在还没有较为合适的方法降低柴油机尾气导致的环境温度上升。

发明内容

为此，本发明提供一种基于海水冷却的气液一体式换热器，使用海洋航行中最为容易取得海水作为换热介质，通过一体化的设计，将柴油机水箱内高温淡水冷却以及柴油机高温尾气冷却两个需求集成到同一台设备上来解决，通过同一套海水循环设备，实现高温气液同时冷却的功能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于海水冷却的气液一体式换热器，包括热交换仓，前述热交换仓分为两个仓室，分别为液体冷却仓以及气体冷却仓，前述液体冷却仓内固定设置有液体换热装置，前述液体换热装置包括液体换热罐，液体换热罐内设置有换热管组；前述气体冷却仓内设置有气体冷却管道，前述气体冷却管道设置有至少一个进气管口，气体冷却管道还设置出气管口，前述进气管口以及出气管口均设置在气体冷却仓外，前述气体冷却仓与液体换热装置通过管道相连通。

进一步的，液体冷却仓还分为液冷进水仓和液冷出水仓，所述液体换热罐两端分别连通有海水进液管口以及海水出液管口，前述海水进液管口以及海水出液管口均设置在热交换仓外，所述液体换热罐的侧壁上设置有进水孔组、出水孔组，其中进水孔组设置在液冷进水仓内，出水孔组设置在液冷出水仓内，前述液冷进水仓设置有淡水进水口，液冷出水仓设置有淡水出水口，液冷进水仓上端面设置泄压排气口，由于液体冷却仓内是封闭的所以为了防止液体冷却仓混入空气导致压力过高，所以在液冷进水仓上端面设置泄压排气口来防止仓内压力过大。

进一步的，液体冷却仓位于气体冷却仓的上方，所述气体冷却仓侧壁上还设置有气冷仓海水进水口以及气冷仓海水出水口，气冷仓海水进水口与所述述海水出液管口相连通。

进一步的，所述气体冷却仓底部中间位置设置有放水螺塞，由于海水腐蚀性较强，留存在设备内会导致设备寿命降低，所以在设备不需要运行的时候，应该将设备内的海水排空以提高设备使用寿命，而海水循环管道的各个接口一般都是固定好的，从海水循环管道的管口处排空海水需要将管口拆开，操作比较繁琐，所在气体冷却仓底部设置一个放水螺塞，由于气体冷却仓底部为本设备中海水的最低位置，所以在该处设置放水螺塞可以最大程度排空设备内的海水。

进一步的，所述换热管组包括分别设置在液体换热罐两端的第一端盖以及第二端盖，第一端盖以及第二端盖之间设置有若干根换热管，且换热管的两端管口分别设置在第一端盖以及第二端盖上，设置多根换热管可以增加换热面积，从而提高换热效率。

进一步的，所述换热管组还包括若干换热管固定板，每一个换热管固定板均与部分或全部换热管固定连接。

进一步的，所述气体冷却管道内侧壁上交替错位设置有若干散热鳍片，气体冷却管道内部在上述散热鳍片作用下形成“之”字型流道，这种“之”字型流道一方面可以让烟气在气体冷却管道内的留存时间变长以提高冷却效果，通过鳍片也可以增加气体冷却管道的换热面积，进一步提高冷却效果。

本发明还包括上述一种基于海水冷却的气液一体式换热器的作业方法，包括如下三个循环作业过程：

①、淡水循环冷却过程，待冷却淡水通过淡水进水口进入液冷进水仓内，然后通过液体换热罐侧壁上的进水孔组进入液体换热罐，在液体换热罐内与换热管组内温度较低的海水进行热交换，然后淡水从出水孔组流出至液冷出水仓内，最终完成冷却的淡水从淡水出水口排出重新回到水箱内供冷却使用；

②、冷却用海水循环过程，冷却用海水从海水进液管口进入到换热管组内与淡水进行热交换作业，然后从海水出液管口排出后经由气冷仓海水进水口进入气体冷却仓内与气体冷却管道内的高温尾气进行热交换，最终从气体冷却仓侧壁上的气冷仓海水出水口排出至海洋内；

③、高温气体冷却过程，进气管口连接机器的尾气排放口，从机器内排出的高温尾气第一时间进入气体冷却管道内，气体冷却管道内的高温尾气与气体冷却仓内的海水进行热交换，在冷却的同时由于气体冷却管道浸没到海水内，还可以降低由于尾气排放导致的管道震动噪音，最终尾气冷却后从出气管口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中通过一套海水循环设备，同时完成对水箱淡水以及高温尾气的冷却，这种气液一体式换热器相较传统设备大大节省了设备空间，降低了成本，集成化程度高，冷却效率也能够满足实用要求；

2、本发明中将腐蚀性较强的冷却用海水通入换热管内，而将腐蚀性较弱的水箱高温淡水通入液体换热罐，这样的话经过长时间的作业，海水只会腐蚀换热管组，届时只需要对换热管组进行更换就可以，反之海水则会对液体冷却仓以及液体冷却仓内的大量组件产生腐蚀破坏，届时需要对更多的组件进行更换，本发明中的做法显然成本更低；

3、本发明中的气体冷却管道内侧壁上交替错位设置有若干散热鳍片，气体冷却管道内部在散热鳍片作用下就可以形成“之”字型流道，这种“之”字型流道一方面可以让烟气在气体冷却管道内的留存时间变长以提高冷却效果，通过鳍片也可以增加气体冷却管道的换热面积，进一步提高冷却效果；

4、本发明中的气体冷却管道浸没在气体冷却仓的海水内，这样的设计还可以降低尾气排放导致的排气管道震动噪音，气体冷却管道的震动可以很好地被海水缓冲吸收。

附图说明

图1为本发明中提及的一种基于海水冷却的气液一体式换热器的内部结构示意图；

图2为本发明中提及的一种基于海水冷却的气液一体式换热器的内部结构前视图；

图3为本发明中提及的一种基于海水冷却的气液一体式换热器的仰视图；

图4为本发明中热交换仓的内部结构示意图；

图5为本发明中液体换热装置的结构示意图；

图6为图5液体换热装置中的换热管组的结构示意图。

图中：1、热交换仓，101、液冷进水仓，102、液冷出水仓，103、气体冷却仓，104、淡水进水口，105、气冷仓海水进水口，106、气冷仓海水出水口，107、泄压排气口，108、放水螺塞，109、淡水出水口，2、液体换热装置，201、液体换热罐，2011、进水孔组，2012、出水孔组，202、海水进液管口，203、海水出液管口，204、换热管组，2041、第一端盖，2042、第二端盖，2043、换热管，2044、换热管固定板，3、气体冷却管道，301、进气管口，302、出气管口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例，参照附图1～附图6，本发明提供的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，包括热交换仓1，热交换仓1分为两个仓室，分别为液体冷却仓以及气体冷却仓103，其中液体冷却仓还分为液冷进水仓101和液冷出水仓102，液体冷却仓位于气体冷却仓103的上方，液冷进水仓101上端面设置泄压排气口107用于保证液体冷却仓内压力处于安全范围，前述液体冷却仓内固定设置有液体换热装置2，液体换热装置2包括液体换热罐201，液体换热罐201内设置有换热管组204，换热管组204包括分别设置在液体换热罐201两端的第一端盖2041以及第二端盖2042，第一端盖2041以及第二端盖2042之间设置有若干根换热管2043，且换热管2043的两端管口分别设置在第一端盖2041以及第二端盖2042上，设置多根换热管2043可以增加换热面积，从而提高换热效率，换热管组204还包括若干换热管固定板2044，每一个换热管固定板2044均与部分或全部换热管2043固定连接，液体换热罐201两端分别连通有海水进液管口202以及海水出液管口203，前述海水进液管口202以及海水出液管口203均设置在热交换仓1外，前述液体换热罐201的侧壁上设置有进水孔组2011、出水孔组2012，其中进水孔组2011设置在液冷进水仓101内，出水孔组2012设置在液冷出水仓102内，前述液冷进水仓101设置有淡水进水口104，前述液冷出水仓102设置有淡水出水口109；前述气体冷却仓103内设置有气体冷却管道3，气体冷却管道3内侧壁上交替错位设置有若干散热鳍片，气体冷却管道3内部在上述散热鳍片作用下形成“之”字型流道，前述气体冷却管道3设置有至少一个进气管口301，气体冷却管道3还设置出气管口302，前述进气管口301以及出气管口302均设置在气体冷却仓103外，前述气体冷却仓103侧壁上还设置有气冷仓海水进水口105以及气冷仓海水出水口106，气体冷却仓103底部中间位置设置有放水螺塞108，气冷仓海水进水口105与前述海水出液管口203相连通。

上述实施例在作业过程中包括以下三个循环作业过程：

①、淡水循环冷却过程，待冷却淡水通过淡水进水口104进入液冷进水仓101内，然后通过液体换热罐201侧壁上的进水孔组2011进入液体换热罐201，在液体换热罐201内与换热管组204内温度较低的海水进行热交换，然后淡水从出水孔组2012流出至液冷出水仓102内，最终完成冷却的淡水从淡水出水口109排出重新回到水箱内供冷却使用；

②、冷却用海水循环过程，冷却用海水从海水进液管口202进入到换热管组204内与淡水进行热交换作业，然后从海水出液管口203排出后经由气冷仓海水进水口106进入气体冷却仓103内与气体冷却管道3内的高温尾气进行热交换，最终从气体冷却仓103侧壁上的气冷仓海水出水口106排出至海洋内；

③、高温气体冷却过程，进气管口301连接机器的尾气排放口，从机器内排出的高温尾气第一时间进入气体冷却管道3内，气体冷却管道3内的高温尾气与气体冷却仓103内的海水进行热交换，在冷却的同时由于气体冷却管道3浸没到海水内，还可以降低由于尾气排放导致的管道震动噪音，最终尾气冷却后从出气管口302排出。

本实施例的工作原理如下：

在设备工作中，用来热交换的海水从海水进液管口202进入到换热管组204内，而柴油机水箱的淡水通过淡水进水口104进入液冷进水仓101内，在淡水刚进入液冷进水仓101时打开液冷进水仓101上端面的泄压排气口107以方便排出液冷进水仓101内的空气，然后通过液体换热罐201侧壁上的进水孔组2011进入液体换热罐201，在液体换热罐201内与换热管组204内温度较低的海水进行热交换，然后淡水从出水孔组2012流出至液冷出水仓102内，最终完成冷却的淡水从淡水出水口109排出重新回到水箱内供冷却使用，而海水经过换热管组204后经由海水出液管口203通过管道输送至气冷仓海水进水口105从而进入气体冷却仓103内，而气体冷却管道3的多个进气管口301分别连接柴油机不同位置的尾气排放口，从机器内多个尾气排放口排出的高温尾气通过多个进气管口301第一时间进入气体冷却管道3内，此时气体冷却仓103内的海水就可以与气体冷却管道3内的高温尾气进行热交换，最终尾气经过海水冷却后从出气管口302排出，而海水则最终从气体冷却仓103侧壁上的气冷仓海水出水口106排出，从而通过海水不停地循环，可以对液体冷却仓内的高温淡水以及气体冷却管道3内的高温尾气进行持续冷却，从而满足气液一体化冷却的需求，而当设备不需要工作时，则打开气体冷却仓103底部中间位置的放水螺塞108，将设备内的海水放出以降低海水对设备内部件的腐蚀。

本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于海水冷却的气液一体式换热器，包括热交换仓，其特征在于，前述热交换仓分为两个仓室，分别为液体冷却仓以及气体冷却仓，前述液体冷却仓内固定设置有液体换热装置，前述液体换热装置包括液体换热罐，液体换热罐内设置有换热管组；前述气体冷却仓内设置有气体冷却管道，前述气体冷却管道设置有至少一个进气管口，气体冷却管道还设置出气管口，前述进气管口以及出气管口均设置在气体冷却仓外，前述气体冷却仓与液体换热装置通过管道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，其特征在于，所述液体冷却仓还分为液冷进水仓和液冷出水仓，所述液体换热罐两端分别连通有海水进液管口以及海水出液管口，前述海水进液管口以及海水出液管口均设置在热交换仓外，所述液体换热罐的侧壁上设置有进水孔组、出水孔组，其中进水孔组设置在液冷进水仓内，出水孔组设置在液冷出水仓内，前述液冷进水仓设置有淡水进水口，液冷出水仓设置有淡水出水口，液冷进水仓上端面设置泄压排气口。

3.根据权利要求2所述的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，其特征在于，所述液体冷却仓位于气体冷却仓的上方，所述气体冷却仓侧壁上还设置有气冷仓海水进水口以及气冷仓海水出水口，气冷仓海水进水口与所述述海水出液管口相连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，其特征在于，所述气体冷却仓底部中间位置设置有放水螺塞。

5.根据权利要求1所述的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，其特征在于，所述换热管组包括分别设置在液体换热罐两端的第一端盖以及第二端盖，第一端盖以及第二端盖之间设置有若干根换热管，且换热管的两端管口分别设置在第一端盖以及第二端盖上。

6.根据权利要求5所述的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，其特征在于，所述换热管组还包括若干换热管固定板，每一个换热管固定板均与部分或全部换热管固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于海水冷却的气液一体式换热器，其特征在于，所述气体冷却管道内侧壁上交替错位设置有若干散热鳍片，气体冷却管道内部在上述散热鳍片作用下形成“之”字型流道。

8.根据权利要求1-7所述一种基于海水冷却的气液一体式换热器的作业方法，其特征在于，包括如下三个循环作业过程：

①、淡水循环冷却过程，待冷却淡水通过淡水进水口进入液冷进水仓内，然后通过液体换热罐侧壁上的进水孔组进入液体换热罐，在液体换热罐内与换热管组内温度较低的海水进行热交换，然后淡水从出水孔组流出至液冷出水仓内，最终完成冷却的淡水从淡水出水口排出重新回到水箱内供冷却使用；

②、冷却用海水循环过程，冷却用海水从海水进液管口进入到换热管组内与淡水进行热交换作业，然后从海水出液管口排出后经由气冷仓海水进水口进入气体冷却仓内与气体冷却管道内的高温尾气进行热交换，最终从气体冷却仓侧壁上的气冷仓海水出水口排出至海洋内；

③、高温气体冷却过程，进气管口连接机器的尾气排放口，从机器内排出的高温尾气第一时间进入气体冷却管道内，气体冷却管道内的高温尾气与气体冷却仓内的海水进行热交换，在冷却的同时由于气体冷却管道浸没到海水内，还可以降低由于尾气排放导致的管道震动噪音，最终尾气冷却后从出气管口排出。

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