一种舷间冷却器及船舶集中冷却系统的制作方法

1.本发明涉及船舶冷却技术领域，尤其涉及一种舷间冷却器及船舶集中冷却系统。


背景技术：

2.换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，以使得温度较高的流体将热量传递给温度较低的流体，从而使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要。根据实际应用场景，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
3.当前，冷却器广泛应用于船舶。为了减少通海口，现有的大型船舶普遍采用集中冷却技术，通过集中冷却器实现海水对相关设备的间接冷却。为了避免对船舶上有限舱室空间的过多占用，相关技术中提出舷间冷却器的概念，舷间冷却器是将冷却器布置在船舶两侧的舷间，以达到充分利用舷侧空间，释放舱室容积，提高舱室利用率的目的。
4.然而，现有的舷间冷却器的内部结构设计不合理，在使用时普遍存在冷却水流动阻力大、换热能力不佳的问题，难以满足船舶上相关设备的冷却需求。


技术实现要素：

5.本发明提供一种舷间冷却器及船舶集中冷却系统，用以解决或改善现有的舷间冷却器存在冷却水流动阻力大、换热能力不佳的问题。
6.本发明提供一种舷间冷却器，包括：壳体、管束及多个扰流栅格；所述管束设于所述壳体内，所述管束与所述壳体之间形成壳程流道；所述多个扰流栅格设于所述壳体内，并分别与所述管束连接；在沿所述管束的宽度方向上，每个所述扰流栅格与所述管束的部分换热管连接，所述扰流栅格与所述管束连接的区域形成为支撑区，所述扰流栅格与所述管束分离的区域形成为悬空区；所述多个扰流栅格沿所述舷间冷却器的长度方向依次间隔且交错排布，以使得所述壳程流道内的所述支撑区与所述悬空区对应的流道区域依次交替连通，并形成为蛇形流道；其中，所述扰流栅格用于引导所述壳程流道内的冷却流体从所述支撑区流向所述悬空区，并供所述冷却流体沿所述舷间冷却器的长度方向穿过。
7.根据本发明提供的一种舷间冷却器，所述扰流栅格包括栅格骨架，所述栅格骨架上设有多个栅格孔；所述管束相应的多个换热管一一对应地穿过所述多个栅格孔；所述栅格孔与所述换热管的外侧壁之间形成有孔隙。
8.根据本发明提供的一种舷间冷却器，所述多个栅格孔对应的孔隙沿着从所述支撑区至所述悬空区的延伸方向逐渐增大。
9.根据本发明提供的一种舷间冷却器，所述栅格孔内设有支承部；所述支承部的一端与所述栅格孔的孔壁连接，另一端与所述换热管的外侧壁连接；所述多个栅格孔对应的支承部在垂直于所述长度方向所在平面上的横截面积沿着从所述支撑区至所述悬空区的延伸方向逐渐减小。
10.根据本发明提供的一种舷间冷却器，所述扰流栅格沿所述舷间冷却器的宽度方向
延伸；所述扰流栅格的一端与所述管束的沿所述宽度方向的一端连接；所述扰流栅格沿所述宽度方向延伸的长度大于所述管束的沿所述宽度方向的长度的二分之一，且小于所述管束的沿所述宽度方向的长度；和/或，所述栅格孔内设有多个支承部，所述多个支承部沿所述栅格孔的周向依次排布。
11.根据本发明提供的一种舷间冷却器，所述壳体沿着所述舷间冷却器的长度方向延伸，所述管束的轴向与所述舷间冷却器的长度方向相同；所述壳体的壳壁设有进水口与出水口，所述进水口与所述出水口分别与所述壳程流道连通；所述进水口位于所述壳体靠近所述管束的一端，所述出水口位于所述壳体靠近所述管束的另一端。
12.根据本发明提供的一种舷间冷却器，还包括：兜水装置；所述兜水装置包括兜水板；所述兜水板的一端与所述进水口转动连接，以使得所述兜水板相对于所述舷间冷却器的长度方向的倾角可调节；其中，所述兜水板的板面用于朝向通入所述进水口的冷却流体的来流方向，以引导所述冷却流体流入所述进水口。
13.本发明还提供一种船舶集中冷却系统，包括安装于所述船舶的船体内的待冷却设备；还包括自流发生器及如上任一项所述的舷间冷却器；所述自流发生器与所述舷间冷却器用于安装于所述船体的至少一侧的舷间；所述自流发生器通过进流通道与所述舷间冷却器的进水口连通；所述管束的两端与所述待冷却设备内的水冷结构通过管路连接呈闭环。
14.本发明还提供一种船舶集中冷却系统，包括安装于所述船舶的船体内的待冷却设备；还包括如上所述的舷间冷却器；所述舷间冷却器用于安装于所述船体的至少一侧的舷间；所述进水口位于所述舷间冷却器背离所述船体的一侧；所述管束的两端与所述待冷却设备内的水冷结构通过管路连接呈闭环。
15.本发明提供的一种舷间冷却器及船舶集中冷却系统，通过在壳体内设置多个与管束连接的扰流栅格，并将多个扰流栅格沿舷间冷却器的长度方向依次间隔且交错排布，在实现壳程流道内的冷却流体沿着舷间冷却器的长度方向流动的同时，还沿着蛇形流道流经管束，并形成沿舷间冷却器的宽度方向的反复折流，这使冷却流体相对于管束的流动形态介于沿管束和横掠管束的两种形态之间，既能够避免管外的冷却流体进行全部折流所产生的较大阻力，又能借助通过扰流栅格的射流及从支撑区流向悬空区的横掠流体有效强化换热效果。
附图说明
16.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。
17.图1是本发明提供的舷间冷却器的俯视结构示意图；
18.图2是本发明提供的舷间冷却器的剖视结构示意图；
19.图3是本发明提供的扰流栅格当中的一行栅格孔与管束连接的剖视结构示意图之一；
20.图4是本发明提供的扰流栅格当中的一行栅格孔与管束连接的剖视结构示意图之二；
21.图5是本发明提供的船舶集中冷却系统在船舶的船体上布置的结构示意图之一；
22.图6是本发明提供的船舶集中冷却系统在船舶的船体上布置的结构示意图之二；
23.附图标记：
24.1：壳体；
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2：管束；
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3：扰流栅格；
25.31：栅格骨架；
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32：栅格孔；
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33：支承部；
26.11：支撑区；
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12：悬空区；
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100：舷间冷却器；
27.200：船体；
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300：自流发生器；
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400：进流通道；
28.500：出流通道。
具体实施方式
29.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。
30.下面结合图1-图6描述本发明的一种舷间冷却器及船舶集中冷却系统。
31.如图1与图2所示，本实施例提供一种舷间冷却器，该舷间冷却器100包括壳体1、管束2及多个扰流栅格3；管束2设于壳体1内，管束2与壳体1之间形成壳程流道；管束2相应的各个换热管形成管程流道。
32.在此，本实施例所示的壳体1沿着舷间冷却器100的长度方向延伸，壳体1具体可以呈圆柱状或立方体状；管束2的轴向与舷间冷却器100的长度方向为相同的方向；壳体1的壳壁设有进水口与出水口，进水口与出水口分别与壳程流道连通；进水口位于壳体1靠近管束2的一端，出水口位于壳体1靠近管束2的另一端。
33.为了便于舷间冷却器100对待冷却设备进行冷却，并实现舷间冷却器100与待冷却设备之间的连接，本实施例将管束2一端的孔板与进口封头连接，并将管束2另一端的孔板与出口封头连接，如此，进口封头与出口封头便于通过管路与待冷却设备的换热结构连接。
34.如图1与图2所示，本实施例所示的多个扰流栅格3设于壳体1内，并分别与管束2连接；在沿管束2的宽度方向上，每个扰流栅格3与管束2的部分换热管连接，扰流栅格3与管束2连接的区域形成为支撑区11，扰流栅格3与管束2分离的区域形成为悬空区12；多个扰流栅格3沿舷间冷却器100的长度方向依次间隔且交错排布，以使得壳程流道内的支撑区11与悬空区12对应的流道区域依次交替连通，并形成为蛇形流道；其中，扰流栅格3用于引导壳程流道内的冷却流体从支撑区11流向悬空区12，并供冷却流体沿舷间冷却器100的长度方向穿过。其中，图1中的箭头示意了冷却流体沿蛇形流道的流动方向。显然，本实施例所示的冷却流体可分为两部分，沿着蛇形流道流动的一部分的冷却流体的流量大于穿过扰流栅格3的另一部分的冷却流体的流量。
35.具体地，本实施例通过在壳体1内设置多个与管束2连接的扰流栅格3，并将多个扰流栅格3沿舷间冷却器100的长度方向依次间隔且交错排布，在实现壳程流道内的冷却流体沿着舷间冷却器100的长度方向流动的同时，还沿着蛇形流道流经管束2，并形成沿舷间冷却器100的宽度方向反复流动的折流，这使冷却流体相对于管束2的流动形态介于沿管束2流动和横掠管束2的两种形态之间。如此，本发明既能够避免管外的冷却流体进行全部折流
所产生的较大阻力，又能借助通过扰流栅格3的射流及从支撑区11流向悬空区12的横掠流体有效强化换热效果。
36.在此应指出的是，本实施例所示的扰流栅格3包括栅格骨架31，栅格骨架31上设有多个栅格孔32，多个栅格孔32具体呈阵列排布；管束2相应的多个换热管一一对应地穿过多个栅格孔32；栅格孔32与换热管的外侧壁之间形成有孔隙。
37.由于通入至壳程流道的冷却流体具有一定的压力，在冷却流体作用于扰流栅格3的第一侧面时，会有部分冷却流体通过孔隙，并在扰流栅格3的第二侧面形成射流，这部分射流会冲刷管束2的换热管，实现局部强化换热。相应地，冷却流体中未透过孔隙的部分在扰流栅格3的引导下全部横掠至悬空区12，对悬空区12所在流道区域的换热管进行局部强化换热。如此，基于扰流栅格3的设计结构及多个扰流栅格3的排布形式，壳程流道内的冷却流体是沿着支撑区11、悬空区12、支撑区11、悬空区12、
…
、支撑区11的顺序在壳程流道内沿舷间冷却器100的宽度方向进行反复流动的折流，不仅可避免死区，还确保了对管束2的冷却效果。
38.在此应指出的是，本实施例所示的冷却流体根据船舶的航行场景而定，例如，在船舶航行于海洋中时，冷却流体为海水。由于舷间冷却器100用于对船舶上的待冷却设备进行冷却，从而管程流道内流动的流体通常为高温淡水。
39.另外，本实施例可基于对扰流栅格3的形状或排布形式的设置，达到引导壳程流道内的冷却流体从支撑区11流向悬空区12的目的。例如：本实施例可设置扰流栅格3相对于舷间冷却器100的长度方向的夹角为锐角，则在冷却流体沿蛇形流道流动时，会在扰流栅格3的导流下自动从支撑区11流向悬空区12。
40.一个实施例中，可设置多个栅格孔32对应的孔隙沿着从支撑区11至悬空区12的延伸方向逐渐增大，这使得在从支撑区11至悬空区12的延伸方向上，冷却流体透过各个栅格孔32对应的孔隙所产生的阻力逐渐减小，从而基于流体的流动特性，在确保透过各个孔隙的冷却流体的流量的均匀性的同时，还使得未透过孔隙的冷却流体自动从支撑区11流向悬空区12。
41.如图3与图4所示，在实现管束2与扰流栅格3连接的同时，为了实现对上述实施例所示的孔隙的大小的可选择性的布置，本实施例在栅格孔32内设有支承部33；支承部33的一端与栅格孔32的孔壁连接，另一端与换热管的外侧壁连接；多个栅格孔32对应的支承部33在垂直于长度方向所在平面上的横截面积沿着从支撑区11至悬空区12的延伸方向逐渐减小。在此，图3与图4中穿过间隙的箭头用于示意冷却流体透过孔隙形成射流的流动方向与流动状态，图4中从左往右的箭头表示流体从支撑区11流向悬空区12的方向。
42.其中，本实施例所示的支承部33在垂直于长度方向所在平面上的截面形状可以为弓形，支承部33的弧形面与换热管的外侧壁接触，支承部33的底面与栅格孔32的孔壁既可以可拆卸式连接，又可以设为一体式连接结构。
43.进一步地，在实现冷却流体沿舷间冷却器100的宽度方向进行反复折流的同时，为了进一步确保舷间冷却器100整体结构的紧凑性，本实施例设置扰流栅格3沿舷间冷却器100的宽度方向延伸；扰流栅格3的一端与管束2的沿宽度方向的一端连接；扰流栅格3沿宽度方向延伸的长度大于管束2的沿宽度方向的长度的二分之一，且小于管束2的沿宽度方向的长度；其中，本实施例可具体设置扰流栅格3沿宽度方向延伸的长度为管束2沿宽度方向
的长度的1/2-2/3，本实施例所示的管束2的宽度方向与舷间冷却器100的宽度方向为相同的方向。
44.与此同时，为了确保管束2的各个换热管可靠地安装于栅格孔32内，并确保透过孔隙形成的射流实现对换热管的强化冷却，本实施例在栅格孔32内设有多个支承部33，多个支承部33沿栅格孔32的周向依次排布。
45.如图3所示，本实施例所示的栅格孔32为正方形孔，本实施例所示的支承部33设有四个，四个支承部33一一对应地设于正方形孔的四个孔壁上。
46.优选地，在船舶航行的过程中，为了便于引导冷却流体海水自动流入至进水口，实现舷间冷却器100与船舶上的自流发生器300的集成化设计，本实施例所示的舷间冷却器100还设置有兜水装置；兜水装置包括兜水板；兜水板的一端与进水口转动连接，以使得兜水板相对于舷间冷却器100的长度方向的倾角可调节；其中，兜水板的板面用于朝向通入进水口的冷却流体的来流方向，以引导冷却流体流入进水口。
47.具体地，本实施例所示的兜水装置还可设置角度调节机构，角度调节机构的一端与舷间冷却器100的壳体1连接，角度调节机构的另一端与兜水板连接，以基于角度调节机构调控兜水板相对于舷间冷却器100的长度方向的倾角。其中，角度调节机构具体可以为伸缩驱动机构。
48.在此，本实施例基于对兜水板的倾角的调节，可有效地控制冷却流体通入至进水口的压力和流量，在无需水泵的情况下，可借助船舶航行时的动压驱动冷却流体自动沿着的壳程流道自流，并实现对管程流道内流体的冷却。
49.在此应指出的是，为了便于控制经过热交换后的冷却流体在出水口的排放流量，本实施例还可在出水口设置泄放板，且泄放板相对于舷间冷却器100的长度方向的倾角可调节。
50.如图5与图6所示，本实施例还提供一种船舶集中冷却系统，包括安装于船舶的船体200内的待冷却设备；还包括自流发生器300及如上所述的舷间冷却器100；自流发生器300与舷间冷却器100安装于船体200的至少一侧的舷间；自流发生器300通过进流通道400与舷间冷却器100的进水口连通，舷间冷却器100的出水口与出流通道500的一端连通，出流通道500的另一端用于排放经过热交换后的冷却流体；本实施例所示的管束2的两端与待冷却设备内的水冷结构通过管路连接呈闭环。
51.如图5与图6所示，本实施例所示的自流发生器300借助船舶航行时的动压转换原理为自动舷间冷却器100自动输送冷却流体，自流发生器300与舷间冷却器100沿着船舶的行驶方向呈前、后一一对应布置。其中，本实施例在船体200左侧和右侧的舷间均布置有五个舷间冷却器100。
52.具体地，当船舶在海洋中航行时，通过进流通道400进入壳程流道的海水，在扰流栅格3的作用下，会被迫克服管束2的流通阻力，从船舶的舷外向舷内的方向流动，实现沿着船舶的舷侧的左、右方向的反复折流，可有效避免流动死区，实现对管束2的高效换热；与此同时，由于进入壳程流道的一部分海水通过扰流栅格3上的孔隙穿过，避免了全部流体进行折流所产生较大的阻力，确保足量的海水能够通过自流发生器300的动压转换作用被驱动进入舷间冷却器100。
53.由于船舶集中冷却系统采用了上述实施例所示的舷间冷却器100，舷间冷却器100
的具体结构可参照上述实施例，则船舶集中冷却系统包括了上述实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述实施例的全部技术方案所带来的全部有益效果，在此不再一一赘述。
54.在此，为了进一步减小对船舶上有限空间的占用，本实施例还提供一种船舶集中冷却系统，该船舶集中冷却系统取消了对自流发生器300的应用，而采用上述实施例所示的设置有兜水装置的舷间冷却器100；舷间冷却器100安装于船体200的至少一侧的舷间；进水口位于舷间冷却器100背离船体200的一侧；管束2的两端与待冷却设备内的水冷结构通过管路连接呈闭环。在此，对船舶集中冷却系统在船体200上的布置不再一一赘述。
55.由上可知，本实施例所示的舷间冷却器100的换热能力强，在兼顾低阻化和紧凑化需求的同时，还有效地减小了对船舶舱室空间的占用，提高了舱室的利用率。
56.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。