CN112357037A - 一种自流换热系统及船舶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器设计技术领域，公开了一种自流换热系统及船舶，其中自流换热系统包括自流箱体和换热管组件，自流箱体用于设置在换热用户所在的设备本体上，自流箱体上设有自流进口和自流出口，换热管组件设于自流箱体的内部。本发明提供的一种自流换热系统及船舶，提出一种集自流和换热一体化的自流换热系统，通过设置自流箱体，实现自流功能，再在自流箱体内直接设置换热管组件，实现换热效果。将换热管组件直接放置在自流箱体内，可以减少自流进口与换热管组件之间用于引导自流流体的管路连接，可以节省设备内部的空间，同时可减小自流流体阻力损失；且可免去驱动自流流体的泵体设置，有利于减少能源消耗以及减少噪音。

Description

一种自流换热系统及船舶

技术领域

本发明涉及换热器设计技术领域，尤其涉及一种自流换热系统及船舶。

背景技术

船舶自流冷却系统利用船舶航行中迎面水流产生的动压来冷却冷凝器及各类冷却用户的系统，从而使船舶在一定航速范围内，无需启动水泵即能为冷凝器及各类冷却用户提供足够的冷却海水。与传统冷却水系统相比，船舶自流冷却系统降低了船舶冷却水泵产生的辐射噪声，增强了整体效率，提高了船舶安全性和经济性。

但是传统船舶自流冷却方式均是通过海水泵或者自流进口将海水引进设备内部的冷凝器内，实现换热。参考图1，传统船舶自流冷却方式为通过管道将海水从自流进口进入冷却器中进行换热，管道上设有阀门和水泵，可设置多个管道分支。由于换热温差不大，所以冷凝器比较大，占用大量的船舶内部空间；另外用于输送海水的海水泵需要消耗大量能源，同时还会产生很大的噪音。

发明内容

本发明实施例提供一种自流换热系统及船舶，用以解决或部分解决现有船舶自流冷却方式存在冷凝器占用大量的船舶内部空间以及用于输送海水的海水泵消耗大量能源、产生噪音的问题。

本发明实施例提供一种自流换热系统，包括自流箱体和换热管组件，所述自流箱体用于设置在换热用户所在的设备本体上，所述自流箱体上设有自流进口和自流出口，所述换热管组件设于所述自流箱体的内部。

在上述方案的基础上，所述换热管组件包括换热管，所述换热管的轴向与所述自流箱体的自流流向垂直设置。

在上述方案的基础上，所述换热管呈扁管结构，且所述换热管的短边处于迎流面上。

在上述方案的基础上，所述换热管在垂直于自流流向的方向的两侧分别连接有管板，所述管板连接于所述自流箱体的内壁，使得所述自流箱体的内壁和所述管板围合形成封头。

在上述方案的基础上，所述换热管在垂直于自流流向的方向的两侧分别连接有管板，所述管板处连接有封头。

在上述方案的基础上，所述换热管的两侧的封头对应连接有进口管道和出口管道。

在上述方案的基础上，所述自流箱体的内部连接有至少一个支撑板，所述支撑板沿自流流向设置。

在上述方案的基础上，所述自流进口和所述自流出口设于所述自流箱体沿自流流向的相对两侧。

在上述方案的基础上，所述自流箱体与所述设备本体共形设置；所述换热管与所述自流箱体共形设置。

本发明实施例还提供一种船舶，包括上述自流换热系统，其中所述自流换热系统的自流箱体设于船舶外壳上。

本发明实施例提供的一种自流换热系统及船舶，基于传统自流冷却系统的缺点，本实施例提出一种集自流和换热一体化的自流换热系统，通过设置自流箱体，实现自流功能，再在自流箱体内直接设置换热管组件，实现换热效果。将换热管组件直接放置在自流箱体内，可以减少自流进口与换热管组件之间用于引导自流流体的管路连接，可以节省设备内部的空间，同时可减小自流流体阻力损失，有利于提高换热效率；且可免去驱动自流流体的泵体设置，有利于减少能源消耗以及减少噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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是现有技术中传统船舶自流冷却系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的自流换热系统在船舶上设置的侧视示意图；

图3是本发明实施例提供的自流换热系统的自流进口示意图；

图4是本发明实施例提供的换热管组件设置示意图；

图5是本发明实施例提供的自流换热系统在船舶上设置的第一纵向截面示意图；

图6是本发明实施例提供的自流换热系统在船舶上设置的第二纵向截面示意图；

图7是本发明实施例提供的共形换热管的示意图；

图8是本发明实施例提供的换热管为圆管的示意图；

图9是本发明实施例提供的换热管为扁管的示意图；

图10是本发明实施例提供的自流换热系统与传统自流冷却系统的阻力系数比较示意图。

附图标记：

1、设备本体；2、自流箱体；3、支撑板；4、换热管；41、圆管；42、扁管；5、进口管道；6、封头；7、管板；8、出口管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

本发明实施例提供一种自流换热系统，该自流换热系统包括自流箱体2和换热管组件，自流箱体2用于设置在换热用户所在的设备本体1上。自流箱体2上设有自流进口和自流出口，换热管组件设于自流箱体2的内部。

该自流换热系统用于能够形成自流流体的环境下，即利用自流流体作为换热介质实现换热。自流箱体2即为用于流过自流流体的内部具有容置空间的箱体。自流箱体2设置在设备本体1有自流流体流过的部位。即自流流体从自流进口流入自流箱体2中，从自流出口流出，从而流过自流箱体2。换热管组件设置在自流箱体2内部，从而将自流箱体2内部空间分为管内和管外两个流程，满足两种介质换热流动需要。

本实施例提供的一种自流换热系统，基于传统自流冷却系统的缺点，本实施例提出一种集自流和换热一体化的自流换热系统，通过设置自流箱体2，实现自流功能，再在自流箱体2内直接设置换热管组件，实现换热效果。将换热管组件直接放置在自流箱体2内，可以减少自流进口与换热管组件之间用于引导自流流体的管路连接，可以节省设备内部的空间，同时可减小自流流体阻力损失，有利于提高换热效率；且可免去驱动自流流体的泵体设置，有利于减少能源消耗以及减少噪音。

具体的，参考图2，该自流换热系统可设置在船舶上。自流箱体2连接在船舶外壳能够产生自流流体的部位。自流进口和自流出口可设于自流箱体2沿航行方向的前后两侧。

图3为自流箱体2在自流进口视角的主视图。即在该自流换热系统应用在船舶上时，图3为自流箱体2沿航行方向的视图。

进一步地，自流箱体2内部分为换热管组件内部侧和换热管组件外部侧。即一种换热介质在换热管组件的内部流动，另一种换热介质在换热管组件的外部和自流箱体2之间流动，形成两个流程。其中自流流体既可从换热管组件内部侧流动，也可从换热管组件外部侧流动，具体不做限定。优选的，自流流体从换热管组件外部侧流动，换热用户的介质从换热管组件的内部侧流动。

在上述实施例的基础上，进一步地，换热管组件包括换热管4，换热管4的轴向与自流箱体2的自流流向垂直设置。具体参考图4，图4为自流换热系统沿垂直于自流流向方向的横向截面示意图。即换热管4内部介质的流动方向与自流流向垂直，有利于提高换热效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图6和图9，换热管4呈扁管42结构，且换热管4的短边处于迎流面上。即扁管42的短边朝向自流流向设置。有利于降低换热管4外侧流体的流动阻力，提高换热效率。

进一步地，参考图5和图8，换热管4也可为圆管41结构，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4，换热管4在垂直于自流流向的方向的两侧分别连接有管板7，管板7连接于自流箱体2的内壁，使得自流箱体2的内壁和管板7围合形成封头6。

在上述实施例的基础上，进一步地，换热管4在垂直于自流流向的方向的两侧分别连接有管板7，管板7处连接有封头6。

在上述实施例的基础上，进一步地，换热管4的两侧的封头6对应连接有进口管道5和出口管道8。即一侧封头6处连接有进口管道5，另一侧封头6处连接有出口管道8。

即与换热管4连接的管板7和封头6可通过自流箱体2的内壁形成，也可独立于自流箱体2。在第一种方案中，与换热管4连接的管板7可直接连接在自流箱体2的内壁上，通过管板7和自流箱体2内壁的连接，使得管板7和自流箱体2的内壁围合形成封闭空间，可作为封头6。此方案下，连通换热管4的进口管道5和出口管道8直接连接在自流箱体2上与封头6的对应位置处。

在第二种方案中，在换热管4的两侧分别连接独立于自流箱体2的管板7和封头6，即换热管4和管板7以及封头6连接形成换热管组件。管板7和封头6为独立部件，进口管道5和出口管道8连接在封头6上。进口管道5和出口管道8可穿出自流箱体2与换热用户处相连。此时，换热管组件在自流箱体2内部能够实现固定即可，对具体连接部位和方式不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，自流箱体2的内部连接有至少一个支撑板3，支撑板3沿自流流向设置。在设置多个支撑板3时，多个支撑板3可沿垂直于自流流向的方向间隔设置。即可定义自流箱体2沿自流流向的方向为长度方向，沿垂直于自流流向的方向为宽度方向。多个支撑板3即沿自流箱体2的宽度方向间隔设置，每个支撑板3沿自流箱体2的长度方向设置，用于起到支撑换热管组件以及减小流动阻力的作用。

在上述实施例的基础上，进一步地，自流进口和自流出口设于自流箱体2沿自流流向的相对两侧。进一步地，自流箱体2沿自流流向的相对两侧可分别呈开口状，作为自流进口和自流出口。可顺应自流流体的流动，保证自流流体的顺利流动。

在上述实施例的基础上，进一步地，自流箱体2与设备本体1共形设置；换热管4与自流箱体2共形设置。即参考图3，自流箱体2的形状可与设备本体1的形状相适应。参考图4和图7，换热管4的整体形状与自流箱体2的形状相适应。有利于降低自流阻力以及提高换热效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种船舶，该船舶包括上述任一实施例所述的自流换热系统，其中自流换热系统的自流箱体2设于船舶外壳上。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提出一种集自流和换热一体化的共形换热系统应用在船舶上，该换热系统包含共形自流进口装置，共形换热管，共形封头6，穿舱管道。

传统的自流冷却系统如图1所示，自流进口和冷却器之间存在很多管道及海水泵。本实施例提供的新型自流共形换热系统，如图2所示，是将换热管直接布置在自流口内部，大大节省了很多连接管道。

首先基于设备本体1的外形，设计大口径的自流进口，如图3所示。根据额定工况点下船舶所需自流水量，计算共形自流进口的高度及横截面几何参数。进一步，基于自流进口，设计共形换热管，如图4所示。将共形管布置在自流进口内，如图5所示。考虑到低阻化需求，将换热管设计成扁管42形式，短边处于迎流面上，如图6所示。管热管形式如图7所示。进一步，基于自流进口两端，设计共形封头6，及相应的管板7法兰和船舱管道。考虑到维修的便捷性，设计海水走换热管外，淡水走换热管内。

本共形换热系统的工作原理：海水经过共形自流进口进入到换热系统内部，在两个换热管支撑板3的作用下，分成三股流体，垂直冲刷换热管束，最后从自流出口流出。

淡水经过穿舱进口管道5，进入到封头6中，在管板7法兰密封分流下，进入到共形换热管中，经过与冲刷的海水换热，流到出口封头6，经过穿舱出口管道8重新流回用户。最终完成换热。

进一步，参考图10，进行传统自流冷却系统和本发明提供的共形自流换热系统的阻力系数对比，发现共形自流换热系统阻力可减少40％。

该共形换热系统共形设计的大开口自流进口装置；共形设计换热管组件；将自流进口装置与换热管组件融合设计。将冷凝器与自流装置融合设计，可以充分利用自流能力，增强换热效率。将冷凝器与自流装置共形设计，可以减少连接管路，减小内部阻力，增加紧凑度。

基于以上传统自流冷却系统的缺点，本实施例提出一种集自流和换热一体化的共形冷凝器，通过设计一种与船舶外部共形的自流进口，实现自流功能，再在共形自流进口内设置共形换热管，实现换热效果。将冷凝器放置在自流进口内，可以减少自流进口与冷凝器之间的管路连接，减小阻力损失，同时可以节省设备内部的空间。

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)

1.一种自流换热系统，其特征在于，包括自流箱体和换热管组件，所述自流箱体用于设置在换热用户所在的设备本体上，所述自流箱体上设有自流进口和自流出口，所述换热管组件设于所述自流箱体的内部。

2.根据权利要求1所述的自流换热系统，其特征在于，所述换热管组件包括换热管，所述换热管的轴向与所述自流箱体的自流流向垂直设置。

3.根据权利要求2所述的自流换热系统，其特征在于，所述换热管呈扁管结构，且所述换热管的短边处于迎流面上。

4.根据权利要求2所述的自流换热系统，其特征在于，所述换热管在垂直于自流流向的方向的两侧分别连接有管板，所述管板连接于所述自流箱体的内壁，使得所述自流箱体的内壁和所述管板围合形成封头。

5.根据权利要求2所述的自流换热系统，其特征在于，所述换热管在垂直于自流流向的方向的两侧分别连接有管板，所述管板处连接有封头。

6.根据权利要求4或5所述的自流换热系统，其特征在于，所述换热管的两侧的封头对应连接有进口管道和出口管道。

7.根据权利要求1至5任一所述的自流换热系统，其特征在于，所述自流箱体的内部连接有至少一个支撑板，所述支撑板沿自流流向设置。

8.根据权利要求1至5任一所述的自流换热系统，其特征在于，所述自流进口和所述自流出口设于所述自流箱体沿自流流向的相对两侧。

9.根据权利要求1至5任一所述的自流换热系统，其特征在于，所述自流箱体与所述设备本体共形设置；所述换热管与所述自流箱体共形设置。

10.一种船舶，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的自流换热系统，其中所述自流换热系统的自流箱体设于船舶外壳上。

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