CN114166042A - 一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统，所述模块化舷间冷却器包括壳体、管束及多个折流挡板；管束设于壳体内；管束与壳体之间形成壳程流道；壳体靠近管束的一端的壳壁上设有进水口，壳体靠近管束的另一端的壳壁上设有出水口；多个折流挡板设于壳体内；多个折流挡板分别与管束连接，并沿模块化舷间冷却器的长度方向依次间隔排布；按照多个折流挡板的排布顺序，上一个折流挡板的尾端相对于模块化舷间冷却器的宽度方向倾斜伸向下一个折流挡板的首端，以使得壳程流道为蛇形流道。本发明可控制冷却流体在模块化舷间冷却器的壳程流道内往复折流，不仅可避免死区，确保冷却流体与管束的充分接触，而且降低了折流中冷却流体的流动阻力。

Description

一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统

技术领域

本发明涉及船舶冷却技术领域，尤其涉及一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明提供一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统，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。

本发明提供一种模块化舷间冷却器，包括：壳体、管束及多个折流挡板；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，所述管束对应的各个换热管形成管程流道；所述壳体靠近所述管束的一端的壳壁上设有进水口，所述壳体靠近所述管束的另一端的壳壁上设有出水口；所述多个折流挡板设于所述壳体内；所述多个折流挡板分别与所述管束连接，并沿所述模块化舷间冷却器的长度方向依次间隔排布；按照所述多个折流挡板的排布顺序，上一个所述折流挡板的尾端相对于所述模块化舷间冷却器的宽度方向倾斜伸向下一个所述折流挡板的首端，以使得所述壳程流道为蛇形流道。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，所述折流挡板上的至少部分板面与所述模块化舷间冷却器的长度方向所呈的夹角为锐角。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，所述折流挡板包括第一板体段、第二板体段及第三板体段；所述第一板体段、所述第二板体段及所述第三板体段依次连接，所述第一板体段与所述第三板体段所对应的板面分别与所述模块化舷间冷却器的长度方向平行，所述第二板体段对应的板面与所述模块化舷间冷却器的长度方向所呈的夹角为锐角。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，所述折流挡板还包括弧形过渡段；所述第一板体段与所述第二板体段之间及所述第二板体段与所述第三板体段之间分别通过所述弧形过渡段连接；和/或，所述第二板体段对应的板面与所述模块化舷间冷却器的长度方向所呈的夹角大于45°，且小于90°。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，还包括：多个导流板；所述多个导流板分别设于所述壳体内，并沿所述模块化舷间冷却器的长度方向延伸；所述多个导流板沿所述模块化舷间冷却器的高度方向依次间隔设置，以将所述壳程流道分隔为多个单元流道；所述多个导流板分别与所述管束和/或所述折流挡板连接。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，所述导流板包括平面导流板，所述平面导流板与所述模块化舷间冷却器的高度方向垂直；或者，所述导流板包括第一导流段与第二导流段；所述第一导流段与所述第二导流段分别沿所述模块化舷间冷却器的长度方向延伸；所述第一导流段与所述第二导流段在垂直于所述长度方向所在平面上的截面形状呈曲线状；所述第一导流段与所述第二导流段沿所述模块化舷间冷却器的宽度方向依次交替连接，以使得所述导流板沿所述宽度方向呈波浪状。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，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模块化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流体的来流方向，以引导所述流体流入所述进水口。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，还包括：进口封头与出口封头；所述进口封头与所述管束的其中一端的孔板连接；所述出口封头与所述管束的另一端的孔板连接。

根据本发明提供的一种模块化舷间冷却器，所述进水口靠近所述进口封头设置，所述出水口靠近所述出口封头设置。

本发明还提供一种船舶冷却系统，包括安装于所述船舶的船体内的待冷却设备，还包括如上任一项所述的模块化舷间冷却器；所述模块化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模块化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。

本发明提供的一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统，通过设置壳体、管束及多个折流挡板，基于多个折流挡板对管束与壳体之间壳程流道的分隔与导流作用，使得壳程流道形成为蛇形流道，在冷却流体通过进水口进入至壳程流道内时，冷却流体只能在多个折流挡板的引导下沿模块化舷间冷却器的长度方向以往复迂回流动的形式进行折流，不仅在折流中可避免死区，确保冷却流体与管束的充分接触，而且降低了折流中冷却流体的流动阻力，在提高模块化舷间冷却器的管外换热能力和总换热系数的同时，实现无需水泵驱动的自流冷却。

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舷间冷却器的结构示意图之一；

图2是本发明提供的模块化舷间冷却器的结构示意图之二；

图3是本发明提供的模块化舷间冷却器的结构示意图之三；

图4是本发明提供的模块化舷间冷却器的剖面结构示意图；

图5是本发明提供的壳程流道内的流体在折流挡板的引导下流动的示意图；

图6是本发明提供的壳程流道内的流体在导流板的引导下流动的示意图；

图7是本发明提供的模块化舷间冷却器在船舶的船体上的安装结构示意图之一；

图8是本发明提供的模块化舷间冷却器在船舶的船体上的安装结构示意图之二；

附图标记：

1：壳体； 2：管束； 3：折流挡板；

4：导流板； 5：兜水板； 6：泄放板；

7：进口封头； 8：出口封头； 11：进水口；

12：出水口； 31：第一板体段； 32：第二板体段；

33：第三板体段； 41：第一导流段； 42：第二导流段；

100：模块化舷间冷却器； 200：船体； 300：进水通道；

400：出水通道。

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。

下面结合图1-图8描述本发明的一种模块化舷间冷却器及船舶冷却系统。

如图1至图3所示，本实施例提供一种模块化舷间冷却器，该模块化舷间冷却器100包括：壳体1、管束2及多个折流挡板3；其中，相对于图1而言，图2所示的模块化舷间冷却器100没有设置壳体1与管束2，图3所示的模块化舷间冷却器100没有设置壳体1与导流板4。

在此，本实施例所示的管束2设于壳体1内；管束2对应的各个换热管的外侧面与壳体1的内侧面之间形成壳程流道，管束2对应的各个换热管形成管程流道；壳体1靠近管束2的一端的壳壁上设有进水口11，壳体1靠近管束2的另一端的壳壁上设有出水口12；多个折流挡板3设于壳体1内；多个折流挡板3分别与管束2连接，并沿模块化舷间冷却器100的长度方向依次间隔排布；按照多个折流挡板3的排布顺序，上一个折流挡板3的尾端相对于模块化舷间冷却器100的宽度方向倾斜伸向下一个折流挡板3的首端，以使得壳程流道为蛇形流道。

具体地，本实施例通过设置壳体1、管束2及多个折流挡板3，基于多个折流挡板3对管束2与壳体1之间壳程流道的分隔与导流作用，使得壳程流道形成为蛇形流道，在冷却流体通过进水口11进入至壳程流道内时，只能在多个折流挡板3的引导下沿模块化舷间冷却器100的长度方向以往复迂回流动的形式进行折流，不仅在折流中可避免死区，确保冷却流体与管束2的充分接触，而且降低了折流中冷却流体的流动阻力，在提高模块化舷间冷却器100的管外换热能力和总换热系数的同时，实现无需水泵驱动的自流冷却。

在此应指出的是，本实施例所示的壳体1可以为圆柱状或立方体状，壳体1沿着管程流道内流体的流动方向延伸，也即，本实施例所示的模块化舷间冷却器100的长度方向与管程流道内流体的流动方向分别与管束2的轴向同方向。

本实施例所示的壳程流道内用于通入冷却流体，管程流道内用于通入待冷却的高温流体。显然，在船舶在海洋内航行时，冷却流体为海水，待冷却的高温流体可以为高温淡水。由于模块化舷间冷却器100通常安装于船舶相应船体的左侧和/或右侧的舷间，为了便于海水自动从进水口11进入至壳程流道内，并沿壳程流道流动，本实施例所示的进水口11设于船舶的航行方向的前侧，出水口12设于船舶的航行方向的后侧。

如图5所示，在管束2内待冷却的高温流体是从左往右流动时，本实施例所示的多个折流挡板3是沿着从左往右的方向依次排布，在沿着各个折流挡板3的排布方向上，位于上游的折流挡板3的尾端相对于模块化舷间冷却器100的宽度方向倾斜伸向位于下游的折流挡板3的首端。

如此，基于各个折流挡板3的分隔与导流作用，冷却流体在壳程流道内以往复迂回流动的形式进行折流，且冷却流体每次是沿着模块化舷间冷却器100的宽度方向进行迂回流动。

进一步地，为了较好地引导海水在壳程流道内以往复迂回流动的形式进行折流，本实施例具体设置折流挡板3上的至少部分板面与模块化舷间冷却器100的长度方向所呈的夹角为锐角。

如图2与图3所示，折流挡板3包括第一板体段31、第二板体段32及第三板体段33；第一板体段31、第二板体段32及第三板体段33依次连接，第一板体段31与第三板体段33所对应的板面分别与模块化舷间冷却器100的长度方向平行，第二板体段32对应的板面与模块化舷间冷却器100的长度方向所呈的夹角为锐角。

具体地，本实施例所示的第一板体段31用于引导冷却流体流向第二板体段32，第二板体段32引导冷却流体沿着相对于模块化舷间冷却器100的宽度方向倾斜流向第三板体段33所在的区域，再基于第三板体段33的引流和止挡作用，可使得冷却流体从管束2的其中一个壳侧流向与其相对的另一壳侧，确保冷却流体能够充分地与管束2接触，并以较大的流速在管束的各个换热管间流动。如此，基于各个折流挡板3的依次引流作用，确保冷却流体在壳程流道内以往复迂回流动的形式进行折流，在有效避免死区的同时，还降低了折流阻力。

其中，为了确保折流挡板3对冷却流体的导流效果，在一方面，本实施例在折流挡板3设置有弧形过渡段；第一板体段31与第二板体段32之间及第二板体段32与第三板体段33之间分别通过弧形过渡段连接；在另一方面，本实施例设置第二板体段32对应的板面与模块化舷间冷却器100的长度方向所呈的夹角α大于45°，且小于90°。其中，夹角α具体可以为50°、60°、70°、80°等，在此不做具体限定，可根据实际需求对夹角α进行适应性设置。

在此应指出的是，本实施例所示的折流挡板3还可以为平面挡板，平面挡板对应的板面与模块化舷间冷却器100的长度方向所呈的夹角α大于45°，且小于90°。

如图2与图4所示，本实施例所示的模块化舷间冷却器100还设置有多个导流板4；多个导流板4分别设于壳体1内，并沿模块化舷间冷却器100的长度方向延伸；多个导流板4沿模块化舷间冷却器100的高度方向依次间隔设置，以将壳程流道分隔为多个单元流道；多个导流板4分别与管束2和/或折流挡板3连接。

在此，本实施例基于导流板4的设计，可将壳程流道分隔为多个沿模块化舷间冷却器100的高度方向依次排布的单元流道，增强了冷却流体在壳程流道内分配的均匀性。

在一个实施例中，本实施例可将导流板4设计为平面导流板4，平面导流板4与模块化舷间冷却器100的高度方向垂直。

在另一个实施例中，为了确保冷却流体在每个单元流道内流动时，还能沿着模块化舷间冷却器100的高度方向进行上下折流，以强化冷却流体与管束2内的流体之间的对流换热效果，本实施例将导流板4设计为第一导流段41与第二导流段42；第一导流段41与第二导流段42分别沿模块化舷间冷却器100的长度方向延伸；第一导流段41与第二导流段42在垂直于模块化舷间冷却器100的长度方向所在平面上的截面形状呈曲线状，其中，曲线状可以为圆弧线或波浪线等；第一导流段41与第二导流段42沿模块化舷间冷却器100的宽度方向依次交替连接，以使得导流板4沿宽度方向呈波浪状。

如图4所示，本实施例所示的第一导流段41与第二导流段42的结构相同，均包括依次连接的第一节段、第二节段、第三节段及第四节段，第一节段、第二节段、第三节段及第四节段可构成“几”字形槽。其中，第一导流段41对应的“几”字形槽的槽口朝下，而第二导流段42对应的“几”字形槽的槽口朝上，从而在将第一导流段41与第二导流段42沿模块化舷间冷却器100的宽度方向依次交替连接时，导流板4沿宽度方向呈波浪状。

如图6所示，由于导流板4沿模块化舷间冷却器100的宽度方向呈波浪状，则相邻的两个导流板4之间形成的壳程流道沿模块化舷间冷却器100的宽度方向相应地呈波浪状，这使得冷却流体在导流板4的引导下沿着模块化舷间冷却器100的宽度方向流动时，会形成为沿着模块化舷间冷却器100的高度方向的上下折流，从而有效地强化换热效果。

在此应指出的是，本实施例所示的第一导流段41与第二导流段42相连接的部分通过平滑过渡的平面或曲面连接，以降低上下折流过程产生的阻力。

基于上述实施例所示的方案可知，本实施例基于折流挡板3与导流板4的设计，可使得冷却流体在沿模块化舷间冷却器100的长度方向以往复迂回流动的形式进行折流的同时，还沿着模块化舷间冷却器100的高度方向进行折流，模块化舷间冷却器100不仅结构紧凑，而且换热性能好，可以最大程度降低冷却流体的通流阻力，实现无泵冷却。

进一步地，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11，本实施例所示的模块化舷间冷却器100还设置有兜水装置；兜水装置包括兜水板5；兜水板5的一端与进水口11转动连接，以使得兜水板5相对于模块化舷间冷却器100的长度方向的倾角可调节；兜水板5的板面朝向通入进水口11的流体的来流方向，以引导流体流入进水口11。

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模块化舷间冷却器100的壳体1连接，角度调节机构的另一端与兜水板5连接，以基于角度调节机构调控兜水板5相对于模块化舷间冷却器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。

在此，本实施例基于兜水装置的设计，实现了船舶上的自流发生器与冷却器的集成化设计，大幅度减小了对船舶上有限的舱室空间的占用。与此同时，基于对兜水板5的倾角的调节，可有效地控制冷却流体通入至进水口11的压力和流量，在无需水泵的情况下，即可驱动冷却流体沿着的壳程流道自流，并实现对管程流道内流体的冷却。

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12的排放流量，本实施例还可在出水口12设置泄放板6，且泄放板6相对于模块化舷间冷却器100的长度方向的倾角可调节。

如图1所示，本实施例所示的模块化舷间冷却器100还设置有进口封头7与出口封头8；进口封头7与管束2的其中一端的孔板连接；出口封头8与管束2的另一端的孔板连接。

具体地，为了确保壳程流道与管程流道内流体之间的热交换效果，本实施例可将进水口11靠近进口封头7设置，出水口12靠近出口封头8设置。

其中，本实施例所示的进口封头7与出口封头8结构相同，均包括第一对接法兰、连接斗及第二对接法兰，第一对接法兰与连接斗的小口端连接，第二对接法兰与连接斗的大口端连接。进口封头7的第二对接法兰与管束2的其中一端的孔板连接，出口封头8的第二对接法兰与管束2的另一端的孔板连接。

如图7与图8所示，本实施例还提供一种船舶冷却系统，包括安装于船舶的船体内的待冷却设备，还包括如上任一项的模块化舷间冷却器100；模块化舷间冷却器100安装于船舶相应船体200的至少一侧的舷间，进水口11位于模块化舷间冷却器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。

具体地，由于船舶冷却系统包含模块化舷间冷却器100，模块化舷间冷却器100的具体结构可参照上述实施例，则船舶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技术方案所带来的全部有益效果，在此不再一一赘述。

其中，本实施例可具体在船体200左侧的舷间布置三个模块化舷间冷却器100，并在船体200右侧的舷间布置三个模块化舷间冷却器100，每个模块化舷间冷却器100的进口封头7与进水通道300的一端连通，进水通道300的另一端与待冷却设备内的水冷结构的一端连通，每个模块化舷间冷却器100的出口封头8与出水通道400的一端连通，出水通道400的另一端与水冷结构的另一端连通，在进水通道300或出水通道400上设有水泵。

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)

1.一种模块化舷间冷却器，其特征在于，包括：

壳体、管束及多个折流挡板；

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，所述管束对应的各个换热管形成管程流道；所述壳体靠近所述管束的一端的壳壁上设有进水口，所述壳体靠近所述管束的另一端的壳壁上设有出水口；

所述多个折流挡板设于所述壳体内；所述多个折流挡板分别与所述管束连接，并沿所述模块化舷间冷却器的长度方向依次间隔排布；按照所述多个折流挡板的排布顺序，上一个所述折流挡板的尾端相对于所述模块化舷间冷却器的宽度方向倾斜伸向下一个所述折流挡板的首端，以使得所述壳程流道为蛇形流道。

2.根据权利要求1所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，所述折流挡板上的至少部分板面与所述模块化舷间冷却器的长度方向所呈的夹角为锐角。

3.根据权利要求2所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，

所述折流挡板包括第一板体段、第二板体段及第三板体段；

所述第一板体段、所述第二板体段及所述第三板体段依次连接，所述第一板体段与所述第三板体段所对应的板面分别与所述模块化舷间冷却器的长度方向平行，所述第二板体段对应的板面与所述模块化舷间冷却器的长度方向所呈的夹角为锐角。

4.根据权利要求3所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，

所述折流挡板还包括弧形过渡段；所述第一板体段与所述第二板体段之间及所述第二板体段与所述第三板体段之间分别通过所述弧形过渡段连接；

和/或，所述第二板体段对应的板面与所述模块化舷间冷却器的长度方向所呈的夹角大于45°，且小于90°。

5.根据权利要求1所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，

还包括：多个导流板；

所述多个导流板分别设于所述壳体内，并沿所述模块化舷间冷却器的长度方向延伸；所述多个导流板沿所述模块化舷间冷却器的高度方向依次间隔设置，以将所述壳程流道分隔为多个单元流道；所述多个导流板分别与所述管束和/或所述折流挡板连接。

6.根据权利要求5所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，

所述导流板包括平面导流板，所述平面导流板与所述模块化舷间冷却器的高度方向垂直；

或者，所述导流板包括第一导流段与第二导流段；所述第一导流段与所述第二导流段分别沿所述模块化舷间冷却器的长度方向延伸；所述第一导流段与所述第二导流段在垂直于所述长度方向所在平面上的截面形状呈曲线状；所述第一导流段与所述第二导流段沿所述模块化舷间冷却器的宽度方向依次交替连接，以使得所述导流板沿所述宽度方向呈波浪状。

7.根据权利要求1至6任一所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，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模块化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流体的来流方向，以引导所述流体流入所述进水口。

8.根据权利要求1至6任一所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，还包括：进口封头与出口封头；

所述进口封头与所述管束的其中一端的孔板连接；所述出口封头与所述管束的另一端的孔板连接。

9.根据权利要求8所述的模块化舷间冷却器，其特征在于，

所述进水口靠近所述进口封头设置，所述出水口靠近所述出口封头设置。

10.一种船舶冷却系统，包括安装于所述船舶的船体内的待冷却设备，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一所述的模块化舷间冷却器；

所述模块化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模块化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。

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