紧凑型船舶共形冷却器及共形冷却系统的制作方法

1.本发明涉及船舶动力技术领域，尤其涉及一种紧凑型船舶共形冷却器及共形冷却系统。


背景技术：

2.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。
3.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，增大内部舱室利用率。
4.现有共形冷却技术多采用列管式冷却方案，换热器紧凑度不高，体积较大，不易布置在船体外部的优先结构内，难以实现冷却器与船体结构的完全融合。并且冷却器海水侧流道阻力较大，克服阻力需要较大的海水驱动压力或耗费较大海水泵功。


技术实现要素：

5.本发明提供一种紧凑型船舶共形冷却器及共形冷却系统，用以解决现有技术中共形冷却器海水侧海水流道阻力大的缺陷。
6.本发明提供一种紧凑型船舶共形冷却器，包括：多个第一换热板，每个所述第一换热板的第一端设有进口流道，每个所述第一换热板的第二端设有出口流道，所述进口流道设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，所述出口流道设置于球艏侧面，且朝向船艉，所述第一换热板设有多个扰流块，每个所述扰流块设有第一尖端，所述第一尖端朝向所述进口流道，所述第一换热板用于海水流通；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流道，所述流道用于流体流通，所述流体的流动方向与所述海水的流动方向相反。
7.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，所述扰流块为三角形或水滴形。
8.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，所述第一换热板设有所述扰流块的表面呈波形起伏状。
9.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，每个所述第一换热板设有第一进口和第一出口，每个所述第二换热板设有第二进口和第二出口，所述第二进口以及所述第二出口均与所述流道连通；其中，多个所述第二进口与多个所述第一进口位置对正以形成进液通道，多个所述第二出口与多个所述第一出口位置对正以形成出液通道，所述流体由
所述进液通道进入每个所述流道内，然后由所述出液通道排出。
10.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，所述第一进口的外轮廓朝向所述进口流道和所述出口流道的两端具有第二尖端，所述第一出口的外轮廓朝向所述进口流道和所述出口流道的两端具有第三尖端。
11.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，所述第一换热板与所述第二换热板的外形相同，所述第二进口靠近所述第二换热板的第二端设置，所述第二出口靠近所述第二换热板的第一端设置。
12.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，多个所述流道包括：多个第一流道，设置于所述第二换热板的第二端，所述第一流道与所述第二进口连通，所述第一流道与所述第二进口的连通处为圆弧形流道；多个第二流道，设置于所述第二换热板的第一端，所述第二流道与所述第二出口连通，所述第二流道与所述第二出口的连通处为圆弧形流道；多个第三流道，设置于所述多个第一流道和所述多个第二流道之间，所述第三流道为弯折形流道。
13.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，所述第二换热板还设有进口集腔，所述进口集腔设置于多个所述第一流道之间，所述进口集腔的第一端与所述第二进口连通，所述进口集腔的第二端与多个所述第一流道连通。
14.根据本发明提供的一种紧凑型船舶共形冷却器，所述第二换热板还设有出口集腔，所述出口集腔设置于多个所述第二流道之间，所述出口集腔的第一端与多个所述第二流道连通，所述出口集腔的第二端与所述第二出口连通。
15.本发明还提供一种共形冷却系统，包括换热器、泵、管路和如上所述的紧凑型船舶共形冷却器，沿船舶的前进方向，所述紧凑型船舶共形冷却器位于船舶的推进器的后方，所述紧凑型船舶共形冷却器通过管路与所述换热器连接成循环回路，所述泵设置于所述紧凑型船舶共形冷却器与所述换热器之间。
16.本发明提供的紧凑型船舶共形冷却器，通过将第一换热板的进口流道设置于船舶的球艏前缘弧面，出口流道设置于球艏侧面，利用压差供水，实现了海水的自循环；通过将海水的流动方向与流体的流动方向设置为相反，强化了双侧对流，提高了紧凑型船舶共形冷却器的换热能力；通过在第一换热板设置多个扰流块，在起到纵向涡扰流作用强化对流换热的作用的同时降低了海水流道的通流阻力，提高了紧凑型船舶共形冷却器的换热效率。
附图说明
17.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。
18.图1是本发明提供的紧凑型船舶共形冷却器的结构示意图；
19.图2是图1中示出的第一换热板的结构示意图；
20.图3是图1中示出的第二换热板的结构示意图；
21.图4是图2中示出的a-a剖视图；
22.图5是本发明实施例提供的共形冷却器的结构示意图；
23.附图标记：
24.10：第一换热板；11：进口流道；12：出口流道；13：扰流块；14：第一进口；15：第一出口；20：第二换热板；21：流道；22：第二进口；23：第二出口；24：进口集腔；25：出口集腔；30：进液通道；40：出液通道；50：第二进液通道；60：第二出液通道；100：紧凑型船舶共形冷却器；141：第二尖端；151：第三尖端；211：第一流道；212：第二流道；213：第三流道；200：换热器；300：泵；400：管路；500：推进器。
具体实施方式
25.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。
26.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。
27.下面结合图1-图5描述本发明的紧凑型船舶共形冷却器及共形冷却系统。
28.如图1所示，本发明实施例提供的紧凑型船舶共形冷却器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的第一端设有进口流道11，每个第一换热板10的第二端设有出口流道12，进口流道11设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，出口流道12设置于球艏侧面，且朝向船艉，第一换热板10设有多个扰流块13，每个扰流块13设有第一尖端，第一尖端朝向进口流道11，第一换热板10用于海水流通。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设有多个流道21，流道21用于流体流通，流体的流动方向与海水的流动方向相反。
29.具体来说，在本实施例中，紧凑型船舶共形冷却器100由多个第一换热板10和多个第二换热板20层叠间隔压焊而成。第一换热板10的第一端蚀刻有进口流道11，进口流道11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。第一换热板10的第二端蚀刻有出口流道12，出口流道12设置于船舶的球艏侧面，且朝向船艉，处于球艏侧面分离负压区，此种设置可产生较大的驱动压力，促使海水自动由进口流道11进入第一换热板10内，然后由出口流道12排出。
30.进一步地，每个第一换热板10上设有多个扰流块13，扰流块13的第一尖端朝向来流方向，可起到纵向涡扰流作用强化对流换热，同时可减小海水在第一换热板10内流动时的流动阻力，提高换热效率。
31.第二换热板20内蚀刻有多个流道21，流道21内流动有温度较高的流体，流体与海水的流动方向相反，以强化双侧对流。
32.进一步地，在本实施例中，第一换热板10和第二换热板20层叠焊接成共形冷却器，进口流道11、出口流道12和流道21采用蚀刻加工，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。
33.本发明实施例提供的紧凑型船舶共形冷却器，通过将第一换热板的进口流道设置
于船舶的球艏前缘弧面，出口流道设置于球艏侧面，利用压差供水，实现了海水的自循环；通过将海水的流动方向与流体的流动方向设置为相反，强化了双侧对流，提高了紧凑型船舶共形冷却器的换热能力；通过在第一换热板设置多个扰流块，在起到纵向涡扰流作用强化对流换热的作用的同时降低了海水流道的通流阻力，提高了紧凑型船舶共形冷却器的换热效率。
34.进一步地，如图2所示，在本发明的实施例中，扰流块13的形状可以为三角形或水滴形，三角形或水滴形的尖端朝向进口流道11，即朝向来流方向，可起到纵向涡扰流作用强化对流换热，同时可减小海水在第一换热板10内流动时的流动阻力，提高换热效率。
35.如图4所示，在本发明的实施例中，第一换热板10设有扰流块13的表面呈波形起伏状。
36.具体来说，将第一换热板10的底面设置为波形起伏状，可使海水在流动时产生垂直于板体方向的波动，增强了海水对流传热的效果，同时，将第一换热板10的底面设置为波形起伏状，可在海水流动过程中形成流向涡，起到减阻作用，进一步降低海水通道的阻力。
37.如图1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14和第一出口15，每个第二换热板20设有第二进口22和第二出口23，第二进口22以及第二出口23均与流道21连通。其中，多个第二进口22与多个第一进口14位置对正以形成进液通道30，多个第二出口23与多个第一出口15位置对正以形成出液通道40，流体由进液通道30进入每个流道21内，然后由出液通道40排出。
38.具体来说，每个第一换热板10设有第一进口14和第一出口15，第一进口14、第一出口15均未与进口流道11、出口流道12连通。每个第二换热板20均设有第二进口22和第二出口23，第二进口22和第二出口23均与流道21连通。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14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15和多个第二出口23的位置也对正设置，且孔径相同，从而形成出液通道40。温度较高的流体由进液通道30进入每个第二换热板20内，沿流道21流动后由出液通道40排出。海水沿每个第一换热板10的进口流道11流入第一换热板10，与流体进行热交换后由出口流道12排出第一换热板10外。
39.如图2所示，在本发明的实施例中，第一进口14的外轮廓朝向进口流道11和出口流道12的两端具有第二尖端141，第一出口15的外轮廓朝向进口流道11和出口流道12的两端具有第三尖端151。
40.具体来说，在本实施例中，第一进口14的外轮廓朝向进口流道11的一端以及朝向出口流道12的一端均设置有第二尖端141，第二尖端141可减小海水在第一进口14处流动时的扰流阻力。相应地，第一出口15的外轮廓朝向进口流道11的一端以及朝向出口流道12的一端均设置有第三尖端151，第三尖端151可减小海水在第一出口15处流动时的扰流阻力。
41.如图1和图3所示，在本发明的实施例中，第一换热板10与第二换热板20的外形相同，第二进口22靠近第二换热板20的第二端设置，第二出口23靠近第二换热板20的第一端设置。
42.具体来说，海水由第一换热板10的第一端进入，第二端排出，温度较高的流体由第二进口22进入后，朝第二换热板20的第一端流动，其流动方向与海水的流动方向正好相反，以通过逆流换热强化海水-流体两侧传热效果。
43.如图3所示，在本发明的实施例中，多个流道21包括：多个第一流道211、多个第二流道212和多个第三流道213。多个第一流道211设置于第二换热板20的第二端，第一流道211与第二进口22连通，第一流道211与第二进口22连通处为圆弧形流道。多个第二流道212设置于第二换热板20的第一端，第二流道212与第二出口23连通，第二流道212与第二出口23连通处为圆弧形流道。多个第三流道213设置于多个第一流道211和多个第二流道212之间，第三流道213为弯折形流道。
44.具体来说，温度较高的流体由第二进口22进入各个第一流道211，然后流动至各第三流道213，再流经第二流道212后由第二出口23排出。进一步地，在本实施例中，第一流道211与第二进口22的连通处为圆弧形流道，可将流体均匀导流并均匀分配至第三流道213内，第二流道212与第二出口23的连通处为圆弧形流道，可将流体均匀导流至第二出口23内。第三流道213为弯折形流道，弯折形流道可以在流体流动过程中产生流向涡，流向涡既可以起到强化换热的作用，也可以降低第三流道213的阻力，提高紧凑型船舶共形冷却器100的换热效率。
45.可选地，在本发明的实施例中，弯折形流道可以为波浪形流道，也可以为折线形流道。
46.如图3所示，在本发明的实施例中，第二换热板20还设有进口集腔24，进口集腔24设置于多个第一流道211之间，进口集腔24的第一端与第二进口22连通，进口集腔24的第二端与多个第一流道211连通。
47.具体来说，温度较高的流体由进液通道30通过每个第二换热板20上的第二进口22进入各第二换热板20的进口集腔24，经过进口集腔24导流后进入各第一流道211，流体流经第三流道213和第二流道212后由第二出口23排出。
48.进一步地，第二换热板20还设有出口集腔25，出口集腔25设置于多个第二流道212之间，出口集腔25的第一端与多个第二流道212连通，出口集腔25的第二端与第二出口23连通。
49.具体来说，温度较高的流体由进液通道30通过每个第二换热板20上的第二进口22进入各第二换热板20的进口集腔24，经过进口集腔24导流后进入各第一流道211，流体流经第三流道213和第二流道212后汇聚至出口集腔25，然后由第二出口23排出。
50.如图5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和紧凑型船舶共形冷却器100。沿船舶的前进方向，紧凑型船舶共形冷却器100位于船舶的推进器500的后方，紧凑型船舶共形冷却器100通过管路400与换热器200连接成循环回路，泵300设置于紧凑型船舶共形冷却器与换热器200之间。
51.具体来说，紧凑型船舶共形冷却器100的第一换热板10的进口流道11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，出口流道12设置于船舶的球艏侧面，且朝向船艉，处于球艏侧面分离负压区，可产生较大的驱动压力，促使海水自动由进口流道11进入第一换热板10，然后由出口流道12流出。进一步地，第一换热板10的进口流道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进口流道11，为海水进入紧凑型船舶共形冷却器100内提供了附加驱动力，提高了紧凑型船舶共形冷却器100的换热能力，进而提高了共形冷却系统的换热能力。
52.管路400的两端与紧凑型船舶共形冷却器100的第二换热板20的流道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流道21的第一端，流体沿流道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。
53.本发明实施例提供的共形冷却系统，通过将紧凑型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，出口流道设置于球艏侧面，利用压差供水，实现了海水的自循环，将紧凑型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，为海水进入紧凑型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，紧凑型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，实现了共形冷却器与船体结构的完全融合。
54.进一步地，管路400的一端与紧凑型船舶共形冷却器100的进液通道30连接，另一端与紧凑型船舶共形冷却器100的出液通道40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的第二出口23进入出液通道40，然后进入换热器200中对船舶内的其他设备进行冷却。
55.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。

技术特征：
1.一种紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，包括：多个第一换热板，每个所述第一换热板的第一端设有进口流道，每个所述第一换热板的第二端设有出口流道，所述进口流道设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，所述出口流道设置于球艏侧面，且朝向船艉，所述第一换热板设有多个扰流块，每个所述扰流块设有第一尖端，所述第一尖端朝向所述进口流道，所述第一换热板用于海水流通；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流道，所述流道用于流体流通，所述流体的流动方向与所述海水的流动方向相反。2.根据权利要求1所述的紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，所述扰流块为三角形或水滴形。3.根据权利要求1所述的紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，所述第一换热板设有所述扰流块的表面呈波形起伏状。4.根据权利要求1-3中任一项所述的紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，每个所述第一换热板设有第一进口和第一出口，每个所述第二换热板设有第二进口和第二出口，所述第二进口以及所述第二出口均与所述流道连通；其中，多个所述第二进口与多个所述第一进口位置对正以形成进液通道，多个所述第二出口与多个所述第一出口位置对正以形成出液通道，所述流体由所述进液通道进入每个所述流道内，然后由所述出液通道排出。5.根据权利要求4所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第一进口的外轮廓朝向所述进口流道和所述出口流道的两端具有第二尖端，所述第一出口的外轮廓朝向所述进口流道和所述出口流道的两端具有第三尖端。6.根据权利要求4所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第一换热板与所述第二换热板的外形相同，所述第二进口靠近所述第二换热板的第二端设置，所述第二出口靠近所述第二换热板的第一端设置。7.根据权利要求6所述的紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，多个所述流道包括：多个第一流道，设置于所述第二换热板的第二端，所述第一流道与所述第二进口连通，所述第一流道与所述第二进口的连通处为圆弧形流道；多个第二流道，设置于所述第二换热板的第一端，所述第二流道与所述第二出口连通，所述第二流道与所述第二出口的连通处为圆弧形流道；多个第三流道，设置于所述多个第一流道和所述多个第二流道之间，所述第三流道为弯折形流道。8.根据权利要求7所述的紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，所述第二换热板还设有进口集腔，所述进口集腔设置于多个所述第一流道之间，所述进口集腔的第一端与所述第二进口连通，所述进口集腔的第二端与多个所述第一流道连通。9.根据权利要求7所述的紧凑型船舶共形冷却器，其特征在于，所述第二换热板还设有出口集腔，所述出口集腔设置于多个所述第二流道之间，所述出口集腔的第一端与多个所述第二流道连通，所述出口集腔的第二端与所述第二出口连通。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中任一项所述的紧凑型船舶共形冷却器，沿船舶的前进方向，所述紧凑型船舶共形冷却器位于船舶的推进器的后方，所述紧凑型船舶共形冷却器通过管路与所述换热器连接成循环回路，所述
泵设置于所述紧凑型船舶共形冷却器与所述换热器之间。

技术总结
本发明涉及船舶动力技术领域，提供一种紧凑型船舶共形冷却器及共形冷却系统。上述的紧凑型船舶共形冷却器，包括：每个第一换热板的第一端设有进口流道，第二端设有出口流道，进口流道设置于船舶的球艏前缘弧面且朝向球艏，出口流道设置于球艏侧面且朝向船艉，第一换热板设有多个扰流块，每个扰流块设有第一尖端，第一尖端朝向进口流道，第一换热板用于海水流通；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流道，流道用于流体流通。上述的紧凑型船舶共形冷却器，通过在第一换热板设置多个扰流块，在起到纵向涡扰流作用强化对流换热的作用的同时降低了海水流道的通流阻力，提高了紧凑型船舶共形冷却器的换热效率。的换热效率。的换热效率。


技术研发人员：魏志国 林原胜 柯志武 赵振兴 柯汉兵 李邦明 肖颀 邹振海 庞杰 陈朝旭
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一九研究所
技术研发日：2022.11.14
技术公布日：2023/3/14