CN113716011B - 一种船舶用泵辅助冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明属于热管冷却***领域，并具体公开了一种船舶用泵辅助冷却***，其包括蒸发器、冷凝器和回转泵，其中：所述蒸发器的集汽腔通过蒸汽管道与冷凝器连接，蒸发器的集液腔通过冷凝回流管道与冷凝器连接，且所述冷凝器的安装位置高于所述蒸发器；所述冷凝回流管道上设置有储液器和引射器，该储液器和引射器通过所述回转泵连通，并共同构成辅助回路。本发明通过改变齿轮泵的输入电压调整制冷工质的流量可实现***的主动控温，解决传统分离式热管无法调控温度的问题，同时提高冷却***主回路流体质量流量，保证船舶运行中***启动和运行的稳定性，并达到降低能耗的目标。

Description

一种船舶用泵辅助冷却***

技术领域

本发明属于热管冷却***领域，更具体地，涉及一种船舶用泵辅助冷却***。

背景技术

船舶上所使用的传统空气冷却装置一般为冷水机组，通过冷水流经翅片管对空气进行冷却，这需要外加高功率的水泵及风机以获得较好的散热效果，因而能源消耗较大，船舶的自持力下降。

近年来，热管技术因其较好的换热性能及可靠性等优点被应用于高热流电子器件冷却、航天器热控制等各个领域。分离式热管作为一种由热管换热器演变而来的被动式的换热***，因其布置灵活且可实现远距离热量运输等特点，理论上可以通过将冷凝器设置于舷外的方式可以实现舱内与舷外海水的热交换。但是，传统的热管蒸发器换热性能较差，同时分离式热管***还依赖于冷凝器与海水的换热，在船舶低速行驶或静止的情况下冷凝器的不充分散热将无法满足船舶制冷量的需求，甚至可能导致分离式热管的启动失败。同时，无法调节温度也是传统分离式热管的弊端之一，因此难以应用于船舶的空调***中。

此外，传统的热管蒸发器一般为管壳式结构，采用带翅片的光滑圆管，其虽然加工简单，但由于光滑表面汽化核心较少，蒸发过程不易成核，因此换热性能不够理想，用于分离式热管较难满足船舶运行过程中的制冷量要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种船舶用泵辅助冷却***，其目的在于，解决传统分离式热管无法调控温度的问题，同时提高冷却***主回路流体质量流量，保证船舶运行中***启动和运行的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出了一种船舶用泵辅助冷却***，包括蒸发器、冷凝器和回转泵，其中：

所述蒸发器的集汽腔通过蒸汽管道与冷凝器连接，蒸发器的集液腔通过冷凝回流管道与冷凝器连接，且所述冷凝器的安装位置高于所述蒸发器；所述冷凝回流管道上设置有储液器和引射器，该储液器和引射器通过所述回转泵连通，并共同构成辅助回路。

作为进一步优选的，所述蒸发器包括集汽腔、集液腔、换热管和折流栅，其中：所述集汽腔、换热管、集液腔依次连通设置，所述折流栅用于固定所述换热管。

作为进一步优选的，所述换热管内壁沿周向开设有多个燕尾形沟槽。

作为进一步优选的，每个燕尾形沟槽的宽度为0.2mm～1mm，相邻两个燕尾形沟槽间的距离不小于0.5mm。

作为进一步优选的，所述燕尾形沟槽底部设置有多个锯齿。

作为进一步优选的，每个所述锯齿的宽度为30μm～80μm。

作为进一步优选的，所述折流栅包括固定件和安装在固定件中的多根波形折流杆，该多根波形折流杆平行设置，且相邻波形折流杆的波浪凹凸位置错位设置；所述换热管安装在波形折流杆之间的波浪形间隙中，从而实现换热管的三角形布管。

作为进一步优选的，所述波形折流杆为椭圆形。

作为进一步优选的，所述回转泵为齿轮泵。

作为进一步优选的，所述冷凝回流管道和蒸汽管道上均安装有舷侧阀，且舷侧阀靠近冷凝器一侧。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提出的泵辅助冷却***，在辅助回路设置有回转泵，通过改变回转泵的输入电压调整制冷工质的循环量可实现***的主动控温，结合引射器的引入，利用辅助回路引射主回路工质，可有效提高主回路流体质量流量，进而提高了***的运行性能。

2.泵辅助冷却***运行时，冷凝器与蒸发器间的重力势差为主要循环动力，通过增设一个泵驱动的回路作为辅助驱动力，将主动和被动散热***的优点结合起来，与传统冷媒水***相比，降低了***运行所需的能耗；同时也可以保障船舶在低速航行时，分离式热管的正常启动和稳定运行。

3.本发明在换热管内部设置有燕尾形微槽道，其相当于一组微热管阵列，并进一步在槽道内修饰有微米级锯齿结构，使微槽道具有更高的换热性能。具体的，随着制冷工质在管内的相变，可以在增加管路内表面汽化核心的同时，由尖角区或微细槽道产生轴向毛细压差，进而提供额外表面张力辅助重力维持分离式热管的循环，且无可动部件，具有加工方便且免维修的优点；同时考虑到管道的结构强度及可靠性，两槽道之间的距离应不小于0.5mm。

4.传统折流杆换热器采用圆直杆对换热管进行支撑，受限于换热量和结构紧凑性的要求，换热管间距往往较小，这使得折流杆布杆空间较小，因此常用的三角型布管方式较难在折流杆换热器中应用。本发明采用了相邻波纹杆对换热管进行定位，仅需一个折流栅即可实现对换热管的支撑；同时，波形折流杆可使流体流经时形成湍流，与直杆相比具有更好的混流均温效果，即横截面的温度分布更为均匀，从而使蒸发器具有更高效的换热性能。

5.本发明蒸发器壳程部分相邻波形折流杆的波浪凹凸位置错位设置，从而实现波形折流杆间换热管的三角形布管，与正方形布管方式相比空间利用率更高；进而可以在相同空间中增加壳程布管数，从而增大热流体与管路的换热面积。该结构解决了三角形布管方式较难在折流杆换热器中应用的问题，提升了换热器的紧凑性。

6.波纹折流杆横截面优选为椭圆形，相比于常用的圆形截面杆，椭圆形截面杆具有更好的流体温度场均温性，对流换热性能更强，更好地满足船舶运行过程中的制冷量要求。

附图说明

图1中(a)、(b)为本发明实施例热管蒸发器结构示意图；

图2为本发明实施例蒸汽管路及波纹折流杆排布示意图；

图3中(a)、(b)为本发明实施例燕尾形凹槽和锯齿结构示意图；

图4为本发明实施例波纹折流杆结构示意图；

图5中(a)、(b)为本发明实施例圆形、椭圆形波纹折流杆横截面示意图；

图6为本发明实施例船舶用泵辅助冷却***结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-集汽腔，2-集液腔，3-换热管，4-波形折流杆，5-引射器，6-冷凝回流管道，7-蒸汽管道，8-舷侧阀，11-冷凝器，12-蒸发器，13-储液器，14-回转泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种船舶用泵辅助冷却***，如图6所示，包括蒸发器12以及冷凝器11、储液器13、回转泵14、引射器5、冷凝回流管道6、蒸汽管道7以及舷侧阀8，其中：

所述蒸发器12的集汽腔1通过蒸汽管道7与冷凝器11连接，蒸发器12的集液腔2通过冷凝回流管道6与冷凝器11连接，且冷凝器11安装于舱外，位置高于蒸发器12；冷凝回流管道6由储液器13开始分为主回路及安装有回转泵14的辅助回路，并通过引射器5重新汇合，所述回转泵14优选为齿轮泵；储液器13顶部为充灌口，底部两开口分别连接主回路及辅助回路，其容积取决于回路内部管路和部件的体积，以及回路的工质充灌率；蒸发器壳体两侧开有百叶窗作为空气的进出口；舷侧阀8设置于冷凝回流管道6和蒸汽管道7上靠近冷凝器11侧的位置。

具体的，所述蒸发器12包括集汽腔1、集液腔2、换热管3和折流栅，如图1所示，其中：

所述集汽腔1、换热管3、集液腔2依次连通设置，所述折流栅可为多个，每个折流栅包括环形的固定件和安装在固定件中的多根波形折流杆4，所述换热管3安装在波形折流杆4之间的波浪形间隙中，如图2所示。

进一步的，如图4所示，多根波形折流杆4平行设置，且相邻波形折流杆4的波浪凹凸位置错位设置，从而实现换热管3的三角形布管，从而增加了壳程布管数、换热面积、以及扰流区域的面积，提升换热器的紧凑性。所述波形折流杆4为圆形或椭圆形，优选为椭圆形，如图5所示，椭圆形截面杆具有更好的流体温度场均温性，对流换热性能更强。

进一步的，如图3所示，所述换热管3内壁沿周向开设有多个燕尾形沟槽，所述燕尾形沟槽底部设置有多个微米级锯齿；具体的，对于直径为8mm的镍白铜B10管，燕尾形槽道的结构尺寸取为0.3mm×0.3mm×0.5mm，开设20个燕尾形槽道。燕尾形沟槽内的微米级锯齿使用矩形锯齿，尺寸为50μm×50μm。需要指出，考虑到管道的结构强度及可靠性，两槽道之间的距离应不小于0.5mm，槽道的深宽比以及数量可根据毛细极限与沸腾极限进行调整。槽道的毛细力由汽液两相界面沿管路方向的曲率差提供，***工作时，换热管内的制冷工质发生相变，管路上侧的槽道内弯月面曲率增大，所提供毛细力驱动制冷工质不断向热管管路补充。

加工方面，蒸发器采用列管式换热器，为保证工质管路与管板间不出现泄漏，采用强度胀以及密封焊的方法进行连接，以确保连接的安全可靠、无泄漏。工质管路采用氩弧焊全焊接结构，通过氦质谱严格泄漏检验，漏率检测为5*10^-9Pa，确保密封性能。

***工作时，需要冷却的设备水进入蒸发器12壳侧与换热管3换热，热管内的制冷工质受热后相变为气相上升至集汽腔1，并沿蒸汽管道7进入冷凝器11中由海水对其进行冷却。冷凝后的制冷工质在重力作用下沿冷凝回流管道6进入储液器13中。根据船舶的运行情况，高速航行时关闭回转泵14，制冷工质由主回路返回蒸发器的集液腔2；低速航行时打开回转泵14，通过调节回转泵14的输入功率对工质流量进行调节，工质分别进入主回路及辅助回路，并在引射器5处发生汇合，最后返回蒸发器的集液腔2内。本发明提出的船舶专用泵辅助冷却***可以解决传统分离式热管无法调控温度的问题，同时可增强船舶运行情况下***启动和运行的稳定性并达到降低能耗的目标。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，包括蒸发器(12)、冷凝器(11)和回转泵(14)，其中：

所述蒸发器(12)的集汽腔(1)通过蒸汽管道(7)与冷凝器(11)连接，蒸发器(12)的集液腔(2)通过冷凝回流管道(6)与冷凝器(11)连接，且所述冷凝器(11)的安装位置高于所述蒸发器(12)；所述冷凝回流管道(6)上设置有储液器(13)和引射器(5)，该储液器(13)和引射器(5)通过所述回转泵(14)连通，并共同构成辅助回路；

所述蒸发器(12)包括集汽腔(1)、集液腔(2)、换热管(3)和折流栅，其中：所述集汽腔(1)、换热管(3)、集液腔(2)依次连通设置，所述折流栅用于固定所述换热管(3)；所述换热管(3)内壁沿周向开设有多个燕尾形沟槽；

所述折流栅包括固定件和安装在固定件中的多根波形折流杆(4)，该多根波形折流杆(4)平行设置，且相邻波形折流杆(4)的波浪凹凸位置错位设置；所述换热管(3)安装在波形折流杆(4)之间的波浪形间隙中，从而实现换热管(3)的三角形布管。

2.如权利要求1所述的船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，每个燕尾形沟槽的宽度为0.2mm～1mm，相邻两个燕尾形沟槽间的距离不小于0.5mm。

3.如权利要求1所述的船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，所述燕尾形沟槽底部设置有多个锯齿。

4.如权利要求3所述的船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，每个所述锯齿的宽度为30μm～80μm。

5.如权利要求1所述的船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，所述波形折流杆(4)为椭圆形。

6.如权利要求1所述的船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，所述回转泵(14)为齿轮泵。

7.如权利要求1-6任一项所述的船舶用泵辅助冷却***，其特征在于，所述冷凝回流管道(6)和蒸汽管道(7)上均安装有舷侧阀(8)，且舷侧阀(8)靠近冷凝器(11)一侧。

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