自流式共形冷却器及冷却系统的制作方法

1.本发明涉及船舶动力技术领域，尤其涉及一种自流式共形冷却器及冷却系统。

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，致使换热器紧凑度不高，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，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.本发明提供一种自流式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流道阻力较大的缺陷。
6.本发明提供一种自流式共形冷却器，包括：多个第一换热板，每个所述第一换热板设有多个第一流道，所述第一流道的第一端用于注入海水，所述第一流道的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，所述第一流道的第二端用于排出海水，所述第一流道的第二端设置于球艏侧面，且朝向船艉，其中，部分所述第一流道为波浪形流道；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第二流道，所述第二流道的第一端用于注入流体，所述第二流道的第二端用于排出流体，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自流式共形冷却器，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，所述第二进口与所述第二流道的第一端连通，所述第二出口与所述第二流道的第二端连通；其中，多个所述第二进口与多个所述第一进口位置正对以形成进液通道，多个所述第二出口与多个所述第一出口位置正对以形成出液通道，所述流体由所述进液通道进入每个所述第二流道内，然后由所述出液通道排出。
8.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第一流道包括：依次连接的第一进口流道、第一过渡流道和出口流道，所述第一进口流道用于注入海水，所述出口流道用于
排出海水，所述第一过渡流道为所述波浪形流道。
9.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第一换热板还设有：第一平台，所述第一平台位于多个所述第一过渡流道之间，以将多个所述第一过渡流道分隔成两部分，所述第一出口位于所述第一平台，所述第一平台靠近所述第一进口流道的一端呈尖劈翼形；第二平台，所述第二平台位于多个所述出口流道之间，以将多个所述出口流道分隔成两部分，所述第一进口位于所述第二平台。
10.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第二流道包括：连接的第二进口流道和第二过渡流道，所述第二进口流道与所述第二进口连通，所述第二过渡流道为波浪形流道。
11.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第二换热板还包括汇流腔，所述汇流腔与多个所述第二过渡流道连通，所述汇流腔还与所述第二出口连通。
12.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第二换热板还设有：第三平台，位于多个所述第二过渡流道之间，以将多个所述第二过渡流道分隔成两部分，所述第三平台设有汇流流道和所述第二出口，所述汇流流道的两端分别与所述汇流腔和所述第二出口连通。
13.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第一换热板与所述第二换热板的外形相同，所述第一换热板第一端的宽度小于所述第一换热板第二端的宽度，所述第一换热板的第一端呈圆弧形。
14.根据本发明提供的一种自流式共形冷却器，所述第一流道的进液端位于所述第一换热板的第一端，所述第一流道的出液端位于所述第一换热板的第二端；所述第二流道的进液端位于所述第二换热板的第二端，所述第二流道的出液端位于所述第二换热板的第一端。
15.本发明还提供一种共形冷却系统，包括：换热器、泵、管路和如上所述的自流式共形冷却器，所述自流式共形冷却器与所述换热器通过所述管路连接成循环回路，所述泵设置于所述自流式共形冷却器与所述换热器之间。
16.本发明提供的自流式共形冷却器，通过将第一换热板的第一流道的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面，第二端设置于球艏侧面，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，提高了共形冷却器的换热能力；通过将第一流道的部分流道设置为波浪形流道，起到了随行波减阻的作用，降低了海水流道的通流阻力，提高了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是本发明提供的自流式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是本发明提供的共形冷却系统的结构示意图；
22.附图标记：
23.10：第一换热板；11：第一流道；12：第一进口；13：第一出口；14：第一平台；15：第二平台；20：第二换热板；21：第二流道；22：第二进口；23：第二出口；24：汇流腔；25：汇流流道；26：第三平台；30：进液通道；40：出液通道；100：自流式共形冷却器；111：第一进口流道；112：第一过渡流道；113：出口流道；211：第二进口流道；212：第二过渡流道；200：换热器；300：泵；400：管路。
具体实施方式
24.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。
25.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。
26.下面结合图1-图4描述本发明的自流式共形冷却器及共形冷却系统。
27.如图1所示，在本发明的实施例中，自流式共形冷却器包括：多个第一换热板10和多个第二换热板20。多个第一换热板10和多个第二换热板20层叠间隔设置形成自流式共形冷却器100。每个第一换热板10设有多个第一流道11，第一流道11的第一端用于注入海水，第一流道11的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，第一流道11的第二端用于排出海水，第一流道11的第二端设置于球艏侧面，且朝向船艉，其中，部分第一流道11为波浪形流道。每个第二换热板20设有第二流道21，第二流道21的第一端用于注入流体，第二流道21的第二端用于排出流体，流体的流动方向与海水的流动方向相反。
28.具体来说，在本实施例中，自流式共形冷却器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内蚀刻有多个第一流道11，海水在第一流道11内流动。第一流道11的第一端位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，第一流道11的第二端位于船舶的球艏侧面，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，促使海水自动进入第一流道11后自动排出。
29.第二换热板20内蚀刻有多个第二流道21，第二流道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。进一步地，第一流道11的部分为波浪形流道，可使海水在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，也可以降低第一流道11的阻力，提高共形冷却器的换热效率。
30.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，第一流道11和第二流道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。
31.本发明实施例提供的自流式共形冷却器，通过将第一换热板的第一流道的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面，第二端设置于球艏侧面，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，提高了共形冷
却器的换热能力；通过将第一流道的部分流道设置为波浪形流道，起到了随行波减阻的作用，降低了海水流道的通流阻力，提高了共形冷却器的换热效率。
32.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12和第一出口13，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与第二流道21的第一端连通，第二出口23与第二流道21的第二端连通；其中，多个第二进口22与多个第一进口12位置正对以形成进液通道30，多个第二出口23与多个第一出口13位置正对以形成出液通道40，流体由进液通道30进入每个第二流道21内，然后由出液通道40流出。
33.具体来说，每个第一换热板10设有第一进口12和第一出口13，第一进口12、第一出口13均未与第一流道11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均与第二流道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12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13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，沿第二流道21流动后由出液通道40排出。海水沿每个第一换热板10的第一流道11流动，与流体进行热交换后由第一流道11的第二端排出第一换热板10外。
34.进一步地，在本实施例中，第一换热板10与第二换热板20的外形相同，第一换热板10第一端的宽度小于第一换热板10第二端的宽度，第一换热板10的第一端呈圆弧形。
35.具体来说，第一换热板10的第一端为迎流端，将第一换热板10的第一端设置为圆弧形，且尺寸较小，可以减小阻力，易于海水进入第一流道11内。
36.进一步地，第一流道11的进液端位于第一换热板10的第一端，第一流道11的出液端位于第一换热板10的第二端，第二流道21的进液端位于第二换热板20的第二端，第二流道21的出液端位于第二换热板20的第一端。
37.具体来说，第一流道11的进液端即为海水进口端，其位于第一换热板10的第一端，即海水由第一换热板10的第一端进入。第二流道21的进液端即为流体进口端，其位于第二换热板20的第二端，由此，海水在第一流道11内的流动方向与流体在第二流道21内的流动方向正好相反，以起到强化双侧对流的作用。进一步地，由此可知，第一进口12位于第一换热板10的第二端，第二进口22位于第二换热板20的第二端，第一出口13位于靠近第一换热板10第一端的位置，第二出口23位于靠近第二换热板20第一端的位置。
38.如图2所示，在本发明的实施例中，第一流道11包括依次连接的第一进口流道111、第一过渡流道112和出口流道113。第一进口流道111用于注入海水，出口流道113用于排出海水，第一过渡流道112为波浪形流道。
39.具体来说，在本实施例中，第一过渡流道112的长度最长，将第一过渡流道112设置为波浪形流道，可使海水在流动过程中产生流向涡，强化换热，同时降低海水换热通道的流动阻力。
40.进一步地，如图2所示，在本发明的实施例中，第一换热板10还设有：第一平台14和第二平台15。第一平台14位于多个第一过渡流道112之间，以将多个第一过渡流道112分隔成两部分，第一出口13位于第一平台。第二平台15位于多个出口流道113之间，以将多个出口流道113分隔成两部分，第一进口12位于第二平台15。
41.具体来说，在本实施例中，在第一平台14的两侧蚀刻多个第一过渡流道112，在第
一平台14的前端蚀刻多个第一进口流道111，并使每个第一进口流道111均与一个第一过渡流道112连通。第二平台15与第一平台14连接，在第二平台15的两侧蚀刻多个出口流道113，并使每个出口流道113均与一个第一过渡流道112连通。
42.进一步地，在本实施例中，第一平台14靠近第一进口流道111的一端呈尖劈翼形，以减小流体的流动阻力。
43.可选地，出口流道113的设置方向与第二平台15的形状相关，当第二平台15与出口流道113相邻的表面为平面时，出口流道113与第一换热板10的轴线平行设置；当第二平台15与出口流道113相邻的表面为斜面时，出口流道113与第一换热板10的轴线呈角度设置。具体地，如图2所示，在本实施例中，第二平台15与出口流道113相邻的表面为斜面，则位于第二平台15两侧的出口流道113均与该斜面平行设置，以使流经出口流道113的海水向第一换热板10的两侧排出。
44.如图3所示，在本发明的实施例中，第二流道21包括连接的第二进口流道211和第二过渡流道212。第二进口流道211与第二进口22连通，第二过渡流道212为波浪形流道。
45.具体来说，将第二过渡流道212设置为波浪形流道，可使流体在流动过程中产生流向涡，强化换热，同时降低流体换热通道的流动阻力。
46.进一步地，第二换热板20还包括汇流腔24，汇流腔24与多个第二过渡流道212连通，汇流腔24还与第二出口23连通。具体来说，温度较高的流体由第二进口22进入第二进口流道211，流经第二过渡流道212后进入汇流腔24，然后由第二出口23排出。
47.进一步地，如图3所示，第二换热板20还设有第三平台26，第三平台26位于多个第二过渡流道212之间，以将多个第二过渡流道212分隔成两部分，第三平台26设有汇流流道25，汇流流道25的两端分别与汇流腔24和第二出口23连通。
48.具体来说，在第三平台26的两侧蚀刻多个第二过渡流道212，在第二进口22与第二过渡流道212的第一端之间蚀刻多个第二进口流道211，并使每个第二进口流道211的一端与第二进口22连通，另一端与一个第二过渡流道212连通。在第二换热板20的第一端蚀刻汇流腔24，在第三平台26靠近汇流腔24的一端蚀刻汇流流道25，并使汇流流道25的两端分别与汇流腔24和第二出口23连通。温度较高的流体由第二进口22进入第二进口流道211，流经第二过渡流道212后进入汇流腔24，然后再流经汇流流道25进入第二出口23排出。
49.如图4所示，本发明实施例还提供了一种共形冷却系统，包括换热器200、泵300、管路400和多个自流式共形冷却器100。自流式共形冷却器100与换热器200通过管路400连接成循环回路，泵300设置于自流式共形冷却器100与换热器200之间。
50.具体来说，自流式共形冷却器100的第一换热板10的第一流道11的第一端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，第一流道11的第二端位于船舶的球艏侧面，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，促使海水自动由第一流道11的第一端进入，由第二端排出。
51.管路400的两端与自流式共形冷却器100的第二换热板20的第二流道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第二流道21的第一端，流体沿第二流道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。
52.本发明实施例提供的共形冷却系统，通过将自流式共形冷却器的第一换热板的第一流道的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面，第二端设置于球艏侧面，利用压差供水，实现了海水的自循环，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，自流式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。
53.进一步地，管路400的一端与自流式共形冷却器100的进液通道30连接，另一端与自流式共形冷却器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，沿第二流道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。
54.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：

1.一种自流式共形冷却器，其特征在于，包括：多个第一换热板，每个所述第一换热板设有多个第一流道，所述第一流道的第一端用于注入海水，所述第一流道的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面，且朝向球艏，所述第一流道的第二端用于排出海水，所述第一流道的第二端设置于球艏侧面，且朝向船艉，其中，部分所述第一流道为波浪形流道；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第二流道，所述第二流道的第一端用于注入流体，所述第二流道的第二端用于排出流体，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所述的自流式共形冷却器，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，所述第二进口与所述第二流道的第一端连通，所述第二出口与所述第二流道的第二端连通；其中，多个所述第二进口与多个所述第一进口位置正对以形成进液通道，多个所述第二出口与多个所述第一出口位置正对以形成出液通道，所述流体由所述进液通道进入每个所述第二流道内，然后由所述出液通道排出。3.根据权利要求2所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第一流道包括：依次连接的第一进口流道、第一过渡流道和出口流道，所述第一进口流道用于注入海水，所述出口流道用于排出海水，所述第一过渡流道为所述波浪形流道。4.根据权利要求3所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第一换热板还设有：第一平台，所述第一平台位于多个所述第一过渡流道之间，以将多个所述第一过渡流道分隔成两部分，所述第一出口位于所述第一平台，所述第一平台靠近所述第一进口流道的一端呈尖劈翼形；第二平台，所述第二平台位于多个所述出口流道之间，以将多个所述出口流道分隔成两部分，所述第一进口位于所述第二平台。5.根据权利要求2所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第二流道包括：连接的第二进口流道和第二过渡流道，所述第二进口流道与所述第二进口连通，所述第二过渡流道为波浪形流道。6.根据权利要求5所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第二换热板还包括汇流腔，所述汇流腔与多个所述第二过渡流道连通，所述汇流腔还与所述第二出口连通。7.根据权利要求6所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第二换热板还设有：第三平台，位于多个所述第二过渡流道之间，以将多个所述第二过渡流道分隔成两部分，所述第三平台设有汇流流道和所述第二出口，所述汇流流道的两端分别与所述汇流腔和所述第二出口连通。8.根据权利要求1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，所述第一换热板第一端的宽度小于所述第一换热板第二端的宽度，所述第一换热板的第一端呈圆弧形。9.根据权利要求8所述的自流式共形冷却器，其特征在于，所述第一流道的进液端位于所述第一换热板的第一端，所述第一流道的出液端位于所述第一换热板的第二端；所述第二流道的进液端位于所述第二换热板的第二端，所述第二流道的出液端位于所述第二换热板的第一端。
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中任一项所述的自流式共形冷却器，所述自流式共形冷却器与所述换热器通过所述管路连接成循环回路，所述泵设置于所述自流式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，提供一种自流式共形冷却器及冷却系统。上述的自流式共形冷却器，包括：每个第一换热板设有多个第一流道，第一流道的第一端设置于船舶的球艏前缘弧面且朝向球艏，第一流道的第二端设置于球艏侧面且朝向船艉，部分第一流道为波浪形流道；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第二流道，流体的流动方向与海水的流动方向相反。上述的自流式共形冷却器，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，提高了共形冷却器的换热能力；通过将第一流道的部分流道设置为波浪形流道，起到了随行波减阻的作用，降低了海水流道的通流阻力，提高了共形冷却器的换热效率。效率。效率。