[发明专利]带斜面集管型换热器

说明书

技术领域

本发明涉及换热器，更具体地说是指用于冷却电动机、发电机、齿轮箱以及用流体冷却热源的工业设备中的其它热源，例如航海船舶的换热器。本发明特别涉及用于冷却热源的敞开型换热器(其中换热器暴露于周围冷却或加热流体，而不是在一个含有冷却或加热流体的壳程中)，由于换热效率高，因此与现有类型换热器相比重量轻，体积小。另外，本发明所述的换热器可以被用作一个加热器，其中通过传热管中热量可以被相对低温的流体吸收。

背景技术

在工业应用中航海船舶是产生热源的一种，通常靠水、其它流体或它们的混合物来冷却。例如，在淡水和/或咸水中行进的船舶中，当冷却流体或冷却剂流经电动机或其它热源，冷却剂吸热后流至另一部分管回路中。热量必须由冷却剂传递至周围环境例如船所处的水中。对于小型电机，例如小船的外装电机，由泵压送至电机的水就是一种充足的冷却剂。但是，当船功率变大，泵压送至电机的水尽管很好地冷却了电机，但是对电机也构成了显著的污染损害。如果用周围环境的生水冷却，水中可能含杂质，特别是咸水中含有的对电机构成腐蚀性的物质。因此，已经开发出了多种冷却电机和其它热源的设备。一种冷却船用电机的设备就是槽钢，这是一种较大的型材钢，焊接到船体的底部，用来输送电机冷却剂，并将热量从冷却剂传递至环境水中。槽钢有很严的限制条件，例如效率不高，钢材数量巨大才能获得所需冷却效果，因为需要较多的人工成本，焊接到船体的费用较高。由于槽钢重量大，使电机必须充分大到能够带动槽钢，导致设备成本和操作成本很高。现在需要更大、功率更高的电机来带动槽钢才可达到其冷却能力，但是船体上携带槽钢的空间相对较小。因此，船的有效负载能力被减小，大量的槽钢使成本上升，而且对于冷却现有或将来现代规模级的船舶，槽钢已经达不到要求。即使槽钢是船舶最广泛使用的换热设备，海洋工业正在放弃使用槽钢而使用较小的龙骨冷却器(keel cooler)，它具有的新的构造可以克服上述限制。

龙骨冷却器是在二十世纪四十年代开发的，美国专利No.2,382,218(Fernstrum)中有说明。该专利描述了连接船体的一种换热器，它的组成为：一对固定到船体的间隔开的集管，一束矩形截面的传热管位于集管间。圆柱形接头通过船体将集管与电机或其它热源冷却剂流动管线连接。热的冷却剂离开电机，并进入位于水位下面的换热器集管(水位指暴露于空气中的水的液面之下，例如产生泡沫和气泡的水面)，集管或者低于船体，或者在船体至少一个较低侧。冷却剂然后流过矩形传热管，进入另一端集管，之后冷却剂返回电机。集管和传热管位于环境水中，由冷却剂传来的热量，经过传热管壁和集管，然后进入环境水。连接两个集管的矩形管间隔很近，这样产生大的热量流动表面积，同时保持了相对紧凑的体积和形状。经常的作法是将龙骨冷却器置于船体底部的凹处，有时安装到船的侧面，但任何情况都要低于水线。

上述的龙骨冷却器是一种单件龙骨冷却器，原因在于它是一个整体单元，主要部分通过焊接就位。该单件龙骨冷却器通常整体安装和拆卸。

有各种形式的单件龙骨换热器。有时龙骨换热器是一个多程冷却器，在冷却器中集管和传热管的排列可以实现至少180度角的流向变化，入口和出口孔可以位于同一集管中。

尽管上述带矩形传热管的换热器从50年前发明开始就已得到广泛应用，但仍有不足被本发明所修正。

现有技术的矩形换热器外观上为管道平行排列的矩形，集管在两端相对。这些集管相对的壁面与船体垂直，并相互平行，成为船在水中行进时周围水相对于龙骨冷却器流动的障碍。垂直的集管壁易于在冷却器表面产生盲区(没有环境水流动)，大大减少了在盲区的热量传递。此外，垂直壁面减少了传热管之间的环境水流量，这样减少了管中冷却剂和环境水之间传递的热量。

正如下面讨论的，本发明的斜面集管有助于增加龙骨冷却器的总体换热效率，因为环境水被导致流向传热管并在之间流动，这种热传递显著高于现有使用的龙骨冷却器。热传递增加至少部分是由于增加了流过前面集管，以及冷却器流动管之间的湍流。