用于借助表层水冷却流体的冷却装置的制作方法

总体上，本发明涉及一种用于借助表层水冷却流体的冷却装置，该冷却装置被适配用于防止污积（其通常被称为防污积）。特别地，本发明涉及一种用于借助表层水冷却流体的冷却装置，其包括用于在其内部包含和运输待冷却流体的多个管体，该管体意图在冷却装置的工作期间至少部分地暴露于表层水。这样的冷却装置的一示例是箱体冷却器，该箱体冷却器意图在引擎驱动的船舶中被使用，以冷却该船舶的引擎冷却系统的流体。

背景技术：

生物污积或生物学污积是微生物、植物、藻类、小型动物等在表面上的累积。根据一些估计，超过1800个物种（其包括超过4000种有机物）对生物污积负责。因此，生物污积由多种多样的有机物导致，并且涉及远远超过甲壳动物和海草对表面的附着。生物污积分为微污积（其包括生物膜形成和细菌粘附）和大污积（其包括较大的有机物的附着）。由于不同的化学性质和生物性质（该化学性质和生物性质确定什么防止它们落定），有机物也被分类为硬的或软的。硬的污积有机物包括含钙有机物，诸如甲壳动物、结壳苔藓虫、软体动物、多毛动物和其它管状蠕虫以及斑马贻贝。软的污积有机物包括不含钙有机物，诸如海草、水螅虫、藻类和生物膜“黏液”。这些有机物一起形成污积群落。

在若干情况下，生物污积产生重大问题。生物污积可以导致机器停止工作，水入口被阻塞，以及热交换器遭受降低的性能。因此，防污积（即移除或防止生物污积的过程）的主题是公知的。在涉及潮湿表面的工业过程中，生物分散剂可用于控制生物污积。在不那么受控的环境中，污积有机物利用使用生物杀灭剂的涂层、热处理或者能量脉冲被杀死或者驱除。防止有机物附着到表面的无毒机械策略包括：选择使表面变得滑溜的材料或者涂层，或者创建与仅提供差的锚点的鲨鱼和海豚的皮肤类似的纳米级表面拓扑。

本领域中已知冷却单元的防污积装置，该冷却单元借助海水冷却来自引擎驱动船舶的冷却水系统的水。例如，de102008029464涉及一种用于在船舶中和海上平台上使用的箱体冷却器，该箱体冷却器包括集成式防污积系统，该集成式防污积系统用于借助能规律地重复的过热过程杀死污积有机物。具体地，通过持续地过热限定数量的热交换器管体而不中断冷却过程，箱体冷却器被保护免于微生物污积，其中来自冷却水的废热可用于做这件事。

箱体冷却器是被设计成在引擎驱动的船舶中使用的一种特定类型的热交换器。例如，在拖船具有15mw的安装引擎功率的情况下，一个或多个箱体冷却器用于向海水传输5mw量级的热量。典型地，出于容纳箱体冷却器的管体的目的，船舶具有由船舶船体的部分和隔板限定的隔间。进入和退出开口布置在隔间位置处的船体中，以便海水可以通过自然流动和/或在船舶的运动的影响下进入隔间、流过隔间中的管体以及退出隔间。箱体冷却器包括用于流通待冷却流体的u形管体的束，管体的腿部的末端被固定到公共板，该公共板具有用于提供对每个管体的两个腿部的进入（access）的开口。箱体冷却器的环境理想地适于生物污积，因为作为与管体内部中相对热的流体的热交换的结果，海水在管体附近被加热到中等温度，并且水的恒定流动持续地带来新的营养物和有机物。

箱体冷却器的生物污积导致严重的问题。主要问题是降低的热传输能力，因为生物污积的层是有效的隔热体。当生物污积层厚到使得海水不再能在箱体冷却器的邻近的管体之间循环时，对热传输的附加的恶化效果被获得。因此，箱体冷却器的生物污积增加了引擎过热的风险，使得船舶需要减慢或者船舶引擎被损坏。

技术实现要素：

本发明的一目的是提供一种冷却装置，其能够进行有效的防污积而不需要很多维护或者用粒子、有毒物质等污染海水。该目的借助于用于借助表层水来冷却流体的冷却装置来实现，该冷却装置包括如早先提到的多个管体，并且还包括用于制造阻碍管体外部的污积的光的多个光源，该光源相对于管体被尺寸设置和定位，以便在管体外部之上投射防污积光，其中该光源具有大体上细长的形状，并且其中该光源在该冷却装置中在至少两个相互不同的取向上布置。

根据本发明，通过使用光来实现防污积。具体地说，冷却装置的光源可被选择成制造紫外光，具体制造c类型的紫外光（其也被称为uvc光），并且甚至更具体地制造具有大致在250nm与300nm之间的波长的光。已发现，大多数污积有机物通过将它们暴露于某剂量的紫外光而被杀死、致使失活或者致使不能够繁殖。看起来适于实现防污积的典型剂量是每平方米10mwh。用于制造uvc光的非常高效的源是低压汞放电灯，其中平均35%的输入功率被转换成uvc功率。灯的另一种有用的类型是中等压力汞放电灯。灯可以装备有用于过滤掉臭氧形成辐射的特殊玻璃的外壳。此外，调光器可以与灯一起使用，条件是需要这样做。其它类型的有用的uvc灯是介质阻碍放电灯，已知其在各种波长下并且以高的电转光功率效率提供非常强的紫外光；以及led。关于led，应当注意，它们一般可以包括在相对小的封装中，并且比其它类型的光源消耗更少的功率。led可以制造成发射各种期望波长的（紫外）光，并且它们的工作参数（最突出是输出功率）可以高度地得到控制。

不论光源的类型如何，在根据本发明的冷却装置中应用的光源具有大体上细长的形状。如在此文中使用以便指示光源的形状，术语“细长”应当理解成诸如暗示每个光源可以说是在纵向方向上延伸，该纵向方向可以是直的方向，不过在本发明的框架内这不是必要的。总体上，细长的光源可以被表示为是这样一种光源，其适配成基本上垂直于其纵向方向地（即当将纵向方向取为与光源相关联的圆柱坐标系统的轴向方向时，在径向方向上）发射它的光的实质部分。细长光源的示例包括管状灯、具有在线配置上布置的多个间隔开的点光源的灯、具有以带状方式布置的多个led的灯（其中led不一定需要以毗邻方式布置）、以及至少一个灯、led或者用于发射光的其它设备与管状光导的组合体。

在诸如箱体冷却器的冷却装置（其包括多个细长的管体）中，存在针对相对于管体定位光源的许多可能性。在本发明的上下文中，已发现，当光源在冷却装置中在一个取向上布置时，可以获得已经不错的防污积结果，但是，当光源在冷却装置中在两个相互不同的取向上布置（这意味着光源的纵向轴在两个相互不同的方向上延伸）时，可以获得甚至更好的防污积结果。显然，通过在冷却装置中具有两组光源，其中一个组的光源在第一取向上布置并且其中另一组的光源在第二取向上布置（该第二取向与该第一取向显著不同，使得这些取向可被分类为相互不同的取向），获得了光在管体之上的有利的分布。作为结果，待被用于冷却装置中以实现整个装置的防污积的光源的数量可被最小化，使得根据本发明的防污积涉及最小的能量消耗。原来在实践情况中，基于对第一方向和第二方向的恰当选择，其中这些方向具体地可以是彼此垂直的，它可以使得：相比于光源只在单个取向上布置的情况，当光源如所提到的那样在两个相互不同的取向上布置时，获得期望的防污积结果所需要的光源的总数量更低。

在许多实际情况下，包括冷却装置以箱体冷却器的形式提供的情况，冷却装置的至少部分具有分层结构，在该分层结构中，管体布置在管体层中，每个层包括至少一个管体。在那些情况下，当第一组光源中的光源被定位成诸如横切至少两个邻近的管体层，使得第一组光源中的每个光源可用于在多个管体上投射光，并且可以在多个管体层中有效时，看起来是有利的。此外，看起来是有利的是，第二组光源中的光源布置在至少一对两个邻近的管体层之间，而不横切那些管体层。通过在冷却装置中具有两组光源，实现了光源在冷却装置中以两个显然不同的方式布置，其中光在管体之上的有利的分布被获得，使得相比于具有仅类似地定向的光源的布置，通过操作需要更少的输入功率的更少的光源，可以实现改进的防污积。

就许多实践情况而言，包括冷却装置以箱体冷却器的形式提供的情况，真实的是，相应管体层的至少部分的管体是在主管体方向上延伸的基本直的部件。第二组光源中的光源的基本直的形状和那些光源在一取向上的布置（以用于以不同于主管体方向的方向延伸）对借助光源获得最优防污积效果做出贡献。具体地说，第二组光源中的光源可以在一取向上布置，以在基本垂直于主管体方向的方向上延伸。在任何情况下，第二组光源中的光源可以在一取向上布置，以基本平行于管体层。第一组光源中的光源的基本直的形状和那些光源在一取向上的布置（以在基本垂直于主管体方向和第二组光源中的光源的取向的方向两者的方向上延伸）是借助光源获得最优防污积效果的另外的因素。换句话说，实际和有效的是，两个组中的光源在也基本垂直于主管体方向的方向上彼此基本垂直地延伸。另外实际和有效的是，第一组光源中的光源彼此基本平行地延伸，和/或第二组光源中的光源彼此基本平行地延伸。

光源的细长的形状，具体是基本直的形状，可以通过提供形式为管状灯的光源来实现，该管状灯或多或少可比较于公知的tl（管发光/荧光）灯。对于各种已知的杀菌管状uvc灯，电气和机械属性可比较于用于制造可见光的管状灯的那些属性。这允许uvc灯以与公知的灯相同的方式工作，其中例如可以使用电子或者磁性镇流器/启动器电路。

冷却装置的相应管体层的管体可以具有任何合适的形状。除了具有基本直的形状的管体的选项之外，具有弯曲形状的管体的选项也存在于本发明的框架内，其中管体的至少一个部分是弯曲的。在这样的情况下，可能是这样的：第一组光源中的至少多个光源布置在相应管体层的至少多个管体的弯曲形状内。当弯曲形状是u形时，例如，可以实现的是，管体的若干部分经受光。另外地或替代地，可能是这样的：第一组光源中的至少多个光源布置在相应管体层的至少多个管体的弯曲形状外。具体地说，关于至少多个管体的弯曲形状内的光源的布置，应当注意，在管体层包括多个具有一弯曲的底部和两个基本直的腿部的u形管体的情况下，其中管体层的管体具有相互不同的大小，范围是从最小的管体到最大的管体，最小的管体具有最小半径的底部，并且最大的管体具有最大半径的底部，其中管体腿部的顶侧在冷却装置中处于相似的水平，并且其中管体腿部彼此基本平行地延伸（例如正如箱体冷却器的情况），有利的是，第一组光源中的至少一个光源布置在至少多个相应管体层的最小管体的u形的内部，其中另外可能为真的是，第一组光源中的多个光源布置在相应管体层的至少多个管体的弯曲形状外，如已提到的。

在冷却装置的实施例中，管体至少部分地涂覆有防污积光反射涂层，借此可以使防污积光以漫射的方式在管体上反射，这对光在管体之上的有效分布作出贡献。

本发明还涉及一种船舶，其包括：用于驱动该船舶的引擎；引擎冷却系统，其包括如前述内容中描述的冷却装置，即，包括下述的冷却装置：多个细长的防污积光源，其在冷却装置中在至少两个相互不同的取向上布置；以及隔间，其用于容纳该冷却装置的管体和光源，该隔间设置有用于允许水进入该隔间的至少一个进入开口，和用于允许水退出该隔间的至少一个退出开口。在船舶中，界定隔间的壁的内部可以至少部分地涂覆以防污积光反射涂层，借此，可以对防污积光在冷却装置之上的分布的有效性作出贡献。为了完整性起见，应当注意，在前述内容中就根据本发明的冷却装置进行描述的所有选项在冷却装置用于船舶中时同样适用。

在应用本发明时，实现防污积的方式的一般优点在于，防止微生物黏附和根植在冷却装置的管体的表面上。反之，在应用已知的毒性分散涂层时，防污积效果通过在微生物已黏附和根植在表面上后杀死微生物来实现。借助光处理的生物污积的防止优选于借助光处理的生物污积的移除，因为后者需要更多的输入功率，并且涉及光处理不足够有效的更高的风险。鉴于应用本发明仅涉及相对低水平的输入功率的事实，光源可以操作成在大表面各处持续地制造防污积光，而没有极大的功率要求，或者可以以例如50%的时间导通且50%的时间断开的工作周期操作光源，其中时间间隔可以选择为几分钟、几小时或者在给定的情形下合适的无论什么时间间隔。因为不需要很多的附加功率，本发明可以容易地应用于现存的结构中。

本发明的上面描述的和其它的方面将通过下面对箱体冷却器的详细描述而显而易见，并且将参考下面对箱体冷却器的详细描述予以说明，该箱体冷却器包括用于在其内部容置和运输待冷却流体的多个管体，和用于在管体上投射防污积光的多个光源。

附图说明

现在将参考附图更详细地说明本发明，在附图中，相同或者相似的部件由相同的附图标记表示，并且在附图中：

图1图解地示出根据本发明的冷却装置的实施例，其包括用于在其内部中容置和运输待冷却流体的多个管体，以及用于在管体上投射防污积光的多个光源，并且此外图解地示出用于界定冷却装置容纳于其中的隔间的壁的部分；以及

图2提供光源在冷却装置中的定位的附加图示。

具体实施方式

图1示出根据本发明的冷却装置的实施例，其在下文中将被称为箱体冷却器1。箱体冷却器1包括用于在其内部容置和运输待冷却流体的多个管体10。箱体冷却器1意图用于引擎驱动的船舶中，其中待冷却流体是来自船舶的引擎冷却系统的流体，并且其中，通过将箱体冷却器1的管体10暴露于来自船舶的紧接的外部环境的水（其将在下文中被称为海水），使得箱体冷却器1能够执行其冷却流体的功能。特别地，箱体冷却器1的管体10容纳于船舶的隔间100内，该隔间由船舶的船体101的部分和多个隔板102、103界定。在船舶的船体101中，多个进入开口104布置成允许海水从外部进入隔间100，并且多个退出开口105也布置在船舶的船体101中，以允许海水退出隔间100并且流到船舶外部。假设船舶、隔间100和箱体冷却器1的正常的直立的取向符合图1，则进入开口104和退出开口105典型地布置在不同的水平处，其中进入开口104的水平低于退出开口105的水平。为了完整性起见，应当注意，在下面的描述中使用的明确的方向的指示和暗含的方向的指示两者应当被理解为诸如具有如作为基础假设提到的船舶、隔间100和箱体冷却器1的正常的直立的取向。

箱体冷却器1的管体10具有弯曲的形状，具体为u形，其包括一弯曲的底部11和在关于底部11的向上的方向上彼此基本平行延伸的两个基本直的腿部12。在箱体冷却器1的工作期间，待冷却流体（即热的流体）流动穿过管体10，而海水穿过进入开口104进入隔间100。基于海水与容置热的流体的管体10的相互作用，会发生的是，管体10和流体被冷却并且海水被加热。基于后者效果，在隔间100中获得上升的海水的自然流动，其中冷的海水穿过进入开口104进入隔间100，并且其中处于较高温度的海水穿过退出开口105退出隔间100。此外，船舶的运动可以对海水穿过隔间100的流动作出贡献。有利地，管体10由具有良好的热传输能力的材料（诸如铜）制成。

箱体冷却器1的管体10布置在类似的基本平行的管体层2中，那些管体层2中的每一个包括布置在束中的多个不同大小的管体10，其中较小的管体10布置在较大的管体10的弯曲形状的内部，以便在一定距离处被较大的管体10包围，以在管体层2中的管体10之间留下海水可以流动的空间。因此，每个管体层包括多个发卡型管体10，该发卡型管体包括两个直的腿部12和一个弯曲部分11。管体10设置成它们的弯曲部分11在基本同心的布置中，并且它们的腿部12在基本平行的布置中，使得最内部的弯曲部分11具有相对小的曲率半径，并且最外部的弯曲部分11具有相对大的曲率半径，至少一个其余的中间的弯曲部分11设置在它们之间。在存在至少两个中间的弯曲部分11的情况下，那些部分11具有逐步渐变的曲率半径。

鉴于管体10的腿部12的顶侧连接到公共的管体板13的事实，管体10的腿部12的顶侧处于相似的水平处。管体板13被流体管箱14覆盖，该流体管箱包括分别用于使流体进入到管体10和从管体10退出的至少一个入口接管15和至少一个出口接管16。因此，位于入口接管15一侧的管体10的腿部12处于最高的温度，而位于出口接管16一侧的管体10的腿部12处于较低的温度，并且相同内容适用于流动穿过管体10的流体。

在管体10和存在于管体10中的流体的持续的冷却过程期间，存在于海水中的任何微生物倾向于附着到管体10，特别是附着到处于理想温度的管体10的部分，该理想温度为微生物提供用于生存的合适的环境，该现象被称为生物污积。为了防止此现象，箱体冷却器1包括多个光源21、22，其布置在隔间100中，用于在管体10上投射防污积光。例如，光可以是uvc光，已知uvc光对于实现防污积是有效的。

在所示出的示例中，光源21、22包括管状灯，并且因此具有大体上细长的形状。光源21、22在横切各种管体10的模式的三维模式中布置。换句话说，光源21、22布置在与管体10相同的区域中，延伸穿过存在于管体10之间时的空间。在所示示例中，光源21、22可以被分类为两个主要的组，其中第一组包括在基本垂直于管体层2和管体10的腿部12所延伸的方向两者的方向上延伸的光源21（其中应当注意，后者方向将在下面被称为主管体方向），并且其中第二组包括在基本垂直于主管体方向和第一组中的光源21延伸的方向两者的方向上延伸的光源22。在下面，为了清楚起见，第一组中的光源21将被称为第一光源21，并且第二组中的光源22将被称为第二光源22。

在所示示例中，主管体方向与竖直方向基本一致。因此，第一光源21延伸的方向和第二光源22延伸的方向两者是基本水平的方向。具体地说，第一光源21的基本水平的方向和第二光源22的基本水平的方向是基本垂直的方向。第一光源21横切管体层2（基本垂直于管体层2延伸），并且第二光源22存在于在管体层2之间，而不横切管体层2。为了完整性起见，应当注意，在所示出的箱体冷却器1的设计中，用于允许第二光源22的这种定位的必要空间存在于邻近的管体层2之间。

图2用于进一步说明箱体冷却器1的各种光源21、22和管体10的相互布置。在所示示例中，第一光源21中的每一个的长度使得第一光源21从箱体冷却器1的前管体层2一路延伸到后管体层2，并且第二光源22中的每一个的长度对应于最大管体10的最大宽度。这不改变光源21、22可以具有其它长度的事实。例如，第一光源21可以近似地与前管体层2和后管体层2之间的距离的一半一样长，其中两个第一光源2可用于覆盖所提到的整个距离。特别地，第一光源21可以比所提到的整个距离稍微更长或者比所提到的距离的一半稍微更长，使得它们可以在箱体冷却器1中被定位成诸如分别超过前管体层2和后管体层2延伸小距离。此外，在所示示例中，第一光源21在箱体冷却器1布置在各种水平处，多个第一光源21定位在最大管体10的u形的外部，并且多个第一光源定位在最小管体10的u形的内部。这样，实现了防污积光朝管体层2中的管体10的束的内侧和这样的束的外侧两者发射。第二光源22布置在两个邻近的管体层2的对之间的各种水平处。应当注意，可以使用更多或者更少的光源21、22，无论可能是哪种情况，只要考虑到实现防污积的要求即可。例如，可以应用更多的第一光源21，其中第一光源21还布置在最小管体10的u形的外部和最大管体10的u形的内部。当管体层2包括多于三个管体10时，还有可能的是，第一光源21被布置成诸如存在于各种大小的管体10之间的所有空间中。在任何情况下，有利的是光源21、22贯穿箱体冷却器1相等地隔开。

根据本发明，光源21、22在箱体冷却器1中在至少两个相互不同的取向上布置。在本发明的框架内，光源21、22的大小和形状、对于光源21、22的数量并且还有光源21、22在箱体冷却器1中的定位存在许多选项。此外，箱体冷却器1的管体10的大小、形状、数量和/或定位可以与就本发明的实施例所示出和描述的那些不同。因此，在前述内容中描述和在附图中图示的箱体冷却器1的设计代表了许多可能的设计中的仅仅一种。箱体冷却器1应当被理解成诸如不过是代表了冷却装置的一示例，该冷却装置包括用于在其内部容置和运输待冷却流体的至少两个管体。

有可能的是，箱体冷却器1在合适的位置处包括一个或多个板（未示出），以具有增加的热传输效果，和朝管体10的侧面（其原本可能（主要）留在阴影中）定向来自光源21、22的光。板在箱体冷却器1中的另一可能的应用可以是使管体10贯穿它们的长度保持彼此固定隔开的关系。为此，可以使用具有孔径的板，该孔径用于使管体10的腿部12穿过其中。

对本领域的技术人员而言将清楚的是，本发明的范围不限于前述内容中讨论的示例，并且对本发明的若干修改和改动是可能的，而不脱离在所附权利要求中限定的本发明的范围。意图的是，本发明被解释为包括所有这样的修改和改动，只要它们落在权利要求或者其等价项的范围内。尽管已在附图和描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被视为仅是说明性或者示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。附图是示意性的，其中理解本发明所不需要的细节可能已被省略，并且附图不一定成比例。

通过研究附图、描述和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，可以理解和达成对所公开实施例的变型。权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一（a或an）”不排除复数。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制本发明的范围。在本文中使用的短语“多个”应当理解为诸如表示“至少两个”。

除非另有明确地陈述，针对或者关于具体实施例讨论的元素和方面可以与其它实施例的元素和方面合适地组合。因此，在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

本文中使用的术语“基本”将被本领域技术人员理解为适用于某种效果被预期的情况，该效果在理论上可被完全实现，但是该效果针对其实际实现可能涉及实践余量。这种效果的示例包括物体的平行布置和物体的垂直布置。在可用之处，术语“基本”可以被理解为诸如是指示90%或者更高的百分比，诸如95%或者更高，特别是99%或者更高，甚至更特别是99.5%或者更高，包括100%的形容词。

本文中使用的术语“包括”将被本领域的技术人员理解为覆盖术语“由其组成”。因此，术语“包括”可以就一实施例表示“由其组成”，而可以在另一实施例中表示“至少包含/包括所限定的种类物并且可选地包含/包括一个或多个其它种类物”。

鉴于生物污积不仅在海中出现，而且在河、湖等处出现的事实，本发明一般适用于借助任何种类的表层水的冷却。就这点而言，应当注意，一般地，术语“表层水”应当在宽泛的意义上进行理解，该宽泛的意义是地球表面上可得的水（相对于地下水和大气水）。