体部分包括内部表面，该内部表面形成用于允许冷却剂的流动并且也被构造成用于增强湍流的内部通道。每一个冷却剂管均可具有用于冷却剂的进入的至少一个入口和用于冷却剂的外出的至少一个出口。在一些优选实施例中，可存在这些冷却剂管中的八个或更多个。
[0018]本发明的另一方面涉及一种设置，其中，用于增强湍流的装置包括用于在冷却剂中产生湍流尾流的装置，以便增大旋涡运动并在不大幅增大压降的情况下改进传热。在优选实施例中，用于产生湍流尾流的装置被设置在冷却剂的体相区域中，该体相区域为流体的位于边界层的外部的远离该冷却剂管壁的区域。
[0019]本发明的再一方面涉及一种设置，其中，用于增强湍流的装置包括用于在冷却剂中产生和传播湍流涡流的装置，用于增强体相冷却剂混合，以便在不大幅增大压降的情况下改进传热。
[0020]本发明的又一方面通过设置多个湍流增强器来获得前述装置，这多个湍流增强器从冷却剂管内部表面向内延伸到管内部通道中并且被呈预定图案设置。湍流增强器可被通过设置具有多种构造的湍流器来提供。湍流器可被作为插件提供，例如具有圆形截面、椭圆形截面、或卵形截面的圆柱形插件；中空插件，例如具有内部通道的插件；呈长方体、例如具有正方形或矩形截面的长方体的形式的插件；锥体形插件，例如具有三角形截面的插件；扁钢；具有翼状构造的杆；具有多角形构造的插件；具有一个或多个倒圆表面的插件；具有带有结合的倒圆表面和平坦表面的构造的插件；或具有不规则截面的任何种类的插件。本发明并不限于具有作为湍流器的插件并且可以例如包括带有壁的冷却剂管，这些冷却剂管具有作为相应的壁的一体部分的内部湍流器。
[0021]根据本发明的实施例的湍流增强器的另一方面通过设置湍流器作为冷却剂流的障碍物。除了别的之外，这种障碍物可以是具有多种构造的销钉、倾斜成V形图案的障碍物、具有泪珠形截面的翼片构造、具有或不具有孔口的障碍物、具有波状形状的障碍物、具有星形截面的障碍物等。该障碍物可从内壁表面部分地延伸到冷却剂管内部中，或者可以延伸到管内部中并且可被附接于管内部中的两个或更多个附接点。在一些情形中，障碍物可在各个管中纵向延伸并且可不附接于冷却剂管内部表面。
[0022]本发明另一涉及用于其中将会放置湍流器的具有相应的尺寸和形状的龙骨冷却器管的湍流器的尺寸。
[0023]本发明的另一方面是龙骨冷却器管中的各个湍流器之间的距离、龙骨冷却器管中的每一个湍流器的位置、湍流器之间的间隔、和龙骨冷却器管中的湍流器的图案一所有的这些均用于在最小化冷却剂的压降的增大的同时并且在并不不合理地增大龙骨冷却器的占用空间的同时增强传热。
[0024]除了别的之外，根据冷却剂的性质、龙骨冷却器管的形状和尺寸、冷却剂的压力，前述湍流器可以沿着不同的方向面对该龙骨冷却器管的内侧。
[0025]本发明的另一方面涉及用于龙骨冷却器的冷却剂管的设置，该冷却剂管包括细长的本体部分，该细长的本体部分具有形成内部通道的内部表面并包括从该内部表面延伸的多个湍流器。湍流器被构造成与冷却剂相互作用，用于增强湍流以便在不大幅增大压降的情况下改进传热，并且可能地导致冷却剂管构成其部件的龙骨冷却器的占用空间的减少。在优选实施例中，各个冷却剂管均具有矩形截面，该矩形截面可包括为该工业所共用的截面尺寸。该冷却剂管可以是龙骨冷却器内部冷却剂管或外部冷却剂管并且可根据具体构造具有多个入口和/或出口。
[0026]通过本文中所讨论的设置和实施例，本发明的一般目的是增强龙骨冷却器中的传热，同时使流经该龙骨冷却器的冷却剂的压降的任何增大最小化。
[0027]本发明的另一目的是增强流经龙骨冷却器管的冷却剂的湍流，同时并不大幅增大冷却剂的压降。本发明的再一目的是在冷却剂中自然地产生湍流尾流；并且更进一步地，目的是在冷却剂中产生湍流涡流，同时均不大幅增大压降。在优选实施例中，本发明的目的是通过在不大幅增大压降的情况下在冷却剂的体相区域中自然地出现涡旋运动来产生湍流尾流和/或湍流涡流。
[0028]本发明的另一目的是增强湍流，用于以与体相流体速度或流量无关的方式改进传热。在优选实施例中，即便在冷却剂管内壁在各个湍流增强器之间是基本上平滑的时，湍流也被增强并且传热在不大幅压降的情况下得到改进。
[0029]本发明的再一目的是提供一种用于龙骨冷却器管的湍流增强器，用于增强龙骨冷却器的传热能力。
[0030]本发明的附加目的是增强龙骨冷却器管内的湍流以便提高龙骨冷却器的传热能力，从而减小龙骨冷却器的占用空间的尺寸，以便因此降低船舶所有者所用的将要结合龙骨冷却器的成本。
[0031]本发明的一般目的是以经济的和实用的方式增强龙骨冷却器的效率和效能。
[0032]通过下列说明书和所附权利要求书，这些和其它目的应该是显然的。
【附图说明】
[0033]本发明可在某些元件和元件的布置中采取实体形态，其优选实施例将被在该专利说明书中进行具体地描述并且被图示在形成其一部分的附图中，并且其中:
[0034]图1是根据现有技术的处于水中船舶上的龙骨冷却器的示意图。
[0035]图2是龙骨冷却器的透视图，其包括集管的局部剖视图和根据现有技术的具有矩形截面的冷却剂管的剖视图。
[0036]图3是根据现有技术的龙骨冷却器的一部分的截面图，示出了冷却剂管的集管和部件。
[0037]图4是根据本发明的优选实施例的龙骨冷却器的一部分的透视图，其包括正方形集管的局部剖视图和具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0038]图5A是根据本发明的优选实施例的冷却剂管的一部分的截面透视图，示出了冷却剂管的内部的呈交错排列方式设置的多个实心的圆柱形湍流器。图5B是其截面图，并且还包括冷却剂流体流和湍流尾流(W)区域的示意图。
[0039]图6是示出了用于本发明的多个优选实施例的传热系数与体积流速的被检测的并与现有技术相比较的实验结果。
[0040]图7是示出了用于本发明的多个优选实施例的压力损失与体积流量的被检测的并与现有技术相比较的实验结果。
[0041]图8A是处于间隔图案中的冷却剂管和湍流器的截面示意图，示出了冷却剂流动路径、边界层、和湍流尾流。图SB是处于间隔图案中的冷却剂管和湍流器的截面示意图，示出了冷却剂流动路径、边界层、和湍流涡流。
[0042]图9A是根据本发明的优选实施例的冷却剂管的一部分的截面透视图，示出了冷却剂管的内部的呈交错排列方式设置的多个中空的圆柱形湍流器。图9B是其截面图，并且还包括冷却剂流体流和湍流尾流(W)区域的示意图。
[0043]图1OA是根据本发明的优选实施例的冷却剂管的一部分的截面透视图，示出了冷却剂管的内部的呈交错排列方式设置的多个翼状的湍流器。图1OB是其截面图，并且还包括冷却剂流体流和湍流尾流(W)区域的示意图。
[0044]图11是根据本发明的优选实施例的龙骨冷却器的一部分的透视图，其包括带斜面集管的局部剖视图和具有湍流增强器的冷却剂管的的剖视图。
[0045]图12是根据本发明的优选实施例的龙骨冷却器的一部分的透视图，其包括具有成角度的壁的正方形集管的局部剖视图和具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0046]图13是根据本发明的优选实施例的龙骨冷却器的一部分的透视图，其包括具有流体流转向器的正方形集管的局部剖视图和具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0047]图14是根据本发明的优选实施例的龙骨冷却器的一部分的透视图，其包括具有箭头形孔口的正方形集管的局部剖视图和具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0048]图15是根据本发明的优选实施例的双道龙骨冷却器的透视图，其包括具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0049]图16是根据本发明的优选实施例的具有两个单道部分的多系统组合的龙骨冷却器的透视图，其包括具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0050]图17是根据本发明的优选实施例的具有单道部分和双道部分的龙骨冷却器的透视图，其包括具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
[0051]图18是根据本发明的优选实施例的具有两个双道部分的龙骨冷却器的透视图，其包括具有湍流增强器的冷却剂管的剖视图。
【具体实施方式】
[0052]用于水上或海运船舶的龙骨冷却器系统的基本部件在图1中示出。该系统包括热源1、龙骨冷却器3、用于从热源I向龙骨冷却器3输送热的冷却剂的管道5、和用于从龙骨冷却器3向热源I输送冷却的冷却剂的管道7。如图1中所示，龙骨冷却器3位于环境水中，低于吃水线(即低于出现水沫和气泡的暴露于空气的吃水线)，并且来自热的冷却剂的热量被通过龙骨冷却器3的壁进行传递并且被排出到冷却器环境水中。热源I可以是用于船舶的发动机、发电机、或其它热源。龙骨冷却器3可以是一种单片龙骨冷却器，然而，本发明并不局限于单片龙骨冷却器系统并且可包括具有可分离的元件(例如螺旋形的冷却剂管)的可拆卸的龙骨冷却器系统，乃至熔接到船体以便形成封闭通道的槽钢热交换器系统，在该封闭通道中，冷却剂被传输通过该船体并且流动通过该通道。
[0053]在上文以及下列讨论中，术语“上部”、“内部”、“向下”、“端部”等等涉及如图2中所示的如在水平位置中观看到的龙骨冷却器、冷却剂管、或集管。这样做实现了例如当在水上船舶上使用时，这些单元可被安装在该船舶的侧部上，或者被倾斜在船体的船头端或船尾端上，或者与船体间隔开，或者被安装在多个其它位置中。
[0054]转向图2，示出了根据现有技术的龙骨冷却器10。龙骨冷却器10包括处于一组水平的矩形冷却剂管(也被称之为导热或冷却剂流管)50的相对端部处的一对集管30。冷却剂管50包括内部或内冷却剂管51和外部或外冷却剂管60。如图2中所示，集管30可具有大致呈棱柱形的结构，其包括上壁或盖34、端壁或后壁36、和底壁或基底32。集管端壁36垂直于冷却剂管50的上表面和下表面定位于其中的平行平面。在一些龙骨冷却器中，端壁36和基底32成直角形成，如图2中所示。然而，如下文中所讨论的那样，集管的其它构造是有可能。
[0055]龙骨冷却器10连接至一对喷嘴20延伸通过的船舶的船体。喷嘴20具有处于端部处的接头21以及带有螺纹23的圆柱形连接器22。喷嘴20将冷却剂排放到龙骨冷却器10中以及从龙骨冷却器10中排出。大衬垫26各自具有分别靠在集管30上的一侧和接合该船舶的船体的另一侧。当龙骨冷却器10被安装在船舶上时，橡皮垫圈25B被设置在船体的内部上，并且金属垫圈25A座置在橡皮垫圈25B上。通常由与喷嘴20兼容的金属制成的螺母24拧紧在连接器22上的多组螺纹23上，以便将衬垫26和橡皮垫圈25B拧紧靠在船体上，从而将龙骨冷却器10保持就位并且密封住船体渗透以防止其泄漏。出于三个重要的目的设置衬垫26。首先，它们使集管绝缘以防止电化学腐蚀。第二，它们消除了环境水到船舶中的渗入。第三，它们通过在龙骨冷却器与船舶船体之间产生分隔距离从而允许环境水流经该空间来允许在龙骨冷却器管与船舶之间的空间中进行传热。衬垫26通常由聚合物质制成。在常规情形中，衬垫26的厚度介于四分之一英寸与四分之三英寸之间。
[0056]来自该船舶的管道借助于水管附接于接头21和连接器22。隔离舱或吸水箱(船舶的部件)在每一个端部(未示出)处包含直接处于船体内部的螺帽24和喷嘴20的多个部分。在环境水会在几乎没有限制的情况下在渗透位置处以其它方式流到船舶中的情况下，龙骨冷却器将会严重受损或损毁，由此，设置吸水箱以防止环境水流到船舶中。上述龙骨冷却器示出了用于将传热流体输送进出该龙骨冷却器的喷嘴。然而，存在用于将流体输送进出该龙骨冷却器的其它装置。例如，在法兰安装的龙骨冷却器中，存在一个或多个导管，例如从船体延伸的以及从具有用于连接在一起以形成传热流体流动路径的端部法兰的龙骨冷却器延伸的管道。通常，在法兰之间插入衬垫。存在用于将龙骨冷却器连接于船舶中的冷却剂管道系统的其它装置。本发明并不依赖于用于将龙骨冷却器连结于该冷却剂管道系统的这类连接。
[0057]转向图3，图3在截面中示出了龙骨冷却器10的一部分，喷嘴20被示出成连接至集管30。喷嘴20具有接头21，并且连接器22具有螺纹，如上所述。喷嘴20的接头21通常被钎焊或熔接在连接器22的内部内，该接头21在船体的内部延伸。法兰28环绕喷嘴20延伸通过的内侧孔口 27并且被设置成用于有助于将喷嘴20支承在集管30上的直立位置中。法兰28在上壁34的下侧上接合加强板29。在此方式，喷嘴20可以是用于从发动机接收热的冷却剂的入口导管，但也可以是用于从集管30接收冷却的冷却剂用于循环回热源的出口导管，其中，热的冷却剂的流动在图3中由箭头C表明。
[0058]参照图2-3，集管30还包括由一系列指状件42组成的倾斜表面或壁41，这一系列指状件42相对于冷却剂管50是倾斜的并且限定空间以接收内部冷却剂管51的端部部分或冷却端口 44。内部冷却剂管51的端部部分或端口 44延伸通过倾斜表面41并且被钎焊或熔接于指状件42以便形成连续表面。集管30的每一个外部侧壁由延伸到集管30中的外部矩形冷却剂管60组成。图2-3示出了外部冷却剂管60的两侧，包括最外侧壁61和内部侧壁63。圆形孔口 31被示出为延伸通过外部冷却剂管60的内部侧壁63，并且被设置成用于将流经外部冷却剂管60的冷却剂输送进出集管30。集管30也可具有排出孔口 33，用于接收相应地带螺纹的且可移除的塞子，用于清空龙骨冷却器10的内容物。
[0059]由于龙骨冷却器有时被用在腐蚀性的海水环境中，因此龙骨冷却器通常由90-10铜镍合金或具有大量铜的一些其它材料制成。这使得龙骨冷却器成为制造相对昂贵的制品并且本发明的用于减小龙骨冷却器的尺寸的目的对于减少整体材料和制造成本而言会是有利的。
[0060]转向图4，示出了本发明的优选实施例。该实施例包括龙骨冷却器100，该龙骨冷却器100具有从集管130沿着纵向方向延伸的至少一个冷却剂管150。集管130可以与早先根据现有技术描述的集管30相同，并且包括上壁134、端壁136、和底壁132。具有接头121和带有螺纹123的连接器122的喷嘴120可以与早先描述的喷嘴相同并且附接于集管130。与衬垫26类似并且出于与衬垫26相同的目的，衬垫126设置在上壁134的顶部上。排出孔口 133也可被设置成用于清空龙骨冷却器100的内容物。
[0061]同样如在图4的实施例中所示，龙骨冷却器100包括冷却剂管150 (也被称之为冷却剂流管或传热流体流管，这是由于在一些示例中，该流体可以是热的而非冷却的)。冷却剂管150包括内部或内冷却剂管151和外部或外冷却剂管160。冷却剂管150可具有大致呈长方体形的结构，该大致呈长方体形的结构在相对的端部部分之间包括细长的本体部分，其每一个部分都包括顶壁、底壁和相对的侧壁。冷却剂管150包括内部表面158，从而形成冷却剂流动通过的内部通道。如在