Охлаждающее устройство для охлаждения текучей среды посредством воды поверхностных слоев - RU2695234C2
Код документа: RU2695234C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к охлаждающему устройству, которое выполнено с возможностью предотвращения обрастания, что обычно называется защитой против обрастания. В частности, изобретение относится к защите против обрастания судовых погружных теплообменников.
Предпосылки создания изобретения
Биообрастание или биологическое обрастание представляет собой накопление микроорганизмов, растений, морских водорослей, и/или животных на поверхностях. Существует широчайшее многообразие организмов, встречающихся в биообрастании, не ограничивающееся наростами морских желудей и морской капусты. Согласно некоторым оценкам, ответственными за биообрастание являются более 1800 видов, включая более 4000 организмов. Биообрастание разделяют на микрообрастание, которое включает в себя образование биопленки и бактериальное прилипание, и макрообрастание, которое представляет собой прикрепление более крупных организмов. Согласно химическим и биологическим различиям, которые определяют то, что предотвращает их осаждение, организмы также разделяются на типы твердого или мягкого обрастания. Примерами содержащих известь (твердых) организмов, встречающихся в обрастании, являются морские желуди, обрастающие мшанки, моллюски, многощетинковые черви и другие черви, обитающие в хитиновых трубках, и дрейссеы. Примерами не содержащих известь (мягких) организмов, встречающихся в обрастании, являются морская капуста, гидроиды, морские водоросли и биопленка "слизь". Вместе эти организмы образуют сообщество обрастания.
В некоторых обстоятельствах биообрастание создает существенные проблемы. Прекращается работа оборудования, происходит засорение водоприемных устройств, и уменьшается эффективность теплообменников. Следовательно, тема защиты против обрастания, то есть, процесса удаления или предотвращения образования биообрастания, является хорошо известной. В промышленных процессах для контроля биообрастания могут быть использованы биодиспергаторы. В менее контролируемых средах, уничтожение или отпугивание организмов выполняется посредством покрытий, использующих биоциды, процессов тепловой обработки или импульсов энергии. Нетоксичные механические стратегии, которые предотвращают прикрепление организмов, включают в себя выбор материала или покрытия со сколькой поверхностью или создание наноразмерных топологий поверхности, подобных коже акул и дельфинов, которые имеют слабовыраженные точки прикрепления.
В данной области техники известны устройства защиты против обрастания для блоков охлаждения, которые охлаждают охлаждающую текучую среду двигателя судна посредством морской воды. В DE102008029464 описан судовой погружной теплообменник, содержащий систему защиты против обрастания посредством периодически повторяющегося перегрева. Горячая вода подается отдельно в трубы теплообменника для сведения к минимуму распространения обрастания на трубах.
Краткое изложение сущности изобретения
Биообрастание погружных теплообменников приводит к возникновению серьезных проблем. Основной проблемой является уменьшение эффективности теплопередачи, поскольку толстые слои биообрастания являются эффективными теплоизоляторами. В результате этого, двигатели судна должны работать с гораздо меньшей скоростью, замедляя само судно, или даже полностью останавливаться из-за перегрева.
Существует множество организмов, способствующих биообрастанию. Это множество включает в себя как очень маленькие организмы, такие как бактерии и водоросли, так и очень большие организмы, такие как ракообразные. Определяющими факторами здесь являются окружающая среда, температура воды и назначение системы. Окружающая среда погружного теплообменника идеально подходит для биообрастания: охлаждаемая текучая среда нагревается до средней температуры, а постоянный поток воды приносит питательные вещества и новые организмы.
Соответственно, существует потребность в способах и устройствах для защиты против обрастания. Тем не менее, системы предшествующего уровня техники могут быть неэффективными, требовать периодического обслуживания и во множестве случаев приводить к ионным разрядам в морскую воду, приводящим к возможным вредным эффектам.
Следовательно, аспектом изобретения является разработка охлаждающего устройства для охлаждения оборудования судна с альтернативной системой защиты против обрастания согласно независимым пунктам прилагаемой формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения определены преимущественные варианты осуществления.
В настоящем документе представлен подход, основанный на оптических способах, в частности, на использовании ультрафиолетового (УФ) излучения. По всей видимости, 'достаточное' УФ-излучение убивает большинство микроорганизмов или делает их неактивными или неспособными к размножению. Этот эффект в основном зависит от общей дозы УФ-излучения. типичная доза для убийства 90% конкретных микроорганизмов составляет 10 мВт•ч/м2.
Охлаждающее устройство для охлаждения оборудования судна выполнено с возможностью расположения в коробе, который образован посредством корпуса судна и перегородок. На корпусе предусмотрены входные и выходные отверстия, чтобы морская вода могла свободно входить в объем корпуса, течь через охлаждающее устройство и выходить посредством естественного потока и/или под действием движения судна. Охлаждающее устройство содержит пучок труб, через который может быть проведена охлаждаемая текучая среда, и по меньшей мере один источник излучения для образования защищающего против обрастания излучения, расположенный около труб так, чтобы испускать защищающее против обрастания излучение на наружную поверхность трубы.
В варианте осуществления охлаждающего устройства защищающее против обрастания излучение, испускаемое источником излучения, лежит в диапазоне УФ или голубой длины волны примерно 220 нм - 420 нм, предпочтительно примерно 260 нм. Подходящие уровни защиты против обрастания достигаются посредством УФ или голубого излучения в диапазоне примерно 220 нм - 420 нм, в частности при длинах волны короче, чем примерно 300 нм, то есть, в диапазоне примерно 240 нм - 280 нм, который известен как УФ-излучение спектра С (УФС). Может быть использована интенсивность защищающего против обрастания излучения в диапазоне 5-10 мВт/м2 (милливатт на квадратный метр). Очевидно, что более высокие дозы защищающего против обрастания излучения также достигают таких же результатов, если не лучше.
В варианте осуществления охлаждающего устройства источником излучения может быть лампа, имеющая трубчатую структуру. При этих источниках излучения, поскольку они являются довольно большими, излучение от единственного источника действует на большую площадь. Соответственно, требуемого уровня защиты против обрастания возможно достичь с ограниченным количеством источников излучения, благодаря чему решение становится довольно малозатратным.
Очень эффективным источником для образования УФ-излучения спектра С является ртутная газоразрядная лампа низкого давления, в которой в среднем 35% потребляемых ватт преобразуются в ватты УФC излучения. Излучение образуется почти исключительно с длиной волны 254 нм, а именно обеспечивая 85% от максимального бактерицидного эффекта. Известны трубчатые флуоресцентные ультрафиолетовые (TУФ) лампы низкого давления, которые имеют футляр из специального стекла, которое отфильтровывает излучение, образующее озон.
Для различных бактерицидных УФ-ламп с перестраиваемой длиной волны электические и механические свойства идентичны их эквивалентам среди осветительных приборов, работающих в видимом спектре излучения. Это позволяет использовать их таким же образом, то есть, использовать цепь с электронным или магнитным балластом/стартером. Для всех ламп низкого давления существует отношение рабочей температурой лампы и выходной мощностью. Например, в лампах низкого давления резонансная линия при 254 нм является самой сильной при некотором давлении паров ртути в разрядной трубке. Это давление определяется посредством рабочей температуры и становится оптимальным при температуре стенки трубки 40°C, соответствующей температуре окружающей среды около 25°C. Также следует понимать, что выходная мощность лампы зависит от потоков воздуха (принудительных или естественных), пересекающих лампу, то есть, от так называемого фактора охлаждения. Читателю следует понимать, что, для некоторых ламп, увеличение потока воздуха и/или уменьшение температуры может увеличить бактерицидный эффект. Это характерно для ламп с высокой светоотдачей (high output (HO)), а именно ламп с более высокой мощностью, чем это является нормальным для их линейного размера.
Вторым типом источника УФ-излучения является ртутная лампа среднего давления, в которой более высокое давление возбуждает больше энергетических уровней, образуя больше спектральных линий и сплошной спектр (рекомбинированное излучение). Следует заметить, что кварцевая колба излучает с длиной волны ниже 240 нм, так что из воздуха может быть образован озон. Преимуществами источников среднего давления являются:
- высокая плотность энергии;
- высокая мощность, приводящая к использованию в одном и том же применении меньшего количества ламп, чем в случае ламп низкого давления; и
- меньшая чувствительность к окружающей температуре.
К тому же, могут быть использованы лампы с диэлектрическим барьерным разрядом (Dielectric Barrier Discharge (DBD)). Эти лампы могут обеспечивать очень мощное УФ-излучение с различными длинами волны и высокой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую.
Требуемые бактерицидные дозы также могут быть достигнуты посредством существующих недорогих низкомощных УФ СИДов. В целом СИДы могут быть собраны в относительно меньшие пучки и могут потреблять меньше энергии, чем другие типы источников излучения. СИДы могут быть выполнены с возможностью испускания (УФ) излучения с различными требуемыми длинами волны, и их рабочие параметры, в особенности выходная мощность, могут быть управляемыми в значительной степени.
В конкретном варианте осуществления охлаждающего устройства, источники излучения расположены по существу перпендикулярно ориентации труб. Соответственно, предусмотрена возможность рассеивания защищающего против обрастания излучения, образуемого лампой, на различные трубы. Следовательно, исключается риск того, что одна труба, находящаяся ближе всего к источнику излучения, примет и поглотит большой процент излучения, а другие трубы останутся в тени от этой первой трубы.
В другом конкретном варианте осуществления охлаждающего устройства, источники излучения расположены параллельно друг другу. Таким образом, достигается равномерное распределение излучения по всему охлаждающему устройству, и исключается наличие каких-либо пропущенных пятен на трубах, и, таким образом, увеличивается эффективность защиты против обрастания.
В другом конкретном варианте осуществления охлаждающего устройства источник излучения проходит по всей ширине охлаждающего устройства. Таким образом, обеспечивается рассеивание испущенного защищающего против обрастания излучения на все трубы.
В варианте осуществления настоящего изобретения охлаждающее устройство содержит пучок труб, причем трубы являются U-образными, и по меньшей мере один источник излучения расположен у центра внутренней стороны полукруглой части трубы.
В варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник излучения расположен с возможностью испускания излучения к внутренней стороне пучка труб и по меньшей мере один источник излучения расположен с возможностью испускания излучения к наружной стороне пучка труб. Эта конфигурация способствует защите против обрастания как на внутренних, так и на наружных сторонах труб.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения пучок труб содержит слои труб, расположенные параллельно вдоль его ширины так, чтобы каждый слой труб содержал множество труб U-образного типа, имеющих две прямые части трубы и одну полукруглую часть для образования U-образной трубы, и причем трубы расположены так, что части U-образной трубы расположены концентрично, а прямые части трубы расположены параллельно, чтобы самые внутренние части U-образной трубы имели относительно маленький радиус, а самые наружные части U-образной трубы имели относительно большой радиус, с расположенными между ними остальными промежуточными частями U-образной трубы, имеющими постепенно увеличивающийся радиус кривизны.
В дополнительном аспекте описанного выше варианта осуществления по меньшей мере один источник излучения расположен у центра внутренней стороны самой внутренней полукруглой части трубы. Соответственно, защищающее против обрастания излучение более эффективно рассеивается на внутренней стороне скругленной нижней части U-образного профиля.
В варианте осуществления настоящего изобретения форма пучка труб соответствует прямоугольной призме с полуцилиндром, соединенным с прямоугольной призмой у нижнего конца, и по меньшей мере один из источников излучения расположен так, чтобы лежать на осевой линии упомянутого цилиндра или быть параллельным ей.
В варианте осуществления настоящего изобретения форма пучка труб соответствует продолговатому цилиндру с полусферой, соединенной с цилиндром у нижнего конца, и по меньшей мере один из источников излучения расположен так, чтобы лежать на осевой линии упомянутого цилиндра или быть параллельным ей.
В варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник излучения расположен между любыми трубами. В варианте осуществления охлаждающее устройство содержит множество поперечных ламелей на пучке труб, которые расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении и через которые проходят прямые части трубы, для поддерживания труб в на неизменном расстоянии друг от друга по всей их длине. Также, принимая во внимание, что ламели соприкасаются с трубами, ламели могут способствовать передаче тепла от труб, чтобы с меньшим количеством труб могла быть достигнута одинаковая величина передачи тепла и, таким образом, сводится к минимуму количество тени, отбрасываемой трубами на другие трубы, в результате чего увеличивается эффективность защиты против обрастания. Ламели могут иметь любую подходящую форму и, например, могут иметь форму пластин. К тому же, ламели могут быть предусмотрены с двумя типами окон, а именно, с одним типом окон для обеспечения прохождения через них труб и с другим типом окон для сведения к минимуму эффекта препятствования, который присутствие ламелей оказывает на поток охлаждающего вещества, такого как вода, вдоль труб. Согласно другой альтернативе, ламели могут быть полыми, чтобы обладать возможностью сообщения с трубами и передачи охлаждаемой текучей среды для достижения еще более эффективного способствования ламелей передаче тепла. Согласно еще одной альтернативе, каждая из ламелей может быть образована как единое целое с несколькими секциями частей трубы, проходящими через ламели. Эта альтернатива может быть преимущественной с точки зрения процесса изготовления охлаждающего устройства, поскольку, согласно этой альтернативе, помещение ламелей на место относительно труб требует всего лишь штабелирования ламелей и соединения друг с другом секций частей трубы.
В варианте осуществления охлаждающее устройство содержит множество продольных ламелей на пучке труб, проходящих между двумя частями трубы или между частью трубы и источником излучения. Соответственно, подобно описанному выше варианту осуществления, обеспечивается улучшение свойств передачи тепла и защиты против обрастания.
В еще одной разновидности упомянутого выше варианта осуществления источник излучения расположен у центра, трубы расположены в цилиндрической конфигурации вокруг источника излучения, а ламели проходят от каждой прямой части трубы к центральному источнику излучения. В этом варианте осуществления охлаждающее устройство фактически представляет собой теплообменник круглого типа, и источник излучения расположен в центре теплообменника так, чтобы он проходил параллельно прямым частям трубы.
В варианте осуществления охлаждающего устройства источники излучения расположены так, чтобы между любыми трубами существовал по меньшей мере один источник излучения. Соответственно, уменьшается риск отбрасывания тени трубами друг на друга, и достигается требуемый уровень защиты против обрастания.
В варианте осуществления охлаждающего устройства трубы и/или ламели по меньшей мере частично покрыты покрытием, отражающим излучение. Покрытие, отражающее излучение, преимущественно выполнено с возможностью рассеянного отражения защищающего против обрастания излучения для более эффективного распределения излучения по трубам.
В варианте осуществления охлаждающего устройства источник излучения расположен в рукаве для защиты источника излучения от внешних воздействий.
В варианте осуществления охлаждающего устройства охлаждающее устройство содержит трубную плиту, на которой установлены трубы, и с трубной плитой соединен коллектор текучей среды, содержащий один входной патрубок и один выходной патрубок для входа и выхода текучей среды в трубы и из них соответственно. В разновидности этого варианта осуществления один конец рукава прикреплен к коллектору текучей среды. Соответственно, при установке на месте окончательного использования источник излучения доступен снаружи так же, как входной патрубок и выходной патрубок, без необходимости снятия охлаждающего устройства с установленного положения.
В варианте осуществления охлаждающего устройства охлаждающее устройство расположено с возможностью исключения теней по существу на всей погруженной наружной части трубы, чтобы эта часть была защищена от обрастания.
В разновидности упомянутого выше варианта осуществления тени исключаются посредством расположения источника излучения относительно труб. Тени могут быть исключены посредством расположения источника излучения по существу перпендикулярно ориентации труб и/или, когда трубы являются U-образными, посредством расположения источника излучения у центра внутренней стороны скругленной нижней части труб. В качестве альтернативы тени также могут быть исключены посредством уменьшения затухания излучения, например, посредством увеличения отражения излучения.
К тому же, изобретение относится к охлаждающему устройству, упомянутому выше, в ситуации перед установкой по меньшей мере одного источника излучения, то есть, к охлаждающему устройству, содержащему пучок труб для содержания и перемещения внутри себя текучей среды, причем наружная часть труб во время работы по меньшей мере частично погружена в воду для охлаждения трубы, чтобы посредством этого также охлаждать текучую среду, трубную плиту, на которой установлены трубы и к которой трубы присоединены, коллектор текучей среды, содержащий входной патрубок и выходной патрубок для входа и выхода текучей среды в трубы и из них соответственно, причем устройство выполнено с возможностью принятия по меньшей мере одного источника излучения для образования излучения, которое подавляет обрастание посредством распределения защищающего против обрастания излучения на наружную часть трубы, причем предпочтительно выполнение содержит рукав для вмещения в себя источника излучения, причем рукав прикреплен к коллектору текучей среды для того, чтобы обеспечивать доступ снаружи к располагаемому в нем источнику излучения.
В изобретении также разработано судно, содержащее описанное выше охлаждающее устройство. В таком варианте осуществления внутренние поверхности короба, в котором расположено охлаждающее устройство, могут быть по меньшей мере частично покрыты покрытием, отражающим излучение. Подобно описанному выше варианту осуществления, в результате этого конкретного варианта осуществления защищающее против обрастания излучение может быть отражено с рассеиванием для более эффективного распространения излучения на трубы. К тому же, в таком варианте осуществления источник излучения может быть связан с внутренней поверхностью короба любым подходящим образом, в частности, может быть частью внутренней поверхности короба, быть соединенным с ней или прикрепленным к ней.
В этом документе термин ʺпо существуʺ, например, ʺпо существу параллельноʺ или ʺпо существу перпендикулярноʺ, будет понятен специалистам в данной области техники. Термин ʺпо существуʺ также может включать в себя сочетания с ʺполностьюʺ, ʺцеликомʺ, ʺвсеʺ, и так далее. Следовательно, в сочетаниях прилагательное ʺпо существуʺ также может быть удалено. Там, где это применимо, термин ʺпо существуʺ также может относиться к 90% или выше, например, 95% или выше, в особенности 99% или выше, или еще более конкретно 99.5% или выше, включая 100%. Термин ʺсодержитʺ также включает в себя сочетания, в которых термин ʺсодержитʺ означает ʺсостоит из ʺ. Термин "содержащий" в одном сочетании может относиться к "состоящий из", но также в другом сочетании может относиться к "содержащий по меньшей мере определенные компоненты и необязательно один или более других компонентов".
Следует понимать, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми в подходящих случаях, и что описанные в этом документе варианты осуществления изобретения могут работать в других последовательностях, отличающихся от описанных или проиллюстрированных в этом документе.
Следует заметить, что упомянутые выше варианты осуществления предназначены для иллюстрирования, а не для ограничения изобретения, и что специалисты в данной области техники могут разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отхода от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, какие либо ссылочные позиции, расположенные в скобках, не следует понимать как ограничивающие формулу изобретения. Артикли "a" или "an", предшествующие элементу, не исключают присутствия множества таких элементов. Сам факт того, что некоторые меры изложены в разных зависимых пунктах формулы изобретения, не исключает возможности преимущественного использования комбинации этих мер.
Изобретение дополнительно относится к устройству, содержащему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах.
Различные аспекты, описанные в этом патенте, могут быть объединены для обеспечения дополнительных преимуществ. К тому же, некоторые из признаков могут образовывать основу для одной или более отдельных заявок.
Краткое описание чертежей
Далее описаны варианты осуществления изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и в которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичное представление варианта осуществления охлаждающего устройства;
Фиг. 2 представляет собой схематичное представление другого варианта осуществления охлаждающего устройства;
Фиг. 3 представляет собой схематичный вид в вертикальном разрезе варианта осуществления охлаждающего устройства;
Фиг. 4 представляет собой схематичный вид в вертикальном разрезе другого варианта осуществления охлаждающего устройства;
Фиг. 5 представляет собой схематичный вид в горизонтальном разрезе еще одного варианта осуществления охлаждающего устройства;
Фиг. 6 представляет собой схематичный вид в горизонтальном разрезе варианта осуществления охлаждающего устройства, показанного на Фиг. 2;
Фиг. 7 представляет собой схематичный вид в горизонтальном разрезе альтернативного варианта осуществления охлаждающего устройства, описанного в этом документе;
Фиг. 8 и 9 представляют собой схематичные представления еще одного альтернативного варианта осуществления охлаждающего устройства, описанного в этом документе;
Фиг. 10 и 11 представляют собой схематичные представления части дополнительного варианта осуществления охлаждающего устройства, описанного в этом документе; и
Фиг. 12 представляет собой схематичный вид в вертикальном разрезе части варианта осуществления охлаждающего устройства, показанного на Фиг. 10 и 11.
Чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
Несмотря на то, что изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, эти иллюстрирование и описание даны для примера и не являются ограничивающими; изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. К тому же, следует заметить, что чертежи являются схематичными, не обязательно выполнены в масштабе, и что подробности, которые не требуются для понимания настоящего изобретения, могут быть опущены. Термины "внутренний", "наружный", "вдоль", "продольный", "нижний" и подобные относятся к ориентации вариантов осуществления, показанной на чертежах, если не указано иначе. К тому же, элементы, которые являются по меньшей мере по существу идентичными, или которые выполняют по меньшей мере по существу идентичную функцию, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На Фиг. 1 в качестве основного варианта осуществления показано в схематичном вие охлаждающее устройство 1 для охлаждения двигателя судна, расположенное в коробе, образованном посредством корпуса 3 судна и перегородок 4, 5 так, чтобы на корпусе 3 были предусмотрены входные и выходные отверстия 6, 7, чтобы морская вода могла свободно входить в объем короба, течь через охлаждающее устройство 1 и выходить посредством естественного потока, содержащее пучок труб 8, через которые может быть проведена охлаждаемая текучая среда, и по меньшей мере один источник 9 излучения для образования защищающего против обрастания излучения, расположенный около труб 8 так, чтобы испускать защищающее против обрастания излучение на трубы 8. Горячая текучая среда входит в трубы 8 сверху, проходит по всей их протяженности и выходит, охлажденная, с верхней стороны. В это время, морская вода входит в короб из входных отверстий 6, течет через трубы 8 и принимает тепло от труб 8 и, таким образом, от текучей среды, проходящей по ним. Отбирая тепло от труб 8, морская вода нагревается и перемещается вверх. Затем морская вода покидает короб через выходные отверстия 7, которые расположены в более высокой точке в корпусе 3. Во время этого процесса охлаждения любые биологические организмы, присутствующие в морской воде, стремятся прикрепиться к трубам 8, которые являются теплыми и обеспечивают подходящую среду для жизни организмов, то есть, происходит феномен, известный как обрастание. Для исключения такого прикрепления около труб 8 расположен по меньшей мере один источник 9 излучения. Источник 9 излучения испускает защищающее против обрастания излучение на наружную поверхность труб 8. Соответственно, исключается образование обрастания. Как видно на Фиг. 1, одна или более трубчатых ламп может быть использовано в качестве источника 9 излучения для достижения цели изобретения.
Как видно на Фиг. 1 в варианте осуществления изобретения, источники 9 излучения расположены по существу перпендикулярно ориентации труб 8.
На Фиг. 3 и 4 показаны альтернативные варианты осуществления охлаждающего устройства 1, в которых по меньшей мере один источник 9 излучения расположен между по меньшей мере двумя частями 18, 28, 38, 118, 228, 338 трубы, чтобы излучение от источника 9 излучения падало на обе части 18, 28, 38, 118, 228, 338 трубы. К тому же, источники 9 излучения расположены параллельно друг другу.
На Фиг. 3 показан вариант осуществления, в котором источники 9 излучения расположены с возможностью испускания излучения к внутренней стороне пучка труб, и по меньшей мере один источник 9 излучения расположен с возможностью испускания излучения к наружной стороне пучка труб.
В варианте осуществления охлаждающее устройство содержит пучок труб, содержащий слои труб, расположенные параллельно вдоль его длины. Каждый слой труб содержит множество труб 8 U-образного типа, содержащих две прямые части 18, 28 трубы и одну полукруглую часть 38 трубы. Трубы 8 расположены так, что их полукруглые части 38 расположены концентрично, а их прямые части 18, 28 расположены параллельно, чтобы самые внутренние полукруглые части 38 трубы имели относительно маленький радиус, а самые наружные полукруглые части 38 трубы имели относительно большой радиус, и остальные расположенные между ними промежуточные полукруглые части 38 трубы имели постепенно увеличивающийся радиус кривизны.
В одной разновидности описанного выше варианта осуществления форма пучка труб соответствует прямоугольной призме с полуцилиндром, соединенным с прямоугольной призмой у нижнего конца, as shown in Фиг. 1.
В варианте осуществления охлаждающее устройство 1 дополнительно предусмотрено по меньшей мере с одной ламелью 16, которая по меньшей мере частично соприкасается с трубами 8 для увеличения передачи тепла. В подходящих случаях, в особенности в случаях, когда в слое труб присутствует множество труб 8, ламель 16 предпочтительно расположена так, чтобы направлять излучение от источника 9 излучения к сторонам частей 18, 28, 38, 118, 228, 338 трубы, которые иначе остаются в тени.
В версии описанного выше варианта осуществления, как видно на Фиг. 7, охлаждающее устройство 1 предусмотрено с множеством вертикальных пластинчатых ламелей 16. Ламели 16 расположены так, чтобы несколько труб 8 было расположено между двумя ламелями 16 и источник 9 излучения был расположен с обеих сторон ламелей 16 в направлении, перпендикулярном как трубам 8, так и ламелям 16.
В другой разновидности описанного выше варианта осуществления форма пучка труб соответствует продолговатому цилиндру с полусферой, соединенной с цилиндром 38 у нижнего конца. Соответственно, в центральных слоях предусмотрено больше труб 8, а в слоях над и под центральными слоями количество труб 8 постепенно уменьшается, как видно на Фиг. 2. Соответственно, самые наружные U-образные части 38 трубы совместно образуют в целом форму полусферы.
В варианте осуществления пучок труб предусмотрен с множеством поперечных пластинчатых ламелей 16, расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении и имеющих проходящие через них прямые части 18, 28, 118, 228 трубы, как видно на Фиг. 2 и Фиг. 6, посредством чего трубы 8 поддерживаются в неподвижном взаимоотношении друг с другом по всей их длине. Ламели 16 предусмотрены с окнами для прохождения через них прямых частей 18, 28, 118, 228 трубы.
В варианте осуществления охлаждающее устройство 1, показанное на Фиг. 2, содержит трубную плиту 10, на которой установлены трубы 8, и коллектор 11 текучей среды, соединенный с трубной плитой 10, который содержит по меньшей мере один входной патрубок 12 и один выходной патрубок 13 для входа и выхода текучей среды в трубы 8 и из них, соответственно. В этом варианте осуществления охлаждающее устройство 1 дополнительно содержит рукав 14, внутри которого расположен источник 9 излучения для защиты источника 9 излучения от внешних эффектов. Один конец рукава 14 прикреплен к коллектору 11 текучей среды для обеспечения простоты доступа для обслуживания. В частности, будучи установленным в окончательном положении использования, источник 9 излучения доступен снаружи, также как входной патрубок 12 и выходной патрубок 13, без необходимости снятия охлаждающего устройства 1 с установленного положения.
Фиг. 8 и 9 относятся к варианту осуществления охлаждающего устройства 1, в котором используется один расположенный по центру источник 9 излучения, проходящий в вертикальном направлении вниз от коллектора 11 текучей среды, внутри защитного рукава 14. В этом варианте осуществления охлаждающее устройство 1 дополнительно оснащено множеством поперечных пластинчатых ламелей 16, расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении и имеющих проходящие через них прямые части 18, 28 трубы. Ламели 16 выполняют разнообразные функции. Во-первых, ламели 16 предназначены для поддерживания труб 8 в неподвижном взаимоотношении друг с другом по всей их длине. Для этого ламели 16 предусмотрены с окнами для прохождения через них прямых частей 18, 28 трубы. Во-вторых, ламели 16 предназначены для улучшения передачи тепла от труб 8 к морской воде. Для этого ламели 16 по меньшей мере частично соприкасаются с трубами 8. Предпочтительно как трубы 8, так и ламели 16 содержат материал, имеющий превосходную теплопроводность. В-третьих, ламели 16 расположены так, чтобы направлять излучение от источника 9 излучения к частям 18, 28 трубы, что в частности происходит, когда ламели 16 по меньшей мере частично покрыты покрытием, отражающим защищающее против обрастания излучение. Трубы 8 также могут быть по меньшей мере частично покрыты таким покрытием.
По сравнению с поперечными ламелями 16, показанными на Фиг. 2, смежные поперечные ламели 16 охлаждающего устройства 1, показанного на Фиг. 8 и 9, расположены на относительно небольшом расстоянии по отношению друг к другу. Для того, чтобы не вызывать избыточного препятствования течению морской воды через охлаждающее устройство 1, ламели 16 предусмотрены не только с окнами для обеспечения прохождения через них труб 8 и рукава 14, содержащего источник 9 излучения, но и с окнами 17 для обеспечения прохождения через них морской воды.
В конфигурации охлаждающего устройства 1, показанного на Фиг. 8 и 9, трубы 8, источник 9 излучения и ламели 16 расположены относительно друг друга таким образом, чтобы иметь минимальные эффекты затенения в охлаждающем устройстве 1, что означает, что излучение от источника 9 излучения может достигать почти любой поверхности. Излучение может падать на ламели 16 под острым углом, но все еще обеспечивается достижение некоторым излучением наружных углов ламелей 16, то есть, области ламелей 16 вблизи от труб 8. Следовательно, ламели 16 также остаются свободными от биообрастания под действием источника 9 излучения.
Источник 9 излучения и защитный рукав 14 в сборе проходят через коллектор 11 текучей среды. В показанном примере защитный рукав 14 имеет круглую периферию. Часть защитного рукава 14, присутствующая в коллекторе 11 текучей среды, может быть встроена во внутреннюю конструкцию 111 коллектора 11 текучей среды, которая предназначена для отделения относительно горячей текучей среды, подаваемой к трубам 8, от относительно холодной текучей среды, выпускаемой из труб 8. В частности, такая конструкция 111 может иметь часть 112 в форме цилиндра для образования части защитного рукава 14, как можно видеть на Фиг. 8, на которой коллектор 11 текучей среды в целях иллюстрирования показан с открытой стороной. Когда нужно удалить источник 9 излучения из охлаждающего устройства 1, это возможно сделать посредством удаления центрального колпачка 20 с коллектора 11 текучей среды и последующего вытягивания источника 9 излучения в направлении вертикально вверх, дополнительная разборка охлаждающего устройства 1 не требуется, что является важным преимуществом устройства рукава 14 для вмещения источника 9 излучения, согласно которому рукав 14 ориентирован вертикально, в это же время проходя как через коллектор 11 текучей среды, так и между различными трубами 8. Также, установка источника 9 излучения обратно на месте после его удаления представляет собой процесс, который может быть легко выполнен. В рамках изобретения, рукав 14 также может быть установлен с возможностью снятия в охлаждающем устройстве 1. В этом случае, часть 112 в форме цилиндра внутренней конструкции 111 коллектора 11 текучей среды преимущественно расположена так, чтобы охватывать часть рукава 14, присутствующую внутри коллектора 11 текучей среды.
Следует заметить, что ламели 16 могут иметь окна для обеспечения прохождения через них труб 8, как упомянуто выше, но, в качестве альтернативы, ламели 16 могут быть образованы как единое целое с секциями прямых частей 18, 28 трубы, проходящими через ламели 16, которые вместе далее называются элементами ламели. В этом случае, во время сборки охлаждающего устройства 1, трубы 8 образуются посредством соединения нескольких элементов ламели с частями труб 8, проходящими вниз из коллектора 11 текучей среды, причем первый элемент ламели прикрепляется к части труб 8, как описано выше, второй элемент ламели прикрепляется к первому элементу ламели, третий элемент ламели прикрепляется к второму элементу ламели, и так далее. U-образная часть 38 труб 8 прикрепляется к последнему элементу ламели полученного таким образом штабеля элементов ламели для завершения труб 8. Следовательно, после применения упомянутых выше элементов ламели образуется сегментированный внешний вид труб 8. Применение элементов ламели может способствовать упрощению процесса изготовления охлаждающего устройства 1.
На Фиг. 10, 11 и 12 проиллюстрирован факт того, что в качестве альтернативы в охлаждающем устройстве 1 могут быть использованы полые ламели 16. В этом случае, внутреннее пространство 116 полых ламелей 16 находится в непосредственном сообщении с трубами 8. Таким образом, во время работы охлаждающего устройства 1, охлаждаемая текучая среда передается не только через трубы 8, но и через ламели 16. Таким образом, достигается очень эффективная передача тепла к морской воде, которая обеспечивает, например, конструкцию охлаждающего устройства 1 с уменьшенным количеством труб 8, что может быть преимущественным с точки зрения эффекта защиты против обрастания источника 9 излучения благодаря факту наличия меньшего количества препятствий на пути излучения, которое исходит из источника 9 излучения во время его работы. Для полноты понимания следует заметить, что полые ламели 16 предусмотрены с центральным окном 117 для обеспечения прохождения через него источника 9 излучения и рукава 14 в сборе.
Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе, на котором показаны несколько полых ламелей 16, части труб 8, присутствующие в области охлаждающего устройства 1, в которой находятся ламели 16, и часть источника 9 излучения и рукава 14 в сборе. На Фиг. 11 показан подобный вид, с разрезом с одной стороны для иллюстрирования факта того, что внутреннее пространство 116 ламелей 16 является открытым к трубам 8. Также, структурные линии, которые скрыты на Фиг. 10, обозначены посредством пунктирных линий на Фиг. 11. На Фиг. 12 показан вид в разрезе ламелей 16, и к тому же показаны части труб 8 и часть источника 9 излучения и рукава 14 в сборе, показанных на Фиг. 10 и 11. Полые ламели 16 для практичности образованы как единое целое с секциями прямых частей 18, 28 трубы, проходящих через ламели 16, чтобы часть охлаждающего устройства 1, имеющая ламели 16, могла быть собрана посредством штабелирования элементов 115 ламели, содержащих комбинацию ламели 16 и секций прямых частей 18, 28 трубы и соединения друг с другом этих элементов 115 ламели.
На Фиг. 5 показан еще один вариант осуществления охлаждающего устройства 1. В этом варианте осуществления охлаждающее устройство 1 содержит продольные ламели 16, проходящие между двумя частями 18, 28, 118, 228 трубы или между частью 18, 28, 118, 228 трубы и источником 9 излучения для улучшения передачи тепла и/или эффекта защиты против обрастания источника 9 излучения.
В предпочтительной версии этого варианта осуществления источник 9 излучения расположен у центра, трубы 8 расположены в цилиндрической конфигурации вокруг источника 9 излучения, а ламели 16 проходят от каждой части 18, 28, 118, 228 трубы к центральному источнику 9 излучения, как видно на Фиг. 5.
Элементы и аспекты, описанные в конкретном варианте осуществления или имеющие отношение к нему, могут быть при возможности объединены с элементами и аспектами других вариантов осуществления, если не указано явно иначе. Изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Специалистам в данной области техники будут понятны модификации и изменения из прочтения и понимания предшествующего подробного описания. Изобретение следует понимать как включающее в себя все такие модификации и изменения, если они лежат в рамках объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов. Поскольку обрастание также может происходить в реках или озерах или в других областях, где охлаждающее устройство соприкасается с водой, изобретение в целом применимо к охлаждению посредством воды.
Реферат
Охлаждающее устройство (1) для охлаждения текучей среды с помощью воды поверхностных слоев, содержащее по меньшей мере одну трубу (8) для содержания и перемещения внутри себя текучей среды, причем наружная часть трубы (8) во время работы по меньшей мере частично погружена в воду поверхностных слоев для охлаждения трубы (8) для охлаждения посредством этого также текучей среды. Охлаждающее устройство (1) дополнительно содержит по меньшей мере один источник (9) излучения для образования излучения, которое подавляет обрастание на погруженной наружной части, причем источник (9) излучения имеет такие размеры и расположен относительно трубы (8) так, чтобы распределять защищающее против обрастания излучение на наружную часть трубы. Благодаря этой конструкции может быть обеспечена альтернативная и эффективная защита против обрастания охлаждающего устройства (1). 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.
