相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/784,977的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)被通過引用全部結(jié)合到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶龍骨冷卻器中的傳熱的改進(jìn)，并且特別涉及增強(qiáng)流經(jīng)龍骨冷卻器冷卻劑管的內(nèi)部冷卻劑的傳熱。

背景技術(shù)：

海運(yùn)船舶中的發(fā)熱源常常通過水、其它流體、或與其它流體混合的水進(jìn)行冷卻。在海運(yùn)船舶中，冷卻流體或冷卻劑流過發(fā)動(dòng)機(jī)或冷卻劑在那里獲得熱量的其它發(fā)熱源并且隨后流到管道回路的另一部分。熱量必須被從冷卻劑傳遞到周圍環(huán)境，例如船舶位于其中的水體。對(duì)于具有舷外馬達(dá)的小型船舶，被泵送通過該發(fā)動(dòng)機(jī)的陰冷的環(huán)境水是足夠多的冷卻劑。然而，在船舶電力需求量變大時(shí)，特別是在環(huán)境水是腐蝕性的海水和/或攜帶磨屑的情況下，被泵送通過該發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境水作為重要的污染損壞源。

已經(jīng)研發(fā)出多種用于冷卻海運(yùn)船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)和其它熱源的設(shè)備。在閉環(huán)管道回路中使用冷卻劑的一個(gè)這種設(shè)備是龍骨冷卻器。超過70年以前研發(fā)出龍骨冷卻器，用于附接于海運(yùn)船體結(jié)構(gòu)，它的示例在美國(guó)專利No.2,382,218(Fernstrum)中予以描述。龍骨冷卻器主要由固定于船體并且被多個(gè)導(dǎo)熱或冷卻劑管分隔開的一對(duì)間隔開的集管組成。在船舶的管道回路中，熱的冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)流到位于水位之下(即，暴露于空氣的水平面的下方)的龍骨冷卻器集管中，并且隨后流到冷卻劑管中。冷卻劑通過冷卻劑管流到相對(duì)的集管，并且冷卻的冷卻劑通過管道回路返回發(fā)動(dòng)機(jī)。設(shè)置在環(huán)境水中的集管和冷卻劑管操作以便將熱量從冷卻劑通過冷卻劑管和集管的壁輸送到環(huán)境水中。前述類型的龍骨冷卻器被稱之為單片龍骨冷卻器，這是由于它是一種整體式的單元，其主要部件被熔接或釬焊就位。然而，其它類型的龍骨冷卻器是己知的，該其它類型的龍骨冷卻器包括具有螺旋管構(gòu)造的可拆卸的龍骨冷卻器，其中，包括冷卻劑管的主要部件是可拆開的。

龍骨冷卻器的重要方面是將熱量從流經(jīng)冷卻劑管的內(nèi)部的冷卻劑有效地輸送到外側(cè)周圍的冷卻器環(huán)境水中的能力。存在影響龍骨冷卻器傳熱的若干因素，這些因素中的一個(gè)是熱量流到內(nèi)部流體(即，冷卻劑)或外部流體(即，環(huán)境水)中或從其流出的速率。對(duì)于任一流體中的熱流的高阻力將產(chǎn)生傳熱的減緩的總體速率。對(duì)于冷卻劑，內(nèi)部傳熱(H_i)是冷卻劑熱特性、內(nèi)部管幾何結(jié)構(gòu)、冷卻劑流量、每一個(gè)管的冷卻劑流動(dòng)分布、冷卻劑流動(dòng)特性(即，層流或湍流)、和內(nèi)側(cè)壁摩擦系數(shù)的函數(shù)。對(duì)于環(huán)境水，外部傳熱(H₀)是外部流體熱特性、外部管/龍骨冷卻器幾何結(jié)構(gòu)、流動(dòng)特性和限制、管組件、船體上的位置、以及穿過該龍骨冷卻器的環(huán)境水的速度和方向的函數(shù)。在整體傳熱中考慮的其它因素包括冷卻劑管壁厚度和管材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

改進(jìn)整體傳熱的一個(gè)己知方法是增大龍骨冷卻器的有效面積，以便增大為熱流設(shè)置的傳導(dǎo)屏障。換句話說，較大的龍骨冷卻器面積將導(dǎo)致將在給定時(shí)間內(nèi)在給定溫差的情況下流過的更多數(shù)量的熱量。龍骨冷卻器通常設(shè)置在船舶的船體的底部處的凹部中，并且有時(shí)被安裝在船舶的側(cè)部上，但是總是位于吃水線的下方。船舶船體上的用于容納龍骨冷卻器的區(qū)域被稱之為“占用空間”。然而，用于海運(yùn)船舶的龍骨冷卻器的重要方面是要求它們具有盡可能小的占用空間，同時(shí)滿足或超過它們的熱交換要求并且使冷卻劑流程中的壓降最小化。這樣一來，現(xiàn)有技術(shù)中的龍骨冷卻器通過利用矩形管并將它們間隔成彼此相對(duì)接近來使它們的占用空間最小化以便產(chǎn)生大的熱流表面積。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的龍骨冷卻器常常具有在兩個(gè)集管之間延伸的總共八個(gè)矩形的冷卻劑管，包括六個(gè)中間管和兩個(gè)外側(cè)管，它們通常具有1.375英寸×0.218英寸、1.562英寸×0.375英寸、或2.375英寸×0.375英寸的橫截面尺寸。然而，對(duì)于提高船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料效率和額定載重量的需求已經(jīng)導(dǎo)致了較高的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出溫度和關(guān)于龍骨冷卻器傳熱效率的更大需求，并且由于該龍骨冷卻器必須維持盡可能小的占用空間，因此存在對(duì)于以其它方式改進(jìn)龍骨冷卻器的傳熱效率的需要。

改進(jìn)龍骨冷卻器的另一方法是改進(jìn)內(nèi)部冷卻劑的流量和流動(dòng)分布。眾所周知的是，流經(jīng)冷卻劑管的冷卻劑的流量具有傳熱部分依賴的速度。此外，在龍骨冷卻器技術(shù)中同樣眾所周知的是，兩個(gè)外側(cè)管具有暴露于外部環(huán)境水的最大的暴露區(qū)域，并且增大到這些外部管的流動(dòng)分布也會(huì)改進(jìn)龍骨冷卻器效率。然而，具有矩形集管和矩形導(dǎo)熱管的龍骨冷卻器會(huì)在水平管中提供不均衡的冷卻劑流，這會(huì)導(dǎo)致過度的壓降和較差的傳熱。特別地，甚至在存在被設(shè)計(jì)用于將冷卻劑傳送到這些外側(cè)管的孔口的情況下，流經(jīng)該熱交換器的冷卻劑可具有有限的通向外側(cè)管的通路。這樣一來，在過去15年內(nèi)的絕大多數(shù)的龍骨冷卻器發(fā)展集中在通過增強(qiáng)經(jīng)過側(cè)部管和中間管的流量以及使其相等來提高傳熱效率。例如，美國(guó)專利No.6,575,227(具有與本發(fā)明相同的受讓人)涉及一種具有傾斜底壁的龍骨冷卻器，其中，外側(cè)管孔口處于冷卻劑流的天然流動(dòng)路徑中，用于提高到冷卻劑管的流量和流動(dòng)分布。美國(guó)專利No.6,896,037(同樣具有相同的受讓人)另外在集管中設(shè)置流體流轉(zhuǎn)向器，用于有助于冷卻劑朝向內(nèi)部管和外側(cè)管流動(dòng)。美國(guó)專利No.7,055,576(Fernstrum)涉及一種用于通過利用箭頭形設(shè)計(jì)的孔口增大經(jīng)過側(cè)部管的冷卻劑的流量來增強(qiáng)龍骨冷卻器效率的設(shè)備。然而，如已經(jīng)提及的那樣，關(guān)于龍骨冷卻器效率的需求持續(xù)增大，并且在龍骨冷卻器的領(lǐng)域中存在對(duì)于新發(fā)展的需要，這通過本發(fā)明來滿足。

現(xiàn)有技術(shù)中尚未關(guān)注到的用于增強(qiáng)龍骨冷卻器傳熱的方法是通過增強(qiáng)流經(jīng)冷卻劑管的內(nèi)部冷卻劑的湍流。在最新式的龍骨冷卻器設(shè)計(jì)中，矩形冷卻劑管具有促進(jìn)冷卻流體在冷卻劑管內(nèi)壁處或其附近的層流的相對(duì)平滑的內(nèi)表面。層流被定義為粘性流體流以低速度與管表面相接觸從而不產(chǎn)生流體的任何混合的流動(dòng)狀況。在層流狀態(tài)中，與管壁接觸的流體將具有其通過粘滯阻力或摩擦力而降低的速度，這產(chǎn)生了充當(dāng)具有高粘性的剪應(yīng)力的區(qū)域的“邊界層”。該粘性的剪切層或邊界層起作用以通過壁處的無滑移條件阻止流體沿著管道通過。在該邊界層內(nèi)，這些粘性的摩擦應(yīng)力導(dǎo)致到體相流體中的能量耗散，它作為熱量顯現(xiàn)出。換句話說，該邊界層不僅抑制了體相流體中的混合，而且在冷卻劑管內(nèi)壁(即，傳熱表面)處用作隔熱的發(fā)熱層，因此降低了龍骨冷卻器的整體傳熱。

另一方面，增強(qiáng)冷卻劑內(nèi)的湍流可有助于使耐熱邊界層最小化。湍流通常被定義為流體展現(xiàn)出無秩序的特性改變(例如流體的速度和壓力圍繞一些平均值快速波動(dòng))的流動(dòng)狀態(tài)。流體流是否將導(dǎo)致層流或湍流主要由雷諾數(shù)確定，雷諾數(shù)可被定義為流體的慣性力與粘性力之間的比率。就這點(diǎn)而論，雷諾數(shù)是流體速度的函數(shù)，并且在流體速度增大時(shí)，可達(dá)到慣性力支配粘性力的過渡區(qū)。這可允許流體中的湍流旋渦的發(fā)展，這些湍流旋渦會(huì)沖撞和破壞該邊界層，從而導(dǎo)致邊界層厚度減小。在湍流被進(jìn)一步增大時(shí)，旋渦運(yùn)動(dòng)會(huì)變成逐漸不規(guī)則的，從而導(dǎo)致旋渦自壁上爆裂并且與體相流體混合(即，流體的位于該邊界層的遠(yuǎn)離該管壁的外側(cè)的區(qū)域)。所形成的湍流旋渦可輸送大量的熱能。因此，在自管壁上爆裂和/或沖撞該管壁的旋渦起作用以瓦解或破壞該邊界層隔離并從該壁獲取大量冷卻器流體并且將它散布到熱的體相流體區(qū)域中的情況下，可增大傳熱。

盡管湍流背后的科學(xué)并不被視為一種充分理解的技術(shù)，但是通常相信的是，增大龍骨冷卻器管的內(nèi)部的湍流將導(dǎo)致冷卻劑的壓降的增大。這被相信由在它們四處移動(dòng)時(shí)彼此相互作用的、在體相流體被迫驅(qū)動(dòng)這些不規(guī)則的渦旋運(yùn)動(dòng)時(shí)交換動(dòng)量和能源、并消耗流體的機(jī)械能的具有不同尺寸的湍流旋渦導(dǎo)致。換句話說，在龍骨冷卻器技術(shù)中，所相信的是，由于流體顆粒的與體相流體流動(dòng)的方向相反的增大的橫向運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)湍流將導(dǎo)致增大的阻力和壓降。在龍骨冷卻器技術(shù)中，增大系統(tǒng)壓降被視為破壞了龍骨冷卻器性能并且有損于該龍骨冷卻器的整體效用。這是因?yàn)楹＿\(yùn)船舶上的龍骨冷卻器通常受到海運(yùn)馬達(dá)的泵送能力的限制并且通常并不具有補(bǔ)償增大的壓降的外部泵。換句話說，不同于可向外部泵提供較大占用空間的陸用熱交換器系統(tǒng)，龍骨冷卻器具有嚴(yán)格的尺寸和實(shí)用上阻止使用外部泵的有效載荷約束。正是為此，龍骨冷卻器技術(shù)中的發(fā)展已經(jīng)在傳統(tǒng)上避免增強(qiáng)冷卻劑湍流，用于關(guān)注增大的壓降。

據(jù)說試圖破壞矩形龍骨冷卻器管的內(nèi)部的冷卻劑流動(dòng)型態(tài)的市場(chǎng)上唯一己知的龍骨冷卻器是一種在冷卻劑管的內(nèi)部表面上具有多個(gè)粗糙要素的設(shè)備。該己知設(shè)備的粗糙要素是呈設(shè)置在冷卻劑管內(nèi)壁上的隆起的形式的小突起。該設(shè)備的隆起的高度為約0.015英寸，具有0.022英寸的直徑，并且在交錯(cuò)構(gòu)造中被均勻地間隔開0.060英寸。所相信的是，這些粗糙要素的目的是，破壞冷卻劑管內(nèi)壁處的邊界層隔離。然而，在龍骨冷卻器工業(yè)中眾所周知的是，該設(shè)備在對(duì)于傳熱具有少量改進(jìn)的情況下顯著地增大了壓降。因此，所相信的是，該裝置并未增強(qiáng)湍流冷卻劑流動(dòng)和/或產(chǎn)生不規(guī)則的旋渦運(yùn)動(dòng)以致于有效地混合體相冷卻劑來改進(jìn)傳熱。相反，該設(shè)備起作用來增大冷卻劑管壁的表面粗糙度，這根據(jù)眾所周知的穆迪圖增大了摩擦系數(shù)，并且因此導(dǎo)致了壓降的察覺到的增大。該設(shè)備到該龍骨冷卻器中的引入進(jìn)一步減少了本領(lǐng)域技術(shù)人員將冷卻劑流動(dòng)特性作為成功地增大傳熱的途徑的視線。

由于它通常屬于龍骨冷卻器傳熱，因此存在僅對(duì)使用外部翅片來改進(jìn)與環(huán)境水進(jìn)行的外部傳熱(H₀)具有普遍興趣的己知龍骨冷卻器。例如，美國(guó)專利No.3,841,396(Knaebel)提供了一種海運(yùn)船舶熱交換器，該海運(yùn)船舶熱交換器具有連接至縱向構(gòu)件的一系列徑向延伸的外部翅片。該Knaebel發(fā)明設(shè)置這些外部翅片來增大該熱交換器的表面積并且并不教導(dǎo)湍流來改進(jìn)內(nèi)部傳熱(H_i)。在美國(guó)專利No.3,240,179(Van Ranst)中，公開了一種海運(yùn)熱交換器，該海運(yùn)熱交換器在橫向迂回構(gòu)造中提供了底部片材部分。該Van Ranst發(fā)明意在提供與該完整的單元成比例的相對(duì)大的有效熱交換面積。該Van Ranst發(fā)明還提供了一種內(nèi)部冷卻劑流體的平滑的流動(dòng)路徑，該平滑的流動(dòng)路徑被描述成是“最佳的”并且被相信背離促進(jìn)湍流流體流動(dòng)給出了教導(dǎo)。在美國(guó)專利No.3,650,310(Childress)中，提供了一種組合式船配平調(diào)整片和熱交換器，其具有固定于該本體的外側(cè)的底部的細(xì)長(zhǎng)翅片以便增大熱交換面積。Childress還提供了一種內(nèi)部蛇形通道和內(nèi)部冷卻翅片，以便進(jìn)一步增大冷卻液體與本體之間的熱交換面積。Childress的本發(fā)明并未公開使用湍流的冷卻劑流來增大傳熱。美國(guó)專利No.3,177,936(Walter)提供了一種海運(yùn)熱交換器，該海運(yùn)熱交換器包括具有內(nèi)部螺旋形擋板的槽式換熱管。Walter發(fā)明的槽管意在增大換熱表面面積以及改進(jìn)外部海水在管上的流動(dòng)。Walter發(fā)明中的螺旋形擋板意在用機(jī)械的方法攪動(dòng)冷卻劑并且將管劃分成至少兩個(gè)蛇形的流道。Walter發(fā)明并未公開促進(jìn)冷卻劑的湍流，這是因?yàn)樵撔g(shù)語在本領(lǐng)域中在該發(fā)明時(shí)是眾所周知的。更具體地，Walter并未教導(dǎo)通過自然地出現(xiàn)旋渦運(yùn)動(dòng)來增強(qiáng)湍流以便改進(jìn)體相流體混合，并且改為僅用機(jī)械的方法在某種未知的程度上攪動(dòng)冷卻劑。此外，冷卻劑管內(nèi)的這種劃分被相信限制了冷卻劑流動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致與同樣定位的不具有溝槽和擋板的管相比在壓降方面的大幅增長(zhǎng)。因此，如通過在龍骨冷卻器現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺點(diǎn)可看出的那樣，存在在不增大壓降的情況下進(jìn)一步改進(jìn)傳熱的需要，這可由本發(fā)明通過設(shè)置用于在內(nèi)部冷卻劑中使用的湍流增強(qiáng)器來實(shí)現(xiàn)。

己知將被稱之為插件、管插件、障礙物或靜態(tài)混合器的湍流器設(shè)置在管內(nèi)，以便促進(jìn)和/或增強(qiáng)湍流流體流動(dòng)。盡管湍流器用于增強(qiáng)湍流并促進(jìn)體相流體混合來改進(jìn)傳熱是己知的，但是它們不利地增大了壓降同樣是己知的。由于龍骨冷卻器技術(shù)中的技術(shù)人員已經(jīng)被教導(dǎo)避免由于海運(yùn)馬達(dá)的泵送約束所導(dǎo)致的增大的壓降，因此，通常已經(jīng)將湍流器的使用和教導(dǎo)限制于陸用熱交換器系統(tǒng)，在陸用熱交換器系統(tǒng)中，壓力損失可被通過外部泵送裝置進(jìn)行補(bǔ)償。此外，龍骨冷卻器技術(shù)中的創(chuàng)新的相對(duì)減緩的速率與缺乏對(duì)于湍流的理解相結(jié)合已經(jīng)僅進(jìn)一步影響了龍骨冷卻器技術(shù)中的普通技術(shù)人員在邏輯上向其它熱交換器系統(tǒng)投入他們的注意力。

因此，已經(jīng)存在多年以來已經(jīng)頒布的僅對(duì)涉及湍流器的問題存在普遍興趣的多個(gè)專利。美國(guó)專利No.3,981,356(Granetzke)描述了一種換熱管，該換熱管具有成螺旋設(shè)置以形成湍流器的膨脹金屬條帶。該布置被意在將一部分液體朝向內(nèi)壁表面引導(dǎo)以便控制熱流，然而，它也導(dǎo)致了增大的壓降。該Granetzke發(fā)明主張通過改變膨脹金屬構(gòu)造來調(diào)節(jié)壓降方面的該增大。接下來參照美國(guó)專利No.6,578,627(Liu等人)，該專利公開了一種用于空調(diào)系統(tǒng)的呈肋狀的渦流發(fā)生器的翅片型態(tài)，該翅片型態(tài)在該翅片上具有多個(gè)棱柱狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)具有不同的高度，用于增強(qiáng)傳熱，同時(shí)據(jù)說導(dǎo)致很小的壓力驟降。同樣，美國(guó)專利No.7,637,720(Liang)提供了一種用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的具有倒V形狀的渦輪機(jī)葉片一起使用的湍流器，其中，在相鄰?fù)牧髌髦g具有擴(kuò)散槽。在美國(guó)專利No.4,865,460(Friedrich)中，公開了一種靜態(tài)混合裝置，該靜態(tài)混合裝置具有延伸越過導(dǎo)管的多排間隔開的平行管。管被設(shè)置成使得相鄰的管彼此成直角定位，這提供了用于混合粘性的樹脂介質(zhì)的扭曲路徑。Friedrich發(fā)明要求產(chǎn)品在高壓下通過靜態(tài)混合器的扭曲路徑供給并且并未公開壓力損失的效果。

根據(jù)前述內(nèi)容，應(yīng)理解的是，具有最小占用空間、最大的整體傳熱、和最小的內(nèi)部壓降的龍骨冷卻器被視為是最合乎要求的。然而，盡管存在在普通熱交換器中利用湍流器來增強(qiáng)湍流和增大傳熱的多種努力，但是在與海運(yùn)龍骨冷卻器相關(guān)的該領(lǐng)域中尚未獲知發(fā)展。由于海運(yùn)馬達(dá)必須變得更為高效并且運(yùn)載更重的有效載荷，因此關(guān)于龍骨冷卻器效率的需求在增大。如果湍流增強(qiáng)器可被選擇成增強(qiáng)傳熱，同時(shí)基本上并不大幅增大壓降到無法接受的程度，則在龍骨冷卻器工業(yè)中會(huì)存在顯著的經(jīng)濟(jì)節(jié)省。因此，對(duì)于一種龍骨冷卻器存在一種長(zhǎng)期以來尚未令人滿意的需要，該龍骨冷卻器通過在不存在壓降的大幅增長(zhǎng)的情況下增強(qiáng)冷卻劑管內(nèi)部的湍流的冷卻劑流來改進(jìn)傳熱。具有改進(jìn)的傳熱的這種龍骨冷卻器可以進(jìn)一步縮小該龍骨冷卻器所需的尺寸、獲得龍骨冷卻器的成本、和與龍骨冷卻器相關(guān)聯(lián)的制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供一種龍骨冷卻器組件來滿足龍骨冷卻器技術(shù)中的多種長(zhǎng)期以來尚未令人滿意的需要，該龍骨冷卻器組件包括集管和至少一個(gè)冷卻劑管，該至少一個(gè)冷卻劑管包括用于增強(qiáng)冷卻劑的湍流的裝置，用于在不大幅增大冷卻劑的壓降的情況下并且同樣在不增大該龍骨冷卻器的占用空間的情況下改進(jìn)傳熱。該集管可包括上壁、端壁、底壁、相對(duì)的側(cè)壁、和傾斜表面，該傾斜表面可操作地連接上壁、底壁和側(cè)壁并且也具有空間以接收每一個(gè)內(nèi)部冷卻劑管。每一個(gè)冷卻劑管均可從集管沿著縱向方向延伸并且包括細(xì)長(zhǎng)的本體部分，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分包括內(nèi)部表面，該內(nèi)部表面形成用于允許冷卻劑的流動(dòng)并且也被構(gòu)造成用于增強(qiáng)湍流的內(nèi)部通道。每一個(gè)冷卻劑管均可具有用于冷卻劑的進(jìn)入的至少一個(gè)入口和用于冷卻劑的外出的至少一個(gè)出口。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，可存在這些冷卻劑管中的八個(gè)或更多個(gè)。

本發(fā)明的另一方面涉及一種設(shè)置，其中，用于增強(qiáng)湍流的裝置包括用于在冷卻劑中產(chǎn)生湍流尾流的裝置，以便增大旋渦運(yùn)動(dòng)并在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)傳熱。在優(yōu)選實(shí)施例中，用于產(chǎn)生湍流尾流的裝置被設(shè)置在冷卻劑的體相區(qū)域中，該體相區(qū)域?yàn)榱黧w的位于邊界層的外部的遠(yuǎn)離該冷卻劑管壁的區(qū)域。

本發(fā)明的再一方面涉及一種設(shè)置，其中，用于增強(qiáng)湍流的裝置包括用于在冷卻劑中產(chǎn)生和傳播湍流渦流的裝置，用于增強(qiáng)體相冷卻劑混合，以便在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)傳熱。

本發(fā)明的又一方面通過設(shè)置多個(gè)湍流增強(qiáng)器來獲得前述裝置，這多個(gè)湍流增強(qiáng)器從冷卻劑管內(nèi)部表面向內(nèi)延伸到管內(nèi)部通道中并且被呈預(yù)定圖案設(shè)置。湍流增強(qiáng)器可被通過設(shè)置具有多種構(gòu)造的湍流器來提供。湍流器可被作為插件提供，例如具有圓形截面、橢圓形截面、或卵形截面的圓柱形插件；中空插件，例如具有內(nèi)部通道的插件；呈長(zhǎng)方體、例如具有正方形或矩形截面的長(zhǎng)方體的形式的插件；錐體形插件，例如具有三角形截面的插件；扁鋼；具有翼狀構(gòu)造的桿；具有多角形構(gòu)造的插件；具有一個(gè)或多個(gè)倒圓表面的插件；具有帶有結(jié)合的倒圓表面和平坦表面的構(gòu)造的插件；或具有不規(guī)則截面的任何種類的插件。本發(fā)明并不限于具有作為湍流器的插件并且可以例如包括帶有壁的冷卻劑管，這些冷卻劑管具有作為相應(yīng)的壁的一體部分的內(nèi)部湍流器。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器的另一方面通過設(shè)置湍流器作為冷卻劑流的障礙物。除了別的之外，這種障礙物可以是具有多種構(gòu)造的銷釘、傾斜成V形圖案的障礙物、具有淚珠形截面的翼片構(gòu)造、具有或不具有孔口的障礙物、具有波狀形狀的障礙物、具有星形截面的障礙物等。該障礙物可從內(nèi)壁表面部分地延伸到冷卻劑管內(nèi)部中，或者可以延伸到管內(nèi)部中并且可被附接于管內(nèi)部中的兩個(gè)或更多個(gè)附接點(diǎn)。在一些情形中，障礙物可在各個(gè)管中縱向延伸并且可不附接于冷卻劑管內(nèi)部表面。

本發(fā)明另一涉及用于其中將會(huì)放置湍流器的具有相應(yīng)的尺寸和形狀的龍骨冷卻器管的湍流器的尺寸。

本發(fā)明的另一方面是龍骨冷卻器管中的各個(gè)湍流器之間的距離、龍骨冷卻器管中的每一個(gè)湍流器的位置、湍流器之間的間隔、和龍骨冷卻器管中的湍流器的圖案—所有的這些均用于在最小化冷卻劑的壓降的增大的同時(shí)并且在并不不合理地增大龍骨冷卻器的占用空間的同時(shí)增強(qiáng)傳熱。

除了別的之外，根據(jù)冷卻劑的性質(zhì)、龍骨冷卻器管的形狀和尺寸、冷卻劑的壓力，前述湍流器可以沿著不同的方向面對(duì)該龍骨冷卻器管的內(nèi)側(cè)。

本發(fā)明的另一方面涉及用于龍骨冷卻器的冷卻劑管的設(shè)置，該冷卻劑管包括細(xì)長(zhǎng)的本體部分，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分具有形成內(nèi)部通道的內(nèi)部表面并包括從該內(nèi)部表面延伸的多個(gè)湍流器。湍流器被構(gòu)造成與冷卻劑相互作用，用于增強(qiáng)湍流以便在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)傳熱，并且可能地導(dǎo)致冷卻劑管構(gòu)成其部件的龍骨冷卻器的占用空間的減少。在優(yōu)選實(shí)施例中，各個(gè)冷卻劑管均具有矩形截面，該矩形截面可包括為該工業(yè)所共用的截面尺寸。該冷卻劑管可以是龍骨冷卻器內(nèi)部冷卻劑管或外部冷卻劑管并且可根據(jù)具體構(gòu)造具有多個(gè)入口和/或出口。

通過本文中所討論的設(shè)置和實(shí)施例，本發(fā)明的一般目的是增強(qiáng)龍骨冷卻器中的傳熱，同時(shí)使流經(jīng)該龍骨冷卻器的冷卻劑的壓降的任何增大最小化。

本發(fā)明的另一目的是增強(qiáng)流經(jīng)龍骨冷卻器管的冷卻劑的湍流，同時(shí)并不大幅增大冷卻劑的壓降。本發(fā)明的再一目的是在冷卻劑中自然地產(chǎn)生湍流尾流；并且更進(jìn)一步地，目的是在冷卻劑中產(chǎn)生湍流渦流，同時(shí)均不大幅增大壓降。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的目的是通過在不大幅增大壓降的情況下在冷卻劑的體相區(qū)域中自然地出現(xiàn)渦旋運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生湍流尾流和/或湍流渦流。

本發(fā)明的另一目的是增強(qiáng)湍流，用于以與體相流體速度或流量無關(guān)的方式改進(jìn)傳熱。在優(yōu)選實(shí)施例中，即便在冷卻劑管內(nèi)壁在各個(gè)湍流增強(qiáng)器之間是基本上平滑的時(shí)，湍流也被增強(qiáng)并且傳熱在不大幅壓降的情況下得到改進(jìn)。

本發(fā)明的再一目的是提供一種用于龍骨冷卻器管的湍流增強(qiáng)器，用于增強(qiáng)龍骨冷卻器的傳熱能力。

本發(fā)明的附加目的是增強(qiáng)龍骨冷卻器管內(nèi)的湍流以便提高龍骨冷卻器的傳熱能力，從而減小龍骨冷卻器的占用空間的尺寸，以便因此降低船舶所有者所用的將要結(jié)合龍骨冷卻器的成本。

本發(fā)明的一般目的是以經(jīng)濟(jì)的和實(shí)用的方式增強(qiáng)龍骨冷卻器的效率和效能。

通過下列說明書和所附權(quán)利要求書，這些和其它目的應(yīng)該是顯然的。

附圖說明

本發(fā)明可在某些元件和元件的布置中采取實(shí)體形態(tài)，其優(yōu)選實(shí)施例將被在該專利說明書中進(jìn)行具體地描述并且被圖示在形成其一部分的附圖中，并且其中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的處于水中船舶上的龍骨冷卻器的示意圖。

圖2是龍骨冷卻器的透視圖，其包括集管的局部剖視圖和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有矩形截面的冷卻劑管的剖視圖。

圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的龍骨冷卻器的一部分的截面圖，示出了冷卻劑管的集管和部件。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的龍骨冷卻器的一部分的透視圖，其包括正方形集管的局部剖視圖和具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖5A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的冷卻劑管的一部分的截面透視圖，示出了冷卻劑管的內(nèi)部的呈交錯(cuò)排列方式設(shè)置的多個(gè)實(shí)心的圓柱形湍流器。圖5B是其截面圖，并且還包括冷卻劑流體流和湍流尾流(W)區(qū)域的示意圖。

圖6是示出了用于本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的傳熱系數(shù)與體積流速的被檢測(cè)的并與現(xiàn)有技術(shù)相比較的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖7是示出了用于本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的壓力損失與體積流量的被檢測(cè)的并與現(xiàn)有技術(shù)相比較的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖8A是處于間隔圖案中的冷卻劑管和湍流器的截面示意圖，示出了冷卻劑流動(dòng)路徑、邊界層、和湍流尾流。圖8B是處于間隔圖案中的冷卻劑管和湍流器的截面示意圖，示出了冷卻劑流動(dòng)路徑、邊界層、和湍流渦流。

圖9A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的冷卻劑管的一部分的截面透視圖，示出了冷卻劑管的內(nèi)部的呈交錯(cuò)排列方式設(shè)置的多個(gè)中空的圓柱形湍流器。圖9B是其截面圖，并且還包括冷卻劑流體流和湍流尾流(W)區(qū)域的示意圖。

圖10A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的冷卻劑管的一部分的截面透視圖，示出了冷卻劑管的內(nèi)部的呈交錯(cuò)排列方式設(shè)置的多個(gè)翼狀的湍流器。圖10B是其截面圖，并且還包括冷卻劑流體流和湍流尾流(W)區(qū)域的示意圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的龍骨冷卻器的一部分的透視圖，其包括帶斜面集管的局部剖視圖和具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的的剖視圖。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的龍骨冷卻器的一部分的透視圖，其包括具有成角度的壁的正方形集管的局部剖視圖和具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的龍骨冷卻器的一部分的透視圖，其包括具有流體流轉(zhuǎn)向器的正方形集管的局部剖視圖和具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖14是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的龍骨冷卻器的一部分的透視圖，其包括具有箭頭形孔口的正方形集管的局部剖視圖和具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖15是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的雙道龍骨冷卻器的透視圖，其包括具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖16是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有兩個(gè)單道部分的多系統(tǒng)組合的龍骨冷卻器的透視圖，其包括具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖17是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有單道部分和雙道部分的龍骨冷卻器的透視圖，其包括具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

圖18是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有兩個(gè)雙道部分的龍骨冷卻器的透視圖，其包括具有湍流增強(qiáng)器的冷卻劑管的剖視圖。

具體實(shí)施方式

用于水上或海運(yùn)船舶的龍骨冷卻器系統(tǒng)的基本部件在圖1中示出。該系統(tǒng)包括熱源1、龍骨冷卻器3、用于從熱源1向龍骨冷卻器3輸送熱的冷卻劑的管道5、和用于從龍骨冷卻器3向熱源1輸送冷卻的冷卻劑的管道7。如圖1中所示，龍骨冷卻器3位于環(huán)境水中，低于吃水線(即低于出現(xiàn)水沫和氣泡的暴露于空氣的吃水線)，并且來自熱的冷卻劑的熱量被通過龍骨冷卻器3的壁進(jìn)行傳遞并且被排出到冷卻器環(huán)境水中。熱源1可以是用于船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、或其它熱源。龍骨冷卻器3可以是一種單片龍骨冷卻器，然而，本發(fā)明并不局限于單片龍骨冷卻器系統(tǒng)并且可包括具有可分離的元件(例如螺旋形的冷卻劑管)的可拆卸的龍骨冷卻器系統(tǒng)，乃至熔接到船體以便形成封閉通道的槽鋼熱交換器系統(tǒng)，在該封閉通道中，冷卻劑被傳輸通過該船體并且流動(dòng)通過該通道。

在上文以及下列討論中，術(shù)語“上部”、“內(nèi)部”、“向下”、“端部”等等涉及如圖2中所示的如在水平位置中觀看到的龍骨冷卻器、冷卻劑管、或集管。這樣做實(shí)現(xiàn)了例如當(dāng)在水上船舶上使用時(shí)，這些單元可被安裝在該船舶的側(cè)部上，或者被傾斜在船體的船頭端或船尾端上，或者與船體間隔開，或者被安裝在多個(gè)其它位置中。

轉(zhuǎn)向圖2，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的龍骨冷卻器10。龍骨冷卻器10包括處于一組水平的矩形冷卻劑管(也被稱之為導(dǎo)熱或冷卻劑流管)50的相對(duì)端部處的一對(duì)集管30。冷卻劑管50包括內(nèi)部或內(nèi)冷卻劑管51和外部或外冷卻劑管60。如圖2中所示，集管30可具有大致呈棱柱形的結(jié)構(gòu)，其包括上壁或蓋34、端壁或后壁36、和底壁或基底32。集管端壁36垂直于冷卻劑管50的上表面和下表面定位于其中的平行平面。在一些龍骨冷卻器中，端壁36和基底32成直角形成，如圖2中所示。然而，如下文中所討論的那樣，集管的其它構(gòu)造是有可能。

龍骨冷卻器10連接至一對(duì)噴嘴20延伸通過的船舶的船體。噴嘴20具有處于端部處的接頭21以及帶有螺紋23的圓柱形連接器22。噴嘴20將冷卻劑排放到龍骨冷卻器10中以及從龍骨冷卻器10中排出。大襯墊26各自具有分別靠在集管30上的一側(cè)和接合該船舶的船體的另一側(cè)。當(dāng)龍骨冷卻器10被安裝在船舶上時(shí)，橡皮墊圈25B被設(shè)置在船體的內(nèi)部上，并且金屬墊圈25A座置在橡皮墊圈25B上。通常由與噴嘴20兼容的金屬制成的螺母24擰緊在連接器22上的多組螺紋23上，以便將襯墊26和橡皮墊圈25B擰緊靠在船體上，從而將龍骨冷卻器10保持就位并且密封住船體滲透以防止其泄漏。出于三個(gè)重要的目的設(shè)置襯墊26。首先，它們使集管絕緣以防止電化學(xué)腐蝕。第二，它們消除了環(huán)境水到船舶中的滲入。第三，它們通過在龍骨冷卻器與船舶船體之間產(chǎn)生分隔距離從而允許環(huán)境水流經(jīng)該空間來允許在龍骨冷卻器管與船舶之間的空間中進(jìn)行傳熱。襯墊26通常由聚合物質(zhì)制成。在常規(guī)情形中，襯墊26的厚度介于四分之一英寸與四分之三英寸之間。

來自該船舶的管道借助于水管附接于接頭21和連接器22。隔離艙或吸水箱(船舶的部件)在每一個(gè)端部(未示出)處包含直接處于船體內(nèi)部的螺帽24和噴嘴20的多個(gè)部分。在環(huán)境水會(huì)在幾乎沒有限制的情況下在滲透位置處以其它方式流到船舶中的情況下，龍骨冷卻器將會(huì)嚴(yán)重受損或損毀，由此，設(shè)置吸水箱以防止環(huán)境水流到船舶中。上述龍骨冷卻器示出了用于將傳熱流體輸送進(jìn)出該龍骨冷卻器的噴嘴。然而，存在用于將流體輸送進(jìn)出該龍骨冷卻器的其它裝置。例如，在法蘭安裝的龍骨冷卻器中，存在一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管，例如從船體延伸的以及從具有用于連接在一起以形成傳熱流體流動(dòng)路徑的端部法蘭的龍骨冷卻器延伸的管道。通常，在法蘭之間插入襯墊。存在用于將龍骨冷卻器連接于船舶中的冷卻劑管道系統(tǒng)的其它裝置。本發(fā)明并不依賴于用于將龍骨冷卻器連結(jié)于該冷卻劑管道系統(tǒng)的這類連接。

轉(zhuǎn)向圖3，圖3在截面中示出了龍骨冷卻器10的一部分，噴嘴20被示出成連接至集管30。噴嘴20具有接頭21，并且連接器22具有螺紋，如上所述。噴嘴20的接頭21通常被釬焊或熔接在連接器22的內(nèi)部?jī)?nèi)，該接頭21在船體的內(nèi)部延伸。法蘭28環(huán)繞噴嘴20延伸通過的內(nèi)側(cè)孔口27并且被設(shè)置成用于有助于將噴嘴20支承在集管30上的直立位置中。法蘭28在上壁34的下側(cè)上接合加強(qiáng)板29。在此方式，噴嘴20可以是用于從發(fā)動(dòng)機(jī)接收熱的冷卻劑的入口導(dǎo)管，但也可以是用于從集管30接收冷卻的冷卻劑用于循環(huán)回?zé)嵩吹某隹趯?dǎo)管，其中，熱的冷卻劑的流動(dòng)在圖3中由箭頭C表明。

參照?qǐng)D2-3，集管30還包括由一系列指狀件42組成的傾斜表面或壁41，這一系列指狀件42相對(duì)于冷卻劑管50是傾斜的并且限定空間以接收內(nèi)部冷卻劑管51的端部部分或冷卻端口44。內(nèi)部冷卻劑管51的端部部分或端口44延伸通過傾斜表面41并且被釬焊或熔接于指狀件42以便形成連續(xù)表面。集管30的每一個(gè)外部側(cè)壁由延伸到集管30中的外部矩形冷卻劑管60組成。圖2-3示出了外部冷卻劑管60的兩側(cè)，包括最外側(cè)壁61和內(nèi)部側(cè)壁63。圓形孔口31被示出為延伸通過外部冷卻劑管60的內(nèi)部側(cè)壁63，并且被設(shè)置成用于將流經(jīng)外部冷卻劑管60的冷卻劑輸送進(jìn)出集管30。集管30也可具有排出孔口33，用于接收相應(yīng)地帶螺紋的且可移除的塞子，用于清空龍骨冷卻器10的內(nèi)容物。

由于龍骨冷卻器有時(shí)被用在腐蝕性的海水環(huán)境中，因此龍骨冷卻器通常由90-10銅鎳合金或具有大量銅的一些其它材料制成。這使得龍骨冷卻器成為制造相對(duì)昂貴的制品并且本發(fā)明的用于減小龍骨冷卻器的尺寸的目的對(duì)于減少整體材料和制造成本而言會(huì)是有利的。

轉(zhuǎn)向圖4，示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。該實(shí)施例包括龍骨冷卻器100，該龍骨冷卻器100具有從集管130沿著縱向方向延伸的至少一個(gè)冷卻劑管150。集管130可以與早先根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)描述的集管30相同，并且包括上壁134、端壁136、和底壁132。具有接頭121和帶有螺紋123的連接器122的噴嘴120可以與早先描述的噴嘴相同并且附接于集管130。與襯墊26類似并且出于與襯墊26相同的目的，襯墊126設(shè)置在上壁134的頂部上。排出孔口133也可被設(shè)置成用于清空龍骨冷卻器100的內(nèi)容物。

同樣如在圖4的實(shí)施例中所示，龍骨冷卻器100包括冷卻劑管150(也被稱之為冷卻劑流管或傳熱流體流管，這是由于在一些示例中，該流體可以是熱的而非冷卻的)。冷卻劑管150包括內(nèi)部或內(nèi)冷卻劑管151和外部或外冷卻劑管160。冷卻劑管150可具有大致呈長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)，該大致呈長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)在相對(duì)的端部部分之間包括細(xì)長(zhǎng)的本體部分，其每一個(gè)部分都包括頂壁、底壁和相對(duì)的側(cè)壁。冷卻劑管150包括內(nèi)部表面158，從而形成冷卻劑流動(dòng)通過的內(nèi)部通道。如在圖4中所示，內(nèi)部冷卻劑管151通過傾斜表面(未示出)連結(jié)集管130，該傾斜表面由指狀件142組成，這些指狀件142相對(duì)于內(nèi)部冷卻劑管151是傾斜的并且限定空間以接收內(nèi)部冷卻劑管151的開放的端部部分或端口(即，入口/出口)144。內(nèi)部冷卻劑管151的開放的端部部分144被示出為具有矩形截面并且是成角度的以便與傾斜表面和/或指狀件142的角度相符合。外部冷卻劑管160具有最外側(cè)壁161，該最外側(cè)壁161的一部分也是集管130的側(cè)壁。外部冷卻劑管160也具有帶有孔口131的內(nèi)部側(cè)壁163，該孔口131被設(shè)置成用于在集管130的腔室與外部冷卻劑管160之間流動(dòng)的冷卻劑的冷卻劑流動(dòng)端口(即，入口/出口)。集管腔室由上壁134、端壁136、底壁132、內(nèi)部側(cè)壁163、以及傾斜表面(未示出)、指狀件142和/或內(nèi)部冷卻劑管端部部分144中的任一個(gè)限定。

同樣如在圖4中所示，冷卻劑管150包括設(shè)置在冷卻劑管150(包括內(nèi)部冷卻劑管151和/或外部冷卻劑管160)的內(nèi)部的一個(gè)湍流增強(qiáng)器170或多個(gè)湍流增強(qiáng)器170。如在本文中所限定的那樣，湍流增強(qiáng)器是設(shè)置在冷卻劑管的內(nèi)部的一個(gè)裝置或多個(gè)裝置，該裝置提供了用于促進(jìn)或增強(qiáng)流經(jīng)冷卻劑管的冷卻劑的湍流的裝置，用于在不大幅增長(zhǎng)冷卻劑的壓降到有損于該龍骨冷卻器的整體效用的程度的情況下增強(qiáng)傳熱。

湍流增強(qiáng)器是本發(fā)明的一個(gè)重要方面并且向龍骨冷卻器提供了多個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。如前所述，流體流是否將導(dǎo)致湍流主要通過雷諾數(shù)確定，該雷諾數(shù)部分依賴于冷卻流體的速度。通常，在給定的流體粘滯度下，以低速流動(dòng)的流體將提供層流，并且在增大該流體的速度時(shí)，該流體可變得更為湍流。在層流狀態(tài)中，與表面相接觸的冷卻劑將具有其通過粘滯阻力降低的速度，這形成可降低傳熱的隔熱邊界層。然而，在該流體變得更為湍流時(shí)，靜態(tài)且隔熱的邊界層由于超過流體粘性力的流體慣性力而變得不穩(wěn)定。這會(huì)導(dǎo)致流體形成湍流旋渦，在這種情況下，該邊界層脫離該壁，因此瓦解或破壞了隔熱層以便改進(jìn)傳熱。以給定流體速度或流量增強(qiáng)湍流以便瓦解、變薄、或破壞該邊界層是本發(fā)明的實(shí)施例改進(jìn)傳熱的一種方法。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器可通過設(shè)置從冷卻劑管內(nèi)部表面向內(nèi)延伸到冷卻劑中的插件或障礙物來獲得前述裝置。如在本文中所述，插件可包括單獨(dú)的元件并且障礙物可以與冷卻劑管是一體的。無數(shù)種插件均可用于湍流增強(qiáng)器。其中關(guān)于該插件的因素是插件的形狀、插件在龍骨冷卻器管內(nèi)的放置、插件沿著該龍骨冷卻器管的圖案、和各個(gè)插件的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器的一方面是設(shè)置具有多種構(gòu)造的插件，例如具有圓形、橢圓形或卵形截面的柱形插件；中空插件，例如具有內(nèi)部通道的插件；呈長(zhǎng)方體、例如具有正方形或矩形截面的長(zhǎng)方體的形式的插件；錐體形插件，例如具有三角形截面的插件；扁桿；具有翼狀構(gòu)造的桿；具有多角形構(gòu)造的插件；不同構(gòu)造的組合；或具有不規(guī)則截面的任何種類的插件。插件可被以部分取決于插件的性質(zhì)和所包括的壁的類型的多種方式附接于龍骨冷卻器壁。插件可被熔接于壁，壁本身可具有可將它們的一部分轉(zhuǎn)換成障礙物以導(dǎo)致傳熱的構(gòu)造，從而使插件延伸越過壁，并且伸過它們可被熔接或釬焊就位以防止任何冷卻劑泄漏的壁等。插件可以甚至沿著具有適當(dāng)支承件的各個(gè)冷卻劑管的縱向方向延伸。

湍流增強(qiáng)器的另一方面是為流經(jīng)龍骨冷卻器管的冷卻劑設(shè)置障礙物。除了別的之外，這種障礙物可以是具有多種構(gòu)造的銷釘、傾斜成V形圖案的障礙物、具有淚珠形截面的翼片構(gòu)造、具有或不具有孔口的障礙物、具有波狀形狀的障礙物、具有星形截面的障礙物等。應(yīng)理解的是，存在確定最佳類型的插件或障礙物以增大傳熱同時(shí)并不大幅增大壓降到有損于龍骨冷卻器的整體性能和效用的程度的許多因素。這些因素中的一些是龍骨冷卻器管的尺寸和形狀、冷卻劑的粘滯度、冷卻劑與環(huán)境水之間的溫差等。此外，除了別的之外，根據(jù)冷卻劑的性質(zhì)、龍骨冷卻器管的形狀和尺寸、冷卻劑的壓力，前述插件或障礙物可以沿著不同的方向面對(duì)該龍骨冷卻器管的內(nèi)側(cè)。在優(yōu)選實(shí)施例中，插件或障礙物可被設(shè)置在體相冷卻劑中，用于產(chǎn)生湍流增強(qiáng)。

本發(fā)明的目的是湍流增強(qiáng)器并不導(dǎo)致冷卻劑的壓降到有損于該龍骨冷卻器的整體效用的程度的大幅增長(zhǎng)。當(dāng)然，可接受的壓降程度可取決于龍骨冷卻器所探尋的具體船用發(fā)動(dòng)機(jī)或熱源的設(shè)計(jì)依據(jù)和泵送能力。然而，對(duì)于許多海運(yùn)應(yīng)用，壓降的大幅增長(zhǎng)可被定義成與缺少湍流增強(qiáng)器的標(biāo)準(zhǔn)的或基準(zhǔn)的冷卻劑管構(gòu)造(例如具有如圖2-3中所示的大致呈矩形的截面的現(xiàn)有技術(shù)冷卻劑管)的壓降相比增大不大于約10％。優(yōu)選地，壓降的增大與基準(zhǔn)的或標(biāo)準(zhǔn)的管構(gòu)造相比將超出不大于約7％，并且更為優(yōu)選地將不存在壓降的增大，并且甚至更為優(yōu)選地在結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器時(shí)，將存在壓降的降低。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器的另一方面包括湍流增強(qiáng)器在該冷卻劑管內(nèi)的布置，該布置包括位于各個(gè)湍流增強(qiáng)器之間的間隔以及該冷卻劑管內(nèi)的湍流增強(qiáng)器的圖案和放置。除了別的之外，這種圖案可以是對(duì)稱的或不對(duì)稱的；平行四邊形圖案，例如矩形、正方形或菱形；三角形圖案；多邊形圖案；螺旋形的、波狀的和/或蛇形的圖案；不規(guī)則的或任意的圖案；等等。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，湍流增強(qiáng)器的布置會(huì)以可被通過眾所周知的穆迪圖(其被通過引用全部到結(jié)合本文中)予以說明的方式影響冷卻劑的流動(dòng)特性和壓降。根據(jù)該穆迪圖，對(duì)于冷卻劑在其上流過的表面的給定相對(duì)粗糙度因素，摩擦系數(shù)將隨著雷諾數(shù)增大(增大湍流)而減小，直到達(dá)到由完全湍流限定的界限為止。摩擦系數(shù)可被定義為流動(dòng)阻力，使得摩擦系數(shù)的減小將通常導(dǎo)致使大幅的壓降最小化或降低該大幅的壓降。由此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器提供了一種用于增強(qiáng)湍流以便最小化或降低摩擦系數(shù)(和壓降)的裝置。更具體地，湍流增強(qiáng)器可獲得這些裝置的一個(gè)方式是通過在狹窄構(gòu)造中布置多個(gè)湍流增強(qiáng)器，用于在位于相鄰設(shè)置的湍流增強(qiáng)器之間的區(qū)域中產(chǎn)生冷卻劑流的收縮。以此方式收縮冷卻劑流致使冷卻劑速度在相鄰的湍流增強(qiáng)器之間存在最小截面間隔的情況下，特別是在冷卻劑流正交于橫向相鄰的湍流增強(qiáng)器之間的間隔的情況下達(dá)到最大值。增大的速度增大了在湍流增強(qiáng)器之間流動(dòng)的冷卻劑的雷諾數(shù)，并且根據(jù)穆迪圖，這降低了摩擦系數(shù)以最小化或降低壓降的數(shù)量。然而，湍流增強(qiáng)器不應(yīng)該被如此嚴(yán)密地布置以致于限制冷卻劑流并且增大壓降。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)和/或湍流增強(qiáng)器的布置還可通過設(shè)置用于通過在該冷卻劑中產(chǎn)生湍流尾流來增強(qiáng)湍流的裝置來最小化或降低冷卻劑的大幅壓降，這可同樣改進(jìn)傳熱。湍流增強(qiáng)器可提供一種用于通過設(shè)置插件和/或障礙物來產(chǎn)生這些湍流尾流的裝置，如上所述。在優(yōu)選實(shí)施例中，湍流增強(qiáng)器從冷卻劑管內(nèi)壁延伸到大量冷卻劑中以便在體相冷卻劑流中產(chǎn)生湍流尾流。當(dāng)冷卻劑圍繞湍流增強(qiáng)器流動(dòng)時(shí)，流體流被扭曲并且邊界層可被以與在冷卻劑管內(nèi)壁處形成該邊界層的方式相同的方式形成在湍流增強(qiáng)器本體上。在冷卻劑接近湍流增強(qiáng)器本體的豎向邊界時(shí)，可產(chǎn)生流體分離，從而導(dǎo)致高度扭曲的流體塊，如果它們向下游行進(jìn)足夠遠(yuǎn)，則它們會(huì)開始旋轉(zhuǎn)。在增大的速度(較高雷諾數(shù))下，在湍流增強(qiáng)器本體上傳送的流體顆粒的慣性可克服流體粘滯度，并且高度扭曲的流體顆粒可分開以形成從湍流增強(qiáng)器本體向下游延伸的湍流尾流區(qū)域。由此形成的湍流尾流區(qū)域可與已經(jīng)在下游湍流增強(qiáng)器本體和冷卻劑管壁上產(chǎn)生的邊界層相互作用。由于邊界層可以是由于摩擦剪切所導(dǎo)致的高阻力源，因此根據(jù)穆迪圖，該湍流尾流區(qū)域的起作用以瓦解、變薄、或破壞下游表面上的邊界層的增強(qiáng)的旋渦移動(dòng)和增大的雷諾數(shù)會(huì)導(dǎo)致減小的摩擦系數(shù)，如上所述。此外，該邊界層的瓦解以此方式破壞了隔熱，這增強(qiáng)了傳熱。

如果湍流尾流區(qū)域中的冷卻劑流變得極度不穩(wěn)定，則在該湍流增強(qiáng)器本體的下游會(huì)散布大旋渦或渦流。這會(huì)在各個(gè)湍流增強(qiáng)器之間的布置中要求足夠的間隔以允許湍流渦流出現(xiàn)。湍流渦流在冷卻劑中的發(fā)展還會(huì)增大雷諾數(shù)并由此降低冷卻劑管壁上的和湍流增強(qiáng)器下游的摩擦系數(shù)，如上所述。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器的湍流增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)和/或布置的再一方面提供了一種用于通過在冷卻劑中產(chǎn)生湍流渦流來增強(qiáng)湍流的裝置，用于在不大幅增大該冷卻劑的壓降的情況下提高傳熱。如在本文中所使用的那樣，術(shù)語渦流被定義為流體內(nèi)的流動(dòng)大部分是圍繞虛軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或渦旋運(yùn)動(dòng)、是直的或曲線形的區(qū)域。因此，由湍流增強(qiáng)器形成的湍流渦流的典型的渦旋運(yùn)動(dòng)可提供一種用于混合體相冷卻劑并增大旋渦運(yùn)動(dòng)的有效裝置。由于旋渦可在熱能與流體混合時(shí)輸送大量的熱能，因此通過湍流渦流混合來增強(qiáng)旋渦運(yùn)動(dòng)可通過破壞邊界層隔離并通過從冷卻劑管壁區(qū)域獲取大量的冷卻器流體并將它分配到熱的體相流體區(qū)域中來增強(qiáng)傳熱。

應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器的多個(gè)方面甚至是在冷卻劑管內(nèi)壁在各個(gè)湍流增強(qiáng)器之間是平滑的情況下，也可提供益處。冷卻劑管內(nèi)部表面的平滑度可被根據(jù)穆迪圖的相對(duì)粗糙度因數(shù)定義，使得根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光滑管道具有介于9.74×10^-5與1.978×10^-4、且更為優(yōu)選地介于9.7×10^-5與1.2×10^-4之間的相對(duì)粗糙度因數(shù)。在某些實(shí)施例中，具有平滑的冷卻劑管內(nèi)壁會(huì)是優(yōu)選的，這是由于相對(duì)粗糙度因數(shù)的增大會(huì)限制流動(dòng)并增大摩擦系數(shù)(根據(jù)穆迪圖)，這會(huì)大幅增大壓降。所相信的是，在冷卻劑管內(nèi)壁上具有多個(gè)呈小突起或隆起的形式的粗糙元件的己知現(xiàn)有技術(shù)龍骨冷卻器展示出該不利現(xiàn)象，這是因?yàn)樗馐艽蠓鶋航凳且阎摹?/p>

同樣應(yīng)該理解到的是，不管體相冷卻劑流是層流還是湍流，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器的多個(gè)方面均可提供改進(jìn)。換句話說，不管流量是低的并且提供層流，還是流量被增強(qiáng)到產(chǎn)生更多湍流，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器仍然可在不存在壓降的大幅增大的情況下改進(jìn)傳熱。例如，在體相冷卻劑流大致呈層流的情況下，冷卻劑管內(nèi)壁處的隔熱的邊界層可以是較厚的(與流動(dòng)更為湍流時(shí)相比)，然而，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器仍然可通過提供一種用于通過有效地混合該冷卻劑的湍流尾流和/或湍流渦流的產(chǎn)生來增強(qiáng)自然出現(xiàn)的旋渦運(yùn)動(dòng)的裝置來有效地冷卻熱的體相流體。甚至在冷卻劑速度增加到變得更為湍流時(shí)，產(chǎn)生湍流尾流和/或湍流渦流的湍流增強(qiáng)器仍然增強(qiáng)旋渦運(yùn)動(dòng)并且改進(jìn)傳熱。因此，應(yīng)理解到的是，湍流增強(qiáng)器的目的是以與冷卻劑速度或流量無關(guān)的方式增強(qiáng)傳熱。

同樣應(yīng)該理解到的是，下列權(quán)利要求書中的湍流增強(qiáng)器的所有裝置加功能元件的對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、行為、及等效物均意在包括用于與如明確要求保護(hù)的其它所要求保護(hù)的元件相結(jié)合來執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或行為。由此，例如，盡管已經(jīng)通過設(shè)置插件或障礙物以及通過例如間隔和模式之類的其它方面描述了湍流增強(qiáng)器，但可設(shè)置其它結(jié)構(gòu)和布置。因此，關(guān)于通過設(shè)置湍流器(包括先前描述的插件和障礙物)的湍流增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)或布置的任何具體實(shí)施例應(yīng)該被理解為是本發(fā)明的非限制性實(shí)施例。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5A-5B，示出了包括根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流器175的冷卻劑管150'。湍流器可以是布置在冷卻劑管內(nèi)的插件或障礙物，如上所述。如在本文中所描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流器可以是設(shè)置在冷卻劑管的內(nèi)部的一個(gè)裝置或多個(gè)裝置，該裝置促進(jìn)或增強(qiáng)了流經(jīng)冷卻劑管的冷卻劑的湍流，用于在不大幅增大冷卻劑的壓降到有損于該龍骨冷卻器的整體效用的程度的情況下增強(qiáng)傳熱。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流器構(gòu)造和/或湍流器的布置還可通過產(chǎn)生湍流尾流和/或湍流渦流來增強(qiáng)湍流，用于在不大幅增大壓降的情況下增強(qiáng)傳熱，如在上文中同樣描述并且在下文中進(jìn)一步描述的那些屬性一樣。

圖5A-5B示出了具有長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)的冷卻劑管150'的實(shí)施例，該長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)在相對(duì)的冷卻劑管端部部分(未示出)之間包括具有外部表面157和內(nèi)部表面158的細(xì)長(zhǎng)的本體部分。冷卻劑管內(nèi)部表面158形成冷卻劑流動(dòng)通過的內(nèi)部通道。冷卻劑管150'被示出為具有相對(duì)的側(cè)壁152、頂壁155、和與頂壁153相對(duì)的底壁152。在優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻劑管150'具有矩形截面，用于允許一組水平冷卻劑管150'被以相對(duì)于彼此接近的方式間隔開，用于增大該龍骨冷卻器的有效傳熱面積。冷卻劑管150'可包括內(nèi)部冷卻劑管和外部冷卻劑管(未示出)，其可具分別如上所述的有內(nèi)部冷卻劑管151和外部冷卻劑管160的相同的一般特征。

如圖5A-5B的實(shí)施例中所示，冷卻劑管150'包括多個(gè)湍流器175。如所示，湍流器175可具有從冷卻劑管內(nèi)部表面158延伸到體相冷卻劑流動(dòng)路徑中的細(xì)長(zhǎng)的本體部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，湍流器175在相對(duì)的側(cè)壁152之間延伸，然而，湍流器175也可以在相對(duì)的頂壁155與底壁153之間延伸，或者甚至可以在側(cè)壁152與頂壁155或底壁153之間延伸，或者在一些示例中可僅部分地延伸越過該內(nèi)部。如在圖5A的實(shí)施例中所示，各個(gè)湍流器175的細(xì)長(zhǎng)的本體部分與底壁153和頂壁155大致平行。湍流器175可具有細(xì)長(zhǎng)的本體部分或桿部，該部分具有垂直或正交于體相冷卻劑流的方向(C)的縱向軸線。湍流器175可以垂直或正交于相對(duì)的側(cè)壁152，而且可以垂直于相對(duì)的頂壁155和底壁153。然而，在其它實(shí)施例中，湍流器175可以傾斜到冷卻劑流的方向或者遠(yuǎn)離冷卻劑流的方向，或可以沿著不同的方向定向。

在圖5A-5B中所示的實(shí)施例中，湍流器175被構(gòu)造成具有圓形截面的實(shí)心圓柱。然而，其它截面構(gòu)造可以包括：圓形、橢球形、橢圓形、矩形、正方形、三角形、翼形、機(jī)翼形、多邊形、不規(guī)則形狀等。湍流器175被呈預(yù)定圖案設(shè)置，該預(yù)定圖案可以是如圖5A-5B中所示的偏移的或交錯(cuò)的湍流器圖案177，而且也可以具有呈直排對(duì)齊的湍流器175，或者可以處于任何類型的對(duì)稱的或不對(duì)稱的圖案中。如圖5B中所示，交錯(cuò)的湍流器圖案177包括沿著冷卻劑流的方向(C)的多個(gè)縱向排(例如，R1、R2)。在每一行內(nèi)，各個(gè)縱向相鄰的湍流器175間隔開距離(X_L)；并且在相鄰的排之間，橫向相鄰的湍流器175間隔開距離(X_H)。在圖5B的交錯(cuò)的湍流器圖案177中，同一行中的各個(gè)縱向相鄰的湍流器被以交替交錯(cuò)的方式橫向偏移。根據(jù)本發(fā)明的目的，研發(fā)出了用于限定湍流器圖案間隔比率(β)的等式，該等式被定義為X_L＝β*X_H。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，各自相鄰的湍流器175可以被在間隔比率為β＝1的情況下均勻地間隔開，或者該間隔可以是不均勻的，間隔比率為1<β<1。

實(shí)施一系列實(shí)驗(yàn)以便評(píng)估根據(jù)本發(fā)明的若干實(shí)施例的湍流器175的效果。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備包含設(shè)置在腔室內(nèi)的32英寸長(zhǎng)的龍骨冷卻器冷卻劑管的節(jié)段，該冷卻劑管使“外部”冷卻水在該冷卻劑管節(jié)段的外部表面上流動(dòng)。該冷卻劑管使內(nèi)部冷卻劑(該冷卻劑為水)流動(dòng)通過其內(nèi)部通道。盡管龍骨冷卻器冷卻劑通常包括乙二醇混合物，但出于實(shí)驗(yàn)比較的目的，水的粘滯度和特性是足夠相似的。熱電偶被遍及該設(shè)備放置以便測(cè)量冷卻劑管殼體(外壁)溫度、冷卻劑入口溫度和冷卻劑出口溫度?；跓犭娕甲x數(shù)，計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)?；谟?jì)算出的LMTD、測(cè)量到的流量和流體比熱，針對(duì)多個(gè)內(nèi)部流量和外部流量來計(jì)算整體傳熱系數(shù)。定位在入口端口和出口端口處的壓力變換器測(cè)量越過該冷卻劑管節(jié)段的冷卻劑的壓降。在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，冷卻劑管材料和尺寸保持恒定不變。該檢測(cè)在一系列的流量的范圍內(nèi)，在冷卻劑入口溫度為98℉以及環(huán)境殼體溫度為75℉的情況下實(shí)施。在每一個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)中的冷卻劑管節(jié)段是大致相同的，其具有測(cè)量到的0.375英寸寬乘以2.375英寸高的矩形截面。該冷卻劑管節(jié)段由90-10銅鎳合金構(gòu)成并且具有約0.062英寸的壁厚。冷卻劑管內(nèi)壁的表面粗糙度或相對(duì)粗糙度因數(shù)對(duì)于每一次安裝都是大致等同的，并且從約63微英寸變化到125微英寸。

在該實(shí)驗(yàn)設(shè)備中檢測(cè)三種構(gòu)造。第一種構(gòu)造是沒有湍流器的冷卻劑管，其表示基準(zhǔn)狀況(在下文中，“基準(zhǔn)構(gòu)造”)。第二種構(gòu)造包含根據(jù)圖5A-5B中描述的實(shí)施例的并且具有以均勻間隔比率(β＝1)交錯(cuò)的湍流器圖案177的湍流器175(在下文中，“窄湍流器構(gòu)造”)。第三種構(gòu)造也包含根據(jù)圖5A-5B中描述的實(shí)施例呈交錯(cuò)的湍流器圖案177布置的湍流器175，該構(gòu)造維持與第二種構(gòu)造相同的橫向間隔(X_H)，但與第二種構(gòu)造相比縱向間隔(X_L)加寬，使得β＝4(在下文中，“寬湍流器構(gòu)造”)。對(duì)于第二種構(gòu)造和第三種構(gòu)造，湍流器被通過貫穿冷卻劑管側(cè)壁鉆孔而插入到該冷卻劑管節(jié)段中，從而將湍流器插入到孔中并且將湍流器銅焊就位。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，湍流器具有實(shí)心的圓形截面并且直徑為約0.100英寸；并且湍流器圖案在各自相鄰的湍流器之間具有為約0.765英寸的橫向間隔(X_H)。

湍流器的效果和關(guān)于傳熱系數(shù)與流量的湍流器圖案間隔比率(β)示于圖6的曲線圖中。圖6中的每一個(gè)系列的結(jié)果表示三個(gè)實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流器在所檢測(cè)的流量的整個(gè)范圍上與基準(zhǔn)構(gòu)造相比改進(jìn)了傳熱系數(shù)。特別地，窄湍流器構(gòu)造(β＝1)與該基準(zhǔn)構(gòu)造相比具有傳熱系數(shù)的4％的增大，并且寬湍流器構(gòu)造(β＝4)與該基準(zhǔn)構(gòu)造相比具有傳熱系數(shù)的10％的增大。所相信的是，基于這些實(shí)驗(yàn)，其它構(gòu)造可產(chǎn)生傳熱的大幅增強(qiáng)。

湍流器的效果和關(guān)于壓降與流量的湍流器圖案間隔比率(β)示于圖7的曲線圖中。圖7的結(jié)果表示用于圖6中所示的每一個(gè)系列的相同的三個(gè)實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的湍流器與該基準(zhǔn)構(gòu)造相比并不增大壓降。特別地，寬湍流器構(gòu)造(β＝4)具有與該基準(zhǔn)構(gòu)造等效的壓降，并且窄湍流器構(gòu)造(β＝1)與該基準(zhǔn)狀況相比展示出了壓降的料想不到的降低。這些結(jié)果如此令人驚訝，以致于包括壓力變換器的檢測(cè)儀器被重新校準(zhǔn)過兩次。盡管在圖6-7中未示出，但同樣在入口溫度為118℉和130℉下針對(duì)所有的三種構(gòu)造進(jìn)行了測(cè)試并且結(jié)果示出了相同的趨勢(shì)。

所相信的是，窄湍流器構(gòu)造(β＝1)由于約束流體的各個(gè)湍流器的更為接近的間隔而產(chǎn)生了較大的雷諾數(shù)(增強(qiáng)的湍流)以便產(chǎn)生流體速度的增大，如先前所說明的那樣。該構(gòu)造中的間隔并非如此窄以致于限制流體流并導(dǎo)致流動(dòng)阻力或壓降的大幅增大。如圖8A的示意圖中所示，用于根據(jù)該窄構(gòu)造的較低壓降的理由被相信通過該湍流尾流區(qū)域(W)而得到最好的說明，該湍流尾流區(qū)域(W)在上游湍流器(例如，C1)之后出現(xiàn)并且與下游湍流器(例如，C3)的邊界層(B)相互作用。如先前所說明的那樣，增大通過湍流尾流的旋渦運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞下游邊界層，這些下游邊界層是摩擦剪切的來源，因此，增大湍流導(dǎo)致摩擦系數(shù)的降低(根據(jù)穆迪圖)并且使壓降最小化。另一方面，如在圖8B的示意圖中所示，寬湍流器構(gòu)造(β＝4)被相信在各個(gè)湍流器之間具有足夠大的縱向間隔(X_L)，以便允許從上游湍流器(C1)產(chǎn)生的湍流尾流(W)散發(fā)出去并形成一個(gè)或多個(gè)渦流(V)，這增強(qiáng)了流體的混合作用并進(jìn)一步改進(jìn)了傳熱。湍流尾流(W)和/或渦流(V)也被相信增強(qiáng)了湍流且起作用以便以并不大幅增大壓降的相似的方式破壞下游湍流器(C3)上的邊界層(B)。

為了從視覺上校驗(yàn)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的湍流尾流(W)和/或湍流渦流(V)的發(fā)展，可以透明材料(例如聚碳酸酯)制造冷卻劑管節(jié)段和湍流器構(gòu)造的復(fù)制品。相同的湍流器構(gòu)造中的每一種均可被檢測(cè)，由此可使冷卻劑(例如，水)以相同的流量流動(dòng)，并且可將顏料噴射到流動(dòng)流中用于流動(dòng)特性的可視化識(shí)別。在流體會(huì)顯示位于該湍流器本體下游的擴(kuò)展的尾跡區(qū)中的顏料流動(dòng)流中的快速波動(dòng)的情況下，湍流尾流區(qū)域會(huì)被視為被發(fā)展出。在染色的流體會(huì)顯示漩渦渦旋運(yùn)動(dòng)的情況下，湍流渦流會(huì)被視為被發(fā)展出。這種測(cè)試是易于實(shí)施的并且通常用于描繪流體流的特性。這些檢測(cè)可以甚至在上述傳熱實(shí)驗(yàn)之前作為一種適當(dāng)?shù)暮Y選工具來實(shí)施。

在本發(fā)明的某些優(yōu)選的且非限制性的實(shí)施例中，湍流器可被呈交錯(cuò)的湍流器圖案設(shè)置，其中間隔比率(β)優(yōu)選地處于介于約0.75與9之間的范圍中，并且更為優(yōu)選地處于介于約1與7之間的范圍中。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，在不大幅增大壓降的情況下盡可能多地改進(jìn)傳熱會(huì)是有益的，這可與寬湍流器構(gòu)造相對(duì)應(yīng)，其中，間隔比率(β)優(yōu)選地大于約3.5，并且更為優(yōu)選地處于介于約3.5與9之間的范圍中。在其它優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)窄湍流器構(gòu)造最小化或降低壓降會(huì)是有益的，其中，間隔比率(β)優(yōu)選地處于介于約0.75到3.5之間的范圍中，并且更為優(yōu)選地處于介于約1到3之間的范圍中。如在圖5A-5B的實(shí)施例中所示，湍流器175可以是在冷卻劑管側(cè)壁152之間延伸的實(shí)心圓柱或桿，其中，湍流器175被構(gòu)造成具有直徑介于0.030英寸與0.250英寸之間，并且更為優(yōu)選地介于0.075英寸與0.125英寸之間，并且甚至更為優(yōu)選地介于0.090英寸與0.110英寸之間的圓形截面。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻劑管可具有典型的截面尺寸為1.375英寸×0.218英寸、1.562英寸×0.375英寸、或2.375英寸×0.375英寸的矩形截面，用于增大該龍骨冷卻器的有效面積。

應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流器可在冷卻劑管內(nèi)具有不同的幾何構(gòu)造和/或不同的湍流器圖案，用于增強(qiáng)湍流以便在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)傳熱。在圖9A-9B中所示的本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，湍流器181包括細(xì)長(zhǎng)的本體部分或桿部分，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分或桿部分被構(gòu)造成具有圓形截面的中空的圓柱形管。湍流器181還包括位于相對(duì)的端部部分上的圓形開口，這些圓形開口在相對(duì)的端部部分之間形成湍流器內(nèi)部通道182。湍流器內(nèi)部通道182的目的是允許環(huán)境“外部”水(A)流經(jīng)湍流器內(nèi)部通道182，以便降低湍流器181的壁溫并促進(jìn)與內(nèi)部冷卻劑(C)的傳熱。與圖5A-5B的實(shí)施例一樣，圖9A-9B的冷卻劑管150'可具有長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)，該長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)在端部部分(未示出)之間包括具有外部表面157和內(nèi)部表面158的細(xì)長(zhǎng)的本體部分，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分形成了冷卻劑流動(dòng)通過的內(nèi)部通道。圖9A-9B中的冷卻劑管150'包括多個(gè)湍流器181，這多個(gè)湍流器181從冷卻劑管內(nèi)部表面158延伸到體相冷卻劑流中，并且可被以與上述湍流器相似的方式設(shè)置。湍流器181可在相對(duì)的側(cè)壁152之間延伸，然而，湍流器181也可在相對(duì)的頂壁155與底壁153之間延伸。如所示，湍流器181的細(xì)長(zhǎng)的本體部分可以與底壁153和頂壁155基本上平行。湍流器181可具有細(xì)長(zhǎng)的本體部分，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分具有垂直或正交于相對(duì)的側(cè)壁152的縱向軸線，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分也可正交于體相冷卻劑流(C)的方向，如所示。在圖9A-9B的實(shí)施例中，湍流器181呈預(yù)定的交錯(cuò)圖案183設(shè)置，該交錯(cuò)圖案183可與前述交錯(cuò)圖案177相同，包括介于縱向相鄰的湍流器181之間的縱向間隔(X_L)和介于橫向相鄰的湍流器181之間的橫向間隔(X_H)。根據(jù)某些實(shí)施例的湍流器181可被設(shè)置成具有湍流器間隔比率(β)的相同的優(yōu)選范圍，并且可具有如相對(duì)于圖5A-5B的實(shí)施例限定的湍流器直徑的相同的優(yōu)選范圍。為了最大化通過湍流器181到流經(jīng)湍流器內(nèi)部通道182的環(huán)境水中的傳熱的效果，湍流器181可優(yōu)選地具有介于約0.035英寸與0.125英寸之間、或者更為優(yōu)選地介于約0.040英寸與0.080英寸之間的壁厚。

轉(zhuǎn)向圖10A-10B，湍流器191的另一實(shí)施例被示出為呈預(yù)定圖案設(shè)置為位于冷卻劑管150'的內(nèi)部的多個(gè)湍流器191。冷卻劑管150'可以與先前描述的冷卻劑管相同，包括具有內(nèi)部表面158、外部表面157、頂壁155、底壁153、和相對(duì)的側(cè)壁152的細(xì)長(zhǎng)的本體部分。如所示，湍流器191包括細(xì)長(zhǎng)的本體部分195，該細(xì)長(zhǎng)的本體部分195被構(gòu)造成從冷卻劑管內(nèi)部表面158延伸到體相冷卻劑流(C)中的桿，并且該細(xì)長(zhǎng)的本體部分195可被以與上述湍流器相似的方式設(shè)置。如在圖10B的截面圖中所示，湍流器191包括引導(dǎo)頭部196、具有凹形表面的中間部分197、和后面的尾部198。翼形湍流器191的目的是朝向下游湍流器191或冷卻劑管內(nèi)部表面158引導(dǎo)湍流尾流(W)和/或湍流渦流的流動(dòng)，以便破壞那些區(qū)域中的邊界層，從而進(jìn)一步改進(jìn)傳熱并最小化或降低大幅壓降。如在圖10A-10B的實(shí)施例中所示，湍流器191呈預(yù)定的交錯(cuò)圖案193設(shè)置，該交錯(cuò)圖案193可與前述交錯(cuò)圖案類似，包括介于縱向相鄰的湍流器191之間的縱向間隔(X_L)和介于橫向相鄰的湍流器191之間的橫向間隔(X_H)?？v向間隔(X_L)和橫向間隔(X_H)可被從湍流器191的前緣進(jìn)行測(cè)量，如所示。因此，某些優(yōu)選實(shí)施例中的湍流器191可具有用于湍流器間隔比率(β)的相同的范圍，如參照?qǐng)D5A-5B的實(shí)施例所描述的那樣。此外，如在圖10B中所示，湍流器191可被沿著各個(gè)縱向排(例如，R1、R2)呈交替圖案設(shè)置，其中，湍流器中間部分197的凹形表面面對(duì)第一系列(C1)中的第一壁(例如，頂壁155)，并且面對(duì)與第一系列(C1)縱向間隔開的第二系列(C2)中的相對(duì)的第二壁(例如，底壁153)，并且轉(zhuǎn)而面對(duì)與第二系列(C2)縱向間隔開的第三系列(C3)中的第一壁(例如，頂壁155)，以此類推。更進(jìn)一步地，湍流器191可在處于冷卻劑管150'內(nèi)的預(yù)定布置中被圍繞其中央軸線旋轉(zhuǎn)，其中，中間部分197的凹形表面面對(duì)更多的上游流動(dòng)，或者可被根據(jù)將會(huì)如何朝向下游區(qū)域引導(dǎo)湍流尾流和/或湍流渦流來定向以面對(duì)更多的下游流動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的目的應(yīng)理解的是，包括插件和/或障礙物的設(shè)置的湍流增強(qiáng)器或湍流器可被結(jié)合到不同類型的龍骨冷卻器的冷卻劑管中。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的龍骨冷卻器200在圖11中示出。除了結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器270之外，龍骨冷卻器200與美國(guó)專利No.6,575,227(由本受讓人擁有并且被通過引用全部結(jié)合到本文中)中描述的龍骨冷卻器相同。如在圖11中所示，龍骨冷卻器200包括集管230，該集管230與如早先根據(jù)本發(fā)明描述的集管130類似。集管230包括上壁234、優(yōu)選地橫向于上壁234的端壁236、和始于端壁236并終結(jié)于大致平坦的底壁232的傾斜的底壁237。具有接頭221和帶有螺紋223的連接器222的噴嘴220可以與早先描述的那些噴嘴相同并且附接于集管230。與襯墊126類似并且出于與襯墊126相同的目的，襯墊226設(shè)置在上壁234的頂部上。

仍然參考圖11，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的龍骨冷卻器200包括冷卻劑管250，每一個(gè)冷卻劑管250均具有大致呈長(zhǎng)方體形的結(jié)構(gòu)，并且冷卻劑管250可以與先前描述的冷卻劑管相同。冷卻劑管250包括內(nèi)部或內(nèi)冷卻劑管251和外部或外冷卻劑管260。如在圖11中所示，并且與早先描述的情況類似，內(nèi)部冷卻劑管251通過傾斜表面(未示出)連結(jié)集管230，該傾斜表面由指狀件242組成，這些指狀件242相對(duì)于內(nèi)部冷卻劑管251是傾斜的并且限定空間以接收內(nèi)部冷卻劑管251的開放的端部部分或端口244。外部冷卻劑管260具有最外側(cè)壁261，該最外側(cè)壁261的一部分也是集管230的側(cè)壁。外部冷卻劑管也具有帶有孔口231的內(nèi)部側(cè)壁263，該孔口231被設(shè)置成用于在集管230的腔室與外部冷卻劑管260之間流動(dòng)的冷卻劑的冷卻劑流動(dòng)端口。

同樣如在圖11中并且根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所示，冷卻劑管250(包括內(nèi)部冷卻劑管251和/或外部冷卻劑管260)包括多個(gè)湍流增強(qiáng)器270。湍流增強(qiáng)器270提供了相同的用于增強(qiáng)冷卻劑的湍流的裝置以便與上述那些湍流增強(qiáng)器一樣在不大幅增大冷卻劑的壓降的情況下改進(jìn)傳熱。因此，湍流增強(qiáng)器270可具有相同的根據(jù)湍流增強(qiáng)器的先前描述的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、布置、和/或特性，并且同樣不限于所描述的具體結(jié)構(gòu)。湍流增強(qiáng)器270的某些非限制性的實(shí)施例可采取上文中參照?qǐng)D5A-5B和圖9A-10B中所示的實(shí)施例描述的幾何湍流器構(gòu)造、湍流器圖案、間隔比率(β)范圍、和湍流器尺寸范圍中的實(shí)體形態(tài)。具有在冷卻劑管250中提高的冷卻劑的流量和改進(jìn)的流動(dòng)分布的帶有集管230的龍骨冷卻器200可導(dǎo)致一種用于在結(jié)合湍流增強(qiáng)器270時(shí)在不大幅壓降的情況下輸送熱量的非常有效的龍骨冷卻器。這種龍骨冷卻器可顯著地減少龍骨冷卻器的占用空間以及與該龍骨冷卻器相關(guān)聯(lián)的成本。

根據(jù)本發(fā)明的龍骨冷卻器300的另一實(shí)施例示于圖12中。除了結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器370之外，龍骨冷卻器300與美國(guó)專利No.6,896,037(具有與本發(fā)明相同的受讓人并且被通過引用全部結(jié)合到本文中)中描述的龍骨冷卻器相同。參照?qǐng)D12，冷卻劑管350(包括內(nèi)部冷卻劑管351和/或外部冷卻劑管360)包括多個(gè)湍流增強(qiáng)器370。湍流增強(qiáng)器370提供了相同的用于增強(qiáng)冷卻劑的湍流的裝置以便與上述那些湍流增強(qiáng)器一樣在不大幅增大冷卻劑的壓降的情況下改進(jìn)傳熱。這樣一來，湍流增強(qiáng)器370可具有與在先的湍流增強(qiáng)器相同的構(gòu)造、布置、和特性并且也并不限制于所公開的具體結(jié)構(gòu)。湍流增強(qiáng)器370的某些非限制性的實(shí)施例可采取上文中參照?qǐng)D5A-5B和圖9A-10B中所示的實(shí)施例描述的幾何湍流器構(gòu)造、湍流器圖案、間隔比率(β)范圍、和湍流器尺寸范圍中的實(shí)體形態(tài)。同樣如在圖12中所示，龍骨冷卻器300包括集管330，該集管330包括上壁334、成角度的壁337，該成角度的壁337在其上端與端壁336的上部部分成一整體(或通過諸如焊接等的任何其它適當(dāng)?shù)姆椒ǜ浇?，該成角度的壁337又橫向于(并且優(yōu)選地垂直于)上壁334和底壁332。成角度的壁337可在其下端與底壁332成一整體，或者還通過適當(dāng)?shù)姆椒?例如通過焊接)附接于底壁332。換句話說，成角度的壁337是通過端壁336、成角度的壁337和底壁332形成的三角形截面的斜邊。冷卻劑管351通過傾斜表面(未示出)連結(jié)集管330，該傾斜表面由指狀件342組成，這些指狀件342相對(duì)于內(nèi)部冷卻劑管351是傾斜的并且限定空間以接收內(nèi)部冷卻劑管351的開放的端部部分或端口344。外部冷卻劑管360具有最外側(cè)壁361，該最外側(cè)壁361的一部分也是集管330的側(cè)壁。與前述實(shí)施例類似，外部冷卻劑管也具有內(nèi)部側(cè)壁363(具有孔口331)。具有接頭321和連接器322的噴嘴320可以與早先描述的那些噴嘴相同并且附接于集管330。與襯墊126類似并且出于與襯墊126相同的目的，襯墊326設(shè)置在上壁334的頂部上。

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的龍骨冷卻器400的再一實(shí)施例。除了結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器470之外，美國(guó)專利No.6,896,037中同樣描述了龍骨冷卻器400。參照?qǐng)D13，冷卻劑管450(包括內(nèi)部冷卻劑管451和/或外部冷卻劑管460)包括多個(gè)湍流增強(qiáng)器470，這多個(gè)湍流增強(qiáng)器470提供了相同的用于增強(qiáng)冷卻劑的湍流的裝置以便與先前描述的那些湍流增強(qiáng)器一樣在不大幅增大冷卻劑的壓降的情況下改進(jìn)傳熱。因此，湍流增強(qiáng)器470可具有與在先的湍流增強(qiáng)器相同的構(gòu)造、布置、和特性，但是并未被限制于所公開的具體結(jié)構(gòu)。湍流增強(qiáng)器470的某些非限制性的實(shí)施例可采取上文中參照?qǐng)D5A-5B和圖9A-10B中所示的實(shí)施例描述的幾何湍流器構(gòu)造、湍流器圖案、間隔比率(β)范圍、和湍流器尺寸范圍中的實(shí)體形態(tài)。同樣如圖13的實(shí)施例中所示，龍骨冷卻器400包括集管430，該集管430包括上壁434、流動(dòng)轉(zhuǎn)向器或擋板437、底壁432、和端壁436。端壁436被橫向附接于(并且優(yōu)選地垂直于)上壁434和底壁432，使得集管430基本上是矩形的或正方形的。流動(dòng)轉(zhuǎn)向器437包括第一成角度的側(cè)部或面板438和第二成角度的側(cè)部或面板439，它們中的兩者均從頂點(diǎn)440以預(yù)定角度向下延伸。從頂點(diǎn)440以與垂直于端壁436的平面成大于0°并且與同一平面成小于90°的角度向下延伸的是脊部441，該脊部441終止于底壁432的平面(如果存在底壁432；否則，脊部441會(huì)終止于與內(nèi)部冷卻劑管451的下部水平壁平行的平面)并且終止于多個(gè)水平的冷卻劑管450的開口端444處或其附近。同樣與在先實(shí)施例一樣，冷卻劑管451通過傾斜表面(未示出)連結(jié)集管430，該傾斜表面由指狀件442組成，這些指狀件442相對(duì)于內(nèi)部冷卻劑管451是傾斜的并且限定空間以接收內(nèi)部冷卻劑管451的開放的端部部分444。外部冷卻劑管460具有最外側(cè)壁461，該最外側(cè)壁461的一部分也是集管430的側(cè)壁。外部冷卻劑管460也具有帶有孔口431的內(nèi)部側(cè)壁463，這些孔口431被設(shè)置成冷卻劑流動(dòng)端口。具有接頭421和連接器422的噴嘴420可以與早先描述的那些噴嘴相同并且附接于集管430。

轉(zhuǎn)向圖14，示出了根據(jù)本發(fā)明的龍骨冷卻器500的另一實(shí)施例。除了孔口531的形狀之外，龍骨冷卻器500與圖4中所示的龍骨冷卻器100的實(shí)施例相同。如在圖14的實(shí)施例中所示，孔口531可具有箭頭形的構(gòu)造，或者可具有適合于集管腔室的形狀的任何其它的多邊形構(gòu)造，例如美國(guó)專利No.7,055,576(被通過引用全部結(jié)合到本文中)中描述的那些孔口構(gòu)造。如在圖14中所示，龍骨冷卻器500包括集管530(與集管130類似)，該集管530包括上壁534、端壁536、和底壁532。具有接頭521和連接器522的噴嘴520也可以是相同的。冷卻劑管551通過傾斜表面(未示出)連結(jié)集管530，該傾斜表面由指狀件542組成，這些指狀件542相對(duì)于內(nèi)部冷卻劑管551是傾斜的并且限定空間以接收內(nèi)部冷卻劑管551的開放的端部部分544。外部冷卻劑管560具有最外側(cè)壁561，該最外側(cè)壁561的一部分也是集管530的側(cè)壁。外部冷卻劑管560也具有內(nèi)部側(cè)壁563，該內(nèi)部側(cè)壁563帶有被設(shè)置成冷卻劑端口的孔口531。冷卻劑管550(包括內(nèi)部冷卻劑管551和/或外部冷卻劑管560)包括多個(gè)湍流增強(qiáng)器570，這多個(gè)湍流增強(qiáng)器570提供了相同的用于增強(qiáng)冷卻劑的湍流的裝置，以便與先前描述的湍流增強(qiáng)器一樣在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)傳熱，并且這多個(gè)湍流增強(qiáng)器570可包括如所述的特定構(gòu)造、布置和特性，但并不限制于此。湍流增強(qiáng)器570的某些非限制性的實(shí)施例可采取如參照?qǐng)D5A-5B和圖9A-10B中所示的實(shí)施例描述的幾何湍流器構(gòu)造、湍流器圖案、及其范圍的實(shí)體形態(tài)。

同樣應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器或湍流器的重要性與功能可在其它龍骨冷卻器系統(tǒng)中同樣具有優(yōu)點(diǎn)。參照?qǐng)D15，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙道龍骨冷卻器600。除了結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的湍流增強(qiáng)器670'、670"之外，美國(guó)專利No.6,575,227中同樣描述了龍骨冷卻器600。如所示，龍骨冷卻器600具有兩組冷卻劑流管650'、650"、集管630'和相對(duì)的集管630"。集管630'具有入口噴嘴620'和出口噴嘴620"，這兩個(gè)噴嘴延伸穿過襯墊626。襯墊626位于集管630'的上壁634的頂部上。另一集管630"沒有噴嘴，而是具有一個(gè)或兩個(gè)雙頭螺栓組件627'、627"，用于將龍骨冷卻器的包括集管630"的部分連接于船舶的船體。來自船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的熱的冷卻劑如由箭頭C所示進(jìn)入噴嘴620'，并且冷卻的冷卻劑由箭頭D所示從集管630'通過出口噴嘴620"返回該發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)部冷卻劑管651'、651"與圖11中的內(nèi)部冷卻劑管251一樣。外部冷卻劑管660'、660"與圖11中的外部冷卻劑管260一樣，使得與孔口231相對(duì)應(yīng)的孔口(未示出)將冷卻劑從外部冷卻劑管660"引導(dǎo)到外部冷卻劑管660'中。此外，冷卻劑管655'充當(dāng)用于將入口冷卻劑從集管630'輸送到集管630"的緩沖管(separator tube)，并且它具有用于從集管630'的一部分接收緩沖管655'所用的處于高壓下的冷卻劑的孔口(未示出)。同樣，作為用于從集管630'輸送冷卻劑的返回緩沖管的冷卻劑管655"同樣在集管630'中具有孔口631"。

圖15中所示的雙道龍骨冷卻器600的實(shí)施例具有用于將熱的冷卻劑從集管630'輸送到集管630"的一組冷卻劑管650'(包括內(nèi)部冷卻劑管651'和外部冷卻劑管660')，在那里，冷卻劑流動(dòng)的方向被通過集管630"翻轉(zhuǎn)180°，并且冷卻劑進(jìn)入用于使局部冷卻的冷卻劑返回到集管630'并隨后通過噴嘴620"返回到船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)或其它熱源的第二組冷卻劑管650"(包括內(nèi)部冷卻劑管651"和外部冷卻劑管660")。根據(jù)本發(fā)明的目的，圖15的實(shí)施例中所示的湍流增強(qiáng)器670'、670"可在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)這種雙道龍骨冷卻器600的傳熱。與其它實(shí)施例一樣，湍流增強(qiáng)器670'、670"提供了相同的用于增強(qiáng)湍流的裝置，以便在不存在大幅壓降的情況下改進(jìn)傳熱，這些湍流增強(qiáng)器670'、670"包括特定的構(gòu)造和布置，但并不限制于此。湍流增強(qiáng)器670'、670"的某些非限制性的實(shí)施例也可采取如參照?qǐng)D5A-5B和圖9A-10B中所示的實(shí)施例描述的幾何湍流器構(gòu)造、湍流器圖案、及其范圍的實(shí)體形態(tài)。圖15中所示的龍骨冷卻器600具有8個(gè)冷卻劑管。然而，該雙道系統(tǒng)對(duì)于任何偶數(shù)管、特別是對(duì)于具有超過兩個(gè)管的那些情況會(huì)是適當(dāng)?shù)?。存在具有多達(dá)24個(gè)管的當(dāng)前龍骨冷卻器，但是根據(jù)本發(fā)明，用于數(shù)量甚至進(jìn)一步增大的管是有可能的。這些還可以是具有超過兩個(gè)通道的龍骨冷卻器。如果通道的數(shù)量是偶數(shù)的，則兩個(gè)噴嘴均位于同一集管中。如果通道的數(shù)量是奇數(shù)的，則每一個(gè)集管中各定位有一個(gè)噴嘴。

本發(fā)明的另一實(shí)施例被示于圖16中，圖16示出了多系統(tǒng)組合的龍骨冷卻器700，該龍骨冷卻器700實(shí)際上不可能以一些在先的單片龍骨冷卻器來實(shí)現(xiàn)。多系統(tǒng)組合的龍骨冷卻器700可被用于冷卻兩個(gè)或更多個(gè)熱源，例如單個(gè)船舶中的兩個(gè)相對(duì)小的發(fā)動(dòng)機(jī)或后冷卻器和變速器。盡管圖16中所示的實(shí)施例示出了兩個(gè)龍骨冷卻器系統(tǒng)，但根據(jù)該情形，也可存在附加的一個(gè)龍骨冷卻器系統(tǒng)。由此，圖16示出了多系統(tǒng)組合的(兩個(gè)單道)龍骨冷卻器700的實(shí)施例，該龍骨冷卻器700包括分別具有入口噴嘴720'、720"并且分別具有出口噴嘴722'、722"的兩個(gè)相同的集管730'和730"。各個(gè)集管730'和730"中的噴嘴均可被相對(duì)于它們中的流動(dòng)方向顛倒，或者一個(gè)可以是用于各個(gè)集管的入口噴嘴并且另一個(gè)可以是用于各個(gè)集管的出口噴嘴。通過噴嘴的冷卻劑流的方向被分別通過箭頭E、F、G和H示出。龍骨冷卻器700具有如在早先實(shí)施例中討論的傾斜閉合的端部部分737'、737"。

進(jìn)一步如圖16的實(shí)施例中所示，用于在噴嘴720'與噴嘴722'之間引導(dǎo)冷卻劑的一組冷卻劑管751’以外部管760'開始并且以緩沖管753'終止，并且在噴嘴720"與噴嘴722"之間延伸的一組管751"以外部冷卻劑管760"開始并且以緩沖管753"終止。外部冷卻劑管760'、760"在它們的相應(yīng)的內(nèi)壁處具有孔口(未示出)，這些孔口在尺寸和位置方面與本發(fā)明的先前描述的實(shí)施例中所示的那些孔口是相似的。冷卻劑管753'和753"的彼此相鄰的壁是實(shí)心的，并且在集管730'的端壁與集管730"的端壁之間延伸。這些壁由此形成系統(tǒng)分離器，它防止冷卻劑流動(dòng)越過這些壁，使得管751'實(shí)際上形成一個(gè)龍骨冷卻器并且管751"實(shí)際上形成第二龍骨冷卻器(連同它們的相應(yīng)集管一起)。龍骨冷卻器700包括湍流增強(qiáng)器770'、770"，它們提供了相同的用于增強(qiáng)湍流的裝置，以便根據(jù)在先實(shí)施例在不大幅增大壓降的情況下改進(jìn)傳熱。湍流增強(qiáng)器770'、770"可包括如上所述的某些幾何湍流器構(gòu)造和湍流器圖案(包括其變化)，但并不具體地限定于此。應(yīng)理解的是，這類龍骨冷卻器可與具有兩個(gè)單獨(dú)的龍骨冷卻器相比更為經(jīng)濟(jì)，這是由于通過僅需要兩個(gè)集管而非四個(gè)集管而存在節(jié)省。

多個(gè)龍骨冷卻器可被結(jié)合在多個(gè)組合中。例如，可存在如圖16中所示的兩個(gè)或更多個(gè)單道系統(tǒng)。然而，還可存在處于如圖17的實(shí)施例中所示的組合中的一個(gè)或多個(gè)單道系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)雙道系統(tǒng)。在圖17中，龍骨冷卻器800的實(shí)施例被描述成具有單道龍骨冷卻器部分802和雙道龍骨冷卻器部分804，每一個(gè)部分均具有如先前根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例描述的湍流增強(qiáng)器870'、870"。龍骨冷卻器部分802如參照?qǐng)D11的實(shí)施例描述的那樣起作用，并且龍骨冷卻器部分804如參照?qǐng)D15的實(shí)施例描述的那樣起作用。圖17示出了用于一個(gè)熱交換器的雙道系統(tǒng)，并且也可以添加附加的雙道系統(tǒng)。

圖18示出了龍骨冷卻器900的具有可以是相同的或者具有不同的容量的兩個(gè)雙道龍骨冷卻器部分902、904的實(shí)施例，并且每一個(gè)部分均具有根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的湍流增強(qiáng)器970'、970"。每一部分均如上文中參照?qǐng)D15的實(shí)施例描述的那樣起作用。組合的多個(gè)冷卻器是在在先的單片龍骨冷卻器中并未發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)大特征。特殊的分隔器/管設(shè)計(jì)的變型在關(guān)注最小化壓降的同時(shí)改進(jìn)了傳熱和流動(dòng)分布，并且湍流增強(qiáng)器的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致一種非常有效的龍骨冷卻器系統(tǒng)。

已經(jīng)具體參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例、本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可想到的變化和變型詳細(xì)地描述了本發(fā)明。