CN103380277B - 用于具有涡轮增压器的海上船舶的吸入空气冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于海上船舶的吸入空气冷却系统。该用于海上船舶的吸入空气冷却系统包括：涡轮增压器，所述涡轮增压器利用从发动机产生的废气的一部分压缩从外部引入的吸入空气，其中涡轮增压器具有前端和后端，吸入空气从所述前端被引入，吸入空气通过所述后端被供应给发动机；冷却部，所述冷却部冷却在涡轮增压器中被压缩的吸入空气和通过涡轮增压器的废气中的至少一个，其中冷却部包括沿着吸入空气流或废气流布置的一个或多个冷却单元；和吸收冷却装置，所述吸收冷却装置从循环通过冷却单元的工作流体接收热源。

Description

用于具有涡轮增压器的海上船舶的吸入空气冷却系统

技术领域

本发明涉及一种吸入空气冷却系统，更具体地涉及一种用于具有涡轮增压器的海上船舶的吸入空气冷却系统。

背景技术

通常的船舶配备有诸如柴油机的内燃机，用于诸如生成用于船舶的推进力或生成船舶中所使用的电力的多种目的。

在内燃机中，通常，进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程用于产生动力。在燃料吸入过程中，吸入空气与燃料一起被引入到内燃机内部。可以通过增加吸入空气的压力增加内燃机的效率。

因此，近来已经提出了一种装配有用于通过增加吸入空气的压力来供应大量吸入空气的涡轮增压器的船舶。

使用涡轮增压器的吸入空气压缩方法包括通过使内燃机的齿轮与曲轴啮合进行机械驱动的增压器方法和通过利用从内燃机产生的废气的废气涡轮机进行驱动的涡轮增压器方法。

图1显示了装配有用于通过涡轮增压器方法压缩吸入空气的涡轮增压器的船舶的示例。

当从船舶的内燃机(即，发动机310)排出具有一定压力和温度的废气E时，废气E被供应给涡轮增压器100。

在这种状态下，通过供应给涡轮增压器100的废气E的能量在废气涡轮机111中产生旋转力。所述旋转力被传递给连接到废气涡轮机111的压缩涡轮机112。利用该旋转力，压缩涡轮机112压缩外部吸入空气“a”并将所述压缩空气供应给发动机310。

在涡轮增压器100中，根据绝热压缩过程在压缩过程中压缩吸入空气“a”。因此，与吸入空气“a”在压缩之前的温度相比，即，与在涡轮增压器100的前端侧的吸入空气“a”的温度相比，吸入空气“a”在压缩之后的温度，即，在涡轮增压器100的后端侧的吸入空气“a”的温度增加。

通常，当供应给作为内燃机的发动机310的吸入空气“a”的温度增加时，发动机310的效率降低。在这点上，当通过涡轮增压器100之后在后端侧的吸入空气“a”的温度增加时，发动机310的效率降低。

进一步地，当船舶在诸如热带地区中的高温环境下运转时，在吸入空气“a”的温度增加的状态下吸入空气“a”从涡轮增压器100的前端侧被压缩，因此发动机310的效率被进一步降低。

发明内容

技术问题

本发明提供一种用于海上船舶的吸入空气冷却系统，该吸入空气冷却系统可以通过冷却吸入空气并将冷却的吸入空气供应给发动机来增加发动机的效率。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种用于海上船舶的吸入空气冷却系统，吸入空气冷却系统包括：涡轮增压器，所述涡轮增压器利用从发动机产生的废气的一部分压缩外部引入的吸入空气，并且包括前端和后端，吸入空气从所述前端被引入，吸入空气通过所述后端被供应给发动机；冷却部，所述冷却部冷却在涡轮增压器中被压缩的吸入空气和通过涡轮增压器的废气中的至少一个，并且包括沿着吸入空气流或废气流布置的一个或多个冷却单元；和吸收冷却装置，所述吸收冷却装置从循环通过冷却单元的工作流体接收热源。

冷却部可以包括：第一冷却单元，与从涡轮增压器排出的吸入空气执行热交换的第一工作流体循环通过所述第一冷却单元；和第二冷却单元，所述第二冷却单元设置在第一冷却单元的后面，并且与吸入空气执行热交换的第二工作流体循环通过第二冷却单元。

在吸收冷却装置中流动的第二工作流体和在海上船舶外的海水中的至少一个可以流入冷却部的第二冷却单元中。

吸入空气冷却系统还可以包括：第二工作流体路径，所述第二工作流体路径设置在第二冷却单元与吸收冷却装置之间，并且第二工作流体流动通过所述第二工作流体路径，并且第二工作流体路径包括用于选择性地打开或关闭第二工作流体的流动的至少一个主阀；和辅助循环路径，所述辅助循环路径在第二冷却单元与主阀之间的位置处连接在第二工作流体路径上，并且海上船舶外的海水流动通过所述辅助循环路径，并且所述辅助循环路径包括用于打开或关闭海水的流动的至少一个辅助阀。

冷却部还可以包括第三冷却单元，与海上船舶外的海水执行热交换的第三工作流体循环通过所述第三冷却单元。

吸入空气冷却系统还可以包括用于在第三工作流体与海水之间执行热交换的辅助冷却装置，其中通过第三冷却单元对吸入空气的冷却独立于通过第一冷却单元和第二冷却单元的冷却被执行。

第三工作流体循环通过的第三工作流体循环路径可以连接到第一工作流体路径，其中第一工作流体通过第一工作流体路径被供应给第一冷却单元。吸入空气冷却系统还可以包括用于相对于第一冷却单元选择性地关闭第一工作流体的供应和执行第三工作流体的供应的开关阀，所述开关阀设置在第一工作流体路径的与第三工作流体循环路径连接的位置处。

海水循环通过的海水循环路径可以连接到第二工作流体路径，其中第二工作流体通过第二工作流体路径被供应给第二冷却单元。吸入空气冷却系统还可以包括用于相对于第二冷却单元选择性地关闭第二工作流体的供应和执行海水的供应的开关阀，所述开关阀设置在第二工作流体路径的与海水循环路径连接的位置处。

第三冷却单元可以布置在第一冷却单元与第二冷却单元之间，并且在第二冷却单元中流动的第二工作流体的温度低于在第三冷却单元中流动的第三工作流体的温度。

吸收冷却装置可以包括：蒸发器，所述蒸发器利用冷却剂的蒸发潜热冷却第二工作流体；吸收器，所述吸收器容纳用于吸收在蒸发器中被蒸发的冷却剂的吸收液；再生器，所述再生器利用从涡轮增压器排出并作为热源被供应的吸入空气加热并再生吸收器的由于吸收冷却剂而被稀释的吸收液；和冷凝器，所述冷凝器冷凝在再生器中被蒸发的冷却剂。

吸收冷却装置还可以包括感测供应给第二冷却单元的第二工作流体的温度的温度传感器。

冷却部可以包括第一冷却单元和第二冷却单元，第一工作流体流动通过第一冷却单元以冷却废气，第二工作流体流动通过第二冷却单元以冷却压缩的吸入空气，第一冷却单元设置在从涡轮增压器排放废气并允许废气与第一工作流体执行热交换的废气歧管上，第二冷却单元设置在涡轮增压器与发动机之间并在在涡轮增压器中被压缩的吸入空气与第二工作流体之间执行热交换。

冷却部还可以包括第三冷却单元，与海上船舶外的海水执行热交换的第三工作流体循环通过所述第三冷却单元。

吸入空气冷却系统还可以包括用于在第三工作流体与海上船舶外的海水之间执行热交换的辅助冷却装置，其中通过第三冷却单元对吸入空气的冷却独立于通过第一冷却单元和第二冷却单元的冷却被执行。

第一冷却单元可以是通过与废气的热交换产生蒸汽的低压蒸汽发生器。

吸收冷却装置可以包括：蒸发器，所述蒸发器利用冷却剂的蒸发潜热冷却工作流体；吸收器，所述吸收器容纳用于吸收在蒸发器中被蒸发的冷却剂的吸收液；再生器，所述再生器利用作为热源被供应的吸入空气的一部分加热并再生吸收器的由于吸收冷却剂而被稀释的吸收液；和冷凝器，所述冷凝器冷凝在再生器中被蒸发的冷却剂。

冷却部可以包括冷却部主体，吸入空气流动路径形成在冷却部主体中，吸入空气从涡轮增压器通过吸入空气流动路径流动到发动机，并且沿着吸入空气流动路径布置的一个或多个冷却单元形成在所述冷却部主体中。

所述一个或多个冷却单元可以形成弹药筒型以便能够拆卸地设置在冷却部上。

吸入空气冷却系统还可以包括废水处理装置，所述废水处理装置设置在冷却部与发动机之间并处理从通过了冷却部而被冷却的压缩空气产生的废水。

技术效果

根据本实施例，可以利用吸收冷却器冷却供应给海上船舶的发动机的吸入空气来增加发动机的效率。此外，由于用于冷却具有高温并被涡轮增压器压缩的吸入空气的吸收冷却装置由从吸入空气获得的热源驱动，因此不需要用于驱动吸收冷却装置的单独热源，因此用于冷却吸入空气的冷却系统的能效增加。此外，在将具有高温并被涡轮增压器压缩的吸入空气供应到发动机的过程中，吸入空气通过多个步骤被冷却，因此与一次冷却吸入空气的情况相比较，冷却吸入空气的效率增加。

附图说明

图1显示配备有传统的涡轮增压器的海上船舶的配置；

图2是显示吸入空气的温度与发动机的效率之间的关系的图；

图3显示根据本发明的一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置；

图4显示图3的吸入空气冷却系统的吸收冷却器的配置；

图5显示根据本发明的一个实施例的吸入空气冷却系统的冷却部的配置；

图6显示根据本发明的另一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置；

图7显示根据本发明的另一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置；以及

图8显示根据本发明的另一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置。

具体实施方式

以下将参照附图更加全面地描述本发明，其中发明的示例性实施例被显示。

图2是显示吸入空气的温度与发动机的效率之间的关系的图。参照图2，当供应给诸如柴油机的内燃机的吸入空气的温度增加时，显示内燃机的燃料效率的特定燃料油消耗量(SFOC)也增加。

SFOC表示燃料消耗量的机械当量。当SFOC增加时，在内燃机中产生相同功的燃料消耗量增加，因此内燃机的效率降低。

换句话说，由于吸入空气的温度和内燃机的热效率相互成反比，因此为了增加内燃机的热效率，需要降低供应给内燃机的吸入空气的温度。

在下文中，详细地描述根据本发明的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置，该吸入空气冷却系统用于降低供应给内燃机的吸入空气的温度。

图3显示根据本发明的一个实施例的海上船舶的吸入空气冷却系统的配置。图4显示图3的吸入空气冷却系统的吸收冷却器的配置。

参照图3，根据本实施例的吸入空气冷却系统1包括涡轮增压器100、吸收冷却装置200、辅助冷却装置400和冷却部500。详细地，涡轮增压器100被设置为用于利用发动机300中产生的废气E的一部分压缩吸入空气“a”的涡轮增压器。涡轮增压器100包括用于通过接收废气E的一部分产生旋转力的废气涡轮机101和连接到废气涡轮机101的压缩涡轮机102，所述压缩涡轮机102接收旋转力，压缩来自外部的吸入空气“a”，并将压缩后的吸入空气供应给发动机300。

相对于压缩涡轮机102，涡轮增压器100包括前端和后端，其中吸入空气“a”通过所述前端被引入，被压缩涡轮机102压缩的吸入空气“a”通过所述后端被供应给发动机300。在涡轮增压器100中被压缩的吸入空气“a”被供应给发动机300，并且与供应大气状态下的吸入空气“a”的情况相比较，接收压缩吸入空气“a”的发动机300由于接收过量的压缩后的吸入空气“a”可以具有增加的效率。

另一方面，当吸入空气“a”在涡轮增压器100中被压缩时，吸入空气“a”根据绝热压缩过程被压缩，因此吸入空气“a”的温度增加。当具有增加温度的吸入空气“a”被供应给发动机300而不变化时，发动机300的效率如上所述可能会降低。

因此，用于冷却在涡轮增压器100中被压缩的吸入空气“a”的冷却部500设置在涡轮增压器100与发动机300之间。冷却部500包括沿着吸入空气“a”流设置的多个冷却单元510、520和530。被吸收冷却装置200和辅助冷却装置400冷却的第一、第二和第三工作流体w1、w2和w3在冷却单元510、520和530中循环。因此，吸入空气“a”可以在流入到发动机300中的过程中被冷却。

冷却单元510、520和530包括第一冷却单元510、第二冷却单元520和第三冷却单元530。第一冷却单元510被布置成最靠近涡轮增压器100。第二冷却单元520布置在第一冷却单元510的后面。第三冷却单元530布置在第一冷却单元510与第二冷却单元520之间。

被吸收冷却装置200冷却的第一工作流体w1和第二工作流体w2分别被供应给第一冷却单元510和第二冷却单元520并在第一冷却单元510和第二冷却单元520中循环。被辅助冷却装置400冷却的第三工作流体w3被供应给第三冷却单元530并在第三冷却单元530中循环。

吸收冷却装置200从循环通过冷却部500的第一冷却单元510的第一工作流体w1接收热源和从循环通过第二冷却单元520的工作流体w2接收低温热源，从而执行冷却操作。以下描述吸收冷却装置200的配置。

辅助冷却装置400与吸收冷却装置200独立设置，并包括海水循环路径420和被设置成能够执行与海水循环路径420的热交换的第三工作流体循环路径410，其中辅助工作流体w4在所述海水循环路径420中循环，第三工作流体w3在所述第三工作流体循环路径410中循环。辅助工作流体w4可以是外部海水。换句话说，在辅助冷却装置400中，由循环通过海水循环路径420的辅助工作流体w4通过第三冷却单元530加热的第三工作流体w3可以被冷却。以下描述吸收冷却装置200的配置。

参照图4，吸收冷却装置200包括蒸发器210、吸收器220、再生器230和冷凝器240，所述蒸发器210、所述吸收器220、所述再生器230和所述冷凝器240被设置成使用冷却剂冷却第一工作流体w1和第二工作流体w2。蒸发器210被设置成利用冷却剂的蒸发潜热冷却工作流体以冷却用于船舶的燃料。在本实施例中，淡水可以用作冷却剂R，但是本发明不受限于此。

另一方面，第二工作流体循环路径251设置在蒸发器210中。沿着第二工作流体循环路径251通过蒸发器210的第二工作流体w2通过冷却剂R的蒸发潜热在蒸发器210中被冷却。诸如清水的各种冷却介质可以用作第二工作流体w2。

此外，冷却剂泵216设置在蒸发器210的下方。在蒸发器210的下部中被冷凝的液态冷却剂R经由冷却剂管212被供应给蒸发器210的上部。为清水并被供应给蒸发器210的上部的冷却剂R通过蒸发器210中的喷嘴朝向第二工作流体循环路径251喷射并同时在所述蒸发器210中蒸发。

在第二工作流体循环路径251中流动的第二工作流体w2可以通过在冷却剂R的蒸发过程中冷却剂R中所吸收的蒸发潜热被冷却。可以控制蒸发器210的内部压力，使得蒸发器210的内部压力可以形成为处于大约6.5mmHg的压力。为清水的冷却剂R可以在大约5℃的温度下蒸发。

吸收器220被设置成吸收在本实施例中为清水并在蒸发器210中被蒸发的冷却剂R。蒸发器210和吸收器220可以经由冷却剂供应路径211相互连通。具体而言，随着蒸发在蒸发器210中继续，水气分压逐渐增加，因此蒸发温度增加，从而可能不能获得适当的冷却效果。因此，当蒸发的冷却剂R被吸收在存储在吸收器220中的吸收液A中时，蒸发器210中的冷却剂R的蒸发压力和温度可以保持恒定。

在本实施例中，溴化锂(LiBr)溶液可以用作吸收器220的吸收液，但是不受限于此。

被辅助冷却装置400冷却的辅助工作流体w4在其中流动的辅助工作流体管252设置在吸收器220中，以去除当吸收液A在吸收器220中吸收冷却剂R时产生的吸收热。

另一方面，随着作为LiBr溶液的吸收液A持续吸收，LiBr溶液的浓度下降，因此为LiBr溶液的冷却剂R吸收清水的吸收效率逐渐降低。因此，在吸收冷却装置200中设置用于再生吸收液A的再生器230。

吸收泵224设置在吸收器220下方并将冷凝在吸收器220的下部中的LiBr溶液经由第一吸收液循环管221供应给再生器230。

再生器230通过加热由于吸收为清水的冷却剂R而被稀释的LiBr溶液以从LiBr溶液蒸发清水来执行增加LiBr溶液中的LiBr的浓度的过程，即，吸收液再生过程。第一吸收液循环管221连接到再生器230的上部以从吸收器220输送稀释的LiBr溶液。

通过加热装置加热再生器230中的吸收液A。在第一冷却单元510中在冷却被压缩的吸入空气“a”的同时被加热的第一工作流体w1用作加热装置，即，热源。第一工作流体w1流动通过的第一工作流体循环路径261穿过再生器230。当容纳在再生器230中的吸收液A接收来自第一工作流体循环路径261的热量时，可以执行吸收液再生过程。

另一方面，在再生器230中通过再生过程被冷凝的吸收液A经由第二吸收液循环管231循环通过吸收器220。吸收液热交换器260可以设置在再生器230与吸收器220之间。第一吸收液循环管221的一部分和第二吸收液循环管231的一部分穿过吸收液热交换器260。在第一吸收液循环管221中流动的低温和低浓度吸收液A与在第二吸收液循环管231中流动的高温和高浓度吸收液A之间执行热交换。因此，吸收液热交换器260可以通过急速地减小再生器230中的加热量和吸收器220中的冷却量来提高热效率。

返回到吸收器220的冷凝LiBr溶液吸收汽态冷却剂R并变成低浓度。然后，LiBr溶液循环到再生器230以连续地重复加热和冷凝过程。

在吸收液A的再生过程中，为蒸汽的气态冷却剂R经由连接再生器230和冷凝器240的连接管232被供应给冷凝器240。

冷凝器240被设置成冷凝再生器230中被蒸发的为蒸汽的冷却剂R。穿过吸收器220的辅助工作流体管252延伸地设置在作为热交换单元以冷凝在再生器230中被蒸发的为蒸汽的冷却剂R的冷凝器240中。因此，穿过吸收器220的辅助工作流体w4在冷凝器240中从气态冷却剂R吸收热量以将气态冷却剂R冷凝成液态。

被冷凝成液态即为清水的冷却剂R可以经由冷却剂管241被再次供应给蒸发器210。被再次供应给蒸发器210的液态冷却剂R在吸收冷却装置200中重复循环。膨胀阀242设置在冷却剂管241中，因此可以降低在冷却剂管241中流动的冷却剂R的压力。

以下描述冷却剂R在根据本发明的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的吸收冷却装置200中的流动。在这种情况下，由于吸收冷却装置200的详细组件的操作在以上被描述，因此这里省略所述组件的说明。

在吸收冷却装置200的蒸发器210中通过蒸发潜热冷却第二工作流体w2的冷却剂R(在本实施例中为清水)被吸收器220中的作为吸收液A的LiBr溶液吸收。然后，由于冷却剂R的吸收而具有降低的浓度的吸收液A被输送到再生器230。

在再生器230中，通过被加热并经由第一工作流体循环路径261在再生器230的内部循环的第一工作流体w1，冷却剂R从吸收过量冷却剂R的吸收液A蒸发。利用在热交换过程期间从热交换器280中的废气E2接收热量的高温废气E2，第一工作流体w1从吸收过量冷却剂R的吸收液A蒸发冷却剂R。

当冷却剂R被蒸发以被分离时被冷凝的吸收液A进入吸收器220并再次执行吸收操作。从再生器230输出的气态冷却剂R被供应给冷凝器240并被海水冷却和冷凝，然后朝向蒸发器210循环，从而完成冷却剂循环过程的循环。

当重复执行冷却剂循环过程时，在蒸发器210中的第二工作流体循环路径251中流动的第二工作流体w2被冷却。在以下说明中，详细地描述用于冷却吸入空气“a”并将冷却后的吸入空气“a”供应给根据本发明的用于海上船舶的吸入空气冷却系统中的发动机300的冷却部500的配置。

图5显示吸入空气“a”的流动和根据本发明的一个实施例的吸入空气冷却系统的冷却部500的配置。参照图3和图5，根据本实施例的冷却部500内包括有吸入空气流动路径544，吸入空气“a”通过吸入空气流动路径544从涡轮增压器100朝向发动机300流动，所述冷却部500还包括冷却部主体540，用于容纳沿着吸入空气流动路径544设置的冷却部分510、520和530。

用于分别插入第一冷却单元510、第二冷却单元520和第三冷却单元530的第一槽541、第二槽542和第三槽543形成在冷却部主体540中。第一冷却单元510、第二冷却单元520和第三冷却单元530每一个都可以形成为弹药筒型，以分别可拆卸地设置在第一槽541、第二槽542和第三槽543中。

第一工作流体路径511、第二工作流体路径521、和第三工作流体路径531分别形成在第一冷却单元510、第二冷却单元510和第三冷却单元530中，其中第一工作液体w1、第二工作液体w2和第三工作液体w3分别在第一工作流体路径511、第二工作流体路径521、和第三工作流体路径531中流动以与经由第一冷却单元510、第二冷却单元520和第三冷却单元530被供应给发动机300的吸入空气“a”执行热交换。

以下详细地描述通过冷却部500冷却吸入空气“a”的过程。为了便于说明，从涡轮增压器100的后端朝向第一冷却单元510流动的吸入空气“a”被称为第一状态吸入空气“a1”，从第一冷却单元510朝向第三冷却单元530流动的吸入空气“a”被称为第二状态吸入空气“a2”，从第三冷却单元530朝向第二冷却单元520流动的吸入空气“a”被称为第三状态吸入空气“a3”，以及从第二冷却单元520朝向发动机300流动的吸入空气“a”被称为第四状态吸入空气“a4”。

第一状态吸入空气“a1”是在涡轮增压器100中被压缩以具有大约180℃的温度并被输入到第一冷却单元510的吸入空气“a”。第一工作流体510在吸收冷却装置200的再生器230中被冷却至大约85℃的温度并被供应给第一冷却单元510。第一工作流体w1由于在第一冷却单元510中与第一状态吸入空气“a1”的热交换而被加热到大约95℃的温度并循环到吸收冷却装置200。

在流动通过第一冷却单元510的过程中，被冷却至大约160℃的温度的第二状态吸入空气“a2”被输入到第三冷却单元530。由于在辅助冷却装置400中与海水的热交换而被冷却至大约35℃的温度的第三工作流体w3被供应给第三冷却单元530。第三工作流体w3执行与第二状态吸入空气“a2”的热交换，然后被加热到大约40℃至50℃的温度，循环到辅助冷却装置400。

在流动通过第三冷却单元530的过程中，被冷却至大约40℃的温度的第三状态吸入空气“a3”被输入到第二冷却单元520中。在吸收冷却装置200的蒸发器210中被冷却至大约7℃的温度的第二工作流体w2被供应给第二冷却单元520。第二工作流体w2由于与第三状态吸入空气“a3”的热交换而被加热，然后循环到吸收冷却装置200的蒸发器210。

在流动通过第二冷却单元520的过程中，被冷却至大约10℃的温度的第四状态吸入空气“a4”被供应给发动机300。

在以上说明中，第一至第四吸入空气“a1”、“a2”、“a3”和“a4”的温度和第一至第三工作液体w1、w2和w3的温度是示例性值。根据诸如压缩率、压缩能力等的各种因素，在能够操作吸收冷却装置200的温度范围内，每一个温度可以被设置成不同于本实施例的温度。

此外，分别循环到第一至第三冷却单元510、520和530的第一至第三工作流体w1、w2和w3在本实施例中可以是清水，但是本发明不受限于此。

第一冷却单元510和第二冷却单元520相对于吸收冷却装置200作为热源操作以冷却吸入空气“a”。第三冷却单元530接收被辅助冷却装置400冷却的工作流体。因此，第一冷却单元510和第二冷却单元520以及第三冷却单元530可以独立工作。换句话说，由于以上冷却单元独立执行冷却，因此即使当吸收冷却装置200和辅助冷却装置400中的任一个发生故障时，吸入空气“a”也可以以其最小值被冷却。

根据本实施例，由于用于冷却被涡轮增压器压缩的高温吸入空气的吸收冷却装置通过从吸入空气获得的热源来工作，因此不需要用于操作吸收冷却装置的单独热源，因此用于冷却吸入空气的冷却系统的能效增加。

此外，由于被涡轮增压器压缩的高温吸入空气在被供应给发动机时通过多个步骤被冷却，因此与一次冷却吸入空气的情况相比较，吸入空气的冷却效率增加。

图6显示了根据本发明的另一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置。在本实施例中，由于除了将冷却液供应到第二冷却单元的配置之外，本实施例的配置与图3-5的上述实施例的配置相同，以下仅主要论述本实施例的特有特征。

参照图6，根据本实施例，第二工作流体w2和辅助工作流体w4可以选择性地在第二冷却单元520中循环。详细地，根据本实施例的吸入空气冷却系统1还包括辅助循环路径430，所述辅助循环路径430的一端连接到第二工作流体循环路径251，而另一端连接到海水循环路径440。

辅助循环路径430包括用于使辅助工作流体w4(即，海水)从海水循环路径440流动到第二工作流体循环路径251或阻挡所述辅助工作流体w4从海水循环路径440流动到第二工作流体循环路径251的第一辅助阀431和第二辅助阀432。此外，第二工作流体循环路径251包括用于选择性地阻挡第二工作流体w2的流动的第一主阀251a和第二主阀251b。

当根据本实施例的吸入空气冷却系统1的吸收冷却装置200正常操作时，第一主阀251a和第二主阀251b被设置成打开，而第一辅助阀431和第二辅助阀432被设置成关闭。在这种情况下，在吸收冷却装置200中被冷却的第二工作流体w2沿着第二工作流体循环路径251被供应给第二冷却单元520，从而冷却吸入空气“a”。

当吸收冷却装置200不能正常操作时，即，吸收冷却装置200由于诸如故障或损坏的意外事件不能工作，第一主阀251a和第二主阀251b被设置成关闭，而第一辅助阀431和第二辅助阀432被设置成打开。在这种情况下，为在大约0℃至25℃之间的任意温度的外部海水的辅助工作流体w4流入第二工作流体循环路径251中并被供应给第二冷却单元520，使得吸入空气“a”可以被冷却。

用于防止第二工作流体循环路径251由于海水被腐蚀的防腐蚀结构可以设置在第二工作流体循环路径251的内表面上。换句话说，根据本实施例，即使当吸收冷却装置200发生故障时，不仅可以通过第三冷却单元530而且可以通过第二冷却单元520执行吸入空气“a”的冷却。通过第二冷却单元520的辅助工作流体w4可以被排放到海上船舶外面。

虽然在根据本实施例的吸入空气冷却系统1中，当第二工作流体w2和辅助工作流体w4中的任一个根据吸收冷却装置200的操作状态在第二冷却单元520中流动时，吸入空气“a”被冷却，但是第二工作流体w2和第三工作流体w3中的任一个的流动配置也可以包括在本实施例中。

图7显示了根据本发明的另一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置。在本实施例中，由于除了第一冷却单元的配置之外，本实施例的配置与图3-5的上述实施例的配置相同，因此，以下仅主要论述本实施例的特有特征。

参照图7，从涡轮增压器100的废气涡轮机101排出的废气E的温度通常被设定成高于被压缩涡轮机102压缩的吸入空气“a”的温度。因此，根据本实施例的吸入空气冷却系统1的第一冷却单元510设置在用于将废气E从涡轮增压器100的废气涡轮机101排放到外面的废气歧管处。

第一冷却单元510可以形成为允许在其内流动的第一工作流体w1被废气E的废热加热到蒸汽形式的节约器。

根据本实施例，由于第一冷却单元510设置在废气歧管上，仅第二冷却单元520和第三冷却单元530可以设置在冷却部主体540中。然而，本发明不受限于此，并且三个或更多个冷却单元可以设置在冷却部主体540中。换句话说，根据本实施例的吸入空气冷却系统1的吸收冷却装置200通过冷却排放到外面的废气E并从废气E获得热源来操作。根据本实施例，可以增加决定吸收冷却装置200的冷却效率的热源之间的温度差。

图8显示了根据本发明的另一个实施例的用于海上船舶的吸入空气冷却系统的配置。在本实施例中，由于除了工作流体路径和排放水处理装置的配置之外，本实施例的配置与图3-5的上述实施例的配置相同，因此，以下仅主要论述本实施例的特有特征。

参照图8，第三工作流体循环路径410和海水循环路径420分别连接到本实施例的吸入空气冷却系统1的第一工作流体路径511和第二工作流体路径521。

第一开关阀512、第二开关阀513、第三开关阀522和第四开关阀523设置在第一工作流体路径511和第二工作流体路径521分别连接到第三工作流体循环路径410和海水循环路径420的位置处。换句话说，与第三工作流体循环路径410的上游侧路径和下游侧路径连接的第一开关阀512和第二开关阀513分别设置在第一工作流体路径511的上游侧位置和下游侧位置。此外，与海水循环路径420的上游侧路径和下游侧路径连接的第三开关阀522和第四开关阀523分别设置在第二工作流体路径521的上游侧位置和下游侧位置。

第一开关阀512、第二开关阀513、第三开关阀522和第四开关阀523由三通阀形成。第一开关阀512和第二开关阀513选择性地打开或关闭所述位置，使得第三工作流体w3进入第一工作流体路径511中。第三开关阀522和第四开关阀523选择性地打开或关闭所述位置，使得辅助工作流体w4进入第二工作流体路径521中。

换句话说，在正常情况下，第一开关阀512和第二开关阀513以及第三开关阀522和第四开关阀523在吸收冷却装置200与第一工作流体路径511和第二工作流体路径521中的每一个之间形成连接，同时关闭第一工作流体路径511与第三工作流体循环路径410之间以及第二工作流体路径521与海水循环路径420之间的连接。

另一方面，当在吸收冷却装置200中发生故障并因此在第一冷却单元510和第二冷却单元520中不能正常地执行吸入空气“a”的冷却时，第一开关阀512和第二开关阀513以及第三开关阀522和第四开关阀523分别切断吸收冷却装置200与第一工作流体路径511和第二工作流体路径513中的每一个之间的连接。第一开关阀512和第二开关阀513以及第三开关阀522和第四开关阀523分别在第一工作流体路径511与第三工作流体循环路径410以及第二工作流体路径521与海水循环路径420之间形成连接。因此，即使当吸收冷却装置200不能正操操作时，也可以正常地执行压缩空气“a”的冷却。

此外，根据本实施例的吸收冷却装置200还可以包括用于感测从吸收冷却装置200供应给第一冷却单元510和第二冷却单元520的第一工作流体w1和第二工作流体w2的温度的温度传感器(未示出)，以确定吸收冷却装置200是否正常操作。

因此，当温度传感器感测到第一工作流体w1和第二工作流体w2的温度高于预设温度时，第一至第四开关阀512、513、522和523可以相对于第一冷却单元510和第二冷却单元520阻碍第一工作流体w1和第二工作流体w2的供应，并使得能够进行第三工作流体w3和辅助工作流体的供应。

虽然在本实施例中包括了用于测量第一工作流体w1和第二工作流体w2的温度的温度传感器，但是包括仅仅用于感测第一工作流体w1和第二工作流体w2中的任一个的温度的温度传感器的配置可以包括在本实施例的配置中。

根据本实施例的吸入空气冷却系统1还包括用于处理在压缩空气“a”的冷却过程期间产生的废水的废水处理装置600。废水处理装置600设置在冷却部500与发动机300之间并收集在通过冷却部500时被冷却的压缩空气“a”内部排放的废水，并且限制将包括废水的压缩空气“a”直接供应到发动机300。由于能够防止将包括过量废水的压缩空气“a”供应到发动机300，因此可以限制由于废水对发动机300产生的腐蚀。

虽然已经参照本发明的优选实施例具体地显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员要理解的是在不背离如由所附权利要求限定的本发明的精神和保护范围的情况下可以在形式和细节上进行各种改变。优选实施例应该仅被认为是描述性的，而不是为了进行限制的目的。因此，本发明的保护范围不是由发明的具体描述限定，而是由所附权利要求限定，并且在保护范围内的所有不同将被解释为包括在本发明中。

[工业应用性]

本发明可以用于海上船舶。海上船舶不仅包括能够自动航行并且输送人或货物的海上船舶，而且包括用于存储和卸载诸如液化天然气浮式采油、储油和卸油系统(LNG-FPSO)、浮式储油单元(FSU)等的浮式海上结构。

Claims (15)

1.一种用于海上船舶的吸入空气冷却系统，吸入空气冷却系统包括：

涡轮增压器，所述涡轮增压器利用从发动机产生的废气的一部分压缩外部引入的吸入空气，并且包括前端和后端，吸入空气从所述前端被引入，吸入空气通过所述后端被供应给所述发动机；

冷却部，所述冷却部冷却在所述涡轮增压器中被压缩的吸入空气和通过所述涡轮增压器的废气中的至少一个，并且包括沿着吸入空气流或废气流布置的一个或多个冷却单元；

吸收冷却装置，所述吸收冷却装置从循环通过所述冷却单元的工作流体接收热源；

其中，所述冷却部包括：

第一冷却单元，与从所述涡轮增压器排出的吸入空气执行热交换并且在所述吸收冷却装置中流动的第一工作流体循环通过所述第一冷却单元；

第二冷却单元，所述第二冷却单元设置在所述第一冷却单元的后面，并且与吸入空气执行热交换并且在所述吸收冷却装置中流动的第二工作流体循环通过所述第二冷却单元；和

第三冷却单元，与所述海上船舶外的海水执行热交换的第三工作流体循环通过所述第三冷却单元，

其中，所述吸入空气冷却系统还包括用于在所述第三工作流体与所述海水之间执行热交换的辅助冷却装置，

通过所述第三冷却单元对吸入空气的冷却独立于通过所述第一冷却单元和所述第二冷却单元进行的冷却被执行。

2.根据权利要求1所述的吸入空气冷却系统，还包括：

第二工作流体路径，所述第二工作流体路径设置在所述第二冷却单元与所述吸收冷却装置之间，并且所述第二工作流体流动通过所述第二工作流体路径，并且第二工作流体路径包括用于选择性地打开或关闭所述第二工作流体的流动的至少一个主阀；和

辅助循环路径，所述辅助循环路径在所述第二冷却单元与所述主阀之间的位置处连接在所述第二工作流体路径上，并且所述海上船舶外的海水流动通过所述辅助循环路径，并且所述辅助循环路径包括用于打开或关闭所述海水的流动的至少一个辅助阀。

3.根据权利要求1所述的吸入空气冷却系统，其中，所述第三工作流体所循环通过的第三工作流体循环路径连接到第一工作流体路径，其中所述第一工作流体通过所述第一工作流体路径被供应给所述第一冷却单元，

所述吸入空气冷却系统还包括用于相对于所述第一冷却单元选择性地关闭所述第一工作流体的供应和执行所述第三工作流体的供应的开关阀，所述开关阀设置在所述第一工作流体路径的与所述第三工作流体循环路径连接的位置处。

4.根据权利要求1所述的吸入空气冷却系统，其中，所述海水循环通过的海水循环路径连接到所述第二工作流体路径，其中所述第二工作流体通过所述第二工作流体路径被供应给所述第二冷却单元，

所述吸入空气冷却系统还包括用于相对于所述第二冷却单元选择性地关闭所述第二工作流体的供应和执行所述海水的供应的开关阀，所述开关阀设置在所述第二工作流体路径的与所述海水循环路径连接的位置处。

5.根据权利要求1所述的吸入空气冷却系统，其中，所述第三冷却单元布置在所述第一冷却单元与所述第二冷却单元之间，并且在所述第二冷却单元中流动的所述第二工作流体的温度低于在所述第三冷却单元中流动的所述第三工作流体的温度。

6.根据权利要求1或2所述的吸入空气冷却系统，其中，所述吸收冷却装置包括：

蒸发器，所述蒸发器利用冷却剂的蒸发潜热冷却所述第二工作流体；

吸收器，所述吸收器容纳用于吸收在所述蒸发器中被蒸发的冷却剂的吸收液；

再生器，所述再生器利用从所述涡轮增压器排出并作为热源被供应的吸入空气加热并再生所述吸收器中的由于吸收所述冷却剂而被稀释的吸收液；和

冷凝器，所述冷凝器冷凝在所述再生器中被蒸发的冷却剂。

7.根据权利要求6所述的吸入空气冷却系统，其中，所述吸收冷却装置还包括感测供应给所述第二冷却单元的所述第二工作流体的温度的温度传感器。

8.一种用于海上船舶的吸入空气冷却系统，吸入空气冷却系统包括：

涡轮增压器，所述涡轮增压器利用从发动机产生的废气的一部分压缩外部引入的吸入空气，并且包括前端和后端，吸入空气从所述前端被引入，吸入空气通过所述后端被供应给所述发动机；

冷却部，所述冷却部冷却在所述涡轮增压器中被压缩的吸入空气和通过所述涡轮增压器的废气中的至少一个，并且包括沿着吸入空气流或废气流布置的一个或多个冷却单元；

吸收冷却装置，所述吸收冷却装置从循环通过所述冷却单元的工作流体接收热源；

其中，所述冷却部包括：

第一冷却单元和第二冷却单元，第一工作流体流动通过所述第一冷却单元以冷却废气，第二工作流体流动通过所述第二冷却单元以冷却压缩的吸入空气；

所述第一冷却单元设置在从所述涡轮增压器排放废气并允许废气与所述第一工作流体执行热交换的废气歧管上；以及

所述第二冷却单元设置在所述涡轮增压器与所述发动机之间并在在所述涡轮增压器中被压缩的吸入空气与所述第二工作流体之间执行热交换。

9.根据权利要求8所述的吸入空气冷却系统，其中，所述冷却部还包括第三冷却单元，与所述海上船舶外的海水执行热交换的第三工作流体循环通过所述第三冷却单元。

10.根据权利要求9所述的吸入空气冷却系统，还包括用于在所述第三工作流体与所述海上船舶外的海水之间执行热交换的辅助冷却装置，

其中通过所述第三冷却单元对吸入空气的冷却独立于通过所述第一冷却单元和所述第二冷却单元进行的冷却被执行。

11.根据权利要求8所述的吸入空气冷却系统，其中，所述第一冷却单元是通过与废气的热交换产生蒸汽的低压蒸汽发生器。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的吸入空气冷却系统，其中，所述吸收冷却装置包括：

蒸发器，所述蒸发器利用冷却剂的蒸发潜热冷却工作流体；

吸收器，所述吸收器容纳用于吸收在所述蒸发器中被蒸发的冷却剂的吸收液；

再生器，所述再生器利用作为热源被供应的废气的一部分加热并再生所述吸收器中的由于吸收所述冷却剂而被稀释的吸收液；和

冷凝器，所述冷凝器冷凝在所述再生器中被蒸发的冷却剂。

13.根据权利要求1或8所述的吸入空气冷却系统，其中，所述冷却部包括冷却部主体，吸入空气流动路径形成在所述冷却部主体中，吸入空气从所述涡轮增压器通过所述吸入空气流动路径流动到所述发动机，并且，沿着吸入空气流动路径布置的所述一个或多个冷却单元形成在所述冷却部主体中。

14.根据权利要求13所述的吸入空气冷却系统，其中，所述一个或多个冷却单元形成弹药筒型以便能够拆卸地设置在所述冷却部上。

15.根据权利要求1或8所述的吸入空气冷却系统，还包括废水处理装置，所述废水处理装置设置在所述冷却部与所述发动机之间，并处理从通过了所述冷却部被冷却的压缩空气产生的废水。