CN111559487A - 用于船只的电气推进系统的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于船的冷却系统包括至少一个冷却器，其位于船的船体内部并且对船体的外部封闭。该冷却器构造成用于经由定位在冷却剂流和流体流之间的船体壁在至少一个冷却器中的冷却剂流与船体外部的流体流之间交换热能。一个或多个冷却剂通道从限定至少一个冷却剂回路的至少一个冷却器延伸。一个或多个冷却剂通道构造成将冷却剂流从至少一个冷却器传递到沿至少一个冷却剂回路设置的一个或多个部件，以冷却所述一个或多个部件并且使冷却剂流返回到至少一个冷却器。

Description

用于船只的电气推进系统的冷却系统
技术领域
本主题公开涉及船只，更具体地涉及用于船推进系统和部件的冷却系统。
背景技术
传统的船舶冷却系统利用通过船体抽吸的水作为冷却流体。水从水体(在此也称为海水)被抽入船中，船在水体中通过泵工作，然后在某些系统中通过热交换器安排路线，以与也循环通过热交换器的冷却剂流进行热能交换。然后，冷却剂在再循环到热交换器之前，循环到发动机、马达或其他部件以冷却所述部件。水流过热交换器后被船舶冷却系统排到船外。
在这样的系统中，只要发动机在运转，通过冷却系统的流动就会持续。这样的系统需要通过船体吸收海水。此外，这样的系统在某些船上是有问题的，比如通过电池供电的电动马达推进的那些船，这些船没有可操作的怠速模式或速度。在这样的船中，除非船通电，否则诸如电动马达和电池之类的部件的冷却将停止。在其他系统中，利用了安装在船体外部的龙骨冷却器。龙骨冷却器给船体带来了额外的阻力，并要求在船体上钻多个孔，这给系统带来了额外的潜在故障点。此外，龙骨冷却器由于其位于船体外部而易于由于与水下物体的碰撞而损坏。
发明内容
在一实施例中，一种用于船的冷却系统包括至少一个冷却器，其位于船的船体内部并且对船体的外部封闭。该冷却器构造成用于经由定位在冷却剂流和流体流之间的船体壁在至少一个冷却器中的冷却剂流与船体外部的流体流之间交换热能。一个或多个冷却剂通道从限定至少一个冷却剂回路的至少一个冷却器延伸。一个或多个冷却剂通道构造成将冷却剂流从至少一个冷却器传递到沿至少一个冷却剂回路定位的一个或多个部件，以冷却所述一个或多个部件，并且使冷却剂流返回到至少一个冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，至少一个冷却器位于船体的脊处。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，脊封闭件固定到船体的内部以包围由脊限定的脊凹部。包围的脊凹部限定至少一个冷却器的冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，脊封闭件通过焊接固定到船体的内部。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，船体由铝形成。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，一个或多个部件是船推进系统的一个或多个电气部件。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，泵构造成沿着至少一个冷却剂回路推动冷却剂流。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，至少一个冷却器是位于船体的相对侧面处的两个冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，至少一个冷却回路是两个冷却剂回路。两个冷却剂回路中的第一冷却剂回路包括两个冷却器中的第一冷却器，并且两个冷却剂回路中的第二冷却剂回路包括两个冷却器中的第二冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，第一冷却剂回路和第二冷却剂回路构造和布置成冷却一个或多个部件中的不同部件。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，流体流是水或空气之一。
在另一实施例中，一种船包括船体和位于船体中并构造成推进船体的推进系统。冷却系统位于船体中并且构造成冷却推进系统的一个或多个部件。该冷却系统包括至少一个冷却器，其位于船体内部并且对船体的外部封闭。该冷却器构造成用于经由定位在冷却剂流和流体流之间的船体壁在至少一个冷却器中的冷却剂流与船体外部的流体流之间交换热能。一个或多个冷却剂通道从限定至少一个冷却剂回路的至少一个冷却器延伸。一个或多个冷却剂通道构造成将冷却剂流从至少一个冷却器传递到沿至少一个冷却剂回路定位的一个或多个部件，以冷却所述一个或多个部件，并且使冷却剂流返回到至少一个冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，至少一个冷却器位于船体的脊处。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，脊封闭件固定到船体的内部以包围由脊限定的脊凹部。包围的脊凹部限定至少一个冷却器的冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，至少一个冷却器是位于船体的相对侧面处的两个冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，至少一个冷却回路是两个冷却剂回路。两个冷却剂回路中的第一冷却剂回路包括两个冷却器中的第一冷却器，并且两个冷却剂回路中的第二冷却剂回路包括两个冷却器中的第二冷却器。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，第一冷却剂回路和第二冷却剂回路构造和布置成冷却一个或多个部件中的不同部件。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，推进系统是电气推进系统，其包括电动马达、可操作地连接至电动马达并由此驱动的支柱以及可操作地连接至电动马达以向电动马达提供功率的一个或多个电池。一个或多个部件包括电动马达或者一个或多个电池中的至少一个。
另外或可替代地，在该实施例或其他实施例中，船包括中央船体和在中央船体的外侧横向设置的两个外部船体。至少一个冷却器位于两个外部船体中的一个外部船体中。
在又一实施例中，一种冷却船的一个或多个推进系统部件的方法包括推动冷却剂流通过定位在船的船体内部并邻接外部船体壁的至少一个脊式冷却器，以及经由定位在冷却剂流与流体流之间的外部船体壁，在至少一个脊式冷却器中的冷却剂流与船体外部的流体流之间交换热能。沿着限定至少一个冷却剂回路的一个或多个冷却剂通道引导来自至少一个脊式冷却器的冷却剂流。一个或多个推进系统部件沿着至少一个冷却剂回路定位并且经由冷却剂流与一个或多个推进系统部件之间的热能交换而冷却。推动冷却剂流从冷却剂回路到至少一个脊式冷却器。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
在下面的详细描述中，仅以示例的方式出现其他特征、优点和细节，该详细描述参考附图，其中：
图1是船只的实施例的示意图；
图2是船体的实施例的后视剖视图；
图3是船体的另一实施例的后视剖视图；
图4是用于利用脊式冷却器的船的冷却系统的实施例的示意图；
图5是用于利用脊式冷却器的船的冷却系统的实施例的另一示意图；以及
图6是用于利用脊式冷却器的船的冷却系统的实施例的又一示意图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
根据图1所示的示例性实施例是船只或船10的实施例。船10具有推进系统12，该推进系统在图1的实施例中包括连接至船尾驱动器16的电动马达14，该船尾驱动器16经由支柱18绕支柱轴线20的旋转来推动船10。在一些实施例中，电动马达14经由驱动轴22连接至船尾驱动器16，而在其他实施例中，省略了驱动轴，并且电动马达14和船尾驱动器16直接连接。尽管在此示出并描述了船尾驱动器16的构造，但是本领域技术人员将理解，本公开可以容易地应用于具有其他推进系统构造(比如舷内或舷外马达构造)的船10。电动马达14的操作驱动驱动轴22的旋转，这继而直接地或者经由中间连接或齿轮减速装置(未示出)推动支柱18的旋转。电动马达14由连接到电动马达14的一个或多个电池24供电。当船10停靠或停泊在岸上时，电池24通过例如连接到电源28的插座26周期性地充电。推进系统12还包括将350V DC转换为12V DC电源以对车载12V电气系统充电的附件电源模块(APM)68、将350V DC电源转换为三相AC电源以对电动马达14供电的单个电源逆变器模块(SPIM)70以及车载充电模块(OBCM)72，其将来自电网的AC电源转换为DC电源以对一个或多个电池24充电。推进系统12布置在船体30中，并且可操作地连接至可由船10的使用者操作的控制器32。在一些实施例中，船体30由铝形成，但在其他实施例中，在船体30构造中使用其他材料，比如玻璃纤维。
现在参考图2，示出了船体30的实施例的示意性后视剖视图。船体30具有V形底部，船体外表面34从龙骨36朝向轨道38延伸。船体外表面34具有一个或多个脊40，或在龙骨36和轨道38之间的角度急剧变化。在图2的实施例中，船体外表面34包括由船体外表面34的90度角度变化形成的脊40。应当理解，船体外表面34的形状以及所示的脊40仅是示例性的，并且本领域技术人员将容易意识到，本公开可以应用于其他船体外表面34的形状和脊40的构造。如图1所示，脊40沿船体30从脊第一端42纵向延伸至脊第二端44。
再次参考图2，脊40在船体30内部限定脊凹部46。脊封闭件48在脊40处例如在脊40和龙骨36之间以及在脊40和轨道38之间固定并密封到船体30。脊封闭件48包围脊凹部46，并且与船体30一起在脊凹部46内限定密封的脊式冷却器50。在一些实施例中，脊封闭件48例如通过焊接固定到船体30。脊封闭件48可以由与船体30相同的材料例如铝形成，或者可以由与船体30不同的材料形成，例如塑料或纤维增强的复合材料。脊式冷却器50对船体30的外部封闭。换句话说，脊式冷却器50中没有通道或开口穿过船体30延伸到其外部。除脊式冷却器50之外或作为其替代，舟10可包括一个或多个龙骨冷却器90，其通过将龙骨封闭件92固定并密封在龙骨36处而限定，如图2所示。
冷却剂流过脊式冷却器50。在一些实施例中，冷却剂是水或其他流体。热能通过邻接脊式冷却器50的船体外表面34从脊式冷却器50中的冷却剂传导出去并且至船10在其中运行的水体52。由于脊凹部46的形状，热能从脊式冷却器50通过在轨道38和脊40之间的脊式冷却器50的上部54以及在脊40和龙骨36之间的脊式冷却器50的下部56传导。当船体30由诸如铝的高导热性材料形成时，热能传递的效率得以提高。
在另一实施例中，如图3所示，船体30是多船体构造，其具有例如中央船体200和位于中央船体200的横向外侧的两个外部船体202。在图3的实施例中，中央船体200可包括一个或多个脊式冷却器50和/或一个或多个龙骨冷却器90，如上面参照图2所述。另外或可替代地，一个或多个外部船体202可包括外部船体冷却器204。在一些实施例中，外部船体202包括面向外的外部船体翼板206。外部船体翼板206被定义为外部船体表面208中的突起，并且在外部船体202内部限定了翼板凹部210。翼板封闭件212包围翼板凹部210，并且与外部船体202一起在翼板凹部210内限定密封的外部船体冷却器204。在一些实施例中，翼板封闭件212通过例如焊接固定至外部船体202。本领域技术人员将容易理解，除了本文所述的脊式冷却器50和龙骨冷却器90或者作为其替代，还可以利用外部壳体冷却器204。
现在参考图4，脊式冷却器50是冷却系统58的一部分。图4是船体30的平面图，示意性地示出了船10的部件在其中的布置。冷却系统58包括在船体30的每个侧面60处的脊式冷却器50。第一脊式冷却器50a位于船体30的第一侧面60a处，并且连接至第一冷却剂回路62a。冷却剂从第一脊式冷却器50a经由出口端口64并流过冷却剂通道66。冷却剂流过沿冷却剂通道66排列的部件，比如附件电源模块(APM)68、单电源逆变器模块(SPIM)70、车载充电模块(OBCM)72和电动马达14。冷却剂通过与其进行热能交换来冷却部件。然后，冷却剂通过入口端口74返回到第一脊式冷却器50a。在一些实施例中，冷却剂被冷却剂泵76沿着冷却剂通道66推动。在图4的实施例中，冷却剂泵76位于出口端口64和部件之间，但在其他实施例中，冷却剂泵76可以沿着冷却剂通道56定位在其他位置。
第二脊式冷却器50b位于船体30的与第一侧面60a相对的第二侧面60b，并且连接至第二冷却剂回路62b。冷却剂从第二脊式冷却器50b经由出口端口64并且流过冷却剂通道66。冷却剂流过沿冷却剂通道56排列的部件，比如一个或多个电池24。冷却剂通过与其交换热能来冷却一个或多个电池24。然后，冷却剂通过入口端口74返回到第二脊式冷却器50b。在一些实施例中，冷却剂被冷却剂泵76沿着冷却剂通道66推动。在图4的实施例中，冷却剂泵76位于出口端口64和一个或多个电池24之间，但在其他实施例中，冷却剂泵76可以沿着冷却剂通道56定位在其他位置。在一些实施例中，第一冷却剂回路62a和第二冷却剂回路62b在不同的温度下工作。
尽管在图4的实施例中，第一冷却剂回路62a和第二冷却回路62b被隔离，以使得第一冷却剂回路62a中的冷却剂不与第二冷却剂回路62b中的冷却剂混合，但在如图5所示的其他实施例中，来自第一冷却剂回路62a的冷却剂可被引导通过第二冷却剂回路62b，反之亦然。在这样的实施例中，冷却系统58包括一个或多个连接冷却剂通道78，其将第一冷却剂回路62a连接到第二冷却剂回路62b。此外，一个或多个阀80沿着连接冷却剂通道78定位，以沿着冷却系统58的通道选择性地引导冷却剂。例如，在某些操作条件下，一个或多个电池24可能需要除第二冷却剂回路62b中的冷却剂提供的冷却以外的附加冷却。在这种情况下，阀80可以选择性地打开以引导来自第一冷却剂回路62a的附加冷却剂通过连接冷却剂通道78并穿过第二冷却剂回路62b，以向一个或多个电池24提供附加冷却。当一个或多个电池24被充分冷却并且确定不再需要附加冷却时，可以关闭阀80。此外，如图6的实施例中所示，可将脊式冷却器50a、b和部件布置在单个冷却剂回路62中，其中脊式冷却器50a、b串联布置。单个泵76可以驱动冷却剂通过单个冷却剂回路62。
本文公开的冷却系统58为车载电气部件的冷却提供了相对较低的维护解决方案，因为该系统对船体外部是封闭的，因此不需要每年的过冬。此外，当船10不在水中时，所公开的冷却系统58仍可操作，因为冷却剂的流动可容易地经由脊式冷却器50与船体外表面34处的外部空气交换热能。此外，冷却系统58可以容易地装配到现有的船体30上，而无需在船体30中钻孔，并且不从船体外表面34突出，因此不改变船体30的流体动力学性能。该解决方案还消除了对淡水冷却泵的需求，因此使整个系统更高效，并且无需大型水冷却剂热交换器，这可从船上节省多达100磅的重量，从而提高了性能和效率。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于船的冷却系统，包括：
至少一个冷却器，其设置在船的船体内部并且对船体的外部封闭，该冷却器构造成用于经由设置在冷却剂流和流体流之间的船体壁在至少一个冷却器中的冷却剂流与船体外部的流体流之间交换热能；以及
一个或多个冷却剂通道，其从限定至少一个冷却剂回路的至少一个冷却器延伸，所述一个或多个冷却剂通道构造成将冷却剂流从至少一个冷却器传递到沿至少一个冷却剂回路设置的一个或多个部件，以冷却所述一个或多个部件并且使冷却剂流返回到至少一个冷却器。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却器设置在船体的脊处。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，还包括脊封闭件，其固定到船体的内部以包围由所述脊限定的脊凹部，包围的脊凹部限定所述至少一个冷却器的冷却器。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述脊封闭件通过焊接固定到船体的内部。
5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述一个或多个部件是船推进系统的一个或多个电气部件。
6.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括泵，以沿着所述至少一个冷却剂回路推动冷却剂流。
7.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却器是设置在船体的相对侧面处的两个冷却器。
8.根据权利要求7所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却回路是两个冷却剂回路，并且其中，所述两个冷却剂回路中的第一冷却剂回路包括两个冷却器中的第一冷却器，并且所述两个冷却剂回路中的第二冷却剂回路包括两个冷却器中的第二冷却器。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其中，所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路构造和布置成冷却所述一个或多个部件中的不同部件。
10.一种冷却船的一个或多个推进系统部件的方法，包括：
推动冷却剂流通过设置在船的船体内部并邻接外部船体壁的至少一个脊式冷却器；
经由设置在冷却剂流与流体流之间的外部船体壁，在至少一个脊式冷却器中的冷却剂流与船体外部的流体流之间交换热能；
沿着限定至少一个冷却剂回路的一个或多个冷却剂通道引导来自至少一个脊式冷却器的冷却剂流；
经由冷却剂流与一个或多个推进系统部件之间的热能交换来冷却沿着至少一个冷却剂回路设置的一个或多个推进系统部件；以及
推动冷却剂流从冷却剂回路到至少一个脊式冷却器。
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