CN112282914B - 一种船用柴油机外循环冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用柴油机外循环冷却系统，柴油机通过供油管路连接有燃油舱，冷却系统包括换热舱、外循环管路、过滤器和第一泵体，换热舱设于柴油机与燃油舱之间的供油管路上，外循环管路依次流通经过柴油机机身以及换热舱内部，且外循环管路靠近柴油机的一端设为吸水口，靠近换热舱的一端设为排水口，吸水口和排水口均伸入船底部的海水或淡水中，过滤器和第一泵体均设在外循环管路上，且过滤器位于吸水口与柴油机之间。该外循环冷却系统利用海水或淡水实现对柴油机机身降温冷却的同时，将受热后的海水或淡水加热小体积待燃烧燃油，使燃油充分预热，有助于燃油的输送以及燃烧，更重要的是避免了海水或淡水中所携带热能的浪费，节省了能源。

Description

一种船用柴油机外循环冷却系统

技术领域

本发明涉及船用柴油机技术领域，具体涉及一种船用柴油机外循环冷却系统。

背景技术

船舶柴油机，全名船舶柴油发动机，是通过燃烧柴油来获取能量并将化学能转换为机械能的发动机，该发动机为目前船舶的主动动力装置。船舶柴油机的具体工作原理如下：将燃烧气置于气缸中进行燃烧，然后通过气缸中气压的变化驱动活塞的往返运动，从而带动船舶中螺旋桨的运动，进而达到驱动船舶的目的。

船用柴油机在工作时，气缸内的燃气温度可高达2500℃，燃烧所产生的热量一部分转化为机械能，使柴油机对外输出做功；一部分热量被排出的废气带走；还有一部分热量传给气缸盖、气缸套、活塞和气门等零件。柴油机冷却系统的作用是对柴油机进行强制冷却，将受热零件的热量散发到大气中去，使柴油机的温度保持在较低的范围内。

目前，船用柴油机冷却系统大都采用外循环系统，即采用船舶所处环境中的淡水或者海水作为冷却介质，将淡水或海水抽取后对柴油机进行冷却降温，然后受热的淡水或海水直接排回至环境中。该方式虽然实现了柴油机的有效降温，但是其将受热的淡水或海水直接排放，造成了大量热能的浪费，并且排出的高温水体对环境会造成一定影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船用柴油机外循环冷却系统，其解决了现有外循环冷却系统造成了大量热能浪费的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种船用柴油机外循环冷却系统，所述柴油机通过供油管路连接有燃油舱，所述冷却系统包括换热舱、外循环管路、过滤器和第一泵体，所述换热舱设于柴油机与燃油舱之间的供油管路上，所述外循环管路依次流通经过柴油机机身以及换热舱内部，且外循环管路靠近柴油机的一端设为吸水口，靠近换热舱的一端设为排水口，所述吸水口和排水口均伸入船底部的海水或淡水中，所述过滤器和第一泵体均设在外循环管路上，且过滤器位于吸水口与柴油机之间。

进一步改进在于，所述换热舱的两端分别设有与舱内空间连通的进油口和出油口，换热舱通过进油口和出油口接入供油管路，换热舱内布置有第一蛇形管，所述第一蛇形管接入外循环管路内。

进一步改进在于，所述换热舱内部在靠近出油口的位置处设有扰动叶轮。

进一步改进在于，所述换热舱在与燃油舱连接的供油管路上设有止回阀。

进一步改进在于，所述冷却系统还包括电动三通阀、蓄能管路、蓄能舱、释能管路和第二泵体，所述电动三通阀接入外循环管路内且位于柴油机与换热舱之间，所述蓄能管路一端连接于电动三通阀，另一端连接于换热舱与排水口之间的外循环管路上，所述蓄能舱设在蓄能管路上，所述释能管路将蓄能舱与换热舱连接并够成回路，在蓄能舱及释能管路内注有蓄冷液，所述第二泵体设于释能管路上。

进一步改进在于，所述蓄能舱的两端分别设有与舱内空间连通的进液口和出液口，蓄能舱通过进液口和出液口接入释能管路，蓄能舱内布置有第二蛇形管，所述第二蛇形管接入蓄能管路；

所述换热舱内布置有第三蛇形管，所述第三蛇形管接入释能管路。

进一步改进在于，所述冷却系统还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器设于换热舱与柴油机之间的供油管路上，所述控制器的信号输入端与温度传感器的信号输出端连接，控制器的信号输出端与电动三通阀以及第二泵体的控制端连接。

进一步改进在于，

当温度传感器检测到燃油温度在最高预设值和最低预设值之间时，控制器控制电动三通阀转动使海水或淡水仅在外循环管路内流动，控制第二泵体关闭，以进行柴油机冷却，并利用海水或淡水加热换热舱内燃油；

当温度传感器检测到燃油温度高于最高预设值时，控制器控制电动三通阀转动使海水或淡水流经蓄能管路，控制第二泵体关闭，以进行柴油机冷却，并利用海水或淡水加热蓄能舱内蓄冷液；

当温度传感器检测到燃油温度低于最低预设值时，控制器控制电动三通阀转动使海水或淡水仅在外循环管路内流动，控制第二泵体启动，以进行柴油机冷却，并同时利用海水或淡水以及蓄冷液加热换热舱内燃油。

进一步改进在于，所述控制器的信号输出端同时与第一泵体的控制端连接。

进一步改进在于，所述蓄能舱的外部包裹有保温套。

本发明的有益效果在于：

(1)该外循环冷却系统利用海水或淡水实现对柴油机机身降温冷却的同时，将受热后的海水或淡水加热小体积待燃烧燃油，使燃油充分预热，有助于燃油的输送以及燃烧，更重要的是避免了海水或淡水中所携带热能的浪费，节省了能源；

(2)该冷却系统可自动控制对待燃烧燃油的加热程度，避免温度过高和过低的现象，同时在燃油温度过高时，及时回收并储存海水或淡水中的热能，避免浪费，而在燃油温度过低时，则利用海水或淡水以及储存的热能快速加热燃油，使其短时间内升温。

附图说明

图1为冷却系统的系统结构图；

图2为换热舱的内部结构示意图；

图3为蓄能舱的内部结构示意图；

图4为控制器的控制原理图；

图中：1、柴油机；2、供油管路；3、燃油舱；4、换热舱；401、进油口；402、出油口；403、第一蛇形管；404、扰动叶轮；405、第三蛇形管；5、外循环管路；6、过滤器；7、第一泵体；8、吸水口；9、排水口；10、止回阀；11、电动三通阀；12、蓄能管路；13、蓄能舱；131、进液口；132、出液口；133、第二蛇形管；134、保温套；14、释能管路；15、第二泵体；16、温度传感器；17、控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

结合图1至图4所示，一种船用柴油机外循环冷却系统，柴油机1通过供油管路2连接有燃油舱3，用于燃油供给，冷却系统包括换热舱4、外循环管路5、过滤器6和第一泵体7，换热舱4设于柴油机1与燃油舱3之间的供油管路2上，供给的燃油会先经过换热舱4内部，外循环管路5依次流通经过柴油机1机身以及换热舱4内部，且外循环管路5靠近柴油机1的一端设为吸水口8，靠近换热舱4的一端设为排水口9，吸水口8和排水口9均伸入船底部的海水或淡水中，过滤器6和第一泵体7均设在外循环管路5上，且过滤器6位于吸水口8与柴油机1之间。燃油舱3一般容积较大，加热燃油需要用到锅炉，而本发明中增设小容量的换热舱4，便于燃油的加热。外循环管路5分布于柴油机1机身，在柴油机1工作时，通过第一泵体7工作，从吸水口8吸入海水或淡水，外循环管路5会将柴油机1机身零件的热量携带至换热舱4内，实现对供给燃油的加热，使燃油充分预热，有助于燃油的输送以及燃烧，更重要的是避免了海水或淡水中所携带热能的浪费，节省了能源。

本发明中，换热舱4的两端分别设有与舱内空间连通的进油口401和出油口402，换热舱4通过进油口401和出油口402接入供油管路2，换热舱4内布置有第一蛇形管403，第一蛇形管403接入外循环管路5内。在海水或淡水流动时，会经过第一蛇形管403，与换热舱4内部的燃油充分换热。另外，换热舱4内部在靠近出油口402的位置处设有扰动叶轮404，扰动叶轮404的推动方向与出油口402方向相反，这样能使燃油在换热舱4内部扰动，不会直接排出，从而增加燃油换热时间，提高换热效果，同时不断的扰动也能使燃油加热均匀。

特别的，换热舱4在与燃油舱3连接的供油管路2上设有止回阀10，止回阀10能避免换热舱4内的燃油回到燃油舱3内，保证系统安全。

本发明中，冷却系统还包括电动三通阀11、蓄能管路12、蓄能舱13、释能管路14和第二泵体15，电动三通阀11接入外循环管路5内且位于柴油机1与换热舱4之间，蓄能管路12一端连接于电动三通阀11，另一端连接于换热舱4与排水口9之间的外循环管路5上，蓄能舱13设在蓄能管路12上，释能管路14将蓄能舱13与换热舱4连接并够成回路，在蓄能舱13及释能管路14内注有蓄冷液，第二泵体15设于释能管路14上。

本发明中，蓄能舱13的两端分别设有与舱内空间连通的进液口131和出液口132，蓄能舱13通过进液口131和出液口132接入释能管路14，蓄能舱13内布置有第二蛇形管133，第二蛇形管133接入蓄能管路12；另外，换热舱4内布置有第三蛇形管405，第三蛇形管405接入释能管路14。蓄冷液直接存储在蓄能舱13内，蓄冷液可在释能管路14内循环，循环时会由第三蛇形管405进入换热舱4内部，实现对燃油的加热。

在进行外循环冷却时，海水或淡水若仅流经外循环管路5，受热后的海水或淡水携带大量热量进入换热舱4，进行燃油加热，而海水或淡水若流经设置蓄能舱13的蓄能管路12，蓄能舱13内的蓄冷液会将海水或淡水中绝大部分热量吸收存储，使海水或淡水温度降低后再由排水口9排出。因为柴油机1机身的温度较高，其正常运作情况下产生的热量不止于满足对换热舱4内燃油的预热，大约有10％热量的剩余，因此设置蓄能舱13，能对多余的热量进行回收存储。

为了实现自动控制，本发明中冷却系统还包括温度传感器16和控制器17，温度传感器16设于换热舱4与柴油机1之间的供油管路2上，控制器17的信号输入端与温度传感器16的信号输出端连接，控制器17的信号输出端与电动三通阀11以及第二泵体15的控制端连接。

在工作时，当温度传感器16检测到燃油温度在最高预设值和最低预设值(由控制器17预先设置)之间时，控制器17控制电动三通阀11转动使海水或淡水仅在外循环管路5内流动，控制第二泵体15关闭，以进行柴油机1冷却，并利用海水或淡水加热换热舱4内燃油，此过程为正常运作模式；当温度传感器16检测到燃油温度高于最高预设值时，控制器17控制电动三通阀11转动使海水或淡水流经蓄能管路12，控制第二泵体15关闭，以进行柴油机1冷却，并利用海水或淡水加热蓄能舱13内蓄冷液，此过程是在燃油每加热一段时间后，其温度会过高(具有一定的周期性)，进行减缓加热以及蓄能的程序；当温度传感器16检测到燃油温度低于最低预设值时，控制器17控制电动三通阀11转动使海水或淡水仅在外循环管路5内流动，控制第二泵体15启动，以进行柴油机1冷却，并同时利用海水或淡水以及蓄冷液加热换热舱4内燃油，此过程一般是在柴油机1刚启动时，或者柴油机1低功率运行时，受热后海水或淡水的温度不够，进行补充加热的程序。上述三个过程自动切换，且均能实现柴油机1的有效冷却。

本发明中，控制器17的信号输出端同时与第一泵体7的控制端连接，由此可通过控制器17对外循环的启动/关闭进行统一控制，操作更加方便；另外，蓄能舱13的外部包裹有保温套134，在蓄冷液存储热量后，保温套134可提升热量的保存效果，减少损耗。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船用柴油机外循环冷却系统，所述柴油机(1)通过供油管路(2)连接有燃油舱(3)，其特征在于：所述冷却系统包括换热舱(4)、外循环管路(5)、过滤器(6)和第一泵体(7)，所述换热舱(4)设于柴油机(1)与燃油舱(3)之间的供油管路(2)上，所述外循环管路(5)依次流通经过柴油机(1)机身以及换热舱(4)内部，且外循环管路(5)靠近柴油机(1)的一端设为吸水口(8)，靠近换热舱(4)的一端设为排水口(9)，所述吸水口(8)和排水口(9)均伸入船底部的海水或淡水中，所述过滤器(6)和第一泵体(7)均设在外循环管路(5)上，且过滤器(6)位于吸水口(8)与柴油机(1)之间；

所述冷却系统还包括电动三通阀(11)、蓄能管路(12)、蓄能舱(13)、释能管路(14)和第二泵体(15)，所述电动三通阀(11)接入外循环管路(5)内且位于柴油机(1)与换热舱(4)之间，所述蓄能管路(12)一端连接于电动三通阀(11)，另一端连接于换热舱(4)与排水口(9)之间的外循环管路(5)上，所述蓄能舱(13)设在蓄能管路(12)上，所述释能管路(14)将蓄能舱(13)与换热舱(4)连接并够成回路，在蓄能舱(13)及释能管路(14)内注有蓄冷液，所述第二泵体(15)设于释能管路(14)上；

所述冷却系统还包括温度传感器(16)和控制器(17)，所述温度传感器(16)设于换热舱(4)与柴油机(1)之间的供油管路(2)上，所述控制器(17)的信号输入端与温度传感器(16)的信号输出端连接，控制器(17)的信号输出端与电动三通阀(11)以及第二泵体(15)的控制端连接；

当温度传感器(16)检测到燃油温度在最高预设值和最低预设值之间时，控制器(17)控制电动三通阀(11)转动使海水或淡水仅在外循环管路(5)内流动，控制第二泵体(15)关闭，以进行柴油机(1)冷却，并利用海水或淡水加热换热舱(4)内燃油；

当温度传感器(16)检测到燃油温度高于最高预设值时，控制器(17)控制电动三通阀(11)转动使海水或淡水流经蓄能管路(12)，控制第二泵体(15)关闭，以进行柴油机(1)冷却，并利用海水或淡水加热蓄能舱(13)内蓄冷液；

当温度传感器(16)检测到燃油温度低于最低预设值时，控制器(17)控制电动三通阀(11)转动使海水或淡水仅在外循环管路(5)内流动，控制第二泵体(15)启动，以进行柴油机(1)冷却，并同时利用海水或淡水以及蓄冷液加热换热舱(4)内燃油。

2.根据权利要求1所述的一种船用柴油机外循环冷却系统，其特征在于：所述换热舱(4)的两端分别设有与舱内空间连通的进油口(401)和出油口(402)，换热舱(4)通过进油口(401)和出油口(402)接入供油管路(2)，换热舱(4)内布置有第一蛇形管(403)，所述第一蛇形管(403)接入外循环管路(5)内。

3.根据权利要求2所述的一种船用柴油机外循环冷却系统，其特征在于：所述换热舱(4)内部在靠近出油口(402)的位置处设有扰动叶轮(404)。

4.根据权利要求2所述的一种船用柴油机外循环冷却系统，其特征在于：所述换热舱(4)在与燃油舱(3)连接的供油管路(2)上设有止回阀(10)。

5.根据权利要求1所述的一种船用柴油机外循环冷却系统，其特征在于：所述蓄能舱(13)的两端分别设有与舱内空间连通的进液口(131)和出液口(132)，蓄能舱(13)通过进液口(131)和出液口(132)接入释能管路(14)，蓄能舱(13)内布置有第二蛇形管(133)，所述第二蛇形管(133)接入蓄能管路(12)；

所述换热舱(4)内布置有第三蛇形管(405)，所述第三蛇形管(405)接入释能管路(14)。

6.根据权利要求1所述的一种船用柴油机外循环冷却系统，其特征在于：所述控制器(17)的信号输出端同时与第一泵体(7)的控制端连接。

7.根据权利要求1所述的一种船用柴油机外循环冷却系统，其特征在于：所述蓄能舱(13)的外部包裹有保温套(134)。

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