CN112930300A - 用于极地船舶的空气供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在极地区中航行的极地区船舶的空气供应系统，空气供应系统加热极地环境的低温外部空气且将其供应到需要空气的船舶上的位置，且因此可用简单结构和高能量效率且以低成本操作。

Description

用于极地船舶的空气供应系统
技术领域
本发明大体上涉及一种空气供应系统，所述空气供应系统适用于在极地区中操作的极地船舶以在极地环境下将冷外部空气供应到机载空气需求场所(demand site)，且具有实现高能量效率的简单结构，且以低成本操作。
背景技术
在因全球变暖导致的极地海冰损失的情况下，本领域中关注适于在包含俄罗斯附近的东北路线的极地区中操作的极地船舶的市场。
与在普通水中操作的船舶不同，在极地水中操作的船舶需要考虑极地水的特性，例如冰盖环境。
在极地船舶的典型空气供应系统中使用的空气(air)通过电加热器或热油系统(thermal oil system)加热到适合于发动机室(engine room)的温度。
因此，当在极地船舶中使用空气之前将空气加热到合适温度时，即使在极地环境中，极地船舶也可确保发电机以及类似物的高效操作，且可防止因低温导致的各种设施和设备的故障。
发明内容
技术问题
图1是极地船舶的典型空气供应系统的示意图。参考图1，极地船舶的典型空气供应系统使用外部空气作为待通过以下步骤供应到发动机室(1)的冷空气：通过由使用电力或热油(thermal oil)作为热源的发动机室空气加热器单元(4)将外部空气加热到适合于发动机室(1)的温度，随后使用送风机单元(5)将加热的外部空气供应到发动机室(1)。
再次参考图1，可通过送风机单元(5)将由发动机室空气加热器(4)加热的空气供应到发动机室(1)和其它空气需求场所，例如机械室(machinery room,2)、POD室(PODroom,3)以及类似物，以便防止船舶中的这种设施在极地环境下冻结。
然而，使用热油来加热外部空气的这种热油系统具有复杂配置，其占据较大安装空间，且需要较高初始安装成本和维护成本。
此外，由于空气供应系统的操作，当热油从发动机室空气加热器(4)泄漏时，存在发动机室(1)中的对应于加热器单元(4)的发动机(6)无法操作的问题。
再次参考图1，极地船舶的典型空气供应系统配置成在不加热外部空气的情况下通过吸收外部空气将用于燃料燃烧的空气直接供应到发动机(6)，以便减少能耗(energysaving)。
适于抽吸外部空气作为用于燃烧的空气的进气室(7)配备有：过滤器单元(9)，适于去除来自外部空气的杂质；消音器(silencer,10)，适于防止因空气流动所致的噪声产生，以及启动风门(11)，适于控制空气的流动方向，由此提供复杂配置。
此外，发动机进气管道(8)是SUS管道，所述SUS管道能够在极地环境下维持极低温且从进气室(7)延伸到发动机(6)，以将抽吸的空气供应到发动机(7)。发动机进气管道(8)连接到过滤器单元(9)下游的发动机(6)。
然而，由于过滤器单元(9)安置在SUS管道(8)上游，所以在安装SUS管道(8)的过程中将杂质引入到SUS管道(8)中时，归因于SUS管道(8)的特性，在海上时不可避免地发生现场校正，从而由于SUS管道的损坏(damage)而需要新的购买订单。
在实际船舶的航行中，存在因由引入到SUS管道(8)中的杂质造成的损坏而导致发动机停止操作之后需要更换组件的问题。
因此，在生产和操作阶段中需要特别注意，且由于生产和安装工作复杂而存在缺点，例如生产效率降低和维护成本增加。
已构想出本发明来解决本领域中的这种问题，且本发明的一方面是提供一种极地船舶的空气供应系统，所述空气供应系统可供应具有合适温度的空气，同时最小化系统配置的必需元件。
解决方案
根据本发明的一个方面，提供一种极地船舶的空气供应系统，包含：发动机室，在其中容纳发动机；进气室，抽吸待供应到所述发动机的用于燃烧的空气和待供应到所述发动机室的外部空气；空气加热器，通过抽吸到所述进气室中的所述外部空气与从所述发动机排出的排气之间的热交换来加热所述外部空气；以及风机室，其中安置有至少一个风机，所述至少一个风机适于将由所述空气加热器加热的所述空气供应到所述发动机和包含所述发动机室的空气需求场所，其中所述风机室配备有：发动机送风机，适于供应加热的空气作为所述发动机中的用于燃烧的所述空气；发动机室送风机，适于供应所述加热的空气作为所述发动机室的用于空气调节的空气；以及额外需求场所送风机，适于将所述加热的空气供应到其它机载空气需求场所。
所述空气供应系统可进一步包含：机械室，安置在所述发动机室附近，以允许从所述风机室供应到所述发动机室的热空气和从所述发动机室排出的空气在其中循环。
所述空气供应系统可进一步包含：空气混合室，安置在所述风机室附近，以允许由所述空气加热器加热的所述空气与从所述发动机室排出的所述空气在其中混合且供应到所述风机室。
所述空气供应系统可进一步包含：风机室循环风门，允许将从所述发动机室排出的所述空气引入到所述风机室中；混合室循环风门，允许将从所述发动机室排出的所述空气引入到所述空气混合室中，从所述发动机室排出的所述空气在所述空气混合室中与由所述空气加热器加热的所述空气混合；以及关闭风门，允许从所述发动机室排出的所述空气排出到所述空气供应系统外部。
所述空气供应系统可进一步包含：第一排放控制风门，允许将从所述发动机排出的所述排气供应到所述空气加热器；以及第二排放控制风门，允许从所述发动机排出的所述排气通过所述机械室排出到所述空气供应系统外部，而不是供应到所述空气加热器。
所述空气供应系统可进一步包含：排放控制风门，允许通过热交换从所述空气加热器排出的冷排气通过所述空气混合室排出到所述空气供应系统外部。
所述空气供应系统可进一步包含：发动机室风门，允许所述空气从所述发动机室排出到所述机械室。
发明效果
根据本发明的空气供应系统适用于在极地区中操作的极地船舶，以在通过最小数目个组件将空气加热到适合于空气需求场所的温度之后将极冷空气供应到空气需求场所，占据比本领域中的典型系统更小的安装空间，且可减少空气供应系统的安装和维护成本。
特定来说，根据本发明的空气供应系统允许省略过滤器单元、消音器以及难以维护和修理的SUS管道。
另外，根据本发明的空气供应系统可防止将极冷外部空气直接供应到船舶，由此防止对包含发动机的各种设施和设备的损坏，同时实现高效操作。
另外，根据本发明的空气供应系统使用从来自发动机的排气获得的废热来加热空气，由此与典型热加热器系统相比减小容量，同时提高船舶的能量效率。
此外，由于根据本发明的空气供应系统可省略用于将外部空气作为用于燃烧的空气直接供应到发动机的各种附件，所以根据本发明的空气供应系统允许简单地维护在安装阶段中的管道中的杂质，且可使用普通管道而不是低温管道，由此实现简单维护和修理。
附图说明
图1是极地船舶的典型空气供应系统的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的极地船舶的空气供应系统的示意图。
具体实施方式
为了充分理解本发明的操作优点和通过实施本发明实现的目的，应参考示出本发明的优选实施例的附图和附图中描述的内容。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示范性实施例的配置和操作。相似的附图标号指代具有相同或类似功能的相似元件。
本发明不限于本文中所公开的实施例，且也可以不同形式实施。
在下文中，将参考图2描述根据本发明的一个实施例的极地船舶的空气供应系统。
根据一个实施例的极地船舶的空气供应系统包含：进气室(500)，抽吸(intake)外部空气且在海上时将空气供应到机载空气需求场所；空气加热器(610)，加热抽吸到进气室(500)中的冷空气；风机室(700)，配备有至少一个风机(fan)以将由空气加热器(610)加热的热空气供应到机载空气需求场所；以及排放管线(EL)，将从发动机(110)排出的热排气通过所述排放管线(EL)供应到空气加热器(610)，且将在空气加热器(610)中加热冷空气的过程中通过热交换而降低温度的冷排气排出到空气供应系统外部。
进气室(500)可配备有：捕水器(water catcher,410)，适于将水分与抽吸到进气室中的空气分离；以及管道加热器(420)，适于防止在将水分与空气分离的过程中与抽吸的空气分离的水分在捕水器(410)中冻结，或维持进气室(500)中的空气的温度。
空气加热器(610)通过从发动机(110)排出的热排气与冷空气之间的热交换来加热冷空气且冷却热排气，在冷空气穿过捕水器(410)时从冷空气去除异物。
举例来说，抽吸到进气室(500)中的冷空气可具有约-52℃的温度，且由空气加热器(610)中的热排放空气加热的热空气可具有约5℃的温度。
如图2中所示出，根据这一实施例，抽吸到进气室(500)中的空气通过第一阀(未示出)向下移动，所述第一阀适于控制进气室(500)和进气室(500)的下部空间的关闭，且通过第二阀(未示出)引入到空气加热器(610)的冷侧入口(未示出)中，所述第二阀适于控制进气室(500)的下部空间和空气加热器(610)的冷侧入口(未示出)的关闭。
如图2中所示出，通过其将冷外部空气供应到空气加热器(610)的冷侧入口安置在空气加热器(610)的下侧处，且通过其排出由空气加热器(610)加热的热空气的热侧出口安置在空气加热器(610)的上侧处，使得冷侧入口与进气室(500)的下部空间连通，且热侧出口与下文所描述的空气混合室(600)连通。
根据这一实施例，排放管线(EL)包含：第一排放管线(EL1)，从发动机(110)排出的热排气通过所述第一排放管线(EL1)供应到空气加热器(610)；以及第二排放管线(EL2)，从发动机(110)排出的热排气通过所述第二排放管线(EL2)排出到空气供应系统外部，而不是供应到空气加热器(610)。
将沿着排放管线(EL)从发动机(110)排出的热排气沿着第一排放管线(EL1)供应到空气加热器(610)，且通过热交换从空气加热器(610)排出的冷排气沿着第二排放管线(EL2)汇合到排气流且排出到空气供应系统外部，从发动机(100)排出的热排气通过所述第二排放管线(EL2)排出到空气供应系统外部。
第一排放管线(EL1)可配备有排放控制风门(230)，所述排放控制风门(230)适于控制冷排气流，使得将通过热交换从空气加热器(610)排出的冷排气排出到空气供应系统外部。
根据这一实施例，排放管线(EL)配备有：第一排放控制风门(210)，适于控制排气流，使得将从发动机(110)排出的排气供应到空气加热器(610)；以及
第二排放控制风门(220)，适于控制排气流，使得从发动机(110)排出的排气排出到空气供应系统外部。
可通过控制第一排放控制风门(210)和第二排放控制风门(220)来控制排气的流动和通量。
第二排放管线(EL2)可安置成穿过下文所描述的机械室(200)。也就是说，根据这一实施例，视需要，第二排放管线(EL2)可安置成允许从发动机(110)排出的排气中的一些在穿过机械室(200)的同时剥夺热之后通过第二排放管线(EL2)排出。也就是说，沿着第二排放管线(EL2)流动的排气的温度可在加热机械室(200)中的空气的同时降低，且机械室(200)中的空气可由沿着第二排放管线(EL2)流动的排气加热。
因此，根据实施例的空气供应系统使用从船舶中的发动机(110)排出的排气来加热抽吸的冷外部空气，由此实现排出到空气供应系统外部的排气的温度降低，同时最小化用于加热空气的组件的数目。
风机室(700)配备有至少一个风机以将加热的热空气供应到机载空气需求场所。
根据这一实施例，机载空气需求场所可包含：发动机室(100)，其中安置有用于为极地船舶产生推进能量或电力的发动机(110)；机械室(200)，其中安置有用于极地船舶的操作的各种设备和机械；以及POD室(POD room,300)，安置在发动机室(100)附近。
作为实例，根据这一实施例的风机室(700)配备有：发动机送风机(720)，适于将热空气供应到发动机(110)；发动机室送风机(710)，适于将热空气供应到发动机室(100)和机械室(200)；以及额外需求场所送风机(730)，适于将热空气供应到包含POD室(300)以及类似物的额外机载空气需求场所。
通过发动机送风机(720)供应到发动机(110)的热空气可用作发动机(110)中的用于燃烧的空气。
根据这一实施例，由于将抽吸到进气室(500)中且由空气加热器(610)加热的外部空气作为用于燃烧的空气供应到发动机(110)，如图1中所示出，所以根据实施例的空气供应系统允许省略安置成在不加热用于燃烧的空气的情况下供应用于燃烧的空气的过滤器单元(9)、消音器(10)以及启动风门(11)，且省略用于传送极冷空气的SUS风门(8)，由此提供简单配置，同时有助于维护和修理。另外，根据实施例的空气供应系统未遭受因在安装SUS风门(8)的过程中引入异物所致的对发动机(110)的损坏，由此实现生产效率的提高以及维护和修理的成本的降低。
热空气通过发动机室送风机(710)供应到发动机室(100)。此外，热空气可通过发动机室送风机(710)供应到机械室(200)。虽然在这一实施例中描述热空气通过发动机室送风机(710)供应到发动机室(100)和机械室(200)，但可单独地设置适于将热空气供应到发动机室(100)的风机和适于将热空气供应到机械室(200)的风机。
因此，由于在根据这一实施例的空气供应系统中将热空气供应到发动机室(100)和机械室(200)，所以空气供应系统可将发动机室(100)和机械室(200)的温度调节为适合于在其中的设备的高效操作，且可防止包含发动机(110)的这种设备由于极地环境而冻结或损坏。
可将热空气供应到POD室(300)，且可将从POD室(300)排出的空气排出到空气供应系统外部。
从POD室(300)排出的空气可通过机械室(200)排出到外部，可汇合下文所描述的循环空气，或可通过下文所描述的气体阀单元室(400)排出。
虽然图2示出沿着POD室排出管线(PL1)从POD室(300)排出的空气流作为实例，但通过空气排出管线(PL2)示出通过气体阀单元室(400)排出的空气流。
气体阀单元室(400)配备有阀单元(未示出)，所述阀单元适于出于安全航行(例如压力调节以及类似物)的目的排出船舶中所产生的各种气体。另外，气体阀单元室(400)配备有排风机(410)，所述排风机(410)适于将引入到气体阀单元室(400)中的空气排放到外部。
气体阀单元室(400)可控制从例如气体燃烧单元GCU(gas combustion unit；未示出)、发动机(110)、产生蒸汽的辅助锅炉(未示出)以及类似物所产生的气体的排出。
根据这一实施例，空气供应系统可进一步包含控制从发动机室(100)排出的空气的发动机室风门(120)。
通过发动机室风门(120)从发动机室(100)排出的空气可通过机械室(200)引入到下文所描述的空气混合室(600)和/或风机室(700)中，且可由设置到风机室(700)的至少一个风机(710)、风机(720)、风机(730)再次供应到包含发动机室(100)、发动机(110)、机械室(200)以及POD室(300)的空气需求场所。另外，从发动机室(100)排出的空气可排出而不是循环。
从发动机室(100)排出的空气的循环路径由图2中的空气循环管线(RL、RL1、RL2、RL3)指示。
根据这一实施例，空气供应系统可进一步包含：风机室循环风门(130)，适于控制空气流，使得从发动机室(100)排出的空气从风机室(700)排出；混合室循环风门(140)，适于控制空气流，使得将从发动机室(100)排出的空气引入到空气混合室(600)中；以及关闭风门(150)，适于控制从发动机室(100)排出的空气排出到空气供应系统外部。
根据这一实施例，空气供应系统可进一步包含空气混合室(600)，其中由空气加热器(610)加热的热空气与通过混合室循环风门(140)引入到所述空气混合室(600)中的循环空气混合。
在空气混合室(600)中，将由空气加热器(610)加热的热空气、通过混合室循环风门(140)从发动机室(100)排出的空气、通过混合室循环风门(140)从机械室(200)排出的空气以及通过混合室循环风门(140)从POD室(300)排出的空气混合且引入到风机室(700)中。
从空气混合室(600)排出以通过风机室(700)供应到空气需求场所的空气可具有约5℃或大于5℃的温度。
归因于通过在操作包含发动机室(100)中的发动机(110)的各种设备时所产生的热而提高温度，从发动机室(100)排出的空气可具有约12.5℃的温度。
归因于通过从机械室(200)中的各种设备所产生的热而提高温度，从机械室(200)排出且引入到风机室(700)或空气混合室(600)中的空气可具有约17.5℃的温度。
虽然在这一实施例中描述由空气加热器(610)加热的空气与通过混合室循环风门(140)引入的空气在空气混合室(600)中混合且引入到风机室(700)中，但风机室(700)可仅接收由空气加热器(610)加热的空气或仅接收通过循环风门(140)引入的空气。替代地，从风机室(700)供应到空气需求场所的空气可以是从空气混合室(600)排出的空气或通过风机室循环风门(130)引入的空气。
此外，从空气加热器(610)延伸到排放控制风门(230)以提供通过热交换从空气加热器(610)排出的排气的流动通道的第一排放管线(EL1)可安置成穿过空气混合室(600)，使得空气混合室(600)中的空气可由从空气加热器(610)排出的排气的热进一步加热。
以这一方式，根据这一实施例的极地船舶的空气供应系统使用从空气加热器(610)和发动机(110)排出的排气来加热抽吸到进气室(500)中的外部空气，且接着使用风机将加热的空气供应到包含发动机室(100)和机械室(200)的各种空气需求场所，由此即使在没有用于抽吸发动机(110)中的用于燃烧的空气的单独系统和用于抽吸待供应到发动机室(100)的用于空气调节的空气的单独系统的情况下，也实现能耗减少且提供简单配置，以便降低初始安装成本和维护成本。
另外，与使用热油系统来加热用于空气调节的空气的典型系统相比，根据这一实施例的极地船舶的空气供应系统可将总容量减小约30％(7,500千瓦→5,000千瓦)。
此外，由于根据这一实施例的空气供应系统并不需要使用极冷外部空气用于发动机启动系统，所以根据这一实施例的空气供应系统允许省略SUS管道，且可由发动机送风机(720)和SS(400)管道构成，由此在未因在安装SUS管道的过程中引入杂质而损坏发动机的情况下提供简单结构、低成本、提高的生产效率以及简单的维护。
虽然本文中已描述一些实施例，但应理解，这些实施例仅出于说明目的提供且并不以任何方式解释为限制本发明，且本领域的技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改、改变、更改以及等效实施例。本发明的范围应由随附权利要求和其等效物限定。

Claims (7)

1.一种用于极地船舶的空气供应系统，包括：
发动机室，在其中容纳发动机；
进气室，抽吸外部空气作为待供应到发动机的用于燃烧的空气和待供应到所述发动机室的空气；
空气加热器，通过抽吸到所述进气室中的所述外部空气与从所述发动机排出的排气之间的热交换来加热所述外部空气；以及
风机室，其中安置有至少一个风机，所述至少一个风机适于将由所述空气加热器加热的所述空气供应到所述发动机和包含所述发动机室的空气需求场所，
其中所述风机室配备有：发动机送风机，适于供应加热的空气作为所述发动机中的用于燃烧的所述空气；发动机室送风机，适于供应所述加热的空气作为所述发动机室的用于空气调节的空气；以及额外需求场所送风机，适于将所述加热的空气供应到其它机载空气需求场所。
2.根据权利要求1所述的用于极地船舶的空气供应系统，进一步包括：
机械室，安置在所述发动机室附近，以允许从所述风机室供应到所述发动机室的热空气和从所述发动机室排出的空气在其中循环。
3.根据权利要求2所述的用于极地船舶的空气供应系统，进一步包括：
空气混合室，安置在所述风机室附近，以允许由所述空气加热器加热的所述空气与从所述发动机室排出的所述空气在其中混合且供应到所述风机室。
4.根据权利要求2所述的用于极地船舶的空气供应系统，进一步包括：
风机室循环风门，允许将从所述发动机室排出的所述空气引入到所述风机室中；
混合室循环风门，允许将从所述发动机室排出的所述空气引入到所述空气混合室中，从所述发动机室排出的所述空气在所述空气混合室中与由所述空气加热器加热的所述空气混合；以及
关闭风门，允许从所述发动机室排出的所述空气排出到所述空气供应系统外部。
5.根据权利要求2所述的用于极地船舶的空气供应系统，进一步包括：
第一排放控制风门，允许将从所述发动机排出的所述排气供应到所述空气加热器；以及
第二排放控制风门，允许从所述发动机排出的所述排气通过所述机械室排出到所述空气供应系统外部，而不是供应到所述空气加热器。
6.根据权利要求3所述的用于极地船舶的空气供应系统，进一步包括：
排放控制风门，允许通过热交换从所述空气加热器排出的冷排气通过所述空气混合室排出到所述空气供应系统外部。
7.根据权利要求2所述的用于极地船舶的空气供应系统，进一步包括：
发动机室风门，允许所述空气从所述发动机室排出到所述机械室。
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