CN113636056B - 一种船用柴油机冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用柴油机冷却系统，系统包括换热舱、内循环管路和泵体，换热舱设于柴油机与燃油舱之间的供油管路上，内循环管路将柴油机与换热舱连接并够成封闭回路，泵体设于内循环管路上，系统还包括设置于柴油机外部的散热防护罩，所述散热防护罩由框架和通过框架固定的防水透气板组成。该冷却系统包含设置在柴油机机身外部的散热防护罩，其日常使用时具有大量孔隙，可以有效实现散热，避免柴油机机身升温过快，而当罩体外表面出现海水或雨水时，对应位置可吸水一定水量，然后迅速通过孔隙填充物的膨胀将孔隙完全封闭，使后续的水分不会再渗透进入，由此实现对内部柴油机良好的防水效果，且罩体干燥后又能恢复透性，反复性好。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机冷却技术领域，具体涉及一种船用柴油机冷却系统。
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。
另外，柴油机在小型货船或者渔船上使用时，由于缺乏整体的防水系统，目前普遍采用防水罩对柴油机进行防水，例如公开号为CN2795030的专利文献中公开的不锈钢防水罩。显然，普通防水罩的使用会影响柴油机机身的散热，降低柴油机冷却系统的工作效果。为此，在设计柴油机冷却系统时需要考虑柴油机机身在防水的基础上散热的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用柴油机冷却系统，其解决了现有柴油机冷却系统在使用时造成了大量热能浪费以及未考虑柴油机机身在防水基础上散热的问题。
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、内循环管路和泵体，所述换热舱设于柴油机与燃油舱之间的供油管路上，所述内循环管路将柴油机与换热舱连接并够成封闭回路，在内循环管路内注有冷却液，所述泵体设于内循环管路上，所述冷却系统还包括设置于柴油机外部的散热防护罩，所述散热防护罩由框架和通过框架固定的防水透气板组成。
进一步改进在于，所述防水透气板的制备原料包括：粘结剂、多孔骨架料和填充在多孔骨架料孔隙内的吸水膨胀剂，所述吸水膨胀剂的体积填充率为5-20％，且吸水膨胀剂由改性膨润土和海藻酸组成；
所述防水透气板的制备过程为：选取多孔骨架料分散于去离子水中，再加入由改性膨润土和海藻酸组成的吸水膨胀剂，搅拌均匀得到混合体系，将混合体系加热至90-100℃，同时施加超声波处理，使去离子水逐渐汽化排出，直至混合体系的稠度为30-45mm，放入模具中冷却至常温即可。
进一步改进在于，所述多孔骨架料选用大孔二氧化钛或大孔二氧化硅中的一种。
进一步改进在于，所述多孔骨架料的孔隙中位径为80-500nm，所述改性膨润土的中位径为5-50nm。
进一步改进在于，所述粘结剂为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，且添加量为多孔骨架料和吸水膨胀剂总重量的5-20％。
进一步改进在于，所述吸水膨胀剂中改性膨润土和海藻酸的重量比为3-10:1。
进一步改进在于，所述改性膨润土的制备方法为：选取膨润土并与硅烷偶联剂混合分散于去离子水中，再加入乙醇，在50-80℃下搅拌5-10h形成悬浮液，再经抽提、洗涤、烘干得到颗粒物，往颗粒物中加入占颗粒物总重量1-3％的石蜡，混合研磨，得到纳米级的改性膨润土。
进一步改进在于，所述超声波处理的功率为230-300W，频率为60-70kHz。
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，换热舱内布置有若干根蛇形管，所述蛇形管接入内循环管路内。
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。
本发明中关于散热防护罩的原理为：其主要原料为多孔骨架料、粘结剂和吸水膨胀剂，多孔骨架料起到支撑作用，粘结剂起到粘接成型作用，多孔骨架料内部孔隙用于填充吸水膨胀剂，在干燥情况下，吸水膨胀剂的体积填充率只有5-20％，大部分孔隙通道可以进行透气，由此实现散热功能，而在板外表面出现水分时，吸水膨胀剂会吸水膨胀，迅速将孔隙封闭，此时防水透气板就变成密封性板体，能有效防水。另外，本发明中的吸水膨胀剂由改性膨润土和海藻酸组成，其中改性膨润土采用硅烷偶联剂和石蜡改性，其表面活性以及润滑性突出，在加热以及超声波处理下，能均匀地填充到多孔骨架料的孔隙内，避免了填充不充分的现象，而海藻酸起到连接固定作用，其自身也具有一定的吸水膨胀效果，可在干燥情况下以及湿润情况下均保证改性膨润土稳定存储在多孔骨架料的孔隙内。
本发明的有益效果在于：
(1)该冷却系统包含设置在柴油机机身外部的散热防护罩，其日常使用时具有大量孔隙，可以有效实现散热，避免柴油机机身升温过快，而当罩体外表面出现海水或雨水时，对应位置可吸水一定水量，然后迅速通过孔隙填充物的膨胀将孔隙完全封闭，使后续的水分不会再渗透进入，由此实现对内部柴油机良好的防水效果，且罩体干燥后又能恢复透性，反复性好。
(2)该冷却系统采用封闭式循环回路，利用冷却液实现对柴油机机身降温冷却的同时，将受热后的冷却液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，更重要的是避免了冷却液中所携带热能的浪费，节省了能源。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为散热防护罩的结构示意图；
图3为换热舱的结构示意图；
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、蛇形管；404、扰动叶轮；5、内循环管路；6、泵体；7、散热防护罩；701、框架；702、防水透气板。
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3所示，一种船用柴油机冷却系统，柴油机1通过供油管路2连接有燃油舱3，冷却系统包括换热舱4、内循环管路5和泵体6，换热舱4设于柴油机1与燃油舱3之间的供油管路2上，内循环管路5将柴油机1与换热舱4连接并够成封闭回路，在内循环管路5内注有冷却液，泵体6设于内循环管路5上。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。内循环管路5分布于柴油机1机身，在柴油机1工作时，通过泵体6工作，使冷却液的循环，内循环管路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，更重要的是避免了冷却液中所携带热能的浪费，节省了能源。
另外，本发明冷却系统还包括设置于柴油机1外部的散热防护罩7，散热防护罩7由框架701和通过框架701固定的防水透气板702组成。
本发明中，防水透气板702的制备原料包括：粘结剂、多孔骨架料和填充在多孔骨架料孔隙内的吸水膨胀剂，所述吸水膨胀剂的体积填充率为5-20％，且吸水膨胀剂由改性膨润土和海藻酸组成；防水透气板702的制备过程为：选取多孔骨架料分散于去离子水中，再加入由改性膨润土和海藻酸组成的吸水膨胀剂，搅拌均匀得到混合体系，将混合体系加热至90-100℃，同时施加超声波处理，使去离子水逐渐汽化排出，直至混合体系的稠度为30-45mm，放入模具中冷却至常温即可。
其中，多孔骨架料选用大孔二氧化钛或大孔二氧化硅中的一种。多孔骨架料的孔隙中位径为80-500nm，所述改性膨润土的中位径为5-50nm。粘结剂为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，且添加量为多孔骨架料和吸水膨胀剂总重量的5-20％。吸水膨胀剂中改性膨润土和海藻酸的重量比为3-10:1。超声波处理的功率为230-300W，频率为60-70kHz。
而改性膨润土的制备方法为：选取膨润土并与硅烷偶联剂混合分散于去离子水中，再加入乙醇，在50-80℃下搅拌5-10h形成悬浮液，再经抽提、洗涤、烘干得到颗粒物，往颗粒物中加入占颗粒物总重量1-3％的石蜡，混合研磨，得到纳米级的改性膨润土。
为了验证该散热防护罩7的散热以及防水效果，进行以下试验：
实施例：
散热防护罩7由框架701和通过框架701固定的防水透气板702组成。防水透气板702的制备原料包括：粘结剂、多孔骨架料和填充在多孔骨架料孔隙内的吸水膨胀剂，所述吸水膨胀剂的体积填充率为12％，且吸水膨胀剂由改性膨润土和海藻酸组成；防水透气板702的制备过程为：选取多孔骨架料分散于去离子水中，再加入由改性膨润土和海藻酸组成的吸水膨胀剂，搅拌均匀得到混合体系，将混合体系加热至95℃，同时施加超声波处理，使去离子水逐渐汽化排出，直至混合体系的稠度为38mm，放入模具中冷却至常温即可。
其中，多孔骨架料选用大孔二氧化钛。多孔骨架料的孔隙中位径为250nm，所述改性膨润土的中位径为35nm。粘结剂为乙烯基三甲氧基硅烷，且添加量为多孔骨架料和吸水膨胀剂总重量的15％。吸水膨胀剂中改性膨润土和海藻酸的重量比为6:1。超声波处理的功率为260W，频率为65kHz。
而改性膨润土的制备方法为：选取膨润土并与硅烷偶联剂混合分散于去离子水中，再加入乙醇，在65℃下搅拌7h形成悬浮液，再经抽提、洗涤、烘干得到颗粒物，往颗粒物中加入占颗粒物总重量2％的石蜡，混合研磨，得到纳米级的改性膨润土。
对比例1
散热防护罩，其与上述实施例原料及方法基本相同，唯一区别在于：将改性膨润土替换成等量的普通膨润土，且仅进行同样的研磨操作后使用。
对比例2
散热防护罩，其与上述实施例原料及方法基本相同，唯一区别在于：将海藻酸去除，替换成等量的改性膨润土。
对上述实施例以及对比例1和对比例2制得的散热防护罩样品进行性能测试，分别测试耐水压、透气率和散热性能数据，各数据均分别测刚生产出来的样品新品以及5次浸润干燥后的使用品，以及其中散热性能指的是将散热防护罩罩在柴油机外部，用柴油机正常运作时的机表温度作为数据，温度越低说明散热防护罩散热效果越好。测试结果如下表：
从上表可以看出，本发明实施例制得的散热防护罩体现出了良好的防水性能，新品耐水压达到1260mmH2O，透气率达到45.6mm/s，相应的能将机身温度控制在合理范围内，而多次浸润干燥后的使用品其耐水压和透气率基本维持原有水平，无明显下降。对比例2因将改性膨润土替换成普通膨润土，其耐水压和透气率整体水平明显下降，原因在于普通膨润土无法均匀地填充到多孔骨架料的孔隙内，相应的机身温度达到了102.6℃以上，温度过高。对比例2中将海藻酸去除，对于新品样品，耐水压和透气率与实施例差别不大，稍低，但是使用品耐水压和透气率明显降低，散热性能也相应明显降低，原因在于缺少了海藻酸的连接固定作用，多次浸润干燥后改性膨润土无法稳定存储，出现移动，导致部分孔隙堵塞，部分孔隙完全敞开等现象。
另外，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内布置有蛇形管403，蛇形管403接入内循环管路5内。在冷却液循环时，会经过蛇形管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。
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 (8)
1.一种船用柴油机冷却系统，所述柴油机(1)通过供油管路(2)连接有燃油舱(3)，所述冷却系统包括换热舱(4)、内循环管路(5)和泵体(6)，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，所述内循环管路(5)将柴油机(1)与换热舱(4)连接并够成封闭回路，在内循环管路(5)内注有冷却液，所述泵体(6)设于内循环管路(5)上，其特征在于，所述冷却系统还包括设置于柴油机(1)外部的散热防护罩(7)，所述散热防护罩(7)由框架(701)和通过框架(701)固定的防水透气板(702)组成；
所述防水透气板(702)的制备原料包括：粘结剂、多孔骨架料和填充在多孔骨架料孔隙内的吸水膨胀剂，所述吸水膨胀剂的体积填充率为5-20％，且吸水膨胀剂由改性膨润土和海藻酸组成；
所述防水透气板(702)的制备过程为：选取多孔骨架料分散于去离子水中，再加入由改性膨润土和海藻酸组成的吸水膨胀剂，搅拌均匀得到混合体系，将混合体系加热至90-100℃，同时施加超声波处理，使去离子水逐渐汽化排出，直至混合体系的稠度为30-45mm，放入模具中冷却至常温即可；
所述改性膨润土的制备方法为：选取膨润土并与硅烷偶联剂混合分散于去离子水中，再加入乙醇，在50-80℃下搅拌5-10h形成悬浮液，再经抽提、洗涤、烘干得到颗粒物，往颗粒物中加入占颗粒物总重量1-3％的石蜡，混合研磨，得到纳米级的改性膨润土。
2.根据权利要求1所述的一种船用柴油机冷却系统，其特征在于，所述多孔骨架料选用大孔二氧化钛或大孔二氧化硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种船用柴油机冷却系统，其特征在于，所述多孔骨架料的孔隙中位径为80-500nm，所述改性膨润土的中位径为5-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种船用柴油机冷却系统，其特征在于，所述粘结剂为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，且添加量为多孔骨架料和吸水膨胀剂总重量的5-20％。
5.根据权利要求1所述的一种船用柴油机冷却系统，其特征在于，所述吸水膨胀剂中改性膨润土和海藻酸的重量比为3-10:1。
6.根据权利要求1所述的一种船用柴油机冷却系统，其特征在于，所述超声波处理的功率为230-300W，频率为60-70kHz。
7.根据权利要求1所述的一种船用柴油机冷却系统，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)内布置有若干根蛇形管(403)，所述蛇形管(403)接入内循环管路(5)内。
8.根据权利要求7所述的一种船用柴油机冷却系统，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)。
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