CN114476010A - 一种船用推进设备冷却系统及船用推进设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却系统技术领域，提供一种船用推进设备冷却系统及船用推进设备，船用推进设备的冷却系统，用于实现船用推进设备散热冷却，其包括第一冷却回路、换热器和第二冷却回路；所述第一冷却回路与所述船用推进设备的发热部件之间传热连接，所述第二冷却回路与所述第一冷却回路通过所述换热器传热连接，以此通过所述发热部件、第一冷却回路、换热器、第二冷却回路之间的热量传递实现所述船用推进器设备的冷却散热。

Description

一种船用推进设备冷却系统及船用推进设备

技术领域

本发明涉及冷却系统技术领域，尤其涉及一种船用推进装置发热部件的冷却与换热。

背景技术

船用推进设备通常用于为皮筏艇，快艇，帆船，渔船，独木舟等提供推进动力，其普遍采用电动机或是发动机为其提供动力源，动力源通过传动轴连接螺旋桨，通过驱动螺旋桨旋转提供推进动力。当电动机或发动机高速运转时会产生大量热量，如果热量无法及时排出，可能会导致动力源或其他模块因过热而无法正常工作、停止运转甚至损坏，整个推进设备可靠性降低，所以需要高效可靠的冷却系统对动力源或其它模块进行降温散热。

传统的汽油机或柴油机许多采用外循环冷却，如雅马哈、水星等传统舷外机主要采用开式循环方式，即采用驱动轴带动水泵从外界自然水中泵水从而对船用推进设备动力源进行冷却。开式循环虽有源源不断的自然水对动力源进行有效冷却，但外界环境对内部管路的稳定性影响较大，如经过浑浊区域，水中杂质很容易随水流一同被吸入冷却流道内，导致流道结垢、堵塞，无法有效冷却，而在大海中，海水更具一定腐蚀性，可能腐蚀损坏流道，使后续机器难以维护，并大大缩短了机器的使用寿命。

另有一采用外置/内置水箱于船用推进设备内部循环供水从而对动力源进行冷却的闭式循环方式。该方式虽然所需结构简单，成本低廉，但冷却水箱对长时间以及大功率运行时的动力源散热冷却效果欠佳，并且提高发动机/电动机的散热效率通常需以水箱的体积增大为前提，对外置水箱而言需牺牲船内较大空间，而内置水箱式闭循环冷却则可能导致推进设备机头变大，整体变重，不利于其拆装与携带。

亟需一种可靠程度高，冷却效率佳的冷却系统及船用推进设备以解决以上问题。

发明内容

第一方面，本发明提供一种用于实现船用推进设备散热冷却的冷却系统，所述冷却系统包括第一冷却回路、换热器和第二冷却回路；所述第一冷却回路与所述船用推进设备的发热部件之间传热连接，所述第二冷却回路与所述第一冷却回路通过所述换热器传热连接，以此通过所述发热部件、第一冷却回路、换热器、第二冷却回路之间的热量传递实现所述船用推进器设备的冷却散热

可选的是，所述第一冷却回路上设置泵、流体供应源；所述换热器与所述泵、所述流体供应源通过连接通道串联形成封闭流道，所述泵驱动冷却介质在所述封闭流道中流动构成所述第一冷却回路。

可选的是，所述第二冷却回路上设置热交换驱动装置、容置腔；所述换热器与所述热交换驱动装置、所述容置腔串联形成开放流道；所述换热器设置于所述容置腔中，所述冷却系统还包括与所述容置腔连通的第一冷却孔和第二冷却孔，所述容置腔设置于外界冷却水中，所述热交换驱动装置驱动所述外界冷却水通过所述第一冷却孔、第二冷却孔在外界与所述容置腔之间流入流出与所述换热器换热构成所述第二冷却回路。

可选的是，所述热交换驱动装置为所述船用推进设备的螺旋桨，所述第一冷却孔和第二冷却孔的一端与所述容置腔连通，另一端分别延伸至所述螺旋桨前后两侧的负压区域，利用所述螺旋桨抽吸作用驱动所述外界冷却水流入流出所述第一冷却孔和第二冷却孔。

可选的是，所述容置腔一体成型于船用推进设备的水下壳体，所述换热器外轮廓与所述容置腔相配合。

可选的是，所述第一冷却孔为偶数个，偶数个所述第一冷却孔对称地分布于所述水下壳体两侧。

可选的是，所述换热器包括换热管道和上盖板，所述换热管道穿设于所述上盖板且与所述上盖板之间固定密封连接，所述换热管道为一条或多条弯曲薄壁管结构。

可选的是，所述换热器与所述容置腔之间设置有两个或以上对侧布置的限位块，所述限位块上设有一侧开口的槽孔，所述换热管道卡接于所述限位块的槽孔中。

可选的是，所述上盖板密封抵接于所述容置腔的开口端面，船用推进设备的支撑机架将所述上盖板压紧固定于所述水下壳体上。

可选的是，所述冷却系统包括控制模块，还包括温度传感器、压力传感器、流量计中的至少一项，所述控制模块获取所述温度传感器、压力传感器、流量计中任一项或多项检测信息并根据所述信息调节所述泵的转速。

第二方面，本发明提供一种船用推进设备，包括上述任一种船用推进设备冷却系统，所述发热部件包括发动机、电机、电池、电机驱动器中的一项或多项。

本发明实施例的有益效果是：

第一冷却回路采用冷却介质闭循环冷却，可靠程度高，不会对流道以及发热部件造成磨损，提高了内部管路的稳定性。第二冷却回路通过换热器与外界冷却水进一步热交换，提高了冷却效率，缩小了流体供应源体积，使整个系统及装置更为可靠与高效。

附图说明

图1表示本发明实施例的船用推进设备冷却系统的结构框图；

图2表示本发明实施例的船用推进设备水下部分的一个角度的立体图

图3表示本发明实施例的换热器的结构图；

图4表示本发明实施例的船用推进设备水下部分另一角度的立体图；

图5表示图4所示的船用推进设备水下部分沿A-A线的剖视图；

图6表示本发明实施例的船用推进设备水下部分(不含桨)爆炸图；

图7表示本发明实施例的船用推进设备；

图8表示本发明实施例的另一船用推进设备；

其中：

1、换热器；111、上盖板；112、换热管道；113、进口管道；114、出口管道；

12、容置腔；121、台阶部；13、密封圈；14、喉箍；15、限位块；

2、发热部件；21、驱动器；22、电机；

3、泵；4、流体供应源；

5、船用推进设备水下部分；51、水下壳体；52、螺旋桨；53、第一冷却孔；54、第二冷却孔；

6、支撑机架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中介绍的多种可选的实施方式，彼此可以相互结合实现，也可以单独实现，对此本发明实施例不作限定。

船用推进设备通常由动力源、控制器、螺旋桨、支撑杆、齿轮箱、电池等部分组成。动力源与控制器是船用推进装置的核心部件，当其高速运行时两者会产生大量热量，此时若热量无法及时排出会造成动力源或驱动器过热，从而进一步可能导致船用推进装置停止运转甚至损坏。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种船用推进设备冷却系统，可以对船用推进设备中的发热部件进行冷却，实现船用推进设备的散热冷却。

如图1所示，船用推进设备冷却系统包括第一冷却回路、第二冷却回路及换热器1。所述第一冷却回路与所述船用推进设备的发热部件2之间传热连接，所述第二冷却回路与所述第一冷却回路通过所述换热器1传热连接，以此通过所述发热部件2、第一冷却回路、换热器1、第二冷却回路之间的热量传递实现所述船用推进器设备的冷却散热

所述第一冷却回路上设置有泵3和流体供应源4。其中，泵3、流体供应源4以及换热器1通过所述连接通道串联形成封闭通道，泵3驱动冷却介质在封闭流道中流动构成第一冷却回路，发热部件2与所述第一冷却回路传热连接以使发热部件2散热冷却。可选地，发热部件2内部设置有冷却通道，这些冷却通道通过连接通道串联于封闭流道。在本实施例中，连接通道为管道，在其他实施方式中，各个部件之间的连通不限定于采用管道串联连通。

所述发热部件2通常为动力源以及控制器，在本实施例中，发热部件2为电机22及驱动器21，根据不同的船用推进设备或不同应用场合下的船用推进设备有不同的发热部件2，并不限定为上述的电机22及驱动器21，例如可以是电机、发动机、驱动器、电路板、电池、油封、传动轴或其他电子器件中的任一种或多种。

流体供应源4为船用推进设备冷却系统提供冷却介质，冷却介质可以为液体、液体混合物或气体，如油，水，乙二醇与纯净水混合物等。作为一种优选实施例，所述流体供应源4选用50％乙二醇与50％纯净水混合物，冷却效果好，并且在船用推进设备经过低温环境时，可起到防冻作用。流体供应源4采用箱体形式，也可以选择其他流体储存容器。

所述第一冷却回路通过所述泵3输送冷却介质，泵3可由动力源驱动或者自带驱动，当泵自带驱动机构，向泵供电后，泵即开始工作。本实施例中，所述泵为自带驱动的离心泵，离心泵具有PWM转速调节，船用推进设备内部设有控制模块、温度传感器，压力传感器以及流量计，温度传感器、压力传感器以及流量计用于检测系统中的温度、压力和流量信息，控制模块根据检测到的温度、压力和流量信息控制离心泵驱动改变转速，调节散热功率，以在不同工况下均能实现满足需求的散热效果。在其他实施例中，泵4不限定于离心泵。作为一种优选实施例，流体供应源4设置于泵3正上方，可以防止出现空吸现象。

所述流体供应源4提供的冷却介质由所述泵3驱动在封闭流道中循环流动构成第一冷却回路。所述第一冷却回路为闭循环冷却回路，所述冷却介质流经发热部件2，吸收发热部件2中的热量，经过换热器1后，与外界换热，降低第一冷却回路中冷却介质中的温度，从而实现发热部件2的冷却。需要说明的是，所述发热部件2具有多种，所述冷却介质流经各发热部件2的顺序可自由调整，在本实施例中，因为所述驱动器21所需冷却温度比电机22低，所述第一冷却回路的基本循环路径为：换热器1—驱动器21—电机22—换热器1，流体供应源4与泵3可在中间任意位置加入。

在本实施例中，所述第二冷却回路上设置有热交换驱动装置及容置腔12，所述容置腔12、换热器1与所述热交换驱动装置串联形成一开放流道。所述换热器1置于容置腔12中，所述容置腔12设于外界冷却水中，与所述容置腔12连通有第一冷却孔53和第二冷却孔54，所述热交换驱动装置驱动外界冷却水从第一冷却孔53或第二冷却孔54流入，冲刷容置腔12中的换热器1，实现对所述第一冷却回路中冷却介质的热交换后，从第二冷却孔53或第一冷却孔54流出。需要说明的是，所述容置腔12可设置于船用推进设备水下部分5，也可以单独设置一模块与船用推进设备相连接。

如图2所示，所述热交换驱动装置为螺旋桨52。螺旋桨52旋转时，桨向后(或向前)推水并受到水的反作用力而为船用推进设备提供向前(或向后)的推力，同时在螺旋桨52前后侧会产生相对负压。在其他实施例中，所述热交换驱动装置也可以是第二水泵，所述第二水泵设置于第二冷却回路中，驱动外界流体如外界冷却水流经换热器实现热交换。采用螺旋桨52抽吸作用驱动外界冷却水冲刷换热器1，可省略一套动力驱动水泵与管路，缩小流体供应源的体积的同时，还使船用推进器整体尺寸更为紧凑，重量减轻，便于运输与携带，从而进一步提升用户体验。

船用推进设备水下部分5包括水下壳体51、螺旋桨52、压浪板、传动轴(未示出)以及鳍等。本实施例中，所述换热器1设置于容置腔12中，容置腔12设置于船用推进设备水下部分5中的水下壳体51内。所述第一冷却孔53和第二冷却孔54一端与容置腔12连接，另一端分别延伸至所述螺旋桨52前后两侧的负压区域，由于压差作用，所述螺旋桨52驱动外界冷却水通过所述第一冷却孔53和第二冷却孔54在外界与所述容置腔12之间流入流出，并与换热器1换热形成第二冷却回路。

所述第一冷却孔53设置于水下壳体51上，作为一种优选实施例，所述第一冷却孔53为偶数个，所述偶数个第一冷却孔53对称分布在水下壳体51两侧，以使管路流道通畅，减速流道阻力。

所述螺旋桨52桨毂中设置有第二冷却孔54，多个第二冷却孔54沿螺旋桨52轴向延伸设置，沿螺旋桨52周向均匀分布。在其他实施方式中，进行热交换的方式不限定于开设孔道与外界冷却水相连通，例如可以是将冷却回路的部分浸没在水中，或是在连接通道周围设置风扇，利用风冷冷却连接通道中的冷却介质。

由于螺旋桨52对水流的抽吸作用，造成桨盘处的水流被加速，由伯努利定律可知，同一根流线上，水质点速度加快，必然会导致压力下降。当螺旋桨52正转时，桨毂远离桨轴一端截面流速较高，压力较低，而水下壳体51处流速较低，压力较高。压差的存在使外界流体如外界冷却水由高压区向低压区流动，即所述外界冷却水不断的由水下壳体51上的第一冷却孔53进入容置腔12并从所述第二冷却孔54中排出，形成第二冷却回路，所述第二冷却回路在容置腔12中与换热器1进行充分的热交换后，将热量散发至外部环境，由此降低换热器1内部冷却介质的温度，实现对所述第一冷却回路中冷却介质的冷却。

当螺旋桨52反转时，则与之相反，桨毂远离桨轴一端截面处压力较高，而水下壳体51处为抽吸作用产生的负压区域，所述外界冷却流体不断的从第二冷却孔54进入容置腔12与换热器1换热后，由第一冷却孔53排出。需要说明的是，当螺旋桨反推时可通过叶片设计以及可调螺距螺旋桨增大抽吸负压区域的压差。

在本实施例中，由于水深高度差不大，压差主要来源于螺旋桨52转动，故抽吸压差角度、最优位置不明显，可在水下壳体51任意位置开设第一冷却孔53，优选地，所述第一冷却孔53与所述第二冷却孔54在水平方向上设置于同一高度。

所述换热器1包括换热管道112与上盖板111，所述换热管道112穿设于所述上盖板111且与所述上盖板111之间固定密封连接。所述冷却介质流经所述换热管道112内侧，所述外界冷却水流经所述换热管道112外侧，所述第一冷却回路与所述第二冷却回路通过所述换热管道112传热连接。如图3所示，所述换热管道112为管式结构，也可以替换为片状换热器、板式换热器等常见换热器类型。在其他实施例中，也可设置多个换热器1串联提高换热效率。所述换热器1还包括进口管道113、出口管道114。所述换热管道112通过上盖板111中通孔与进口管道113以及出口管道114相连接，如图6所示，所述进口管道113及出口管道114通过喉箍14与船用推进设备支撑机架6空腔中穿出的管道连接。

所述换热管道112为一条或多条弯管结构，在其他实施例中，也可以采用直管结构，所述弯管错位平行设置。作为一种优选实施例，所述换热管道112采用薄壁管结构，换热管道112的弯折半径根据容置腔12可容纳最大尺寸进行设计，最大程度上增大了换热面积，提高换热效率，减小热阻，并且不会造成内部阻抗过大，影响换热器1流量。

如图4、图5所示，所述容置腔12设置于水下壳体51内，所述水下壳体51通常为齿轮箱壳体，也可能为电机壳体。当所述水下壳体51为齿轮箱壳体时，所述容置腔12与齿轮箱中齿轮传动部分隔离设置，防止外界冷却水中杂质影响其传动。

所述容置腔12具有一体成型的内轮廓，所述内轮廓与换热器1外轮廓相配合。所述容置腔12远离所述螺旋桨52方向设置有一台阶部121，所述台阶部121与所述上盖板111等高。

如图6所示，装配时将所述换热器1沿竖直方向放入所述容置腔12中，所述上盖板111可与所述台阶部121相抵接，限定所述换热器1在竖直方向上的移动。所述换热器1与所述容置腔12之间设置有两个及以上对侧布置的限位块15，所述限位块15由橡胶材料制成，一侧开设有与所述换热管道112孔径相一致的槽孔，所述限位块15倾斜角度根据所述换热管道112形状设计，所述换热管道112卡接于所述限位块15的槽孔中。所述限位块15可防止所述换热器1在所述容置腔12中晃动，同时可起到对所述换热管道112减震、减少噪音、防止所述换热管道112管壁之间的摩擦以及所述换热管道112管壁与所述容置腔12内壁之间摩擦的作用，从而提高船用推进设备冷却系统的稳定性。

所述支撑机架6通过螺栓与所述水下壳体51连接，从而给所述换热器1施加一向下压紧力，结合所述限位块15以及所述上盖板111对换热器1的限位，可将所述换热器1固定于所述水下壳体51内，使其安装拆卸方便，可维护性高。

为使所述螺旋桨52的负压能更好的驱使外界冷却水按照预定方向流动，所述上盖板111套设有与其轮廓一致的密封圈13，通过所述密封圈13将所述换热器1所在腔体上部进行密封，使所述上盖板111与所述容置腔12开口断面密封，可保证所述螺旋桨52产生的负压能更有效的驱动所述容置腔12中外界冷却水的流动。

作为一种优选实施方式，所述第一冷却孔53、第二冷却孔54处设置有滤网，可避免因水质较差、沉淀物和杂物易磨损所述换热器1并容易导致所述第二冷却回路堵塞的问题。

本发明还提供了一种船用推进设备，包括船用推进设备本体及船用推进设备冷却系统，该船用推进设备冷却系统与实施方式一的结构、工作原理和有益效果相同，在此不再赘述；如图7，图8所示，所述船用推进设备可以将电机与驱动器上置，通过传动轴以及齿轮传动传递扭矩驱动螺旋桨转动，或是将电机设置于船用推进设备水下部分，直接由电机驱动螺旋桨转动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述实施例是参考附图来描述的，其他不同的形式和实施例也是可行而不偏离本发明的原理，因此，本发明不应被建构成为在此所提出实施例的限制。更确切地说，这些实施例被提供以使得本发明会是完善又完整，且会将本发明范围传达给本领域技术人员。在附图中，组件尺寸及相对尺寸也许基于清晰起见而被夸大。在此所使用的术语只是基于描述特定实施例目的，并无意成为限制用。术语“包含”及/或“包括”在使用于本说明书时，表示所述特征、整数、构件及/或组件的存在，但不排除一或更多其它特征、整数、构件、组件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陈述时，一值范围包含该范围的上下限及其间的任何子范围。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种船用推进设备冷却系统，用于实现船用推进设备散热冷却，其特征在于，所述冷却系统包括第一冷却回路、换热器和第二冷却回路；所述第一冷却回路与所述船用推进设备的发热部件之间传热连接，所述第二冷却回路与所述第一冷却回路通过所述换热器传热连接，以此通过所述发热部件、第一冷却回路、换热器、第二冷却回路之间的热量传递实现所述船用推进器设备的冷却散热。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述第一冷却回路上设置泵、流体供应源；所述换热器与所述泵、所述流体供应源通过连接通道串联形成封闭流道，所述泵驱动冷却介质在所述封闭流道中流动构成所述第一冷却回路。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第二冷却回路上设置热交换驱动装置、容置腔；所述换热器与所述热交换驱动装置、所述容置腔串联形成开放流道；所述换热器设置于所述容置腔中，所述冷却系统还包括与所述容置腔连通的第一冷却孔和第二冷却孔，所述容置腔设置于外界冷却水中，所述热交换驱动装置驱动所述外界冷却水通过所述第一冷却孔、第二冷却孔在外界与所述容置腔之间流入流出与所述换热器换热构成所述第二冷却回路。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述热交换驱动装置为所述船用推进设备的螺旋桨，所述第一冷却孔和第二冷却孔的一端与所述容置腔连通，另一端分别延伸至所述螺旋桨前后两侧的负压区域，利用所述螺旋桨抽吸作用驱动所述外界冷却水流入流出所述第一冷却孔和第二冷却孔。

5.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述容置腔一体成型于所述船用推进设备的水下壳体，所述换热器外轮廓与所述容置腔相配合。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述第一冷却孔为偶数个，偶数个所述第一冷却孔对称地分布于所述水下壳体两侧。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述换热器包括换热管道和上盖板，所述换热管道穿设于所述上盖板且与所述上盖板之间固定密封连接，所述换热管道为一条或多条弯曲薄壁管结构。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述换热器与所述容置腔之间设置有两个或以上对侧布置的限位块，所述限位块上设有一侧开口的槽孔，所述换热管道卡接于所述限位块的槽孔中。

9.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述上盖板密封抵接于所述容置腔的开口端面，所述船用推进设备的支撑机架将所述上盖板压紧固定于所述水下壳体上。

10.根据权利要求2-9中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括控制模块，还包括温度传感器、压力传感器、流量计中的至少一项，所述控制模块获取所述温度传感器、压力传感器、流量计中任一项或多项检测信息并根据所述信息调节所述泵的转速。

11.一种船用推进设备，其特征在于，包括权利要求1-10中任一项所述的冷却系统，所述发热部件包括发动机、电机、电池、电机驱动器中的一项或多项。

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