CN116101471A - 包括封闭的冷却回路的海上驱动单元 - Google Patents

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Abstract

公开了包括封闭的冷却回路的海上驱动单元。具体地，一种用于船只的海上驱动单元，该海上驱动单元包括被布置在驱动单元主体内的冷却隔间，其中，所述冷却隔间形成封闭的冷却回路的一部分，其中，所述冷却回路被布置成冷却所述船只的推进部件，其中，所述冷却隔间包括入口开口、入口通道、下端、出口通道以及出口开口，其中，所述入口通道形成用于冷却流体从所述冷却隔间的入口开口到下端的第一流动路径，并且其中，所述出口通道形成用于冷却流体从所述冷却隔间的下端到出口开口的第二流动路径，由此允许通过所述驱动单元的外壁将热从所述冷却流体耗散。

Description

包括封闭的冷却回路的海上驱动单元
技术领域
本发明涉及一种包括封闭的冷却回路的海上驱动单元。冷却回路有意用于冷却电动推进部件。
背景技术
交通工具的电动推进越来越普遍，以便代替可燃燃料。慢慢地，海上交通工具的电动推进也越来越受到关注。然而，船只的一个缺点在于，船只的燃料经济性比汽车低得多，尤其是对于以更高速度行驶的船只。这意味着对于相同的行驶距离，船只必须携带更多电池。
当船只以低速行驶时，较慢船只(诸如快艇或帆船)的电驱动系统相对能量高效。帆船的进一步优点在于，它们通常不需要马达，并且马达主要用于紧急情况和停靠码头时。在这些情况下，电动驱动器可能是合理的。
即使电动马达具有高效率，也会有一些损失被转化为热，需要将热冷却掉。这适用于电动马达、电子控制单元和电池。
船只上的内燃机由流过马达或流过热交换器行进的海水冷却。舷外发动机由海水直接冷却，在发动机的下部靠近螺旋桨的位置处有水入口和水出口。设置有艉机驱动器(sterndrive)的舷内发动机也在艉机驱动器中具有水入口和水出口。在具有直轴驱动器(straight axle drive)的船只上，水入口和水出口穿过船体布置。
US 10,760,470 B2公开了一种闭环冷却回路，该闭环冷却回路被布置在船只驱动单元的支撑杆的外壳中，其中，外壳设置有多个入口，该多个入口被构造成用于使水从外部入流，以冷却闭环回路中的冷却剂。
这些冷却布置很好地发挥作用，但是使用流过冷却系统行进的海水，尤其是盐海水，存在一些维护问题。
因而，存在改进冷却系统的空间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种设置有封闭的冷却隔间的海上驱动单元。本发明的进一步目的在于提供一种通过使用封闭的冷却隔间来冷却海上驱动单元的推进部件的方法。本发明的进一步目的在于提供一种包括这样的海上驱动单元的船只。
在如下海上驱动单元、方法以及船只中描述了根据本发明的问题的解决方案。而且，包含了海上驱动单元的有利的进一步扩展。
在用于船只的海上驱动单元中，其中该海上驱动单元包括被布置在驱动单元主体中的封闭的冷却隔间，其中，封闭的冷却隔间形成封闭的冷却回路的一部分，其中，冷却回路被布置成冷却船只的推进部件，实现了本发明的目的，其中封闭的冷却隔间包括入口开口、入口通道、下端、出口通道以及出口开口，其中，入口通道形成用于冷却流体从封闭的冷却隔间的入口开口流到下端的第一流动路径，并且其中，出口通道形成用于冷却流体从封闭的冷却隔间的下端流到出口开口的第二流动路径，由此允许通过驱动单元的外壁将热从冷却流体耗散。
通过海上驱动单元的该第一实施例，推进部件(诸如电动马达、电池和/或电子控制单元)可以通过在驱动单元中的封闭的冷却隔间内行进的冷却流体来冷却。以这种方式，不需要将淡水从船只外部带入船只。这有几个优点。一个优点在于不必维护淡水流动通道。这消除了清洁流动通道以及检查和更换入口开口和出口开口处的橡胶垫圈等的需要。进一步优点在于，如果入口或出口管段破裂，船只不会被淹没。由于不需要热交换器，所以冷却系统也将包含更少的零件。进一步的优点在于，封闭的冷却隔间中的流动通道不必是封闭的流动通道。作为代替，在下端处开口的向下流动通道既可以被固定的内壁使用，也可以被延伸到下部的入口管使用。
该冷却方法将是相对高效的，因为驱动单元由对周围海水具有高导热性的金属(优选地铝)制成。也可以在流动通道的内壁上设置不同类型的突起，诸如纵向翅片或将稍微扰乱流动的突起，以便扩大冷却表面来提高冷却效率。封闭的冷却隔间可以被分成具有一个或两个内壁的两个或四个流动路径。
驱动单元可以被安装在帆船或较小的摩托艇上。由于封闭的冷却隔间和驱动单元的有限尺寸，船只的功耗应保持在适度水平。可以在一定限度内调节流经冷却隔间的流量。
在用于冷却海上船只的电动推进部件的方法中，其中，海上船只包括被布置在船只底部上的至少一个驱动单元，该方法包括下列步骤：进给冷却液体流过推进部件，由此冷却推进部件；进给冷却液体流过驱动单元的入口开口，并向下流过入口通道以到达驱动单元的下端；进给冷却液体向上流过出口通道以到达驱动单元的出口开口，由此将热从冷却液体耗散到驱动单元周围的水中；以及将冷却液体进给回到推进部件。
附图说明
下面将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出了设置有根据本发明的驱动单元的示意性船只，
图2示出了驱动单元的剖视侧视图，
图3示出了驱动单元的第一示例的剖视横向视图，
图4示出了驱动单元的第二示例的剖视横向视图，
图5示出了封闭的冷却隔间的剖视图，并且
图6示出了本发明方法的示意性流程图。
具体实施方式
下文所述的具有进一步扩展的本发明的实施例应仅被视为示例，绝不是为了限制由专利权利要求所提供的保护范围。
图1示出了设置有用于推进船只的海上驱动单元1的示意性船只30。船只的推进部件为：电动马达5，该电动马达5连接到驱动单元；电池17，该电池17向电动马达提供功率；以及电子控制单元16，该电子控制单元16将控制电动马达的旋转速度和旋转方向。电子控制单元由船只控制系统控制。在所示示例中，示出了包括单个驱动单元的帆船。
船只30可以是帆船或较小的摩托艇。驱动单元安装在船只的底部上，穿过船体3。图2示出了驱动单元1的示例。驱动单元1包括驱动单元主体4，并且类似于由内燃机提供动力的普通驱动单元。主体包括驱动轴6、推进轴7、变速器8和油通道9。
驱动单元进一步包括封闭的冷却隔间13，该封闭的冷却隔间13被布置在主体的向前部分中，即，驱动单元的指向船只的驱动方向的部分。封闭的冷却隔间形成船只的封闭的冷却回路2的一部分。冷却回路包括冷却隔间和推进部件中的一个或多个。冷却回路还可以包括设置有可控阀门的膨胀储液器，该可控阀门适于调节流经冷却回路的流量。
冷却隔间13包括入口开口10、入口通道11、下端12、出口通道14以及出口开口15(未示出)。入口开口10和出口开口15被布置在主体的上端27处，在驱动单元附接到船体的平面处。入口开口10例如是从主体4延伸的圆形套管，其上可附接管道等等。出口开口15例如是从主体4延伸的圆形套管，其上可附接管道等等。圆形套管可以是直的或可以是成角度的。入口开口通过管道从船只的冷却系统接收冷却流体，并且出口开口通过另一管道将冷却下来的冷却流体送回冷却系统。入口通道11形成用于冷却流体从入口开口10到冷却隔间13的下端12的第一流动路径23。出口通道14形成用于冷却流体从冷却隔间13的下端12到出口开口15的第二流动路径24。
冷却流体流经第一流动路径和第二流动路径并且将通过驱动单元1的外壁18向周围的海水耗散热。本发明的驱动单元的优点在于，当船只行驶地更快并且使用更多的动力时，更多的水将流经驱动单元，这将提高冷却能力。
入口通道11在一个示例中由从入口开口10延伸到封闭的冷却隔间13的下端12的单独管形成，该单独管被布置成将冷却液体进给到冷却隔间的下端。从下端12开始，冷却液体将向上流经将形成出口通道14的封闭的冷却隔间而到达出口开口15。
入口通道和出口通道也可以由内壁21形成。在该示例中，入口通道形成在主体的内壁与内侧的一部分之间，并且出口通道形成在主体的内壁与内侧的一部分之间。在该示例中，内壁代替了单独管。内壁21延伸到封闭的冷却隔间13的下端12，其中，开放空间将入口通道11连接到出口通道14。
图3示出了驱动单元1的第一示例。在该示例中，冷却隔间13设置有第一内壁21，该第一内壁21在入口通道11和出口通道14中划分冷却隔间。在所示示例中，内壁在封闭的冷却隔间的中心，并且与驱动单元的中心平面20平行。该中心平面指向船只的行驶方向。冷却流体通过入口通道11从入口开口10向下流动到冷却隔间的下端12。从冷却隔间的下端12开始，冷却流体通过出口通道14向上流到出口开口15并进一步流动到船只的冷却系统。入口通道11和出口通道14的横截面可以相同，或者可以不同。在一个示例中，入口通道的横截面小于出口通道。也可以将第一内壁21定位在垂直于驱动单元的中心平面20的交叉方向上。在这种情况下，将不会并排地布置流动路径，而是将一个流动路径布置在另一流动路径的前方。
在另一示例中，如图4中所示，冷却隔间还设置有第二内壁22，使得冷却隔间包括四个流动路径。在该示例中，冷却流体将会通过第一流动路径23向下流动到冷却隔间的下端12。在冷却隔间的下端处，第一流动路径23连接到第二流动路径24，使得冷却流体将会向上流动到冷却隔间的上端27。在上端处，第二流动路径24连接到第三流动路径25，通过第三流动路径25，冷却流体将再次向下流动到冷却隔间的下端。在冷却隔间的下端12处，第三流动路径25连接到第四流动路径26，使得冷却流体朝着冷却隔间的上端向上流动并且到达出口开口，并进一步到达船只的冷却系统。以这种方式，产生了从入口开口10到出口开口15的用于冷却流体的连续流动路径。
图5示出了封闭的冷却隔间的示例的剖视图，其中，主体的内侧19设置有延伸到入口通道和/或出口通道的流动路径中的突出元件28。突出元件在所示示例中为沿冷却流体的流动方向布置的纵向翅片。这些翅片将扩大流动路径的冷却表面。当内壁在沿中心平面的纵向方向上划分冷却隔间时，可以在入口通道和出口通道两者中设置翅片。当内壁在垂直于中心平面的交叉方向上划分冷却隔间时，可以仅在与周围的水具有较大接触表面的向前通道中设置翅片。突出元件也可以是被布置成扰乱冷却流体的层流的元件，例如，突出按钮或V形图案，以便增加通过外壁的热交换。
船只可以设置有单个驱动单元，或者可以包括并排设置在船体上的两个驱动单元。驱动单元可以固定地附接到船体，或者可以可旋转地附接到船体，使得驱动单元可以用于帮助船只的转向。
方法优选地在船只由电动马达推进时以及在需要冷却冷却流体时执行。当船只静止时，也可以使冷却流体流经冷却隔间，例如，预先冷却电动马达或在电动马达停止后冷却电动马达。
图6示出了用于冷却海上船只的电动推进部件的方法的示意性流程图，其中，海上船只包括被布置在船只底部上的至少一个驱动单元。驱动单元包括封闭的冷却隔间。
在步骤100中，冷却液体被船只的冷却系统进给通过推进部件，由此冷却推进部件。推进部件可以是电动发动机、电池和/或电子控制单元。
在步骤110中，冷却液体被进给流过驱动单元的入口开口，并向下流过封闭的冷却隔间的入口通道以到达封闭的冷却隔间的下端。通过将封闭的冷却隔间划分成两个单独的流动路径，确保用于冷却流体的流动路径将尽可能长地流过封闭的冷却隔间。这将增强封闭的冷却隔间的冷却能力。当冷却流体向下流动时，热将通过主体的外壁从冷却液体耗散到驱动单元周围的水中。
在步骤120中，冷却液体被向上进给流过封闭的冷却隔间的出口通道以到达驱动单元的出口开口。当冷却流体向上流动时，热也将通过主体的外壁从冷却液体耗散到驱动单元周围的水中。
在步骤130中，冷却液体被进给回到冷却系统和推进部件，并且该方法继续。
本发明不应被视为限于上述实施例，在所附专利权利要求的范围内可能有许多另外的变体和修改。
附图标记
1：海上驱动单元
2：冷却回路
3：船体
4：驱动单元主体
5：电动马达
6：驱动轴
7：推进轴
8：变速器
9：油通道
10：入口开口
11：入口通道
12：下端
13：封闭的冷却隔间
14：出口通道
15：出口开口
16：电子控制单元
17：电池
18：外壁
19：内侧
20：中心平面
21：第一内壁
22：第二内壁
23：第一流动路径
24：第二流动路径
25：第三流动路径
26：第四流动路径
27：上端
28：突出元件
30：船只

Claims (13)

1.一种用于海上船只(30)的驱动单元(1)，所述驱动单元(1)包括被布置在驱动单元主体(4)内的封闭的冷却隔间(13)，其中，所述封闭的冷却隔间(13)形成封闭的冷却回路(2)的一部分，其中，所述冷却回路被布置成冷却所述海上船只(30)的推进部件(5、16、17)，其中，所述封闭的冷却隔间(13)包括入口开口(10)、入口通道(11)、下端(12)、出口通道(14)以及出口开口(15)，其中，所述入口通道(11)形成用于冷却流体从所述封闭的冷却隔间(13)的入口开口(10)到下端(12)的第一流动路径(23)，并且其中，所述出口通道(14)形成用于冷却流体从所述封闭的冷却隔间(13)的下端(12)到所述出口开口(15)的第二流动路径(24)，由此允许通过所述驱动单元(1)的外壁(18)将热从所述冷却流体耗散，其特征在于，所述封闭的冷却隔间(13)包括将所述入口通道(11)与所述出口通道(14)分离的第一内壁(21)。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述入口通道(11)是从所述封闭的冷却隔间(13)的入口开口(10)延伸到所述下端(12)的单个通道，并且所述出口通道(14)是从所述封闭的冷却隔间(13)的下端(12)延伸到所述出口开口(15)的单个通道。
3.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其中，所述第一内壁(21)平行于所述驱动单元(1)的中心平面(20)。
4.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其中，所述第一内壁(21)垂直于所述驱动单元(1)的中心平面(20)。
5.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其中，所述冷却隔间(13)包括被布置成垂直于所述第一内壁(21)的第二内壁(22)，从而产生四个流动路径(23、24、25、26)。
6.根据权利要求5所述的驱动单元，其中，所述第一流动路径(23)在所述冷却隔间(13)的下端(12)处连接到所述第二流动路径(24)，所述第二流动路径(24)在所述冷却隔间(13)的上端(27)处连接到所述第三流动路径(25)，所述第三流动路径(25)在所述冷却隔间(13)的下端(12)处连接到所述第四流动路径(26)，从而产生从所述入口开口(10)到所述出口开口(15)的用于冷却流体的连续流动路径。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的驱动单元，其中，所述外壁(18)的内侧(19)设置有突出元件(28)。
8.根据权利要求7所述的驱动单元，其中，所述突出元件(28)为纵向翅片。
9.根据权利要求7所述的驱动单元，其中，所述突出元件(28)为流量分布突起。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的驱动单元，其中，所述推进部件(5、16、17)包括电动马达(5)、电池(17)和/或电子控制单元(16)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的驱动单元，其中，所述驱动单元被固定地附接到船体。
12.一种用于冷却海上船只的电动推进部件的方法，其中，所述海上船只包括被布置在所述船只的底部上的至少一个驱动单元，其中，所述驱动单元包括封闭的冷却隔间，所述封闭的冷却隔间包括第一内壁，所述第一内壁将入口通道与出口通道分离，所述方法包括下列步骤：
-进给冷却液体流过所述推进部件，由此冷却所述推进部件；
-进给所述冷却液体流过入口开口，并向下流过所述封闭的冷却隔间的所述入口通道以到达所述封闭的冷却隔间的下端；
-进给所述冷却液体向上流过所述封闭的冷却隔间的所述出口通道以到达出口开口，由此将热从所述冷却液体耗散到所述驱动单元周围的水中；以及
-将所述冷却液体进给回到所述推进部件。
13.一种船只，包括至少一个根据权利要求1至11中的任一项所述的海上驱动单元(11)。
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