NO331432B1 - Kjølesystem for flytende fartøy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører kjølesystemer for bruk på flytende fartøyer, så som båter eller skip. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en anordning og en fremgangsmåte for kjøling av skipsmaskineri.

Det finnes i dag hovedsakelig to ulike prinsipper for kjøling av skipsmaskineri: (i) sentralkjølesystem og (ii) boks-kjølersystem.

Sentralkjølersystemet er bygget opp rundt et sjøkjølevannssystem og et ferskvannskjølesystem, sammenknyttet med platevarmevekslere. Dette innbærer et sett med sjøvannspumper og sjøvanns-kjølerør med tilhørende innretninger i skipet. Et slikt system gir god kontroll med kjølingen slik at en optimalisering er mulig. En ulempe med systemet er imidlertid at det kan bh svært omfattende dersom det er behov for mange kjølesystemer som skal kjøles uavhengig av hverandre. I tillegg krever sentralkjølersystemet uforholdsmessig mye plass.

Boks-kjølersystemet er et rent ferskvannskjølesystem hvor varmeveksleren er plassert i en sjøkiste i skutesiden. Sjøkisten er utformet slik at det skapes en naturlig sirkulasjon av sjøvannet forbi denne varmeveksleren. Den kjente teknikk omfatter WO 01/25086, som viser en kjøler plassert i en sjøkiste på et skip. Sjøkisten er utformet med åpninger 7, 8 i skipets skrog 6, slik at sjøvann kan strømme inn og ut. Sjøkisten er avgrenset inn mot skipet med vanntette skott 4, 5. Kjøleren er plassert i en gjennomføring 12 og har dermed en ende i sjøkisten (for varmeveksling med sjøvannet) og den andre enden inne i skipets skrog.

En slik varmeveksler kalles en boks-kjøler eller box-cooler. I en vanlig utførelsesfbrm er slike boks-kjølere bygget opp av sammenmonterte rørbunter, på mange måter som i en rørkjøler. Rørmaterialet omfatter ofte en kopperlegeririg. Boks-kjølersystemet frigjør mye plass i f.eks. maskinrommet i og med at sjøvannssystemet er eliminert og kjøleren ligger i en sjøkiste. En ulempe med systemet er imidlertid at brukeren har liten kontroll med boks-kjølerens effektivitet, som kan variere med plassering i skipet og med skipets fart i vannet. Det er vanskelig å få god sirkulasjon gjennom sjøkisten, samt vanskelig å regulere gjennomstrømningen. Når skipet ligger stille i vannet, er det svært vanskelig å styre varmevekslingen mellom boks-kjøler og sjøvann. Av denne grunn dimensjoneres slike boks-kjølere ekstra store, ofte med en "fouling-faktor" på opptil 30%, både for å ta høyde for gjengroing av kjøleren over tid, og for å ta høyde for lav vannsirkulasjon i sjøkisten når skipet ligger i ro. Av den grunn må sjøkistene utformes uforholdsmessig store, for å gi plass til boks-kjølerne. Dette gjør at skipet skrog mister et vesentlig oppdriftsvolum. En annen begrensning er at når effektene som skal varmeveksles med sjøvannet blir ekstra store, blir boks-kjølerne såpass store og i et så stort antall at de blir uhensiktsmessige å installere. De kjente løsningene har vist seg uhensiktsmessige ved kjøling av enheter som genererer høye effekter og dermed store varmemengder som skal kjøles. En ytterligere ulempe med det kjente boks-kjølersystemet er at skipet må dokksettes når det skal utføres reparasjon eller vedlikehold av kjøleren, ettersom sjøkisten befinner seg under vann.

Den kjente teknikk omfatter også SU 605743 Al, som beskriver et kjølesystem med et bauginntak som er forbundet med skipets kjølesystem via ledninger og styres ved hjelp av tilhørende ventiler. Det beskrives også en sjøkiste ("outboard water chamber"). Ved lave hastigheter hentes maskinens kjølevann fra sjøkisten eller fra en Kingstonventil. Bauginntakets forbindelse med maskinen er da stengt ved hjelp av ventilene.

Det er derfor behov for et system som løser de ovennevnte ulemper med den kjente teknikk. Det er behov for et system og en fremgangsmåte med en bedre mulighet for å styre kjølingen av maskinene, som gir enklere atkomst til kjølerne for reparasjon og vedlikehold og som gir større forutsigbarhet både hva angår design og drift av skipet.

Den foreliggende oppfinnelse løser dette behovet, idet den frembringer en anordning for kjøling av en marin enhet i et fartøy som flyter i en vannmasse, omfattende minst én varmeveksler fluidforbundet med den marine enheten i et lukket kretsløp, kjennetegnet ved at den minst ene varmeveksleren er plassert i tilknytning til et fluidreservoar i fartøyet for varmeveksling av et første fluid i det lukkede kretsløpet med et andre fluid i fluidreservoaret, og ved at fluidreservoaret omfatter en hovedsakelig lukket struktur i form av en tank eller lignende.

I en utførelsesform står fluidreservoaret i fluidforbindelse med vannmassen via en inntaksledning for transport av det andre fluid fra vannmassen inn i fluidreservoaret, og en utløpsledning for transport av det andre fluid fira fluidreservoaret tilbake til vannmassen.

I en utførelsesform omfatter inntaksledningen og/eller utløpsledningen ventilanordninger og/eller pumpeanordninger, hvorved strømningen av det andre fluid igjennom fluidreservoaret kan styres.

I en foretrukket utførelsesform er varmeveksleren montert i en gjennomføring i en av fluidreservoarets flater, på en slik måte at varmevekslernes varmevekslingselementer befinner seg inne i kammeret og varmevekslernes tilkoplingsdel befinner seg utenfor kammeret. Varmevekslernes tilkoplingsdel omfatter med fordel tilkoplingsanordninger for henholdsvis en tilførselsledning og en tilbakeføringsledning for det første fluid i det lukkede kretsløpet mellom den marine enheten og varmeveksleren.

Inntaksledningen og utløpsledningen er i en utførelsesform fluidforbundet med vannmassen via hensiktsmessige åpninger i fartøyets skrogsider, så som respektive sjøkister. I en utførelsesform er inntaksledningen og utløpsledningen fluidforbundet med vannmassen via fartøyets ballastvanntanker og systemer.

I en utførelsesform er et flertall varmevekslere i fluidreservoaret sammenkoplet i serie eller parallell og i fluidforbindelse med den marine enheten i det lukkede kretsløp, via respektive forbindelsesledninger.

I en utførelsesform er et flertall fluidreservoarer i fluidforbindelse med vannmassen, idet hvert fluidreservoar omfatter minst én varmeveksler fluidforbundet med en marin enhet i et lukket kretsløp.

Det første fluid omfatter med fordel ferskvann og det andre fluid omfatter med fordel vann fra vannmassen, fortrinnsvis sjøvann. I en utførelsesform omfatter den marine enheten omfatter fartøyets fremdriftsmaskineri og/eller en hvilken som helst av fartøyets maskiner.

I en utførelsesform omfatter fluidreservoaret tanker plassert inn i fartøyet og/eller fluidreservoaret er integrert i fartøyets skrog, for eksempel i et dobbelt skrog i fartøyet og/eller utgjøres av alle eller noen av fartøyets ballasttanker.

Det er også ifølge oppfinnelsen frembrakt en fremgangsmåte for kjøling av en marin enhet i et fartøy som flyter i en vannmasse, omfattende minst én varmeveksler fluidforbundet med den marine enheten i et lukket kretsløp, kjennetegnet ved å føre vann fra vannmassen, via en inntaksledning inn i en hovedsakelig lukket beholder i fartøyet; varmeveksle vannet i beholderen med en kjølevæske i varmeveksleren og det lukkede kretsløpet; og føre vannet fra beholderen, via en utløpsledning tilbake til vannmassen. I en foretrukket utførelsesform tilføres vannet i beholderen varme ved en avkjøling av kjølevæsken i varmeveksleren og det lukkede kretsløpet; og det oppvarmede vannet føres fra beholderen tilbake til vannmassen.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de medfølgende figurene der like deler er gitt samme henvisningstall, og der:

Figur 1 er en prinsippskisse av anordningen i følge oppfinnelsen, sett fra siden, og

Figur 2 er en prinsippskisse av anordningen i følge oppfinnelsen, der en del av anordningen er vist sett ovenfra. Figur 3 er en perspektivtegning i delvis snitt, av en utførelsesform av anordningen i følge oppfinnelsen.

Anordningen i følge oppfinnelsen omfatter en eller flere tanker 20 som er utformet for plassering i skipet og som inneholder en eller flere varmevekslere 10. Figur 1 viser en slik tank 20 sett fra siden, mens figur 2 viser fire tanker 20 montert ved siden av hverandre. I figur 2 er de fire tankene vist som atskilte kamre, men fagpersonen vil forstå at tankene også kan være i fluidforbindelse. Hver tank 20 kan være rektangulært utformet og kan plasseres på en av en rekke steder inne i skipet. Tanken eller tankene kan med fordel være integrerte i skipets skrog, for eksempel i skipets doble skrog og/eller utgjøres av alle eller noen av skipets ordinære ballasttanker

Figur 3 viser en grunnleggende utførelsesform av tanken 20, der deler av tankens vegger er fjernet av illustrasjonshensyn, omfattende en lukket struktur med endevegger 2, 5; sidevegger 3,6; en bunn 8 og en topplate 4. En kjøler 10 er montert i tankens 20 topplate 4 på en slik måte at kjølerens varmevekslingselement 9 befinner seg nede i tanken, under topplaten 4, mens kjølerens tilkoplingsdel 41 befinner seg over topplaten 4. Kjøleren 20 er forsynt med tilkoplingsstusser 11,14 som er tilkoplet respektive rørledninger 16,18 som er tilknyttet maskinen (ikke vist i figur 3) som skal kjøles i et lukket kretsløp, på en for fagpersonen kjent måte. Kjølevæsken i det lukkede kretsløpet kan være ferskvann,

gjerne tilsatt korrosjonsinhiberende midler. Figur 3 viser også et tilførselsrør 21 for å føre sjøvann inn i tanken, og et avløpsrør 23 for å føre sjøvannet ut av tanken. Med "sjøvann" skal det her forstås det vannet W som skipet flyter i når det er i bruk. Når anlegget i følge oppfinnelsen er i drift føres således sjøvann inn i og i gjennom tanken 20 på en styrt

måte, og kjølevæsken sirkuleres i det lukkede kretsløpet, for eksempel ved hjelp av en sirkulasjonspumpe 24 (se figur 2), hvorved kjølevæsken varmeveksles mot (det som oftest kaldere) sjøvannet. Som vist på figurene 1 og 2, er avløpsrøret 23 for sjøvann tilknyttet en utløpsåpning 32c i skipets skrog, slik at sjøvannet føres ut i den vannmassen W som omgir skipet.

Hver tank 20 kan med fordel romme flere kjølere 10, sammenkoplet i serie som vist i figurene 1 og 2, eller i parallell. Figur 1 viser en utførelsesform der tre kjølere 10 er sammenkoplet i serie via forbindelsesledninger 12 og i et lukket kretsløp med en enhet 50 som skal kjøles via kjølevæskeledninger 16,18. Enheten 50 som skal kjøles kan for eksempel omfatte skipets fremdriftsmaskineri og/eller øvrige maskiner. Kjølevæsken kan med fordel drives i det lukkede kretsløpet ved hjelp av en sirkulasjonspumpe 24 og for øvrig reguleres ved hjelp av en reguleringsventil 22. Figur 1 viser også hvordan tanken 20 er tilknyttet sjøvannstilførsel via tilførselsledningen 21 og hvordan sjøvannet etter at det har vært i tanken, tømmes til vannmassen W utenfor skipet via utløpsledningen 23. Sjø vanngjennomstrømningen styres med fordel via en eller flere pumper 25 (se figur 2) og regulerings ventiler 22.

Figur 2 viser tilsvarende anordning som figur 1, men systemet er vist fia et perspektiv der tanken som er vist i figur 1 ses "ovenfra" og plassert ved siden av tre andre tilsvarende tanker 20. Videre viser figur 2 hvordan tilførselsledningen for sjøvann 21 er tilkoplet sjøvannspumper 25 og reguleringsventiler 22. Figur 2 viser også hvordan sjøvannstilførselen kan komme fra vannmassen W ved en såkalt "høy sjøkiste" 32a i skipets skrogside og/eller fra en såkalt "lav sjøkiste" 32b i skipets skrogside.

Kjøleren 10 kan være en type rørvarmeveksler eller rørkjøler, bygget opp av sammenmonterte rørbunter, men kan også omfatte andre varmevekslertyper.

I en praktisk utførelse kan sjøvannsystemet pumpe vann inn i en forholdsvis kompakt tank 20, som for eksempel kan være integrert i en av skipets ballasttanker, det som beskrevet over monteres en type boks-kjøler 10 hvor det sirkuleres ferskvann i et likket kretsløp fra en komponent 50 som krever kjøling.

Med anordningen og fremgangsmåten i følge oppfinnelsen oppnås en tvungen sirkulasjon av sjøvann rundt en boks-kjøler, noe som gir en svært god virkningsgrad. Det er videre med oppfinnelsen mulig å utnytte volumer i skipet på en måte som i de kjente løsninger ikke er i bruk annet enn ballastvann. Ettersom oppfinnelsen gjør at antall sjøkister (samt deres volum) kan reduseres, vil ikke skipets oppdriftsvolum reduseres, slik tilfellet er med kjente løsninger. Videre muliggjør oppfinnelsen vedlikehold på ett kjølesystem system uten at de andre systemene blir berørt. Boks-kjøleren 10 i oppfinnelsen kan demonteres uten at skipet må dokksettes. Som nevnt over, gir oppfinnelsen mulighet for å plassere boks-kjøler-tanken 20 på et hvilket som helst sted i skipet og - sammenlignes med et sentralkjølesystem - frigjøres mye plass. Sammenlignet med eksisterende boks-kjølersystemer, gir oppfinnelsen mulighet for å kjøle enheter som genererer mye større effekter - og dermed store varmemengder som skal kjøles - enn hva tilfellet er med de kjente løsninger. Behovet for en overdimensjonering av kjølerne faller også bort.

Claims (15)

1. Anordning for kjøling av en marin enhet (50) i et fartøy som flyter i en vannmasse (W), omfattende minst én varmeveksler (10) fluidforbundet med den marine enheten (50) i et lukket kretsløp (16, 18),karakterisert vedat den minst ene varmeveksleren (10) er plassert i tilknytning til et fluidreservoar (20) i fartøyet for varmeveksling av et første fluid i det lukkede kretsløpet med et andre fluid i fluidreservoaret (20), og ved at fluidreservoaret (20) omfatter en hovedsakelig lukket struktur i form av en tank eller lignende.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert vedfluidreservoaret (20) står i fluidforbindelse med vannmassen (W) via en inntaksledning (21) for transport av det andre fluid fra vannmassen (W) inn i fluidreservoaret (20), og en utløpsledning (23) for transport av det andre fluid fra fluidreservoaret (20) tilbake til vannmassen (W).

3 Anordning i følge krav 1 eller krav 2,karakterisert vedat inntaksledningen (21) og/eller utløpsledningen (23) omfatter ventilanordninger (22) og/eller pumpeanordninger (25), hvorved strømningen av det andre fluid igjennom fluidreservoaret (20) kan styres.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at varmeveksleren (10) er montert i en gjennomføring i en av fluidreservoarets flater (4), på en slik måte at varmevekslernes varmevekslingselementer (9) befinner seg inne i kammeret og varmevekslernes tilkoplingsdel (41) befinner seg utenfor kammeret.

5. Anordning ifølge krav 4,karakterisert vedat varmevekslernes tilkoplingsdel (41) omfatter tilkoplingsanordninger (11, 14) for henholdsvis en tilførselsledning (16) og en tilbakeføringsledning (18) for det første fluid i det lukkede kretsløpet mellom den marine enheten og varmeveksleren.

6. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertved at inntaksledningen (21) og utløpsledningen (23) er fluidforbundet med vannmassen (W) via hensiktsmessige åpninger (32) i fartøyets skrogsider, så som respektive sjøkister (32a, 32b, 32c).

7. Anordning ifølge krav 6,karakterisert vedat inntaksledningen (21) og utløpsledningen (23) er fluidforbundet med vannmassen (W) via fartøyets ballastvanntanker og systemer.

8. Anordning i følge krav 1, 2, 5, 6 eller 7,karakterisert vedat et flertall varmevekslere (10) i fluidreservoaret (20) er sammenkoplet i serie eller parallell og i fluidforbindelse med den marine enheten (50) i det lukkede kretsløp (16, 18), via respektive forbindelsesledninger (12).

9. Anordning ifølge krav 1, 2, 5, 6, 7 eller 8,karakterisert vedet flertall fiuidreservoarer (20) i fluidforbindelse med vannmassen (W), idet hvert fiuidreservoar (20) omfatter minst én varmeveksler (10) fluidforbundet med en marin enhet (50) i et lukket kretsløp (16, 18).

10. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 - 9,karakterisert vedat det første fluid omfatter ferskvann.

11. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-10,karakterisert vedat det andre fluid omfatter vann fra vannmassen (W), fortrinnsvis sjøvann.

12. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-11,karakterisert vedat den marine enheten (50) omfatter fartøyets fremdriftsmaskineri og/eller at den omfatter en hvilken som helst av fartøyets maskiner.

13. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat fluidreservoaret (20) omfatter tanker plassert inn i fartøyet og/eller at fluidreservoaret (20) er integrerte i fartøyets skrog, for eksempel i et dobbelt skrog i fartøyet og/eller utgjøres av alle eller noen av fartøyets ballasttanker.

14. Fremgangsmåte for kjøling av en marin enhet (50) i et fartøy som flyter i en vannmasse (W), omfattende minst én varmeveksler (10) fluidforbundet med den marine enheten (50) i et lukket kretsløp (16, 18),karakterisert vedå: a) føre vann fra vannmassen (W), via en inntaksledning (21) inn i en hovedsakelig lukket beholder (20) i fartøyet; b) varmeveksle vannet i beholderen (20) med en kjølevæske i varmeveksleren (10) og det lukkede kretsløpet (16, 18); og c) føre vannet fra beholderen (20), via en utløpsledning (23) tilbake til vannmassen (W).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14,karakterisert vedå tilføre vannet i beholderen (20) varme ved en avkjøling av kjølevæsken i varmeveksleren (10) og det lukkede kretsløpet (16, 18); og føre det oppvarmede vannet fra beholderen (20) tilbake til vannmassen (W).