用于极地船舶的空气调节系统的制作方法

1.本发明大体上涉及一种空气调节系统，所述空气调节系统适用于在极地区中操作的极地船舶，使用极地环境中的冷外部空气，具有实现高能量效率的简单结构，且可以低成本操作。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.在典型极地船舶的空气调节系统中使用的空气(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。
5.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备和装置的故障。


技术实现要素：

6.技术问题
7.图1是典型极地船舶的空气调节系统的示意图。参考图1，典型极地船舶的空气调节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加热器(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)将加热的空气供应到发动机室(1)。
8.再次参考图1，可通过送风机单元(5)将由发动机室加热器(4)加热的空气供应到发动机室(1)和其它机载空气需求场所，例如机械室(machinery room,2)、pod室(pod room,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。
9.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，且需要较大初始安装成本和维护成本。
10.此外，由于空气调节系统的操作，当热油从发动机室加热器(4)泄漏时，存在发动机室(1)中的对应于加热器(4)的发动机(6)无法操作的问题。
11.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调节系统，所述空气调节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。
12.解决方案
13.根据本发明的一个方面，提供一种极地船舶的空气调节系统，包含：进气室，抽吸外部空气作为用于所述极地船舶的空气调节的空气且作为待供应到发动机的用于燃烧的空气；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；以及空气风门，将所述外部空气作为抽吸到所述进气室中的所述外部空气当中的用于空气调节的所述空气供应到所述空气加热器。
14.所述空气调节系统可进一步包含：第一排放控制风门，控制从所述发动机排出的所述排气以供应到所述空气加热器；以及第二排放控制风门，控制从所述发动机排出的所述排气以排出到所述空气调节系统外部，而不是供应到所述空气加热器。
15.用于空气调节的所述空气的需求场所可包含：发动机室，在其中容纳所述发动机；以及机械室，安置在所述发动机室附近，以允许由所述空气加热器加热且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，且所述空气调节系统可进一步包含：容纳发动机室送风机的风机室，所述发动机室送风机适于将由所述空气加热器加热的用于空气调节的所述空气供应到所述发动机室。
16.所述第二排放控制风门可安置成穿过所述机械室。
17.所述空气调节系统可进一步包含：空气混合室，其中由所述空气加热器加热的所述空气与从所述发动机室和所述机械室排出的所述空气混合；发动机室风门，允许所述空气从所述发动机室排出；以及混合室循环风门，允许将通过所述发动机室风门从所述发动机室排出的所述空气和所述机械室中的所述空气供应到所述空气混合室，其中所述空气混合室可安置在所述风机室附近，且可将在所述空气混合室中混合的所述空气供应到所述风机室。
18.所述空气调节系统可进一步包含：风机室循环风门，允许将通过所述发动机室风门从所述发动机室排出的所述空气和所述机械室中的所述空气供应到所述风机室。
19.所述空气调节系统可进一步包含：空气调节捕水器，将水分与抽吸到所述进气室中的用于空气调节的所述空气分离；以及管道加热器。
20.所述空气调节系统可进一步包含：发动机捕水器，将水分与抽吸到所述进气室中的用于燃烧的所述空气分离；以及空气阀，安置在所述进气室与所述发动机之间，且受控制以打开或关闭以允许将用于燃烧的所述空气从所述进气室供应到所述发动机。
21.所述空气调节系统可进一步包含：发动机管道，将所述进气室连接到所述发动机以允许将用于燃烧的所述空气从所述进气室供应到所述发动机；过滤器单元，将杂质与从所述进气室供应到所述发动机的用于燃烧的所述空气分离；以及消音器，防止在用于燃烧的所述空气从所述进气室移动到所述发动机期间产生噪声。
22.用于空气调节的所述空气的需求场所可包含：发动机室，在其中容纳所述发动机；以及机械室，安置在所述发动机室附近，以允许由所述空气加热器加热且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，且所述发动机管道可配备有控制流动方向的启动风门，以允许将从所述进气室排出的用于燃烧的所述空气、所述机械室中的所述空气或用于燃烧的所述空气与所述机械室中的所述空气的循环混合物供应到所述发动机的用于燃烧的所述空气。
23.发明效果
24.根据本发明的空气调节系统可在用最小数目个设施组件将空气加热到机载空气需求场所所需的温度之后将空气供应到机载空气需求场所以用于空气调节，占据比现有技术更小的安装空间，且可减少系统的安装和维护成本。
25.此外，根据本发明的空气调节系统防止将低温外部空气直接供应到船舶主体中，
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。
26.另外，根据本发明的空气调节系统使用由从发动机排出的排气获得的废热来加热空气，由此与本领域中的典型热油加热器系统相比实现容量减小，同时提高船舶的能量效率。
附图说明
27.图1是典型极地船舶的空气调节系统的示意图。
28.图2是根据本发明的一个实施例的极地船舶的空气调节系统的示意图。
具体实施方式
29.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。
30.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。
31.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。
32.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调节系统。
33.根据一个实施例的极地船舶的空气调节系统包含：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；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调节系统外部。
34.将抽吸到进气室(500)中的外部空气用作待供应到发动机(110)的用于燃烧的空气，且用作待供应到机载调节空气需求场所的用于空气调节的空气。在抽吸到进气室(500)中的外部空气当中，将待供应到发动机(110)的空气供应到下文所描述的过滤器单元(810)，且将作为用于空气调节的空气抽吸的空气供应到空气加热器(610)。
35.可将适于将水分与作为用于空气调节的空气抽吸的空气分离的空气调节捕水器(water catcher,410)以及管道加热器(420)安置在进气室(500)上游，所述管道加热器(420)适于防止在将水分与作为用于空气调节的空气抽吸的空气分离的过程中与作为用于空气调节的空气抽吸的空气分离的水分在捕水器(410)中冻结。
36.已穿过管道加热器(420)的空气可具有大于或等于不会对发动机管道(840)造成损坏的阈值温度的温度。
37.另外，可将适于将水分与作为待供应到发动机(110)的用于燃烧的空气抽吸的空气分离的发动机捕水器(430)安置在进气室(500)上游。
38.如图2中所示出，将作为用于空气调节的空气抽吸的空气通过空气调节捕水器(410)和管道加热器(420)引入到进气室(500)中，且从进气室(500)供应到空气加热器(610)。
39.此外，将作为用于燃烧的空气抽吸的空气通过发动机捕水器(430)引入到进气室(500)中，且从进气室(500)供应到过滤器单元(810)。
40.如图2中所示出，发动机捕水器(430)可安置在空气调节捕水器(410)和管道加热
器(420)上方。
41.此外，进气室(500)可配备有：空气风门(620)，适于调节进气室(500)与空气加热器(610)之间的路径的关闭，使得将引入到进气室(500)中的用于空气调节的空气供应到空气加热器(510)；以及空气阀(805)，适于调节进气室(500)与过滤器单元(810)之间的路径的关闭，使得将引入到进气室(500)中的用于燃烧的空气供应到过滤器单元(810)。
42.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，在冷空气穿过空气调节捕水器(410)时从冷空气去除异物。
43.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。
44.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)的冷侧入口安置在进气室(500)附近，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下文所描述的空气混合室(600)附近。
45.根据这一实施例，空气调节系统可包含用于供应用于燃烧的空气的配置，其需要燃烧燃料以用于发动机(110)的操作。用于供应用于燃烧的空气的配置可包含：过滤器单元(810)，适于从用于燃烧的空气去除杂质；消音器(silencer,820)，适于防止在用于燃烧的空气移动到发动机(110)期间由于空气的体积以及类似物的变化而产生噪声；以及发动机管道(840)，将过滤器单元(810)和消音器(820)连接到发动机(110)且提供通过其将用于燃烧的空气供应到发动机(110)的路径。
46.通过空气阀(805)的关闭控制将通过发动机捕水器(430)抽吸到进气室(500)中的外部空气供应到过滤器单元(810)，且通过消音器(820)和发动机管道(840)将已穿过过滤器单元(810)的用于燃烧的空气供应到发动机(110)的燃烧室。
47.发动机管道(840)可配备有启动风门(830)以控制供应到发动机(110)的用于燃烧的空气的流动通道，使得将从进气室(500)供应且通过过滤器单元(810)从进气室(500)去除异物(杂质)的用于燃烧的空气或机械室(200)中的空气作为用于燃烧的空气供应到发动机(110)。
48.如图2中所示出，启动风门(830)可以是三通阀，其控制过滤器单元(810)与发动机(110)之间的在至少一个方向上的路径的关闭，且关闭机械室(200)与发动机(110)之间的在至少一个方向上的路径。
49.也就是说，根据这一实施例，发动机(110)可使用通过进气室(500)抽吸的外部空气和/或机械室(200)中的空气作为用于燃烧的空气，且排出通过燃烧用于燃烧的空气和燃料所产生的排放空气。
50.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)排出到空气调节系统外部，而不是供应到空气加热器(610)。
51.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)，且将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)排出到空气调节系统外部，从发动机(100)排出的热排气通过所述第二排放管线(el2)排出到空气调节系统外部。
52.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，使得通过热交换从空气加热器(610)排出的冷排气排出到空气调节系统外部。
53.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
54.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调节系统外部。
55.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。
56.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。
57.因此，根据实施例的空气调节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调节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。
58.根据实施例的空气调节系统可进一步包含风机室(700)，所述风机室(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。
59.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。
60.根据这一实施例，风机室(700)配备有发动机室送风机(710)，所述发动机室送风机(710)适于将热空气供应到发动机室(100)和机械室(200)。
61.由空气加热器(610)加热的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)，但可单独地将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)的风机设置到风机室。
62.因此，将热空气供应到发动机室(100)和机械室(200)以提高发动机室(100)和机械室(200)的内部温度，由此实现发动机室(100)和机械室(200)内部的设备的高效操作，且防止包含发动机(110)的这种设备在极地环境下冻结或损坏。
63.此外，根据这一实施例，空气调节系统可进一步包含适于将空气供应到包含pod室(300)的其它调节空气需求场所的空气需求场所送风机(730)。在这一实施例中，pod室(300)作为实例示出为另一调节空气需求场所。
64.图2作为实例示出结构，其中适于将空气供应到另一调节空气需求场所的空气需求场所送风机(730)安置在安置于甲板下方的甲板上，风机室(700)位于所述甲板上。然而，应理解，可将需求场所送风机(730)设置到风机室(700)。
65.空气需求场所送风机(730)可将由空气加热器(610)加热的热空气供应到pod室
(300)，且可将机械室(200)内部的空气或下文所描述的循环空气供应到pod室(300)。
66.根据这一实施例，空气调节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)。
67.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)再次供应到包含发动机室(100)、机械室(200)、pod室(300)以及类似物的空气需求场所。另外，从发动机室(100)排出的空气可排出而不是循环。
68.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。
69.根据这一实施例，空气调节系统可进一步包含：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)排出的空气引入到下文所描述的空气混合室(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调节系统外部。
70.另一方面，从pod室(300)排出的空气可通过机械室(200)排出，可汇合到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。
71.图2作为实例示出结构，其中从pod室(300)排出的空气流由pod室排出管线(pl1)指示，且通过气体阀单元室(400)排出的空气流由空气排出管线(pl2)指示。
72.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例如压力调节以及类似物的安全航行的目的排出船舶中所产生的各种气体。此外，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。
73.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。
74.根据这一实施例，空气调节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。
75.在空气混合室(600)中，将由空气加热器(610)加热的热空气、通过混合物循环风门(140)从发动机室(100)排出的空气、通过混合物循环风门(140)从机械室(200)排出的空气以及通过混合物循环风门(140)从pod室(300)排出的空气混合且引入到风机室(700)中。
76.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。
77.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。
78.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。
79.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物循环风门(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)供应到机载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。
80.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。
81.以这一方式，根据这一实施例，抽吸到进气室(500)中的空气由从空气加热器(610)和发动机(110)排出的排气加热，且接着使用风机供应到包含发动机室(100)和机械室(200)的各种空气需求场所。因此，根据这一实施例的极地船舶的空气调节系统并不需要具有用于加热用于空气调节的空气的复杂结构的单独的昂贵热油系统，由此实现能耗的减少且提供简单配置以便减少初始安装成本和维护成本。此外，根据这一实施例的极地船舶的空气调节系统可防止由于热油泄漏而中断系统操作。
82.此外，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调节系统可将总容量减小约30％(7,500千瓦
→
5,000千瓦)。
83.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。

技术特征：
1.一种用于极地船舶的空气调节系统，包括：进气室，抽吸外部空气作为用于所述极地船舶的空气调节的空气且作为待供应到发动机的用于燃烧的空气；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；以及空气风门，将所述外部空气作为抽吸到所述进气室中的所述外部空气当中的用于空气调节的所述空气供应到所述空气加热器。2.根据权利要求1所述的用于极地船舶的空气调节系统，进一步包括：第一排放控制风门，控制从所述发动机排出的所述排气以供应到所述空气加热器；以及第二排放控制风门，控制从所述发动机排出的所述排气以排出到所述空气调节系统外部，而不是供应到所述空气加热器。3.根据权利要求2所述的用于极地船舶的空气调节系统，其中用于空气调节的所述空气的需求场所包括：发动机室，在其中容纳所述发动机；以及机械室，安置在所述发动机室附近，以允许由所述空气加热器加热且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，且其中所述空气调节系统进一步包括容纳发动机室送风机的风机室，所述发动机室送风机适于将由所述空气加热器加热的用于空气调节的所述空气供应到所述发动机室。4.根据权利要求3所述的用于极地船舶的空气调节系统，其中所述第二排放控制风门安置成穿过所述机械室。5.根据权利要求3所述的用于极地船舶的空气调节系统，进一步包括：空气混合室，其中由所述空气加热器加热的所述空气与从所述发动机室和所述机械室排出的所述空气混合；发动机室风门，允许所述空气从所述发动机室排出；以及混合室循环风门，允许将通过所述发动机室风门从所述发动机室排出的所述空气和所述机械室中的所述空气供应到所述空气混合室，其中所述空气混合室安置在所述风机室附近，且将在所述空气混合室中混合的所述空气供应到所述风机室。6.根据权利要求5所述的用于极地船舶的空气调节系统，进一步包括：风机室循环风门，允许将通过所述发动机室风门从所述发动机室排出的所述空气和所述机械室中的所述空气供应到所述风机室。7.根据权利要求1所述的用于极地船舶的空气调节系统，进一步包括：空气调节捕水器，将水分从抽吸到所述进气室中的用于空气调节的所述空气中分离；以及管道加热器。8.根据权利要求1所述的用于极地船舶的空气调节系统，进一步包括：发动机捕水器，将水分与抽吸到所述进气室中的用于燃烧的所述空气分离；以及空气阀，安置在所述进气室与所述发动机之间，且受控制以打开或关闭以允许将用于燃烧的所述空气从所述进气室供应到所述发动机。
9.根据权利要求8所述的用于极地船舶的空气调节系统，进一步包括：发动机管道，将所述进气室连接到所述发动机以允许将用于燃烧的所述空气从所述进气室供应到所述发动机；过滤器单元，将杂质从所述进气室供应到所述发动机的用于燃烧的所述空气中分离；以及消音器，防止在用于燃烧的所述空气从所述进气室移动到所述发动机期间产生噪声。10.根据权利要求8所述的用于极地船舶的空气调节系统，其中用于空气调节的所述空气的需求场所包括：发动机室，在其中容纳所述发动机；以及机械室，安置在所述发动机室附近，以允许由所述空气加热器加热且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，且其中所述发动机管道配备有控制流动方向的启动风门，以允许将从所述进气室排出的用于燃烧的所述空气、所述机械室中的所述空气或用于燃烧的所述空气与所述机械室中的所述空气的循环混合物供应到所述发动机以作为用于燃烧的所述空气。
技术总结
本发明涉及一种用于极地区船舶的空气调节系统，其中空气调节系统应用于在极地区中航行的极地区轮船且使用极地区环境中的低温外部空气，空气调节系统通过简单结构实现高能量效率及低成本操作。根据本发明的极地区船舶的空气调节系统可包括：空气抽吸室，用于抽吸外部空气作为用于极地区船舶的空气调节空气和待供应到发动机的可燃空气；空气加热器，用于在抽吸到空气抽吸室的外部空气与从发动机排出的排气之间交换热，以加热外部空气；及空气风门，用于将待作为抽吸到空气抽吸室的外部空气中的空气调节空气供应的外部空气供应到空气加热器。气加热器。气加热器。


技术研发人员：崔喆焕 朴荣浩 金鎭熙 李泰鎭 朴昌显
受保护的技术使用者：大宇造船海洋株式会社
技术研发日：2019.10.23
技术公布日：2021/6/29