一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统和船舶的制作方法

1.本发明涉及船舶冷却水循环系统技术领域，特别是涉及一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统和船舶。

背景技术：

2.随着北极航道的开拓扩展，船舶在冰区与非冰区各种交叉海况下航行的情况越来越多。一般情况下，船级社规定，船舶在冰区航行必须对冷却水系统进行改造以防止船舶在冰区航行或者作业时，海底门吸入口滤器处结冰或者被碎冰堵塞，造成船舶设备运行所必须的冷却海水供应中断，致使船舶处于动力缺失的危险状态。
3.现阶段具备冰区航行条件的船舶，当船舶航行于非冰区时中央冷却水直接排舷外，冰区航行时船员需根据海况提前把中央冷却器出口海水由排舷外手动切换为排向海底阀箱，利用中央冷却水余热融化海水底阀箱及滤器冰塞，稳定性不好并且经常发生因船员经验不足或者海况判断不准确而导致对冰区航行下冷却水系统的误操作，使设备冷却海水中断，动力设备停机，造成船舶处于无动力漂浮的危险状态。

技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的在于，提供一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，通过系统自我调节提高船舶冷却水循环系统运行稳定性及有效性，在防止船舶在冰区航行的海况下海水结冰导致动力缺失的基础上，自动根据海况切换冰区航行和非冰区航行的冷却水循环系统运行原理，减少人为因素影响，实现船舶安全航行于冰区与非冰区交叉复杂海况航线。
5.一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，包括第一循环水舱、第二循环水舱、循环泵组、第一温度控制三通阀、第二温度控制三通阀、中央冷却器、第三温度控制三通阀、第四温度控制三通阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、控制单元、若干管路；
6.所述第一循环水舱、所述第二循环水舱分隔设置，所述第一循环水舱、所述第二循环水舱内均装有循环水；
7.所述循环泵组包括至少一个循环泵；
8.所述第一温度控制三通阀、所述第二温度控制三通阀均设有两个入口、一个出口；
9.所述第一温度控制三通阀的其中一个入口通过管路与外界海水连通；所述第一温度控制三通阀的另一个入口通过管路与所述第二温度控制三通阀的出口连通；所述第一温度控制三通阀的出口通过管路与所述循环泵组的输入口连通；
10.所述第二温度控制三通阀的其中一个入口通过管路与所述第一循环水舱连通；所述第二温度控制三通阀的另一个入口通过管路与所述第二循环水舱连通；
11.所述第三温度控制三通阀、所述第四温度控制三通阀设有一个入口、两个出口；
12.所述第三温度控制三通阀的入口通过管路经过所述中央冷却器与所述循环泵组
的输出口连通；所述第三温度控制三通阀的其中一个出口通过管路与外界海水连通；所述第三温度控制三通阀的另一个出口通过管路与所述第四温度控制三通阀的入口连通；
13.所述第四温度控制三通阀的其中一个出口通过管路与所述第一循环水舱连通；所述第四温度控制三通阀的另一个出口通过管路与所述第二循环水舱连通；
14.所述第一温度传感器设置在舷外，用于检测外界海水温度；
15.所述第二温度传感器设置在所述第一循环水舱，用于检测所述第一循环水舱的循环水温度；
16.所述第三温度传感器设置在所述第二循环水舱，用于检测所述第二循环水舱的循环水温度；
17.所述控制单元分别与所述第一温度控制三通阀、所述第二温度控制三通阀、所述第三温度控制三通阀、所述第四温度控制三通阀、所述循环泵组、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器电连接；所述控制单元能够根据所述第一温度传感器的检测温度控制所述第一温度控制三通阀的两个入口的切换和所述第三温度控制三通阀的两个出口的切换；所述控制单元能够根据所述第二温度传感器或所述第三温度传感器的检测温度控制所述第二温度控制三通阀的两个入口的切换和所述第四温度控制三通阀的两个出口的切换。
18.本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，通过所述控制单元根据所述第一温度传感器的检测温度即外界海水的温度，控制所述第一温度控制三通阀的两个入口切换和所述第三温度控制三通阀的两个出口的切换，实现开式循环和闭式循环的切换，以使船舶适应在非冰区和冰区航行。其中，舷外的外界海水在所述循环泵组的动力下通过管道从所述第一温度控制三通阀的其中一个入口流入，经过所述中央冷却器与所述中央冷却器热交换，并带走所述中央冷却器的热量，并从所述第三温度控制三通阀的其中一个出口通过管道排出到舷外的外界海水，实现外界海水即冷却水在“舷外-中央冷却器-舷外”的开式循环，以用于船舶在非冰区航行。所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水在所述循环泵组的动力下通过管道从所述第一温度控制三通阀的另一个入口流入，经过所述中央冷却器与所述中央冷却器热交换，并带走所述中央冷却器的热量，并从所述第三温度控制三通阀的另一个出口通过管道回流到所述第一循环水舱或所述第二循环水舱，实现循环水即冷却水在“循环水舱-中央冷却器-循环水舱”的闭式循环，以用于船舶在冰区航行。而闭式循环中，通过所述控制单元根据所述第二温度传感器或第三温度传感器的检测温度，即第一循环水舱或第二循环水舱的循环水温度，控制所述第二温度控制三通阀的两个入口的切换和所述第四温度控制三通阀的两个出口的切换，实现闭式循环中第一闭式循环和第二闭式循环的交互使用。其中，第一闭式循环为所述第一循环水舱的循环水从所述第二温度控制三通阀的其中一个入口流入，并从所述第四温度控制三通阀的其中一个出口回流到所述第一循环水舱中，实现第一循环水舱的循环水即冷却水在“第一循环水舱-中央冷却器-第一循环水舱”的第一闭式循环；第二闭式循环为第二循环水舱的循环水从所述第二温度控制三通阀的另一个入口流入，并从所述第四温度控制三通阀的另一个出口回流到所述第二循环水舱中，实现第二循环水舱的循环水即冷却水在“第二循环水舱-中央冷却器-第二循环水舱”的第二闭式循环，通过所述第一闭式循环和所述第二闭式循环的相互切换，保证船舶在冰区航行时系统稳定运行。
19.进一步地，所述第一温度传感器设有第一温度设定值；所述第一温度传感器的检测温度大于所述第一温度设定值时，所述控制单元控制所述第一温度控制三通阀的两个入口切换为与外界海水通过管路连通的入口打开、与所述第二温度控制三通阀的出口通过管路连通的入口关闭，所述控制单元控制所述第三温度控制三通阀的两个出口切换为与外界海水通过管路连通的出口打开、与所述第四温度控制三通阀的入口通过管路连通的出口关闭；所述第一温度传感器的检测温度小于或等于所述第一温度设定值时，所述控制单元控制所述第一温度控制三通阀的两个入口切换为与外界海水通过管路连通的入口关闭、与所述第二温度控制三通阀的出口通过管路连通的入口打开，所述控制单元控制所述第三温度控制三通阀的两个出口切换为与外界海水通过管路连通的出口关闭、与所述第四温度控制三通阀的入口通过管路连通的出口打开。本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，通过设定第一温度设定值，用于区分船舶航行的海况，即用于区分非冰区和冰区；当第一温度传感器的检测温度大于所述第一温度设定值时，即船舶航行于非冰区时，所述控制单元控制采用开式循环，即控制第一温度控制三通阀的两个入口中与外界海水通过管路连通的入口打开、与所述第二温度控制三通阀的出口通过管路连通的入口关闭，第三温度控制三通阀的两个出口中与外界海水通过管路连通的出口打开、与所述第四温度控制三通阀的入口通过管路连通的出口关闭，通过外界海水冷却所述中央冷却器；当第一温度传感器的检测温度小于或等于所述第一温度设定值时，即船舶航行于冰区时，所述控制单元控制采用闭式循环，即控制第一温度控制三通阀的两个入口中与外界海水通过管路连通的入口关闭、与所述第二温度控制三通阀的出口通过管路连通的入口打开，第三温度控制三通阀的两个出口中与外界海水通过管路连通的出口关闭、与所述第四温度控制三通阀的入口通过管路连通的出口打开，通过第一循环水舱或第二循环水舱的循环水冷却所述中央冷却器。作为一个优选的方案，所述第一温度设定值为0℃。
20.进一步地，所述第二温度传感器设有第二温度上限设定值，所述第三温度传感器设有第三温度上限设定值；所述第二温度传感器的检测温度大于所述第二温度上限设定值时，所述控制单元控制所述第二温度控制三通阀的两个入口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的入口关闭、与所述第二循环水舱通过管路连接的入口打开，所述控制单元控制所述第四温度控制三通阀的两个出口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的出口关闭、与所述第二循环水舱通过管路连接的出口打开；或所述第三温度传感器的检测温度大于所述第三温度上限设定值，所述控制单元控制所述第二温度控制三通阀的两个入口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的入口打开、与所述第二循环水舱通过管路连接的入口关闭，所述控制单元控制所述第四温度控制三通阀的两个出口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的出口打开、与所述第二循环水舱通过管路连接的出口关闭。当船舶航行于冰区时，冷却水循环系统的运行已切换为闭式循环模式。为了保证闭式模式的稳定运行，本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，通过设定第二温度上限设定值和第三温度上限设定值，用于所述第一闭式循环和所述第二闭式循环的相互切换。随着所述第一闭式循环或所述第二闭式循环的不断进行，所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水由于持续带走中央冷却器的热量，其温度不断升高，当温度达中央冷却器所规定的冷却水最高限制温度即第二温度上限设定值或第三温度上限设定值时，所述控制单元控制所述第二温度控制三通阀的两个入口、所述第四温度控制三通阀的两个出口相互切
换，实现所述第一闭式循环切换为所述第二闭式循环或所述第二闭式循环切换为所述第一闭式循环。通过所述第一闭式循环和所述第二闭式循环的相互切换，能够保证在单一循环水舱的循环水温度过高时，能及时切换到另一循环水舱，以保证冷却水温度满足中央冷却器的要求。同时，在切换之后，较低温度的循环水舱的循环水在保证系统继续稳定运行时，较高温度的循环水舱的循环水也有时间通过外界低温环境冷却降温，循环往复，所述第一闭式循环和所述第二闭式循环互相切换，能保证船舶在冰区航行时海水冷却系统稳定运行。作为一个优选的方案，所述第二温度上限设定值和所述第三温度上限设定值相同；可根据实际需求设定所述第二温度上限设定值和所述第三温度上限设定值，优选的，所述第二温度上限设定值和所述第三温度上限设定值为30-35℃。
21.进一步地，所述适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统还包括第一加热器、第二加热器，所述第一加热器用于加热所述第一循环水舱的循环水，所述第二加热器用于加热所述第二循环水舱的循环水，所述控制单元分别与所述第一加热器、所述第二加热器电连接，所述控制单元能够根据所述第二温度传感器的检测温度控制所述第一加热器的工作，所述控制单元能够根据所述第三温度传感器的检测温度控制所述第二加热器的工作。在外界温度极低且所述第一循环水舱的循环水温度未达到所述第二温度上限设定值或第二循环水舱的循环水温度还没达到所述第三温度上限设定值的情况下，可能会发生暂时未参与循环工作的第二循环水舱或第一循环水舱的循环水温度过低而产生结冰的状况，此时，若切换到第二循环水舱或第一循环水舱的循环水参与循环将有可能导致冷却系统无法运行；另外，如果船舶在冰区长时间停泊也可能出现因所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水结冰而导致闭式循环无法运行的状况。为了避免上述危险状况发生，通过在所述第一循环水舱、所述第二循环水舱分别设置所述第一加热器、第二加热器用于加热循环水，防止循环水结冰影响系统运行。
22.进一步地，所述第二温度传感器还设有第二温度下限设定值和第二温度中间设定值，所述第二温度中间设定值高于所述第二温度下限设定值且低于所述第二温度上限设定值；所述第二温度传感器的检测温度小于或等于所述第二温度下限设定值时，所述控制单元控制所述第一加热器开始加热工作；所述第二温度传感器的检测温度大于所述第二温度中间设定值时，所述控制单元控制所述第一加热器停止加热工作；所述第三温度传感器还设有第三温度下限设定值和第三温度中间设定值，所述第三温度中间设定值高于所述第三温度下限设定值且低于所述第三温度上限设定值；所述第三温度传感器的检测温度小于或等于所述第三温度下限设定值时，所述控制单元控制所述第二加热器工作；所述第三温度传感器的检测温度大于所述第三温度中间设定值时，所述控制单元控制所述第二加热器停止加热工作。当所述第二温度传感器或所述第三温度传感器的检测温度小于或等于所述第二温度下限设定值或所述第三温度下限设定值时，所述控制单元控制所述第一加热器或所述第二加热器开始加热工作，使所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水温度升高；当所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水温度达到所述第二温度中间设定值或所述第三温度中间设定值时，所述控制单元控制所述第一加热器或所述第二加热器停止加热工作，这样即能防止所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水结冰又能防止加热温度过高影响冷却系统的冷却效果。作为一个优选的方案，所述第二温度下限设定值和所述第三温度下限设定值相同，所述第二温度中间设定值和所述第三温度中间设定值相
同。优选的，所述第二温度下限设定值和所述第三温度下限设定值均为0℃，所述第二温度中间设定值和所述第三温度中间设定值均为5℃。
23.进一步地，所述第一加热器、所述第二加热器均包括加热盘管热源生成器，所述热源生成器能够产生热源流经所述加热盘管；所述第一加热器的加热盘管经过所述第一循环水舱，且在经过所述第一循环水舱的所述加热盘管的前部、后部上分别设置有第一温度控制阀、第二温度控制阀；所述第二加热器的加热盘管经过所述第二循环水舱，且在经过所述第二循环水舱的所述加热盘管的前部、后部上分别设置有第三温度控制阀、第四温度控制阀；所述第一温度控制阀、所述第二温度控制阀、所述第三温度控制阀、所述第四温度控制阀分别与所述控制单元电连接，所述控制单元能够根据所述第二温度传感器的检测温度控制所述第一温度控制阀和所述第二温度控制阀的开关，所述控制单元能够根据所述第三温度传感器的检测温度控制所述第三温度控制阀和所述第四温度控制阀的开关。
24.进一步地，所述第一循环水舱、所述第二循环水舱均设置有散热鳍，所述散热鳍包括散热连接板、若干散热鳍片，所述散热连接板固定设置在所述第一循环水舱、所述第二循环水舱底部的内舱壁上，所述若干散热鳍片并排穿过所述第一循环水舱、所述第二循环水舱的舱壁，所述若干散热鳍片一端与所述散热连接板固定连接，另一端伸出所述第一循环水舱、所述第二循环水舱与外界海水接触。为了提高所述第一循环水舱和所述第二循环水舱中的循环水的冷却效率，使所述第一循环水舱和所述第二循环水舱中的循环水的温度能够符合循环要求，通过在所述第一循环水舱和所述第二循环水舱设置散热鳍，在切换循环的时候通过所述散热鳍作为导热介质，使所述第一循环水舱或所述第二循环水舱的循环水与外界海水进行热交换，加快循环水冷却速率。
25.进一步地，所述若干散热鳍片的另一端设计为冰刀型式，所述若干散热鳍片朝向船舶的首尾方向并排设置；所述散热鳍还包括若干加强板，所述若干加强板并排设置在所述散热连接板相对于所述若干散热鳍片的另一面上，且与所述若干散热鳍片的朝向相对交错。所述若干散热鳍片的另一端即与外界海水接触的外部结构设计为“冰刀型式”，并根据所述若干散热鳍片的朝向设置相对交错的若干加强板，使船舶在冰区航行时也能提供一定的辅助破冰功能。
26.进一步地，所述第一温度控制三通阀的入口与外界海水连通的管路的入口处设置有海水阀箱和海水滤器；所述海水滤器用于过滤除去所述海水阀箱中海水中的固体；所述海水阀箱和所述海水滤器分别设置有两个，分别设置在船舶的高位海底门、低位海底门处。外界海水通过船舶的高位海底门、低位海底门分别进入所述海水阀箱，并由所述海水滤器过滤除去海水中的海洋生物或其它固体进入到冷却水系统中。
27.本发明还提供一种适应冰区船舶，包括上述任一所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统。
28.相对于现有技术，本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统和船舶的有益效果：
29.本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，系统稳定性好，本发明为防止单一循环水舱温度过高影响系统稳定性引入了第一闭式循环和第二闭式循环自动切换模式并且为提高循环舱与外界热交换效率引入散热鳍设计。在第一闭式循环和第二闭式循环模式下，其中一个循环水舱运行，另一循环水舱有足够的时间迅速冷却下来以满
足冷却水的循环要求。不同于临时应急使用压载舱冷却，循环水舱的设计根据膨胀收缩量进行了专门的强化设计以防止舱室在极端状况下损坏，在循环水舱防高温的同时又有温控防低温循环水结冰措施，闭式循环能始终保证冷却水循环系统在极端的情况下保持最佳的温度工况稳定运行；
30.本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统智能化程度高，通过合理设置的温度传感器、温度控制三通阀，通过所述第一温度传感器感知外界海况，根据反馈过来的温度信号通过所述控制单元控制所述第一温度控制三通阀和所述第三温度控制三通阀；且所述第二温度传感器和所述第三温度传感器，根据反馈过来的温度信号通过所述控制单元控制所述第二温度控制三通阀和所述第四温度控制三通阀；不需要过多人为操作自动切换不同海况下冷却水循环系统的循环模式，自动切换第一闭式循环和第二闭式循环，提高冷却水循环系统稳定性；
31.本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统实施容易，本发明的改造绝大部分都是依托于原船舶海水冷却循环系统，仅需在原船舶海水冷却系统的基础上加以部分管路改造即可，改装简单；
32.本发明通过传感器实时监测海况，智能化切换冰区航行的冷却水循环模式，极大程度上减少了人为因素所造成的船舶冷却系统失效的危险状况，能有效应用于各类交叉海况航行及作业的船舶。
33.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
34.图1为本发明的一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统的结构示意图；
35.图2为本发明的一种适应冰区船舶的截面示意图；
36.图3为图2的右视图。
具体实施方式
37.实施例1
38.本实施例提供一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，以及包括本实施例所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统的船舶。
39.请参阅图1，一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，包括第一循环水舱1、第二循环水舱2、循环泵组3、第一温度控制三通阀4、第二温度控制三通阀5、中央冷却器6、第三温度控制三通阀7、第四温度控制三通阀8、第一温度传感器9、第二温度传感器10、第三温度传感器11、控制单元12、若干管路；
40.第一循环水舱1、第二循环水舱2分隔设置，第一循环水舱1、第二循环水舱2内均装有循环水；
41.循环泵组3包括至少一个循环泵301；
42.第一温度控制三通阀4、第二温度控制三通阀5均设有两个入口、一个出口；
43.第一温度控制三通阀4的其中一个入口通过管路13与外界海水连通；第一温度控制三通阀4的另一个入口通过管路14与第二温度控制三通阀5的出口连通；第一温度控制三通阀4的出口通过管路15与循环泵组3的输入口连通；
44.第二温度控制三通阀5的其中一个入口通过管路16与第一循环水舱1连通；第二温度控制三通阀5的另一个入口通过管路17与第二循环水舱2连通；
45.第三温度控制三通阀7、第四温度控制三通阀8设有一个入口、两个出口；
46.第三温度控制三通阀7的入口通过管路18经过中央冷却器6与循环泵组3的输出口连通；第三温度控制三通阀7的其中一个出口通过管路19与外界海水连通；第三温度控制三通阀7的另一个出口通过管路20与第四温度控制三通阀8的入口连通；
47.第四温度控制三通阀8的其中一个出口通过管路21与第一循环水舱1连通；第四温度控制三通阀8的另一个出口通过管路22与第二循环水舱2连通；
48.第一温度传感器9设置在舷外，用于检测外界海水温度；
49.第二温度传感器10设置在第一循环水舱1，用于检测第一循环水舱1的循环水温度；
50.第三温度传感器11设置在第二循环水舱2，用于检测第二循环水舱2的循环水温度；
51.控制单元12分别与第一温度控制三通阀4、第二温度控制三通阀5、第三温度控制三通阀7、第四温度控制三通阀8、第一温度传感器9、第二温度传感器10、第三温度传感器11电连接；控制单元12能够根据第一温度传感器9的检测温度控制第一温度控制三通阀4的两个入口的切换和第三温度控制三通阀7的两个出口的切换；控制单元12能够根据第二温度传感器10或第三温度传感器11的检测温度控制第二温度控制三通阀7的两个入口的切换和第四温度控制三通阀8的两个出口的切换。
52.在本实施例中，第一温度传感器9设有第一温度设定值；第一温度传感器9的检测温度大于所述第一温度设定值时，控制单元12控制第一温度控制三通阀4的两个入口切换为与外界海水通过管路13连通的入口打开、与第二温度控制三通阀5的出口通过管路连通14的入口关闭，控制单元12控制第三温度控制三通阀7的两个出口切换为与外界海水通过管路19连通的出口打开、与第四温度控制三通阀8的入口通过管路20连通的出口关闭；第一温度传感器9的检测温度小于或等于第一温度设定值时，控制单元12控制第一温度控制三通阀4的两个入口切换为与外界海水通过管路13连通的入口关闭、与第二温度控制三通阀5的出口通过管路14连通的入口打开，控制单元控制12第三温度控制三通阀7的两个出口切换为与外界海水通过管路19连通的出口关闭、与第四温度控制三通阀8的入口通过管路连通20的出口打开。在本实施例中，所述第一温度设定值优选为0℃，以外界海水温度为0℃作为区分适应于非冰区和冰区航行的界值，当外界海水温度大于0℃时，即设定船舶航行于非冰区，当第一温度传感器的检测温度小于或等于0℃时，即设定船舶航行于冰区时。
53.在本实施例中，第二温度传感器10设有第二温度上限设定值，第三温度传感器11设有第三温度上限设定值；第二温度传感器10的检测温度大于所述第二温度上限设定值时，控制单元12控制第二温度控制三通阀5的两个入口切换为与第一循环水舱1通过管路16连接的入口关闭、与第二循环水舱2通过管路17连接的入口打开，控制单元12控制第四温度控制三通阀8的两个出口切换为与第一循环水舱1通过管路21连接的出口关闭、与第二循环水舱2通过管路22连接的出口打开；或第三温度传感器11的检测温度大于所述第三温度上限设定值，控制单元12控制第二温度控制三通阀5的两个入口切换为与第一循环水舱1通过管路16连接的入口打开、与第二循环水舱2通过管路17连接的入口关闭，控制单元12控制第
四温度控制三通阀8的两个出口切换为与第一循环水舱1通过管路21连接的出口打开、与第二循环水舱2通过管路22连接的出口关闭。作为一个优选的方案，在本实施例中所述第二温度上限设定值和所述第三温度上限设定值相同，均为30℃。在其他实施例中，可根据中央冷却器所规定的冷却水最高限制温度进行所述第二温度上限设定值和所述第三温度上限设定值设定。
54.在本实施例中，为了避免外界温度过低导致第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水出现结冰而导致冷却循环无法运行的状况，本实施例的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统还包括第一加热器23、第二加热器24，第一加热器23用于加热第一循环水舱1的循环水，第二加热器24用于加热第二循环水舱2的循环水，控制单元12分别与第一加热器23、第二加热器24电连接，控制单元12能够根据第二温度传感器10的检测温度控制第一加热器23的工作，控制单元12能够根据第三温度传感器11的检测温度控制第二加热器24的工作。
55.在本实施例中，第二温度传感器10还设有第二温度下限设定值和第二温度中间设定值，所述第二温度中间设定值高于所述第二温度下限设定值且低于所述第二温度上限设定值；第二温度传感器10的检测温度小于或等于所述第二温度下限设定值时，控制单元12控制第一加热器23开始加热工作；第二温度传感器10的检测温度大于所述第二温度中间设定值时，控制单元12控制第一加热器23停止加热工作。在本实施例中，第三温度传感器11还设有第三温度下限设定值和第三温度中间设定值，所述第三温度中间设定值高于所述第三温度下限设定值且低于所述第三温度上限设定值；第三温度传感器11的检测温度小于或等于所述第三温度下限设定值时，控制单元12控制第二加热器24工作；第三温度传感器11的检测温度大于所述第三温度中间设定值时，控制单元12控制第二加热器24停止加热工作。在本实施例中，所述第二温度下限设定值和所述第三温度下限设定值均优选为0℃，所述第二温度中间设定值和所述第三温度中间设定值均优选为5℃。
56.在本实施例中，第一加热器23、第二加热器24均包括加热盘管231(241)、热源生成器(图未示)，所述热源生成器能够产生热源流经加热盘管231(241)；第一加热器23的加热盘管231经过第一循环水舱1，且在经过第一循环水舱1的加热盘管231的前部、后部上分别设置有第一温度控制阀2311、第二温度控制阀2312；第二加热器24的加热盘管241经过第二循环水舱2，且在经过第二循环水舱2的加热盘管241的前部、后部上分别设置有第三温度控制阀2411、第四温度控制阀2412；第一温度控制阀2311、第二温度控制阀2312、第三温度控制阀2411、第四温度控制阀2412分别与控制单元12电连接，控制单元12能够根据第二温度传感器10的检测温度控制第一温度控制阀2311和第二温度控制阀2312的开关，控制单元12能够根据第三温度传感器11的检测温度控制第三温度控制阀2411和第四温度控制阀2412的开关。在本实施例中，热源为加热蒸汽，通过所述热源生成器产生加热蒸汽，流经加热管道231(241)与第一循环水舱1、第二循环水舱2中的循环水进行热交换，从而加热循环水。
57.在本实施例中，请参阅图2，第一循环水舱1、第二循环水舱2均设置有散热鳍25，散热鳍25包括散热连接板251、若干散热鳍片252，散热连接板251固定设置在第一循环水舱1、第二循环水舱2底部的内舱壁上，若干散热鳍片252并排穿过第一循环水舱1、第二循环水舱2的舱壁，若干散热鳍片252一端与散热连接板251固定连接，另一端伸出第一循环水舱1、第二循环水舱2与外界海水接触。为了提高第一循环水舱1和第二循环水舱2中的循环水的冷
却效率，使第一循环水舱1和第二循环水舱2中的循环水的温度能够符合循环要求，通过在第一循环水舱1和第二循环水舱2设置散热鳍，在切换循环的时候通过散热鳍25作为导热介质，使第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水与外界海水进行热交换，加快循环水冷却速率。
58.请参阅图2和图3，所述若干散热鳍片252的另一端设计为“冰刀型式”，所述若干散热鳍片朝向船舶的首尾方向并排设置；所述散热鳍25还包括若干加强板253，所述若干加强板253并排设置在所述散热连接板251相对于所述若干散热鳍片252的另一面上，且与所述若干散热鳍片253的朝向相对交错。在本实施例中，若干散热鳍片251与若干加强板相对交错呈“井字”型。所述若干散热鳍片251的另一端即与外界海水接触的外部结构设计为“冰刀型式”，并根据所述若干散热鳍片251的朝向设置相对交错的若干加强板253，使船舶在冰区航行时也能提供一定的辅助破冰功能。
59.在本实施例中，第一循环水舱1、第二循环水舱2布置于船舶轻载水线以下且离船舶机舱冷却水系统较近的地方，且第一循环水舱1、第二循环水舱2分隔，防止发生热传递。
60.在本实施例中，所述循环泵组3包括两个循环泵301，两个循环泵301并联设置。
61.在本实施例中，所述第一温度控制三通阀4的入口与外界海水连通的管路13的入口处(即管道13的入口处)设置有海水阀箱26和海水滤器27；所述海水滤器用于过滤除去所述海水阀箱中海水中的固体。在本实施例中，所述海水阀箱26和海水滤器27设置有两个，且与管道13并联，两个海水阀箱26分别设置在位于船舶的高位海底门、低位海底门处。外界海水通过船舶的高位海底门、低位海底门分别进入海水阀箱26，并由海水滤器27过滤除去海水中的海洋生物或其它固体进入到冷却水循环系统中。
62.在本实施例中，控制单元为plc。
63.本实施例所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统的工作原理如下：
64.第一温度传感器9检测舷外的外界海水的温度，并把温度信号反馈给控制单元12；控制单元12根据第一温度传感器9的检测温度即外界海水的温度控制，控制第一温度控制三通阀4的两个入口切换和第三温度控制三通阀7的两个入口的切换，实现开式循环和闭式循环的切换，以使船舶适应在非冰区和冰区航行。
65.其中：
66.当第一温度传感器9检测到外界海水温度大于所述第一温度设定值(0℃)时，即船舶航行于非冰区，第一传感器温度9把温度信号反馈给控制单元12，控制单元12控制第一温度控制三通阀4的两个入口中通过管路13连通的入口打开、通过管路14连通的入口关闭，同时控制单元12控制第三温度控制三通阀7的两个出口中通过管路19连通的入口打开、通过管路20连通的入口关闭。此时舷外的外界海水通过船舶的高位海底门和/或低位海底门分别进入海水阀箱26，经海水滤器27过滤除去固体后从管路13流入、管路15流出第一温度控制三通阀4，经循环泵301及管道18流经中央冷却器6进行热交换，带走中央冷却器6的热量，从管道19排出到舷外，实现外界海水即冷却水在“舷外-海水阀箱26-海水滤器27-泵3-中央冷却器6-舷外”的开式循环。
67.当第一温度传感器9检测到外界海水温度小于或等于所述第一温度设定值(0℃)时，即船舶航行于冰区，第一传感器温度9把温度信号反馈给控制单元12，控制单元12控制第一温度控制三通阀4的两个入口中通过管路13连通的入口关闭、通过管路14连通的入口
打开，同时控制单元12控制第三温度控制三通阀7的两个出口中通过管路19连通的入口关闭、通过管路20连通的入口打开。此时第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水即冷却水从管路14流入、管路15流出第一温度控制三通阀4，经循环泵301及管道18流经中央冷却器6进行热交换，带走中央冷却器6的热量，从管道20回流第一循环水舱1或第二循环水舱2中，实现外界海水即冷却水在“第一循环水舱1-泵301-中央冷却器6-第一循环水舱1”或“第二循环水舱2-泵301-中央冷却器6-第二循环水舱2”的闭式循环。其中“第一循环水舱1-泵301-中央冷却器6-第一循环水舱1”为第一闭式循环，“第二循环水舱2-泵301-中央冷却器6-第二循环水舱2”为第二闭式循环。
68.而闭式循环中，通过控制单元12根据第二温度传感器10或第三温度传感器11的检测温度，即第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水温度，控制第二温度控制三通阀5的两个入口的切换和第四温度控制三通阀8的两个出口的切换，实现闭式循环中第一闭式循环和第二闭式循环的交互使用。
69.随着所述第一闭式循环或所述第二闭式循环的不断进行，第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水由于持续带走中央冷却器的热量，其温度不断升高，当循环水温度达到中央冷却器6进口所规定的冷却水最高限制温度即所述第二温度上限设定值或所述第三温度上限设定值(即30℃)时，控制单元12控制第二温度控制三通阀的两个入口或第四温度控制三通阀的两个出口进行切换，实现所述第一闭式循环切换为所述第二闭式循环或所述第二闭式循环切换为所述第一闭式循环。若为所述第一闭式循环运行，当第二温度传感器10的检测温度大于第二温度上限设定值(30℃)时，控制单元12接受第二温度传感器10的检测信号，控制单元12控制第二温度控制三通阀5的两个入口中通过管路16连通的入口关闭、通过管路17连通的入口打开，同时控制单元12控制第四温度控制三通阀8的两个出口中通过管路21连通的出口关闭、通过管路22连通的出口打开；实现所述第一闭式循环切换为所述第二闭式循环，使第一循环水舱1中的循环水通过散热鳍25与外界海水进行热交换冷却降温；若为所述第二闭式循环运行，当第三温度传感器11的检测温度大于第三温度上限设定值(30℃)时，控制单元12接受第三温度传感器10的检测信号，控制单元12控制第二温度控制三通阀5的两个入口中通过管路16连通的入口打开、通过管路17连通的入口关闭，同时控制单元12控制第四温度控制三通阀8的两个出口中通过管路21连通的出口打开、通过管路22连通的出口关闭；实现所述第二闭式循环切换为所述第一闭式循环，使第二循环水舱中的循环水通过散热鳍与外界海水进行热交换冷却降温；通过所述第一闭式循环和所述第二闭式循环的相互切换，能够保证在单一循环水舱的循环水温度过高时，能及时切换到另一循环水舱，以保证冷却水温度满足中央冷却器的要求。同时，在切换之后，较低温度的循环水舱的循环水在保证系统继续稳定运行时，较高温度的循环水舱的循环水也有时间通过外界低温环境冷却降温，循环往复，所述第一闭式循环和所述第二闭式循环互相切换，能保证船舶在冰区航行时海水冷却系统稳定运行。
70.另外，在外界温度极低且第一循环水舱1的循环水温度未达到所述第二温度上限设定值(30℃)或第二循环水舱2的循环水温度还没达到所述第三温度上限设定值(30℃)的情况下，或者船舶在冰区长时间停泊的情况下可能出现因第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水结冰而导致闭式循环无法运行的状况通过在第一循环水舱1、第二循环水舱2分别设置第一加热器23、第二加热器24用于加热循环水，防止循环水结冰影响系统运行。当第二
温度传感器10或第三温度传感器11的检测温度小于或等于所述第二温度下限设定值(0℃)或所述第三温度下限设定值(0℃)时，控制单元12控制第一加热器23或第二加热器24开始加热工作，使第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水温度升高；当第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水温度达到第二温度中间设定值(5℃)或第三温度中间设定值(5℃)时，控制单元12控制第一加热器23或第二加热器24停止加热工作，这样即能防止第一循环水舱1或第二循环水舱2的循环水结冰又能防止加热温度过高影响冷却系统的冷却效果。
71.相对于现有技术，本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，通过系统自我调节提高船舶冷却水循环系统运行稳定性及有效性，在防止船舶在冰区航行的海况下海水结冰导致动力缺失的基础上，自动根据海况切换冰区航行和非冰区航行的冷却水循环系统运行原理，减少人为因素影响，实现船舶安全航行于冰区与非冰区交叉复杂海况航线。
72.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，则本发明也意图包含这些改动和变形。

技术特征：

1.一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：包括第一循环水舱、第二循环水舱、循环泵组、第一温度控制三通阀、第二温度控制三通阀、中央冷却器、第三温度控制三通阀、第四温度控制三通阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、控制单元、若干管路；所述第一循环水舱、所述第二循环水舱分隔设置，所述第一循环水舱、所述第二循环水舱内均装有循环水；所述循环泵组包括至少一个循环泵；所述第一温度控制三通阀、所述第二温度控制三通阀均设有两个入口、一个出口；所述第一温度控制三通阀的其中一个入口通过管路与外界海水连通；所述第一温度控制三通阀的另一个入口通过管路与所述第二温度控制三通阀的出口连通；所述第一温度控制三通阀的出口通过管路与所述循环泵组的输入口连通；所述第二温度控制三通阀的其中一个入口通过管路与所述第一循环水舱连通；所述第二温度控制三通阀的另一个入口通过管路与所述第二循环水舱连通；所述第三温度控制三通阀、所述第四温度控制三通阀设有一个入口、两个出口；所述第三温度控制三通阀的入口通过管路经过所述中央冷却器与所述循环泵组的输出口连通；所述第三温度控制三通阀的其中一个出口通过管路与外界海水连通；所述第三温度控制三通阀的另一个出口通过管路与所述第四温度控制三通阀的入口连通；所述第四温度控制三通阀的其中一个出口通过管路与所述第一循环水舱连通；所述第四温度控制三通阀的另一个出口通过管路与所述第二循环水舱连通；所述第一温度传感器设置在舷外，用于检测外界海水温度；所述第二温度传感器设置在所述第一循环水舱，用于检测所述第一循环水舱的循环水温度；所述第三温度传感器设置在所述第二循环水舱，用于检测所述第二循环水舱的循环水温度；所述控制单元分别与所述第一温度控制三通阀、所述第二温度控制三通阀、所述第三温度控制三通阀、所述第四温度控制三通阀、所述循环泵组、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器电连接；所述控制单元能够根据所述第一温度传感器的检测温度控制所述第一温度控制三通阀的两个入口的切换和所述第三温度控制三通阀的两个出口的切换；所述控制单元能够根据所述第二温度传感器或所述第三温度传感器的检测温度控制所述第二温度控制三通阀的两个入口的切换和所述第四温度控制三通阀的两个出口的切换。2.根据权利要求1所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述第一温度传感器设有第一温度设定值；所述第一温度传感器的检测温度大于所述第一温度设定值时，所述控制单元控制所述第一温度控制三通阀的两个入口切换为与外界海水通过管路连通的入口打开、与所述第二温度控制三通阀的出口通过管路连通的入口关闭，所述控制单元控制所述第三温度控制三通阀的两个出口切换为与外界海水通过管路连通的出口打开、与所述第四温度控制三通阀的入口通过管路连通的出口关闭；所述第一温度传感器的检测温度小于或等于所述第一温度设定值时，所述控制单元控制所述第一温度控制三通阀的两个入口切换为与外界海水通过管路连通的入口关闭、与所述第二温度控制三通
阀的出口通过管路连通的入口打开，所述控制单元控制所述第三温度控制三通阀的两个出口切换为与外界海水通过管路连通的出口关闭、与所述第四温度控制三通阀的入口通过管路连通的出口打开。3.根据权利要求2所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述第二温度传感器设有第二温度上限设定值，所述第三温度传感器设有第三温度上限设定值；所述第二温度传感器的检测温度大于所述第二温度上限设定值时，所述控制单元控制所述第二温度控制三通阀的两个入口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的入口关闭、与所述第二循环水舱通过管路连接的入口打开，所述控制单元控制所述第四温度控制三通阀的两个出口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的出口关闭、与所述第二循环水舱通过管路连接的出口打开；或所述第三温度传感器的检测温度大于所述第三温度上限设定值，所述控制单元控制所述第二温度控制三通阀的两个入口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的入口打开、与所述第二循环水舱通过管路连接的入口关闭，所述控制单元控制所述第四温度控制三通阀的两个出口切换为与所述第一循环水舱通过管路连接的出口打开、与所述第二循环水舱通过管路连接的出口关闭。4.根据权利要求3所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：还包括第一加热器、第二加热器，所述第一加热器用于加热所述第一循环水舱的循环水，所述第二加热器用于加热所述第二循环水舱的循环水，所述控制单元分别与所述第一加热器、所述第二加热器电连接，所述控制单元能够根据所述第二温度传感器的检测温度控制所述第一加热器的工作，所述控制单元能够根据所述第三温度传感器的检测温度控制所述第二加热器的工作。5.根据权利要求4所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述第二温度传感器还设有第二温度下限设定值和第二温度中间设定值，所述第二温度中间设定值高于所述第二温度下限设定值且低于所述第二温度上限设定值；所述第二温度传感器的检测温度小于或等于所述第二温度下限设定值时，所述控制单元控制所述第一加热器开始加热工作；所述第二温度传感器的检测温度大于所述第二温度中间设定值时，所述控制单元控制所述第一加热器停止加热工作；所述第三温度传感器还设有第三温度下限设定值和第三温度中间设定值，所述第三温度中间设定值高于所述第三温度下限设定值且低于所述第三温度上限设定值；所述第三温度传感器的检测温度小于或等于所述第三温度下限设定值时，所述控制单元控制所述第二加热器工作；所述第三温度传感器的检测温度大于所述第三温度中间设定值时，所述控制单元控制所述第二加热器停止加热工作。6.根据权利要求5任一所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述第一加热器、所述第二加热器均包括加热盘管、热源生成器，所述热源生成器能够产生热源流经所述加热盘管；所述第一加热器的加热盘管经过所述第一循环水舱，且在经过所述第一循环水舱的所述加热盘管的前部、后部上分别设置有第一温度控制阀、第二温度控制阀；所述第二加热器的加热盘管经过所述第二循环水舱，且在经过所述第二循环水舱的所述加热盘管的前部、后部上分别设置有第三温度控制阀、第四温度控制阀；所述第一温度控制阀、所述第二温度控制阀、所述第三温度控制阀、所述第四温度控制阀分别与所述控制单元电连接，所述控制单元能够根据所述第二温度传感器的检测温度控制所述第一温
度控制阀和所述第二温度控制阀的开关，所述控制单元能够根据所述第三温度传感器的检测温度控制所述第三温度控制阀和所述第四温度控制阀的开关。7.根据权利要求1-6任一所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述第一循环水舱、所述第二循环水舱均设置有散热鳍，所述散热鳍包括散热连接板、若干散热鳍片，所述散热连接板固定设置在所述第一循环水舱、所述第二循环水舱底部的内舱壁上，所述若干散热鳍片并排穿过所述第一循环水舱、所述第二循环水舱的舱壁，所述若干散热鳍片一端与所述散热连接板固定连接，另一端伸出所述第一循环水舱、所述第二循环水舱与外界海水接触。8.根据权利要求7所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述若干散热鳍片的另一端设计为冰刀型式，所述若干散热鳍片朝向船舶的首尾方向并排设置；所述散热鳍还包括若干加强板，所述若干加强板并排设置在所述散热连接板相对于所述若干散热鳍片的另一面上，且与所述若干散热鳍片的朝向相对交错。9.根据权利要求1-8任一所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，其特征在于：所述第一温度控制三通阀的入口与外界海水连通的管路的入口处设置有海水阀箱和海水滤器；所述海水滤器用于过滤除去所述海水阀箱中海水中的固体；所述海水阀箱和所述海水滤器分别设置有两个，分别设置在船舶的高位海底门、低位海底门处。10.一种适应冰区船舶，其特征在于：包括权利要求1-9任一所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统。

技术总结

本发明涉及一种适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统和船舶。本发明所述的适应冰区船舶的自控型闭式冷却水循环系统，包括第一循环水舱、第二循环水舱、循环泵组、第一温度控制三通阀、第二温度控制三通阀、中央冷却器、第三温度控制三通阀、第四温度控制三通阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、控制单元、若干管路。本发明所述的系统，通过系统自我调节提高船舶冷却水循环系统运行稳定性及有效性，在防止船舶在冰区航行的海况下海水结冰导致动力缺失的基础上，自动根据海况切换冰区航行和非冰区航行的冷却水循环系统运行原理，减少人为因素影响，实现船舶安全航行于冰区与非冰区交叉复杂海况航线。于冰区与非冰区交叉复杂海况航线。于冰区与非冰区交叉复杂海况航线。