CN104791129A - 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统 - Google Patents

一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104791129A
CN104791129A CN201410022318.XA CN201410022318A CN104791129A CN 104791129 A CN104791129 A CN 104791129A CN 201410022318 A CN201410022318 A CN 201410022318A CN 104791129 A CN104791129 A CN 104791129A
Authority
CN
China
Prior art keywords
regenerator
cylinder
boats
ships
stirling engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410022318.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104791129B (zh
Inventor
张桂臣
孙增华
臧绪运
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Power System With Tin Shanghai Co ltd Reddy Ship
Original Assignee
Shanghai Guan Tu Lightning Protection Science And Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Guan Tu Lightning Protection Science And Technology Ltd filed Critical Shanghai Guan Tu Lightning Protection Science And Technology Ltd
Priority to CN201410022318.XA priority Critical patent/CN104791129B/zh
Publication of CN104791129A publication Critical patent/CN104791129A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104791129B publication Critical patent/CN104791129B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F02G1/055—Heaters or coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F02G1/057—Regenerators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

一种船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，包括船舶排烟系统、Π型斯特林发动机本体、工作介质供给回收系统、发电系统、启动系统和控制整个系统工作的控制系统；所述Π型斯特林发动机本体包括第一斯特林发动机本体、第二斯特林发动机本体、总曲轴和飞轮。本发明的Π型斯特林发动机的高效废热吸收器安装在船舶废气锅炉后面，进一步吸收船舶排烟热量用于发电，减少船舶排烟导致的温室效应。本发明的Π型斯特林发动机设计了两个并联的带单向阀的高低温回热器。当氦气由冷气缸往加热器转移时，高温回热器工作；当氦气由热气缸经加热器往冷气缸转移时，低温回热器工作；PLC控制高低温回热器只有一个工作，提高了斯特林发动机的效率。

Description

一种船舶废热利用Π型斯特林发电机系统
技术领域
本发明涉及能源回收与利用技术领域，尤其是涉及一种船舶废热利用Π型斯特林发电机系统。
背景技术
船舶主机燃料燃烧产生的热量只有少部分做功，其余热量一部分被冷却系统带走，另一大部分以排气方式释放到大气中，排气损失约占总能量40%左右。船舶加装余热利用废气锅炉，废气锅炉排烟在100-300℃左右，船舶周围海水温度不超过35℃，这就构成一个巨大的温差能系统，斯特林机(Stirling Engine)是一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞热气机，具有燃料来源广、效率高、污染小、噪音低和维修方便等优点，可以应用在许多领域内中作为清洁高效的动力机，对节能减排、保护环境有重要意义。
Stirling Engine对燃料的适应性很强，可用能源除了煤、石油、天然气外，还可以利用太阳能、原子能、化学能以及木材、秸秆等农林废弃物燃烧所放出来的热能。Stirling Engine热效率高，理论上Stirling Engine循环效率等于相同状态下的卡诺效率，实验表明Stirling Engine实际有效效率可以达到32%～40%，最高可达47%。Stirling Engine运行时污染物排放少，作为外燃机燃料可以在足够空气下连续燃烧，燃烧比较充分，与内燃机相比，排放的一氧化碳和碳氢化合物等有害气体大大减少。Stirling Engine没有气阀机构，工质在汽缸内的压力变化接近正弦波形，而且燃烧不会产生爆震和排气波，因而运转比较平稳，噪音比较小。Stirling Engine运转比较平稳，扭矩比较均匀，超负荷能力强，相比之下内燃机超负荷能力只有5%～15%。
Stirling Engine结构简单，比内燃机少40%的零部件，只有密封的汽缸和两个活塞，没有易出故障的气阀机构、高压喷油系统和需要润滑的活塞环，维修也比较方便。
当前我国在温差能设备制造方面比国外差距较大，关于温差能发电的基础与技术研究非常少。到目前为止，关于船用Stirling Engine的研究和试验，需要在Stirling Engine外部配有燃烧室，需要消耗燃料，还没有实际应用于船舶上的Stirling Engine(斯特林机)。
当前船舶节能减排的措施主要是船舶降速、主机降功率和废热利用，废热利用包括废气涡轮增压、废气锅炉、利用主机缸套冷却水的海水淡化，而关于废气涡轮发电、废气锅炉产生的蒸汽发电尚处于研究论证阶段，船上还没有实用。经过废气锅炉后的排烟要进一步利用，斯特林发动机具有优势。由于远洋船舶排烟温度在100-300℃，远洋船舶排烟量大，而海水温度一般不会超过35℃，因此，船舶排烟和海水之间温差能密度大，满足斯特林发动机工作要求。
综上所述，对于大型远洋船舶，利用其自身的温差系统，构建废热利用斯特林发电系统成为船舶节能减排的有效途径之一。但是，现有技术中缺少能够实现上述目的的系统。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，包括船舶排烟系统、Π型斯特林发动机本体、工作介质供给回收系统、发电系统、启动系统和控制整个系统工作的控制系统；所述Π型斯特林发动机本体包括第一斯特林发动机本体、第二斯特林发动机本体、(21)总曲轴和（23)飞轮；
所述第一斯特林发动机本体包括：(3)第一加热器，(4)第一回热器，(5)第一海水管壳式冷却器，(6)第一膨胀腔，(7)第一带石墨活塞环的热活塞，(8)第一压缩腔，(9)第一带石墨活塞环的冷活塞；所述第一回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器(4H)和低温回热器(4L)组成；
所述第二斯特林发动机本体包括：(10)第二加热器，(11)第二回热器，(12)第二海水管壳式冷却器，(13)第二膨胀腔，(14)第二带石墨活塞环的热活塞，(15)第二压缩腔，(16)第二带石墨活塞环的冷活塞；所述第二回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器(11H)和低温回热器(11L)组成；
所述第一加热器设置在所述船舶排烟系统的船舶烟筒内，所述第一冷气缸的缸内顶端依次经过所述第一冷却器和所述第一回热器后连通到所述第一加热器的加热介质进口，所述第一加热器的加热介质出口经过所述第二回热器的高温回热器(11H)后连通到所述第一热气缸的缸内顶端；
所述第二加热器设置在所述船舶排烟系统的船舶烟筒内，所述第二冷气缸的缸内顶端依次经过所述第二冷却器和所述第二回热器后连通到所述第二加热器的加热介质进口，所述第二加热器的加热介质出口经过所述第一回热器的高温回热器(4H)后连通到所述第二热气缸的缸内顶端；
所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔中的四个连杆分别通过四个曲柄传动连接所述总曲轴，所述总曲轴上设有所述（23)飞轮；
所述工作介质供给回收系统包括供给端和回收端，所述供给端连通到所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔的气缸内部顶端，所述回收端连通到所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔的气缸内部底部；
所述总曲轴与所述发电系统的发动机传动连接，所述启动系统的动力输出轴也与所述总曲轴传动连接；
所述第一冷却器、所述第二冷却器、所述第一回热器中的低温回热器和所述第二回热器中的低温回热器中均设置有连通到所述冷却水连通系统的冷却装置。
所述第一回热器中的高温回热器(4H)和低温回热器(4L)的回热器填充材料以及所述第二回热器中的高温回热器(11H)和低温回热器(11L)的回热器填充材料，均为不锈钢丝网式填充材料。
所述船舶烟筒为船舶上的主机、副机和辅锅炉的排烟总管。
所述工作介质供给回收系统内的工作介质为氦气。
所述发电系统包括(34)增速器，(35)永磁发电机，(36)整流器，(37)滤波器，(38)逆变器，(39)可调变压器，(40)ACB断路器和(41)母线排。
所述第一斯特林发动机和所述第二斯特林发动机的相位差90°。
所述控制系统为PLC和GPU控制系统，所述PLC和GPU控制系统包括控制箱、S7-200、DEIF GPU控制器和同轴电缆。
本发明中所谓的加热器，即高效废热吸收器；本发明所谓的膨胀腔，即热气缸；本发明所谓的压缩腔，即冷气缸。
本发明所谓的PLC，为可编程序控制器，即Programmable Logic Controller。所谓的GPU，为发电机并车单元，即Generator Parallel Unit。所谓的S7-200为西门子PLC型号。所谓的DEIF GPU控制器，即DEIF(丹弗)GPU控制器，
本发明的船舶废热利用Π型斯特林发电机由7部分组成：A.船舶排烟系统，B.Π型斯特林发动机本体，C.氦气系统，D.冷却水循环系统，E.发电系统，F.PLC和GPU控制系统，G.启动系统。
Π型斯特林发动机本体由两套热活塞、膨胀缸、加热器、回热器、冷却器、压缩缸、冷活塞对置排列在船舶烟筒管的两侧。加热器由多束热管组成横穿烟筒，排烟从管外流过，管内是氦气，热管外部有肋片，增大换热面积。回热器分高温和低温，高低温回热器装有单向阀，氦气只能单向流过。高温回热器靠近加热器，低温回热器靠近冷却器由海水冷却。膨胀缸、加热器和高温回热器外面包裹绝热材料，低温回热器、冷却器和压缩缸外面不需包裹材料。曲拐箱内有电加热器和海水铜管冷却器，确保曲拐箱内滑油在40℃-60℃范围，机带滑油泵将滑油压入连杆大端和小端摩擦副、曲轴支撑滑动轴承处。曲轴输出端飞轮外齿与启动马达啮合，达到30%额定转速时两者脱离。
Π型斯特林发动机本体与永磁发电机经增速齿轮箱联接，启动时自动脱开，确保启动成功，Π型斯特林发动机运转稳定后合排，带动发电机运转。S7-200PLC控制氦气系统的阀门和氦气往复泵，控制充入或回收Π型斯特林发动机内循环的氦气量，从而控制Π型斯特林发动机的转速和输出功率。冷却海水循环系统确保冷却器、压缩缸、低温回热器为低温状态，防止曲拐箱内滑油温度太高。发电系统不需要调压，先整流、滤波，再逆变为标准电压和频率60HZ或50Hz，可调变压器控制输出的电压在规定的范围。S7-200PLC和GPU控制ACB断路器同步合闸、分闸。
本发明的有益效果可以总结如下：
(1)、本发明针对实船独特设计的Π型斯特林发动机，模块化结构，膨胀腔和热活塞、压缩腔和冷活塞均为垂直放置，它们的活塞杆连接在不同拐角的曲柄上。
(2)、本发明的Π型斯特林发动机的热活塞、膨胀缸、加热器、回热器、冷却器、压缩缸、冷活塞各有两个，它们是并联关系，四个活塞连杆分别连接到同一根曲轴上的四个不同拐角的曲柄上。
(3)、本发明的Π型斯特林发动机的热活塞、膨胀缸、加热器与回热器、冷却器、压缩缸、冷活塞对置设计安装，它们组成一个整体，即第一斯特林机一侧的热气缸与第二斯特林机一侧的回热器和冷气缸在烟筒的同一侧，而第一斯特林机另一侧的回热器和冷气缸与第二斯特林机另一侧的热气缸在烟筒的另一同侧。
(5)、创新点(1)、(2)、(3)表明，本发明设计的Π型斯特林发动机不同于已有的α型、β型和γ型斯特林发动机和双作用斯特林发动机的结构。
(6)、本发明的Π型斯特林发动机的高效废热吸收器安装在船舶废气锅炉后面，进一步吸收船舶排烟热量用于发电，减少船舶排烟导致的温室效应。
(7)、本发明的Π型斯特林发动机设计了两个并联的带单向阀的高低温回热器。当氦气由冷气缸往加热器转移时，高温回热器工作；当氦气由热气缸经加热器往冷气缸转移时，低温回热器工作；PLC控制高低温回热器只有一个工作，提高了斯特林发动机的效率。
(8)、本发明针对斯特林发电机组独特设计了S7-200PLC和DEIF GPU控制和监测报警系统。
(9)、本发明船舶废热利用斯特林发电技术不需外加燃烧室，也不消耗燃料，而是吸收船舶排烟这部分能量发电。针对船舶排烟废热利用独特设计的斯特林发电系统尚未出现，本发明填补这一技术上的空白。
(10)本发明的社会意义和经济效益极大，具有重要现实意义和推广价值：
石化燃料日渐耗竭，环境污染与气候变暖问题日趋严重，节能减排已成为全社会的共同责任、高度关注的重点领域和国家的基本国策。船舶运输是石油消费的重点行业，也是温室效应气体(GHG)和大气污染排放的重要来源之一。航运面临着世界经济不景气、环保节能减排规范、公约和燃油成本多重压力，燃油成本已占运营成本的63%以上。因此，本发明的船舶废热利用Π型斯特林发电机对船舶节能减排具有重要现实意义和推广价值。
本发明的船舶废热利用Π型斯特林发电机功率按50kw(功率大小取决于船舶主副机功率和排量大小)保守计算，主机运行期间可连续24h供电，船舶主机一年运行按6000h计算，则一年可为船舶提供30万kwh，船舶发电组可节省燃油76吨/年，IF380燃油682$/T，则一年收益51832美元。50kwΠ型斯特林发电机功率初始投资120万元，则3.7年回收成本。
附图说明
图1船舶废热利用Π型斯特林发电机布置系统图；
图2船舶废热利用Π型斯特林发动机布置图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示的一种船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，包括船舶排烟系统、Π型斯特林发动机本体、工作介质供给回收系统、发电系统、启动系统和控制整个系统工作的控制系统；所述Π型斯特林发动机本体包括第一斯特林发动机本体、第二斯特林发动机本体、21总曲轴和23飞轮；所述第一斯特林发动机本体包括：3第一加热器，4第一回热器，5第一海水管壳式冷却器，6第一膨胀腔，7第一带石墨活塞环的热活塞，8第一压缩腔，9第一带石墨活塞环的冷活塞；所述第一回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器4H和低温回热器4L组成；所述第二斯特林发动机本体包括：10第二加热器，11第二回热器，12第二海水管壳式冷却器，13第二膨胀腔，14第二带石墨活塞环的热活塞，15第二压缩腔，16第二带石墨活塞环的冷活塞；所述第二回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器11H和低温回热器11L组成；所述第一加热器设置在所述船舶排烟系统的船舶烟筒内，所述第一冷气缸的缸内顶端依次经过所述第一冷却器和所述第一回热器后连通到所述第一加热器的加热介质进口，所述第一加热器的加热介质出口经过所述第二回热器的高温回热器11H后连通到所述第一热气缸的缸内顶端；所述第二加热器设置在所述船舶排烟系统的船舶烟筒内，所述第二冷气缸的缸内顶端依次经过所述第二冷却器和所述第二回热器后连通到所述第二加热器的加热介质进口，所述第二加热器的加热介质出口经过所述第一回热器的高温回热器4H后连通到所述第二热气缸的缸内顶端；所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔中的四个连杆分别通过四个曲柄传动连接所述总曲轴，所述总曲轴上设有所述23飞轮；所述工作介质供给回收系统包括供给端和回收端，所述供给端连通到所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔的气缸内部顶端，所述回收端连通到所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔的气缸内部底部；所述总曲轴与所述发电系统的发动机传动连接，所述启动系统的动力输出轴也与所述总曲轴传动连接；所述第一冷却器、所述第二冷却器、所述第一回热器中的低温回热器和所述第二回热器中的低温回热器中均设置有连通到所述冷却水连通系统的冷却装置。所述第一斯特林发动机和所述第二斯特林发动机的相位差90°。
在更加优选的实施例中，所述第一回热器中的高温回热器4H和低温回热器4L的回热器填充材料以及所述第二回热器中的高温回热器11H和低温回热器11L的回热器填充材料，均为不锈钢丝网式填充材料。
在更加优选的实施例中，所述船舶烟筒为船舶上的主机、副机和辅锅炉的排烟总管。所述工作介质供给回收系统内的工作介质为氦气。
在更加优选的实施例中，所述发电系统包括34增速器，35永磁发电机，36整流器，37滤波器，38逆变器，39可调变压器，40ACB断路器和41母线排。所述控制系统为PLC和GPU控制系统，所述PLC和GPU控制系统包括控制箱、S7-200、DEIF GPU控制器和同轴电缆。
在某个具体的实施例中：
本发明组成：
A、船舶排烟系统
1船舶排烟，2船舶烟筒，51主机排烟，52发电副机排烟，53辅锅炉排烟，54废气锅炉
B、Π型斯特林发动机本体
第一斯特林发动机本体：3第一加热器，4第一回热器，每个回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器4H和低温回热器4L组成，回热器填充材料为不锈钢丝网式，5第一海水管壳式冷却器，6第一膨胀腔，7第一带石墨活塞环的热活塞，8第一压缩腔，9第一带石墨活塞环的冷活塞。
第二斯特林发动机本体：10第二加热器，11第二回热器，每个回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器11H和低温回热器11L组成，回热器填充材料为不锈钢丝网式，12第二海水管壳式冷却器，13第二膨胀腔，14第二带石墨活塞环的热活塞，15第二压缩腔，16第二带石墨活塞环的冷活塞。
17绝热材料，18四个连杆，19四个活塞销，20四个曲柄，21一根曲轴，22四个曲拐箱，23飞轮，24减震基座。
C、氦气系统
25高压氦气瓶，26氦气回收瓶，27两台电动氦气往复泵，28两个压力表，29十个截止阀。
D、冷却水循环系统
30两台电动海水泵，31进、出口截止阀各两个，32进、出口压力表各两个，33海水管路，49海水，50船舶舷外
E、发电系统
34增速器，35永磁发电机，36整流器，37滤波器，38逆变器，39可调变压器，40ACB断路器；41母线排。
F、PLC和GPU控制系统
42控制箱，43S7-200PLC，44DEIF GPU控制器，45同轴电缆。
G、启动系统
46串励式直流电动机，47铅酸蓄电池组，48动力电缆。
工作原理：
预充于吸热器内的氦气吸收船舶排烟中的废热，氦气吸热后，在热气缸中膨胀做功，推动热活塞运动。在氦气压缩过程中，氦气压缩热由冷却器传给海水被散失到大海中，其工作原理可由下述4个过程详细描述：
(1)、等温压缩过程：压缩腔中的冷活塞在下止点时，膨胀腔中的热活塞在上止点。冷活塞由下止点向上止点运动，热气腔中的热活塞在上止点保持不动。氦气在冷气缸内被压缩，压力和温度增大。由冷却器的海水冷却作用，冷气缸内温度保持不变。该过程结束时，冷活塞到达一半行程，热活塞处在上止点，此时，氦气体积由最大变为最小。
(2)、等容加热过程：冷活塞由行程中点继续往上止点运动，同时热活塞由上止点开始向下止点运动，保持氦气体积不变，氦气通过回热器转移到废热吸收器(加热器)，吸收船舶排烟的热量，温度升高，并流入热气缸。由于氦气温度升高是在等容条件下实现的，所以氦气压力增大。该过程结束时，热活塞到达一半行程，冷活塞到达上止点，此时，氦气压力和温度都达到了最大值。
(3)、等温膨胀过程：热活塞由行程中点继续向下止点运动，冷活塞在上止点保持不动。氦气体积变大，压力降低，同时吸收废热吸收器传递的热量，氦气温度保持不变。该过程结束时，热活塞到达下止点，冷活塞处在上止点。该过程对外输出动力。
(4)、等容冷却过程：热活塞由下止点向上止点运动，同时，冷活塞由上止点向下止点运动。由于两个活塞同时运动，保持氦气体积不变。氦气通过回热器返回冷气缸。氦气通过回热器时，热量从氦气传递给回热器，氦气温度降低流入冷气缸。该过程结束时，热活塞到达上止点，冷活塞到达下止点。此时，工质温度压力达到最小。
第一斯特林发动机和第二斯特林发动机相位差90°。
操作过程：
(1)、系统开始工作时，按控制箱的启动按钮，起动电机得电自动起动，带动斯特林机曲轴旋转，达到30%额定转速后起动电机自动断电退出工作。
(2)、Π型斯特林发动机通过吸收船舶排烟热量使氦气膨胀作功，通过海水冷却氦气被压缩，实现等温压缩→等容加热→等温膨胀→等容冷却闭式循环，在飞轮惯性矩促进下，保证Π型斯特林发动机连续运转。
(3)、Π型斯特林发动机起动成功后，其输出轴连接的增速器合排，带动永磁发电机运转。
(4)、S7-200PLC和DEIF GPU监控整个系统工作。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：包括船舶排烟系统、Π型斯特林发动机本体、工作介质供给回收系统、发电系统、启动系统和控制整个系统工作的控制系统；所述Π型斯特林发动机本体包括第一斯特林发动机本体、第二斯特林发动机本体、(21)总曲轴和（23)飞轮；
所述第一斯特林发动机本体包括：(3)第一加热器，(4)第一回热器，(5)第一海水管壳式冷却器，(6)第一膨胀腔，(7)第一带石墨活塞环的热活塞，(8)第一压缩腔，(9)第一带石墨活塞环的冷活塞；所述第一回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器(4H)和低温回热器(4L)组成；
所述第二斯特林发动机本体包括：(10)第二加热器，(11)第二回热器，(12)第二海水管壳式冷却器，(13)第二膨胀腔，(14)第二带石墨活塞环的热活塞，(15)第二压缩腔，(16)第二带石墨活塞环的冷活塞；所述第二回热器由两个并联的带单向阀的高温回热器(11H)和低温回热器(11L)组成；
所述第一加热器设置在所述船舶排烟系统的船舶烟筒内，所述第一冷气缸的缸内顶端依次经过所述第一冷却器和所述第一回热器后连通到所述第一加热器的加热介质进口，所述第一加热器的加热介质出口经过所述第二回热器的高温回热器(11H)后连通到所述第一热气缸的缸内顶端；
所述第二加热器设置在所述船舶排烟系统的船舶烟筒内，所述第二冷气缸的缸内顶端依次经过所述第二冷却器和所述第二回热器后连通到所述第二加热器的加热介质进口，所述第二加热器的加热介质出口经过所述第一回热器的高温回热器(4H)后连通到所述第二热气缸的缸内顶端；
所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔中的四个连杆分别通过四个曲柄传动连接所述总曲轴，所述总曲轴上设有所述（23)飞轮；
所述工作介质供给回收系统包括供给端和回收端，所述供给端连通到所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔的气缸内部顶端，所述回收端连通到所述第一膨胀腔、所述第一压缩腔、所述第二膨胀腔和所述第二压缩腔的气缸内部底部；
所述总曲轴与所述发电系统的发动机传动连接，所述启动系统的动力输出轴也与所述总曲轴传动连接；
所述第一冷却器、所述第二冷却器、所述第一回热器中的低温回热器和所述第二回热器中的低温回热器中均设置有连通到所述冷却水连通系统的冷却装置。
2.根据权利要求1所述的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：所述第一回热器中的高温回热器(4H)和低温回热器(4L)的回热器填充材料以及所述第二回热器中的高温回热器(11H)和低温回热器(11L)的回热器填充材料，均为不锈钢丝网式填充材料。
3.根据权利要求1所述的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：所述船舶烟筒为船舶上的主机、副机和辅锅炉的排烟总管。
4.根据权利要求1所述的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：所述工作介质供给回收系统内的工作介质为氦气。
5.根据权利要求1所述的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：所述发电系统包括(34)增速器，(35)永磁发电机，(36)整流器，(37)滤波器，(38)逆变器，(39)可调变压器，(40)ACB断路器和(41)母线排。
6.根据权利要求1所述的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：所述第一斯特林发动机和所述第二斯特林发动机的相位差90°。
7.根据权利要求1所述的船舶废热利用Π型斯特林发电机系统，其特征在于：所述控制系统为PLC和GPU控制系统，所述PLC和GPU控制系统包括控制箱、S7-200、DEIF GPU控制器和同轴电缆。
CN201410022318.XA 2014-01-17 2014-01-17 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统 Active CN104791129B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410022318.XA CN104791129B (zh) 2014-01-17 2014-01-17 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410022318.XA CN104791129B (zh) 2014-01-17 2014-01-17 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104791129A true CN104791129A (zh) 2015-07-22
CN104791129B CN104791129B (zh) 2016-03-23

Family

ID=53556226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410022318.XA Active CN104791129B (zh) 2014-01-17 2014-01-17 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104791129B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106762211A (zh) * 2017-03-01 2017-05-31 山东科技大学 一种基于介电弹性体的斯特林发电机及发电方法
CN108730068A (zh) * 2017-04-23 2018-11-02 金虎杰 电加热斯特林发动机
CN110259598A (zh) * 2019-07-26 2019-09-20 中船动力研究院有限公司 一种基于斯特林循环的船舶辅助发电系统
CN113544376A (zh) * 2019-01-29 2021-10-22 阿泽利奥公司 改进的斯特林发动机设计和组件

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199945A (en) * 1977-07-27 1980-04-29 Theodor Finkelstein Method and device for balanced compounding of Stirling cycle machines
US4241580A (en) * 1978-11-30 1980-12-30 Ford Motor Company Stirling engine
US4392351A (en) * 1980-02-25 1983-07-12 Doundoulakis George J Multi-cylinder stirling engine
CN101283176A (zh) * 2005-08-16 2008-10-08 安德烈亚斯·希姆萨 具有两个双活塞单元的4循环斯特林机器
CN101349215A (zh) * 2008-08-28 2009-01-21 白坤生 双作用式斯特林发动机
CN101463775A (zh) * 2007-12-19 2009-06-24 孔令斌 斯特林可逆热机
CN203822484U (zh) * 2014-01-17 2014-09-10 上海冠图防雷科技有限公司 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199945A (en) * 1977-07-27 1980-04-29 Theodor Finkelstein Method and device for balanced compounding of Stirling cycle machines
US4241580A (en) * 1978-11-30 1980-12-30 Ford Motor Company Stirling engine
US4392351A (en) * 1980-02-25 1983-07-12 Doundoulakis George J Multi-cylinder stirling engine
CN101283176A (zh) * 2005-08-16 2008-10-08 安德烈亚斯·希姆萨 具有两个双活塞单元的4循环斯特林机器
CN101463775A (zh) * 2007-12-19 2009-06-24 孔令斌 斯特林可逆热机
CN101349215A (zh) * 2008-08-28 2009-01-21 白坤生 双作用式斯特林发动机
CN203822484U (zh) * 2014-01-17 2014-09-10 上海冠图防雷科技有限公司 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106762211A (zh) * 2017-03-01 2017-05-31 山东科技大学 一种基于介电弹性体的斯特林发电机及发电方法
WO2018157677A1 (zh) * 2017-03-01 2018-09-07 山东科技大学 一种基于介电弹性体的斯特林发电机及发电方法
CN106762211B (zh) * 2017-03-01 2018-10-30 山东科技大学 一种基于介电弹性体的斯特林发电机及发电方法
CN108730068A (zh) * 2017-04-23 2018-11-02 金虎杰 电加热斯特林发动机
CN113544376A (zh) * 2019-01-29 2021-10-22 阿泽利奥公司 改进的斯特林发动机设计和组件
CN113544376B (zh) * 2019-01-29 2023-10-24 阿泽利奥公司 改进的斯特林发动机设计和组件
CN110259598A (zh) * 2019-07-26 2019-09-20 中船动力研究院有限公司 一种基于斯特林循环的船舶辅助发电系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN104791129B (zh) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104481697B (zh) 一种燃气、柴油及超临界二氧化碳发电船舶动力驱动系统
JP6154967B1 (ja) 平行運動の熱エネルギー動力機械及びその動作方法
CN105840258A (zh) 一种风能、燃气及超临界二氧化碳能源梯级利用联合发电系统
CN104791129B (zh) 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统
CN104763553A (zh) 一种斯特林机回热器-有机朗肯循环系统及其使用方法
CN106884692B (zh) 一种利用水泥厂余热实现二氧化碳循环发电的方法
RU2487305C1 (ru) Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя
CN104727871A (zh) 一种有机朗肯-斯特林机联合循环发电系统及其使用方法
WO2016058459A1 (zh) 外热式发动机及其实现方法
CN102518491A (zh) 一种利用二氧化碳及作为循环工质的热力循环系统
CN104912609A (zh) 航空发动机余热回收热电联供系统
CN106762205A (zh) 热共振聚变发动机
CN102536367A (zh) 斯特林发动机余热发电方法
CN203822484U (zh) 一种船舶废热利用π型斯特林发电机系统
CN103352746B (zh) 基于熔盐蓄热的天然气冷热电供能装置
RU2440504C1 (ru) Когенерационная установка с двигателем внутреннего сгорания и двигателем стирлинга
CN203271834U (zh) 布列顿-蒸汽朗肯-氨蒸汽朗肯联合循环发电装置
CN202170824U (zh) 船舶柴油机废气热循环装置
WO2010105288A1 (en) Thermal engine using an external heat source
Mikalsen et al. The free-piston reciprocating Joule Cycle engine: A new approach to efficient domestic CHP generation
CN204729142U (zh) 一种航空发动机余热回收热电联供系统
CN208831160U (zh) 一种多能互补综合发电系统
CN207245777U (zh) 基于超临界二氧化碳闭式循环的热电联产系统
CN206655723U (zh) 一种利用水泥厂余热实现二氧化碳循环发电的装备系统
CN204729187U (zh) 一种基于斯特林发动机的分布式能源系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160506

Address after: 200240 No. 2088 Lingang hi tech industrialization base, Shanghai, Pudong New Area

Patentee after: SHANGHAI GUANTU ELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 200240 Shanghai city Minhang District humin Road No. 443 Building 2 layer

Patentee before: SHANGHAI GRANDTOP LIGHTING TECHNOLOGY CO.,LTD.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230103

Address after: 200131 Pudong New Area, Shanghai, China (Shanghai) free trade pilot area, 211 North 302, 368 room.

Patentee after: Power system with tin (Shanghai) Co.,Ltd. Reddy ship

Address before: No.2088, Lingang Marine High tech Industrialization Base, Pudong New Area, Shanghai, 200240

Patentee before: SHANGHAI GUANTU ELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

TR01 Transfer of patent right