CN106870075A - 一种利用船舶柴油机余热的热电联产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用船舶柴油机余热的热电联产装置，该装置包括船用柴油机、烟气收集箱、冷却器、温差发电系统、冷库和导热硅脂；所述柴油机的排气口与烟气收集箱相连，所述温差发电系统置于烟气收集箱和冷库之间，两个接触面间均涂有导热硅脂；即发电系统热端面受高温烟气加热，冷端面与冷库相接触；所述冷却器设置在烟气收集箱及温差发电系统的侧面；所述温差发电系统通过充电电路与蓄电池相连。本发明针对远洋船舶这一特殊工作场合，因地制宜，最大限度地利用了船用柴油机释放的余热，不仅利用温差发电产生电能，还生成了不同温度的热水，实现了余热的综合利用。
Description
技术领域
本发明属于温差发电的技术领域，具体涉及一种利用温差发电原理的热电联产技术，特指一种利用船舶柴油机余热的热电联产装置。
背景技术
众所周知，渔业捕捞船在进行海上作业时，会消耗大量的能源及淡水。尤其是进行远洋生产的中大型渔船，要求长时间在远离陆地的海上进行捕捞作业。因此，部分渔船为了解决自身携带淡水能力的不足，配备了海水淡化装置，以提高船舶的续航能力。但是，这无形中又增加了渔船的用电负荷，消耗更多的能源。
另一方面，船舶柴油机在工作时会产生大量的高温烟气，这部分烟气会携带30%左右的柴油燃烧热量排入大气中，造成能量利用损失。为提高整个柴油机系统的能源利用效率，利用其高温尾气的余热就显得尤为重要。关于利用船舶柴油机余热的设计，现有技术中已有相关的技术方案公开。如公开号为CN103967648A，发明名称：一种船舶低速柴油机余热综合回收系统。该系统包括组合余热锅炉系统、动力涡轮发电系统、汽轮机发电系统、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电系统。此方案利用动力涡轮和汽轮机装置实现了二次发电，但是考虑到船舶有限的空间和设备维护的成本，该方案更适合在大型船舶投入使用。而公开号为CN102092808A，发明名称为一种利用柴油机尾气余热的海水淡化装置。该系统以高温烟气为直接热源加热海水来制取淡水，实现了余热的高效利用。但是直接以烟气余热为热源淡化海水的方式，使得余热的用途过于单一，限制了高温烟气的利用空间。
基于以上分析，如何因地制宜、更合理地利用船舶柴油机的排气废热，实现热电联产就显得非常有必要。目前，温差发电装置凭借无转动部件、体积小、寿命长，工作时无噪声，应用环境和使用热源不受限制等优势而倍受青睐。因此，利用远洋捕捞船舶这一特殊工作场合所具有的特点，实现温差发电，将具有明显优势。
发明内容
本发明涉及一种利用船舶柴油机余热进行温差发电的热电联产装置，能够根据塞贝克效应利用船舶柴油机余热进行温差发电，从而实现系统能量转换效率较大程度的提高。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用船舶柴油机余热的热电联产装置，包括船用柴油机、烟气收集箱、冷却器、温差发电系统、蓄电池、冷库和导热硅脂；
所述船用柴油机与烟气收集箱通过排气管连接，所述温差发电系统置于烟气收集箱和冷库之间，所述冷却器设置在烟气收集箱和温差发电系统的侧面；所述温差发电系统通过充电电路与蓄电池相连；所述热电联产装置，利用高温烟气与冷库间的巨大温差发电，产生电能，同时产生两种温度不同的热水，最大限度地利用了柴油机燃烧烟气的废热。
进一步的，所述冷却器为箱体结构，在其通道内部布置有钝体。
进一步的，所述烟气收集箱为箱体结构，内置耐高温且导热性较好的金属栅格，其孔隙率控制在一定合理范围内，金属栅格前端与烟气收集箱进口之间留有一定的过渡空间，以防止影响柴油机工作时的正常排气。
进一步的，所述温差发电系统选用工作温度为200~700℃的半导体材料（如PbTe-SnTe等），内部以多块半导体发电模块串并联的方式组成，每个模块均有正负极电路引出。
热电联产装置利用温差发电技术，产生电能。
热电联产装置在完成发电工作的同时，产生不同温度的热水，实现了余热的高效综合利用。
柴油机的高温烟气经排气管进入内置有金属栅格的烟气收集箱，烟气流速减小，与侧面布置的冷却器内的冷却水发生热交换，产生高温热水；另一方面，温差发电系统置于烟气收集箱和冷库之间，两个接触面间均涂有导热硅脂。因此，发电系统的热端面受到高温烟气的加热，而冷端面与冷库相接触，两端产生巨大的温差，促使内部发电模块发电，从而实现热能转换成电能，达到产电的效果。所产电能可供船舶上的海水淡化装置使用，也可供给船员的生活用电。此外，为使温差发电系统热端面的热量及时排出，减少或避免热量经温差发电系统流入冷库，可采用冷水降温的方式。而冷却水在吸收发电系统的热量后变成低温热水，也可以直接供给船员生活使用。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公开技术相比，具有如下显著效果：
1、本发明最大限度地利用了船舶柴油机烟气与冷库间的巨大温差，并将原来对温差发电系统有负面作用的能量转化成热能，降低了系统的工作温度，提高了装置效率；
2、本发明有效地实现了高温烟气能量的综合利用，在实现温差发电的同时，还能产生大量热水，系统的能量转换效率可得到进一步提高。
附图说明
图1是改进后的热电联产装置图；
图中：
1.船用柴油机； 2.高温烟气；
3.废气； 4.冷却水；
5.烟气收集箱； 6.金属栅格；
7.冷却器； 8.高温热水；
9.温差发电系统； 10.蓄电池；
11.低温热水； 12.冷库；
13.导热硅脂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例：一种利用船舶柴油机余热的热电联产装置，如图1所示，包括船用柴油机1、烟气收集箱5、金属栅格6、冷却器7、温差发电系统9、蓄电池10、冷库12和导热硅脂13。
所述船用柴油机1与烟气收集箱5通过排气管连接，所述温差发电系统9置于烟气收集箱5和冷库12之间，所述冷却器7设置在烟气收集箱5和温差发电系统9的侧面。所述温差发电系统9通过充电电路与蓄电池10相连。
正常工作条件下，船用柴油机1的高温烟气2（300℃以上的温度）经排气管道流入烟气收集箱5。烟气收集箱5整体呈箱体结构，内置有耐高温且导热性较好的金属栅格6，以达到提高蓄热能力和延长高温烟气2滞留时间的效果。同时，为了不影响柴油机的正常排气，金属栅格6的孔隙率应控制在合理范围内，其前端与烟气收集箱5的进口之间留有一定的过渡空间。此外，烟气收集箱5开有排气孔，以供利用后的废气3排出装置。冷却器7为箱体结构，设置在烟气收集箱5的侧面，为提高换热效果，增强流体扰流，在通道内部设置钝体。冷却水4经换热后成高温热水8，水温可达到60~80℃以上，供船上的正常使用。
温差发电系统9置于烟气收集箱5和冷库12之间，两个接触面间涂有导热硅脂13，以达到受热均匀、减小热阻的作用。因此，温差发电系统9的热端面受高温烟气2加热，而冷端面与冷库12相接触，冷库12内的工作温度通常为-18℃。即冷热端面之间将产生300℃以上的温差，温差越大，发电效果就越显著。另外，温差发电系统9可选用工作温度为200~700℃的半导体材料（如PbTe-SnTe等），其内部由多块发电模块串并联而成。发电模块产生的电能通过充电电路给蓄电池10充电。为确保温差发电系统9热端面的高温热量及时排出，减少或避免热量经温差发电系统9流入冷库12，可采用冷却水吸热降温，冷却水4的流量根据具体情况而定，而冷却水4在吸收热量后变成低温热水11，也可以直接供给船员生活使用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种利用船舶柴油机余热的热电联产装置，其特征在于：包括船用柴油机、烟气收集箱、冷却器、温差发电系统、蓄电池、冷库和导热硅脂；
所述船用柴油机与烟气收集箱通过排气管连接，所述温差发电系统置于烟气收集箱和冷库之间，所述冷却器设置在烟气收集箱和温差发电系统的侧面；所述温差发电系统通过充电电路与蓄电池相连。
2.如权利要求1所述的利用船舶柴油机余热的热电联产装置，其特征在于：所述冷却器为箱体结构，内部布置有钝体。
3.如权利要求1所述的利用船舶柴油机余热的热电联产装置，其特征在于：所述烟气收集箱为箱体结构，内置耐高温且具有良好导热性的金属栅格，金属栅格前端与烟气收集箱进口之间留有一定空间。
4.如权利要求1所述的利用船舶柴油机余热的热电联产装置，其特征在于：所述温差发电系统选用工作温度为200~700℃的半导体材料，内部以多块半导体发电模块串并联的方式组成，每个模块均有正负极电路引出。
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