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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