CN113503206B - 尾气余热回收系统及船舶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾气余热回收系统及船舶，船舶包括尾气余热回收系统，尾气余热回收系统包括：集热装置，其内具有用于供尾气通过的通道；热电模块，设置于集热装置的外表面；换热管，设置于热电模块远离集热装置的外表面的一端，其具有进水端和出水端，进水端用于与水源相连；三通阀，其具有入水口、第一出水口以及第二出水口，入水口与出水端相连，第一出水口用于与船舶的用水端相连，第二出水口用于与船舶制冷系统相连；供电装置，与热电模块电连接，供电装置与热电模块之间设置有供电开关。尾气余热回收系统具有发电模式和制冷模式两种工作模式，能够根据不同的工作场景切换工作模式，使得现有的资源得到了充分的利用。
Description
技术领域
本发明涉及尾气余热回收技术领域，特别涉及一种尾气余热回收系统及船舶。
背景技术
近年来，多种形式的余热利用系统己在现代船舶上得到广泛的应用，大多数用于船舶上的余热利用系统通常是对船舶尾气中的余热进行回收利用，但这些对船舶尾气中的余热进行回收利用的余热利用系统的功能较为单一，而船舶只有在航行时才会产生尾气，因此这些对船舶尾气中的余热进行回收利用的余热利用系统只有在船舶航行时处于工作状态，而船舶停航时则处于闲置状态。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种尾气余热回收系统，具有发电模式和制冷模式两种工作模式，在船舶航行时能够切换至发电模式利用尾气中的余热进行发电，在船舶停航时能够切换至制冷模式辅助船舶制冷系统进行制冷。
本发明还提出一种具有上述尾气余热回收系统的船舶。
根据本发明的第一方面实施例的尾气余热回收系统，包括：集热装置，所述集热装置内具有用于供尾气通过的通道；至少一个热电模块，所述热电模块设置于所述集热装置的外表面；换热管，所述换热管设置于所述热电模块远离所述集热装置的外表面的一端，所述换热管具有进水端和出水端，所述进水端用于与水源相连；三通阀，所述三通阀具有入水口、第一出水口以及第二出水口，所述入水口与所述出水端相连，所述第一出水口用于与船舶的用水端相连，所述第二出水口用于与船舶制冷系统相连；供电装置，所述供电装置与所述热电模块电连接，所述供电装置与所述热电模块之间设置有供电开关。
根据本发明实施例的尾气余热回收系统，至少具有如下有益效果：船舶航行时，断开所述供电开关并将所述三通阀的出水端切换至所述第一出水口，此时处于发电模式，通过所述集热装置与尾气发生热交换以收集尾气中的余热，通过所述换热管与所述热电模块远离所述集热装置外表面的一端进行热交换，以使所述热电模块的两端形成稳定的温度差，从而使所述热电模块利用塞贝克效应进行发电，其中，所述换热管内的水被所述热电模块远离所述集热装置外表面的一端加热后输送至船舶的用水端供船舶上的人员使用；船舶停航时，接通所述供电开关并将所述三通阀的出水端切换至所述第二出水口，此时处于制冷模式，通过所述供电装置为所述热电模块供电，从而使所述热电模块利用珀耳帖效应对所述换热管内的水进行制冷，进而使所述换热管内的水输送至船舶制冷系统的冷媒管辅助船舶制冷系统进行制冷。本发明实施例的尾气余热回收系统能够根据不同的工作场景切换工作模式，使得现有的资源得到了充分的利用。
根据本发明的一些实施例，所述通道具有进气端与排气端，所述排气端设置有风机，所述集热装置上设置有用于连通所述通道与外部大气的第一进气阀。
根据本发明的一些实施例，所述进气端设置有第二进气阀，所述集热装置上设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述热电模块靠近所述集热装置的外表面的一端的温度。
根据本发明的一些实施例，所述热电模块的数量为多个，多个所述热电模块设置于所述集热装置的上表面和/或下表面。
根据本发明的一些实施例，所述通道内设置有翅片。
根据本发明的一些实施例，所述翅片的侧边缘呈弧形。
根据本发明的一些实施例，所述热电模块的位置与所述翅片的位置相对应。
根据本发明的一些实施例，所述热电模块包括位于两端的铝基覆铜板以及设置于两个所述铝基覆铜板之间的N型半导体和P型半导体。
根据本发明的一些实施例，所述供电装置为发电机。
根据本发明的第二方面实施例的船舶，其包括根据本发明上述第一方面实施例的尾气余热回收系统。
根据本发明实施例的船舶，至少具有如下有益效果：船舶航行时，断开所述供电开关并将所述三通阀的出水端切换至所述第一出水口，此时处于发电模式，通过所述集热装置与尾气发生热交换以收集尾气中的余热，通过所述换热管与所述热电模块远离所述集热装置外表面的一端进行热交换，以使所述热电模块的两端形成稳定的温度差，从而使所述热电模块利用塞贝克效应进行发电，其中，所述换热管内的水被所述热电模块远离所述集热装置外表面的一端加热后输送至船舶的用水端供船舶上的人员使用；船舶停航时，接通所述供电开关并将所述三通阀的出水端切换至所述第二出水口，此时处于制冷模式，通过所述供电装置为所述热电模块供电，从而使所述热电模块利用珀耳帖效应对所述换热管内的水进行制冷，进而使所述换热管内的水输送至船舶制冷系统的冷媒管辅助船舶制冷系统进行制冷。本发明实施例的尾气余热回收系统能够根据不同的工作场景切换工作模式，使得现有的资源得到了充分的利用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的部分结构示意图；
图3是图2所示结构的剖视示意图；
图4是本发明实施例换热管及三通阀的结构示意图；
图5是本发明实施例热电模块的结构示意图。
附图标记：
集热装置100、通道110、进气端111、排气端112、翅片120；
热电模块200、铝基覆铜板210、氧化铝片211、铜片212、高导热粘结片213、N型半导体220、P型半导体230；
换热管300、进水端310、出水端320；
三通阀400、风机500、第一进气阀600、第二进气阀700。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，如果涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果出现若干、大于、小于、超过、以上、以下、以内等词，其中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
在本发明的描述中，如果出现第一、第二等词，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，根据本发明实施例的尾气余热回收系统，包括集热装置100、热电模块200、换热管300、三通阀400和供电装置(图中未示出)。
集热装置100内具有用于供尾气通过的通道110，热电模块200具有至少一个，热电模块200设置于集热装置100的外表面，换热管300设置于热电模块200远离集热装置100的外表面的一端，换热管300具有进水端310和出水端320，进水端310用于与水源相连，三通阀400具有入水口、第一出水口以及第二出水口，入水口与出水端320相连，第一出水口用于与船舶的用水端相连，第二出水口用于与船舶制冷系统相连，供电装置与热电模块200电连接，供电装置与热电模块200之间设置有供电开关(图中未示出)。
船舶航行时，断开供电开关并将三通阀400的出水端切换至第一出水口，此时处于发电模式，通过集热装置100与尾气发生热交换以收集尾气中的余热，通过换热管300与热电模块200远离集热装置100外表面的一端进行热交换，以使热电模块200的两端形成稳定的温度差，从而使热电模块200利用塞贝克效应进行发电，其中，换热管300内的水被热电模块200远离集热装置100外表面的一端加热后输送至船舶的用水端供船舶上的人员使用；船舶停航时，接通供电开关并将三通阀400的出水端切换至第二出水口，此时处于制冷模式，通过供电装置为热电模块200供电，从而使热电模块200利用珀耳帖效应对换热管300内的水进行制冷，进而使换热管300内的水输送至船舶制冷系统的冷媒管辅助船舶制冷系统进行制冷。本发明实施例的尾气余热回收系统能够根据不同的工作场景切换工作模式，使得现有的资源得到了充分的利用。
需要说明的是，上述的船舶制冷系统可以是发动机的水冷系统，也可以是水冷空调的水冷系统或者其他利用水冷的制冷系统，在此不作限定。
参照图4，在其中的一些实施例中，换热管300呈蛇形，有利于增加换热面积，以增强换热效果。
参照图1和图2，在其中的一些实施例中，通道110具有进气端111与排气端112，排气端112处设置有风机500，集热装置100上设置有用于连通通道110与外部大气的第一进气阀600。当尾气余热回收系统切换至制冷模式时，打开第一进气阀600并通过风机500强制对热电模块200靠近集热装置100外表面的一端进行散热，以防止热电模块200因过热而损坏。
参照图1至图3，在其中的一些实施例中，进气端111处设置有第二进气阀700，集热装置100上设置有温度传感器(图中未示出)，温度传感器用于检测热电模块200靠近集热装置100的外表面的一端的温度。当尾气余热回收系统切换至发电模式时，若温度传感器检测到热电模块200靠近集热装置100外表面的一端的温度达到预设温度，关闭第二进气阀700，然后打开第一进气阀600并通过风机500强制对热电模块200靠近集热装置100外表面的一端进行散热，以防止热电模块200因过热而损坏。
参照图1，在其中的一些实施例中，热电模块200的数量为多个，多个热电模块200设置于集热装置100的上表面和/或下表面，有利于提高对尾气中的余热的回收利用的效率。
参照图1和图3，在其中的一些实施例中，通道110内设置有翅片120，翅片120用于与流经通道110的尾气发生热交换并将热量传递至集热装置100的外表面。
参照图3，在其中的一些实施例中，翅片120的侧边缘呈弧形，以使翅片120能够对尾气进行扰流，从而使尾气由平流转化为湍流以增强换热效果，而且由于翅片120的侧边缘呈弧形，对尾气具有导流的作用，使得尾气流经翅片120的压力损失较小，尾气流经翅片120时不容易沉积杂质，有效地降低了集热装置100的维护成本、增加了集热装置100的使用寿命。
参照图1，在其中的一些实施例中，热电模块200的位置与翅片120的位置相对应，有利于增强换热效果。具体的，热电模块200的安装位置与翅片120和通道110内壁的连接处相对应。
参照图5，在其中的一些实施例中，热电模块200包括位于两端的铝基覆铜板210以及设置于两个铝基覆铜板210之间的N型半导体220和P型半导体230。具体的，铝基覆铜板210包括氧化铝片211和铜片212，氧化铝片211和铜片212之间设置有使二者相互粘接的高导热粘结片213。铝基覆铜板210相比于传统的陶瓷基板，保证了良好的绝缘性的同时提升了导热性能、改善了耐磨性和耐腐蚀性，而且大大降低了热电模块200的质量，满足了轻量化的发展需求。
在其中的一些实施例中，供电装置为发电机。具体的，供电装置为轴带发电机，当然，供电装置也可以为蓄电池，在此不作限定。
根据本发明实施例的船舶，其包括上述的尾气余热回收系统。
船舶航行时，断开供电开关并将三通阀400的出水端切换至第一出水口，此时处于发电模式，通过集热装置100与尾气发生热交换以收集尾气中的余热，通过换热管300与热电模块200远离集热装置100外表面的一端进行热交换，以使热电模块200的两端形成稳定的温度差，从而使热电模块200利用塞贝克效应进行发电，其中，换热管300内的水被热电模块200远离集热装置100外表面的一端加热后输送至船舶的用水端供船舶上的人员使用；船舶停航时，接通供电开关并将三通阀400的出水端切换至第二出水口，此时处于制冷模式，通过供电装置为热电模块200供电，从而使热电模块200利用珀耳帖效应对换热管300内的水进行制冷，进而使换热管300内的水输送至船舶制冷系统的冷媒管辅助船舶制冷系统进行制冷。本发明实施例的尾气余热回收系统能够根据不同的工作场景切换工作模式，使得现有的资源得到了充分的利用。
在本说明书的描述中，如果涉及到“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”以及“一些示例”等参考术语的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种尾气余热回收系统，其特征在于，包括：
集热装置（100），所述集热装置（100）内具有用于供尾气通过的通道（110）；
至少一个热电模块（200），所述热电模块（200）设置于所述集热装置（100）的外表面；
换热管（300），所述换热管（300）设置于所述热电模块（200）远离所述集热装置（100）的外表面的一端，所述换热管（300）具有进水端（310）和出水端（320），所述进水端（310）用于与水源相连；
三通阀（400），所述三通阀（400）具有入水口、第一出水口以及第二出水口，所述入水口与所述出水端（320）相连，所述第一出水口用于与船舶的用水端相连，所述第二出水口用于与船舶制冷系统相连；
供电装置，所述供电装置与所述热电模块（200）电连接，所述供电装置与所述热电模块（200）之间设置有供电开关；
船舶航行时，断开所述供电开关并将所述三通阀（400）的出水端切换至所述第一出水口，此时处于发电模式，通过所述集热装置（100）与尾气发生热交换以收集尾气中的余热，通过所述换热管（300）与所述热电模块（200）远离所述集热装置（100）外表面的一端进行热交换，以使所述热电模块（200）的两端形成稳定的温度差，从而使所述热电模块（200）利用塞贝克效应进行发电，其中，所述换热管（300）内的水被所述热电模块（200）远离所述集热装置（100）外表面的一端加热后输送至船舶的用水端供船舶上的人员使用；船舶停航时，接通所述供电开关并将所述三通阀（400）的出水端切换至所述第二出水口，此时处于制冷模式，通过所述供电装置为所述热电模块（200）供电，从而使所述热电模块（200）利用珀耳帖效应对所述换热管（300）内的水进行制冷，进而使所述换热管（300）内的水输送至船舶制冷系统的冷媒管辅助船舶制冷系统进行制冷。
2.如权利要求1所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述通道（110）具有进气端（111）与排气端（112），所述排气端（112）处设置有风机（500），所述集热装置（100）上设置有用于连通所述通道（110）与外部大气的第一进气阀（600）。
3.如权利要求2所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述进气端（111）设置有第二进气阀（700），所述集热装置（100）上设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述热电模块（200）靠近所述集热装置（100）的外表面的一端的温度。
4.如权利要求1所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述热电模块（200）的数量为多个，多个所述热电模块（200）设置于所述集热装置（100）的上表面和/或下表面。
5.如权利要求1或4所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述通道（110）内设置有翅片（120）。
6.如权利要求5所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述翅片（120）的侧边缘呈弧形。
7.如权利要求5所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述热电模块（200）的位置与所述翅片（120）的位置相对应。
8.如权利要求1所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述热电模块（200）包括位于两端的铝基覆铜板（210）以及设置于两个所述铝基覆铜板（210）之间的N型半导体（220）和P型半导体（230）。
9.如权利要求1所述的尾气余热回收系统，其特征在于，所述供电装置为发电机。
10.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的尾气余热回收系统。
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