CN116505800A - 一种利用船舶柴油机烟气余热的水冷温差发电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用船舶柴油机烟气余热的水冷温差发电设备，包括水冷换热器，导管，水泵，尾气管道，温差发电片、换热水箱、稳压电路和锂电池；尾气管道的各侧面对称排列有四个温差发电片；温差发电片的输出电能通过稳压电路稳压后，储存于锂电池中；温差发电片外部为水冷换热器；水冷换热器的入口和出口通过导管串联；水冷换热器、导管、水泵和换热水箱组成水冷水路；换热水箱放置于船舶的水面以下，船舶移动时，通过换热水箱外部换热结构与水体进行换热，使内部水降温。本发明利用船舶柴油机烟气的余热，通过温差发电装置，将热能转化为电能；相比于其他设备，本发明在电能输出稳定性、设备使用寿命、低温适用性和设备可靠性方面更具优势。
Description
技术领域
本发明涉及船用柴油机烟气余热利用领域，具体涉及一种通过温差发电原理利用船舶柴油机尾气直接获得电能的方法。
背景技术
温差发电器，是一种静态的固体器件，没有转动部件，体积小、寿命长，工作时无噪声，而且无须维护，可以直接利用温差获得电能，没有中间能源转化过程，是目前空间电源研发的热点。
温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件。将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶。当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热。
随着环境的污染加剧和能源供应波动给航运业造成的多次冲击，提高船舶的能源利用率已经成为人们研究的热点。温差发电作为一种热电转换技术，在余热利用方面有其独特的优势。通过温差发电技术对船舶余热进行回收利用，既能提高燃油利用率，又可减少热量的散失和污染物的排放。
对于船舶的温差发电装置来说，热源自然就是各种尾气产生的余热，而冷源则需仔细选择。目前通过热管传热为温差发电装置冷端降温的方式在船舶柴油机烟气余热利用方面存在的问题有，受风速和风向影响，温差发电片的各组冷端温度不稳定且不相同，为满足稳压和储能的要求，需消耗大量能量用来平衡电流的不确定性；散热能力相比水冷较差，且热管和散热器的体积较大，适用性不好。
发明内容
本发明是为了解决现有的船舶柴油机烟气余热利用不足，利用过程效转化环节多，效率低；温差发电设备供能不稳定的问题，提供一种通过水冷为温差发电设备冷端降温，以船舶柴油机烟气为热源的烟气余热利用设备。
本发明所述的一种利用船舶柴油机烟气余热的水冷温差发电设备，包括水冷换热器，导管，水泵，尾气管道，温差发电片和换热水箱。
换热水箱放置于船舶尾部的水面以下，换热水箱外侧设有换热肋板，加强与流动或静止水体的换热。
所述的尾气管道外形有一段为正五棱柱，正五棱柱的各侧面对称排列有四个温差发电片。
温差发电片外部为方形水冷换热器。水冷换热器紧贴于温差发电片外侧，安装温差发电片时，在温差发电片和水冷换热器之间涂有硅脂。
水冷换热器的入口和出口分别通过导管连接。
五个水冷换热器和导管形成水冷水路，水冷水路的入口和水泵的出水口相连；水泵的入水口通过管道和换热水箱出水口相连；换热水箱的入水口和水冷水路的出口相连。水冷循环水路由五个水冷换热器，导管，水泵和换热水箱组成；为温差发电片提供稳定的冷端温度；通过该水冷水路，温差发电片的实际冷端为船舶行驶的水体。
所述的水冷换热器体积根据实际采用的温差发电片数量和排布方式确定。
水冷水路内部为专用冷却液，适用温度范围应大于-30℃到80℃。
水泵驱动专用冷却液在水冷水路内运行，流速应大于300L/h。选取水泵的扬程应根据实际换热水箱和水冷换热器的高度差进行选取，并留有余量。
温差发电的冷端为水冷换热器的接触面，热端为尾气管道五棱柱外侧面。
尾气管道安装于柴油机排气管外壁温度在250摄氏度的区域。
尾气管道有一段区域为正五棱柱，五棱柱管道和上下圆管之间平滑过渡，该段管道的厚度为2mm。
所述尾气管道与船用柴油机排气口相连。
本发明的运行过程为，船舶柴油机启动后，启动水泵，冷却液在水冷水路内部循环进行换热；温差发电片开始工作，温差发电片的热端为尾气管道的外壁，冷端为水冷换热器的内侧外壁，该过程温差发电片两侧的温差控制在200℃左右；温差发电流程的总冷端为船舶行驶的水体；水体温差发电片输出的电能通过稳压电路稳压后储存于锂电池内；该部分能源为利用柴油机烟气的余热发电所得，可用于船舶的照明，尾气处理等方面。
本方面的优点是利用水冷通过和自然界水体换热对温差发电装置冷端进行降温，克服了温差发电装置输出电能不稳定，连续性不好的问题。利用船舶烟气余热作为温差发电热端，实现了能源的梯级利用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明原理示意图。
图中：1.水冷换热器 2.导管 3.水泵 4.尾气管道 5.温差发电片 6.换热水箱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该温差发电部分的实施过程如下图所示，首先固定温差发电片的整体为正五棱柱，每个面各固定四个55*55*4的温差发电片，总共为20片温差发电片，该部分总输出功率为140W。该装置为利用高温的尾气管道和换热水箱中的专用冷却液之间产生的温差来进行温差发电，以下为工作原理。
温差发电片的外围放置体积为0.6m3的换热水箱，换热水箱内部为专用冷却液流过的通道。换热水箱和水冷换热器之间通过导管相连，同时在装置中有一功率为10W的水泵来为专用冷却液的流动提供动力。导管另一端的水冷换热器在船体运行时应被固定在船尾的水面以下，并且该闭环系统应严格保证专用冷却液与水冷换热器外的江水分隔开来，即保证该闭环系统的密封性。
在系统工作时，闭环系统中的专用冷却液在水泵的动力作用下在换热水箱和水冷换热器间达成流动的连续闭环。温差发电片的热端为高温的尾气管道产生的热量，冷端为专用冷却液，在专用冷却液流经换热水箱获取热量升温后又流经水冷换热器被江水持续降温，之后其再次作为温差发电的冷源以此往复循环达成冷流体的持续闭环，差发电片输出的电能通过稳压电路稳压至12.6V，储存于锂电池中。
该部分装置整体输出功率即温差发电总功率为140W,水泵功率为10W，即整体消耗功率占总输出功率的7.14％.
以上所述，仅为本发明专利的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用船舶柴油机烟气余热的水冷温差发电设备，包括水冷换热器，导管，水泵，尾气管道，温差发电片、换热水箱、稳压电路和锂电池；尾气管道外形有一段为正五棱柱，正五棱柱的各侧面对称排列有四个温差发电片；温差发电片输出的电能通过稳压电路稳压后，储存于锂电池中；温差发电片外部为方形水冷换热器；水冷换热器的入口和出口分别通过导管连接；五个水冷换热器和导管形成水冷水路，水冷水路的入口和水泵的出水口相连；水泵的入水口通过管道和换热水箱出水口相连；换热水箱的入水口和水冷水路的出口相连；换热水箱放置于船舶的水面以下，船舶移动时，通过换热水箱的外部换热结构与水体进行换热。
2.根据权利要求1所述的温差发电片，其特征在于，温差发电的冷端为水冷换热器的接触面，热端为尾气管道五棱柱外侧面。
3.根据权利要求1所述的水冷水路，其特征在于，水冷水路由五个水冷换热器，导管，水泵和换热水箱组成；为温差发电片提供稳定的冷端温度；通过该水冷水路，温差发电片的实际冷端为船舶行驶的水体。
4.根据权利要求1所述的换热水箱，其特征在于，换热水箱外侧设有换热肋板，加强与流动或静止水体的换热。换热水箱在船舶上的放置位置为船舶尾部水下。
5.根据权利要求1所述的水冷换热器，其特征在于，水冷换热器紧贴于温差发电片外侧，安装温差发电片时，在温差发电片和水冷换热器之间涂有硅脂。
6.根据权利要求1所述的尾气管道，其特征在于，尾气管道有一段区域为正五棱柱，五棱柱管道和上下圆管之间平滑过渡，该段管道的厚度为2mm。
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