CN203151403U - 船舶柴油机废气温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种船舶柴油机废气温差发电装置，由热电转换单元，电力供给单元，冷却单元，控制器四部分组成，热电转换单元由依次相连的热电模块、电信号传感器、电流放大器、恒流充电器组成；电力供给单元包括蓄电池、逆变器和蓄电池检测仪；冷却单元由冷却室、水箱、供水泵三部分组成，冷却室、水箱、供水泵之间通过导水管相连；控制器分别与柴油机、电流放大器、蓄电池检测仪以及供水泵相连。本实用新型的有益效果：充分利用柴油机排气管的热量进行发电，提高船舶燃油经济性，同时改善机舱内温度条件；半圆环管片便于热电模块安装，并保证排气管壁与热电模块之间传热良好；冷却室和排气管通过卡箍连接，操作简单、维修方便。

Description

船舶柴油机废气温差发电装置

技术领域

本实用新型涉及船舶上生活方面的低功率用电设备，具体涉及一种船舶柴油机废气温差发电装置。

背景技术

长期以来，由于受到热电转换效率的制约和成本的限制，半导体温差发电技术主要用于航天和军事领域，很少用于工业和民用产业。在大量热能都以余热、废热形式耗散掉的船舶柴油机领域，该技术的运用更是鲜而少见，存在热电模块的安装困难、难以实现热电模块的冷却、热效率低等技术难题。由于柴油机废气中大量热量能通过排气管壁传递至机舱内，不仅使这部分能量白白损失，而且会提高机舱内温度，不利于轮机员在舱内的工作。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有船舶柴油机存在热电转换效率低的不足，提供一种实现柴油机排气管的热量回收利用的船舶柴油机废气温差发电装置。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

船舶柴油机废气温差发电装置，由热电转换单元，电力供给单元，冷却单元，控制器四部分组成，

所述热电转换单元由依次相连的热电模块、电信号传感器、电流放大器、恒流充电器组成，热电模块由多个覆盖于柴油机的排气管上的半导体温差发电片组成，用于实现热能与电能的转换；电信号传感器和电流放大器用于将热电模块产生的电信号进行转换形成电流；恒流充电器用于将该电流进行整合并储存于电力供给单元中；

所述电力供给单元包括蓄电池、逆变器和蓄电池检测仪，逆变器和蓄电池检测仪均连接在蓄电池上，逆变器用于将充入蓄电池的直流电转化为交流电，以便用于交流用电器； 

所述冷却单元由冷却室、水箱、供水泵三部分组成，冷却室、水箱、供水泵之间通过导水管相连，冷却室置于热电模块的外侧；冷却单元用于移除传至热电模块冷端的热量，保证热电模块热端和冷端的温差； 

所述控制器分别与柴油机、热电转换单元的电流放大器、电力供给单元的蓄电池检测仪以及冷却单元的供水泵相连，用于获取柴油机的启动信号、控制整套装置的电路，保证热电转换单元、电力供给单元和冷却单元正常工作。

在上述方案中，所述热电模块通过半圆环管片布置于排气管上，半圆环管片由铝合金材料制成，其内表面为圆弧面、外表面为平面，半圆环管片的内表面直接覆盖于排气管上，热电模块安装在半圆环管片的外表面。

在上述方案中，所述半圆环管片的弧度为140°~180°，厚度为5mm，长度根据安装的热电模块的数量进行匹配。

在上述方案中，所述半圆环管片、热电模块均在排气管的两侧对称布置。

在上述方案中，所述冷却室为内部中空的铝合金腔室，腔室高度20mm，弧度、宽度与半圆环管片匹配。

在上述方案中，所述冷却室的腔室中设有等间距的铝合金的折流板，各段冷却室之间以导水管相连通，水箱中的冷却水通过供水泵输入并经由折流板形成的通道流动。

在上述方案中，冷却室的底部设有冷却室底板，冷却室通过冷却室底板置于热电模块的外侧，冷却室底板的外侧为圆弧面、内侧为平面，冷却室底板外侧的圆弧面与冷却室贴合，冷却室底板内侧的平面与发电模块紧密接触。

在上述方案中，所述冷却室和冷却室底板在排气管的两侧对称布置。

在上述方案中，所述冷却室通过卡箍和螺栓固定在排气管上。

本实用新型的工作流程：当柴油机启动时，启动信号传至控制器，控制器接通系统电路和供水泵，使整套发电装置开始工作；废气输入到排气管，待排气管外壁温度明显上升后，热电模块开始发电，同时控制器通过控制供水泵的开关调节冷却单元开始工作；各热电模块之间并联，由多个半导体热电模块并联组成的发电单元，将产生的电信号经过电信号传感器和电流放大器的转换形成电流，电流通过恒流充电器的整合作用，储存于蓄电池中；当蓄电池中的电能储满时，蓄电池检测仪发出信号作用于控制器，切断电力供给单元和冷却单元，整套发电装置停止工作；当蓄电池电量不足50%时，蓄电池检测仪将信号传给控制器，整套发电装置再次启动。充入蓄电池中的电能，少部分用于控制器和供水泵，保证系统正常工作；其他部分蓄电池的电能可直接作为直流电器的工作电源，或通过逆变器将电流转换为交流电，供给船员的日常生活用电。

本实用新型的有益效果：充分利用柴油机排气管的热量进行发电，提高船舶燃油经济性，同时改善机舱内的温度条件，为轮机员提供一个更好的工作环境；铝合金材料制成的半圆环管片便于热电模块安装，并保证排气管壁与热电模块之间传热良好；冷却室和排气管通过卡箍连接，应用广泛、操作简单、稳定性好、维修方便。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型的工作流程示意图；

图3是本实用新型热电模块、冷却室与排气管配合的结构示意图；

图4是本实用新型热电模块与排气管之间的半圆环管片的结构示意图；

图5是本实用新型热电模块与冷却室之间的冷却室底板的结构示意图；

图6是本实用新型冷却室及冷却室底板的结构示意图；

图中：1-供水泵，2-排气管，3-热电模块，4-柴油机，5-半圆环管片，6-冷却室底板，7-水箱，8-导水管，9-电信号传感器，10-折流板，11-冷却室，12-控制器，13-电流放大器，14-恒流充电器，15-蓄电池检测仪，16-蓄电池，17-逆变器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

参照图1~图6所示，本实用新型所述的船舶柴油机废气温差发电装置，由热电转换单元，电力供给单元，冷却单元，控制器四部分组成，

所述热电转换单元由依次相连的热电模块3、电信号传感器9、电流放大器13、恒流充电器14组成，热电模块3由多个覆盖于柴油机4的排气管2上的半导体温差发电片组成，用于实现热能与电能的转换；电信号传感器9和电流放大器13用于将热电模块3产生的电信号进行转换形成电流；恒流充电器14用于将该电流进行整合并储存于电力供给单元中；

所述电力供给单元包括蓄电池16、逆变器17和蓄电池检测仪15，逆变器17和蓄电池检测仪15均连接在蓄电池16上，逆变器17用于将充入蓄电池16的直流电转化为交流电，以便用于交流用电器； 

所述冷却单元由冷却室11、水箱7、供水泵1三部分组成，冷却室11、水箱7、供水泵1之间通过导水管8相连，冷却室11置于热电模块3的外侧；冷却单元用于移除传至热电模块3冷端的热量，保证热电模块3热端和冷端的温差；

所述控制器12分别与柴油机4、热电转换单元的电流放大器13、电力供给单元的蓄电池检测仪15以及冷却单元的供水泵1相连，用于获取柴油机4的启动信号、控制整套装置的电路，保证热电转换单元、电力供给单元和冷却单元正常工作。

若热电模块3直接贴于排气管2外，只能与排气管2产生线接触，不利于接受排气管2表面的热量，因此设计一弧度为160°的半圆环管片5，所述热电模块3通过半圆环管片5布置于排气管2上，如图3或图4所示，半圆环管片5由铝合金材料制成，以保证传热良好，其内表面为圆弧面、外表面为平面，半圆环管片5的内表面直接覆盖于排气管2上，热电模块3安装在半圆环管片5的外表面；半圆环管片5的厚度为5mm，长度根据安装的热电模块3的数量进行匹配。

所述半圆环管片5、热电模块3均在排气管2的两侧对称布置。

如图6所示，所述冷却室11为内部中空的铝合金腔室，腔室高度20mm，弧度为160°，宽度与图3或图4中的半圆环管片5匹配。

所述冷却室11的腔室中设有等间距的铝合金的折流板10，根据换热原理，设定冷却水的流动方向与排气管2中废气流动方向相反，增强冷却效果。冷却室11两端分别设置进、出水口。因实际空间的限制，各冷却腔室置于排气管2上并非沿直线分布，因此各冷却室11之间以导水管8相连通，水箱7中的冷却水通过供水泵1输入并经由折流板10形成的通道流动。

冷却室11的底面设有如图5或图6所示的冷却室底板6，冷却室11通过冷却室底板6置于热电模块3的外侧，冷却室底板6的的外侧为圆弧面、内侧为平面，冷却室底板6外侧的圆弧面与冷却室11贴合，冷却室底板6内侧的平面与发电模块3紧密接触。

所述冷却室11和冷却室底板6在排气管2的两侧对称布置。

所述冷却室11通过卡箍和螺栓固定在排气管2上，采用卡箍将排气管2两侧的冷却室11套住，通过螺栓连接固定，保证冷却室11和热电模块3在排气管2上稳固放置。

参照图2所示的本实用新型的工作流程图，当柴油机4启动时，启动信号传至控制器12，控制器12接通系统电路和供水泵1，使整套发电装置开始工作；废气输入到排气管2，待排气管2外壁温度明显上升后，热电模块3开始发电，同时控制器12通过控制供水泵1的开关调节冷却单元开始工作；各热电模块3之间并联，由多个半导体热电模块3并联组成的发电单元，将产生的电信号经过电信号传感器9和电流放大器13的转换形成电流，电流通过恒流充电器14的整合作用，储存于蓄电池16中；当蓄电池16中的电能储满时，蓄电池检测仪15发出信号作用于控制器12，切断电力供给单元和冷却单元，整套发电装置停止工作；当蓄电池16电量不足50%时，蓄电池检测仪15将信号传给控制器12，整套发电装置再次启动。充入蓄电池16中的电能，少部分用于控制器12和供水泵1，保证系统正常工作；其他部分蓄电池16的电能可直接作为直流电器的工作电源，或通过逆变器17将电流转换为交流电，供给船员的日常生活用电。

以上所述的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1. 船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：由热电转换单元，电力供给单元，冷却单元，控制器四部分组成，

所述热电转换单元由依次相连的热电模块、电信号传感器、电流放大器、恒流充电器组成，热电模块由多个覆盖于柴油机的排气管上的半导体温差发电片组成，用于实现热能与电能的转换；电信号传感器和电流放大器用于将热电模块产生的电信号进行转换形成电流；恒流充电器用于将该电流进行整合并储存于电力供给单元中；

所述电力供给单元包括蓄电池、逆变器和蓄电池检测仪，逆变器和蓄电池检测仪均连接在蓄电池上，逆变器用于将充入蓄电池的直流电转化为交流电，以便用于交流用电器； 

所述冷却单元由冷却室、水箱、供水泵三部分组成，冷却室、水箱、供水泵之间通过导水管相连，冷却室置于热电模块的外侧；冷却单元用于移除传至热电模块冷端的热量，保证热电模块热端和冷端的温差； 

所述控制器分别与柴油机、热电转换单元的电流放大器、电力供给单元的蓄电池检测仪以及冷却单元的供水泵相连，用于获取柴油机的启动信号、控制整套装置的电路，保证热电转换单元、电力供给单元和冷却单元正常工作。

2. 如权利要求1所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述热电模块通过半圆环管片布置于排气管上，半圆环管片由铝合金材料制成，其内表面为圆弧面、外表面为平面，半圆环管片的内表面直接覆盖于排气管上，热电模块安装在半圆环管片的外表面。

3. 如权利要求2所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述半圆环管片的弧度为140°~180°，厚度为5mm，长度根据安装的热电模块的数量进行匹配。

4. 如权利要求2所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述半圆环管片、热电模块均在排气管的两侧对称布置。

5. 如权利要求1所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述冷却室为内部中空的铝合金腔室，腔室高度20mm，弧度、宽度与半圆环管片匹配。

6. 如权利要求1或4所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述冷却室的腔室中设有等间距的铝合金的折流板，各段冷却腔室之间以导水管相连通。

7. 如权利要求1所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：冷却室的底部设有冷却室底板，冷却室通过冷却室底板置于热电模块的外侧，冷却室底板的外侧为圆弧面、内侧为平面，冷却室底板外侧的圆弧面与冷却室贴合，冷却室底板内侧的平面与发电模块紧密接触。

8. 如权利要求7所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述冷却室在排气管的两侧对称布置。

9. 如权利要求8所述的船舶柴油机废气温差发电装置，其特征在于：所述冷却室通过卡箍和螺栓固定在排气管上。

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