CN206707874U - 一种船舶lng双燃料发动机能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及船舶发电领域，尤其涉及一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，包括能量回收组件和与所述能量回收组件连接的温差发电组件；其中所述温差发电组件包括匹配对应设置的冷能接收端和热能接收端、以及设置在冷能接收端与热能接收端之间的稳定温差回收模块；能量回收组件包括LNG通道、LNG双燃料发动机和废气通道；LNG通道通过第一换热器连接温差发电组件的冷能接收端，废气通道通过第二换热器连接温差发电组件的热能接收端；LNG通道的出气管通过中央冷却器换热器连接LNG双燃料发动机的进气管；LNG双燃料发动机的出气管与废气通道相连。本实用新型具有能够提高船舶余热回收利用率，节约能源等优点。

Description

一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置

技术领域

本实用新型涉及船舶发电领域，尤其涉及一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置。

背景技术

世界船舶数量巨大，大部分船舶均要依靠重质燃油来作为燃料，这使得船舶造成的污染日趋严重，海洋国家均要求近海航行的船舶以及抵港的船舶必须使用污染较为较少的柴油，但是造成的环境污染依然严峻；当前少部分船舶开始燃用LNG，以LNG为燃料动力的船舶造成的环境污染极少，但在一过程中LNG气化过程中产生的冷能并没有得到有效的利用，造成了能量的浪费。采用LNG双燃料动力的船舶(除油船)，对蒸汽的需求则急剧减少，因此废气锅炉这一装置可以取消，经过废气涡轮增压器排出的废气中的热能也造成了浪费。

本实用新型专利正是为解决上述问题而设计的，目的在于回收船舶LNG冷能以及废气中的热能，尽可能地做到提高船舶能量回收利用率，从而为船舶企业带来一定的经济效益。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，解决了提高船舶余热回收利用率，节约能源的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了技术方案为：一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，包括能量回收组件和与所述能量回收组件连接的温差发电组件；其中所述温差发电组件包括匹配对应设置的冷能接收端和热能接收端、以及设置在冷能接收端与热能接收端之间的稳定温差回收模块；所述的能量回收组件包括LNG通道、LNG双燃料发动机和废气通道；所述LNG通道通过第一换热器连接温差发电组件的冷能接收端，所述废气通道通过第二换热器连接温差发电组件的热能接收端；所述LNG通道的出气管通过中央冷却器换热器连接LNG双燃料发动机的进气管；LNG双燃料发动机的出气管与废气通道相连；以及所述废气通道包括相连的废气涡轮机和适于压缩所述LNG双燃料发动机产生的废气使传递至所述第二换热器的压气机。

进一步，所述LNG通道的进气管与一LNG气罐的排气口相通；所述LNG气罐与第一换热器之间还设有一用于稳定LNG输入的LNG稳压器，以及用于显示LNG流量的LNG流量计；以及所述LNG通道的出气管与中央冷却器换热器之间还设有一缓冲罐。

进一步，所述第二换热器还连接有一用于净化废气的废气净化组件，使从所述第二换热器排出的废气通过废气净化组件净化后排向大气。

进一步，所述稳定温差回收模块包括与依次设置在所述热能接收端和冷能接收端之间的导热模块、半导体制冷器、散热模块。即所述热能接收端连接导热模块，所述冷能接收端连接散热模块，所述半导体制冷器设置在导热模块和散热模块之间。

所述的半导体制冷器，包括半导体温差发电片，所述半导体温差发电片的两侧分别设置陶瓷面，所述半导体温差发电片两侧的陶瓷面分别与所述散热模块和导热模块贴合。通过设置的陶瓷面可以稳定温差发电组件的发电效率，以及提高温差的利用率。

进一步，所述的导热模块和散热模块均采用冷媒；即温差发电组件的冷能接收端由冷媒通过第一换热器从LNG通道获得冷能；以及温差发电组件的热能接收端由冷媒通过第二换热器从废气通道获得热能。

进一步，所述冷、热陶瓷面均采用导热硅脂材料。

进一步，所述的半导体制冷器上还设有用于加固该半导体制冷器的塑料框圈；所述塑料框圈外围采用高温密封胶密封。

进一步，所述LNG双燃料发动机包括一天然气电控系统；其中所述天然气电控系统包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器和控制系统，所述燃气供给系统包括电磁阀和喷射阀，所述空气供给系统包括增压器；所述控制系统包括转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器、模式选择开关、ECU、指示灯；以及所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器设置在发动机本体上；所述进气压力传感器设置在增压器上，所述燃气压力传感器设置在喷射阀前的天然气管路上；所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器的测量信号输出端与ECU的测量信号输入端相连；所述ECU的控制信号输出端与指示灯、电磁阀、喷射阀的控制信号输入端相连；所述模式选择开关的控制信号输出端与ECU的控制信号输入端相连。

进一步，所述燃气供给系统还包括混合器，所述电磁阀、喷射阀和混合器依次相连；所述空气供给系统还包括空滤器，所述空滤器、增压器、混合器依次相连。

本实用新型的有益效果为：采用能量回收组件可以将LNG中的冷能和废气中的热能有效的回收起来，通过温差发电组件利用收集的冷能和热能进行二次发电，为船舶节约了能源，提高了能源利用的效率，更加经济。并且采用的稳定温差回收模块，提高了温差发电的稳定性和温差的利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的稳定温差回收模块的结构示意图；

图3是本实用新型的LNG双燃料发动机的天然气电控系统图。

图中：温差发电组件1、冷能接收端2、热能接收端3、稳定温差回收模块4、LNG通道5、LNG双燃料发动机6、废气通道7、第一换热器8、第二换热器9、中央冷却器换热器10、废气涡轮机11、压气机12、LNG气罐13、缓冲罐14、废气净化组件15、导热模块16、半导体制冷器17、散热模块18、塑料框圈19、沉头螺钉20、电磁阀21、喷射阀22、增压器23、ECU24、混合器25、空滤器26、模式选择开关27、指示灯28。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1：

如图1至3所示，本实用新型提供了一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，包括能量回收组件和与所述能量回收组件连接的温差发电组件1；其中所述温差发电组件1包括匹配对应设置的冷能接收端2和热能接收端3、以及设置在冷能接收端2与热能接收端3之间的稳定温差回收模块4；所述的能量回收组件包括LNG通道5、LNG双燃料发动机6和废气通道7；所述LNG通道5通过第一换热器8连接温差发电组件1的冷能接收端2，所述废气通道7通过第二换热器9连接温差发电组件1的热能接收端3；所述LNG通道的出气管通过中央冷却器换热器10连接LNG双燃料发动机6的进气管；LNG双燃料发动机6的出气管与废气通道7相连；以及所述废气通道7包括相连的废气涡轮机11和适于压缩所述LNG双燃料发动机6产生的废气使传递至所述第二换热器9的压气机12。通过所述LNG通道和废气通道7将LNG中的冷能和废气中的热能传递给温差发电组件1，通过温差发电组件1进行二次发电，利用回收的能量，提高了能力利用率，节约了船舶能源，更加经济环保。

具体的，所述LNG通道的进气管与一LNG气罐13的排气口相通；所述LNG气罐13与第一换热器8之间还设有一用于稳定LNG输入的LNG稳压器，以及用于显示LNG流量的LNG流量计；以及所述LNG通道的出气管与中央冷却器换热器10之间还设有一缓冲罐14。通过设置的稳压器保证LNG气体从气罐中输出时流量稳定，使冷能接收更加充分，提高冷能的回收能力。

优选的，所述第二换热器9还连接有一用于净化废气的废气净化组件15，使从所述第二换热器9排出的废气通过废气净化组件15净化后排向大气。通过设置的废气净化组件15可以最大程度的净化废气，使排出的空气更加洁净，保护整个大气环境。

所述稳定温差回收模块4包括与依次设置在所述热能接收端3和冷能接收端2之间的导热模块16、半导体制冷器17、散热模块18。

所述的半导体制冷器17，包括半导体温差发电片，所述半导体温差发电片的两侧分别设置陶瓷面，所述半导体温差发电片两侧的陶瓷面分别与所述散热模块18和导热模块16贴合。通过设置的陶瓷面可以稳定温差发电组件1的发电效率，以及提高温差的利用率。

具体的，所述的半导体制冷器17上还设有用于加固该半导体制冷器17的塑料框圈19；所述塑料框圈19外围采用高温密封胶密封。优选的，所述散热模块18和导热模块16上均设有一沉头螺钉20，用于紧固该散热模块18和导热模块16。可选的，所述陶瓷面均采用例如但不限于导热硅脂材料。

可选的，所述的导热模块16和散热模块18均采用冷媒；即温差发电组件1的冷能接收端2由冷媒通过第一换热器8从LNG通道获得冷能；以及温差发电组件1的热能接收端3由冷媒通过第二换热器9从废气通道7获得热能。具体的，冷媒是一种容易吸热变成气体，又容易放热变成液体的物质。冷媒在冷冻循环系统中，冷媒只有物理变化，而无化学变化，不起分解作用。对自然环境无害，不会破坏臭氧层，温室效应低，是环保型材料。并且无毒性，不具爆炸性与燃烧性，安全性能高。

所述稳定温差回收模块4经力学模拟，能保证系统在温差发电组件在前向加速度大于5000g，后向加速度大于500g的情况下器件结构完整；经热学模拟，与传统温差获取模块的模拟比较，在热端同等100℃条件下放置2小时以上，传统温差发电模块能保持冷端温度95℃，而本温差发电组件1的冷端温度能保持93℃。

本实用新型的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置的工作原理是：当该LNG双燃料发动机由燃油供能转换为天然气供能时，启动温差发电组件，LNG从LNG气罐13进入与冷能接收端2连通的第一换热器8，将冷能通过冷媒传递给冷能接收端2，达到一定范围的温度后进入缓冲罐14稳压，再经过中央冷却器换热器10，吸收热量以达到合适温度进入LNG双燃料发动机6，同时代替海水吸收中央冷却器换热器10的热能，LNG双燃料发动机6排出的废气经过废气涡轮机11进入与热能接收端3连通的第二换热器9，将热能通过第二换热器9中的热媒传递给温差发电组件，这样温差发电组件就可以正常发电。

所述LNG双燃料发动机6包括一天然气电控系统；其中所述天然气电控系统包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器25和控制系统，所述燃气供给系统包括电磁阀21和喷射阀22，所述空气供给系统包括增压器23；所述控制系统包括转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器、模式选择开关27、ECU24、指示灯28；其中，模式选择开关27、指示灯28安装在控制柜面板上。以及所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器设置在发动机本体上；所述进气压力传感器设置在增压器23上，所述燃气压力传感器设置在喷射阀22前的天然气管路上；所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器的测量信号输出端与ECU24的测量信号输入端相连；所述ECU24的控制信号输出端与指示灯28、电磁阀21、喷射阀22的控制信号输入端相连；所述模式选择开关27的控制信号输出端与ECU24的控制信号输入端相连；所述燃气供给系统还包括混合器25，所述电磁阀21、喷射阀22和混合器25依次相连；所述空气供给系统还包括空滤器26，所述空滤器26、增压器23、混合器25依次相连。

ECU24包括PLC和Arduino，二者之间采用NS485-IV实现TTL电平与RS-485信号互转。

所述的天然气电控系统工作时，当允许喷气指示灯28亮时，且模式选择开关27打到双燃料模式时，ECU24接到到模式切换信号，根据当前柴油机运行状态，发出执行指令，喷射阀22开启，实现运行模式的切换。当发动机在双燃料模式下运行状态异常，或者运行状态不满足双燃料模式要求的情况，ECU24发出报警信号，并发出执行指令，报警指示灯28亮，喷射阀22关闭，实现从双燃料模式切换到纯柴油模式。在双燃料模式下，当人为想切换运行模式时，将模式选择开关27打到纯柴油模式，ECU24收到控制指令后对喷射阀22发出控制指令，喷射阀22关闭，完成模式切换。通过采用的天然气电控系统，使船舶采用的双燃料模式切换更加平稳。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：包括能量回收组件和与所述能量回收组件连接的温差发电组件；其中

所述温差发电组件包括匹配对应设置的冷能接收端和热能接收端、以及设置在冷能接收端与热能接收端之间的稳定温差回收模块；

所述的能量回收组件包括LNG通道、LNG双燃料发动机和废气通道；所述LNG通道通过第一换热器连接温差发电组件的冷能接收端，所述废气通道通过第二换热器连接温差发电组件的热能接收端；所述LNG通道的出气管通过中央冷却器换热器连接LNG双燃料发动机的进气管；LNG双燃料发动机的出气管与废气通道相连；以及

所述废气通道包括相连的废气涡轮机和适于压缩所述LNG双燃料发动机产生的废气使传递至所述第二换热器的压气机。

2.根据权利要求1所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述LNG通道的进气管与一LNG气罐的排气口相通；

所述LNG气罐与第一换热器之间还设有一用于稳定LNG输入的LNG稳压器，以及用于显示LNG流量的LNG流量计；以及

所述LNG通道的出气管与中央冷却器换热器之间还设有一缓冲罐。

3.根据权利要求2所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述第二换热器还连接有一用于净化废气的废气净化组件，使从所述第二换热器排出的废气通过废气净化组件净化后排向大气。

4.根据权利要求3所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述稳定温差回收模块包括依次设置在所述热能接收端和冷能接收端之间的导热模块、半导体制冷器、散热模块。

5.根据权利要求4所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述的导热模块和散热模块均采用冷媒；即

温差发电组件的冷能接收端由冷媒通过第一换热器从LNG通道获得冷能；以及

温差发电组件的热能接收端由冷媒通过第二换热器从废气通道获得热能。

6.根据权利要求5所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述的半导体制冷器上还设有用于加固该半导体制冷器的塑料框圈；所述塑料框圈外围采用高温密封胶密封。

7.根据权利要求1所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述LNG双燃料发动机包括一天然气电控系统；其中

所述天然气电控系统包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器和控制系统，所述燃气供给系统包括电磁阀和喷射阀，所述空气供给系统包括增压器；

所述控制系统包括转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器、模式选择开关、ECU、指示灯；以及

所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器设置在发动机本体上；所述进气压力传感器设置在增压器上，所述燃气压力传感器设置在喷射阀前的天然气管路上；

所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器的测量信号输出端与ECU的测量信号输入端相连；所述ECU的控制信号输出端与指示灯、电磁阀、喷射阀的控制信号输入端相连；所述模式选择开关的控制信号输出端与ECU的控制信号输入端相连。

8.根据权利要求7所述的船舶LNG双燃料发动机能量回收装置，其特征在于：所述燃气供给系统还包括混合器，所述电磁阀、喷射阀和混合器依次相连；所述空气供给系统还包括空滤器，所述空滤器、增压器、混合器依次相连。