CN207304412U - 热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，包括烟气管路、温差发电单元、铜板组件、热管和冷板；所述烟气管路直径与船舶主机排烟管直径相同，在船舶主机排烟管中部截取一段管路并用所述烟气管路替换；所述的烟气管路为四面体管路；所述烟气管路的上表面，以及侧面的上半部分安装有铜板，所述的铜板上加工有用于安装热管的凹槽；所述凹槽于铜板内侧表面交错规则排列。本实用新型所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，基于热管强化换热，装置热效率提高，且以单位长度装置的输出功率为参考的整体性能大大提升。直接将热能转化为电能、无运动部件、不会造成环境污染和噪声污染。

Description

热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置

技术领域

本实用新型涉及船舶节能技术领域，具体地说是一种新型船舶主机废气低品位余热回收发电的装置。

背景技术

目前，船舶主机排出的余热有高低品质之分，船舶余热应该遵循其品质的高低而合理利用。船舶余热回收利用主要分为两个方面，一是高品位余热，主要是废气余压能的利用；二是低品位余热，主要以废气余热回收利用。

对于废气余压能主要以涡轮的方式利用回收，常见的有动力涡轮和涡轮增压技术，比如主机废气涡轮增压器。而对于废气余热能的回收，通常的做法是直接作为其他用热设备的加热热源使用，比如加热热水、为海水淡化装置提供热源、加热油舱、供暖等。

随着社会对能源和环境问题的关注以及科研人员对节能技术的深入探索，船舶余热回收技术有了长足发展，其中比较成熟技术包括废气锅炉、海水淡化以及有机朗肯循环，然而采用这些技术的装置相对体积较大、成本较高且需要定期维护。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，用于解决现有的船舶主机废气回收装置体积较大、成本较高且需要定期维护的缺点。本实用新型采用的技术手段如下：

一种热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，包括烟气管路、温差发电单元、铜板组件、热管和冷板；所述烟气管路的输入端通过排烟管连通有船舶主柴油机的排烟总管，输出端通过排烟管连通有废气锅炉，所述排烟总管和烟气管路输入端之间的管路上安装有废气涡轮；所述的烟气管路为四面体管路；所述烟气管路的上表面，以及侧面的上半部分安装有铜板组件，所述的铜板组件包括铜板A和铜板B，所述铜板A上表面加工有用于安装热管的凹槽，所述铜板B的下表面加工有同所述铜板A凹槽对应的凹槽；所述铜板A下表面紧贴所述烟气管路外壁设置；所述的热管包括伸入烟气管路内的蒸发段和冷凝段，所述冷凝段安装于所述铜板A和铜板B间的凹槽组成的槽道内。

位于烟气管路上部的热管垂直插入烟气管路内，位于烟气管路侧面的热管倾斜插入烟气管路内，使冷凝段上部位于烟气管路上部；所述温差发电单元和冷板分别对应依次安装于所述铜板组件外侧。

所述温差发电单元包括规则排列于所述铜板组件外壁的温差发电片；所述温差发电片包括陶瓷基板、P&N型半导体和导电材料；每一面的温差发电片的两个陶瓷面分别与所述铜板组件外壁和冷板接触，承受高温及低温，且分别作为差发电单元热端和温差发电单元冷端；两个所述的陶瓷基板之间设置有规则排列的P&N型半导体；所述P&N型半导体包括间隔设置的P型半导体和N型半导体，所述的P型半导体和N型半导体之间通过导电材料连接固定。

作为优选所述烟气管路侧面的热管与水平方向呈30～60°设置。

作为优选所述的冷板内设置有规则设置的冷却水流道，所述的冷却水流道上，相对于烟气管路的进气方向一侧设置有冷却水出口，相对于烟气管路的出气方向一侧设置有冷却水进口；所述的冷却水流道为蛇形流道。

作为优选多个所述的冷却水出口连通有冷却水出口总管，多个所述的冷却水进口连通有冷却水进口总管。

作为优选所述的冷却水进口总管连接有海水泵。

作为优选所述冷板为金属铜板。

作为优选所述铜板组件的凹槽与热管的接触面涂有高性能导热硅脂层。

作为优选所述温差发电单元，通过不同的螺栓扭矩实现特定的紧固压力。

作为优选所述导电材料为金属导体连接件。

与现有技术相比较，本实用新型所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，具有以下优点：

1、船舶主机废气余热利用温差发电的技术提供了一种利用船舶排放的废气余热进行发电的途径。

2、基于热管强化换热，装置热效率提高，且以单位长度装置的输出功率为参考的整体性能大大提升。

3、船舶废气余热温差发电装置工作时产生的电能通过并入带有储能及功率调节单元的船舶微电网后，能够持续为船上设备供电，实现船舶能效提升。

4、直接将热能转化为电能、无运动部件、不会造成环境污染和噪声污染。

5、本实用新型结构简单、造价低廉、便于管理和维护。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型整体示意图。

图2是本实用新型烟气管路部分主剖视图。

图3是本实用新型烟气管路部分侧剖视图。

图4是本实用新型温差发电片部分局部剖视图。

其中：1a、船舶主柴油机，2a、排烟总管，3a、废气涡轮，4a、紧固螺栓，5a、废气锅炉，1、冷却水出口总管，2、冷板，3、烟气管路，4、冷却水进口总管，5、温差发电单元，6、铜板组件，7、热管，31、陶瓷基板，32、温差发电单元冷端，33、P&N型半导体，34、导电材料，35、温差发电单元热端。

具体实施方式

如图1到图4所示，一种热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，包括烟气管路3、温差发电单元5、铜板组件6、热管7和冷板2；为实现传热效率最优，减少热损失，综合多方面考虑选用铜作为装置整体材料。

所述烟气管路的输入端通过排烟管连通有船舶主柴油机1a的排烟总管2a，输出端通过排烟管连通有废气锅炉5a，所述排烟总管2a和烟气管路输入端之间的管路上安装有废气涡轮3a；所述烟气管路3直径与船舶主机排气管直径相同，在船舶主机排气管中部截取掉一段管路并用所述烟气管路3替换；所述的烟气管路3为四面体管路；所述烟气管路3的上表面，以及侧面的上半部分安装有铜板组件6，所述的铜板组件6包括铜板A和铜板B，所述铜板A上表面加工有用于安装热管的凹槽，所述铜板B的下表面加工有同所述铜板A凹槽对应的凹槽；所述铜板A下表面紧贴所述烟气管路外壁设置；

所述凹槽于铜板组件6的内侧表面交错规则排列；所述铜板组件6的凹槽与热管7的接触面涂有高性能导热硅脂层。铜板组件6的凹槽与热管7之间涂有高性能导热硅脂，使接触面之间间隙尽量减小，避免空气传热造成热量的损失，高性能导热硅脂具有高导热性，增强了热量的传递。

即，紧贴四面体管路外壁，安装了半块铜板，铜板上加工了凹槽，凹槽相互错开，热管安装在凹槽里，上面再用半块加工有对应凹槽的铜板盖住，上半部分铜板上贴温差发电单元，然后是冷板。

所述温差发电单元5固定在所述热管7上部铜板组件6与所述冷板2之间，所述冷板2与所述热管7上部铜板6间通过螺栓及多层垫片(弹簧垫片、隔热垫片等)连接，为了保证性能最优，针对不同种类的温差发电片，通过不同的螺栓扭矩实现特定的紧固压力。

所述的热管包括伸入烟气管路内的蒸发段和冷凝段，所述冷凝段安装于所述铜板A和铜板B间的凹槽组成的槽道内；冷凝段位于烟气管路3外侧且位置上高于蒸发段；位于烟气管路3上部的热管7垂直插入烟气管路3内，位于烟气管路3侧面的热管7倾斜插入烟气管路3内，使冷凝段上部位于烟气管路3上部。

使用热管7强化传热，由于热管7布置时必须与水平面有角度，且冷凝端在位置上要高于蒸发端，所以装置只能在三面布置热管7和温差发电单元5；所述烟气管路3侧面的热管7与水平方向呈30～60°设置。所述的烟气管路3为外形采用四面体的烟气管路结构，热管7布置在铜板组件6的凹槽内，上部再由一块铜板盖住；所述温差发电单元5和冷板2分别对应依次安装于所述铜板组件6外侧。

所述温差发电单元5包括规则排列于所述铜板组件外壁的温差发电片；所述温差发电片包括陶瓷基板31、半导体33、导电材料34；每一面的温差发电片的两个陶瓷面分别与热管7上部铜板组件6外壁和冷板2接触，承受高温及低温，分别作为温差发电单元热端35和温差发电单元冷端32，所述P&N型半导体规则排列在所述陶瓷基板之间；所述P&N型半导体33包括间隔设置的P型半导体和N型半导体，所述的P型半导体和N型半导体之间通过导电材料34连接固定。所述导电材料34为金属导体连接件。优选的，所述的导电材料34为铜或铝。

装置依靠温差发电技术进行发电，其主要的工作单元为温差发电片，装置每一面的温差发电片均串联连接，组成温差发电单元5；装置每面的温差发电单元5并联，共同构成一个整体热电转换装置；由于船舶主机排气温度在250℃到380℃之间，装置采用的温差发电片为中低温温差发电片。

所述的冷板2内设置有规则设置的冷却水流道，所述的冷却水流道上，相对于烟气管路的进气方向一侧设置有冷却水出口，相对于烟气管路的出气方向一侧设置有冷却水进口；冷却水流向与烟气流向相反，即冷却水进口在烟气出口端，冷却水出口在烟气进口端。所述的冷却水流道为蛇形流道。

多个所述的冷却水出口连通有冷却水出口总管1，多个所述的冷却水进口连通有冷却水进口总管4。所述的冷却水出口总管1和冷却水进口总管4平行设置于所述烟气管路3两侧。所述的冷却水进口总管4连接有海水泵。所述冷板2为金属铜板。

工作时，当船舶主机废气通过烟气管路3时，烟气与热管7进行对流换热，热管7的蒸发段吸收大量热量使其温度升高，热管内部的工质液体受热蒸发成气态，携带大量蒸发潜热的工质蒸汽流向热管的冷凝段，放出潜热并凝结成液体，在自身重力的作用下，沿热管内壁面形成液膜回流到蒸发段，这就在完成了一个闭合循环的过程中将大量的热量从热管的蒸发段传递到冷凝段，并将这部分热量传递给了铜板组件6。

铜板组件6的凹槽与热管7的接触面涂有高性能导热硅脂以强化热量传递；热量传递至温差发电单元热端35，使其温度升高。

所述温差发电单元5固定在所述热管7上部铜板组件6外壁与所述冷板2之间，所述冷板2与所述热管7上部铜板6外壁间通过螺栓及多层垫片(弹簧垫片、隔热垫片等)连接，为了保证性能最优，针对不同种类的温差发电片，通过不同的螺栓扭矩实现特定的紧固压力。

海水泵吸入海水进入到冷却水进口总管4再进入到冷板2，与温差发电单元冷端32进行对流换热，对温差发电单元冷端32进行冷却，而后冷却水由冷却水出口总管1排出，却水流向与烟气流向相反。

此时，温差发电单元热端35与温差发电单元冷端32之间形成温差，进行余热发电。

本实用新型所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，能够实现对船舶主机废气低品位余热的回收利用，进行发电后并入船舶微电网为用电设备供电，减少船舶发电柴油机的燃料消耗，实现船舶的能效提升。适用于船舶主机烟气的回收利用，烟气温度范围约为250℃～380℃，选用温差发电片为中低温温差发电片。

本实用新型所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，是利用船舶主机排放的废气产生高温、水循环冷却维持低温和塞贝克效应原理来发电的发电装置，安全可靠，基于热管强化换热，采用温差发电技术来利用船舶柴油机排出的废气进行发电。同时，其还具有结构简单、无转动部件、无污染、成本低、便于维护等特点。装置工作时产生的电能通过并入带有储能及功率调节单元的船舶微电网后，能够持续为船上设备供电。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于包括烟气管路、温差发电单元、铜板组件、热管和冷板；

所述烟气管路的输入端通过排烟管连通有船舶主柴油机的排烟总管，输出端通过排烟管连通有废气锅炉，所述排烟总管和烟气管路输入端之间的管路上安装有废气涡轮，所述的烟气管路为四面体管路；

所述烟气管路的上表面，以及侧面的上半部分安装有铜板组件，所述的铜板组件包括铜板A和铜板B，所述铜板A上表面加工有用于安装热管的凹槽，所述铜板B的下表面加工有同所述铜板A凹槽对应的凹槽；

所述铜板A下表面紧贴所述烟气管路外壁设置；

所述的热管包括伸入烟气管路内的蒸发段和冷凝段，所述冷凝段安装于所述铜板A和铜板B间的凹槽组成的槽道内；

位于烟气管路上部的热管垂直插入烟气管路内，位于烟气管路侧面的热管倾斜插入烟气管路内，使冷凝段上部位于烟气管路上部；

所述温差发电单元和冷板分别对应依次安装于所述铜板组件外侧；

所述温差发电单元包括规则排列于所述铜板组件外壁的温差发电片；

所述温差发电片包括陶瓷基板、半导体和导电材料；

每一面的温差发电片的两个陶瓷面分别与所述铜板组件外壁和冷板接触，且分别作为差发电单元热端和温差发电单元冷端；两个所述的陶瓷基板之间设置有规则排列的P&N型半导体；

所述P&N型半导体包括间隔设置的P型半导体和N型半导体，所述的P型半导体和N型半导体之间通过导电材料连接固定。

2.根据权利要求1所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

所述烟气管路侧面的热管与水平方向呈30～60°设置。

3.根据权利要求1或2所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

所述的冷板内设置有规则设置的冷却水流道，所述的冷却水流道上，相对于烟气管路的进气方向一侧设置有冷却水出口，相对于烟气管路的出气方向一侧设置有冷却水进口；

所述的冷却水流道为蛇形流道。

4.根据权利要求3所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

多个所述的冷却水出口连通有冷却水出口总管，多个所述的冷却水进口连通有冷却水进口总管。

5.根据权利要求4所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

所述的冷却水进口总管连接有海水泵。

6.根据权利要求5所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

所述冷板为金属铜板。

7.根据权利要求1或2所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

所述铜板组件的凹槽与热管的接触面涂有高性能导热硅脂层。

8.根据权利要求1或2所述的热管式船舶主机废气余热利用温差发电装置，其特征在于：

所述导电材料为金属导体连接件。