一种基于船舶主机尾气热能的发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及热能回收利用技术领域，公开了一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，包括管道散热器、储热器、斯特林发电机，斯特林发电机的热端伸入螺旋管散热器内，螺旋管散热器的外侧设有保温箱，储热器的一端连接有双头进气管，储热器另一端连接有双头出气管，双头进气管上设有电控阀A、电控阀B，双头出气管上设有电控阀C、电控阀D，三通管的另一个出气端设有电控阀E，储热器与双头进气管的连接端设有电控阀F，储热器与双头出气管的连接端设有电控阀G，电控阀D与管道散热器之间通过管路连接，电控阀B与管道散热器之间通过回流管连接，回流管内设有风机。本发明具有将船舶主机尾气中的热能收集存储并灵活应用，热能利用方便的有益效果。
【专利说明】
一种基于船舶主机尾气热能的发电系统
技术领域
[0001]本发明涉及热能回收利用技术领域，尤其涉及一种基于船舶主机尾气热能的发电系统。【背景技术】
[0002]船舶主机提供船舶海上航行、作业主要动力，是船舶燃料消耗的主要源头，但主机尾气余热约占总热效率40%，主机尾气温度高达350°C_450°C，主机尾气直接排放掉造成热能大量浪费，还会导致外界气温升高。因此，有效利用主机余热，提高燃油利用效率，是船舶节能减排的有效途径，已经引起了世界各国重视。目前，船舶主机余热利用主要有两种方式:一是将低品质余热直接作为其它设备加热热源;二是将动力利用价值大、品位高余热用于作功以回收动力。上述两种方式都是直接把主机尾气中的热能直接转化利用，当船舶的主机停止工作时，就无法利用主机热能，而当主机持续工作时，热能过剩又会导致热能浪费。
【发明内容】
[0003]本发明为了克服现有技术中的船舶主机尾气热能无法存储、合理利用的不足，提供了一种能将船舶主机尾气的热能存储并用于发电的发电系统。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，包括螺旋管散热器、储热器、斯特林发电机， 斯特林发电机的热端伸入螺旋管散热器内，所述螺旋管散热器的外侧设有保温箱;所述储热器的一端连接有双头进气管，储热器的另一端连接有双头出气管，所述双头进气管的两个进气端分别设有电控阀A、电控阀B，所述双头出气管的两个出气端分别设有电控阀C、电控阀D，所述电控阀A的外端连接有三通管，三通管的进气端与船舶主机尾气管连接，三通管的一个出气端与电控阀A连接，三通管的另一个出气端设有电控阀E，所述储热器与双头进气管的连接端设有电控阀F，储热器与双头出气管的连接端设有电控阀G，所述电控阀D与螺旋管散热器之间通过管路连接，所述电控阀B与螺旋管散热器之间通过回流管连接，所述的回流管内设有风机。
[0005]斯特林发电机是一种热机，只要斯特林发电机中活塞缸的热端和冷端存在温差就能实现活塞在活塞缸内往复移动，从而对外做功、发电，通常在热端加热、在冷端设置水冷管，从而增大热端与冷端之间的温差。电控阀E打开、电控阀A关闭，此时船舶主机尾气正常向外排气；电控阀E、电控阀F、电控阀G关闭，电控阀A、电控阀B、电控阀C、电控阀D打开，此时主机尾气直接进入螺旋管散热器内对斯特林发电机的热端进行加热，驱动斯特林发动机对外做功、发电，尾气然后从电控阀C处排掉;需要收集存储主机尾气热能时，电控阀E、电控阀 B、电控阀D同时关闭，电控阀A、电控阀C、电控阀F、电控阀G打开，主机尾气进入储热器内，热量被储热器吸收后，剩余的尾气从电控阀C处排出，船舶主机停止工作时，船舶主机尾气管中无热量排出，此时电控阀A、电控阀C关闭，电控阀B、电控阀D、电控阀F、电控阀G、风机打开，管路、回流管内的空气流动，从而把储热器内的热能转移到螺旋管散热器处散发出去，对斯特林发电机的热端进行加热;该系统使用灵活方便，既能直接利用主机尾气热能，又能将热能存储后随时使用。[0006 ]作为优选，所述的储热器包括外筒、设在外筒内的内筒，所述的外筒、内筒同轴分布，所述的外筒的右端设有端盖，所述内筒的右端穿过端盖并与双头进气管连接，所述外筒的左端中心设有与双头出气管连接的排气管，所述外筒与内筒之间的空间内填充有若干储热球。储热器中主要是通过储热球储热，储热球之间的间隙利于气流流动。
[0007]作为优选，所述的外筒与内筒之间设有隔离筒，所述内筒与隔离筒之间形成第一环形腔，所述的隔离筒与外筒之间形成第二环形腔，所述的储热球分布在第一环形腔、第二环形腔内；所述的隔离筒内位于外筒的左端设有隔板，所述的隔离筒内位于隔板左侧的腔体为聚气腔，所述内筒的左端侧面设有若干与第一环形腔连通的第一进气孔，所述隔离筒的右端设有连通第一环形腔与第二环形腔的第二进气孔，所述隔离筒的左端设有与聚气腔连通的排气孔，所述的排气管与聚气腔连通。高温尾气进入内筒后，从内筒左端的第一进气孔进入第一环形腔内，然后沿着第一环形腔向右移动从第二进气孔中进入第二环形腔，尾气最后进入聚气腔内从排气管处排掉，通过隔离筒延长了高温尾气的流动路径，使得储热球能最大限度的吸收尾气中的热能，储热效率高。
[0008]作为优选，所述外筒的外侧设有隔热筒，所述的隔热筒与外筒之间填充有石棉;所述管路、回流管的外侧套设有隔热套。隔热筒呢石棉起到隔热作用，减小外筒与外界的热交换，减少热量损失;隔热套能减小热量在管路中流动时的损失。
[0009]作为优选，所述外筒的右端外侧设有螺纹，所述的端盖与外筒之间螺纹连接;所述端盖的内侧设有环形槽，所述隔离筒的右端卡入环形槽内。打开端盖，就能把储热球快速装入第一环形腔、第二环形腔内，装配非常方便。
[0010]作为优选，所述的储热球包括球壳、设有球壳内的储热体，所述的储热体包括外壳、设在外壳内的活塞，所述的外壳呈圆柱状，所述活塞与外壳内端底部之间设有储热介质，所述活塞外端设有活塞杆，所述的外壳内固定有永磁体，所述永磁体的中心设有通孔， 所述活塞杆的外端穿过通孔，活塞杆的外端设有铁磁体，所述外壳的外端设有与储热球外部连通的气孔，所述永磁体的居里温度大于900°C，所述铁磁体的居里温度为150°c-200°c。 储热球未加热之前，永磁体、铁磁体的温度处于常温状态，常温低于对应的居里温度，铁磁体被永磁体吸引；主机尾气进入储热器内时，储热球吸收尾气热量，储热介质吸热升温，随着储热介质的温度升高、介质腔内的压力增大，储热介质与尾气之间的温差减小，吸热速率会逐渐减慢，当介质腔内达到动态平衡时，储热介质无法继续吸热，然而由于尾气温度高于铁磁体的居里温度而低于永磁体的居里温度，介质腔达到平衡后，铁磁体的温度高于居里温度时，铁磁体的铁磁性变成顺磁性，此时永磁体与铁磁体的吸附力很弱，活塞在介质腔内的压力作用下向外移动，介质腔的体积瞬间增大，介质腔内的压力瞬间减小，此时介质腔内之前的平衡被破坏，介质腔内的储热介质、空气继续快速吸热而达到新的平衡；当储热器需要对外放热时，初始阶段由于温差大，放热效率高，随着储热体对外放热，温差减小、介质腔内的压力减小，此时储热球放热效率明显减低，当铁磁体的温度降到居里温度以下时，铁磁体由顺磁性变为铁磁性，铁磁体被永磁体吸入，活塞移动压缩介质腔，介质腔内的压力增大而对外放热，从而提高放热效率。
[0011]作为优选，所述的储热介质为水，当铁磁体和永磁体吸附时，所述储热介质占介质腔体积的3/5-4/5。
[0012]作为优选，所述的球壳包括主球壳体和球面盖体，所述主球壳体的开口端设有连接板，所述连接板的中心设有定位孔，所述的定位孔的边缘均匀设有若干避让缺口，所述外壳的侧面设有若干可穿过避让缺口的限位凸耳，所述外壳的外端外侧设有螺纹，所述球面盖体的内侧设有连接套;外壳内端伸入定位孔内，限位凸耳穿过避让缺口后旋转一个角度， 使得限位凸耳与避让缺口错位，连接套与外壳外端的螺纹连接。储热体装入主球壳体后并通过球面盖体连接，装配非常方便。
[0013]作为优选，所述主球壳体内设有五水硫酸铜晶体，所述连接套的外端延伸形成压环，所述的压环与连接板的端面之间设有耐高温密封圈。储热器吸热时，五水硫酸铜晶体吸收热量，当温度达到250度以上时，五水硫酸铜晶体发生化学反应而形成硫酸铜粉末和水蒸气;储热器在放热时，当储热球的温度低于250度时，硫酸铜粉末逐渐和水蒸气反应生成五水硫酸铜晶体，该反应为放热反应，能进一步放热。
[0014]作为优选，所述永磁体中心的通孔内设有耐高温的直线轴承，所述的活塞杆穿过直线轴承，所述活塞杆内设有滑孔，所述的滑孔内设有滑杆，所述的滑杆与滑孔间隙配合， 所述的活塞杆、滑杆均由陶瓷制成，所述滑杆的外端与所述的铁磁体固定连接。由于滑杆与活塞杆间隙配合、滑动连接，永磁体在移动过程中产生的振动不会导致活塞杆轴向跳动，从而保证活塞的密封性。
[0015]因此，本发明具有将船舶主机尾气中的热能收集存储并灵活应用，热能利用方便的有益效果。【附图说明】[0〇16]图1为本发明的一种结构不意图。
[0017]图2为储热器的内部结构示意图。[〇〇18]图3为储热球的内部结构示意图。
[0019]图4为铁磁体变为顺磁性时的储热球结构示意图。
[0020]图5为主球壳体上连接板所在面的示意图。[0021 ]图6为储热体的端面示意图。[〇〇22]图中:螺旋管散热器1、储热器2、双头进气管3、双头出气管4、电控阀A5、电控阀B6、 电控阀C7、电控阀D8、储热球9、三通管10、船舶主机尾气管11、电控阀E12、电控阀F13、电控阀G14、管路15、回流管16、风机17、斯特林发电机18、五水硫酸铜晶体19、外筒20、内筒21、隔离筒22、端盖23、排气管24、第一环形腔25、第二环形腔26、隔热筒27、石棉28、隔板29、聚气腔30、第一进气孔31、第二进气孔32、排气孔33、保温箱100、环形槽230、球壳90、储热体91、 主球壳体900、球面盖体901、连接板902、定位孔903、避让缺口 904、限位凸耳905、连接套 906、压环907、耐高温密封圈908、外壳910、活塞911、介质腔912、储热介质913、活塞杆914、 永磁体915、直线轴承916、滑孔917、滑杆918、铁磁体919、气孔920。【具体实施方式】[〇〇23]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步描述:如图1所示的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，包括螺旋管散热器1、储热器2、斯特林发电机18,斯特林发电机的热端伸入螺旋管散热器内，螺旋管散热器的外侧设有保温箱100;储热器2的一端连接有双头进气管3,储热器的另一端连接有双头出气管4,双头进气管的两个进气端分别设有电控阀A5、电控阀B6，双头出气管的两个出气端分别设有电控阀C7、电控阀D8,电控阀A的外端连接有三通管10,三通管的进气端与船舶主机尾气管11连接，三通管的一个出气端与电控阀A连接，三通管的另一个出气端设有电控阀E12,储热器2 与双头进气管的连接端设有电控阀F13,储热器与双头出气管的连接端设有电控阀G14,电控阀D与螺旋管散热器之间通过管路15连接，电控阀B与螺旋管散热器之间通过回流管16连接，回流管内设有风机17;如图2所不，储热器2包括外筒20、设在外筒内的内筒21，夕卜筒与内筒之间设有隔尚筒 22，外筒、内筒、隔离筒同轴分布，外筒的右端设有端盖23，内筒的右端穿过端盖并与双头进气管连接，外筒的左端中心设有与双头出气管连接的排气管24,内筒与隔离筒之间形成第一环形腔25,隔离筒与外筒之间形成第二环形腔26,储热球9分布在第一环形腔、第二环形腔内；外筒的外侧设有隔热筒27，隔热筒与外筒之间填充有石棉28;管路、回流管的外侧套设有隔热套。
[0024]隔离筒内位于外筒的左端设有隔板29,隔离筒内位于隔板左侧的腔体为聚气腔 30,内筒的左端侧面设有若干与第一环形腔连通的第一进气孔31，隔离筒的右端设有连通第一环形腔与第二环形腔的第二进气孔32,隔离筒的左端设有与聚气腔连通的排气孔33， 排气管与聚气腔连通;外筒的右端外侧设有螺纹，端盖与外筒之间螺纹连接，端盖23的内侧设有环形槽230，隔离筒的右端卡入环形槽内。[〇〇25]如图3和图4所示，储热球9包括球壳90、设有球壳内的储热体91，储热体91包括外壳910、设在外壳内的活塞911，外壳呈圆柱状，活塞与外壳内端底部之间形成封闭的介质腔 912,介质腔内设有储热介质913,活塞外端设有活塞杆914,外壳内固定有永磁体915,永磁体的中心设有通孔，通孔内设有耐高温的直线轴承916,活塞杆穿过直线轴承，活塞杆内设有滑孔917,滑孔内设有滑杆918,滑杆与滑孔间隙配合，活塞杆、滑杆均由陶瓷制成，滑杆的外端与铁磁体919固定连接，外壳的外端设有与储热球外部连通的气孔920,永磁体的居里温度大于900°C，铁磁体的居里温度为150°C_200°C ;本实施例中，永磁体的居里温度为950 °C，铁磁体的居里温度为180°C，储热介质为水，当铁磁体和永磁体吸附时，储热介质占介质腔体积的4/5。[〇〇26] 球壳90包括主球壳体900和球面盖体901，主球壳体的开口端设有连接板902，如图 5所示，连接板的中心设有定位孔903，定位孔的边缘均匀设有若干避让缺口 904，如图6所示，外壳的侧面设有若干可穿过避让缺口的限位凸耳905,外壳的外端外侧设有螺纹，球面盖体901的内侧设有连接套906;外壳内端伸入定位孔内，限位凸耳穿过避让缺口后旋转一个角度，使得限位凸耳与避让缺口错位，连接套与外壳外端的螺纹连接;主球壳体900内设有五水硫酸铜晶体19,连接套的外端延伸形成压环907,压环与连接板的端面之间设有耐高温密封圈908。
[0027]结合附图，本发明的使用原理如下:电控阀E打开、电控阀A关闭，此时船舶主机尾气正常向外排气；电控阀E、电控阀F、电控阀G关闭，电控阀A、电控阀B、电控阀C、电控阀D打开，此时主机尾气直接进入螺旋管散热器内对斯特林发电机的热端进行加热，驱动斯特林发动机对外做功、发电，尾气然后从电控阀C处排掉;需要收集存储主机尾气热能时，电控阀E、电控阀B、电控阀D同时关闭，电控阀A、电控阀C、电控阀F、电控阀G打开，主机尾气进入储热器内，热量被储热器吸收后，剩余的尾气从电控阀C处排出，船舶主机停止工作时，船舶主机尾气管中无热量排出，此时电控阀A、电控阀C关闭，电控阀B、电控阀D、电控阀F、电控阀G、 风机打开，管路、回流管内的空气流动，从而把储热器内的热能转移到螺旋管散热器处散发出去，对斯特林发电机的热端进行加热；该系统使用灵活方便，既能直接利用主机尾气热能，又能将热能存储后随时使用;为了增加储热器的储热能力，可以采用多个储热器并联或者串联的方式接入系统中。
【主权项】
1.一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，包括螺旋管散热器、储热器、斯 特林发电机，斯特林发电机的热端伸入螺旋管散热器内，所述螺旋管散热器的外侧设有保 温箱;所述储热器的一端连接有双头进气管，储热器的另一端连接有双头出气管，所述双头 进气管的两个进气端分别设有电控阀A、电控阀B，所述双头出气管的两个出气端分别设有 电控阀C、电控阀D，所述电控阀A的外端连接有三通管，三通管的进气端与船舶主机尾气管 连接，三通管的一个出气端与电控阀A连接，三通管的另一个出气端设有电控阀E，所述储热 器与双头进气管的连接端设有电控阀F，储热器与双头出气管的连接端设有电控阀G，所述 电控阀D与螺旋管散热器之间通过管路连接，所述电控阀B与螺旋管散热器之间通过回流管 连接，所述的回流管内设有风机。2.根据权利要求1所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述的储 热器包括外筒、设在外筒内的内筒，所述的外筒、内筒同轴分布，所述的外筒的右端设有端 盖，所述内筒的右端穿过端盖并与双头进气管连接，所述外筒的左端中心设有与双头出气 管连接的排气管，所述外筒与内筒之间的空间内填充有若干储热球。3.根据权利要求2所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述的外 筒与内筒之间设有隔离筒，所述内筒与隔离筒之间形成第一环形腔，所述的隔离筒与外筒 之间形成第二环形腔，所述的储热球分布在第一环形腔、第二环形腔内；所述的隔离筒内位 于外筒的左端设有隔板，所述的隔离筒内位于隔板左侧的腔体为聚气腔，所述内筒的左端 侧面设有若干与第一环形腔连通的第一进气孔，所述隔离筒的右端设有连通第一环形腔与 第二环形腔的第二进气孔，所述隔离筒的左端设有与聚气腔连通的排气孔，所述的排气管 与聚气腔连通。4.根据权利要求2或3所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述 外筒的外侧设有隔热筒，所述的隔热筒与外筒之间填充有石棉;所述管路、回流管的外侧套 设有隔热套。5.根据权利要求2所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述外筒 的右端外侧设有螺纹，所述的端盖与外筒之间螺纹连接;所述端盖的内侧设有环形槽，所述 隔离筒的右端卡入环形槽内。6.根据权利要求2所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述的储 热球包括球壳、设有球壳内的储热体，所述的储热体包括外壳、设在外壳内的活塞，所述的 外壳呈圆柱状，所述活塞与外壳内端底部之间形成封闭的介质腔，所述的介质腔内设有储 热介质，所述活塞外端设有活塞杆，所述的外壳内固定有永磁体，所述永磁体的中心设有通 孔，所述活塞杆的外端穿过通孔，活塞杆的外端设有铁磁体，所述外壳的外端设有与储热球 外部连通的气孔，所述永磁体的居里温度大于900°C，所述铁磁体的居里温度为150°C_200 °C。7.根据权利要求6所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述的储 热介质为水，当铁磁体和永磁体吸附时，所述储热介质占介质腔体积的3/5-4/5。8.根据权利要求6所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述的球 壳包括主球壳体和球面盖体，所述主球壳体的开口端设有连接板，所述连接板的中心设有 定位孔，所述的定位孔的边缘均匀设有若干避让缺口，所述外壳的侧面设有若干可穿过避 让缺口的限位凸耳，所述外壳的外端外侧设有螺纹，所述球面盖体的内侧设有连接套;外壳内端伸入定位孔内，限位凸耳穿过避让缺口后旋转一个角度，使得限位凸耳与避让缺口错 位，连接套与外壳外端的螺纹连接。9.根据权利要求8所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述主球 壳体内设有五水硫酸铜晶体，所述连接套的外端延伸形成压环，所述的压环与连接板的端 面之间设有耐高温密封圈。10.根据权利要求6所述的一种基于船舶主机尾气热能的发电系统，其特征是，所述永 磁体中心的通孔内设有耐高温的直线轴承，所述的活塞杆穿过直线轴承，所述活塞杆内设 有滑孔，所述的滑孔内设有滑杆，所述的滑杆与滑孔间隙配合，所述的活塞杆、滑杆均由陶 瓷制成，所述滑杆的外端与所述的铁磁体固定连接。
【文档编号】F28D20/00GK105986865SQ201610384435
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】李同强
【申请人】浙江工商大学