Судовой термоэлектрический генератор

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к утилизации отработавших газов судовых дизелей. Заявляемый «Судовой термоэлектрический генератор» решает задачу регулирования температуры, на спаях термоэлектрических генераторных модулей (ТЭГМ). ТЭГ устанавливается на выхлопном трубопроводе судового дизеля.

Основными элементами ТЭГ являются выхлопной трубопровод с ОГ, ТЭГМ, «горячий» теплообменник, «холодный» теплообменник, датчики температуры (ДТ): горячих и холодных спаев. Для регулирования температуры горячих спаев используется теплоноситель от утилизационного котла (УК), а для холодных спаев - система охлаждения (СО) дизеля. Во время работы дизеля нагретая в УК теплоноситель через электронный вентиль поступает в «горячий» теплообменник, проходит по его сверлениям, в результате теплообмена теплоносителя с теплообменником его температура и горячих спаев ТЭГМ доводится до заданного значения. Температура холодных спаев регулируется охлаждающей водой СО дизеля. Количество подаваемой охлаждающей воды СО в «холодный» теплообменник контролируется электронным терморегулятором (ЭТРГ), а температура теплообменника и холодных спаев контролируется ДТ.

После запуска дизеля ТЭГ начинает работать. Сигналы от ДТ и задатчика обрабатываются в блоке сравнения, сигнал рассогласования подается в блок управления, который приводит в действие ТРГ и электронный вентиль. Происходит подача требуемого количества теплоносителей на горячий и холодный теплообменники и регулирование температур на спаях ТЭГМ ТЭГ.

При работе ТЭГ на горячих спаях ТЭГ происходит поглощение теплоты, а с холодной стороны отводится теплота охлаждающей водой за вычетом электроэнергии, полученной на внешней нагрузке. На внешней нагрузке ТЭГ создает напряжение, равное э.д.с, за вычетом падения напряжения и внутреннего сопротивления, электроэнергия по каналу подается к потребителю.

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована судовыми дизельными установками.

Известно «Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости ДВС с турбокомпрессором, имеющим газовыхлопной патрубок» [1]. Данное устройство имеет выхлопной трубопровод, термоэлектрический генератор, установленный на выхлопном трубопроводе и источник питания. Во время работы ДВС термоэлектрический генератор вырабатывает электроэнергию, которая поступает в блок источника питания, а оттуда направляется к потребителям. Основным недостатком данного устройства является то, что в предлагаемом термоэлектрическом генераторе (ТЭГ) отсутствует отвод теплоты от холодных спаев термоэлектрических элементов, вследствие этого в ТЭГ между горячими и холодными спаями термоэлементов не может создаваться требуемая разность температур.

Наиболее близким техническим решением является «Устройство для рециркуляции отработавших газов судового дизеля» [2]. Устройство содержит термоэлектрический генератор, установленный на выхлопном трубопроводе дизеля, горячие спаи которого сопрягаются с выхлопным трубопроводом, а холодные спаи через теплообменник связаны системой охлаждения забортной воды. В ТЭГ основным элементом является термоэлектрический модуль (ТЭГМ). Современные термоэлектрические генераторные модули, выпускающие в России, имеют в основном температуру горячих спаев от 200 до 300ºC, а температура отработавших газов в современных судовых дизелях составляет 400-450ºC. Поэтому термоэлектрические модули, установленные в ТЭГ на выхлопном трубопроводе по [2] во время теплообмена могут расплавиться и поэтому требуют установки контрольного устройства. Кроме того, во время работы в ТЭГ должна поддерживаться заданная разность температур между горячими и холодными спаями термоэлектрических модулей. Конструкция, предусмотренная в [2] не может поддерживать заданную разность температур между горячими и холодными спаями термоэлектрического модуля. Указанные недостатки требуют совершенствования термоэлектрических генераторов.

Заявляемая полезная модель решает задачу регулирования температуры, как на горячих спаях, так и на холодных спаях термоэлектрических модулей, в результате чего обеспечивается заданные оптимальные температуры в ТЭГ.

Техническим результатом при этом является поддержание оптимального температурного режима в термогенераторном модуле, что предостерегает эксплуатацию термогенераторных модулей при температурах выше заданного значения.

Технический результат достигается тем, что в термоэлектрическом генераторе, содержащем выхлопной трубопровод, термоэлектрический генератор, блок управления, утилизационный котел, упомянутый термоэлектрический генератор содержит «горячий» теплообменник, подключенный, к горячим спаям и, связан с теплоносителем утилизационного котла с возможностью регулирования температуры горячих спаев термоэлектрических генераторных модулей; «холодный» теплообменник, подключенный, к холодным спаям и, связан с системой охлаждения внутреннего контура дизеля с возможностью регулирования температуры холодных спаев термоэлектрических модулей.

На фиг.1 представлена схема термоэлектрического генератора 2, установленного на выхлопном трубопроводе дизеля 1. Термоэлектрический генератор 2 содержит выхлопной трубопровод 3; термоэлектрические генераторные модули (ТЭГМ) 4; «горячий» теплообменник 5; «холодный» теплообменник 6; датчик температуры холодных спаев 7; датчик температуры горячих спаев 8; электронный терморегулятор 9; электронный вентиль 10; терморегулятор 11; холодильник 12; циркуляционный насос 13; утилизационный котел 14: насос электрический 15; сборный бак 16; распределительный бак 17; блок управления 18; блок сравнения 19; задатчик 20; блок питания 21; каналы: к теплообменникам водяного отопления 22, подогревателям воздуха 23, топлива 24, масла 25, регулирования температуры горячих спаев 26; отработанные каналы: водяного отопления 27, подогревателя воздуха 28, топлива 29, масла 30, горячих спаев 31; канал подачи охлаждающей воды к холодным спаям 32, каналы системы охлаждения 33, 34, 35, 36, 37; каналы подачи сигналов 38, 39, 40, 41, 42; каналы подачи электроэнергии 43, 44, 45, 46.

Основными элементами термоэлектрического генератора являются выхлопной трубопровод 3 с отработавшими газами, термоэлектрические генераторные модули 4, «горячий» теплообменник 5, «холодный» теплообменник 6, датчики температуры: холодных спаев 7 и горячих спаев 8. Для регулирования температуры горячих спаев используется теплоноситель от утилизационного котла 14, а для холодных спаев - система охлаждения главного судового дизеля 1. Нагретая в утилизационном котле горячая вода до 75-85ºC поступает в распределительный бак 17, оттуда по каналу 26 поступает в «горячий» теплообменник 5, проходит по его сверлениям, в результате теплообмена утилизационного теплоносителя с «горячим» теплообменником 5, его температура и горячих спаев термоэлектрического модуля доводится до заданного значения. При этом количество подаваемого теплоносителя контролируется электронным вентилем 10, а температура теплообменника - датчиком температуры 8. Температура холодных спаев регулируется охлаждающей водой системы охлаждения главного дизеля 1. Количество подаваемой охлаждающей воды системы охлаждения в «холодный» теплообменник 6 контролируется электронным терморегулятором 9, а температура теплообменника 6 и холодных спаев контролируется датчиком температуры 7. Задатчик 19 служит для установки заданного значения разности температур между холодными и горячими спаями ТЭГМ 4. Терморегулятор 11, установленный в системе охлаждения может быть как механическим, так и электронным. Конструкция электронного вентиля 10 устроена таким образом, что его клапан при выключенном положении пропускает в небольшом количестве теплоноситель из распределительного бака 17 в «горячий» теплообменник 5, в результате чего происходит требуемый теплообмен между «горячим» теплообменником 5 и горячими спаями ТЭГМ 4 на переменных режимах работы дизеля.

Утилизационный котел 14. установленный на выхлопном трубопроводе дизеля I включает в себя, электрический насос 15, сборный бак 16, распределительный бак 17, электронный вентиль 10. Во время работы утилизационного котла через названные позиции циркулирует теплоноситель, т.е. вода. После нагрева в утилизационном котле теплоноситель поступает в распределительный бак 17, оттуда по каналам 22, 23, 24, 25 теплый теплоноситель направляется на обслуживание систем дизельной установки и бытовых нужд экипажа, а по каналу 26 - к электронному вентилю 10. Отработанный теплоноситель утилизационного котла 14 по каналам 27, 28, 29, 30 возвращается в сборный бак 16, сюда же по каналу 31 поступает теплоноситель с высокой температурой, где в результате перемешивания и теплообмена в сборном баке 16 происходит повышение температуры теплоносителя и направляется в утилизационный котел 14.

К системе охлаждения дизеля относятся терморегулятор 11, холодильник 12, насос 13, электронный терморегулятор 9 и каналы системы охлаждения 33, 34, 35, 36, 37 по которым циркулирует охлаждающая вода. Во время работы терморегулятор 9 распределяет требуемое количество потока охлаждающей воды в «холодный» теплообменник 6. а другая часть воды направляется по каналу 33 в канал 34. В «холодном» теплообменнике 6 в результате теплообмена с охлаждающей водой происходит охлаждение холодных спаев ТЭГМ 4, оттуда поток охлаждающей воды в канале 34 перемешивается с потоком жидкости канала 33 и поступает в терморегулятор 11.

Предложенный судовой термоэлектрический генератор 2 работает следующим образом. После запуска дизеля термоэлектрический генератор 2 начинает работать. При этом заданная температура теплообменников 5 и 6 контролируется приведенным устройством. В блок сравнения 19 по каналам 38, 39 поступают сигналы от датчиков температуры 7, 8 и задатчика 20. После обработки этих сигналов, сигнал рассогласования по каналу 40 подается в блок управления 18, который, подавая электроэнергию по каналу 43, приводит в действие терморегулятор 9, а по каналу 44 - электронный вентиль 10. Происходит подача требуемого количества теплоносителей на «горячий» теплообменники 5, «холодный» теплообменник 6 и происходит регулирование температур, как на горячих спаях, так и на холодных спаях термоэлектрических генераторных модулей 4.

При работе предлагаемого устройства на горячих спаях ТЭГМ 4 происходит поглощение теплоты от ОГ, а с холодной стороны отводится теплота охлаждающей водой за вычетом электроэнергии, полученной на внешней нагрузке. На внешней нагрузке ТЭГ создает напряжение, равное э.д.с, за вычетом падения напряжения и внутреннего сопротивления, электроэнергия по каналу 46 подается к потребителю.

Таким образом, ТЭГ, установленный на выхлопном трубопроводе дизеля позволяет поддерживать заданную разность температур между спаями ТЭГМ и получить дешевую электроэнергию, что поможет решить задачу повышения эффективности работы судовой дизельной установки.

Источники информации

1. Патент 2031216 Россия, МКИ F01Р 7/14. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости ДВС / В.Н.Тимофеев, Е.А.Киселев, Е.В.Кротов и др. (Россия); Опубл. в БИ 20.03.95.

2. Патент на п/м 69925. Россия, МПК F01G 5/00, F01К 15/04. Устройство для рециркуляции отработавших газов судового дизеля. Опубл. в БИ 10.01.08.

Судовой термоэлектрический генератор, содержащий выхлопной трубопровод, термоэлектрический генератор, блок управления, утилизационный котел, отличающийся тем, что упомянутый термоэлектрический генератор содержит «горячий» теплообменник, подключенный к горячим спаям, и связан с теплоносителем утилизационного котла с возможностью регулирования температуры горячих спаев термоэлектрических генераторных модулей; «холодный» теплообменник, подключенный к холодным спаям, и связан с системой охлаждения внутреннего контура дизеля с возможностью регулирования температуры холодных спаев термоэлектрических модулей.