一種船舶廢熱利用π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，包括船舶排煙系統(tǒng)、Π型斯特林發(fā)動機本體、工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和控制整個系統(tǒng)工作的控制系統(tǒng)；所述Π型斯特林發(fā)動機本體包括第一斯特林發(fā)動機本體、第二斯特林發(fā)動機本體、總曲軸和飛輪。本實用新型的Π型斯特林發(fā)動機的高效廢熱吸收器安裝在船舶廢氣鍋爐后面，進(jìn)一步吸收船舶排煙熱量用于發(fā)電，減少船舶排煙導(dǎo)致的溫室效應(yīng)。本實用新型的Π型斯特林發(fā)動機設(shè)計了兩個并聯(lián)的帶單向閥的高低溫回?zé)崞?。?dāng)氦氣由冷氣缸往加熱器轉(zhuǎn)移時，高溫回?zé)崞鞴ぷ鳎划?dāng)氦氣由熱氣缸經(jīng)加熱器往冷氣缸轉(zhuǎn)移時，低溫回?zé)崞鞴ぷ?；PLC控制高低溫回?zé)崞髦挥幸粋€工作，提高了斯特林發(fā)動機的效率。
【專利說明】一種船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及能源回收與利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種船舶廢熱利用π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶主機燃料燃燒產(chǎn)生的熱量只有少部分做功，其余熱量一部分被冷卻系統(tǒng)帶走，另一大部分以排氣方式釋放到大氣中，排氣損失約占總能量40%左右。船舶加裝余熱利用廢氣鍋爐，廢氣鍋爐排煙在100-300°C左右，船舶周圍海水溫度不超過35°C，這就構(gòu)成一個巨大的溫差能系統(tǒng)，斯特林機(Stirling Engine)是一種外部燃燒(加熱)的封閉式活塞熱氣機，具有燃料來源廣、效率高、污染小、噪音低和維修方便等優(yōu)點，可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域內(nèi)中作為清潔高效的動力機，對節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境有重要意義。
[0003]Stirling Engine對燃料的適應(yīng)性很強,可用能源除了煤、石油、天然氣外,還可以利用太陽能、原子能、化學(xué)能以及木材、秸桿等農(nóng)林廢棄物燃燒所放出來的熱能。StirlingEngine熱效率高,理論上Stirling Engine循環(huán)效率等于相同狀態(tài)下的卡諾效率,實驗表明Stirling Engine實際有效效率可以達(dá)到32%?40%,最高可達(dá)47%。Stirling Engine運行時污染物排放少，作為外燃機燃料可以在足夠空氣下連續(xù)燃燒，燃燒比較充分，與內(nèi)燃機相比，排放的一氧化碳和碳?xì)浠衔锏扔泻怏w大大減少。Stirling Engine沒有氣閥機構(gòu)，工質(zhì)在汽缸內(nèi)的壓力變化接近正弦波形，而且燃燒不會產(chǎn)生爆震和排氣波，因而運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，噪音比較小。Stirling Engine運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn),扭矩比較均勻,超負(fù)荷能力強,相比之下內(nèi)燃機超負(fù)荷能力只有5%?15%。
[0004]Stirling Engine結(jié)構(gòu)簡單，比內(nèi)燃機少40%的零部件,只有密封的汽缸和兩個活塞，沒有易出故障的氣閥機構(gòu)、高壓噴油系統(tǒng)和需要潤滑的活塞環(huán)，維修也比較方便。
[0005]當(dāng)前我國在溫差能設(shè)備制造方面比國外差距較大，關(guān)于溫差能發(fā)電的基礎(chǔ)與技術(shù)研究非常少。到目前為止，關(guān)于船用Stirling Engine的研究和試驗,需要在StirlingEngine外部配有燃燒室，需要消耗燃料，還沒有實際應(yīng)用于船舶上的Stirling Engine (斯特林機)。
[0006]當(dāng)前船舶節(jié)能減排的措施主要是船舶降速、主機降功率和廢熱利用，廢熱利用包括廢氣渦輪增壓、廢氣鍋爐、利用主機缸套冷卻水的海水淡化，而關(guān)于廢氣渦輪發(fā)電、廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電尚處于研究論證階段，船上還沒有實用。經(jīng)過廢氣鍋爐后的排煙要進(jìn)一步利用，斯特林發(fā)動機具有優(yōu)勢。由于遠(yuǎn)洋船舶排煙溫度在100-300°C，遠(yuǎn)洋船舶排煙量大，而海水溫度一般不會超過35°C，因此，船舶排煙和海水之間溫差能密度大，滿足斯特林發(fā)動機工作要求。
[0007]綜上所述，對于大型遠(yuǎn)洋船舶，利用其自身的溫差系統(tǒng)，構(gòu)建廢熱利用斯特林發(fā)電系統(tǒng)成為船舶節(jié)能減排的有效途徑之一。但是，現(xiàn)有技術(shù)中缺少能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的的系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容[0008]本實用新型的目的在于設(shè)計一種新型的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，解決上述問題。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，包括船舶排煙系統(tǒng)、Π型斯特林發(fā)動機本體、工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和控制整個系統(tǒng)工作的控制系統(tǒng)；所述Π型斯特林發(fā)動機本體包括第一斯特林發(fā)動機本體、第二斯特林發(fā)動機本體、(21)總曲軸和(23)飛輪；
[0011]所述第一斯特林發(fā)動機本體包括:(3)第一加熱器，(4)第一回?zé)崞鳎?5)第一海水管殼式冷卻器，(6)第一膨脹腔，(7)第一帶石墨活塞環(huán)的熱活塞，(8)第一壓縮腔，(9)第一帶石墨活塞環(huán)的冷活塞；所述第一回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞?4H)和低溫回?zé)崞?4L)組成；
[0012]所述第二斯特林發(fā)動機本體包括:(10)第二加熱器，(11)第二回?zé)崞鳎?12)第二海水管殼式冷卻器，(13)第二膨脹腔，(14)第二帶石墨活塞環(huán)的熱活塞，(15)第二壓縮腔，(16)第二帶石墨活塞環(huán)的冷活塞；所述第二回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞?IlH)和低溫回?zé)崞?IlL)組成；
[0013]所述第一加熱器設(shè)置在所述船舶排煙系統(tǒng)的船舶煙筒內(nèi)，所述第一冷氣缸的缸內(nèi)頂端依次經(jīng)過所述第一冷卻器和所述第一回?zé)崞骱筮B通到所述第一加熱器的加熱介質(zhì)進(jìn)口，所述第一加熱器的加熱介質(zhì)出口經(jīng)過所述第二回?zé)崞鞯母邷鼗責(zé)崞?IlH)后連通到所述第一熱氣缸的缸內(nèi)頂端；
[0014]所述第二加熱器設(shè)置在所述船舶排煙系統(tǒng)的船舶煙筒內(nèi)，所述第二冷氣缸的缸內(nèi)頂端依次經(jīng)過所述第二冷卻器和所述第二回?zé)崞骱筮B通到所述第二加熱器的加熱介質(zhì)進(jìn)口，所述第二加熱器的加熱介質(zhì)出口經(jīng)過所述第一回?zé)崞鞯母邷鼗責(zé)崞?4H)后連通到所述第二熱氣缸的缸內(nèi)頂端；
[0015]所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔中的四個連桿分別通過四個曲柄傳動連接所述總曲軸，所述總曲軸上設(shè)有所述(23)飛輪；
[0016]所述工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)包括供給端和回收端，所述供給端連通到所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔的氣缸內(nèi)部頂端，所述回收端連通到所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔的氣缸內(nèi)部底部;
[0017]所述總曲軸與所述發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)動機傳動連接，所述啟動系統(tǒng)的動力輸出軸也與所述總曲軸傳動連接；
[0018]所述第一冷卻器、所述第二冷卻器、所述第一回?zé)崞髦械牡蜏鼗責(zé)崞骱退龅诙責(zé)崞髦械牡蜏鼗責(zé)崞髦芯O(shè)置有連通到所述冷卻水連通系統(tǒng)的冷卻裝置。
[0019]所述第一回?zé)崞髦械母邷鼗責(zé)崞?4H)和低溫回?zé)崞?4L)的回?zé)崞魈畛洳牧弦约八龅诙責(zé)崞髦械母邷鼗責(zé)崞?IlH)和低溫回?zé)崞?IlL)的回?zé)崞魈畛洳牧希鶠椴讳P鋼絲網(wǎng)式填充材料。
[0020]所述船舶煙筒為船舶上的主機、副機和輔鍋爐的排煙總管。
[0021]所述工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)內(nèi)的工作介質(zhì)為氦氣。
[0022]所述發(fā)電系統(tǒng)包括(34)增速器，(35)永磁發(fā)電機，(36)整流器，(37)濾波器，(38)逆變器，(39)可調(diào)變壓器，(40)ACB斷路器和(41)母線排。
[0023]所述第一斯特林發(fā)動機和所述第二斯特林發(fā)動機的相位差90°。
[0024]所述控制系統(tǒng)為PLC和GPU控制系統(tǒng)，所述PLC和GPU控制系統(tǒng)包括控制箱、S7-200、DEIF GPU控制器和同軸電纜。
[0025]本實用新型中所謂的加熱器，即高效廢熱吸收器；本實用新型所謂的膨脹腔，即熱氣缸；本實用新型所謂的壓縮腔，即冷氣缸。
[0026]本實用新型所謂的PLC,為可編程序控制器，即Programmable Logic Controller。所謂的GPU，為發(fā)電機并車單元，即Generator Parallel Unit。所謂的S7-200為西門子PLC型號。所謂的DEIF GPU控制器，即DEIF (丹弗)GPU控制器，
[0027]本實用新型的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機由7部分組成:A.船舶排煙系統(tǒng)，B.Π型斯特林發(fā)動機本體，C.氦氣系統(tǒng)，D.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，E.發(fā)電系統(tǒng)，F(xiàn).PLC和GPU控制系統(tǒng)，G.啟動系統(tǒng)。
[0028]Π型斯特林發(fā)動機本體由兩套熱活塞、膨脹缸、加熱器、回?zé)崞?、冷卻器、壓縮缸、冷活塞對置排列在船舶煙筒管的兩側(cè)。加熱器由多束熱管組成橫穿煙筒，排煙從管外流過，管內(nèi)是氦氣，熱管外部有肋片，增大換熱面積?；?zé)崞鞣指邷睾偷蜏?，高低溫回?zé)崞餮b有單向閥，氦氣只能單向流過。高溫回?zé)崞骺拷訜崞?，低溫回?zé)崞骺拷鋮s器由海水冷卻。膨脹缸、加熱器和高溫回?zé)崞魍饷姘^熱材料，低溫回?zé)崞?、冷卻器和壓縮缸外面不需包裹材料。曲拐箱內(nèi)有電加熱器和海水銅管冷卻器，確保曲拐箱內(nèi)滑油在40°C _60°C范圍，機帶滑油泵將滑油壓入連桿大端和小端摩擦副、曲軸支撐滑動軸承處。曲軸輸出端飛輪外齒與啟動馬達(dá)嚙合，達(dá)到30%額定轉(zhuǎn)速時兩者脫離。
[0029]Π型斯特林發(fā)動機本體與永磁發(fā)電機經(jīng)增速齒輪箱聯(lián)接，啟動時自動脫開，確保啟動成功，Π型斯特林發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定后合排，帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)。S7-200PLC控制氦氣系統(tǒng)的閥門和氦氣往復(fù)泵，控制充入或回收Π型斯特林發(fā)動機內(nèi)循環(huán)的氦氣量，從而控制Π型斯特林發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率。冷卻海水循環(huán)系統(tǒng)確保冷卻器、壓縮缸、低溫回?zé)崞鳛榈蜏貭顟B(tài)，防止曲拐箱內(nèi)滑油溫度太高。發(fā)電系統(tǒng)不需要調(diào)壓，先整流、濾波，再逆變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓和頻率60HZ或50Hz，可調(diào)變壓器控制輸出的電壓在規(guī)定的范圍。S7-200PLC和GPU控制ACB斷路器同步合閘、分閘。
[0030]本實用新型的有益效果可以總結(jié)如下:
[0031](I)、本實用新型針對實船獨特設(shè)計的Π型斯特林發(fā)動機，模塊化結(jié)構(gòu)，膨脹腔和熱活塞、壓縮腔和冷活塞均為垂直放置，它們的活塞桿連接在不同拐角的曲柄上。
[0032](2)、本實用新型的Π型斯特林發(fā)動機的熱活塞、膨脹缸、加熱器、回?zé)崞鳌⒗鋮s器、壓縮缸、冷活塞各有兩個，它們是并聯(lián)關(guān)系，四個活塞連桿分別連接到同一根曲軸上的四個不同拐角的曲柄上。
[0033](3)、本實用新型的Π型斯特林發(fā)動機的熱活塞、膨脹缸、加熱器與回?zé)崞鳌⒗鋮s器、壓縮缸、冷活塞對置設(shè)計安裝，它們組成一個整體，即第一斯特林機一側(cè)的熱氣缸與第二斯特林機一側(cè)的回?zé)崞骱屠錃飧自跓熗驳耐粋?cè)，而第一斯特林機另一側(cè)的回?zé)崞骱屠錃飧着c第二斯特林機另一側(cè)的熱氣缸在煙筒的另一同側(cè)。
[0034](5)、創(chuàng)新點⑴、⑵、(3)表明，本實用新型設(shè)計的Π型斯特林發(fā)動機不同于已有的α型、β型和Υ型斯特林發(fā)動機和雙作用斯特林發(fā)動機的結(jié)構(gòu)。[0035](6)、本實用新型的Π型斯特林發(fā)動機的高效廢熱吸收器安裝在船舶廢氣鍋爐后面，進(jìn)一步吸收船舶排煙熱量用于發(fā)電，減少船舶排煙導(dǎo)致的溫室效應(yīng)。
[0036](7)、本實用新型的Π型斯特林發(fā)動機設(shè)計了兩個并聯(lián)的帶單向閥的高低溫回?zé)崞?。?dāng)氦氣由冷氣缸往加熱器轉(zhuǎn)移時，高溫回?zé)崞鞴ぷ?；?dāng)氦氣由熱氣缸經(jīng)加熱器往冷氣缸轉(zhuǎn)移時，低溫回?zé)崞鞴ぷ?；PLC控制高低溫回?zé)崞髦挥幸粋€工作，提高了斯特林發(fā)動機的效率。
[0037](8)、本實用新型針對斯特林發(fā)電機組獨特設(shè)計了 S7-200PLC和DEIF GPU控制和監(jiān)測報警系統(tǒng)。
[0038](9)、本實用新型船舶廢熱利用斯特林發(fā)電技術(shù)不需外加燃燒室，也不消耗燃料，而是吸收船舶排煙這部分能量發(fā)電。針對船舶排煙廢熱利用獨特設(shè)計的斯特林發(fā)電系統(tǒng)尚未出現(xiàn)，本實用新型填補這一技術(shù)上的空白。
[0039](10)本實用新型的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益極大，具有重要現(xiàn)實意義和推廣價值:
[0040]石化燃料日漸耗竭，環(huán)境污染與氣候變暖問題日趨嚴(yán)重，節(jié)能減排已成為全社會的共同責(zé)任、高度關(guān)注的重點領(lǐng)域和國家的基本國策。船舶運輸是石油消費的重點行業(yè)，也是溫室效應(yīng)氣體(GHG)和大氣污染排放的重要來源之一。航運面臨著世界經(jīng)濟(jì)不景氣、環(huán)保節(jié)能減排規(guī)范、公約和燃油成本多重壓力，燃油成本已占運營成本的63%以上。因此，本實用新型的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機對船舶節(jié)能減排具有重要現(xiàn)實意義和推廣價值。
[0041]本實用新型的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機功率按50kw(功率大小取決于船舶主副機功率和排量大小)保守計算，主機運行期間可連續(xù)24h供電，船舶主機一年運行按6000h計算，則一年可為船舶提供30萬kwh，船舶發(fā)電組可節(jié)省燃油76噸/年，IF380燃油682$/T，則一年收益51832美元。50kWn型斯特林發(fā)電機功率初始投資120萬元，則3.7年回收成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機布置系統(tǒng)圖；
[0043]圖2船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)動機布置圖。
【具體實施方式】
[0044]為了使本實用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0045]如圖1和圖2所示的一種船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，包括船舶排煙系統(tǒng)、Π型斯特林發(fā)動機本體、工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和控制整個系統(tǒng)工作的控制系統(tǒng)；所述Π型斯特林發(fā)動機本體包括第一斯特林發(fā)動機本體、第二斯特林發(fā)動機本體、21總曲軸和23飛輪；所述第一斯特林發(fā)動機本體包括:3第一加熱器，4第一回?zé)崞鳎?第一海水管殼式冷卻器,6第一膨脹腔,7第一帶石墨活塞環(huán)的熱活塞,8第一壓縮腔，9第一帶石墨活塞環(huán)的冷活塞；所述第一回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞?H和低溫回?zé)崞?L組成；所述第二斯特林發(fā)動機本體包括:10第二加熱器，11第二回?zé)崞鳎?2第二海水管殼式冷卻器，13第二膨脹腔，14第二帶石墨活塞環(huán)的熱活塞，15第二壓縮腔，16第二帶石墨活塞環(huán)的冷活塞；所述第二回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞鱅lH和低溫回?zé)崞鱅lL組成；所述第一加熱器設(shè)置在所述船舶排煙系統(tǒng)的船舶煙筒內(nèi)，所述第一冷氣缸的缸內(nèi)頂端依次經(jīng)過所述第一冷卻器和所述第一回?zé)崞骱筮B通到所述第一加熱器的加熱介質(zhì)進(jìn)口，所述第一加熱器的加熱介質(zhì)出口經(jīng)過所述第二回?zé)崞鞯母邷鼗責(zé)崞鱅lH后連通到所述第一熱氣缸的缸內(nèi)頂端；所述第二加熱器設(shè)置在所述船舶排煙系統(tǒng)的船舶煙筒內(nèi)，所述第二冷氣缸的缸內(nèi)頂端依次經(jīng)過所述第二冷卻器和所述第二回?zé)崞骱筮B通到所述第二加熱器的加熱介質(zhì)進(jìn)口，所述第二加熱器的加熱介質(zhì)出口經(jīng)過所述第一回?zé)崞鞯母邷鼗責(zé)崞?H后連通到所述第二熱氣缸的缸內(nèi)頂端；所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔中的四個連桿分別通過四個曲柄傳動連接所述總曲軸，所述總曲軸上設(shè)有所述23飛輪；所述工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)包括供給端和回收端，所述供給端連通到所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔的氣缸內(nèi)部頂端，所述回收端連通到所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔的氣缸內(nèi)部底部；所述總曲軸與所述發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)動機傳動連接，所述啟動系統(tǒng)的動力輸出軸也與所述總曲軸傳動連接；所述第一冷卻器、所述第二冷卻器、所述第一回?zé)崞髦械牡蜏鼗責(zé)崞骱退龅诙責(zé)崞髦械牡蜏鼗責(zé)崞髦芯O(shè)置有連通到所述冷卻水連通系統(tǒng)的冷卻裝置。所述第一斯特林發(fā)動機和所述第二斯特林發(fā)動機的相位差90°。
[0046]在更加優(yōu)選的實施例中，所述第一回?zé)崞髦械母邷鼗責(zé)崞?H和低溫回?zé)崞?L的回?zé)崞魈畛洳牧弦约八龅诙責(zé)崞髦械母邷鼗責(zé)崞鱅lH和低溫回?zé)崞鱅lL的回?zé)崞魈畛洳牧希鶠椴讳P鋼絲網(wǎng)式填充材料。
[0047]在更加優(yōu)選的實施例中，所述船舶煙筒為船舶上的主機、副機和輔鍋爐的排煙總管。所述工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)內(nèi)的工作介質(zhì)為氦氣。
[0048]在更加優(yōu)選的實施例中，所述發(fā)電系統(tǒng)包括34增速器，35永磁發(fā)電機，36整流器，37濾波器，38逆變器，39可調(diào)變壓器，40ACB斷路器和41母線排。所述控制系統(tǒng)為PLC和GPU控制系統(tǒng)，所述PLC和GPU控制系統(tǒng)包括控制箱、S7-200、DEIF GPU控制器和同軸電纜。
[0049]在某個具體的實施例中:
[0050]本實用新型組成:
[0051]A、船舶排煙系統(tǒng)
[0052]I船舶排煙，2船舶煙筒，51主機排煙，52發(fā)電副機排煙，53輔鍋爐排煙，54廢氣鍋爐。
[0053]B、Π型斯特林發(fā)動機本體
[0054]第一斯特林發(fā)動機本體:3第一加熱器，4第一回?zé)崞?，每個回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞?H和低溫回?zé)崞?L組成，回?zé)崞魈畛洳牧蠟椴讳P鋼絲網(wǎng)式，5第一海水管殼式冷卻器，6第一膨脹腔,7第一帶石墨活塞環(huán)的熱活塞,8第一壓縮腔,9第一帶石墨活塞環(huán)的冷活塞。
[0055]第二斯特林發(fā)動機本體:10第二加熱器，11第二回?zé)崞?，每個回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞鱅lH和低溫回?zé)崞鱅lL組成，回?zé)崞魈畛洳牧蠟椴讳P鋼絲網(wǎng)式，12第二海水管殼式冷卻器，13第二膨脹腔，14第二帶石墨活塞環(huán)的熱活塞，15第二壓縮腔，16第二帶石墨活塞環(huán)的冷活塞。
[0056]17絕熱材料，18四個連桿，19四個活塞銷，20四個曲柄，21—根曲軸，22四個曲拐箱，23飛輪，24減震基座。
[0057]C、氦氣系統(tǒng)
[0058]25高壓氦氣瓶，26氦氣回收瓶，27兩臺電動氦氣往復(fù)泵，28兩個壓力表，29十個截止閥。
[0059]D、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
[0060]30兩臺電動海水泵，31進(jìn)、出口截止閥各兩個，32進(jìn)、出口壓力表各兩個，33海水管路，49海水，50船舶舷外。
[0061]E、發(fā)電系統(tǒng)
[0062]34增速器，35永磁發(fā)電機，36整流器，37濾波器，38逆變器，39可調(diào)變壓器，40ACB斷路器；41母線排。
[0063]F、PLC和GPU控制系統(tǒng)
[0064]42 控制箱，43S7-200PLC，44DEIF GPU 控制器，45 同軸電纜。
[0065]G、啟動系統(tǒng)
[0066]46串勵式直流電動機，47鉛酸蓄電池組，48動力電纜。
[0067]工作原理:
[0068]預(yù)充于吸熱器內(nèi)的氦氣吸收船舶排煙中的廢熱，氦氣吸熱后，在熱氣缸中膨脹做功，推動熱活塞運動。在氦氣壓縮過程中，氦氣壓縮熱由冷卻器傳給海水被散失到大海中，其工作原理可由下述4個過程詳細(xì)描述:
[0069](I)、等溫壓縮過程:壓縮腔中的冷活塞在下止點時，膨脹腔中的熱活塞在上止點。冷活塞由下止點向上止點運動，熱氣腔中的熱活塞在上止點保持不動。氦氣在冷氣缸內(nèi)被壓縮，壓力和溫度增大。由冷卻器的海水冷卻作用，冷氣缸內(nèi)溫度保持不變。該過程結(jié)束時，冷活塞到達(dá)一半行程，熱活塞處在上止點，此時，氦氣體積由最大變?yōu)樽钚　?br> [0070](2)、等容加熱過程:冷活塞由行程中點繼續(xù)往上止點運動，同時熱活塞由上止點開始向下止點運動，保持氦氣體積不變，氦氣通過回?zé)崞鬓D(zhuǎn)移到廢熱吸收器(加熱器)，吸收船舶排煙的熱量，溫度升高，并流入熱氣缸。由于氦氣溫度升高是在等容條件下實現(xiàn)的，所以氦氣壓力增大。該過程結(jié)束時，熱活塞到達(dá)一半行程，冷活塞到達(dá)上止點，此時,氦氣壓力和溫度都達(dá)到了最大值。
[0071](3)、等溫膨脹過程:熱活塞由行程中點繼續(xù)向下止點運動，冷活塞在上止點保持不動。氦氣體積變大，壓力降低，同時吸收廢熱吸收器傳遞的熱量，氦氣溫度保持不變。該過程結(jié)束時，熱活塞到達(dá)下止點，冷活塞處在上止點。該過程對外輸出動力。
[0072](4)、等容冷卻過程:熱活塞由下止點向上止點運動，同時，冷活塞由上止點向下止點運動。由于兩個活塞同時運動，保持氦氣體積不變。氦氣通過回?zé)崞鞣祷乩錃飧?。氦氣通過回?zé)崞鲿r，熱量從氦氣傳遞給回?zé)崞?，氦氣溫度降低流入冷氣缸。該過程結(jié)束時，熱活塞到達(dá)上止點，冷活塞到達(dá)下止點。此時，工質(zhì)溫度壓力達(dá)到最小。
[0073]第一斯特林發(fā)動機和第二斯特林發(fā)動機相位差90°。
[0074]操作過程:
[0075](I)、系統(tǒng)開始工作時,按控制箱的啟動按鈕,起動電機得電自動起動，帶動斯特林機曲軸旋轉(zhuǎn)，達(dá)到30%額定轉(zhuǎn)速后起動電機自動斷電退出工作。
[0076](2)、Π型斯特林發(fā)動機通過吸收船舶排煙熱量使氦氣膨脹作功，通過海水冷卻氦氣被壓縮，實現(xiàn)等溫壓縮一等容加熱一等溫膨脹一等容冷卻閉式循環(huán)，在飛輪慣性矩促進(jìn)下，保證Π型斯特林發(fā)動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。
[0077](3)、Π型斯特林發(fā)動機起動成功后，其輸出軸連接的增速器合排，帶動永磁發(fā)電機運轉(zhuǎn)。
[0078](4)、S7-200PLC和DEIF GPU監(jiān)控整個系統(tǒng)工作。
[0079]以上通過具體的和優(yōu)選的實施例詳細(xì)的描述了本實用新型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本實用新型并不局限于以上所述實施例，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:包括船舶排煙系統(tǒng)、Π型斯特林發(fā)動機本體、工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和控制整個系統(tǒng)工作的控制系統(tǒng)；所述Π型斯特林發(fā)動機本體包括第一斯特林發(fā)動機本體、第二斯特林發(fā)動機本體、總曲軸(21)和飛輪(23)； 所述第一斯特林發(fā)動機本體包括:第一加熱器(3),第一回?zé)崞?4),第一海水管殼式冷卻器(5)，第一膨脹腔(6)，第一帶石墨活塞環(huán)的熱活塞(7)，第一壓縮腔(8)，第一帶石墨活塞環(huán)的冷活塞(9);所述第一回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞?4H)和低溫回?zé)崞?4L)組成； 所述第二斯特林發(fā)動機本體包括:第二加熱器(10)，第二回?zé)崞?11)，第二海水管殼式冷卻器(12)，第二膨脹腔(13)，第二帶石墨活塞環(huán)的熱活塞(14)，第二壓縮腔(15)，第二帶石墨活塞環(huán)的冷活塞(16);所述第二回?zé)崞饔蓛蓚€并聯(lián)的帶單向閥的高溫回?zé)崞?IlH)和低溫回?zé)崞?IlL)組成； 所述第一加熱器設(shè)置在所述船舶排煙系統(tǒng)的船舶煙筒內(nèi)，所述第一冷氣缸的缸內(nèi)頂端依次經(jīng)過所述第一冷卻器和所述第一回?zé)崞骱筮B通到所述第一加熱器的加熱介質(zhì)進(jìn)口，所述第一加熱器的加熱介質(zhì)出口經(jīng)過所述第二回?zé)崞鞯母邷鼗責(zé)崞?IlH)后連通到所述第一熱氣缸的缸內(nèi)頂端； 所述第二加熱器設(shè)置在所述船舶排煙系統(tǒng)的船舶煙筒內(nèi)，所述第二冷氣缸的缸內(nèi)頂端依次經(jīng)過所述第二冷卻器和所述第二回?zé)崞骱筮B通到所述第二加熱器的加熱介質(zhì)進(jìn)口，所述第二加熱器的加熱介質(zhì)出口經(jīng)過所述第一回?zé)崞鞯母邷鼗責(zé)崞?4H)后連通到所述第二熱氣缸的缸內(nèi)頂端； 所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔中的四個連桿分別通過四個曲柄傳動連接所述總曲軸，所述總曲軸上設(shè)有所述飛輪(23)； 所述工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)包括供給端和回收端，所述供給端連通到所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔的氣缸內(nèi)部頂端，所述回收端連通到所述第一膨脹腔、所述第一壓縮腔、所述第二膨脹腔和所述第二壓縮腔的氣缸內(nèi)部底部; 所述總曲軸與所述發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)動機傳動連接，所述啟動系統(tǒng)的動力輸出軸也與所述總曲軸傳動連接； 所述第一冷卻器、所述第二冷卻器、所述第一回?zé)崞髦械牡蜏鼗責(zé)崞骱退龅诙責(zé)崞髦械牡蜏鼗責(zé)崞髦芯O(shè)置有連通到所述冷卻水連通系統(tǒng)的冷卻裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述第一回?zé)崞髦械母邷鼗責(zé)崞?4H)和低溫回?zé)崞?4L)的回?zé)崞魈畛洳牧弦约八龅诙責(zé)崞髦械母邷鼗責(zé)崞?IlH)和低溫回?zé)崞?IlL)的回?zé)崞魈畛洳牧希鶠椴讳P鋼絲網(wǎng)式填充材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述船舶煙筒為船舶上的主機、副機和輔鍋爐的排煙總管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述工作介質(zhì)供給回收系統(tǒng)內(nèi)的工作介質(zhì)為氦氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)電系統(tǒng)包括增速器(34)，永磁發(fā)電機(35)，整流器(36)，濾波器(37)，逆變器(38)，可調(diào)變壓器(39)，ACB斷路器(40)和母線排(41)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述第一斯特林發(fā)動機和所述第二斯特林發(fā)動機的相位差90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶廢熱利用Π型斯特林發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)為PLC和GPU控制系統(tǒng)，所述PLC和GPU控制系統(tǒng)包括控制箱、S7_200、DEIF GPU控制器和同軸 電纜。
【文檔編號】F02G1/043GK203822484SQ201420031149
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張桂臣, 孫增華, 臧緒運 申請人:上海冠圖防雷科技有限公司