[发明专利]一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法，包括柴油机进气子系统、柴油机冷却子系统、废气流路、TEG子系统、ORC子系统、海水冷却子系统和电控中心；废气流路与柴油机冷却子系统之间布置有温差发电机以此构成TEG子系统，通过两者之间温差发电；ORC子系统与废气流路通过ORC蒸发器进行热量交换；ORC子系统通过热力循环将热能转换为与膨胀机同轴相连的发电机发出的电能；海水冷却子系统用来最终冷凝ORC工质与柴油机冷却液；所述电控中心为柴油机ECU一部分，用来控制驱动循环。本发明充分利用了柴油机废气余热及废气与冷却液之间的温差，将其回收转换为电能，用于船舶其他用电设备，进一步提高了柴油能量转换效率。

技术领域

本发明涉及能源领域，尤其涉及内燃机的余热回收领域，特别是一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法。

技术背景

随着经济全球化的进一步深化，大量的国际贸易使得船舶运输行业加速发展，又由于目前没有找到合适的在功率密度、成本以及经济性方面的可替代动力源，柴油机仍是航运不可替代的机器。然而，由于在能量转换过程中的不可逆性，船用柴油机的效率只有48％-51％，其余的能量均以排气与冷却水等热能的形式耗散在大气中，造成了能源的浪费。

因此，各种先进燃烧技术被用来实现柴油机更佳的燃油经济性能，但随着这些技术已经达到成熟阶段，使用这些方法寻求进一步改进变得越来越困难。提高整体能效的一种有价值的替代方法是捕获和回收余热。船用柴油机，特别是大吨位船用柴油机长时间以恒定速度运行，即在船上可以更好地实现余热的回收利用。

现有的余热回收技术主要有涡轮增压技术、温差发电技术、有机朗肯循环、卡琳娜循环、余热制冷技术、海水淡化技术以及多种以上技术综合使用的联合循环技术等，但这些技术都存在热源能量利用不充分的缺点。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法，能够进一步利用船用柴油机余热，提高船用柴油机净输出功率和系统效率。

本发明首先公开了一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统，包括柴油机进气子系统、柴油机冷却子系统、废气流路、TEG子系统、ORC子系统、海水冷却子系统和电控中心。

所述柴油机冷却子系统为柴油机冷却液冷却回路，其包括：冷却液泵，连通上游的冷却液储液罐，由外部的柴油机前端皮带轮通过带传动连接驱动；TEG冷端热交换板，设置在冷却液泵的下游，与所述废气流路的TEG热端热交换板通过温差发电机组合构成所述TEG子系统；ORC预热器，设置在TEG冷端热交换板下游，冷却液在此与所述ORC子系统的ORC工质进行直接热交换；冷却液冷凝器，设置在ORC预热器下游、冷却液储液罐上游，冷却液在此与所述海水冷却子系统的海水进行直接热交换。

所述废气流路为柴油机废气排放路径，柴油机废气依次经过增压涡轮、TEG热端热交换板、ORC蒸发器后排放入大气。

所述TEG子系统由温差发电机、所述柴油机冷却子系统的TEG冷端热交换板以及所述废气流路的TEG热端热交换板组合构成。

所述ORC子系统为有机朗肯循环回路，其包括：ORC工质泵，其为变频泵，连通上游的ORC工质储液罐，与电控中心通信连接；ORC预热器，设置在ORC工质泵下游，ORC工质在此与所述柴油机冷却子系统的冷却液进行直接热交换；ORC蒸发器，设置在ORC预热器下游，ORC工质在此与所述废气流路的废气进行直接热交换；ORC膨胀机，设置在ORC蒸发器下游，ORC膨胀机与发电机同轴相连；ORC工质冷凝器，设置在ORC膨胀机下游、ORC工质储液罐上游，ORC工质在此与所述海水冷却子系统的海水进行直接热交换。