RU92247U1

RU92247U1 - SHIP THERMOELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU92247U1
Application number: RU2009145390/22U
Authority: RU
Inventors: Виталий Никифорович Тимофеев
Original assignee: Виталий Никифорович Тимофеев
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2010-03-10

Abstract

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.A marine thermoelectric generator comprising an exhaust pipeline, a thermoelectric generator, a control unit, a waste heat boiler, characterized in that said thermoelectric generator comprises a "hot" heat exchanger connected to hot junctions and is connected to the heat carrier of the waste heat boiler with the ability to regulate the temperature of the hot junctions of the thermoelectric generator modules; a "cold" heat exchanger connected to the cold junctions and is connected to the cooling system of the internal circuit of the diesel engine with the ability to regulate the temperature of the cold junctions of the thermoelectric modules.

Description

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована судовыми дизельными установками.The utility model relates to the electric power industry and can be used by marine diesel engines.

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.It is known "Device for controlling the temperature of the engine coolant with a turbocompressor having a gas exhaust pipe" [1]. This device has an exhaust pipe, a thermoelectric generator mounted on the exhaust pipe and a power source. During the operation of the internal combustion engine, the thermoelectric generator generates electricity, which enters the power supply unit, and from there it is sent to consumers. The main disadvantage of this device is that in the proposed thermoelectric generator (TEG) there is no heat removal from cold junctions of thermoelectric elements, as a result of this, the required temperature difference cannot be created in TEG between hot and cold junctions of thermoelements.

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.The closest technical solution is "Device for the exhaust gas recirculation of marine diesel" [2]. The device contains a thermoelectric generator mounted on the exhaust pipe of the diesel engine, the hot junctions of which are interfaced with the exhaust pipe, and the cold junctions are connected through a heat exchanger to an overboard water cooling system. In TEG, the main element is the thermoelectric module (TEGM). Modern thermoelectric generator modules, producing in Russia, have mainly the temperature of hot junctions from 200 to 300ºC, and the temperature of the exhaust gases in modern marine diesels is 400-450ºC. Therefore, the thermoelectric modules installed in the TEG on the exhaust pipe according to [2] during heat exchange can melt and therefore require the installation of a control device. In addition, during operation in the TEG, the specified temperature difference between the hot and cold junctions of the thermoelectric modules must be maintained. The design provided in [2] cannot maintain a given temperature difference between hot and cold junctions of a thermoelectric module. These shortcomings require the improvement of thermoelectric generators.

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.The inventive utility model solves the problem of temperature control, both on hot junctions and on cold junctions of thermoelectric modules, as a result of which the specified optimal temperatures in the TEG are ensured.

Техническим результатом при этом является поддержание оптимального температурного режима в термогенераторном модуле, что предостерегает эксплуатацию термогенераторных модулей при температурах выше заданного значения.The technical result in this case is the maintenance of the optimum temperature regime in the thermogenerator module, which warns the operation of thermogenerator modules at temperatures above a predetermined value.

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.The technical result is achieved in that in a thermoelectric generator containing an exhaust pipe, a thermoelectric generator, a control unit, a recovery boiler, said thermoelectric generator contains a “hot” heat exchanger connected to the hot junctions and connected to the heat carrier of the recovery boiler with the possibility of controlling the temperature of the hot junctions thermoelectric generator modules; A “cold” heat exchanger connected to cold junctions and connected to a cooling system of the internal circuit of a diesel engine with the ability to control the temperature of cold junctions of thermoelectric modules.

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.Figure 1 presents a diagram of a thermoelectric generator 2 mounted on the exhaust pipe of a diesel 1. Thermoelectric generator 2 contains an exhaust pipe 3; thermoelectric generator modules (TEGM) 4; “Hot” heat exchanger 5; “Cold” heat exchanger 6; temperature sensor cold junctions 7; temperature sensor hot junctions 8; electronic temperature controller 9; electronic valve 10; temperature controller 11; refrigerator 12; circulation pump 13; recovery boiler 14: electric pump 15; collection tank 16; distribution tank 17; control unit 18; comparison unit 19; setter 20; power supply 21; channels: to water heat exchangers 22, air heaters 23, fuel 24, oil 25, temperature control of hot junctions 26; waste channels: water heating 27, air heater 28, fuel 29, oil 30, hot junctions 31; a cooling water supply channel to cold junctions 32, cooling system channels 33, 34, 35, 36, 37; signal feed channels 38, 39, 40, 41, 42; power supply channels 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.The main elements of a thermoelectric generator are exhaust pipe 3 with exhaust gases, thermoelectric generator modules 4, a “hot” heat exchanger 5, a “cold” heat exchanger 6, temperature sensors: cold junctions 7 and hot junctions 8. To control the temperature of hot junctions, the heat carrier from the recovery boiler is used 14, and for cold junctions - the cooling system of the main marine diesel 1. The hot water heated in the recovery boiler to 75-85ºC enters the distribution tank 17, and from there through channel 26 it enters the “hot” heat exchanger 5, passes through its drilling, as a result of heat exchange of the recovery heat carrier with the “hot” heat exchanger 5, its temperature and hot junctions of the thermoelectric module are brought to the set value. The amount of coolant supplied is controlled by an electronic valve 10, and the temperature of the heat exchanger is controlled by a temperature sensor 8. The temperature of the cold junctions is controlled by the cooling water of the main diesel engine cooling system 1. The amount of cooling water supplied to the cooling system to the “cold” heat exchanger 6 is controlled by the electronic temperature regulator 9, and the temperature of the heat exchanger 6 and cold junctions is controlled by a temperature sensor 7. The setter 19 is used to set a preset value of the temperature difference between the cold single and hot junctions TEGM 4. Thermostat 11 installed in the cooling system can be either mechanical or electronic. The design of the electronic valve 10 is arranged so that its valve, when turned off, passes a small amount of coolant from the distribution tank 17 into the “hot” heat exchanger 5, as a result of which the required heat exchange occurs between the “hot” heat exchanger 5 and the hot junctions of the TEGM 4 in variable modes diesel work.

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.The recovery boiler 14. mounted on the exhaust pipe of the diesel engine I includes an electric pump 15, a collection tank 16, a distribution tank 17, an electronic valve 10. During operation of the recovery boiler, the coolant circulates through these positions, i.e. water. After heating in the recovery boiler, the coolant enters the distribution tank 17, and from there, through channels 22, 23, 24, 25, the warm coolant is sent to the maintenance of the diesel installation systems and the crew’s domestic needs, and through channel 26 to the electronic valve 10. The spent coolant of the recovery boiler 14 through channels 27, 28, 29, 30 it returns to the collection tank 16, here, along the channel 31, a coolant with a high temperature enters, where as a result of mixing and heat transfer in the collection tank 16, the temperature of the coolant increases and, for example, buried in the recovery boiler 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.The diesel cooling system includes a temperature controller 11, a refrigerator 12, a pump 13, an electronic temperature controller 9 and channels of the cooling system 33, 34, 35, 36, 37 through which cooling water circulates. During operation, the temperature controller 9 distributes the required amount of cooling water flow to the “cold” heat exchanger 6. and the other part of the water is sent through channel 33 to channel 34. In the “cold” heat exchanger 6, as a result of heat exchange with cooling water, the cold junctions of TEGM 4 are cooled, from there the flow of cooling water in the channel 34 is mixed with the fluid flow of the channel 33 and enters the thermostat 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.The proposed ship thermoelectric generator 2 operates as follows. After starting the diesel engine, thermoelectric generator 2 starts to work. In this case, the set temperature of the heat exchangers 5 and 6 is controlled by the reduced device. In the comparison unit 19, channels 38, 39 receive signals from temperature sensors 7, 8 and the setter 20. After processing these signals, the error signal from channel 40 is supplied to the control unit 18, which, by supplying electricity through channel 43, drives the temperature controller 9 , and channel 44 - an electronic valve 10. The required amount of coolant is supplied to the “hot” heat exchangers 5, the “cold” heat exchanger 6 and the temperature is controlled both on hot junctions and on cold junctions of thermoelectric generator modes hive 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.When the proposed device is used on hot junctions TEGM 4, heat is absorbed from the exhaust gas, and heat is removed from the cold side with cooling water minus the electricity received at the external load. At the external load, the TEG creates a voltage equal to the emf, minus the voltage drop and internal resistance, the electric power through channel 46 is supplied to the consumer.

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.Thus, the TEG installed on the exhaust pipe of the diesel engine allows you to maintain a given temperature difference between the junctions of the TEGM and get cheap electricity, which will help to solve the problem of increasing the efficiency of the marine diesel installation.

Источники информацииInformation sources

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 20.03.95.1. Patent 2031216 Russia, MKI F01P 7/14. Device for regulating the temperature of the engine coolant / V.N. Timofeev, E.A. Kiselev, E.V. Krotov and others (Russia); Publ. in BI 03.20.95.

2. Патент на п/м №69925. Россия, МПК F01G 5/00, F01К 15/04. Устройство для рециркуляции отработавших газов судового дизеля. Опубл. в БИ 10.01.08.2. Patent p / m No. 69925. Russia, IPC F01G 5/00, F01K 15/04. Device for exhaust gas recirculation of marine diesel. Publ. in the BI 10.01.08.

Claims

A ship thermoelectric generator comprising an exhaust pipe, a thermoelectric generator, a control unit, a recovery boiler, characterized in that said thermoelectric generator contains a “hot” heat exchanger connected to the hot junctions and is connected to the heat carrier of the recovery boiler with the possibility of controlling the temperature of the hot junctions of the thermoelectric generator modules ; A “cold” heat exchanger connected to cold junctions and connected to a cooling system of the internal circuit of a diesel engine with the ability to control the temperature of cold junctions of thermoelectric modules.