СУДОВОЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

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.