一种利用热能发电和储能协同为船舶照明供电的方法
阅读说明：本技术 一种利用热能发电和储能协同为船舶照明供电的方法 (Method for supplying power for ship lighting by utilizing cooperation of heat energy power generation and energy storage ) 是由 孙超 朱志宇 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：一种利用热能发电和储能协同为船舶照明供电的方法,实现船舶机舱内余热的收集利用和提高蓄电池的工作时间和寿命。包括：使用热管余热回收系统收集船舶机舱内的热能；使用螺杆膨胀动力机发电热力系统实现热能到电能的转换；使用控制模块一选择电流通过的支路；对于支路一,电流经稳压器、逆变器、控制模块二后有选择性的对一定数量的LED供电；对于支路二,蓄电池经控制模块三后对剩余数量的LED供电。该系统能够收集利用船舶机舱内热能,同时减少船舶机舱内的排热设备的花费使用,可以简单、有效地实现对热的处理和再利用；同时优化了蓄电池的工作质量。(A method for supplying power to ship illumination by utilizing heat energy to generate power and store energy cooperatively realizes the collection and utilization of waste heat in a ship engine room and improves the working time and the service life of a storage battery. The method comprises the following steps: collecting heat energy in a ship engine room by using a heat pipe waste heat recovery system; the screw expansion power machine is used for generating electricity and a thermodynamic system to realize the conversion from heat energy to electric energy; selecting a branch through which current passes by using a control module I; for the first branch, the current selectively supplies power to a certain number of LEDs after passing through the voltage stabilizer, the inverter and the second control module; and for the branch II, the storage battery supplies power to the rest number of LEDs after passing through the control module III. The system can collect and utilize heat energy in the ship engine room, simultaneously reduces the cost of heat extraction equipment in the ship engine room, and can simply and effectively realize heat treatment and reutilization; and simultaneously, the working quality of the storage battery is optimized.)
技术领域
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种利用热能发电和储能协同为船舶照明供电的方法。
背景技术
泽贝克效应，当材料两端产生温差时，材料热端会形成较多的空穴，基于空穴浓度差，载流子向冷端移动并在此堆积，从而在冷热两端形成稳定的温差电动势V。
热泵技术，热由高温物体传递到低温物体，热泵可以将低温物体中的热能传送高温物体中,然后高温物体来加热水或采暖。余热回收技术就是通过驱动热泵,将低温热源的热量传递到高温热源。
热管技术，热流体经过热管的下部，冷流体经过热管上部，中间由隔板或绝热材料将二者分开。此时，热管内部将开始相变传热过程。加热段的工质吸收汽化潜热被沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽。在管内一定压差的作用下，产生的蒸汽流动到冷却段，蒸汽遇到冷的壁面会同时放出汽化潜热，通过管壁传给外面的冷源。冷凝下来的液体依靠重力来帮助凝液回流到加热段，重新开始蒸发吸热过程，通过管内介质的连续相变，完成热量的连续转移。
稳压器可以将一定范围内电压变化的电流输出成电压恒定的电流，很大程度上减少双电源网络中电压波动带来的影响，使得热发电可以在一定程度上直接应用到电力网络中，从而减少电流输入输出蓄电池所造成的的损耗。
发明内容
本发明提供了一种利用热能发电和储能协同为船舶照明供电的方法，利用船舶机舱内热能发电和船舶储能蓄电池发电协同为船舶照明供电，以解决现有的船舶机舱内余热处理和再利用的问题，以确保机舱内设备工作时产生的热量被处理，从而使得设备和工作人员工作在非高温环境中，同时热能发电也为蓄电池进行充电，提高了蓄电池的工作时间；热能发电和蓄电池发电同时为照明系统供电，减轻了蓄电池的负荷，提高了蓄电池的工作寿命：热能发电输出的低压电流接入蓄电池作为备用，经稳压器输出的恒压电流直连设备使用，相比较于将任意大小的电流全部接入蓄电池中，减少了蓄电池充电用电的损耗，提高了电能的使用功率。
一种利用热能发电和储能协同为船舶照明供电的方法，包括如下步骤：
步骤1，安装并使用热管余热回收系统收集船舶机舱内的热能；
步骤2，使用螺杆膨胀动力机发电热力系统实现热能到电能的转换，产生的电流接入到控制模块一；
步骤3，控制模块一将电压大小处于稳压器稳压范围Umin和Umax之之间的电流输入到稳压器所在的支路一中，控制模块一将电压大小小于Umin的电流输入到蓄电池所在支路二中；
步骤4，支路一中的电流经过稳压器、整流器后，接入到控制模块二；
步骤5，控制模块二控制连接着支路一和LED灯的隔离开关的闭合；
步骤6，支路二中的电流经整流器后输入到蓄电池中，蓄电池输出的电流接入控制模块三；
步骤7，除已经被控制模块二控制关闭的隔离开关对应的LED灯，剩余的LED灯和支路二之间的隔离开关被控制模块三控制关闭。
进一步地，步骤1中，所述热管余热回收系统设置在船舱中。
进一步地，步骤1中，船舱加装隔热材料的屏障以减少热能的流失。
进一步地，步骤3中，稳压器稳压范围的确定方式为，首先得出螺杆膨胀动力机发电热力系统最大可能输出电压U1大小；寻找到热能最大时热能Q1的大小数值，得出此时对应的螺杆膨胀动力机发电热力系统最大输出电压U1；船舶机舱内热能Q0与螺杆膨胀动力机发电热力系统输出电压U0大小正相关，同时Q0的大小与船舶机舱内机器运行功率大小P0具有正相关变化关系，即寻找到船舶机舱内机器运行功率最大时功率P1的大小数值，得出此时对应的螺杆膨胀动力机发电热力系统最大输出电压U1。
进一步地，步骤3中，对于船舶机舱内机器运行功率最大时功率P1的大小数值，得出此时对应的螺杆膨胀动力机发电热力系统最大输出电压U1之间关系，首先，通过实验测量得出船舶机舱内热能与船舶机舱内机器运行功率大小之间的函数关系，进一步得到船舶机舱内热能与发电热力系统输出电压之间的函数关系，则获得船舶机舱内机器最大运行功率P1对应的发电热力系统最大输出电压U1的数值。
进一步地，步骤3中，对于稳压器的稳压范围Umin和Umax的数值，要求Umax≥U1，同时稳压器的输出电压Un与蓄电池的额定输出电压相等，Un保持恒定不变，最后根据稳压器的规格得到Umin的数值。
进一步地，步骤3中，控制模块一装有电压测量装置，电压测量装置得到螺杆膨胀动力机发电热力系统的输出电压大小Ua，比较模块比较Ua和Umin的大小，若Ua≤Umin则控制模块一使得换能器的输出电流输入到蓄电池所在支路二中，若Ua＞Umin且Ua≤Umax一定满足，所以螺杆膨胀动力机发电热力系统输出电压处于稳压器稳压范围Umin和Umax之间，控制模块一将螺杆膨胀动力机发电热力系统输出电流输入到稳压器所在的支路一中。
进一步地，步骤5中，控制模块二装有电流测量装置，电流测量装置得到输入到支路一上的电流大小I1，每一台LED灯的额定电流为In，依据INT(I1÷In)计算得到支路一上的电流I1供给LED灯的最大个数M，接着控制模块控制M组连接着支路一和LED灯的隔离开关的闭合。
进一步地，步骤5和7中，每一台LED灯分别和支路一支路二之间连接着一个隔离开关，通常隔离开关处于开断状态。
进一步地，i号LED灯与支路一之间连接着的隔离开关记作Si，与支路二之间连接着的隔离开关记作Si'，控制模块三与控制模块二之间具有逻辑联系，若控制模块二对隔离开关Si没有进行关合控制，控制模块三则会对对应的隔离开关Si'进行关合控制，若控制模块二关合了M组隔离开关，对应的隔离开关为S1 S2......Sm，控制模块三则会关合(N-M)组隔离开关，对应的隔离开关为Sm+1’Sm+2’......Sn’。
本发明达到的有益效果：
1.利用船舶机舱内机器运作产生的余热实现发电，很好地变废为宝。
2.利用船舶机舱内产生的余热实现热电转换，很好地解决了船舶机舱内高温问题，同时减少了排热设备的投资。
3.热能发电和蓄电池发电协同为船舶照明供电，减轻了蓄电池的工作负荷，同时热能发电也可以在一定范围内对蓄电池进行充电，使得供电更加灵活高效。
4.恒压电流直连负荷使用和低压电流接入蓄电池使用，相比较于将任意大小的电流全部接入蓄电池中作为备用，减少了蓄电池充电用电的损耗，提高了电能的使用功率。
5.当发电热力系统输出的电流流入支路一，则由支路一的输出电流和支路二中的蓄电池协同对负荷供电，支路一中电流经稳压器输出电压与支路二中蓄电池输出电流电压相同；当换能器输出的电流流入支路二，则全部由支路二中的蓄电池对负荷供电，且蓄电池输出的电流电压稳定，所以这种热发电和蓄电池发电协同供电的系统很大程度上消除了双电源供电存在的电压波动造成的影响，提高了热发电直接用于供电系统中的供电质量。
附图说明
图1为本发明实施例中泽贝克实验示意图。
图2为本发明实施例中一种典型的热管余热回收系统示意图。
图3为本发明实施例中一种热电转换元件能量转换过程示意图。
图4为本发明实施例中一种螺杆膨胀动力机发电热力系统原理图。
图5为本发明实施例中一种利用热能发电和蓄电池协同为船舶照明供电的系统框图。
图6为本发明实施例中一种热能发电和蓄电池发电协同供电的系统运行示意图。
图7为本发明实施例中控制模块一运行流程图。
图8为本发明实施例中控制模块二运行流程图。
图9为本发明实施例中控制模块三运行流程图。
具体实施方式
本发明热电转换的方法适用基于使用结合热管的朗肯循环余热回收系统，利用大型船舶的热能发电和蓄电池发电协同为船舶照明供电的方法。参照图1的泽贝克效应示意图以及图2中的闭式朗肯循环原理图，可以看出船舶机舱内存在的热能可以回收并利用其发电。
基于此，本发明实施例中提出一种利用船舶机舱内热能发电和船舶储能蓄电池发电协同为船舶照明供电的方法，包括如下步骤：
首先，在船舶机舱内壁处加装隔热材料的隔热屏障，减少热能的流失，并在船舶机舱内安装热管余热回收系统和螺杆膨胀动力机发电热力系统。
本发明实施例中采用海水作为郎肯循环中稳定的冷端，通过泽贝克效应实现热能到电能的转换；利用结合热管的闭式朗肯循环余热回收系统对船舶机舱内的热能进行收集，利用螺杆膨胀动力机发电热力系统对船舶机舱内的热能进行换能，利用船舶机舱内热能实现热电转换的供电和蓄电的目的；利用控制模块一决定发电热力系统输出电流的走向；利用稳压器、整流器对支路一中的电流进行处理，使得支路一的输出电流是电压大小与蓄电池额定输出电压大小相等的直流电；利用控制模块二、控制模块三对支路一与支路二进行负荷分配。
稳压器稳压范围的确定方式为，首先得出螺杆膨胀动力机发电热力系统最大可能输出电压U1大小；使用热能测量装置测量在一星期内船舶机舱的热能大小情况并做出预测在一年内船舶机舱的热能大小情况，并寻找到热能最大时热能Q1的大小数值，然后得出此时对应的螺杆膨胀动力机发电热力系统最大输出电压U1；船舶机舱内热能Q0与螺杆膨胀动力机发电热力系统输出电压U0大小正相关，同时Q0的大小与船舶机舱内机器运行功率大小P0具有正相关变化关系，即寻找到船舶机舱内机器运行功率最大时功率P1的大小数值，得出此时对应的螺杆膨胀动力机发电热力系统最大输出电压U1。
确定稳压器的稳压范围Umin和Umax的数值，要求Umax≥U1，同时稳压器的输出电压Un为蓄电池的额定输出电压恒定不变，最后根据稳压器的规格得到Umin的数值。
当控制模块一上绑定的电压测量装置显示螺杆膨胀动力机发电热力系统的输出电压的能量数值大于Umin时，控制模块一将控制螺杆膨胀动力机发电热力系统与支路一之间的隔离开关的闭合同时螺杆膨胀动力机发电热力系统与支路二之间的隔离开关保持开断状态，即隔离开关切换到图示6中接触点a的位置；螺杆膨胀动力机发电热力系统的输出电流经过支路一上的稳压器和整流器，产生电压大小与蓄电池额定输出电压Un大小相等的直流电。
控制模块二配置的电流测量装置会测量支路一经稳压器和整流器后输出的电流的大小I1，同时每一台LED灯的额定电流为In，控制模块二配置的计算模块依据公式INT(I1÷In)计算得到支路一上的电流I1可以供给LED灯的最大个数M，接着控制模块控制M组连接着支路一和LED灯的隔离开关的闭合，即M台LED灯由支路一供电，对应的隔离开关记为S1S2......Sm。
然后控制模块三反应动作，除已经被控制模块二控制关闭的隔离开关对应的LED灯，控制所有剩余的LED灯和支路二之间的隔离开关被控制模块三关闭，即剩余的(N-M)台LED灯由蓄电池供电，对应的隔离开关记为Sm+1’Sm+2’......Sn’。
当控制模块一上绑定的电压测量装置显示换能器的输出电压的能量数值小于Umin时，控制模块一将产生的电压大小小于Umin的电流输入到蓄电池所在支路二中，即隔离开关切换到图示6中接触点b的位置，此时支路一由于没有电流通过，支路一不参与LED灯的供电，即N台LED灯完全由蓄电池所在的支路二供电，此时连接支路一与LED灯的隔离开关全部开断，连接支路二与LED灯的隔离开关全部关合，同时热发电产生的低于电压Umin的电流为蓄电池供电。
热电转换产生的电流作为交流电不可以直接存储于蓄电池中，换能器输出电流经整流器变为直流再接入蓄电池。经整流装置输出的直流电输入到蓄电池中，对电池充电。同时蓄电池输出恒压电流为船舶照明系统供电。
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。