CN110057225A - 余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及余热回收利用技术领域，公开了一种余热利用系统，包括用于驱动热交换介质循环的泵组件，还包括吸热组件、斯特林电机、换热器和储液组件，泵组件、吸热组件、斯特林电机、换热器和储液组件依次连通且构成循环回路，吸热组件包括用于放置高温工件的腔以及供热交换介质流通的通道，斯特林发电机的吸热端设有供热交换介质流动的储液容器。本发明结构简单，可对余热进行回收利用。

Description

余热利用系统

技术领域

本发明涉及余热回收利用技术领域，具体涉及一种余热利用系统。

背景技术

余热是指生产过程中由各种热能转换设备、用能设备、化学反应设备及生产的高温工件产生而未被利用的热能。在纺织印染、电镀加工、化工制药、印刷烘干、煤泥烘干、铸造、电解铝生产等工业领域存在大量需要回收利用的余热。如果通过回收可以充分利用这部分能量，将极大地减少工业能源损耗。同时余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。

基于上述问题，我司对余热利用展开了研究，以通过利用余热来进行发电、加热水、生产说蒸汽等，以提高余热利用率，减少能源浪费。

发明内容

本发明意在提供一种余热利用系统，以达到余热的回收利用，提高余热利用率的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种余热利用系统，包括用于驱动热交换介质循环的泵组件，还包括吸热组件、斯特林电机、换热器和储液组件，泵组件、吸热组件、斯特林电机、换热器和储液组件依次连通且构成循环回路，吸热组件包括用于放置高温工件的腔以及供热交换介质流通的通道，斯特林发电机的吸热端设有供热交换介质流动的储液容器。

本发明的原理以及有益效果：

本方案中，可以将电解铝残极等异形结构的高温工件放置于本申请的吸热组件内进行包裹，降低热能散失，然后通过泵组件将换热介质向吸热组件输送，换热介质在吸热组件内对高温工件进行换热，再通过次泵组件将带有高温的换热介质输送到斯特林电机，通过斯特林发电机利用换热介质内的高温进行发电工作，热交换介质温度降低过后，还会流经换热器，通过换热器来对水加热、产生水蒸汽等工作，如此达到二次利用的目的。

与传统的换热器相比，现有的换热器仅能对水进行加热，并且对高温工件的余热的利用温度仅在100℃左右，而本方案通过斯特林电机可在400℃以上，余热利用率高于现有的换热器，同时与换热器进行配合，对热交换介质内的余热进行二次利用，如此余热的利用率提高。

进一步，所述斯特林电机与吸热组件之间连通有辅热组件，辅热组件与吸热组件之间设置有温敏传感器，温敏传感器与辅热组件电连接，辅热组件电连接有控制器，温敏传感器与控制器电连接，控制器控制辅热组件的启闭。

有益效果：经过换热，吸热组件内的高温工件的温度会逐渐降低，从而导致换热介质的温度降低，换热介质的温度难以使得斯特林电机工作。当温敏传感器检测到温度降低至斯特林电机的工作温度以下时，温敏传感器会向辅热组件发送工作信号，辅热组件会对换热介质进行加热，使得换热介质的温度提升至斯特林电机的工作温度。

进一步，所述吸热组件包括外筒和设置在外筒内的内筒，内筒与外筒之间设置有供热交换介质流动的通道。

有益效果：通过双层筒的设置，可以使得换热介质在空腔内流通，且使得换热介质靠近需要换热的高温工件，如此使得换热效率提高。

进一步，所述泵组件包括机械泵，机械泵上设置有加热组件。

有益效果：换热介质的温度过低时，不便于流动。通过加热组件将换热介质的温度升高，以便于换热介质在余热利用系统中循环。

进一步，所述吸热组件顶部设有盖合吸热筒的顶盖，顶盖的底部中心处呈倒锥形的凸起，顶盖内设有空腔。

有益效果：由于热气流在沿着凸起外周流动的过程中，部分热量经顶盖与外界空气交换，因此导热单元的设置能够提高热气流向内筒的筒壁流动的速度，进而提高余热回收的效果。

进一步，所述顶盖的底部沿凸起还设有多个均布的导热单元，所述导热单元将盖体底部的热量导至通道内。

有益效果：由于热气流在沿着凸起外周流动的过程中，部分热量经顶盖与外界空气交换，因此导热单元的设置能够提高热气流向内筒的内容壁流动的速度，进而提高余热回收的效果。

进一步，所述导热单元包括导热板和驱动导热板绕水平轴线往复摆动的驱动机构，所述导热板位于凸起与内筒之间，所述导热板与凸起之间固定有多个气囊，气囊上设有进气单向阀，导热板上设有连通气囊的排气孔，排气孔内设有出气单向阀。

有益效果：导热板在往复摆动的过程中，使得气囊不断的膨胀和缩小，气囊体积缩小时，其内部的气压增大，出气单向阀打开，气囊内部的热气经排气孔排出，因此气囊排出的气流能够对靠近顶盖的热气流造成缓冲的作用，减缓热气流上升的速度，降低热气流经顶盖与外界换热的几率，从而提高余热的回收效果。

进一步，所述排气孔倾斜设置，且远离气囊一侧的出口朝下。

有益效果：这样气囊排出的气流朝下，给予靠近顶盖的热气流向下的冲击力，对热气流产生的缓冲力提高，进一步减缓热气流上升的速率。

进一步，所述吸热筒底部交错分布有多根与吸热管连通的金属质支撑管。

有益效果：支撑管的设置，高温工件直接放置在支撑管上，支撑管内的热交换介质能够对高温工件直接进行余热回收，提高了高温工件的冷却速率。

进一步，所述支撑管下方设有与机架水平滑动连接的接料板。

有益效果：由于将高温工件放置支撑管上时，会与支撑管产生微量的碰撞，而某些工件，例如电解铝生胚，其上附着有一定量的碎碳残渣等，在放置在支撑管上时因碰撞震动，其上的碎碳残渣会掉落下来，而接料板的设置可以将这些碎碳残渣进行收集。

附图说明

图1为本发明实施例一中余热利用系统的轴视图；

图2为本发明实施例一、二、三中吸热组件的立体透视图；

图3为本发明实施例二中正向部分剖切示意图；

图4为图3中A部分的放大示意图；

图5为实施例二中顶盖的剖切示意图；

图6为实施例三中顶盖的局部剖切示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：机械泵1、吸热组件2、电磁泵3、加热器4、斯特林电机5、换热器6、储液箱7、内筒101、外筒102、凹槽103、散热孔104、吸热管105、安装孔106、抱箍107、安装耳108、支撑管109、接料板110、顶盖200、凸起201、空腔202、盖板203、导热板300、减速电机301、导杆302、轴承座303、不完全齿轮304、端面齿轮305、气囊306、排气孔307、出气单向阀308。

实施例一：

一种余热利用系统，如附图1和附图2所示，包括用于驱动热交换介质循环的泵组件，本实施例中泵组件包括机械泵1和电磁泵3，机械泵1的进液口和出液口均设置有加热组件，加热组件为电热棒，电热棒的型号为：DN40，电热棒电连接有电源。

还包括吸热组件2、斯特林电机5、换热器6和储液组件，本实施例中，吸热组件2包括外筒102和设置在外筒102内的内筒101，内筒101与外筒102之间设置有供热交换介质流动的通道具体的，机械泵1与通道连通，电磁泵3与通道连通。

储液组件为储液箱7，储液箱7与机械泵1连通。斯特林电机5和换热器6，具体的换热器6分别与储液箱7、斯特林电机5连通。斯特林电机5与电磁泵3之间连通有辅热组件，辅热组件包括加热容器和固定在加热容器上的加热器4，加热器4的型号为：DN125X800，具体的，斯特林电机5上固定有储液容器，本实施例中斯特林电机的吸热端为吸热片，斯特林电机的吸热片伸入到储液容器内，储液容器分别与换热器6、加热容器连通。加热器4与电磁泵3之间设置有温敏传感器，型号为：SIN-WZP-PT100，温敏传感器电连接有安装在加热器4上的控制器，控制器型号为：900U，控制器与加热器4电连接，且控制器控制加热器4的启闭，温敏传感器位于电磁泵3的出液口处。本实施例中的连通均使用现有的管道，此处不再赘述。

具体实施过程如下：

本实施例中热交换介质为液态金属，是由质量分数为镓20％、铟30％、铋19％、铝5％、铁3％、镁5％和锡18％组成的合金，该液态金属的熔点为40℃。

初始时，液态金属在常温下容易凝固，因此先启动电热泵对液态金属进行加热，在启动机械泵1对液态金属进行驱动。本实施例中以电解铝残极为例，将电解铝残极的母线放置于内筒101内，由于本方案的吸热组件2为筒状，可容纳电解铝残极等异形结构的高温工件。

以电解铝残极为例，放入电解铝残极之后，启动电磁泵3。机械泵1将液态金属送入到通道内，然后电磁泵3将吸热的高温液态金属送入到加热容器内，再进入到储液容器内，并且经过换热器6，进入到储液箱7内，再通过机械泵1送入到通道内，如此完成液态金属的循环。

具体的：在通道内的液态金属对电解铝残极进行热交换，高温的液态金属在储液容器内与加热片进行热交换，斯特林发电机吸收大量的热从而工作发电，本实施例中斯特林发电机的工作温度在400℃。斯特林发电机消耗热能过后，液态金属残余部分热能，换热器6对残余的热能进行利用，例如：加热水、产生水蒸汽等。

经过长时间换热，电解铝残极的温度会逐渐降低，因此，液态金属的温度也会逐渐降低，且液态金属的温度不足以使得斯特林电机5工作。此时，温敏传感器检测到液态金属的温度，例如：200℃，温度传感器会将温度信号发送给控制器，控制器会控制加热器4工作，加热器4对加热容器内的液态金属进行加热，如此升高液态金属的温度，从而使得斯特林发电机持续工作。操作人员，发现加热器4工作时，对内筒101内的电解铝残极进行更换。

实施例二：

实施例二与实施例一的不同之处在于，如附图2、附图3、附图4和附图5所示，吸热组件2设置在机架上，内筒101的外壁上开设有呈螺旋状的凹槽103，且凹槽103的横截面呈半圆形，如图3，在内筒101的内壁上开设有多个与凹槽103位置对应且连通的散热孔104，且散热孔104为通孔，在凹槽103内卡紧有供热交换介质循环的吸热管105，吸热管105位于通道内，在外筒102的上部和下部均开设有供吸热管105通过的安装孔106。

在内筒101外壁上设有多个固定吸热管105的锁紧机构，其中锁紧机构包括呈半环形的抱箍107和螺栓，抱箍107的两端向外(朝向抱箍107凸起一侧)弯折形成安装耳108，在安装耳108上开设有定位孔Ⅰ，在内筒101外壁上设有一组与定位孔位置对应的螺纹孔Ⅰ，一组螺纹孔Ⅰ中的两个螺纹孔Ⅰ分别位于凹槽103上下两侧，将螺栓装入定位孔Ⅰ和螺纹孔Ⅰ内，从而实现将抱箍107固定在吸热管105的外部。

在吸热组件2的底部纵横交错分布有多根与吸热管105连通的支撑管109，支撑管109可以固定在机架上，也可以通过其他方式固定在吸热组件2下方，支撑管109为不锈钢材质的硬管，在支撑管109下方还设有水平滑动连接在机架上的接料板110，该接料板110用于收集从待吸热工件上掉落的杂质物。

在吸热组件2的顶部设有盖合吸热组件2的顶盖200，本实施例中顶盖200呈圆形，如图4所述，在顶盖200底部的中心处设有呈倒锥形的凸起201，在顶盖200内设有顶部敞口的空腔202，空腔202同样呈倒锥形，顶盖200上可拆卸连接有将空腔202封闭的盖板203，具体设置为：在盖板203上设有定位孔Ⅱ，在顶盖200上设有与定位孔Ⅱ位置对应的螺纹孔Ⅱ，将螺栓装入定位孔Ⅱ与螺纹孔Ⅱ实现盖板203在顶盖200上的安装，使用时，空腔202内装有保温材料，本实施例中保温材料选用玻璃棉；在顶盖200上还设有便于行车吊装的吊耳。

具体实施过程如下：

本实施例以电解铝残极为例，利用车间中的行车(或其他方式)将待降温的电解铝残极放置在支撑管109上，后通过吊耳将顶盖200盖合在吸热组件2的顶部，工件放入时与支撑管109轻微碰撞，使得工件上残留的碎渣经支撑管109之间的间隙掉落在接料板110上，高温工件使其周围的空气被加热，由于热气流具有上升的特性，热气流不断向上流动。

当热气流上升至靠近顶盖200附近时，由于凸起201呈倒锥形，因此热气流会沿着凸起201的外周向靠近内筒101一侧流动，热气流经散热孔104进入凹槽103，其热量被吸热管105内的液态金属带走。

实施例三：

实施例三与实施例二的不同之处在于，如图6所示，在顶盖200的底部沿着凸起201周向均布有多个导热单元，导热单元用于将顶盖200底部的热量分散至吸热管105处，其中导热单元包括导热板300和驱动导热板300绕着水平轴线往复摆动的驱动机构，导热板300位于凸起201与内筒101之间，本实施例中驱动机构包括减速电机301和导杆302，减速电机301固定在顶盖200的顶部，且顶盖200上设有供减速电机301的输出轴穿过的轴孔，在减速电机301的驱动轴上同轴固定有位于顶盖200下方的不完全齿轮304，导杆302水平转动连接在顶盖200的底部，具体为：在顶盖200的底部固定有轴承座303，导杆302与轴承座303之间通过轴承连接，在导杆302的端部同轴固定有与不完全齿轮304啮合的端面齿轮305，本实施例中端面齿轮305与不完全齿轮304上的凸齿均为直齿，导杆302上设有固定在顶盖200底部的扭簧，导热板300固定在导杆302上。

当不完全齿轮304与端面齿轮305处于未啮合状态时，导热板300的低端朝向凸起201一侧倾斜，工作时，减速电机301驱动不完全齿轮304慢速转动，当不完全齿轮304与端面齿轮305啮合时，导杆302产生转动，使得导热板300向远离凸起201一侧摆动，同时扭簧蓄能，当不完全齿轮304与端面齿轮305脱离啮合时，扭簧释放能量，使得导杆302快速反向转动，导热板300迅速复位，从而实现导热板300的往复摆动。

在导热板300与凸起201之间固定有多个气囊306，气囊306的一侧粘接在凸起201上，而气囊306的另一侧粘接在导热板300上，多个气囊306之间具有间隙，各气囊306上均设有进气单向阀，在导热板300上开设有多个连通气囊306内部的排气孔307，排气孔307相对于导热板300倾斜设置，即导热板300靠近凸起201时，排气孔307的中轴线呈竖直状态，在排气孔307内设有出气单向阀308，当气囊306的体积减小时，气囊306内部的气压增大，出气单向阀308打开，气囊306内部的气体排出，当气囊306的体积增大时，气囊306内部的气压减小，进气单向阀打开，气囊306外部的气体补入到气囊306内。

由于热气流上升至顶盖200附近时，其中的大部分热量已被热交换介质吸收，温度大幅度下降，大约在100-150℃，因此本实施例中，气囊306、导热板300、导杆302等与热气流直接接触的机构全部选用耐高温的材料制成，如气囊可采用耐高温的硅橡胶制成，而导热板可采用铝合金板，导杆采用45钢制成。

具体实施过程如下：

顶盖200盖合在吸热组件2上之后，开启连接减速电机301的电源，使得位于吸热组件2内的导热板300往复摆动，当热气流上升至靠近顶盖200附近时，由于凸起201阻挡，热气流向凸起201四周流动，凸起201与导热板300之间气囊306的存在，气囊306对热气流有一定的阻挡作用，使得热气流向导热板300处流动，当导热板300远离凸起201一侧摆动时，给予热气流向内筒101的侧壁流动的推力，促使热气流快速与吸热管105内的热交换介质换热，降低热气流经顶盖200与外界换热的几率。

当导热板300向远离凸起201一侧摆动时，气囊306拉伸其内部体积增大，内部气压减小，进气单向阀打开，外部的热气流进入到气囊306内部，而当导热板300向靠近凸起201一侧摆动时，挤压气囊306，使得气囊306体积缩小，其内部的气压增大，出气单向阀308打开，气囊306内部的热气经排气孔307排出，由于排气孔307的出口倾斜朝下，因此气囊306排出的气流给予靠近顶盖200的热气流向下的作用力，减缓热气流上升的速度，降低热气流经顶盖200与外界换热的几率，从而提高余热的回收效果。

另外由于导热板300复位是通过扭簧释放能量驱动的，因此导热板300复位的速度较快，经排气孔307排出的气体流速较大，对其下方气流的作用力也会加大。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种余热利用系统，其特征在于：包括用于驱动热交换介质循环的泵组件，还包括吸热组件、斯特林电机、换热器和储液组件，泵组件、吸热组件、斯特林电机、换热器和储液组件依次连通且构成循环回路，吸热组件包括用于放置高温工件的腔以及供热交换介质流通的通道，斯特林发电机的吸热端设有供热交换介质流动的储液容器。

2.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于：所述斯特林电机与吸热组件之间连通有辅热组件，辅热组件与吸热组件之间设置有温敏传感器，温敏传感器与辅热组件电连接，辅热组件电连接有控制器，温敏传感器与控制器电连接，控制器控制辅热组件的启闭。

3.根据权利要求2所述的余热利用系统，其特征在于：所述吸热组件包括外筒和设置在外筒内的内筒，内筒与外筒之间设置有供热交换介质流动的通道。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的余热利用系统，其特征在于：所述泵组件包括机械泵，机械泵上设置有加热组件。

5.根据权利要求4所述的余热利用系统，其特征在于：所述吸热组件顶部设有盖合吸热筒的顶盖，顶盖的底部中心处呈倒锥形的凸起，顶盖内设有空腔。

6.根据权利要求5所述的余热利用系统，其特征在于：所述顶盖的底部沿凸起还设有多个均布的导热单元，所述导热单元将盖体底部的热量导至通道内。

7.根据权利要求6所述的余热利用系统，其特征在于：所述导热单元包括导热板和驱动导热板绕水平轴线往复摆动的驱动机构，所述导热板位于凸起与内筒之间，所述导热板与凸起之间固定有多个气囊，气囊上设有进气单向阀，导热板上设有连通气囊的排气孔，排气孔内设有出气单向阀。

8.根据权利要求7所述的余热利用系统，其特征在于：所述排气孔倾斜设置，且远离气囊一侧的出口朝下。

9.根据权利要求8所述的余热利用系统，其特征在于：所述吸热筒底部交错分布有多根与吸热管连通的金属质支撑管。

10.根据权利要求9所述的余热利用系统，其特征在于：所述支撑管下方设有与机架水平滑动连接的接料板。