CN110081757B - 余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及降温工业设备技术领域，具体公开了余热回收系统，包括依次连通的回收组件、循环泵、储液箱和换热器，所述回收组件包括竖直设置的吸热筒，吸热筒包括内筒和外筒，内筒与外筒之间形成供热交换介质流动的通道，所述吸热筒顶部设有盖合吸热筒的顶盖，所述顶盖的底部中心处呈倒锥形的凸起。采用本专利中的技术方案解决了现有技术中高温工件自然冷却，造成余热的浪费的问题。

Description

余热回收系统

技术领域

本发明涉及降温工业设备技术领域，特别涉及余热回收系统。

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。

而对于高温工件的冷却，大多数的生产企业通常是采用将高温工件堆放在某一区域，通过自然冷却的方式使得高温工件中的余热被浪费，同时这样的冷却方式使得高温工件冷却的时间延长。

发明内容

本发明提供了一种余热回收系统，解决了现有技术中高温工件自然冷却，造成余热的浪费的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

余热回收系统，包括回收组件、循环泵、储液箱和换热器，所述回收组件包括竖直设置的吸热筒，吸热筒包括内筒和外筒，内筒与外筒之间形成供热交换介质流动的换热通道，所述吸热筒顶部设有盖合吸热筒的顶盖，所述循环泵、储液箱、换热器和换热通道通过管道依次连通形成热交换介质的循环回路。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中高温工件放置在吸热筒内，高温工件的热量使其周围的气体升温，由于热气流的上升特性，热气流在上升过程中，其热量被内、外筒之间的热交换介质吸收，循环泵为热交换介质提供流动的动力，热交换介质将热量带至换热器处，从而对高温工件的余热进行回收，解决了现有技术中高温工件自然冷却，造成余热的浪费的问题，同时还降低了高温工件的冷却时间。

2、本方案中在吸热筒顶部设置有顶盖，减少热气流从吸热筒顶部溢出的量，从而提高余热回收的效率，解决了现有技术中热气流从回收组件的顶部不断溢出而导致余热的回收效果大幅度降低的问题。

进一步，所述顶盖内设有空腔。

有益效果：由于气体相较于固体而言其导热率较小，因此空腔的设置可以起到一定的隔热作用，降低热气流与外界换热的量。

进一步，所述空腔的顶部敞口设置，且空腔的顶部设有可拆卸的盖板，空腔内填充有保温材料。

有益效果：保温材料的加入能够进一步提高对热气流的隔热效果，同时盖板可拆卸连接便于操作人员对空腔内保温材料的取放。

进一步，所述内筒的外壁上设有凹槽，凹槽内设有供热交换介质流动的吸热管。

有益效果：凹槽的设置一方面便于对吸热管的定位，另一方面凹槽的设置还能进一步降低热交换介质与内筒内部热气流的距离，提高换热的效果。

进一步，所述内筒的内壁上开设有多个与凹槽连通的散热孔。

有益效果：这样热气流能够从散热孔直接进入到凹槽内，使得热气流能够直接接触吸热管，进一步提高热交换介质的换热效果。

进一步，所述顶盖的底部中心处呈倒锥形的凸起。

有益效果：由于吸热筒设置为内、外筒的夹层结构，且热交换介质在内、外筒之间的换热通道内循环，因此当热气流上升至顶盖附近时，受凸起的阻挡，而由于凸起呈倒锥形，因此热气流会沿着凸起的外周向内筒的筒壁处流动，进而快速与内、外筒之间的热交换介质交换热量，降低热气流经顶盖与外界换热的量，从而提高高温工件的余热回收效果。

进一步，所述顶盖的底部设有多个沿凸起均布的导热单元，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，例如电解铝预焙电极，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为本发明余热回收系统实施例的立体示意图；

图2为本发明实施例中吸热筒的立体透视图；

图3为本发明实施例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为实施例一中顶盖的剖切示意图；

图6为实施例二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：储液箱1、换热器2、加热器3、机械泵4、电磁泵5、吸热筒100、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。

实施例一基本如附图1、图2和图3所示：

余热回收系统，包括通过管道依次连通的回收组件、循环泵、储液箱1、换热器2和加热器3，上述机构均通过机架固定，其中循环泵包括机械泵4和电磁泵5，回收组件包括竖直固定在机架上的吸热筒100，吸热筒100为夹层结构，具体为包括内筒101和外筒102，内筒101与外筒102固定设置，且内、外筒102之间形成了上下端封闭的换热通道，结合图1所示，吸热筒100上的换热通道、机械泵4、储液箱1、换热器2、加热器3和电磁泵5依次通过管道连通，形成热交换介质的循环回路，其中在换热器2的两侧均设有储液箱1，而吸热筒100的两侧均设有循环泵4，而吸热筒100可根据生产需要设置多个，多个吸热筒100串联在机械泵4和电磁泵5之间，多个加热筒100的设置，可对多个高温工件同时进行冷却，提高冷却的效率。

在内筒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4所示，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流动的吸热管105，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，吸热管105伸出吸热筒100与管道连通。

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。

在吸热筒100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筒100下方，支撑管109为不锈钢质的硬管，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。

在吸热筒100的顶部设有盖合吸热筒100的顶盖200，本实施例中顶盖200呈圆形，如图5所示，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。

本实施例在对工件进行降温时，循环回路内通入的热交换介质为专利号201410268984.1的发明专利“一种低熔点液态金属及其制备方法和应用”提供的低熔点液态金属，由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的合金，该合金的熔点为3℃，本实施例中加热器3的型号为：DN125X800，当液态金属温度较低(凝固)时，对液态金属进行加热。

具体实施过程如下：

利用车间中的行车(或其他方式)将电解铝的预焙电极放置在支撑管109上，后通过吊耳将顶盖200盖合在吸热筒100的顶部，工件放入时与支撑管109轻微碰撞，使得预焙电极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。

当吸热筒100内的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。开启循环系统中的电磁泵5，电磁泵5将液态金属输送至吸热管105和支撑管109内，流经吸热管105和支撑管109的低温液态金属将不断工件附近以及向上流动热气流中的热量带走，实现余热的吸收，同时吸热后的高温液态金属在机械泵4的作用下，经储液箱1进入到经换热器2中，本实施例中换热器2选用蓄热式换热器，其原理为：在换热器内装有低温的水或其他介质，而在换热器内设有供液态金属流动的管道穿过，当高温的液态金属从管道内流过时，由于管道内高温液态金属和换热器内低温介质的温度差，会形成热交换，高温液态金属的热量向低温介质传递，这样就把管道里液态金属的热量交换给了换热器内的低温介质，实现余热的回收利用。

实施例二与实施例一的区别在于：

如图6所示，在顶盖200的底部沿着凸起201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，例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盖合在吸热筒100上之后，开启连接减速电机301的电源，使得位于吸热筒100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，而凸起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。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，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。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.余热回收系统，其特征在于：包括回收组件、循环泵、储液箱和换热器，所述回收组件包括竖直设置的吸热筒，吸热筒包括内筒和外筒，内筒与外筒之间形成供热交换介质流动的换热通道，所述吸热筒顶部设有盖合吸热筒的顶盖，所述顶盖内设有空腔，所述循环泵、储液箱、换热器和换热通道通过管道依次连通形成热交换介质的循环回路；

所述顶盖的底部中心处呈倒锥形的凸起；所述顶盖的底部设有多个沿凸起均布的导热单元，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；所述排气孔倾斜设置，且远离气囊一侧的出口朝下。

2.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于：所述空腔的顶部敞口设置，且空腔的顶部设有可拆卸的盖板，空腔内填充有保温材料。

3.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于：所述内筒的外壁上设有凹槽，凹槽内设有供热交换介质流动的吸热管。

4.根据权利要求3所述的余热回收系统，其特征在于：所述内筒的内壁上开设有多个与凹槽连通的散热孔。

5.根据权利要求1所述的余热回收系统，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。

6.根据权利要求5所述的余热回收系统，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。

Images