CN110985320A - 基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置 - Google Patents

基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，包括支架，支架底部安装有小链轮，小链轮内设有单向离合器，支架中部安装有与小链轮错开的大链轮，小链轮和小链轮通过链条连接，链条包括多个依次连接成环状的链节，每一链节包括支撑板和支撑杆，两根支撑杆顶部和底部通过记忆弹簧连接且中部通过间隔一定距离的两个支撑板连接，相邻链节连接的两根支撑杆通过间隔一定距离的两个连接板连接，支撑杆上设有限制支撑板和连接板掉落的限位板，将小链轮和与之啮合的链条放入液体中，通过记忆弹簧收缩产生拉力带动小链轮和链条转动，进而带动大链轮转动，使大链轮输出动力，回收余热。

Description

基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置
技术领域
本发明涉及工业余热利用技术领域，具体涉及基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置。
背景技术
余热作为一种典型的二次能源，在煤炭、石油、钢铁、化工、机械等传统高能耗产业生产过程中大量产生。部分企业对工业余热回收后进行二次利用，其余以废热形式排放到周围介质中，造成能源浪费及环境污染。随着低碳环保、节能降耗的社会发展趋势要求，大力开展工业余热综合利用的基础研究日益受到重视。
工业余热的温度是衡量其品质的重要参数，温度高低对余热回收利用技术有着决定性作用，工业余热按照其温度可划分为三类：高温余热为350-600℃以上的余热资源，中温余热为200-350℃的余热资源，低温余热为70-200℃的余热资源。其中低温余热回收温差小，换热设备庞大，技术复杂，经济效益不明显，致使企业对低温工业余热不予重视。但是低温工业余热占比较大，约占工业余热总资源的15％-23％。具有较大回收潜力及研究价值。
现有的工业余热利用主要是通过间壁式换热器、蓄热式热交换器、基于热管的换热设备或余热锅炉，现有的余热回收方式都需要消耗比较多的外加能量来回收热源，因此余热回收效率较低，记忆合金是一种新型功能材料，具有良好的形状记忆效应，采用记忆合金制成的弹簧在高温下会收缩，在低温环境下会放松。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是通过记忆合金的制成的记忆弹簧在高温下会收缩，在低温环境下会放松的特性，提供一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，回收余热。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，包括支架，所述支架底部活动安装有第一转轴，所述第一转轴上安装有小链轮，所述小链轮内设有单向离合器，所述支架中部与所述第一转轴错开一定角度活动安装有第二转轴，所述第二转轴上安装有大链轮，所述小链轮和所述小链轮通过链条连接，所述链条包括多个依次连接成环状的链节，每一所述链节包括支撑板和支撑杆，每一所述支撑板上间隔一定距离设置第一通孔和第二通孔，一根所述支撑杆依次穿过一个支撑板的第一通孔和另一个支撑板的第一通孔，另一根所述支撑杆依次穿过一个支撑板的第二通孔和另一个支撑板的第二通孔，所述支撑杆可在所述第一通孔和所述第二通孔内滑动，两根所述支撑杆顶部和底部均通过记忆弹簧连接，所述记忆弹簧由记忆合金制成，相邻所述链节通过两个间隔一定距离设置的连接板连接，每一所述连接板上间隔一定距离设置第三通孔和第四通孔，相邻所述链节连接的两根所述支撑杆中，一根所述支撑杆依次穿过一个连接板的第三通孔和另一个连接板的第三通孔，另一根所述支撑杆依次穿过一个连接板的第四通孔和另一个连接板的第四通孔，支撑杆可在第三通孔或第四通孔内活动，所述支撑杆上设有限制所述支撑板和所述连接板掉落的限位板。
进一步的，所述支架为矩形壳体结构。
进一步的，所述记忆合金是Ni-Ti合金。
进一步的，所述连接板设在所述支撑板外侧。
进一步的，所述基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置还包括拉伸弹簧和张紧轮，所述拉伸弹簧底部固定所述支架顶部底部设有滚动轴，所述张紧轮安装在所述滚动轴上且压在所述记忆链条上。
进一步的，所述拉伸弹簧为抗压弹簧。
进一步的，所述基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置还包括第三转轴和支撑轮，所述第三转轴活动安装在所述支架中部且与所述第二转轴相对于所述第一转轴对称，所述支撑轮安装在所述第三转轴上，所述记忆链条套设在所述小链轮、大链轮和支撑轮上使得所述记忆链条形成心形结构。
进一步的，所述第一转轴、第二转轴和第三转轴通过轴承安装在所述支架内。
进一步的，所述第二转轴伸出所述支架，所述第二转轴与风扇的转动轴连接。
进一步的，所述小链轮、大链轮和张紧轮均采用工业尼龙材料制成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所述的一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，将记忆合金制成记忆弹簧，利用记忆弹簧在高温液体中可收缩的特性，结合工业尼龙材料制成链条，将热能转化为机械能，带动小链轮转动，进而带动大链轮转动，并使大链轮的转轴，第二转轴输出动力，结构简单，使用方便。
2.本发明所述的一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，装置回收余热发电时无需依靠外加动力，相比于现有的余热回收方式，省去比较多的外加能量，节能环保。
3.本发明所述的一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，可回收80℃低温工业余热，可作为高温余热回收装置的二次回收装置。
4.本发明所述的一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，由于记忆合金有较强的耐磨特性，因此本装置的寿命高于普通的余热利用装置。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的整体结构示意图。
图3为本发明记忆链条的局部示意图。
图4为本发明拉伸弹簧和张紧轮连接的结构示意图。
图5为本发明支撑板的结构示意图。
图6为本发明连接板的结构示意图。
其中：1、支架；2、第一转轴；3、小链轮；4、单向离合器；5、第二转轴；6、大链轮；7、链条；71、链节；711、支撑杆；712、支撑板；713、连接板；714、记忆弹簧；715、限位板；8、拉伸弹簧；9、张紧轮；10、滚动轴；11、第三转轴；12、支撑轮；13、风扇。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参照图1-图4所示，一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，包括支架1。支架1底部活动安装有第一转轴2，第一转轴2上安装有小链轮3，小链轮3内设有单向离合器4，通过设置单向离合器4，使得小链轮3只能按一个方向转动。支架1中部与第一转轴2错开一定角度活动安装有第二转轴5，第二转轴5上安装有大链轮6。小链轮3和小链轮3通过链条7连接。链条7包括多个依次连接成环状的链节71。每一链节71包括支撑板712和支撑杆711，每一支撑板712上间隔一定距离设置第一通孔和第二通孔。两根支撑杆711顶部和底部均通过记忆弹簧714连接，中部通过两个间隔一定距离的支撑板712连接。具体的，一根支撑杆711依次穿过一个支撑板712的第一通孔和另一个支撑板712的第一通孔，另一根支撑杆711依次穿过一个支撑板712的第二通孔和另一个支撑板712的第二通孔，支撑杆711可在第一通孔或第二通孔内活动。记忆弹簧714由记忆合金制成。相邻链节71通过连接板713连接。具体的，连接板713上间隔一定距离设有第三通孔和第四通孔，相邻链节71上的相邻两根支撑杆711通过两个间隔一定距离设置的连接板713连接。具体的，相邻链节71中，连接的两根支撑杆711中，一根支撑杆711依次穿过一个连接板713的第三通孔和另一个连接板713的第四通孔，另一根支撑杆711依次穿过一个连接板713的第三通孔和另一个连接板713的第四通孔，支撑杆711可在第三通孔或第四通孔内活动。支撑杆711上设有限制支撑板712和连接板713掉落的限位板。两个支撑板712或两个连接板713间形成链窝，小链轮3和大链轮6可以在两个支撑板712或两个连接板713间运动。
使用过程中，将支架1向下移动，使得小链轮3处在50℃以上的液体中，小链轮3下方的链条7受到液体内外温差的影响，记忆弹簧714发生收缩，将热能转化为机械能，产生拉力，由于支撑杆711可以在第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔内活动，可使链节71变小，经由链条7传动，在小链轮3啮合处产生力矩，在单向离合器4的辅助作用下驱动小链轮3单向旋转，当链条7进入空气时记忆弹簧714冷却，劲度系数逐渐降低，经实验验证处于室温下的记忆弹簧714劲度系数将降为0。
本发明中，液体的温度不能高于记忆弹簧714的相变温度。
为了方便本装置放入液体中，支架1为矩形壳体结构。
Ni-Ti记忆合金为一种新型功能材料，具有良好的形状记忆效应，且本身质量较轻、结构简单、安全可靠，在航空航天、日常生活、工业及医疗等多个领域均得到广泛应用。例如：航空航天中，Ni-Ti记忆合金常用于制造卫星天线和飞机上液压管路的管接头；日常生活中，Ni-Ti记忆合金可用于制备一种插座束紧环，使其更加安全稳定，其良好的超弹性可用于制造眼镜框架，结构轻盈、不易变形；工业中，Ni-Ti记忆合金常用于制作各式各样的紧固件，并且可作为一种良好的驱动元件用于实现机械手弯曲；医疗中，Ni-Ti记忆合金常用于制作矫正丝，工作稳定、矫形速度快。由于Ni-Ti记忆合金制成的弹簧良好的变形效果，本发明中，记忆弹簧714采用Ni-Ti记忆合金制成。
本发明实施例中，连接板713设在支撑板712外侧。
参照图1和图4所示，本发明中，还包括拉伸弹簧8和张紧轮9，拉伸弹簧8底部固定支架1顶部底部设有滚动轴10，张紧轮9安装在滚动轴10上且压在记忆链条7上，通过设置张紧轮9，可以避免在链条7的垂度过大时产生啮合不良和链条7的振动现象。由于处于室温下的记忆弹簧714劲度系数将降为0，故经过张紧轮9之后记忆弹簧714不会收缩，之后经过小链轮3后完成一个进程，准备下一次进入热水中。
优选的，为了使张紧轮9能抵靠在链条7上，拉伸弹簧8为抗压弹簧。
本发明中，参照图1所示，还包括第三转轴11和支撑轮12，第三转轴11活动安装在支架1中部且与第二转轴5相对于第一转轴2对称，支撑轮12安装在第三转轴11上，记忆链条7套设在小链轮3、大链轮6和支撑轮12上使得记忆链条7形成心形结构。通过设置第三转轴11和支撑轮12，使本装置的重量平衡。
优选的，第一转轴2、第二转轴5和第三转轴11通过轴承安装在支架1内，使第一转轴2、第二转轴5和第三转轴11灵活转动。
本发明中，第二转轴5伸出支架1，可以作为驱动轴驱动其他装置转动。本发明实施例中，第二转轴5与风扇13的转动轴连接。
为实现本装置能够不断地循环工作，小链轮3、大链轮6、张紧轮9和支撑轮12上均设置有单向离合器4。除了使各个轮均能够保持单向旋转，还确保脱离了大链轮6的链节71被拉紧而不脱落地传送到小链轮3而与其啮合。另外，支撑轮12通过轴承与第三转轴11连接，张紧轮9通过轴承与滚动轴10连接，使得支撑轮12和轴承以及张紧轮9和轴承协调运转时，将滑动摩擦变为滚动摩擦，减小摩擦阻力。
由于工业尼龙材料具有良好的力学性能，具有耐热性、耐磨损性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，因此本装置中，小链轮3、大链轮6、张紧轮9、第一转轴2、第二转轴5、第三转轴11和链条7均采用工业尼农材料制成。
本发明实施例中，使用如表1所示的链轮型号，实际实施过程中，可以根据液体温度的高低、液体体积等因素选择合适的链轮，保证本装置的运转。
表1链轮型号
Figure BDA0002332686020000051
本发明中，第一通孔和第二通孔的距离，或第三通孔和第四通孔的距离采用变化的方式，使得链条7形成变节距链条7，本发明实施例中，具体变化范围从12.7mm到15.875mm。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：包括支架，所述支架底部活动安装有第一转轴，所述第一转轴上安装有小链轮，所述小链轮内设有单向离合器，所述支架中部与所述第一转轴错开一定角度活动安装有第二转轴，所述第二转轴上安装有大链轮，所述小链轮和所述小链轮通过链条连接，所述链条包括多个依次连接成环状的链节，每一所述链节包括支撑板和支撑杆，每一所述支撑板上间隔一定距离设置第一通孔和第二通孔，一根所述支撑杆依次穿过一个支撑板的第一通孔和另一个支撑板的第一通孔，另一根所述支撑杆依次穿过一个支撑板的第二通孔和另一个支撑板的第二通孔，所述支撑杆可在所述第一通孔和所述第二通孔内滑动，两根所述支撑杆顶部和底部均通过记忆弹簧连接，所述记忆弹簧由记忆合金制成，相邻所述链节通过两个间隔一定距离设置的连接板连接，每一所述连接板上间隔一定距离设置第三通孔和第四通孔，相邻所述链节连接的两根所述支撑杆中，一根所述支撑杆依次穿过一个连接板的第三通孔和另一个连接板的第三通孔，另一根所述支撑杆依次穿过一个连接板的第四通孔和另一个连接板的第四通孔，支撑杆可在第三通孔或第四通孔内活动，所述支撑杆上设有限制所述支撑板和所述连接板掉落的限位板。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述支架为矩形壳体结构。
3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述记忆合金是Ni-Ti合金。
4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述连接板设在所述支撑板外侧。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置还包括拉伸弹簧和张紧轮，所述拉伸弹簧底部固定所述支架顶部底部设有滚动轴，所述张紧轮安装在所述滚动轴上且压在所述记忆链条上。
6.根据权利要求4所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述拉伸弹簧为抗压弹簧。
7.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置还包括第三转轴和支撑轮，所述第三转轴活动安装在所述支架中部且与所述第二转轴相对于所述第一转轴对称，所述支撑轮安装在所述第三转轴上，所述记忆链条套设在所述小链轮、大链轮和支撑轮上使得所述记忆链条形成心形结构。
8.根据权利要求6所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述第一转轴、第二转轴和第三转轴通过轴承安装在所述支架内。
9.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述第二转轴伸出所述支架，所述第二转轴与风扇的转动轴连接。
10.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置，其特征在于：所述小链轮、大链轮和张紧轮均采用工业尼龙材料制成。
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