CN113566613A - 一种余热集成回收装置 - Google Patents

Abstract

一种余热集成回收装置，包括电动抽气泵、烟道管及水管、还具有数据采集电路、无线接收电路、水冷机构；水管安装在烟道管内侧，烟道管和电动抽气泵连接，水冷机构包括壳体、检测子电路、霍尔传感器、压力开关、电磁阀、磁铁，壳体和电动抽气泵的驱动轴、输出轴连接，霍尔传感器安装在壳体一侧，磁铁安装在电机壳体一侧；电磁阀和压力开关安装在壳体上一侧，壳体上另一侧有加水管；检测机构铜杆安装在壳体内；数据采集电路包括热敏电阻和信号发送子电路、稳压电源，热敏电阻安装在废气管及水管外；信号发送子电路和稳压电源、无线接收电路安装在外壳内且和热敏电阻、无线接收电路电性连接。本发明能有效利用热能，并为制定相应措施提供技术支撑。

Description

一种余热集成回收装置

技术领域

本发明涉及废气利用设备技术领域，特别是一种余热集成回收装置。

背景技术

工业领域中，工厂生产设备排出的废气一般都是进行无害化处理后排出到大气，实际情况下特别是炼钢厂高炉、锅炉燃烧等排出的废气还具有较多的热量，某种意义上来说废气中的热量也是一种能源，这样由于废气中的热量未得到有效利用相应的造成了能源浪费。现有的技术中，也有将水管等布设在废气烟道(烟囱)内吸收热量，但是受其结构所限，废气在烟囱内分布的面积较大热量不集中(不能和全部废热气接触)，因此水管吸吸热的效果还具有一定局限性。

还有就是，目前利用废气热量的装置、无法将其利用废气热量的数据传递给相关管理人员，管理人员无法根据相应数据进行设备调整，达不到好的废气热量回收效果。比如说下述功能无法实现：如果管理人员掌握到现场水管内的热水常时间处于高温，排出的废气末端还具有较高温度，那么就可在烟道内布设相对更多的吸热水管，达到更好的废气热量回收效果；掌握到布设的吸热水管管道外径过大或者密度过大导致水温过低、达不到好的吸热效果，无法满足使用者对热水温度的需要(比如吸热后热水用于淋浴)就可以减少布设吸热水管，使水管内温度处于较高状态。综上所述，提供一种能有效利用废气中热量，且相关人员能实时了解废气热量回收效率的装置显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有技术利用废气中热量的设备因结构所限，无法保证有效利用废气中的热量，以及相关人员无法有效掌握现场利用废气及水吸热效率数据的弊端，本发明提供了将废气烟道管及吸热水管集成布设在一起，并通过抽气泵将废气抽入废气烟道管内，由于水和废气直接接触能更好吸收热量，抽气泵的电机和叶轮蜗壳经水箱隔绝，有效防止了电机因温升过高而损坏的几率，且在相关电路及机构共同作用下，能实时将现场废热气末端及热水温度经GPRS模块等传递到远端，远端相关人员能实时掌握现场热量利用情况，为后续有效制定相应措施提供了有利技术支撑的一种余热集成回收装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种余热集成回收装置，包括电动抽气泵、烟道管及水管、还具有数据采集电路、无线接收电路、水冷机构；所述水管安装在烟道管的内侧，烟道管的首端和电动抽气泵的排气管连接，电动抽气泵的进气管和生产设备的排废气管连接；所述电动抽气泵的电机和叶轮蜗壳是分体式结构，水冷机构包括壳体、检测子电路、霍尔传感器、压力开关、电磁阀、磁铁，壳体的两侧端和叶轮蜗壳的驱动轴、电机的动力输出轴分别连接，霍尔传感器安装在壳体一侧端，磁铁安装在电机的壳体一侧端；所述电磁阀进气端安装在壳体上端一侧，压力开关的进气端和电磁阀的排气端连接，壳体上端另一侧安装有加水管；所述检测子电路包括铜杆、NPN三极管、蓄电池、继电器、无线发射电路模块，铜杆绝缘安装在壳体内侧；所述NPN三极管、蓄电池、继电器、无线发射电路模块安装在壳体的元件盒内；所述数据采集电路包括热敏电阻和信号发送子电路、稳压电源，热敏电阻至少有两只、分别安装在废气管及水管外侧；所述信号发送子电路和稳压电源、无线接收电路安装在外壳内；所述热敏电阻、无线接收电路的数据输出端和信号发送子电路的多个信号输入端分别电性连接。

进一步地，所述磁铁和霍尔传感器之间间隔距离、两者处于同一平面时磁铁的磁性作用力作用于霍尔传感器的磁感面；壳体内装有水。

进一步地，所述水冷机构中，蓄电池一极和铜杆一端、继电器正极及控制电源输入端、霍尔传感器的正极电源输入端电性连接，蓄电池另一极和NPN三极管发射极、霍尔传感器及无线发射电路模块负极电源输入端、电磁阀负极电源输入端连接，继电器常闭触点端和无线发射电路模块的正极电源输入端连接，霍尔传感器的输出端和电磁阀正极电源输入端连接，无线发射电路模块的其中一只无线信号发射按键下两个触点电性连接在一起,NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接。

进一步地，所述数据采集电路的热敏电阻是负温度系数热敏电阻。

进一步地，所述信号发送子电路包括单片机模块、GPRS模块、电阻，单片机模块、GPRS模块、电阻之间电性连接，三只电阻一端和单片机模块的三路信号输入端分别连接，单片机模块的电源输入两端和GPRS模块的电源输入两端分别电性连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端经RS485数据线连接。

进一步地，所述水冷机构的NPN三极管基极和壳体之间经导线连接并电性导通。

本发明有益效果是：本发明中，水管位于烟道管内部，并通过抽气泵将废气抽入废气烟道管内，这样由于废气烟道管及吸热水管集成布设在一起，水和废气直接接触能更好吸收热量。本发明中，抽气泵的电机和叶轮蜗壳经水箱(壳体)隔绝，有效防止了电机因温升过高而损坏的几率，当每次电磁阀及压力开关位于上端时，在磁铁及霍尔传感器的作用下电磁阀才得电工作打开，这样保证了壳体内水温过高时压力有效释放的前提下，还能防止壳体内的水流出。本发明中，两只热敏电阻能实时采集废气管及水管末端的温度，水冷机构的相关设备能实时采集壳体内水位高度，温度数据和水位数据能经无线移动网络传递到远端，远端工作人员通过现有成熟的物联网收发及识别分析技术，能直观掌握现场温度数据和水位数据(水不够时可及时加水)，为后续有效制定相应措施提供了有利技术支撑。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明结构示意图。

图2、3是本发明电路图。

具体实施方式

图1、2、3中所示，一种余热集成回收装置，包括电动抽气泵、蛇形烟道管2及水管3，还具有数据采集电路、无线接收电路A4、水冷机构；所述水管3焊接在烟道管2的内侧且长度一致，烟道管2的末端位于生产区域烟道内下部，水管3末端和生产区域的废水利用管(比如淋浴间、洗手间安装的水管)经管道接头连接，水管3首端和自来水管经管道接头连接，烟道管2的首端和电动抽气泵1的排气管经管道接头连接，电动抽气泵的进气管和生产设备的排废气管经管道接头连接；所述电动抽气泵的电机101和叶轮蜗壳102是分体式结构，水冷机构包括密封圆形中空壳体5、检测子电路6、霍尔传感器A2、压力开关7、电磁阀DC、永久磁铁CT，壳体5的左端及右端中部和叶轮蜗壳102的传动轴右端、电机101的动力输出轴左端分别经螺杆螺母及法兰盘连接，霍尔传感器A2的左端用胶粘接在壳体5右上端中部且其磁感面位于右外侧，磁铁CT的右端用胶粘接在电机101的壳体左上端中部；所述壳体5的上端具有两个开孔，电磁阀DC进气管焊接在左端开孔上，压力开关7的进气端和电磁阀DC的排气端经管道接头连接，壳体5右端上开孔焊接有一只上端具有内螺纹的加水管9，加水管9内上旋入有一只螺堵；所述检测子电路6包括两只铜杆T1及T2、NPN三极管Q1、蓄电池G、充电插座CZ、继电器K及电源开关S1、无线发射电路模块A1，壳体5的前端中部上下端各有一个开孔，两只铜杆T1及T2后端分别套有一只绝缘胶套，两只铜杆T1及T2后端及胶套分别套在两个开孔内并经螺母固定；所述NPN三极管、蓄电池、充电插座及电源开关、继电器、无线发射电路模块安装在元件盒10内电路板上，元件盒10经螺杆螺母安装在壳体5前外侧端中部；所述数据采集电路包括热敏电阻RT1、RT2和信号发送子电路41、稳压电源A，热敏电阻有两只、分别安装在废气管2的末端外侧及水管3末端外侧；所述信号发送子电路41和稳压电源A、无线接收电路安装在外壳11内，外壳11安装在电气控制箱内。

图1、2、3中所示，磁铁CT和霍尔传感器A2之间间隔一定距离(2毫米)、两者处于同一平面时磁铁CT的磁性作用力作用于霍尔传感器A2的磁感面；壳体5内装有五分之四容量的水。两只铜螺杆T1及T2前及中部纵向位于壳体5内上下部且前端接近壳体内后中部上下端，并和壳体5(金属壳体)分别绝缘。水冷机构中，蓄电池G两极和充电插座CZ两端分别经导线连接(蓄电池G无电时可把外部12V电源充电器插头插入充电插座CZ内为蓄电池G充电)，蓄电池G正极和电源开关S1一端经导线连接，电源开关S1另一端和两只铜杆T1及T2一端、继电器K正极及控制电源输入端、霍尔传感器A2正极电源输入端1脚经导线连接，蓄电池G负极和NPN三极管Q1发射极、霍尔传感器A2负极电源输入端2脚及无线发射电路模块A1负极电源输入端、电磁阀DC负极电源输入端连接，继电器K常闭触点端和无线发射电路模块A1的正极电源输入端连接，霍尔传感器A2的输出端3脚和电磁阀DC正极电源输入端连接，无线发射电路模块A1的第一只无线信号发射按键D1下两个触点经导线连接在一起，NPN三极管Q1集电极和继电器K负极电源输入端连接。数据采集电路的热敏电阻RT1、RT2是负温度系数热敏电阻。信号发送子电路包括单片机模块A3，GPRS模块A5，电阻R1、R2、R3，单片机模块、GPRS模块、电阻之间经电路板布线连接，三只电阻R1、R2、R3一端和单片机模块A3的三路信号输入端3、4、5脚分别连接，单片机模块A3的电源输入两端1及2脚和GPRS模块A5的电源输入两端1及脚分别经导线连接，单片机模块A3的信号输出端和GPRS模块A5的信号输入端经RS485数据线连接。水冷机构的NPN三极管Q1基极和壳体5之间经导线连接并电性导通。

图1、2、3所示，稳压电源A的电源输入端1及2脚和交流220V电源两极分别经导线连接，稳压电源A的电源输出端正极3脚和两只热敏电阻RP1及RP2一端、信号发送子电路单片机模块A3的1脚及无线接收电路模块A4的正极电源输入端1脚经导线连接，两只热敏电阻RP1及RP2另一端、无线接收电路模块A4的数据输出端4脚和信号发送子电路的三个信号输入端电阻R1、R2、R3另一端分别经导线连接。稳压电源A的电源输出端负极4脚和单片机模块A3的2脚及无线接收电路模块A4的负极电源输入端3脚经导线连

图1、2、3所示，本发明中，水管3位于烟道管2内部且长度接近一致，抽气泵得电工作后(电机经壳体5带动叶轮蜗壳102内的叶轮转动)，电动抽气泵的叶轮蜗壳102产生负压将生产设备的排废气管、排出的热废气输入到烟道管2内，再经烟道管2末端排出经烟道内上部排出到大气或输入到气体处理设备内、进行无害化处理后再排出。由于废气烟道管2及吸热水管3集成布设在一起，水和废气直接接触能更好吸收热量，充分利用了废气中的热能。本发明中，由于壳体5内有水，能有效吸收电动抽气泵抽气时废热气作用于叶轮蜗壳102的热量，也就是说，叶轮蜗壳102吸收的热量由于壳体5内水吸收，这样有效防止了电机101受热过大而影响工作性能、甚至损坏。水冷机构中，打开电源开关S1后，两只铜杆T1及T2及霍尔传感器A2处于得电工作状态。当壳体5内水量超过一半时无论壳体5怎样转动水都会将两只铜杆T1及T2其中一只淹没，这样蓄电池G输出的电源正极会经其中一只铜杆、水及金属壳体5(铜质)进入NPN三极管Q1的基极(高于0.7V)，NPN三极管Q1导通集电极输出低电平进入继电器K负极电源输入端，继电器K得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路，无线发射电路模块A1不会得电。当壳体内水量少于一半以下时，转动中的壳体内的水在壳体处于前侧时(电磁阀位于上端)不能淹没两只铜杆T1及T2，这样，12V电源正极不再进入NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1截止，那么继电器K会处于失电状态其控制电源输入端和常闭触点端闭合，无线发射电路模块A1处于得电工作状态，由于，无线发射电路模块A1的第一只无线信号发射按键D1下两个触点经导线连接在一起，所以此刻无线发射电路模块A1会得电发射出第一路无线闭合信号。

图1、2、3所示，水冷机构中，每次壳体被电机带动转动，霍尔传感器A2的磁感面刚好和磁铁CT处于一条直线时(此刻压力开关7、电磁阀位于上端接近垂直)霍尔传感器CT磁感面受到磁铁磁性作用、其3脚输出高电平进入电磁阀DC的正极电源输入端，电磁阀DC得电工作内部阀芯打开。当每次壳体5被电机带动转动，霍尔传感器A2的磁感面和磁铁CT不再处于一条直线时(此刻压力开关7、电磁阀不再接近垂直)，霍尔传感器CT磁感面不再受到磁铁磁性作用其3脚不再输出高电平，电磁阀DC失电内部阀芯关闭。电磁阀DC得电阀芯打开的时间内，如果壳体内因为温升过高压力过大，此刻压力会经电磁阀DC及压力开关7向大气释放(压力低时压力开关7的放气口关闭，反之打开)。通过上述本发明在压力开关7处于上端且壳体内压力过大时才打开，这样保证了壳体5内水温过高时压力有效释放的前提下，还能防止壳体5内的水流出。

图1、2、3所示，220V交流电源进入稳压电源A的电源输入端后，稳压电源A在其内部电路作用下3及4脚会输出稳定的12V直流电源，于是，两只热敏电阻RT1、RT2一端及单片机模块A3、GPRS模块A5、无线接收电路模块A4处于得电工作状态。两只热敏电阻RT1、RT2感温面受到烟道管2及水管3的热量影分别响电阻值会发生同步变化，温度高时电阻值变低分别经电阻R1、R2降压限流后输入到单片机模块A3的3及4脚信号电压变高，温度低时电阻值变高分别经电阻R1、R2降压限流后输入到单片机模块A3的3及4脚信号电压变低；实际情况下，输入到单片机模块A3的3、4脚信号电压发生变化时，单片机模块A3在其内部电路作用下会将动态变化的模拟电压信号转为数字信号输出到GPRS模块A5的信号输入端。GPRS模块A5将输入的动态变化数字信号经无线移动网络发送出去。当壳体内缺水无线发射电路模块A1发射第一路无线闭合信号的时间内，无线接收电路模块A4会接收到第一路无线闭合信号，其4脚输出模拟电压信号经电阻R3降压限流进入单片机模块A3的3脚，单片机模块A3将模拟电压信号转换为数字信号后经GPRS模块A5通过无线移动网络发送出去。和GPRS模块A5建立连接的管理人员，结合通过现有应用广泛且成熟技术、智能手机或电脑内预装的波形图显示APP，能实时了解现场废气及水温的变化情况(波形图降低代表温度低，反之就大)，还能了解壳体内是否缺水情况(显示水位的波形图变化有时接近低位就代表缺水)；从而可及时取下加水管9的螺堵为壳体内加水。本发明为后续有效制定相应措施提供了有利技术支撑，如果管理人员掌握到现场水管内的热水常时间处于高温，排出的废气末端还具有较高温度，那么就可在烟道内布设相对更多的吸热水管(增加水管及烟道管的长度或直径)，达到更好的废气热量回收效果；掌握到布设的吸热水管管道外径过大或者密度过大导致水温过低、达不到好的吸热效果，无法满足是使用者对热水温度的需要(比如吸热后热水用于淋浴)就可以减少布设吸热水管(减少水管及烟道管的长度或直径)，使水管内温度处于较高状态。

图2、3中，热敏电阻RT1\、RT2是型号NTC103D的负温度系数热敏电阻；电阻R1、R2、R3阻值是1K；NPN三极管Q1型号是9013；继电器K是DC12V继电器；电磁阀DC是工作电压12V的常闭阀芯电磁阀；压力开关7是气压开关、工作时其进气管内压力超过一定时排气口会打开；霍尔传感器A2型号是CS6839；GPRS模块A5型号是ZLAN8100，GPRS模块成品A5上有RS485数据输入端口(两个电源输入端、一路信号输出端；单片机模块A3的主控芯片型号是STC12C5A60S2，单片机模块成品上有两个模拟信号接入端3及4脚，单片机模块成品上有一个RS485数据输出端口；无线发射电路模块A1是型号SF50的无线发射电路模块成品，其具有四只无线信号发射按键、分别按下时其可以发射四路不同无线信号；无线接收电路模块A4是型号SF50的无线发射接收模块成品；稳压电源A是型号220V/12V的交流转直流开关电源模块。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种余热集成回收装置，包括电动抽气泵、烟道管及水管、还具有数据采集电路、无线接收电路、水冷机构；所述水管安装在烟道管的内侧，烟道管的首端和电动抽气泵的排气管连接，电动抽气泵的进气管和生产设备的排废气管连接；所述电动抽气泵的电机和叶轮蜗壳是分体式结构，水冷机构包括壳体、检测子电路、霍尔传感器、压力开关、电磁阀、磁铁，壳体的两侧端和叶轮蜗壳的驱动轴、电机的动力输出轴分别连接，霍尔传感器安装在壳体一侧端，磁铁安装在电机的壳体一侧端；所述电磁阀进气端安装在壳体上端一侧，压力开关的进气端和电磁阀的排气端连接，壳体上端另一侧安装有加水管；所述检测子电路包括铜杆、NPN三极管、蓄电池、继电器、无线发射电路模块，铜杆绝缘安装在壳体内侧；所述NPN三极管、蓄电池、继电器、无线发射电路模块安装在壳体的元件盒内；所述数据采集电路包括热敏电阻和信号发送子电路、稳压电源，热敏电阻至少有两只、分别安装在废气管及水管外侧；所述信号发送子电路和稳压电源、无线接收电路安装在外壳内；所述热敏电阻、无线接收电路的数据输出端和信号发送子电路的多个信号输入端分别电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种余热集成回收装置，其特征在于，磁铁和霍尔传感器之间间隔距离、两者处于同一平面时磁铁的磁性作用力作用于霍尔传感器的磁感面；壳体内装有水。

3.根据权利要求1所述的一种余热集成回收装置，其特征在于，水冷机构中，蓄电池一极和铜杆一端、继电器正极及控制电源输入端、霍尔传感器的正极电源输入端电性连接，蓄电池另一极和NPN三极管发射极、霍尔传感器及无线发射电路模块负极电源输入端、电磁阀负极电源输入端连接，继电器常闭触点端和无线发射电路模块的正极电源输入端连接，霍尔传感器的输出端和电磁阀正极电源输入端连接，无线发射电路模块的其中一只无线信号发射按键下两个触点电性连接在一起,NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种余热集成回收装置，其特征在于，数据采集电路的热敏电阻是负温度系数热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的一种余热集成回收装置，其特征在于，信号发送子电路包括单片机模块、GPRS模块、电阻，单片机模块、GPRS模块、电阻之间电性连接，三只电阻一端和单片机模块的三路信号输入端分别连接，单片机模块的电源输入两端和GPRS模块的电源输入两端分别电性连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端经RS485数据线连接。

6.根据权利要求3所述的一种余热集成回收装置，其特征在于，水冷机构的NPN三极管基极和壳体之间经导线连接并电性导通。

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