使用经聚集的太阳能的金属再熔化和发电的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所公开的实施方式总体上涉及聚集式太阳能热技术，并且更特别地涉及用于使用经聚集的太阳能对回收金属进行再熔化并且可选地将熔化的回收金属用作用于发电的传热材料的方法和装置。
【背景技术】
[0002]众所周知，主要的金属生产和回收是需要大量能量的工业活动。特别地，在金属回收中，在将废品再处理成坯料或其他有用的形式之前，所需要的能量用量的大部分仅为提供热量以熔化废金属。金属回收需要的熔化步骤通常使用燃煤反射炉(在铝回收的情况下)或电弧炉(在钢回收的情况下)来进行。这些处理会是低效的。例如，反射炉使铝转换成炉渣和浮渣，而电弧炉由电产生热量，这是相对低效的热量产生方法。
[0003]本文所公开的实施方式意在克服包括但不限于以上所讨论的问题的一个或更多个技术限制。
【发明内容】
[0004]本文所公开的一个实施方式是用于对回收金属或废金属进行再熔化的聚集式太阳能热系统。系统包括回收(或废)金属的源。如本文所限定的，回收金属或废金属是先前被制造成产品或作为金属制造处理的未以其他方式被使用的副产品的任何类型的任何金属。系统包括太阳能接收器，该太阳能接收器被配置成接收从一个或多个反射表面反射的经聚集的太阳能通量以对一定量的回收金属进行加热并且使回收金属的至少一部分熔化。系统还包括固化级，该固化级接收熔化的回收金属并且提供将熔化的金属铸成对出售或后续生产金属产品有用的任何类型的固体形式。然后，固化的金属可以被出售或者以其他方式从系统移走。
[0005]在某些实施方式中，系统还包括至少一个热交换器，该热交换器与所述太阳能接收器流体连通，该热交换器接收来自接收器的熔化的回收金属并且提供所述熔化的回收金属与发电循环的工作流体之间的热交换。系统可以包括流体或固体材料导管，该流体或固体材料导管提供对太阳能接收器、可选的熔化金属存储装置系统或固化级之间熔化金属中的一些或全部的回收。在包括发电循环的实施方式中，系统可以被配置成开放式系统，其中，基本上所有输入到太阳能接收器的回收金属或废金属在紧接在熔化之后、在存储之后或者在可选的与发电循环热交换之后被铸成有用的固体形式。
[0006]可替代地，某些实施方式可以被操作成周期性闭环系统，其中，熔化的金属在被铸成有用的形式并且从系统移走之前多次通过太阳能接收器和任何热交换器元件。
[0007]某些实施方式包括在回收金属或废金属输入太阳能接收器之前预处理回收金属或废金属。例如，在回收的废金属输入到接收器之前，其可以被粉碎，或者在回收的废金属输入到接收器之前，其可以被粉碎并且然后被压制成理想形状的坯料。
[0008]其他实施方式包括对金属进行再熔化的方法。再熔化方法实施方式利用如以上所限定的回收金属或废金属的源，该回收金属或废金属可以被粉碎或者压制成合适的形状。然后，将金属加载到太阳能接收器中，该太阳能接收器被配置成接收使金属的至少一部分熔化的经聚集的太阳能通量。然后，使用铸造机或其他固化级将熔化的金属铸成固体形式。固体形式可以具有任何形状，包括但不限于:锭、坯、板、线材、颗粒或其他形式。然后，固体可以从系统移走、出售或再制造成有用产品。
[0009]其他实施方式包括发电的方法。发电方法也利用回收金属或废金属的源，如上所述，可以将回收金属或废金属加载到太阳能接收器中并且熔化。熔化的金属被用作传热材料并且在熔化的金属被加热之后经历与发电循环的工作流体的热交换。然后，传送到工作流体的能量可以用于驱动一个或更多个涡轮机以产生电力。如上所述，可以将熔化的金属传热材料固化成有用的固体形式并且从系统移走，或者再回流到太阳能接收器以进行附加加热。在某些实施方式中，工作流体与金属传热材料之间的附加热交换发生在固化处理期间或者在固化处理之后。
【附图说明】
[0010]图1是热太阳能驱动的回收金属或废金属再熔化系统的示意图。
[0011]图2是替代性的热太阳能驱动的回收金属或废金属再熔化系统的示意图。
[0012]图3是使用回流换热式输入预加热的热太阳能驱动的回收金属或废金属再熔化系统的不意图。
[0013]图4是具有关联的发电循环的热太阳能驱动的回收金属或废金属再熔化系统的示意图。
[0014]图5是具有关联的发电循环的替代性的热太阳能驱动的回收金属或废金属再熔化系统的示意图。
【具体实施方式】
[0015]除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表示成分、尺寸、反应条件等的量的所有数值应理解为在所有实例中用术语“约”来修饰。
[0016]在本申请和权利要求书中，除非另有特别说明，否则单数的使用包括复数。此外，除非另有说明，否则“或”的使用意指“和/或”。此外，术语“包括(including) ”以及其他形式例如“包括(includes)”和“包括(included) ”的使用不是限制性的。此外，除非另有特别说明，否则术语例如“元件”或“部件”包含包括一个单元的元件和部件以及包括不止一个单元的元件和部件两者。
[0017]本文所公开的实施方式包括用于对包括但不限于回收金属或废金属的金属进行再熔化的聚集式太阳能热系统和方法。此外，公开了以将回收金属用作经历固液相变的传热材料(HTM)为特征的聚集式太阳能(CPS)系统和方法。本文使用术语“传热材料”而不是较常见的“传热流体”，这是因为在所描述的系统的某级中，回收金属或废金属HTM作为非流体的固体被移动、被存储并且被利用。在下文某些详细的实施方式中，该系统是开放式的。因此，金属被输入到太阳能接收器以被熔化然后稍后固化成用于出售、再制造或以其他方式从太阳能回收系统移走的有用的形式。在其他实施方式中，系统以部分地或周期性地闭环方式工作，使得废金属被输入到系统并且在被铸成有用的形式并且从太阳能热设施移走之前不止一次被移动通过热传导循环。
[0018]图1是系统100的示意图，系统100被配置成对回收金属进行熔化并且将金属铸成用于出售或后续制造处理的固体形式。因此，系统100是开放式系统。以罐102示出的回收金属在熔化之前被粉碎机104粉碎。重要的是要注意，输入到系统100的回收金属可以是任何类型，包括但不限于铝、钢、铜、铁、铬或其他金属。金属的源可以是铝罐、汽车、结构钢、在其他金属加工处理期间形成的副产品(废料)金属或任何其他金属源。所选择的预处理步骤例如在粉碎机104中粉碎回收金属可以包括为准备将金属在太阳能接收器106中熔化而必须或可取的任何物理或化学处理。
[0019]在图1的实施方式中，系统100包括压制机108，该压制机108工作以将粉碎的回收金属压制成其形状和尺寸确定以被输入到太阳能接收器106中的坯料110。系统还包括机械输送工具，该机械输送工具被示出为链驱动坯料升降机112。坯料升降机用来将一系列坯料110从冷存储单元114移动到太阳能接收器106。
[0020]在太阳能接收器106处，回收金属坯料经受具有使金属中的一些或全部金属熔化成液体的经聚集的太阳能通量的照射。然后，熔化的回收金属可以例如在导管116中流到铸造机118以铸成可以被出售用于制造产品的锭、条、坯、板或其他形式。在铸造之前，可以将熔化的回收金属存储在热存储箱120中，该热存储箱120可以提供对如下文详细描述的发电有用的热存储。
[0021]在图1的系统100的实施方式中，太阳能接收器106被示出在聚集太阳能的热塔的顶部。基于塔的接收器在所描述的实现方式中可以是有利的，这是因为与一大片定日镜(hel1stat)关联的基于塔的接收器可以被配置成获得足够高以熔化金属的工作温度。然而，重要的是要注意，其他聚集太阳能的接收器和系统配置可以适合与金属回收/熔化系统一起使用。
[0022]图1的系统100将传统的铸造机118示出作为固化级，该固化级被配置成使熔化的回收金属形成为适合出售或后续制造目的的固体。该系统可替代性地可以用如在金属加工或金属处理领域中已知的其他类型的固化级来实现。
[0023]图2是示出替代性的系统200的示意图，该替代性的系统200被配置成在太阳能接收器106的输入端处直接利用粉碎的回收金属或废金属，特别地，如以上所描述的，在粉碎机104中粉碎回收金属或废金属102。然后，将粉碎的金属加载到冷存储箱202中并且随后使用材料传送系统输送至太阳能接收器106的入口。所示出的材料传送系统包括链驱动斗式升降机204。斗式升降机204将粉碎的金属倾卸或混合到在浆体混合室210中的一定量的先前熔化的回收金属中。