余热发电系统的制作方法

本发明属于节能换热领域，具体涉及了一种余热发电系统。

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余热，这些余热都直接浪费了。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，我司研发了余热发电系统，通过利用余热来进行发电，提高余热利用率，减少能源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种余热发电系统，以达到余热回收利用的目的。

为达到上述目的，本发明的基础方案为：余热发电系统，包括吸热组件、斯特林发电机以及用于驱动热交换介质循环的循环泵；吸热组件包括换热筒，换热筒包括用于放置高温工件的放置腔以及用于供热交换介质流通的冷却通道，换热筒至少一个端面设有用于盖合换热筒的顶盖；冷却通道和循环泵通过管道首尾连通形成闭合的循环通路，管道上设有用于对斯特林发电机的吸热端提供热量的换热组件。

本基础方案的工作原理以及有益效果在于：

1、本方案中在换热筒至少一个端面设有顶盖，在换热筒横向放置时，换热筒的两端均需设置顶盖；当换热筒竖向放置时，换热筒的下端可与地面相抵形成密封，则只需在换热筒上端设置顶盖；综上，设置顶盖的目的就是使得换热筒内尽可能密封，减少热量的散失，提高余热回收率。

2、通过设置换热组件和斯特林发电机的吸热端接触，热交换介质吸收热量之后在管道里流通时，将热量带到换热组件处时，热量传递给斯特林发电机的吸热端，斯特林发电机吸收热量后可用于发电，实现余热的利用。

进一步，循环通路内还连通有辅热组件，辅热组件设置在斯特林发电机和吸热组件之间，辅热组件与吸热组件之间设置有温敏传感器，温敏传感器电连接有控制器，温敏传感器、控制器与辅热组件电连接，控制器用于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，从而导致热交换介质的温度降低，热交换介质的温度难以使得斯特林发电机继续工作，该部分的热量无法继续用来发电，容易浪费掉。

通过本方案的设置，当温敏传感器检测到温度降低至斯特林发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，辅热组件会对热交换介质进行加热，使得热交换介质的温度提升至斯特林发电机的工作温度。

进一步，循环通路内还连通有储液箱，储液箱设置在泵组件和斯特林发电机之间。

有益效果：热交换介质循环过程中，储液箱相当于热交换介质的中转处，大量的热交换介质在储液箱内停留，使得参与循环的热交换介质量增多。同时，停止换热后，大量热交换介质可以储存在储液箱内，当热交换介质在循环过程中出现差错时，也方便工人通过储液箱检修，而不需要拆卸管道进行检修。

进一步，换热筒竖直设置，换热筒包括内筒和固定在内筒外的外筒，内筒为放置腔，内筒和外筒之间形成冷却通道；顶盖设置在换热筒上端面，顶盖和换热筒接触的一面设置倒锥形凸起。

有益效果：换热筒竖直放置，减少占地面积，同时可以少设置一个顶盖，减少加工成本。热交换介质在内筒和外筒之间，高温工件或其他高温物品放置在内筒内，和热交换介质进行换热冷却，当热气向靠近顶盖方向运动外溢时，受到锥形导流部的引导向靠近内筒内壁方向运动，进而快速和内筒、外筒之间的热交换介质交换热量，降低热气经顶盖与外界换热的量，进一步提高余热回收率。

进一步，顶盖内设有空腔，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：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。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，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，内筒的内壁上开设有多个与凹槽连通的散热孔。

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。而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，顶盖的底部设有多个沿凸起均布的导热单元，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：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。

导热单元的工作过程为：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，排气孔倾斜设置，且远离气囊一侧的出口朝下。

有益效果：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，换热组件包括固定在管道上且与管道连通的换热箱，斯特林发电机的吸热端插入换热箱内，换热箱上设有位于和斯特林发电机的连接处的密封件。

有益效果：斯特林发电机的吸热端直接和换热箱中的热交换介质接触，提高热量吸收效率，设置密封件，避免热交换介质通过换热箱泄露。

进一步，内筒下部交错分布有多根与吸热管连通的金属质支撑管；换热筒下端水平滑动连接有收渣箱。

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，例如电解铝的预焙电极，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为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例中换热筒的立体透视图；

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：换热筒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、收渣箱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、循环泵400、储液箱401、换热箱402、加热器403、温敏传感器404。

实施例一

如图1所示，余热发电系统，包括吸热组件、换热组件、辅热组件、斯特林发电机、储液箱401以及循环泵400，本申请中以两个吸热组件为例进行说明，实际生产过程中，吸热组件可根据需求设置一个或多个。

吸热组件包括竖直设置的换热筒100，结合图2所示，换热筒100包括内筒101和固定在内筒101外的外筒102，内筒101和外筒102同轴设置，内筒101和外筒102之间形成供热交换介质流通的冷却通道，本实施例中，参与冷却循环的热交换介质为液态金属，该液态金属是专利号为201410268984.1的专利中公开的由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的熔点为3℃的合金，其制备方法可参考该专利公开的方法。冷却通道的上、下端均封闭。

结合图5所示，换热筒100的顶部盖合有顶盖200，本实施例中顶盖200呈圆形，顶盖200的外径大于换热筒100的外径，盖合时直接将顶盖200放置在换热筒100上端即可。顶盖200底部的中心处固定有呈倒锥形的凸起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上部封闭的盖板203，具体设置为：在盖板203上设有定位孔ⅰ，在顶盖200上设有与定位孔ⅰ位置对应的螺纹孔ⅰ，将螺栓装入定位孔ⅰ与螺纹孔ⅰ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。

结合图3所示，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，内筒101的侧壁上开设有多个与凹槽103位置对应且连通的散热孔104，即多个散热孔104的圆心连线呈与凹槽103路径一致的螺旋曲线，且散热孔104均为通孔。凹槽103内卡接有供热交换介质流通的吸热管105，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。内筒101下部交错分布有多根与吸热管105连通的不锈钢质的支撑管109；换热筒100下端水平滑动连接有收渣箱110。

结合图4所示，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201一侧)弯折形成安装耳108，在安装耳108上开设有定位孔ⅱ，在内筒101外壁上设有一组与定位孔位置对应的螺纹孔ⅱ，一组螺纹孔ⅱ中的两个螺纹孔ⅱ分别位于凹槽103上下两侧，将螺栓装入定位孔ⅱ和螺纹孔ⅱ内，从而可将抱箍107固定在吸热管105的外部。

换热组件包括换热箱402，换热箱402上设有供斯特林发电机的吸热端插入的插孔，插孔内固定有密封件，本实施例中密封件选用石墨盘根。

辅热组件包括加热箱和固定在加热箱上的加热器403，加热器403的型号为：dn125x800，辅热组件与吸热组件之间设置有温敏传感器404，温敏传感器404的型号为：sin-wzp-pt100，温敏传感器404电连接有安装在加热器403上的控制器，控制器型号为：900u，控制器与加热器403电连接，且控制器用于控制加热器403的启闭。

两组吸热组件中的吸热管105的进液端均连通在进液总管上，两组吸热组件中的吸热管105的出液端均连通在出液总管上，出液总管、辅热组件、换热组件、储液箱401、机械泵以及进液总管通过管道依次首尾连通，并形成闭合的循环通路，该循环通路中的液态金属呈顺时针方向循环流动，该循环通路中所使用的管道均为钢制管道。

具体实施过程如下：

利用车间中的行车(或其他方式)将待降温的工件放置在支撑管109上，本实施例中，工件以电解铝残极为例，将粘附有电解铝残极的母线放置于内筒101内。电解铝残极放置完成后，通过吊耳将顶盖200盖合在换热筒100的顶部，电解铝残极放入时与支撑管109轻微碰撞，使得电解铝残极上残留的碎渣经支撑管109之间的间隙掉落在收渣箱110内。收渣箱110可水平滑动，需要清理碎渣时，可滑出收渣箱110集中进行清理。

电解铝残极的初始温度高达900℃以上，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。开启循环泵400，使得液态金属在循环通路内不断循环，流经吸热管105和支撑管109的低温液态金属将电解铝残极附近以及向上流动的热气流中的热量带走，实现余热的吸收，当液态金属流经换热组件时，斯特林发电机的吸热端吸收热量，使得斯特林发电机发电，斯特林发电机的发电过程为现有技术，本实施例中不做赘述。由于斯特林发电机吸收液态金属中的热量并进行了利用，液态金属的温度降低，可重新参与循环吸收电解铝残极的热量。

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内壁方向流动，热气流经散热孔104进入凹槽103，其热量被吸热管105内的热交换介质带走。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：

结合图6所示，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。具体的，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306可采用耐高温的硅橡胶制作，而导热板300可采用铝合金板，导杆302可采用45钢制作。

具体实施过程如下：

顶盖200盖合在换热筒100上之后，开启连接减速电机301的电源，使得位于换热筒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内的液态金属换热，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。