專利名稱：蓄熱型熱端換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釆用熱聲技術(shù)利用鋁電解槽余熱所需的熱端換熱器，涉及 到熱驅(qū)動熱聲熱機實用技術(shù)研究及蓄熱型新型熱端換熱器研究和低品位余熱利 用的研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可持續(xù)發(fā)展是我國的一項基本國策。在工業(yè)領(lǐng)域，節(jié)能降耗是實現(xiàn)可持續(xù) 發(fā)展的有效途徑。特別是對于鋁電解這樣的高耗能行業(yè)來說，通過利用其余熱 的方式來實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)具有很高的可行性。
近年來，我國鋁工業(yè)發(fā)展迅猛，隨之而來的高能耗、高污染也成為制約其 發(fā)展的關(guān)鍵因素。鋁電解工業(yè)水平的不斷提高，使得電解槽容量不斷增大，電 解槽單位面積的散熱強度亦不斷增大，從另一方面來說單位面積釋放到空氣中 的熱量較以前大大增加。由于生產(chǎn)規(guī)模擴大，散熱總面積也快速增長，這兩者 相加使得鋁電解槽余熱成為影響能耗指標(biāo)和對環(huán)境污染程度的重要影響因素。
在鋁電解槽總散熱損失中，上部散熱損失最大約占散熱量的5oy。，槽殼惻部散熱
損失次之約占總散熱量的35%,大量的余熱從此處直接排向空氣中，不僅造成巨
大的能量損失，而且惡化車間的工作環(huán)境。并且鋁電解槽殼側(cè)部散熱在鋁電解 槽的能量平衡中起著較為重要的作用。如果能將鋁電解槽殼側(cè)部的余熱利用起 來，可以在減少很大一部分的散熱損失的同時改善槽內(nèi)流場分布，提高效率。
鋁電解槽側(cè)部槽殼溫度多在270 30(TC左右，屬于較低品味的余熱。目前 的余熱利用技術(shù)基本上都是基于對高溫?zé)煔夂蛷U水中熱量的再次回收，且用途 多為制取熱水和用于預(yù)熱。鋁電解槽結(jié)構(gòu)特殊，無法采用成熟的余熱回收工藝 利用其余熱，且溫度較低可利用空間相對較小，這就需要一種新的技術(shù)實現(xiàn)余 熱回收。
熱聲熱機是自上世紀(jì)90年代興起的一個新興研究方向，近二十年來成為聲 學(xué)、低溫等領(lǐng)域的研究熱點。熱聲熱機能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為聲振蕩，在熱機內(nèi)部形成規(guī)律的壓力波。其特點如下
(1) 完全沒有運動部件，結(jié)構(gòu)非常簡單從根本上消除了常規(guī)熱機存在的磨 損與振動，因此具有可靠性髙、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，具有高度的可靠性；
(2) 釆用熱能驅(qū)動，可利用低品位熱能、余熱、太陽能、天然氣等作為熱
源，具有很大的靈活性和發(fā)展?jié)摿?。采用低品位的熱能和余熱不僅有利于提高
系統(tǒng)的熱力學(xué)效率，而且對那些缺乏電能的場合則更具有實際意義；
(3) 利用余熱的熱驅(qū)動熱聲熱機使用惰性氣體工質(zhì)作為工作介質(zhì)，具有良
好的環(huán)保性。
釆用驅(qū)動熱聲熱機利用鋁電解槽余熱，可以充分發(fā)揮熱聲熱機的優(yōu)點，使 得這種利用余熱的新方式既高效又環(huán)保。鋁電解槽殼側(cè)部余熱溫度在一區(qū)間內(nèi) 變化，不能直接作為熱驅(qū)動熱聲熱機的熱源，本發(fā)明針對這一問題提出釆用蓄 熱型熱端換熱器。這種新型換熱器的主要材料為相變材料，能夠?qū)⒂酂徂D(zhuǎn)化為 穩(wěn)定的熱源驅(qū)動熱聲熱機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對鋁電解槽槽殼側(cè)部散熱孔排放的余熱由于其溫度的 不穩(wěn)定性不能直接作為熱驅(qū)動熱聲熱機的熱源，而設(shè)計一種蓄熱型熱端換熱器 作為連接鋁電解槽與熱聲熱機的熱傳遞部件。通過在換熱器內(nèi)吸熱一蓄熱一放 熱的過程將鋁電解槽佘熱穩(wěn)定、持續(xù)的供給熱聲熱機作為驅(qū)動熱源，通過熱聲 系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)化為聲能，再又負(fù)載利用轉(zhuǎn)化來的聲能發(fā)電。從而把低品位的余 熱轉(zhuǎn)化為高品味的電能，實現(xiàn)更為有效的佘熱利用。
本發(fā)明的理論依據(jù)是本發(fā)明以傳熱學(xué)、材料學(xué)相關(guān)原理為依據(jù)。根據(jù)相 變材料有較大潛熱蓄熱能力以及蓄放熱過程近似恒溫的特點，以氟化物為主要 材料設(shè)計出相變溫度為30(TC左右的固液相變材料。為增加其相變潛熱，添加部 分石墨晶體，具體配比見于技術(shù)方案。本發(fā)明中的相變材料在30(TC時成為熔融 狀態(tài)，平穩(wěn)釋放潛熱。為保證高效傳熱，釆用傳熱系數(shù)較高的紫銅作為容器材 料，并可根據(jù)現(xiàn)場需要制造成不同形狀的模塊。
本發(fā)明的技術(shù)方案蓄熱裝置的蓄熱材料主要成份為無機鹽，溶解劑為水,活性劑為石墨，相變區(qū)間為290 ~310°C;
蓄熱材料各組份的重量配比為5~10份三氟化銻SbF3, 15~20份石墨顆 粒，68 8Q份純凈水。
蓄熱材料中的石墨顆粒直徑為50~ 200微米。
本發(fā)明中蓄熱裝置材料采用紫銅，內(nèi)部成蜂窩狀設(shè)計。填料孔尺寸為20 x 20醒，孔數(shù)根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)計，容器長度在100- 300,內(nèi)可調(diào)。
本發(fā)明所提供的蓄熱型熱端換熱器，構(gòu)造簡單、配置方便、原料易得、價 格便宜，能有效地吸收余熱并穩(wěn)定的釋熱。為熱聲熱機提供驅(qū)動熱源實現(xiàn)余熱 回收利用，為余熱利用提供新的方法，拓展熱聲熱機的使用范圍。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例作具體詳細(xì)說明。 實施例1:
蓄熱試劑的配比為5g SbF3 + 77g H20 + 18g石墨顆粒(顆粒直徑為50 ~ 200 微米)，其相變溫度為30(TC左右。 蓄熱裝置的制作方法如下
(1) 準(zhǔn)備純度為99. 99%及以上的分析試劑SbF3,純凈水、石墨顆粒(顆粒 直徑為50 200微米)等備用；
(2) 根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)計制造合適的蓄熱容器；
(3) 準(zhǔn)備分析天平、容器、攪拌設(shè)備等輔助設(shè)備；
(4) 按照確定的配方把各種組份按照比例稱好各自的重量。若溶液總質(zhì)量 為100g,則除去SbF3及石墨顆粒,其余為純凈水。
(5) 首先把主要的蓄熱試劑SbFj口入在步驟(4)中稱好重量的純凈水中， 若溶液總質(zhì)量為100g則純凈水質(zhì)量為75g,具體情況根據(jù)實際使用所需溶液總 質(zhì)量按照配比確定，邊加試劑邊開動攪拌設(shè)備，以使試劑在水中混合溶解均勻；
(6) 把輔助試劑石墨顆粒加入上面配好的試劑中，也是一邊添加試劑，一
邊攪拌，直至混合均勻備用；
(7) 把配制好的試劑裝入蓄熱容器中，蓄熱劑的添加容積不得大于蓄熱容器內(nèi)部有效容積的95%;(8)對蓄熱容器進行封口備用。 實施例2:配比取SbF3l0g， 15g石墨顆粒，再配75g純凈水。 具體操作方法同上。
權(quán)利要求
1. 一種蓄熱型熱端換熱器，由蓄熱裝置與余熱驅(qū)動熱聲熱機連接而成，其特征在于蓄熱裝置的蓄熱材料主要成份為無機鹽，溶解劑為水，活性劑為石墨，相變區(qū)間為290～310℃；蓄熱材料各組份的重量配比為5～10份三氟化銻SbF3，15～20份石墨顆粒，68～80份純凈水。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的蓄熱型熱端換熱器，其特征在于蓄熱裝置釆用 紫銅制作，內(nèi)部成蜂窩狀設(shè)計。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的蓄熱型熱端換熱器，其特征在于蓄熱材料中的 石墨顆粒直徑為50~ 200微米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種蓄熱型熱端換熱器，由蓄熱裝置與余熱驅(qū)動熱聲熱機連接而成，其特征在于蓄熱裝置的蓄熱材料主要成份為無機鹽，溶解劑為水，活性劑為石墨，相變區(qū)間為290～310℃；蓄熱材料各組份的重量配比為5～10份三氟化銻SbF₃，15～20份石墨顆粒，68～80份純凈水。蓄熱裝置采用紫銅制作，內(nèi)部成蜂窩狀設(shè)計。蓄熱材料中的石墨顆粒直徑為50～200微米。本發(fā)明所提供的蓄熱型熱端換熱器，構(gòu)造簡單、配置方便、原料易得、價格便宜，能有效地吸收余熱并穩(wěn)定的釋熱。為熱聲熱機提供驅(qū)動熱源實現(xiàn)余熱回收利用，為余熱利用提供新的方法，拓展熱聲熱機的使用范圍。
文檔編號F28D20/02GK101294778SQ20081007360
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者劉益才, 呂健良, 周孑民, 騫 唐, 張正林, 李雄強, 楊玉榮, 江金河, 覃明宏, 許家偉, 黃涌波 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司;中南大學(xué)