專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于廢熱利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置。
技術(shù)背景自20世紀(jì)80年代國(guó)家提出“優(yōu)先發(fā)展鋁工業(yè)”的戰(zhàn)略方針以來(lái)，我國(guó)鋁工業(yè)得 到迅速發(fā)展，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)電解鋁年增長(zhǎng)率超過(guò)20%，產(chǎn)量躍居世界首位， 2006年電解鋁產(chǎn)量達(dá)到920萬(wàn)噸。鋁電解槽是電解鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。近年來(lái)，隨著鋁 電解工業(yè)水平的不斷提高，電解槽容量或電流不斷增大，電解槽單位面積的散熱強(qiáng)度亦不 斷增大，進(jìn)而導(dǎo)致側(cè)部槽殼溫度隨之升高。目前鋁電解槽側(cè)部槽殼溫度多在270 300°C左 右，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，而且惡化了電解車(chē)間的 工作環(huán)境。如何有效利用電解槽側(cè)部槽殼的余熱，不斷提高對(duì)有限能源的有效利用，實(shí)現(xiàn)企 業(yè)的節(jié)能降耗與環(huán)境保護(hù)，是我國(guó)電解鋁企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)，提高核心競(jìng) 爭(zhēng)力，追求生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益最佳化的主要措施之一。如果需要對(duì)現(xiàn)有的電解槽側(cè)部槽殼的余熱進(jìn)行有效利用，需要克服以下技術(shù)問(wèn) 題1、鋁電解槽散熱孔表面較為粗糙，與發(fā)電裝置接觸部分熱阻較大導(dǎo)致發(fā)電效率降 低；2、各散熱孔的溫度分布不均勻，使各組發(fā)電裝置輸出功率不同導(dǎo)致串并組合后的 功率損失；3、散熱孔表面溫度過(guò)高，對(duì)材料的耐高溫和隔熱性能要求嚴(yán)格；4、環(huán)境溫度較高及發(fā)電模塊本身厚度較小不利于散熱，提高發(fā)電裝置冷、熱面溫 差難度大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，該 裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁電解槽散熱孔廢熱的有效利用，將廢熱直接轉(zhuǎn)換成電能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可 靠性高、綠色環(huán)保、適用范圍廣等特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為一種鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，其特征在于，包括高導(dǎo)熱模塊、溫差發(fā)電模 塊、冷卻模塊和電能引出與應(yīng)用模塊；高導(dǎo)熱模塊與溫差發(fā)電模塊的高溫面相接，溫差發(fā)電 模塊的低溫面與冷卻模塊相接，溫差發(fā)電模塊的電能輸出端與所述的電能引出與應(yīng)用模塊 相接。所述的高導(dǎo)熱模塊由金屬材料層、耐高溫隔熱材料層和耐高溫阻燃絕緣材料層疊 裝而成。溫差發(fā)電模塊的有效導(dǎo)熱面積占鋁電解槽散熱孔壁面積的20% 80%。[0014]所述的鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置幾何尺寸為長(zhǎng)介于100 450mm、寬介于 80 300mm、高介于 80 300mm。高導(dǎo)熱模塊由導(dǎo)熱系數(shù)大于200W. πΓ1. Γ1的金屬材料、導(dǎo)熱系數(shù)小于1. Iff. πΓ1. Γ1 的耐高溫隔熱材料、耐高溫阻燃絕緣材料組成。冷卻模塊選用換熱系數(shù)大于15WnT2. V 1的高密度散熱器，采用速度介于3 30m · s—1的壓縮空氣進(jìn)行冷卻。電能引出與應(yīng)用模塊輸出電壓為4. 2 36V的直流電。實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋁電解槽散熱孔廢熱的有效利用，將廢熱直接轉(zhuǎn)換成電能， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、綠色環(huán)保、適用范圍廣等特點(diǎn)。由于對(duì)電解槽余熱的有效利用，可 以改進(jìn)爐窯內(nèi)腔的溫度場(chǎng)分布、降低能耗、改善車(chē)間工作環(huán)境，而且提高電解槽的余熱利用 水平符合國(guó)家的《節(jié)能和新能源關(guān)鍵技術(shù)》的發(fā)展目標(biāo)要求，具有巨大的社會(huì)效益。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，受熱面為10X12cm2的發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能能 使12V、5W的節(jié)能燈正常穩(wěn)定的工作，將發(fā)電裝置布滿(mǎn)鋁電解槽側(cè)壁的1個(gè)散熱孔中， 輸出功率達(dá)到45W。對(duì)于320kA鋁電解槽，若將側(cè)壁散熱孔(散熱孔分為3層，每層有 60個(gè)，共180個(gè))和槽底(可布60個(gè)發(fā)電裝置)布滿(mǎn)發(fā)電裝置，每噸鋁輸出電能為 45WX (180+60) X 24/2. 87 = 90. 3kWh/t。實(shí)施該技術(shù)后每臺(tái)電解槽每生產(chǎn)1噸鋁可節(jié)約 90. 3X0. 41 (2008 年電價(jià))=37. 02 元。

圖1是本實(shí)用新型鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置原理圖；圖2是本實(shí)用新型鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置裝配圖；圖3是本實(shí)用新型高導(dǎo)熱模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型高導(dǎo)熱模塊裝配圖；圖5是本實(shí)用新型冷卻模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的箭頭指示壓縮空氣由此進(jìn)入圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明11_金屬材料，12-耐高溫隔熱材料，13-耐高溫阻燃絕緣材料； 14-散熱器，15-風(fēng)管，16-冷卻模塊，17-溫差發(fā)電模塊，18-高導(dǎo)熱模塊，171-低溫面， 172-高溫面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置的原理和裝配方式分別如圖1 和圖2所示，它由高導(dǎo)熱模塊18、溫差發(fā)電模17、冷卻模塊16、電能引出與應(yīng)用模塊四個(gè)部 分組成，高導(dǎo)熱模塊18與溫差發(fā)電模塊17的高溫面172相接，溫差發(fā)電模塊17的低溫面 171與冷卻模塊16相接，溫差發(fā)電模塊17與電能引出與應(yīng)用模塊相接。高導(dǎo)熱模塊由金屬材料11、耐高溫隔熱材料12、耐高溫阻燃絕緣材料13組成，其 結(jié)構(gòu)和裝配方式分別如圖3和圖4所示，12和13疊加在一起，13直接與鋁電解槽散熱孔壁 接觸，12和13的中間部分均開(kāi)設(shè)有放置11的孔，11與12、13相嵌裝配在一起，11在13側(cè)略突出以便與鋁電解槽散熱孔壁更好地接觸，11在12側(cè)與12平齊以便安裝冷卻模塊。金屬 材料11選用導(dǎo)熱系數(shù)為236W. πΓ1. Γ1的鋁板以提高集熱效率，尺寸為200mmX100mmX35mm ； 耐高溫阻燃絕緣材料12選用導(dǎo)熱系數(shù)為0. 012W. πΓ1. K—1的納米超效絕熱材料；耐高溫阻燃 絕緣材料13選用型號(hào)為FBR的特種耐高溫阻燃絕緣材料，工作溫度380 450°C。為提高冷卻效率，降低發(fā)電模塊冷面溫度，本實(shí)用新型選用換熱系數(shù)為25W. πΓ2. °C 的高密度散熱器14，尺寸為200mmX120mmX56mm。采用壓力為0. 5MPa速度20m/s的 壓縮空氣進(jìn)行冷卻。冷卻模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示，散熱器與高導(dǎo)熱模塊中的金屬材料11和耐 高溫隔熱材料12相接，壓縮空氣通過(guò)開(kāi)有小孔的風(fēng)管E從側(cè)部對(duì)散熱器進(jìn)行冷卻，以降低 散熱器的溫度，提高溫差發(fā)電模塊高溫面與低溫面之間的溫度差。溫差發(fā)電模塊17選用TEP1-1264-1. 5和TEP1-12656-0. 8兩種型號(hào)的發(fā)電器件， 它們的尺寸分別為0mmX40mmX3. 4mm和56mmX56mmX5. 1mm，輸出電壓為(0. 042ΔΤ)ν(ΔΤ為 溫差發(fā)電模塊高溫面與低溫面之間的溫度差)，內(nèi)阻分別為1. 6歐姆和3. 2歐姆。根據(jù)散熱 孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)串并聯(lián)方式以保證有效的發(fā)電面積，輸出負(fù)載所需功率。電能引出與應(yīng)用模塊 禾IJ用導(dǎo)線(xiàn)將發(fā)電模塊發(fā)出的電能引出，通過(guò)穩(wěn)壓電路輸出12V直流電壓以供負(fù)載使用。電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置的幾何尺寸為350mmX260mmX260mm。
權(quán)利要求一種鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，其特征在于，包括高導(dǎo)熱模塊、溫差發(fā)電模塊、冷卻模塊和電能引出與應(yīng)用模塊；高導(dǎo)熱模塊與溫差發(fā)電模塊的高溫面相接，溫差發(fā)電模塊的低溫面與冷卻模塊相接，溫差發(fā)電模塊的電能輸出端與所述的電能引出與應(yīng)用模塊相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述的高導(dǎo)熱 模塊由金屬材料層、耐高溫隔熱材料層和耐高溫阻燃絕緣材料層疊裝而成。
3.根據(jù)內(nèi)容1所述的鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，其特征在于，溫差發(fā)電模塊的有 效導(dǎo)熱面積占鋁電解槽散熱孔壁面積的20% 80%。
4.根據(jù)內(nèi)容1所述的鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述的鋁電解槽 散熱孔廢熱發(fā)電裝置幾何尺寸為長(zhǎng)介于100 450mm、寬介于80 300mm、高介于80 300mmo
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種鋁電解槽散熱孔廢熱發(fā)電裝置，其特征在于，包括高導(dǎo)熱模塊、溫差發(fā)電模塊、冷卻模塊和電能引出與應(yīng)用模塊；高導(dǎo)熱模塊與溫差發(fā)電模塊的高溫面相接，溫差發(fā)電模塊的低溫面與冷卻模塊相接，溫差發(fā)電模塊的電能輸出端與所述的電能引出與應(yīng)用模塊相接。該裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁電解槽散熱孔廢熱的有效利用，將廢熱直接轉(zhuǎn)換成電能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、綠色環(huán)保、適用范圍廣等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25C3/06GK201634775SQ20092031127
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者周孑民, 孫志強(qiáng), 張韜, 徐冰, 梁高衛(wèi), 黃學(xué)章 申請(qǐng)人:中南大學(xué)