一种工业废气的余热回收装置

1.本发明涉及相变材料储能领域，具体涉及到一种工业废气的余热回收装置。


背景技术：

2.能源问题一直是人类经济发展亟待解决的问题，传统化石能源的不可再生性，以及急剧消耗所产生的温室问题已经极大地降低了人类的生活质量。因此，如何提高现有能源的利用效率、减少能源消耗已经成为21世纪的研究热点。
3.余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％-67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。
4.多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。相对于连续介质材料而言,多孔材料一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点。
5.在众多的多孔材料中,制备无序孔多孔材料的制备较易,成本较低,易于大量推广和使用，例如泡沫金属。可控孔多孔材料的制备过程相对复杂,且技术条件要求较高,但其拥有许多无序孔多孔材料所不具备的特性,随着新技术的发展,可控孔多孔材料的制备方法将越来越成熟,这类方法必将成为今后多孔材料科学的发展趋势。
6.梯度金属多孔材料是指多孔材料的孔结构在材料的某个取向上呈梯度变化的一类非对称的多孔材料。
7.相变材料(pcm-phase change material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体。
8.相变蓄热技术可以有效缓解能量供求双方在时间、强度上的不匹配问题，有效提高能源的利用效率。在电力的“削峰填谷”、电子器件冷却、新能源利用、太阳热发电、工业余热回收过程与温室建筑等领域具有广阔的应用前景。相变材料(pcms)在相变过程中具有相变潜热大、能量密度高、相变过程近似等温、过程易控制等优点。其中，有机相变材料又以其可控的相变温度范围、优异的化学和循环稳定性、无相分离、无过冷、成本低廉，以及与其他材料的相容性好等优点，可适用于各种类型的温度调节。然而，有机相变材料的低导热系数 [一般为0.2～0.4w/(m
·
k)]严重阻碍了其大规模的应用和发展。
[0009]
相变材料的分类，相变材料主要包括无机pcm、有机pcm和复合pcm三类。其中，无机类pcm主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类pcm主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；复合相变储热材料的应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题，但是混合相变材料也可能会带来相
变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。


技术实现要素：

[0010]
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种工业废气的余热回收装置，以多孔铝合金材料为基体，能提高相变材料的导热性能，间接提高了相变材料的吸热能力，结构简单，热能利用率高，可应用于绝大多数产生废气的设备。
[0011]
技术方案
[0012]
一种工业废气的余热回收装置，包括最外层的绝热壳，所述绝热壳的内部设置有管道区，所述管道区的内部设置有空心圆柱形的吸热区，所述管道区内部设置有螺旋环绕的三根管道，所述吸热区的正中间处设置有用于安置管道热源的通道，所述吸热区上还设置有孔洞，所述绝热壳的两端设置有两个底板。
[0013]
进一步的，所述吸热区由梯度多孔铝合金材料组成，所述吸热区分成三个厚度相同的圈层，内圈层孔隙率高，中圈层孔隙率中，外圈层孔隙率低，各圈层间保持通孔连接。
[0014]
进一步的，所述孔洞内填充有相变材料，所述相变材料为pe－npg二元体系多元醇，所述相变材料中加入有纳米碳材料，所述相变材料的表面通过胶囊技术包覆有一层性质稳定的膜壳，所述膜壳的材料为聚苯乙烯的纳米相变微胶囊材料。
[0015]
进一步的，所述孔洞从内至外逐渐变小，最内侧的所述孔洞最大
[0016]
进一步的，所述相变材料的填充率为0.8，内侧的所述孔洞填充的材料比外侧的所述孔洞的量大。
[0017]
进一步的，所述底板的材料为泡沫混凝土材料。
[0018]
进一步的，所述管道区范围内的所述管道的直径大于所述管道区范围外的所述管道的直径。
[0019]
进一步的，所述绝热壳的材料为泡沫混凝土材料，所述绝热壳的厚度为所述管道区厚度的三分之一。
[0020]
进一步的，所述绝热壳、所述管道区、所述吸热区紧密相接，通过手工电弧焊焊接。
[0021]
有益效果
[0022]
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023]
(1)本发明所设计的基于梯度多孔金属强化相变材料传热储能的工业废气余热回收装置，结构简单，适配于绝大多数设备的管道，可相对具体情况调节尺寸，极其方便；
[0024]
(2)以多孔铝合金材料为基体，能提高相变材料的导热性能，间接提高了相变材料的吸热能力；
[0025]
(3)纳米材料具有极大的比表面积、更轻质、高导热系数等诸多优点，在所选相变材料中加入纳米碳材料，可以提高相变材料的导热能力；
[0026]
(4)相变材料微胶囊化能有效解决相变材料的泄露、相分离和腐蚀性问题，同时还具有传热面积大、耐久性高、控温效果好、使用寿命长等优点；
[0027]
(5)最外层空心圆柱形绝热区和最内层空心圆柱形吸热区的上下底面采用泡沫混凝土材料，可以保证装置本身的热量泄露；
[0028]
(6)吸热区的多孔材料采用梯度结构，这样可以合理分配相变材料的量。当离热源近时，所需的相变材料多，高孔隙率的内层多孔材料将填充更多的相变材料，当离热源远
时，所需的相变材料少，低孔隙率的外层多孔材料将填充少量的相变材料；
[0029]
(7)单独设立一个实体管道区存放管道而不是简单的将管道缠绕在吸热区外，是为了增加管道的接触面积，避免热量流失，管道区的管道采用螺旋结构，可以大大增加冷风和冷水与相变材料的接触时间，吸收更多的热量，管道区区域范围内的管径比管道区区域范围外的管径粗可以减小新风或冷水在管道区区域内的流速，增加接触时间；
[0030]
(8)选用pe－npg二元体系多元醇(季戊四醇－新戊二醇)作为本设计的相变材料，可以避免相变材料形状改变过大，甚至转变为气体泄露，为装置后期的清理提供便利。
附图说明
[0031]
图1是本发明一种工业废气的余热回收装置的三维结构示意图；
[0032]
图2是图1的正视图；
[0033]
图3是吸热区结构示意图；
[0034]
图4是图3的正视图；
[0035]
图5是底板的结构示意图；
[0036]
图6是绝热壳结构示意图；
[0037]
图7是管道区的结构示意图；
[0038]
图8是本发明的剖视图。
[0039]
附图标号：1、通道，2、管道，3、管道区，4、吸热区，5、孔洞，6、绝热壳，7底板。
具体实施方式
[0040]
为更好地说明阐述本

技术实现要素：
，下面结合附图和实施实例进行展开说明：
[0041]
有图1-图8所示，本发明公开了一种工业废气的余热回收装置，包括最外层的绝热壳6，所述绝热壳6的内部设置有管道区3，所述管道区3的内部设置有空心圆柱形的吸热区4，所述管道区3内部设置有螺旋环绕的三根管道2，所述吸热区4的正中间处设置有用于安置管道热源的通道1，所述吸热区4上还设置有孔洞5，所述绝热壳6的两端设置有两个底板7。
[0042]
进一步的，所述吸热区4由梯度多孔铝合金材料组成，所述吸热区4分成三个厚度相同的圈层，内圈层孔隙率高，中圈层孔隙率中，外圈层孔隙率低，各圈层间保持通孔连接。
[0043]
进一步的，所述孔洞5内填充有相变材料，所述相变材料为pe－npg二元体系多元醇(季戊四醇－新戊二醇)，所述相变材料中加入有纳米碳材料(体积分数为1％)，所述相变材料的表面通过胶囊技术包覆有一层性质稳定的膜壳，所述膜壳的材料为聚苯乙烯的纳米相变微胶囊材料。
[0044]
进一步的，所述孔洞5从内至外逐渐变小，最内侧的所述孔洞5最大
[0045]
进一步的，所述相变材料的填充率为0.8，内侧的所述孔洞5填充的材料比外侧的所述孔洞5的量大。
[0046]
进一步的，所述底板7的材料为泡沫混凝土材料。
[0047]
进一步的，所述管道区3范围内的所述管道2的直径大于所述管道区3范围外的所述管道2的直径。
[0048]
进一步的，所述绝热壳6的材料为泡沫混凝土材料，所述绝热壳6的厚度为所述管
道区 3厚度的三分之一。
[0049]
进一步的，所述绝热壳6、所述管道区3、所述吸热区4紧密相接，通过手工电弧焊焊接。
[0050]
具体地，需要利用废气中的余热时，将废气管道穿过通道1，而当废气管道内的热废气穿过通道1时，废气中的余热通过吸热区4被相变材料吸走；
[0051]
同时管道2内通入有冷水，当冷水与相变材料相近时，相变材料内储存的热能会传递给冷水，运到其他地方应用；
[0052]
或者管道2内通入新风，此时，当新风与相变材料相近时，相变材料内储存的热能会传递给新风，从而通过热风将余热运到其他地方应用；
[0053]
同样的，高温废气只是一种含有余热的资源，其余的冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等皆可通过上述方法实现余热回收。
[0054]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明技术方案进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。