一种利用熔炼炉余热的热磁式发电装置

1.本发明属于热磁发电领域，具体涉及一种利用熔炼炉余热的热磁式发电的新装置。


背景技术：

[0002][0003]
利用冶金厂内的高温环境对损失的热能进行回收转化为电能是一种有效的节能减排的俘能方法，在很多大型的冶金厂内有着不少大型设备利用此种方法进行能量回收，但是大型设备的制造难度大，成本高，对小型冶金厂不适用，不利于大规模推广。对此，我们提出了一种利用熔炼炉余热的热磁式发电装置。他可以安装在熔炼炉的炉壁上，通过对炉壁上热能的收集利用，将其转换为电能，减少不必要的能量损耗。本发明可以有效的提高了冶金厂熔炼炉的能量利用率，将热能转化为电能为其他各种设备供电，并且本发明做了散热制动模块，可以有效的避免发电设备过热而出现的故障问题。


技术实现要素：

[0004]
为了促进冶金厂的节能减排，解决熔炼炉的高耗能、能量利用率低的问题，本发明根据冶金厂熔炼炉在工作时其炉壁有大量热能损耗的特点，充分利用熔炼炉在工作过程中其炉壁处所损耗的热量，提供了一种利用熔炼炉余热的热磁式发电装置，使得原本耗散的热能得到回收再利用。
[0005]
本发明由热传导铜板、汽缸、主活塞、传动杆、主弹簧、导气管、冷凝管、散热片、副活塞、固位板、螺栓、副弹簧、组件定位板、直角固定支架、轴承固定件、轴承、齿轮、齿条、传动轴、线圈外壳、电磁线圈、发电机外板、磁铁卡盘、永久磁铁构成。整个装置的构成分为三个模块，分别是俘能传动模块、电磁发电模块和散热制动模块。俘能传动模块包含热传导铜板、汽缸、主活塞、传动杆、主弹簧、组件定位板、直角固定支架、齿条；电磁发电模块包含电磁发电模块由轴承、轴承固定件、齿轮、传动轴、线圈外壳、电磁线圈、发电机外板、磁铁卡盘、永久磁铁；散热制动模块包含导气管、冷凝管、散热片、副活塞、固位板、副弹簧等构件。
[0006]
进一步的，俘能传动模块：所述热传导铜板与汽缸、主活塞三者形成密闭空间，密闭空间内有冷却液，热传导铜板靠近高温熔炼炉的炉壁进行热能的传导；所述传动杆穿过组件定位板，传动杆的一端固定在主活塞上，另一端接有齿条；所述组件定位板通过两对直角固定支架固定在发电机外板上，组件定位板中间有一限位孔用以限定传动杆的位移方向；所述主弹簧套在传动杆上，一端固定在组件定位板上，另一端固定在主活塞上，上述的几种机构的合理组合，构成了发电装置的俘能传动模块。
[0007]
进一步的，电磁发电模块：所述轴承由轴承固定件固定在组件定位板上；所述齿轮与齿条啮合，齿轮两侧接有传动轴；所述传动轴穿过轴承，一端接在齿轮上，另一端接在线圈外壳上；所述线圈外壳内部装有电磁线圈，线圈外壳与传动轴一起转动。所述永久磁铁通过过盈配合固定在磁铁卡盘内，形成稳定磁场；上述的几种机构的组合，构成了发电装置的
电磁发电模块。
[0008]
通过俘能传动模块和电磁发电模块的组合，实现了能量从内能到机械能再到电能的转化：冷却液在由热传导铜板、汽缸和主活塞组成的密闭空间内受热气化，体积膨胀使得密闭空间内的压强增大，主活塞受力后带动传动杆和齿条一起位移，与齿条啮合的齿轮将齿条的直线运动转化为旋转运动，并带动传动轴、线圈外壳和电磁线圈旋转，电磁线圈在由永久磁铁形成的磁场中旋转做切割磁感线运动产生电流。
[0009]
进一步的，散热制动模块：所述导气管一端固定在汽缸的排气口上，另一端固定在冷凝管上，使得汽缸的排气口与冷凝管相通；所述冷凝管外部接有散热片；所述副活塞安装在冷凝管内部，且一端与固位板连接固定。
[0010]
通过俘能传动模块和散热制动模块的组合，实现了能量不断从内能到机械能的转化：冷却液持续受热，密闭空间内的压强增到一定程度，主活塞产生位移，汽缸上的排气口与密闭空间接通，受热气化后的冷却液经导气管进入冷凝管冷却降温，此时密闭空间内的压强减小，主活塞受到的压强减小，在主弹簧的作用下复位，循环往复。
[0011]
进一步的，冷却液受热气化后不断的进入冷凝管，冷凝管在散热不及时时，其内部压强过大，此时，副活塞对气化后的冷却液及冷凝管施加反作用力，冷凝管、导气管、汽缸、热传导铜板整体位移远离炉壁，使得冷却液停止受热，待冷凝管内冷却液散热完毕后，冷凝管内压强减小，在副弹簧的作用下，冷凝管、导气管、汽缸、热传导铜板整体复位，冷却液可再次受热。
[0012]
本装置发电方法包括以下步骤：步骤一：热传导铜板(5)外侧靠近热源吸收热量，热传导铜板(5)将热量传递到汽缸(4)内的冷却液使其受热气化，冷却液的气化使得密闭汽缸(4)内的压强增大，主活塞(6)受力并带动传动杆(7)位移，齿条(12)固定在传动杆(7)与传动杆(7)一起产生位移，齿条(12)与齿轮(13)啮合，齿条(12)的位移带动齿轮(13)和传动轴(21)转动，进而使得线圈外壳(10)内的电磁线圈(22)在两组永久磁铁(23)形成的磁场中转动切割磁感线产生电流；步骤二：热传导铜板(5)吸收热量，汽缸(4)内的压强持续增大，当主活塞(6)受力位移到一定位置时，汽缸(4)的排气口打开，将气化后的冷却液经导气管(17)导入到冷凝管(24)内进行冷却，此时汽缸(4)内的压强减小，主活塞(6)受力减小，在主弹簧(16)的作用下主活塞(6)复位，从而实现主活塞(6)的往复运动，使得电磁线圈循环往复持续的切割磁感线产生电流；步骤三：冷凝管(24)在导入过多气化后的冷却液且散热不及时时，其内部压强过大，气化后的冷却液对副活塞(1)施加作用力，副活塞(1)对气化后的冷却液施加反作用力，因副活塞(1)被固定在固位板(3)上，在副活塞(1)的反作用力下冷凝管(24)、导气管(17)、汽缸(4)、热传导铜板(5)整体发生位移，热传导铜板(5)远离热源，冷却液停止受热，散热片(18)散热一段时间后冷凝管（24）内的压强降低，在副弹簧(19)的作用下，冷凝管(24)、导气管(17)、汽缸(4)、热传导铜板(5)整体位移复位，热传导铜板(5)再次受热传递热量；重复步骤一到步骤三，由此可以收集热能，实现热电转换产生电能，同时也可以防止装置过热停止工作运转。
附图说明
[0013]
图1是本发明的整体三维结构图。
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图2是本发明的电磁发电模块剖视图。
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图3是本发明的整体剖视图。
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图4是本发明的发电机外板、磁铁卡盘和永久磁铁组合结构的示意图。
具体实施方式
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下面结合附图通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0018]
具体实施方式：所述的一种利用熔炼炉余热的热磁式发电装置，由俘能传动模块、电磁发电模块和散热制动模块组成；俘能传动模块由热传导铜板(5)、汽缸(4)、主活塞(6)、传动杆(7)、主弹簧(16)、组件定位板(9)、直角固定支架(8)、齿条(12)组成，所述热传导铜板(5)外侧靠近高温熔炼炉的炉壁，内侧与汽缸(4)相接，汽缸(4)靠近左侧处有一排气口，汽缸(4)内的主活塞(6)与传动杆(7)相连，主弹簧(16)套在传动杆(7)上，其两端分别与主活塞(6)和组件定位板(9)连接，组件定位板(9)通过两对直角固定支架(8)固定在发电机外板(20)，传动杆(7)穿过组件定位板(9)，传动杆(7)一端与主活塞(6)固定，另一端连有齿条(12)；电磁发电模块由轴承(11)、轴承固定件(14)、齿轮(13)、传动轴(21)、线圈外壳(10)、电磁线圈(22)、发电机外板(20)、磁铁卡盘(15)、永久磁铁(23)组成，轴承(11)安装在组件定位板(9)上，并由安装在组件定位板(9)上的轴承固定件(14)固定，齿轮(13)与齿条(12)啮合，齿轮(13)两侧与传动轴(21)焊接，传动轴(21)穿过轴承(11)与线圈外壳(10)焊接固定，线圈外壳(10)内部装有电磁线圈(22)，外部环绕着嵌有永久磁铁(23)的磁铁卡盘(15)，磁铁卡盘(15)固定在发电机外板(20)上；散热制动模块由导气管(17)、冷凝管(24)、散热片(18)、副活塞(1)、固位板(3)、副弹簧(19)组成，导气管(17)一侧安装在汽缸(4)的排气口处并与排气口相通，且与汽缸(4)刚性固定，另一侧与冷凝管(24)刚性固定，冷凝管(24)外侧接有散热片(18)，副活塞(1)安装在冷凝管(24)内，副活塞(1)的右端与固位板(3)相连，固位板(3)通过螺栓(2)固定在熔炼炉炉壁，副弹簧(19)两端一端连接固位板(3)，一端连接散热片(18)。
[0019]
其工作原理为：热传导铜板(5)与汽缸(4)、主活塞(6)形成一个密闭空间，密闭空间内有冷却液，热传导铜板(5)靠近炉壁受热，冷却液受热后气化使得汽缸(4)内的压强增大，主活塞(6)受力且与传动杆(7)、齿条(12)一起位移，齿条(12)与齿轮(13)啮合，齿轮(13)将齿条(12)的直线运动转变为旋转运动，齿轮(13)带动传动轴(21)、线圈外壳(10)、电磁线圈(22)一起转动，两组永久磁铁(23)分布在线圈外壳(10)两侧形成磁场，电磁线圈(22)转动时切割磁感线产生电流完成一次发电。
[0020]
冷却液受热气化，汽缸(4)内压强持续增大，当主活塞(6)位移到一定位置时，汽缸(4)上的排气口与密闭空间接通，气化后的冷却液经导气管(17)进入冷凝管(24)，气化后的冷却液在冷凝管(24)降温散热使得压强减小，主活塞(6)受力减小，在主弹簧(16)的作用下主活塞(6)复位，主活塞(6)复位过程中，电磁线圈(22)在磁场内再次切割磁感线产生电流完成一次发电。
[0021]
当冷凝管(24)外部的散热片(18)散热不及时，冷凝管(24)内压强增大，此时，副活
塞(1)对气化后的冷却液及冷凝管(24)施加反作用力，使得冷凝管(24)、导气管(17)、汽缸(4)及热传导铜板(5)整体位移，热传导铜板(5)远离炉壁停止受热，待冷凝管(24)内冷却液散热完毕后，冷凝管(24)内压强减小，在副弹簧(19)的作用下，冷凝管(24)、导气管(17)、汽缸(4)及热传导铜板(5)再整体位移复位。重复上述过程，本发明可实现持续将热能转化为电能。
[0022]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“固定”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0023]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。