[发明专利]铝电解槽余热驱动热声发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种将热能转换为电能的余热驱动热声发电装置，具体地说，是涉及一种利用铝电解槽的余热来驱动热声发动机，形成稳定的声场，进而利用该声场驱动压电膜片来实现电的输出装置。

背景技术

近年来，随着环保意识的加强以及对传统能源未来匾乏的担心，充分利用余热或称为工业废热的呼声已高于单纯经济性的考虑。热声驱动压电膜片发电器作为一种有效的余热发电的技术手段受到关注。同时，随着铝电解槽容量和电流的不断增大，电解槽侧部槽壳温度不断提高。电解槽侧部槽壳温度的提高，不仅对槽膛内形的温度分布和电解车间的环境温度有着重要的影响，而且会带来更多的余热损失。目前铝电解槽的综合能量利用效率只有49％，因此就有大量的余热直接散发到空气中，而如何有效利用电解槽侧部槽壳的余热，目前国内还没有相关的有效利用方法，因此本发明就提出了一种铝电解槽余热的综合利用方法，即利用热声装置来对其进行能量的转换，并进而利用该热声装置所产生的声波来驱动压电膜片进行发电，从而实现铝电解槽的节能、降耗、减少污染，是铝电解及其相关企业发展循环经济，创建节约型企业的需要。

因此，利用热驱动热声热机技术实现铝电解槽余热的能量转换，并利用该热声发动机所产生的声波来驱动相对应的压电膜片来发电，这就可以实现热声发动机所产生的不便于利用的声能得到有效的利用，这就是本发明有实际应用背景的重要前提。

发明内容

本发明的目的是：针对铝电解槽的综合有效能量利用效率约为49％，其散发的余热具有较大的热流密度的现状，利用这部分余热所转换的声能，来驱动压电膜片式发电机进行发电，克服声能不便于直接使用的固有缺陷，可以实现余热到电能的转换和利用，从而提高铝电解槽的有效能量利用效率，降低其综合能耗水平。

本发明所采用的技术方案：

该铝电解槽余热利用热声发电系统包括铝电解槽余热转换热声模块装置、压电膜片式发电机系统以及连接两者的声波导管组合而成，其中的压电膜片式发电机系统为本发明的核心内容，即余热驱动热声发电模块装置。

技术特征是：

一端连接热声转换模块装置的声波导管另一端安装压电转换装置，通过电极引线与电力输出装置连接；其中的压电转换装置由电极引线、压电膜片、波纹弹簧片采用胶接剂连接固定。

由压电转换装置和电力输出装置组成的余热驱动热声发电模块装置，具体由边缘带有波纹的弹簧片、压电膜片以及电力输出装置组合而成，压电膜片通过胶接剂粘结固定在两波纹弹簧片之间，电极引线一端连接压电膜片，另一端连接电力输出装置。

所述压电膜片的截面形状为圆形、方形或各种形状，压电膜片的基材是紫铜片或不锈钢片。

所述压电膜片具有一定的厚度和压电转换常数，即其厚度可根据实际的声波频率进行调整，以满足系统需要的谐振频率和电力输出的需要。

本发明的积极有益效果：

本发明充分利用了铝电解槽存在大量未被利用的工业余热现状，进而利用余热驱动的热声模块装置所产生的声波驱动的压电膜片的压电效应实现了电力输出。实现余热到电能的转换和利用，从而提高铝电解槽的有效能量利用效率，降低其综合能耗水平。并且本发明构造简单，加工、安装均很方便。

附图说明

图1是本发明的铝电解槽余热驱动热声发电系统示意图。

图2是本发明的压电膜片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明由热声转换模块装置1、声波导管2、压电转换装置3和电力输出装置4组成。热声转换模块装置1总长120mm，声波导管2长3m，两部件通过法兰连接。压电转换装置3安装于声波导管2末端，通过电极引线与电力输出装置4连接。其中压电转换装置3由电极引线5、压电膜片6、波纹弹簧片7胶接而成，见图2。即压电膜片6与波纹弹簧片7采用强力胶来连接固定。

压电膜片6所采用的基材厚度为100um～1mm，直径为3cm～20cm的紫铜片制作而成，也可以采用不锈钢片制作而成；波纹弹簧片7的直径为50mm～300mm，波纹弹簧片的材料为紫铜片，也可以采用弹簧钢片制作而成，其厚度为0.5mm～1.5mm，压电膜片6和波纹弹簧片7采用胶接而成，其使用的胶接剂可以为502强力胶，也可以使用具有相似胶接能力的胶接剂；压电膜片6上布置有电力输出电极，这样在压电膜片振动时，就可以把声能转换为电能，进而实现电力的输出。

本发明的应用范围并不仅仅局限于铝电解槽，对于具有相似结构的余热装置，均可以使用本发明来作为余热回收利用设备，也即是对于相关的具有相当温差的余热系统均同样具有作用。