连续铸造过程热光伏发电装置及其方法转让专利
申请号 : CN201510336077.0
文献号 : CN104935240B
文献日 : 2017-07-14
发明人 : 陈志强 , 杨绍辉 , 黄晓娟 , 欧鲤辉 , 吴春婷 , 马火华 , 柯炳贤
申请人 : 集美大学
摘要 :
本发明公开了一种连续铸造过程热光伏发电装置及其方法，它包括高温铸件、反射壁、光学滤波器组件、线型菲涅尔透镜组件、冷却风通道、液浸热光伏电池板组件、支架、冷却风机。高温铸件向周围发射的光线由反射壁多次反射后到达光学滤波器组件，能够被热光伏电池吸收的光线透过光学滤波器到达线型菲涅尔透镜组件，并透过线型菲涅尔透镜聚焦在液浸热光伏电池板组件的电池表面上，由此实现热光伏发电输出电能。冷却风机为冷却风通道提供冷却空气及时带走液浸热光伏电池的散热量使其维持低温水平。本发明具有能量利用率高、发电效率高、发电成本低、散热损失小、电池寿命长、运行可靠及安装维修方便等特点，可被广泛应用于冶金行业中的连续铸造过程。
权利要求 :
1.一种连续铸造过程热光伏发电装置，其特征在于：它包括高温铸件、反射壁、光学滤波器组件、线型菲涅尔透镜组件、冷却风通道、液浸热光伏电池板组件、支架、冷却风机；所述的高温铸件为连续铸造过程中从结晶器拉出直至切割前的连续运动铸件；所述的反射壁为可弯曲圆管型空腔结构，反射壁将高温铸件包围在其内腔，并且反射壁的中心轴线与高温铸件的中心轴线一致，反射壁的顶部沿轴线方向开设一条开口；所述的光学滤波器组件布置在反射壁顶部的开口上，光学滤波器组件的端缘与反射壁顶部开口的端缘密封连接；
所述的线型菲涅尔透镜组件布置在反射壁顶部的开口上并处于光学滤波器组件的上方，线型菲涅尔透镜组件的端缘与反射壁顶部开口的端缘密封连接；所述的冷却风通道为中心轴线与高温铸件的中心轴线平行的空气通道，冷却风通道的底部沿轴线方向开设一条开口，该开口的端缘与反射壁顶部开口的端缘密封连接；所述的液浸热光伏电池板组件布置在冷却风通道的内部且位于线型菲涅尔透镜组件的上方，液浸热光伏电池板组件的轴线与线型菲涅尔透镜组件的轴线平行，以保证透过线型菲涅尔透镜的所有光线完全投射到液浸热光伏电池板组件的电池表面上；所述的支架将液浸热光伏电池板组件固定支撑在冷却风通道的内壁上；所述的冷却风机安装在冷却风通道的外侧且通过管道与冷却风通道的一端连通。
2.根据权利要求1所述的连续铸造过程热光伏发电装置，其特征在于：所述的反射壁设有三层结构，最内层为由高纯石英玻璃制成的透射材料，中间层为铑镀层制成的反射材料，最外层为耐火保温材料制成的基材。
3.一种根据权利要求1所述的连续铸造过程热光伏发电装置的发电方法，其特征在于：
它包括以下步骤：
1）连续运动的高温铸件向周围发射的光线经反射壁发生多次反射后到达光学滤波器组件，能够被热光伏电池吸收的光线透过光学滤波器到达线型菲涅尔透镜组件，不能被热光伏电池吸收的光线被反射回去；
2）到达线型菲涅尔透镜组件的光线透过线型菲涅尔透镜聚焦在液浸热光伏电池板组件的电池表面上，液浸热光伏电池板组件上的热光伏电池利用光生伏特效应输出电能；
3）冷却风机为冷却风通道提供冷却空气，冷却空气经过布置在冷却风通道内的液浸热光伏电池板组件表面时带走热光伏电池的散热量，使电池板组件维持低温水平。
说明书 :
连续铸造过程热光伏发电装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于热光伏发电技术领域，特别是涉及一种连续铸造过程热光伏发电装置及其方法。
背景技术
[0002] 热光伏发电技术是将高温（温度为1000 2000k）热辐射体的红外波段辐射能（波长~为800 2000nm）投射到热光伏电池上转换为电能的技术。热光伏发电技术与太阳能光伏发~
电技术相比，具有不依赖太阳光的特点，可以不受昼夜、季节或天气的影响而提供稳定的电能，同时具有较高的能量输出密度和理论转换效率，因此热光伏发电技术越来越受到人们的重视。目前，部分热光伏发电系统已投入市场应用，但绝大多数都集中在军事领域，而在民用设备上的应用仍然很少。连续铸造工艺在冶金行业的应用十分广泛，该工艺过程是将高温金属液体连续注入水冷结晶器，待金属液体冷凝成硬壳后从结晶器出口连续拉出，经过直接喷水系统进行二次冷却，全部凝固后经过全长大约为20 30m的空气冷却区再矫直切~
割成铸锭送出或直接送至轧制工序的过程。以连续铸钢为例，连续铸钢过程中从结晶器拉出的钢锭表面温度一般在1300 1500k左右，经过二次冷却区后表面温度下降至950 1100k~ ~
左右，进入空气冷却区后，由于钢锭中心往表面的热传递，钢锭表面温度上升至1100 1200k~
左右，由上述分析可知连续铸造过程中铸件可认为是不断向外界发射红外线的高温热辐射体，并且在二次冷却区铸件与冷却水的换热温差非常大，该环节热量严重贬值利用，造成极大的热损失。基于上述情况可以考虑在连续铸造过程中布置热光伏发电装置进行发电同时加以冷却，由此实现高温铸件辐射能量的最优化利用。为了合理地布置热光伏发电装置而不对整个工艺过程产生影响，一般考虑在空气冷却区进行热光伏发电装置的布置，此时该连续铸造过程可适当减小二次冷却区的长度和水冷换热量或者直接取消二次冷却区，同时根据具体的需求增加空气冷却区的长度。
电技术相比，具有不依赖太阳光的特点，可以不受昼夜、季节或天气的影响而提供稳定的电能，同时具有较高的能量输出密度和理论转换效率，因此热光伏发电技术越来越受到人们的重视。目前，部分热光伏发电系统已投入市场应用，但绝大多数都集中在军事领域，而在民用设备上的应用仍然很少。连续铸造工艺在冶金行业的应用十分广泛，该工艺过程是将高温金属液体连续注入水冷结晶器，待金属液体冷凝成硬壳后从结晶器出口连续拉出，经过直接喷水系统进行二次冷却，全部凝固后经过全长大约为20 30m的空气冷却区再矫直切~
割成铸锭送出或直接送至轧制工序的过程。以连续铸钢为例，连续铸钢过程中从结晶器拉出的钢锭表面温度一般在1300 1500k左右，经过二次冷却区后表面温度下降至950 1100k~ ~
左右，进入空气冷却区后，由于钢锭中心往表面的热传递，钢锭表面温度上升至1100 1200k~
左右，由上述分析可知连续铸造过程中铸件可认为是不断向外界发射红外线的高温热辐射体，并且在二次冷却区铸件与冷却水的换热温差非常大，该环节热量严重贬值利用，造成极大的热损失。基于上述情况可以考虑在连续铸造过程中布置热光伏发电装置进行发电同时加以冷却，由此实现高温铸件辐射能量的最优化利用。为了合理地布置热光伏发电装置而不对整个工艺过程产生影响，一般考虑在空气冷却区进行热光伏发电装置的布置，此时该连续铸造过程可适当减小二次冷却区的长度和水冷换热量或者直接取消二次冷却区，同时根据具体的需求增加空气冷却区的长度。
发明内容
[0003] 本发明的一个目的在于提供一种能量利用率高、发电成本低、安装维修方便的连续铸造过程热光伏发电装置。
[0004] 本发明的另一个目的在于提供一种连续铸造过程热光伏发电方法，它具有发电效率高、电池寿命长、运行可靠的特点，可被广泛应用于冶金行业中。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：
[0006] 本发明是一种连续铸造过程热光伏发电装置，它包括高温铸件、反射壁、光学滤波器组件、线型菲涅尔透镜组件、冷却风通道、液浸热光伏电池板组件、支架、冷却风机；所述的高温铸件为连续铸造过程中从结晶器拉出直至切割前的连续运动铸件；所述的反射壁为可弯曲圆管型空腔结构，反射壁将高温铸件包围在其内腔，并且反射壁的中心轴线与高温铸件的中心轴线一致，反射壁设有三层结构，最内层为由高纯石英玻璃制成的透射材料，中间层为铑镀层制成的反射材料，最外层为耐火保温材料制成的基材，反射壁的顶部沿轴线方向开设一条开口；所述的光学滤波器组件布置在反射壁顶部的开口上，光学滤波器组件的端缘与反射壁顶部开口的端缘密封连接；所述的线型菲涅尔透镜组件布置在反射壁顶部的开口上并处于光学滤波器组件的上方，线型菲涅尔透镜组件的端缘与反射壁顶部开口的端缘密封连接；所述的冷却风通道为中心轴线与高温铸件的中心轴线平行的空气通道，冷却风通道的底部沿轴线方向开设一条开口，该开口的端缘与反射壁顶部开口的端缘密封连接；所述的液浸热光伏电池板组件布置在冷却风通道的内部且位于线型菲涅尔透镜组件的上方，液浸热光伏电池板组件的轴线与线型菲涅尔透镜组件的轴线平行，以保证透过线型菲涅尔透镜的所有光线完全投射到液浸热光伏电池板组件的电池表面上；所述的支架7将液浸热光伏电池板组件固定支撑在冷却风通道的内壁上；所述的冷却风机安装在冷却风通道的外侧且通过管道与冷却风通道的一端连通。
[0007] 利用上述连续铸造过程热光伏发电装置的热光伏发电方法，它包括以下步骤：
[0008] 1）连续运动的高温铸件向周围发射的光线经反射壁发生多次反射后到达光学滤波器组件，能够被热光伏电池吸收的光线透过光学滤波器到达线型菲涅尔透镜组件，不能被热光伏电池吸收的光线被反射回去；
[0009] 2）到达线型菲涅尔透镜组件的光线透过线型菲涅尔透镜聚焦在液浸热光伏电池板组件的电池表面上，液浸热光伏电池板组件上的热光伏电池利用光生伏特效应输出电能；
[0010] 3）冷却风机为冷却风通道提供冷却空气，冷却空气经过布置在冷却风通道内的液浸热光伏电池板组件表面时带走热光伏电池的散热量，使电池板组件维持低温水平。
[0011] 采用上述方案后，本发明具有以下优点：
[0012] 1、能量利用率高。本发明利用高温铸件的热辐射能量进行热光伏发电输出电能，能量没有贬值利用，同时具有很高的能量转换效率，是对热辐射能量进行回收和利用的最合理方式。
[0013] 2、发电效率高。本发明的连续运动铸件在不同区段的温度曲线基本不变，使得不同区段的发射光谱基本不变，由此可以确定各区段的光学滤波器组件和热光伏电池板组件，从而得到恒定不变的最大发电效率。
[0014] 3、发电成本低。本发明采用二次聚光方式，先利用反射壁将高温铸件向四周发射的光线进行反射并汇集到线型菲涅尔透镜上，再利用线型菲涅尔透镜将透过的光线聚焦到热光伏电池的表面上，因此热光伏电池板的面积很小，发电成本低。
[0015] 4、散热损失小。本发明的反射壁减少了壁面向外界的散热量，光学滤波器将不能被热光伏电池吸收的发射光谱反射到热辐射体进行重新利用，因此本发明传递到外界的散热损失很小。
[0016] 5、电池寿命长。本发明采用冷却风强制对流散热的方式对热光伏电池板组件进行冷却保护，电池散热效果很好，使用寿命长，同时回收散热量形成的预热空气可作为熔炼炉的助燃空气。
[0017] 6、运行可靠、安装维修方便。本发明装置结构简单，除冷却风机外不涉及其他旋转机构，也不涉及传动机构、铰接机构及管道连接方式，因此运行十分可靠，基本可实现无人值班；本发明装置容易批量化生产与安装，相关组件中的单个元件发生损坏容易进行拆换，因此安装维修方便，可减少维护费用。
[0018] 综上所述，本发明的热光伏发电装置具有能量利用率高、发电效率高、发电成本低、散热损失小、电池寿命长、运行可靠及安装维修方便等特点，可被广泛应用于冶金行业中的连续铸造过程。
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
[0020] 图1是本发明的剖视图；
[0021] 图2是本发明的轴测示意图。
具体实施方式
[0022] 一、装置
[0023] 如图1、图2所示，本发明是一种连续铸造过程热光伏发电装置，它包括高温铸件1、反射壁2、光学滤波器组件3、线型菲涅尔透镜组件4、冷却风通道5、液浸热光伏电池板组件6、支架7、冷却风机8。
[0024] 所述的高温铸件1为连续铸造过程中从结晶器拉出直至切割前的连续运动铸件；所述的反射壁2为可弯曲圆管型空腔结构，反射壁2将高温铸件1包围在其内腔，并且反射壁
2的中心轴线与高温铸件1的中心轴线一致， 反射壁2设有三层结构，最内层为由高纯石英玻璃制成的透射材料21，中间层为铑镀层制成的反射材料22，最外层为耐火保温材料制成的基材23，反射壁2的顶部沿轴线方向开设一条开口24；所述的光学滤波器组件3布置在反射壁2顶部的开口24上，光学滤波器组件3的端缘与反射壁2顶部开口24的端缘密封连接；所述的线型菲涅尔透镜组件4布置在反射壁2顶部的开口24上并处于光学滤波器组件3的上方，线型菲涅尔透镜组件4的端缘与反射壁2顶部开口24的端缘密封连接；所述的冷却风通道5为中心轴线与高温铸件1的中心轴线平行的空气通道，冷却风通道5的底部沿轴线方向开设一条开口51，该开口51的端缘与反射壁2顶部开口24的端缘密封连接；所述的液浸热光伏电池板组件6布置在冷却风通道5的内部且位于线型菲涅尔透镜组件4的上方，液浸热光伏电池板组件6的轴线与线型菲涅尔透镜组件4的轴线平行，以保证透过线型菲涅尔透镜4的所有光线完全投射到液浸热光伏电池板组件6的电池表面上；所述的支架7将液浸热光伏电池板组件6固定支撑在冷却风通道5的内壁上；所述的冷却风机8安装在冷却风通道5的外侧且通过管道与冷却风通道5的一端连通。
2的中心轴线与高温铸件1的中心轴线一致， 反射壁2设有三层结构，最内层为由高纯石英玻璃制成的透射材料21，中间层为铑镀层制成的反射材料22，最外层为耐火保温材料制成的基材23，反射壁2的顶部沿轴线方向开设一条开口24；所述的光学滤波器组件3布置在反射壁2顶部的开口24上，光学滤波器组件3的端缘与反射壁2顶部开口24的端缘密封连接；所述的线型菲涅尔透镜组件4布置在反射壁2顶部的开口24上并处于光学滤波器组件3的上方，线型菲涅尔透镜组件4的端缘与反射壁2顶部开口24的端缘密封连接；所述的冷却风通道5为中心轴线与高温铸件1的中心轴线平行的空气通道，冷却风通道5的底部沿轴线方向开设一条开口51，该开口51的端缘与反射壁2顶部开口24的端缘密封连接；所述的液浸热光伏电池板组件6布置在冷却风通道5的内部且位于线型菲涅尔透镜组件4的上方，液浸热光伏电池板组件6的轴线与线型菲涅尔透镜组件4的轴线平行，以保证透过线型菲涅尔透镜4的所有光线完全投射到液浸热光伏电池板组件6的电池表面上；所述的支架7将液浸热光伏电池板组件6固定支撑在冷却风通道5的内壁上；所述的冷却风机8安装在冷却风通道5的外侧且通过管道与冷却风通道5的一端连通。
[0025] 二、方法
[0026] 如图1、图2所示，本发明是一种连续铸造过程热光伏发电方法，它包括以下步骤：
[0027] 1）连续运动的高温铸件1向周围发射的光线经反射壁2发生多次反射后到达光学滤波器组件3，能够被热光伏电池吸收的光线透过光学滤波器3到达线型菲涅尔透镜组件4，不能被热光伏电池吸收的光线被反射回去；
[0028] 2）到达线型菲涅尔透镜组件4的光线透过线型菲涅尔透镜4聚焦在液浸热光伏电池板组件6的电池表面上，液浸热光伏电池板组件6上的热光伏电池利用光生伏特效应输出电能；
[0029] 3）冷却风机8为冷却风通道5提供冷却空气，冷却空气经过布置在冷却风通道5内的液浸热光伏电池板组件6表面时带走热光伏电池的散热量，使电池板组件维持低温水平。
[0030] 以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。