使用經聚集的太陽能的金屬再熔化和發電的制作方法
【技術領域】
[0001]本文所公開的實施方式總體上涉及聚集式太陽能熱技術，并且更特別地涉及用于使用經聚集的太陽能對回收金屬進行再熔化并且可選地將熔化的回收金屬用作用于發電的傳熱材料的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]眾所周知，主要的金屬生產和回收是需要大量能量的工業活動。特別地，在金屬回收中，在將廢品再處理成坯料或其他有用的形式之前，所需要的能量用量的大部分僅為提供熱量以熔化廢金屬。金屬回收需要的熔化步驟通常使用燃煤反射爐(在鋁回收的情況下)或電弧爐(在鋼回收的情況下)來進行。這些處理會是低效的。例如，反射爐使鋁轉換成爐渣和浮渣，而電弧爐由電產生熱量，這是相對低效的熱量產生方法。
[0003]本文所公開的實施方式意在克服包括但不限于以上所討論的問題的一個或更多個技術限制。
【發明內容】
[0004]本文所公開的一個實施方式是用于對回收金屬或廢金屬進行再熔化的聚集式太陽能熱系統。系統包括回收(或廢)金屬的源。如本文所限定的，回收金屬或廢金屬是先前被制造成產品或作為金屬制造處理的未以其他方式被使用的副產品的任何類型的任何金屬。系統包括太陽能接收器，該太陽能接收器被配置成接收從一個或多個反射表面反射的經聚集的太陽能通量以對一定量的回收金屬進行加熱并且使回收金屬的至少一部分熔化。系統還包括固化級，該固化級接收熔化的回收金屬并且提供將熔化的金屬鑄成對出售或后續生產金屬產品有用的任何類型的固體形式。然后，固化的金屬可以被出售或者以其他方式從系統移走。
[0005]在某些實施方式中，系統還包括至少一個熱交換器，該熱交換器與所述太陽能接收器流體連通，該熱交換器接收來自接收器的熔化的回收金屬并且提供所述熔化的回收金屬與發電循環的工作流體之間的熱交換。系統可以包括流體或固體材料導管，該流體或固體材料導管提供對太陽能接收器、可選的熔化金屬存儲裝置系統或固化級之間熔化金屬中的一些或全部的回收。在包括發電循環的實施方式中，系統可以被配置成開放式系統，其中，基本上所有輸入到太陽能接收器的回收金屬或廢金屬在緊接在熔化之后、在存儲之后或者在可選的與發電循環熱交換之后被鑄成有用的固體形式。
[0006]可替代地，某些實施方式可以被操作成周期性閉環系統，其中，熔化的金屬在被鑄成有用的形式并且從系統移走之前多次通過太陽能接收器和任何熱交換器元件。
[0007]某些實施方式包括在回收金屬或廢金屬輸入太陽能接收器之前預處理回收金屬或廢金屬。例如，在回收的廢金屬輸入到接收器之前，其可以被粉碎，或者在回收的廢金屬輸入到接收器之前，其可以被粉碎并且然后被壓制成理想形狀的坯料。
[0008]其他實施方式包括對金屬進行再熔化的方法。再熔化方法實施方式利用如以上所限定的回收金屬或廢金屬的源，該回收金屬或廢金屬可以被粉碎或者壓制成合適的形狀。然后，將金屬加載到太陽能接收器中，該太陽能接收器被配置成接收使金屬的至少一部分熔化的經聚集的太陽能通量。然后，使用鑄造機或其他固化級將熔化的金屬鑄成固體形式。固體形式可以具有任何形狀，包括但不限于:錠、坯、板、線材、顆粒或其他形式。然后，固體可以從系統移走、出售或再制造成有用產品。
[0009]其他實施方式包括發電的方法。發電方法也利用回收金屬或廢金屬的源，如上所述，可以將回收金屬或廢金屬加載到太陽能接收器中并且熔化。熔化的金屬被用作傳熱材料并且在熔化的金屬被加熱之后經歷與發電循環的工作流體的熱交換。然后，傳送到工作流體的能量可以用于驅動一個或更多個渦輪機以產生電力。如上所述，可以將熔化的金屬傳熱材料固化成有用的固體形式并且從系統移走，或者再回流到太陽能接收器以進行附加加熱。在某些實施方式中，工作流體與金屬傳熱材料之間的附加熱交換發生在固化處理期間或者在固化處理之后。
【附圖說明】
[0010]圖1是熱太陽能驅動的回收金屬或廢金屬再熔化系統的示意圖。
[0011]圖2是替代性的熱太陽能驅動的回收金屬或廢金屬再熔化系統的示意圖。
[0012]圖3是使用回流換熱式輸入預加熱的熱太陽能驅動的回收金屬或廢金屬再熔化系統的不意圖。
[0013]圖4是具有關聯的發電循環的熱太陽能驅動的回收金屬或廢金屬再熔化系統的示意圖。
[0014]圖5是具有關聯的發電循環的替代性的熱太陽能驅動的回收金屬或廢金屬再熔化系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]除非另有說明，否則在說明書和權利要求書中使用的表示成分、尺寸、反應條件等的量的所有數值應理解為在所有實例中用術語“約”來修飾。
[0016]在本申請和權利要求書中，除非另有特別說明，否則單數的使用包括復數。此外，除非另有說明，否則“或”的使用意指“和/或”。此外，術語“包括(including) ”以及其他形式例如“包括(includes)”和“包括(included) ”的使用不是限制性的。此外，除非另有特別說明，否則術語例如“元件”或“部件”包含包括一個單元的元件和部件以及包括不止一個單元的元件和部件兩者。
[0017]本文所公開的實施方式包括用于對包括但不限于回收金屬或廢金屬的金屬進行再熔化的聚集式太陽能熱系統和方法。此外，公開了以將回收金屬用作經歷固液相變的傳熱材料(HTM)為特征的聚集式太陽能(CPS)系統和方法。本文使用術語“傳熱材料”而不是較常見的“傳熱流體”，這是因為在所描述的系統的某級中，回收金屬或廢金屬HTM作為非流體的固體被移動、被存儲并且被利用。在下文某些詳細的實施方式中，該系統是開放式的。因此，金屬被輸入到太陽能接收器以被熔化然后稍后固化成用于出售、再制造或以其他方式從太陽能回收系統移走的有用的形式。在其他實施方式中，系統以部分地或周期性地閉環方式工作，使得廢金屬被輸入到系統并且在被鑄成有用的形式并且從太陽能熱設施移走之前不止一次被移動通過熱傳導循環。
[0018]圖1是系統100的示意圖，系統100被配置成對回收金屬進行熔化并且將金屬鑄成用于出售或后續制造處理的固體形式。因此，系統100是開放式系統。以罐102示出的回收金屬在熔化之前被粉碎機104粉碎。重要的是要注意，輸入到系統100的回收金屬可以是任何類型，包括但不限于鋁、鋼、銅、鐵、鉻或其他金屬。金屬的源可以是鋁罐、汽車、結構鋼、在其他金屬加工處理期間形成的副產品(廢料)金屬或任何其他金屬源。所選擇的預處理步驟例如在粉碎機104中粉碎回收金屬可以包括為準備將金屬在太陽能接收器106中熔化而必須或可取的任何物理或化學處理。
[0019]在圖1的實施方式中，系統100包括壓制機108，該壓制機108工作以將粉碎的回收金屬壓制成其形狀和尺寸確定以被輸入到太陽能接收器106中的坯料110。系統還包括機械輸送工具，該機械輸送工具被示出為鏈驅動坯料升降機112。坯料升降機用來將一系列坯料110從冷存儲單元114移動到太陽能接收器106。
[0020]在太陽能接收器106處，回收金屬坯料經受具有使金屬中的一些或全部金屬熔化成液體的經聚集的太陽能通量的照射。然后，熔化的回收金屬可以例如在導管116中流到鑄造機118以鑄成可以被出售用于制造產品的錠、條、坯、板或其他形式。在鑄造之前，可以將熔化的回收金屬存儲在熱存儲箱120中，該熱存儲箱120可以提供對如下文詳細描述的發電有用的熱存儲。
[0021]在圖1的系統100的實施方式中，太陽能接收器106被示出在聚集太陽能的熱塔的頂部。基于塔的接收器在所描述的實現方式中可以是有利的，這是因為與一大片定日鏡(hel1stat)關聯的基于塔的接收器可以被配置成獲得足夠高以熔化金屬的工作溫度。然而，重要的是要注意，其他聚集太陽能的接收器和系統配置可以適合與金屬回收/熔化系統一起使用。
[0022]圖1的系統100將傳統的鑄造機118示出作為固化級，該固化級被配置成使熔化的回收金屬形成為適合出售或后續制造目的的固體。該系統可替代性地可以用如在金屬加工或金屬處理領域中已知的其他類型的固化級來實現。
[0023]圖2是示出替代性的系統200的示意圖，該替代性的系統200被配置成在太陽能接收器106的輸入端處直接利用粉碎的回收金屬或廢金屬，特別地，如以上所描述的，在粉碎機104中粉碎回收金屬或廢金屬102。然后，將粉碎的金屬加載到冷存儲箱202中并且隨后使用材料傳送系統輸送至太陽能接收器106的入口。所示出的材料傳送系統包括鏈驅動斗式升降機204。斗式升降機204將粉碎的金屬傾卸或混合到在漿體混合室210中的一定量的先前熔化的回收金屬中。