一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及碳/碳复合材料生产废热回收技术领域，尤其是一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，包含废热回收模块、工质循环模块和电力转换模块，废热回收模块包含相连接的换热器和水泵，工质循环模块包含蒸发器、工质泵、冷凝器和汽轮机，电力转换模块为发电机，其中，CVD设备的高温排气口与换热器相连，CVD设备的循环水出口与水泵进水端相连，所述水泵与蒸发器相连，所述蒸发器的出汽口与汽轮机相连，所述汽轮机的排汽口与冷凝器相连，所述冷凝器通过工质泵回连蒸发器，所述发电机与汽轮机的输出轴相连，可充分利用碳/碳复合材料制备过程高温废气的废热和冷却循环水的热量，进行发电，达到节省能源、保护环境、降低生产成本的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统
本技术涉及碳/碳复合材料生产废热回收
，尤其是一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统。
技术介绍
碳/碳复合材料为碳纤维增强碳基体而构成的一类复合材料，具有高的比强度、比模量，良好的韧性以及高温下优良的强度保持特性，已成为高温材料的重要代表，广泛应用于航空航天、核电、冶金及汽车等领域。碳/碳复合材料的制备技术主要包括：化学气相沉积（渗透）CVD/CVI技术、热等静压技术以及树脂浸渍裂解技术，其中尤以CVD/CVI技术应该最为广泛，其原因在于制备工艺稳定性高，所制备的复合材料通常具有较高的性能。该技术在于首先利用碳纤维编织或缝织预制体，然后将预制体放入CVD炉中，通入碳源气体，如甲烷、丙醇或天然气，在较高的温度之下，通常为850~1150ºC，碳源气体发生裂解而在碳纤维预制体内部孔隙及表面沉积，最终形成碳/碳复合材料。碳/碳复合材料CVD致密化过程通常需要在几百甚至上千小时才能完成，在此过程之中需要消耗大量的电力资源，对沉积室炉腔进行加热，以保持碳源气体持续地发生裂解反应，这是碳/碳复合材料生产成本极高的主要原因。长时间的致密化过程产生大量的废热，目前，废热主要通过由沉积腔室排出的高温气体以及对高温部件进行冷却的冷凝水排放到环境之中，造成极大的能源浪费。
技术实现思路
为了克服现有的碳/碳复合材料制备过程中废热利用的不足，本技术提供了一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，包含废热回收模块、工质循环模块和电力转换模块，所述废热回收模块包含相连接的换热器和水泵，所述工质循环模块包含蒸发器、工质泵、冷凝器和汽轮机，所述电力转换模块为发电机，其中，CVD设备的高温排气口与换热器相连，CVD设备的循环水出口与水泵进水端相连，所述水泵与蒸发器相连，所述蒸发器的出汽口与汽轮机相连，所述汽轮机的排汽口与冷凝器相连，所述冷凝器通过工质泵回连蒸发器，所述发电机与汽轮机的输出轴相连。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述工质泵的工质为五氟丙烷，代号R245fa，用作循环工质性能稳定，效率高。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述工质循环模块还包含预热器，所述预热器位于蒸发器和工质泵之间，所述预热器的出水端与换热器的进水端相连。设置预热器，可将液态工质进行初步余热，从而提高蒸发器的效率。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述预热器和换热器之间设置有调节阀一。调节水回流的速度，以适应工质循环模块的能量需求。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述换热器的排气口处设置有集气室。由于CVD设备的高温排气口排出的为可燃的高温废气，利用集气室收集，可以作为有机燃料，提高经济效益。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述冷凝器通过冷却塔将工质冷凝。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述冷却塔的出水端设置冷却水泵，所述冷却水泵与冷凝器进水端相连，所述冷凝器出水端回连冷却塔。冷却水泵将冷却塔的低温水引入冷凝器从而将低温低压有机蒸汽冷凝为液态，水再回流至冷却塔，如此循环，冷凝效率高。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述冷凝器出水端与冷却塔之间设置有调节阀二。调节水回流的速度，以适应冷凝的需要。本技术的有益效果是，可充分利用碳/碳复合材料制备的过程中，高温废气的废热和冷却循环水的热量，得到高温的热水，由水泵引入蒸发器，工质泵输送液态的工质至蒸发器中，液态工质在蒸发器内吸热产生过热有机蒸汽，过热有机蒸汽进入汽轮机中膨胀做功向外输出功率，经发电机转化为电力输出，做完功后的低温低压有机蒸汽排入冷凝器冷凝成液态，再经工质泵加压送往蒸发器循环。利用碳/碳复合材料制备产生的废热，达到节省能源、保护环境、降低生产成本的目标。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术的结构示意图。图中1、废热回收模块，2、工质循环模块，3、电力转换模块，4、循环水出口，5、换热器，6、水泵，7、蒸发器，8、工质泵，9、冷凝器，10、汽轮机，11、发电机，12、调节阀一，13、集气室，14、冷却塔，15、冷却水泵，16、预热器，17、调节阀二，18、高温废气排气口。具体实施方式如图1是本技术的结构示意图，一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，包含废热回收模块1、工质循环模块2和电力转换模块3，所述废热回收模块1包含相连接的换热器5和水泵6，所述工质循环模块2包含蒸发器7、工质泵8、冷凝器9和汽轮机10，所述电力转换模块3为发电机11，其中，CVD设备的高温排气口18与换热器5相连，CVD设备的循环水出口4与水泵6进水端相连，所述水泵6与蒸发器7相连，所述蒸发器7的出汽口与汽轮机10相连，所述汽轮机10的排汽口与冷凝器9相连，所述冷凝器9通过工质泵8回连蒸发器7，所述发电机11与汽轮机10的输出轴相连。碳/碳复合材料制备的过程中，CVD设备的循环水出口4为较高温度的热水，CVD设备的高温排气口18为高温的废气，为充分利用两者的废热，将高温排气口18排出的高温废气引入换热器5中进行热量交换，得到高温的热水，由水泵6引入蒸发器7，此外，CVD设备的循环水出口4的热水直接由水泵6引入蒸发器7，工质泵8输送液态的工质至蒸发器7中，液态工质在蒸发器7内吸热产生过热有机蒸汽，过热有机蒸汽进入汽轮机10中膨胀做功向外输出功率，经发电机11转化为电力输出，做完功后的低温低压有机蒸汽排入冷凝器9冷凝成液态，再经工质泵8加压送往蒸发器7，至此完成一个工作循环。此后如此循环，则可将碳/碳复合材料制备的过程的废热充分利用，转化为电能输出。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述工质泵8的工质为五氟丙烷，代号R245fa，是一种无色透明易流动液体，具有挥发性，在常温常压下稳定，用作循环工质性能稳定，效率高。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述工质循环模块2还包含预热器16，所述预热器16位于蒸发器7和工质泵8之间，所述预热器16的出水端与换热器5的进水端相连。设置预热器16，可将液态工质进行初步余热，从而提高蒸发器7的效率，具体而言，水泵6将热水引入蒸发器7后，再引入预热器16，最后从预热器16变成的低温水回流至换热器5，即水由换热器5加热，由蒸发器7和预热器16吸热变成低温水回流，如此循环。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述预热器16和换热器5之间设置有调节阀一12。调节水回流的速度，以适应工质循环模块2的能量需求。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述换热器5的排气口处设置有集气室13。由于CVD设备的高温排气口18排出的为可燃的高温废气，利用集气室13收集，可以作为有机燃料，提高经济效益。根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述冷凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，其特征是，包含废热回收模块（1）、工质循环模块（2）和电力转换模块（3），所述废热回收模块（1）包含相连接的换热器（5）和水泵（6），所述工质循环模块（2）包含蒸发器（7）、工质泵（8）、冷凝器（9）和汽轮机（10），所述电力转换模块（3）为发电机（11），其中，CVD设备的高温排气口（18）与换热器（5）相连，CVD设备的循环水出口（4）与水泵（6）进水端相连，所述水泵（6）与蒸发器（7）相连，所述蒸发器（7）的出汽口与汽轮机（10）相连，所述汽轮机（10）的排汽口与冷凝器（9）相连，所述冷凝器（9）通过工质泵（8）回连蒸发器（7），所述发电机（11）与汽轮机（10）的输出轴相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，其特征是，包含废热回收模块（1）、工质循环模块（2）和电力转换模块（3），所述废热回收模块（1）包含相连接的换热器（5）和水泵（6），所述工质循环模块（2）包含蒸发器（7）、工质泵（8）、冷凝器（9）和汽轮机（10），所述电力转换模块（3）为发电机（11），其中，CVD设备的高温排气口（18）与换热器（5）相连，CVD设备的循环水出口（4）与水泵（6）进水端相连，所述水泵（6）与蒸发器（7）相连，所述蒸发器（7）的出汽口与汽轮机（10）相连，所述汽轮机（10）的排汽口与冷凝器（9）相连，所述冷凝器（9）通过工质泵（8）回连蒸发器（7），所述发电机（11）与汽轮机（10）的输出轴相连。


2.根据权利要求1所述的一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，其特征是，所述工质泵（8）的工质为五氟丙烷。


3.根据权利要求1所述的一种利用制备碳/碳复合材料所产生废热发电系统，其特征是，所述工质循环模块（2）还包含预热器（16），所述预热器（16）位于蒸发器...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼建军，
申请(专利权)人：常州翊翔炭材科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32