CN116426979A - 基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置与工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电解槽技术领域，涉及一种基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置与工作方法；所述装置包括保温门、铰链、气缸、盘形管、换热装置、外部保温层和无碳电解槽；所述无碳电解槽的开口上方设有保温门，保温门通过铰链与气缸相连，并通过气缸实现保温门的开启或关闭；所述盘形管螺旋式围绕在无碳电解槽的侧壁；在盘形管的外侧设有外部保温层；盘形管从无碳电解槽侧壁的底端环绕着上端，盘形管的两端分别设于电解槽侧壁的底部和上部；所述盘形管的两端均与换热装置相连通，通过换热装置实现无碳电解槽的冷却与保温。本发明可以保证无碳电解槽24小时正常工作，同时还可以控制换热装置进行节能调控，安全环保，具备良好的应用前景。

Description

基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置与工作 方法

技术领域

本发明属于电解槽技术领域，特别涉及一种基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置与工作方法。

背景技术

铝具有优秀的可回收特性和轻质节能的属性，而且正在走向工业化的惰性电极技术有望取代传统的采用消耗性碳素阳极Hall-Herout铝电解技术，完全消除铝电解过程的有害与温室气体的直接排放，那么铝正在成为可以消除气候变化影响、改善人类环境的绿色金属。铝还可以作为二次能源，通过铝燃料电池向汽车、船舶、孤岛、通讯基站等传递能量。另一方面，铝冶炼即铝电解过程是用电大户，可以消纳大量电能；经过特殊设计的惰性电极铝电解槽可以在较大范围内调节用电量，因而可以很好地消纳间歇式的可再生能源，特别适合于风能与太阳能丰富而水力资源缺乏的地区，譬如中国的三北地区，这样可以实现采用可再生能源、不用煤电或少用煤电来生产电解铝。

现行Hall-Herout铝电解槽采用消耗性碳素阳极，不仅消耗大量以优质石油焦为主体的炭素材料，排放大量温室效应气体CO₂、强温室气体碳氟化合物(CF₄、C₂F₆)、SO₂，而且在现行铝电解过程中，需要不断地更换预焙阳极碳块，导致电解生产不稳定，并增加了劳动强度、工人面对高温熔体的人身风险和氟化物的无组织排放；预焙碳阳极生产过程中也会排放致癌性的芳香族化合物(PAH)、SO₂、粉尘，这些都是PM2.5的主要来源之一；此外，采用碳素阳极也是现行铝电解工艺的高能耗、高成本等问题的主要原因，现行的Hall-Herout铝电解槽理论最低能耗为6160kWh/吨铝，实际能耗在13000-14500kWh/吨铝之间，电能效率仅在42-48％之间，能量以热量形式损失达52％以上。

采用非碳阳极或称惰性阳极实现氧气与原铝联产电解新工艺，可以解决上述排放与污染问题，并可提高生产效率、减少占地面积、降低生产成本，而成为国际铝业界和材料界的关注焦点和研究热点。非碳阳极使用在氧铝联产电解过程中有以下优点：(1)电解过程中电极几乎不消耗，材料消耗量不到碳阳极的百分之一，无需附属的炭素加工厂和碳阳极组装厂，降低了生产成本，消除了由炭素阳极生产与使用带来的环境影响与污染；(2)电极不消耗，极距稳定，易于控制，阳极更换频率减少十倍以上，劳动强度和职业风险大为降低；(3)可以采用更高的单位体积电流，使电解槽产能增加；(4)阳极产品为氧气，避免了环境污染，氧气还可以作为副产品。

太阳能与风能尽管其丰富程度完全可以满足人类的需求，太阳能光伏电站和风电场也在日益增长，但太阳能与风能均属于间歇式可再生能源：在每天的用电高峰期，太阳能光伏与风力发电却不能提供电力；而在每天的用电相对低谷期，太阳能光伏与风电虽可提供充足电力，但却缺少用户，故人们被迫放弃部分或大部分光伏电力和风电。因此，急需一种可再生能源的消纳装置或用电大户来消纳这种间歇式的可再生能源。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在解决所述问题之一，本发明提出采用特殊保温设计与调节的惰性电极氧铝联产电解槽来消纳间歇式可再生能源特别是太阳能与风能产生的电力，同时让铝的生产过程更加清洁、更加绿色环保，铝成为更加绿色的金属。

本发明所提及的无碳电解槽采用竖式布置的惰性阳极与惰性阴极，惰性阳极与惰性阴极交错排列，相互平行，阴极与阳极相对应部位的水平距离称为极距，同一台电解槽的极距必须保证相同。所述电解槽可以为散热型也可以为保温型，且可以灵活调节与转换，即该氧铝联产电解槽具有0-100％电力调节能力。

为了实现以上目的，本发明首先提供一种基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，所述装置包括保温门、铰链、气缸、盘形管、换热装置、外部保温层和无碳电解槽；

所述无碳电解槽的开口上方设有保温门，所述顶部保温门通过铰链与气缸相连，通过气缸实现保温门的开启或关闭；

所述盘形管螺旋式围绕在无碳电解槽的侧壁；所述盘形管的外侧设有外部保温层；所述盘形管螺旋式围绕无碳电解槽时，其一侧接触无碳电解槽，另一侧与无碳电解槽的侧壁不接触；不接触的一侧记为盘形管的外侧；

所述盘形管从无碳电解槽侧壁的底端环绕至上端，其盘形管的两端分别设于电解槽侧壁的底部和上部；所述盘形管的两端均与换热装置相连通，通过换热装置实现无碳电解槽的冷却与保温。

具体的，所述铰链包括铰链一、铰链二、铰链三和铰链四；所述气缸包括气缸一和气缸二；所述保温门由保温门一和保温门二组成。

具体的，所述保温门一与保温门二通过铰链三连接；所述气缸一和气缸二通过铰链二连接，气缸一的另一端通过铰链一与保温门一连接；所述气缸二的另一端通过铰链四与保温门二连接。

具体的，所述螺旋式围绕具体是从无碳电解槽的底端依次环绕至上端，共环绕n圈，其中n为正整数。

换热装置一:

当所述换热装置由常温管一、常温液罐、高温管一、高温液罐、液罐保温层、高温管二、单向阀一、液压泵一、单向阀二、常温管二、单向阀三、液压泵二、单向阀四、常温管三和高温管三组成；

所述高温液罐的外壁包裹有液罐保温层；所述盘形管的上部端口连接常温管三，底部端口连接高温管三；

所述常温管一与常温液罐的上端连通；所述常温液罐的底部还连通有常温管二；所述常温管二的另一端连通常温管一，连接点记为P点；在常温管一上设有单向阀四，且位于P点和常温液罐之间；沿着P点到常温液罐底部的方向，在常温管二上依次设有液压泵二和单向阀三；所述常温管三的另一端与常温管一和常温管二相连通于P点，即P点为常温管一、常温管二和常温管三的连接处；

所述高温管一的另一端与高温液罐的上端连通；所述高温液罐的底部还连通有高温管二；所述高温管二的另一端连通高温管一，连接点记为I点；在高温管一上设有单向阀二，且位于I点和高温管一之间；沿着I点到高温液罐底部的方向，在高温管二上依次设有液压泵一和单向阀一；所述高温管三的另一端与高温管一和高温管二相连通与I点，即I点为高温管一、高温管二和高温管三的连接处。

具体的，所述换热装置还包括液管保温层；所述高温管一、高温管二和高温管三外壁均包裹有液管保温层。

换热装置二:

当所述换热装置由保温管一、换热器、保温管二、单向阀五、液压泵三和压力表组成；

所述换热器由螺旋盘管、蓄热材料和保温罐组成；所述蓄热材料设在保温罐形成封闭空间的内部，所述保温罐内部还有螺旋盘管，螺旋盘管外侧有着蓄热材料包围着；所述螺旋盘管的两端贯穿保温罐的顶部和底部，分别记为A端和B端；

所述盘形管的上部端口连接保温管一，所述保温管一的另一端与螺旋盘管的上部A端相连通；

所述盘形管的底部端口连接保温管二；所述保温管二另一端与螺旋盘管的下部B端相连通；且沿着保温管二到换热器底部方向，在保温管二上，依次设有压力表、液压泵三和单向阀五；

具体的，所述蓄热材料为相变蓄热材料或者热化学蓄热材料；具体包括六水氯化钙、三水醋酸钠或有机醇。

基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置的工作方法，具体步骤如下:

S1：在没有电能输入情况的模式，此时无碳电解槽启动被动保温，通过气缸的工作使保温门关闭，此时无碳电解槽内部的烟气和热量散发不出去，从而达到被动保温的效果；

S2：无碳电解槽在正常工作条件下，余热散失过多没有得到利用；此时，利用主动冷却进行余热储存模式；通过换热装置把常温溶液通过盘形管的一端输入，围绕无碳电解槽进行流动，最后从通过盘形管的另一端输出；通过常温溶液带走无碳电解槽的散发的热量，实现主动冷却；

S3：当常温溶液经循环变成热的溶液后或者无碳电解槽无电能输入时，利用无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置中储存热的溶液，通过流动给无碳电解槽导热进行保温，让无碳电解槽的热平衡保持稳定；此时启动主动保温，首先通过气缸的工作使保温门关闭，然后换热装置输出热的溶液通过盘形管的一端输入，热的溶液通过盘形管围绕无碳电解槽进行流动，最后从通过盘形管的另一端输出；热的溶液在流动过程中会把热量传给无碳电解槽，达到保温作用；

S4:主动冷却时，常温溶液通过盘形管围绕无碳电解槽进行流动，可以利用无碳电解槽散发的热量变成热的溶液，并在换热装置中储存起来；同时需要保温时，热的溶液通过盘形管围绕无碳电解槽进行流动，变成常温溶液，这样就组成一种基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，实现无碳电解槽的冷却与保温。

具体的，所述溶液可选择为导热油、液态金属或非金属导热液体。

基于换热装置一的工作方法：

S1：无碳电解槽正常工作下，余热散失过多，此时利用主动冷却进行余热储存模式，即启动主动冷却模式：液压泵二打开，为常温管二和常温管三提供压力，单向阀四本身具有一定压强，此时常温液罐中的溶液会从常温管二流入常温管三中，然后再流入盘形管中；

溶液经盘形管环绕无碳电解槽流动后，从盘形管的另一端流入高温管三中，由于单向阀一会阻止溶液从高温管二流入高温液罐，溶液只能经过单向阀二，从高温管一进入高温液罐中，同时液压泵一一直处于关闭状态，高温液罐中的溶液不会从下方高温管二流出；

S2：当常温溶液变成热溶液后或者无碳电解槽无电能输入时，利用热溶液给无碳电解槽进行保温，让无碳电解槽的热平衡保持稳定，此时启动主动保温：液压泵一打开，为高温管三提供压力，单向阀二本身具有一定压强，此时高温液罐中的溶液会从高温管二流进高温管三中，然后再流入盘形管中；

溶液经盘形管环绕无碳电解槽流动后，溶液从盘形管另一端进入常温管三中，单向阀三会阻止溶液从下方常温管二流入常温液罐，溶液只能经过单向阀四，从常温管一进入常温液罐中，同时液压泵二一直处于关闭状态，常温管二中的溶液不会流进常温管三中。

基于换热装置二的工作方法：

S1：当无碳电解槽正常工作时，启动热量贮存模式；液压泵三打开，单向阀五保证保温管二里面的溶液单向流动，只能朝着盘形管从最下层往最上层方向流动，即使液压泵三是关闭状态，保温管二里的溶液也不能倒流到换热器内；

同时保温管一和保温管二均有保温材料包裹，防止溶液流动过程中的散热，在无碳电解槽正常工作时，溶液经过盘形管流动会带走无碳电解槽的余热，最终流入保温罐中；保温罐中的螺旋盘管会把热量交换给蓄热材料，从而达到储热的作用，保温罐保证了蓄热材料的热量不会被散发出去；实现了热量贮存在蓄热材料中的目的；

S2：当无碳电解槽没有电能输入时，启动保温调节模式，蓄热材料里面的热能会传给到螺旋盘管，进而加热管道中的溶液，此时液压泵三打开，溶液通过盘形管流动给无碳电解槽进行加热保温，来维持无碳电解槽的热平衡。

无碳电解槽正常工作时的余热通过常温溶液带走热量变成热的溶液后传递给保温罐中的蓄热材料进行储存；当无碳电解槽需要保温时，保温罐储存的热能也可以通过加热螺旋盘管中的溶液，然后通过盘形管将热量传给无碳电解槽，从而组成可再生能源的消纳装置。

本发明的有益效果：

本发明提供的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置可以保证无碳电解槽24小时正常工作，同时还可以控制换热装置进行节能调控；主要有以下几种模式：

(1)被动保温：在无电能输入时，通过气缸的工作使保温门关闭，此时无碳电解槽内部的烟气和热量散发不出去，从而达到被动保温的效果；每天最多可以维持3小时不输入电力或者最多减少30％的电力输入；也就是说，可以进行30％可再生能源的电力调节，其余用电采用70％煤电，即用电维持70％基础煤电+30％可再生能源电力。

(2)主动冷却：通过换热装置把常温溶液通过盘形管的一端输入，围绕电解槽进行流动，最后从通过盘形管的另一端输出；通过常温溶液带走无碳电解槽的热量，实现主动冷却，并可以通过阀门的开度控制溶液流速，加快或减少电解槽的散热程度，调节电解槽热平衡，从而可以增加电力调节能力到50％，即用电维持50％基础煤电+50％可再生能源电力。

(3)主动保温：无碳电解槽无电能输入时，利用无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置中的热的溶液给无碳电解槽进行保温，每天可以停5-7小时，实现80％的电力调节能力，即用电维持20％基础煤电+80％可再生能源电力。

附图说明

图1为实施例1中的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置结构示意图，其中(A)为冷却时示意图；(B)为保温时示意图；

图2为实施例1中的盘形管结构与流向示意图，H表示无碳电解槽余热；

图3为顶部保温门结构示意图，其中(A)为保温门开启示意图；(B)为保温门关闭示意图；

图4为实施例2中的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置结构示意图，其中(A)为冷却时示意图；(B)为保温时示意图；

图5为换热器结构示意图，其中(a)为换热器释放热量状态示意图，(b)为换热器吸收热量状态示意图。

附图标记：1-保温门一，2-铰链一，3-气缸一，4-铰链二，5-气缸二，6-铰链三，7-铰链四，8-保温门二，9-盘形管，10-换热装置，11-常温管一，12-常温液罐，13-液管保温层，14-高温管一，15-高温液罐，16-液罐保温层，17-高温管二，18-单向阀一，19-液压泵一，20-单向阀二，21-常温管二，22-单向阀三，23-液压泵二，24-单向阀四，25-常温管三，26-高温管三，27-外部保温层，28-无碳电解槽，29-保温管一，30-换热器，31-保温管二，32-单向阀五，33-液压泵三，34-压力表，35-螺旋盘管，36-蓄热材料，37-保温罐。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1所示为间歇式可再生能源的消纳装置结构示意图，所述装置包括保温门一1、铰链一2、气缸一3、铰链二4、气缸二5、铰链三6、铰链四7、保温门二8、盘形管9、常温管一11、常温液罐12、液管保温层13、高温管一14、高温液罐15、液罐保温层16、高温管二17、单向阀一18、液压泵一19、单向阀二20、常温管二21、单向阀三22，液压泵二23、单向阀四24、常温管三25、高温管三26、外部保温层27和无碳电解槽28；

所述无碳电解槽28的开口上方设有气控保温门，所述保温门一1与保温门二8通过铰链三6连接；所述气缸一3和气缸二5通过铰链二4连接，气缸一3的另一端通过铰链一2与保温门一1连接；所述气缸二5的另一端通过铰链四7与保温门二8连接。

所述盘形管9的外侧设有外部保温层27(所述盘形管9螺旋式围绕无碳电解槽28时，其一侧接触无碳电解槽28，另一侧与无碳电解槽28的侧壁不接触，不接触的一侧记为盘形管9的外侧)；所述盘形管9螺旋式围绕在无碳电解槽28的侧壁；所述螺旋式围绕具体是从无碳电解槽28的底端依次环绕至上端，共环绕10圈；

所述盘形管9从无碳电解槽28侧壁的底端环绕着上端，其盘形管9的两端分别设于电解槽侧壁的底部和上部；

所述盘形管9的上部端口连接常温管三25，底部端口连接高温管三26；

所述常温管一11与常温液罐12的上端连通；所述常温液罐12的底部还连通有常温管二21；所述常温管二21的另一端连通常温管一11，连接点记为P点；在常温管一11上设有单向阀四24，且位于P点和常温液罐12之间；沿着P点到常温液罐12底部的方向，在常温管二21上依次设有液压泵二23和单向阀三22；所述常温管三25的另一端与常温管一11和常温管二21相连通于P点，即P点为常温管一11、常温管二21和常温管三25的连接处；

所述高温管一14的另一端与高温液罐15的上端连通；所述高温液罐15的底部还连通有高温管二17；所述高温管二17的另一端连通高温管一14，连接点记为I点；在高温管一14上设有单向阀二20，且位于I点和高温管一14之间；沿着I点到高温液罐15底部的方向，在高温管二17上依次设有液压泵一19和单向阀一18；所述高温管三26的另一端与高温管一14和高温管二17相连通与I点，即I点为高温管一14、高温管二17和高温管三26的连接处。

所述高温管一14、高温管二17和高温管三26外壁均包裹有液管保温层13；所述高温液罐15的外壁包裹有液罐保温层16。

具体工作方法为(常温液罐和高温液罐中的溶液为导热油)：

S1：无碳电解槽28在没有电能输入情况的下，此时启动被动保温，对如图3所示的顶部保温门进行单独工作，通过气缸中的活塞杠伸长，然后活塞杆通过铰链推动保温门关闭如图3中(B)图所示，无碳电解槽28内部的烟气关闭和热量散发不出去，从而达到被动保温的效果；

S2：无碳电解槽28正常工作下，余热散失过多，利用主动冷却进行余热储存模式；此时启动主动冷却，常温液罐12中存有常温油，高温液罐15为空罐；如图1中(A)图所示：无碳电解槽28处于冷却过程，液压泵二23打开，为常温管二21，常温管三25提供压力，单向阀四24本身具有一定压强，此时常温液罐12中的油会从常温管二21流入常温管三25中，然后再流入盘形管9中；

在如图2中(A)图所示，常温油从常温管三25流入，绕无碳电解槽28一圈，然后流入下一层，下一层如图2中(B)图所示，继续绕无碳电解槽28一圈后进入如图2中(C)图所示层数，每一层的偶数都是如图2中(B)图所示，奇数都是如图2中(C)图所示，最后从图2中(D)所示最下层流出(当n＝11，即为奇数时，从图2中(E)所示最下层流出)，因为盘形管9围绕着整个无碳电解槽28，在每次当油经过的时候会无碳电解槽28散发出来的热带走，达到从常温油变成热油的效果，最后从最下层进入高温管三26中；

同时因为液管保温层13围绕包裹着着整个高温管，起到保温作用；所以在热油流动过程中热量损失可以忽略不计，由于单向阀一18会阻止油从高温管二17流入高温液罐15，热油只能经过单向阀二20，从高温管一14进入高温液罐15中，液罐保温层16可以对高温液罐15进行保温，液压泵一19在这个过程一直处于关闭状态，可以阻止高温液罐15中的油从下方高温管二17流出；在此过程中可以调节流速来控制无碳电解槽28的散热状况，这样完成了无碳电解槽28正常工作的散发出的余热储存，通过油的循环，最终得到的热油储存在高温液罐15中；

S3：当常温油变成热油后或者无碳电解槽28无电能输入时，利用热油给无碳电解槽28进行保温，让无碳电解槽28的热平衡保持稳定，此时启动主动保温；首先，保温门处于关闭状态(图3(B)图所示)，液压泵一19打开，为高温管三26提供压力，单向阀二20本身具有一定压强，此时高温液罐15中的油会从高温管二17流进高温管三26中，然后再流入盘形管9最下层中；

在盘形管9中，因为油管围绕着整个无碳电解槽28，热油在盘形管9中流动的时候会把热油中的热量传给无碳电解槽28，从而无碳电解槽28起到保温作用，而热油经过盘形管9时温度会下降，最后从最上层进入常温管三25中；

因为常温管在全过程中都没有保温效果，所以在油流动的过程中热量损失也大，由于单向阀三22会阻止油从下方常温管二21流入常温液罐12，油只能经过单向阀四24，从常温管一11进入常温液罐12中，常温液罐12无保温作用，最后里面的油会变成常温，液压泵二23在此过程中一直处于关闭状态，可以阻止常温管二21中的油流进常温管三25中。这样以可以达到高温液罐15储存的热能为无碳电解槽28的热平衡持续提供能量的效果。

实施例2：

如图4所示为间歇式可再生能源的消纳装置结构示意图，所述装置保温门一1、铰链一2、气缸一3、铰链二4、气缸二5、铰链三6、铰链四7、保温门二8、盘形管9、保温管一29、换热器30、保温管二31、单向阀五32、液压泵三33、压力表34、外部保温层27和无碳电解槽28；

所述无碳电解槽28的开口上方设有气控保温门，所述保温门一1与保温门二8通过铰链三6连接；所述气缸一3和气缸二5通过铰链二4连接，气缸一3的另一端通过铰链一2与保温门一1连接；所述气缸二5的另一端通过铰链四7与保温门二8连接。

所述盘形管9的外侧设有外部保温层27(所述盘形管9螺旋式围绕无碳电解槽28时，其一侧接触无碳电解槽28，另一侧与无碳电解槽28的侧壁不接触，不接触的一侧记为盘形管9的外侧)；所述盘形管9螺旋式围绕在无碳电解槽28的侧壁；所述螺旋式围绕具体是从无碳电解槽28的底端依次环绕至上端，共环绕10圈；

所述盘形管9从无碳电解槽28侧壁的底端环绕着上端，其盘形管9的两端分别设于电解槽侧壁的底部和上部；

所述换热器30由螺旋盘管35、蓄热材料36和保温罐37组成；所述蓄热材料36在保温罐37封闭空间内，保温罐37内部还有螺旋盘管35，螺旋盘管35外侧有着蓄热材料36包围着；所述螺旋盘管35的两端贯穿外壳的顶部和底部，分别记为A端和B端；

所述盘形管9的上部端口连接保温管一29，所述保温管一29的另一端与螺旋盘管35的上部A端相连通；

所述盘形管9的底部端口连接保温管二31；所述保温管二31另一端与螺旋盘管35的下部B端相连通；且沿着保温管二31到换热器30底部方向，在保温管二31上，依次设有34-压力表、液压泵三33和单向阀五32；具体的，所述蓄热材料36为六水氯化钙。

具体工作方法为：

换热器30中采取专门蓄热材料，保温罐37内部的螺旋盘管35中的溶液为导热油；不管冷却阶段还是保温油的流向是恒定，在整个系统中是油是闭环流动的；

S1：当无碳电解槽28正常工作时，启动热量贮存模式，如图4中(A)图所示，液压泵三33打开，单向阀五32保证保温管二31里面的油单向流动，只能朝着盘形管9从最下层往最上层方向流，即使液压泵三33是关闭状态，保温管二31里的油也不能倒流到换热器里面；

同时保温管一29和保温管二31均有保温材料包裹，防止油流动过程中的散热，在无碳电解槽28正常工作时，油经过盘形管9流动会带走无碳电解槽28的余热，最终流入保温罐37中；

在如图5中(b)图所示，保温罐37中的螺旋盘管35会把热量交换给蓄热材料36，从而达到储热的作用，保温罐37保证了蓄热材料36里面的热量不会被散发出去；这样就达到了如图5中(b)图所示热量贮存在蓄热材料中；

S2：当无碳电解槽28没有电能输入时，启动保温调节模式，如图5中(a)图所示，蓄热材料36里面的热能会传给到螺旋盘管35，进而加热螺旋盘管中的油，此时液压泵三33打开，热油通过盘形管9流动给无碳电解槽28进行加热保温，来维持无碳电解槽28的热平衡。

无碳电解槽28正常工作时的余热通过常温油带走热量变成热油后传递给保温罐37中的蓄热材料36进行储存；当无碳电解槽28需要保温时，保温罐37储存的热能也可以通过加热螺旋盘管35中的油，然后通过盘形管9将热量传给无碳电解槽28，从而组成可再生能源的消纳装置。

说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述装置包括保温门、铰链、气缸、盘形管(9)、换热装置(10)、外部保温层(27)和无碳电解槽(28)；

所述无碳电解槽(28)的开口上方设有保温门，所述保温门通过铰链与气缸相连，通过气缸实现保温门的开启或关闭；

所述盘形管(9)螺旋式围绕在无碳电解槽(28)的侧壁；所述盘形管(9)的外侧设有外部保温层(27)；所述盘形管(9)螺旋式围绕无碳电解槽(28)时，其一侧接触无碳电解槽(28)，另一侧与无碳电解槽(28)的侧壁不接触，不接触的一侧记为盘形管(9)的外侧；

所述盘形管(9)从无碳电解槽(28)侧壁的底端环绕至上端，其盘形管(9)的两端分别设于电解槽侧壁的底部和上部；所述盘形管(9)的两端均与换热装置(10)相连通，通过换热装置(10)实现无碳电解槽(28)的冷却与保温。

2.根据权利要求1所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述铰链包括铰链一(2)、铰链二(4)、铰链三(6)和铰链四(7)；所述气缸包括气缸一(3)和气缸二(5)；所述保温门由保温门一(1)和保温门二(8)组成；

所述保温门一(1)与保温门二(8)通过铰链三(6)连接；所述气缸一(3)和气缸二(5)通过铰链二(4)连接；所述气缸一(3)的另一端通过铰链一(2)与保温门一(1)连接；所述气缸二(5)的另一端通过铰链四(7)与保温门二(8)连接。

3.根据权利要求1所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述螺旋式围绕具体是从无碳电解槽(28)的底端依次环绕至上端，共环绕n圈，其中n为正整数。

4.根据权利要求1所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述换热装置(10)由常温管一(11)、常温液罐(12)、高温管一(14)、高温液罐(15)、液罐保温层(16)、高温管二(17)、单向阀一(18)、液压泵一(19)、单向阀二(20)、常温管二(21)、单向阀三(22)、液压泵二(23)、单向阀四(24)、常温管三(25)和高温管三(26)组成；

所述高温液罐(15)的外壁包裹有液罐保温层(16)；所述盘形管(9)的上部端口连接常温管三(25)，底部端口连接高温管三(26)；

所述常温管一(11)与常温液罐(12)的上端连通；所述常温液罐(12)的底部还连通有常温管二(21)；所述常温管二(21)的另一端连通常温管一(11)，连接点记为P点；在常温管一(11)上设有单向阀四(24)，且位于P点和常温液罐(12)之间；沿着P点到常温液罐(12)底部的方向，在常温管二(21)上依次设有液压泵二(23)和单向阀三(22)；所述常温管三(25)的另一端与常温管一(11)和常温管二(21)相连通于P点，即P点为-常温管一(11)、常温管二(21)和常温管三(25)的连接处；

所述高温管一(14)的另一端与高温液罐(15)的上端连通；所述高温液罐(15)的底部还连通有高温管二(17)；所述高温管二(17)的另一端连通高温管一(14)，连接点记为I点；在高温管一(14)上设有单向阀二(20)，且位于I点和高温管一(14)之间；沿着I点到高温液罐(15)底部的方向，在高温管二(17)上依次设有液压泵一(19)和单向阀一(18)；所述高温管三(26)的另一端与高温管一(14)和高温管二(17)相连通与I点，即I点为高温管一(14)、高温管二(17)和高温管三(26)的连接处。

5.根据权利要求4所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述换热装置(10)还包括液管保温层(13)；所述高温管一(14)、高温管二(17)和高温管三(26)外壁均包裹有液管保温层(13)。

6.根据权利要求1所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述换热装置(10)由保温管一(29)、换热器(30)、保温管二(31)、单向阀五(32)、液压泵三(33)和压力表(34)组成；

所述换热器(30)由螺旋盘管(35)、蓄热材料(36)和保温罐(37)组成；所述蓄热材料(36)设在保温罐(37)形成封闭空间的内部，所述保温罐(37)内部还有螺旋盘管(35)，螺旋盘管(35)外侧有着蓄热材料(36)包围着；所述螺旋盘管(35)的两端贯穿保温罐(37)的顶部和底部，分别记为A端和B端；

所述盘形管(9)的上部端口连接保温管一(29)，所述保温管一(29)的另一端与盘管(35)的上部A端相连通；

所述盘形管(9)的底部端口连接保温管二(31)；所述保温管二(31)另一端与螺旋盘管(35)的下部B端相连通；且沿着保温管二(31)到换热器(30)底部方向，在保温管二(31)上，依次设有压力表(34)、液压泵三(33)和单向阀五(32)。

7.根据权利要求6所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，其特征在于，所述蓄热材料(36)为相变蓄热材料或者热化学蓄热材料；具体包括六水氯化钙、三水醋酸钠或有机醇。

8.根据权利要求1～7任一项所述的基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置的工作方法，其特征在于，具体步骤如下:

S1：在没有电能输入情况的模式，此时无碳电解槽(28)启动被动保温，通过气缸的工作使保温门关闭，此时无碳电解槽(28)内部的烟气和热量散发不出去，从而达到被动保温的效果；

S2：无碳电解槽(28)在正常工作条件下，余热散失过多没有得到利用；此时，利用主动冷却进行余热储存模式；通过换热装置(10)把常温溶液通过盘形管(9)的一端输入，围绕无碳电解槽(28)进行流动，最后从通过盘形管(9)的另一端输出；通过常温溶液带走无碳电解槽(28)的热量，实现主动冷却；

S3：当常温溶液经循环变成热的溶液后或者无碳电解槽(28)无电能输入时，利用无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置中储存热的溶液，通过流动给无碳电解槽(28)导热进行保温，让无碳电解槽(28)的热平衡保持稳定；此时启动主动保温，首先通过气缸的工作使保温门关闭，然后换热装置(10)输出热的溶液通过盘形管(9)的一端输入，热的溶液通过盘形管(9)围绕无碳电解槽(28)进行流动，最后从通过盘形管(9)的另一端输出；热的溶液在流动过程中会把热量传给无碳电解槽(28)，达到保温作用；

S4:主动冷却时，常温溶液通过盘形管(9)围绕无碳电解槽(28)进行流动，可以利用无碳电解槽(28)散发的热量变成热的溶液，并在换热装置(10)中储存起来；同时需要保温时，热的溶液通过盘形管(9)围绕无碳电解槽(28)进行流动，变成常温溶液，这样就组成一种基于无碳无固废铝电解槽的可再生能源的消纳装置，实现无碳电解槽(28)的冷却与保温；所述的溶液为导热油、液态金属或非金属导热液体。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，当所述换热装置(10)由常温管一(11)、常温液罐(12)、高温管一(14)、高温液罐(15)、液罐保温层(16)、高温管二(17)、单向阀一(18)、液压泵一(19)、单向阀二(20)、常温管二(21)、单向阀三(22)、液压泵二(23)、单向阀四(24)、常温管三(25)和高温管三(26)组成；其工作方法如下：

S1：无碳电解槽(28)正常工作下，余热散失过多，此时利用主动冷却进行余热储存模式，即启动主动冷却模式：液压泵二(23)打开，为常温管二(21)和常温管三(25)提供压力，单向阀四(24)本身具有一定压强，此时常温液罐(12)中的溶液会从常温管二(21)流入常温管三(25)中，然后再流入盘形管(9)中；

溶液经盘形管(9)环绕无碳电解槽(28)流动后，从盘形管(9)的另一端流入高温管三(26)中，由于单向阀一(18)会阻止溶液从高温管二(17)流入高温液罐(15)，溶液只能经过单向阀二(20)，从高温管一(14)进入高温液罐(15)中，同时液压泵一(19)一直处于关闭状态，高温液罐(15)中的溶液不会从下方高温管二(17)流出；

S2：当常温溶液变成热溶液后或者无碳电解槽(28)无电能输入时，利用热溶液给无碳电解槽(28)进行保温，让无碳电解槽(28)的热平衡保持稳定，此时启动主动保温：液压泵一(19)打开，为高温管三(26)提供压力，单向阀二(20)本身具有一定压强，此时高温液罐(15)中的溶液会从高温管二(17)流进高温管三(26)中，然后再流入盘形管(9)中；

溶液经盘形管(9)环绕无碳电解槽(28)流动后，溶液从盘形管(9)另一端进入常温管三(25)中，单向阀三(22)会阻止溶液从下方常温管二(21)流入常温液罐(12)，溶液只能经过单向阀四(24)，从常温管一(11)进入常温液罐(12)中，同时液压泵二(23)一直处于关闭状态，常温管二(21)中的溶液不会流进常温管三(25)中。

10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，当所述换热装置(10)由保温管一(29)、换热器(30)、保温管二(31)、单向阀五(32)、液压泵三(33)和压力表(34)组成，其工作方法如下：

S1：当无碳电解槽(28)正常工作时，启动热量贮存模式；液压泵三(33)打开，单向阀五(32)保证保温管二(31)里面的溶液单向流动，只能朝着盘形管(9)从最下层往最上层方向流动，即使液压泵三(33)是关闭状态，保温管二(31)里的溶液也不能倒流到换热器(30)内；

同时保温管一(29)和保温管二(31)均有保温材料包裹，防止溶液流动过程中的散热，在无碳电解槽(28)正常工作时，溶液经过盘形管(9)流动会带走无碳电解槽(28)的余热，最终流入保温罐(37)中；保温罐(37)中的螺旋盘管(35)会把热量交换给蓄热材料(36)，从而达到储热的作用，保温罐(37)保证了蓄热材料(36)的热量不会被散发出去；实现了热量贮存在蓄热材料(36)中的目的；

S2：当无碳电解槽(28)没有电能输入时，启动保温调节模式，蓄热材料(36)里面的热能会传给到螺旋盘管(35)，进而加热管道中的溶液，此时液压泵三(33)打开，溶液通过盘形管(9)流动给无碳电解槽(28)进行加热保温，来维持无碳电解槽(28)的热平衡；

无碳电解槽(28)正常工作时的余热通过常温溶液带走热量变成热的溶液后传递给保温罐(37)中的蓄热材料(36)进行储存；当无碳电解槽(28)需要保温时，保温罐(37)储存的热能也可以通过加热螺旋盘管(35)中的溶液，然后通过盘形管(9)将热量传给无碳电解槽(28)，从而组成可再生能源的消纳装置。

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