一种基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器

1.本发明涉及太阳能光热发电储能领域，具体涉及一种基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器。


背景技术：

2.可再生能源的间歇性和波动性是其实现稳定供能的主要制约因素，目前大型光热电厂的优化布置主要的目的之一就是提高蓄热器的蓄热放热效率，降低填充材料成本，提高蓄热材料密度。斜温层蓄热器吸收或释放显热与潜热储存热量，可以将波动的能量输入转化为较为稳定的能量进行输出，具有蓄热密度大、蓄放热效率高、蓄热材料成本低等优点。将其应用在可再生能源系统中，可以有效缓解能源供应与需求两端在时间、空间、强度上的不同步、不匹配问题，提高可再生能源的稳定性以及可靠性。
3.仿生学的任务是研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理取设计和制造新的技术设备。mevi-schutz等，通过实验，证明莲藕内热渗气体传输可以驱动空气从荷叶流向根部。wei wang等，通过模拟的方法建立了二维瞬态模型，采用仿生学借鉴了莲藕结构特点，验证了相变材料胶囊的径向梯度排列对填充床潜热储能系统热行为。zheng等,制造了一种像植物茎一样遵循默里定律的合成材料。这种材料的孔径在多个尺度上减小，这可以增强质量交换和转移的能力。dong等,通过研究叶肉表面细胞与在相同孔隙率的情况下，相变胶囊的直径设计为沿流动方向变化，以优化其热性能。一般树叶由表皮、叶肉和叶脉组成，叶脉负责输送养分，叶肉负责储存养分。
4.通过上述研究，发现可以尝试将叶片的叶脉、叶肉结构应用到蓄热器的储能系统中，来提高蓄热器的蓄热效率以及蓄热密度，并降低填充材料的成本。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的蓄热器成本略高，蓄热密度较低的不足，本发明目的是提供一种具备高蓄热效率的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：所述的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，所述蓄热器上设有若干个等间距设置叶脉部，所述叶脉部包括垂直于所述蓄热器顶面布置的部分以及与蓄热器的顶面相平行的部分，所述蓄热器上的其他部分为与所述叶脉部同样等间距设置的叶肉部；
7.单个的所述叶肉部由以钢渣为圆心、在钢渣的周围圆周阵列设置有多圈的相变胶囊构成，单个的所述叶脉部则以钢渣为圆心，周围同样圆周阵列设置有多圈的钢渣构成。
8.在上述技术方案中，采用了结合叶片仿生学的蓄热器结构设计，其中作为叶脉的钢渣能够降低填充材料的使用成本，作为叶肉的相变胶囊能够提高蓄热密度，二者结合就可以达到提高蓄热效率的同时降低成本的效果。
9.进一步地，所述叶脉部的空隙率为0.32，所述钢渣的平均直径为45mm，所述叶肉部的空隙率为0.22，所述相变胶囊的直径为30mm，相变胶囊与钢渣的直径影响空隙率，空隙率
越小，泵所消耗的能量也越大。
10.进一步地，所述蓄热器中采用太阳盐60％nano
3-40％kno3为载热流体。
11.进一步地，钢渣以及相变胶囊逐层铺设，由此可便于形成交替布置的形式。
12.进一步地，所述蓄热器连接有中央接收器以及发电机组，所述中央接收器电性连接有定日镜。
13.与现有技术相比，本方案具备的显著优点有：
14.本方案结合叶片仿生学设计，采用作为叶脉的钢渣来降低填充材料的成本，采用作为叶肉的相变胶囊来提高蓄热密度，结合逐层铺设的叶片仿生结构，有效控制了整体的蓄热密度以及蓄热效率，解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
15.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
16.图1为本发明在实施方式中蓄热器的结构示意图；
17.图2为本发明在实施方式中蓄热器安装连接方式的结构示意图；
18.图中：1-叶脉部、2-叶肉部。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
20.如图1和2所示，本发明所述的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，其整体为圆柱体，在蓄热器上设有若干个等间距设置的叶脉部1，叶脉部1包括垂直于蓄热器顶面布置的部分以及与蓄热器的顶面相平行的部分，蓄热器上的其他部分为与叶脉部1同样等间距设置的叶肉部2。
21.其中，单个的叶肉部2由以钢渣为圆心、在钢渣的周围圆周阵列设置有多圈的相变胶囊构成，单个的叶脉部1则以钢渣为圆心，周围同样圆周阵列设置有多圈的钢渣构成。
22.进一步地，叶脉部1的空隙率为0.32，钢渣的平均直径为45mm，叶肉部2的空隙率为0.22，相变胶囊的直径为30mm，整体上，钢渣以及相变胶囊是逐层铺设的，需要注意的是，目的在于保持钢渣和相变胶囊形成交替布置。
23.从图中可以看到，蓄热器连接由中央接收器以及发电机组，中央接收器电性连接有定日镜。
24.本方案的工作原理为：
25.采用太阳盐60％nano
3-40％kno3为载热流体，其可在300℃-600℃范围内工作，钢渣作为叶脉，承装nano3、相变温度为308℃的相变胶囊作为叶肉，斜温层蓄热器的高度为10m，直径为3m。
26.蓄热过程：
27.蓄热过程初始状态下，蓄热器内温度为290℃，320℃的载热流体(太阳盐)从顶部进入蓄热器，完成换热过程的流体从底部流出，因为温差会导致密度差冷热流体之间产生分层达到储存热量的效果。蓄热过程的截止温度为290℃，初始状态是蓄热器盛装的载热流
体、钢渣、相变胶囊三者温度均为290℃，略低于相变胶囊的熔点。截止温度略高于相变胶囊的熔点保证潜热的充分储存。
28.放热过程：
29.放热过程初始状态下，蓄热器内温度为320℃，290℃的载热流体(太阳盐)从底部进入蓄热器，完成换热过程的流体从顶部流出，放热过程的截止温度为320℃，初始状态是蓄热器盛装的载热流体、钢渣、相变胶囊三者温度均为320℃，略高于相变胶囊的熔点，截止温度略低于相变胶囊的熔点保证潜热的充分释放。
30.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，其特征在于，所述蓄热器上设有若干个等间距设置的叶脉部，所述叶脉部包括垂直于所述蓄热器顶面布置的部分以及与蓄热器的顶面相平行的部分，所述蓄热器上的其他部分为与所述叶脉部同样等间距设置的叶肉部；单个的所述叶肉部由以钢渣为圆心、在钢渣的周围圆周阵列设置有多圈的相变胶囊构成，单个的所述叶脉部则以钢渣为圆心，周围同样圆周阵列设置有多圈的钢渣构成。2.根据权利要求1所述的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，其特征在于，所述叶脉部的空隙率为0.32，所述钢渣的平均直径为45mm，所述叶肉部的空隙率为0.22，所述相变胶囊的直径为30mm。3.根据权利要求1所述的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，其特征在于，所述蓄热器中采用太阳盐60％nano
3-40％kno3为载热流体。4.根据权利要求1所述的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，其特征在于，所述叶脉部以及所述叶肉部逐层铺设。5.根据权利要求1所述的基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器，其特征在于，所述蓄热器连接有中央接收器以及发电机组，所述中央接收器电性连接有定日镜。

技术总结
本发明涉及太阳能光热发电储能领域，具体涉及一种基于固体废弃物钢渣的仿生学斜温层相变蓄热器；蓄热器上设有若干个等间距设置叶脉部，叶脉部包括垂直于蓄热器顶面布置的部分以及与蓄热器的顶面相平行的部分，蓄热器上的其他部分为与叶脉部同样等间距设置的叶肉部；单个的叶肉部由以钢渣为圆心、在钢渣的周围圆周阵列设置有多圈的相变胶囊构成，单个的叶脉部则以钢渣为圆心，周围同样圆周阵列设置有多圈的钢渣构成，在本方案中，采用了结合叶片仿生学的蓄热器结构设计，其中作为叶脉的钢渣能够降低填充材料的使用成本，作为叶肉的相变胶囊能够提高蓄热密度，二者结合就可以达到提高蓄热效率的同时降低成本的效果。蓄热效率的同时降低成本的效果。蓄热效率的同时降低成本的效果。


技术研发人员：李宝让 张世广
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/14