一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，可应用于探究不同温度层相变储能单元的封装壳体及储能装置壁面的复合损伤机理，主要包括：主罐、高温储罐、低温储罐、高温副罐、低温副罐、数据采集系统和相变储能单元等。主罐是一种斜温层式蓄热罐，罐内堆叠有相变储能单元。罐内上下两端设有带孔的分流板，第一分隔架、第二分隔架和第三分隔架。上下分流板之间有斜温层厚度测量通道。本平台可提供多类热力边界条件，实验能耗低、周期短，测量实时且精确。可同时探究堆叠压力造成的机械损伤，温度层引起的热应力和热疲劳损伤，熔融盐引起的腐蚀性损伤，热棘轮效应引起的机械损伤，以量化各类损伤对复合损伤的叠加作用。以量化各类损伤对复合损伤的叠加作用。以量化各类损伤对复合损伤的叠加作用。

【技术实现步骤摘要】
一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台


[0001]本专利技术涉及相变储能
，特别涉及一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台。

技术介绍

[0002]对于太阳能光热发电储能系统，采用相变储热较显热储热的储热密度更高。而相变储能单元及储能装置的封装是保障太阳能光热发电储能系统安全且稳定工作的关键技术之一。由于熔融盐温度引起的密度差，储能装置内部从上至下为高温层、斜温层和低温层。蓄热时，高温储罐内的熔融盐被加压从储能装置顶部进入高温层，低温层的熔融盐从储能装置底部流出至低温储罐。此时，高温层厚度增大，低温层厚度减小，斜温层下移，相变储能单元内的相变材料熔化蓄热。放热时，上述变化则相反。
[0003]相变储能单元及储能装置的热
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机械复合损伤是引起储能系统安全性问题的主要原因。首先，相变储能单元封装壳体受到内部固
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液
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气三相热膨胀的叠加作用。第二，相变储能单元在数米高的储能装置内堆叠，封装壳体会因为压力载荷产生弹塑性变形甚至破裂。第三，储能装置内流动的高温熔融盐会对相变储能单元封装壳体造成腐蚀性损伤。第四，高温层、斜温层、低温层分别会引起相变储能单元封装壳体和储能装置罐壁的热损伤、疲劳损伤、压力损伤，储能装置罐壁的热棘轮效应带来的机械损伤也尤为严重。
[0004]储能装置的热棘轮效应。蓄热周期时罐壁受热膨胀程度比相变储能单元大，储热罐罐壁在储热周期受热向外膨胀并在内部形成一定空隙，相变储能单元由于重力作用下沉并重新堆叠排布。放热周期时罐壁受冷收缩，但由于罐内大量相变储能单元已经重新堆叠使罐壁无法收缩到初始状态。这也使得罐壁受到的等效应力超过屈服极限，从而产生塑性变形。长时间高频次的储热放热循环会造成罐壁塑性变形的累积。同时，罐壁在高温作用下发生高温蠕变。最终罐壁会缓慢地向外膨胀，直到出现不可逆损伤的热棘轮现象。热棘轮效应曾造成多次储能装置的罐壁破裂事故，因此有必要深入研究罐壁与相变储能单元间的挤压作用和罐壁自身损伤特性。
[0005]上述各类损伤的叠加而成的复合损伤是造成相变储能单元封装壳体及储能装置罐壁泄露的潜在威胁。因此，分别研究上述损伤机理并进一步量化各类损伤对复合损伤的作用，对于设计相变储能单元及储能装置有重要意义。现有文献仅对储能单元、储能装置的流动换热和储能特性展开了研究，对填充床热力特性和热
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机械损伤研究也仅限于显热储热材料或实心的填充颗粒。对相变储能单元及储能装置的热
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机械损伤研究却鲜见报道，目前也尚未有该类复合损伤的失效评估方法和解决方案。所以亟需根据各类损伤采取科学有效的研究，确定相变储能单元及储能装置的复合损伤机理。
[0006]开展熔融盐相变储能复合损伤机理实验是研究上述问题的有效方法。首先，该问题涉及的热
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机械边界条件复杂；其次，太阳能光热发电的储能实验周期长；最后，只有开展长期的实验所得到的复合损伤才更利于研究，也更符合实际应用。因此，有必要开发一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，在同一平台上同时开展上述实验，以缩短研究周期。
[0007]专利CN106705726A公开了一种实验用熔融盐储罐，该专利技术采用对流换热方式加快了化盐的速度，适用于需要间歇进行实验的场合，能储存并对外提供稳定流量和温度的熔融盐。专利CN114166887A公开了一种熔融盐单罐蓄热系统斜温层厚度的测试实验平台，该平台提供了熔融盐单罐蓄热系统，并通过蓄热罐壁面上的对称分布的热电偶来测温，进一步结合蓄热罐外壁上的刻度标尺来计算斜温层厚度。
[0008]上述专利技术提出了新的熔融盐储能或储存方式，但仍缺少方便开展熔融盐相变储能复合损伤机理实验的创新平台。

技术实现思路

[0009]为分别研究上述相变储能单元及储能装置的损伤机理并进一步量化各类损伤对复合损伤的叠加作用，本专利技术提供了一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，以便于开展相变储能单元及储能装置的复合损伤机理的实验研究。
[0010]本专利技术采取的技术方案是：
[0011]本专利技术提供一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，包括：主罐、高温储罐、低温储罐、高温副罐、低温副罐、高温循环泵、低温循环泵、高温水浴恒温装置、低温水浴恒温装置、数据采集系统、相变储能单元、分流板、第一分隔架、第二分隔架、第三分隔架、斜温层厚度测量通道；
[0012]主罐是一种斜温层式的相变储能装置，罐内堆叠有若干相变储能单元，熔融盐流体流过相变储能单元的间隙，封装壳体内密封的相变材料通过相变来储存和释放热量；
[0013]高温储罐和低温储罐内部装有温度传感器和电加热装置，电加热装置用于粗调熔融盐温度；高温储罐底端出口连接高温循环泵和高温水浴恒温装置，低温储罐底端出口连接低温循环泵和低温水浴恒温装置，水浴恒温装置用于精调熔融盐温度；
[0014]高温副罐上端与主罐上端相连，高温副罐下端分别与高温储罐的下端出口和上端入口相连；低温副罐下端与主罐下端相连，低温副罐上端分别与低温储罐的下端出口和上端入口相连；
[0015]主罐的内部设有轴向、径向方向的分隔空间：主罐内上下两端设有带孔的分流板，至少有带孔的第一分隔架、第二分隔架和/或第三分隔架，分流板之间至少有两个带孔的斜温层厚度测量通道。
[0016]优选的，第一分隔架为筒状结构，置于上下两个分流板间，第一分隔架内固定有至少三层带孔的分层板，分层板可拆卸并可上下调节所在高度以分隔轴向空间。
[0017]优选的，第二分隔架为筒状结构，下端与分流板相连，上端与主罐的罐体相连；第二分隔架内壁紧贴一个内罐，内罐上下两端有独立于主罐的进出口；内罐壁面由耐腐蚀且导热性较好的材料制作而成；第二分隔架可支撑并减缓相变储能单元对内罐壁面的挤压。
[0018]优选的，第三分隔架为扇形结构，置于上下两个分流板间且距主罐内壁一定间隙，第三分隔架在扇形结构的径向方向上固定有至少两层带孔的分层板以分隔径向空间。
[0019]优选的，斜温层厚度测量通道为筒状结构，通道内放有两个浮力球，其中一个浮力球的密度与高温层、斜温层交界处的熔融盐密度相同，另一个浮力球的密度与低温层、斜温层交界处的熔融盐密度相同，浮力球与通道两端的恒力拉距传感器相连。
[0020]优选的，高温副罐、低温副罐筒体直径比主罐小，筒体高度和主罐相同，且底座均
处于同一地平线上；高温副罐、低温副罐内部上端和下端也设有分流板，且分流板高度和孔状结构均与主罐相同；高温副罐、低温副罐进出口设有支路和阀门来分流，以保证高温副罐、低温副罐内的熔融盐流速与主罐相同。
[0021]优选的，相变储能单元内的部分空间填充有高温固液相变材料，并在预留膨胀空间填充有物化性质稳定的惰性气体；主罐、内罐、高温副罐、低温副罐的分流板间堆叠有相变储能单元。
[0022]优选的，主罐内第一分隔架各轴向分层板、第三分隔架各径向分层板上均设有热电偶，分层板上的部分相变储能单元的外壳贴有应变片，其中第一分隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于包括：主罐、高温储罐、低温储罐、高温副罐、低温副罐、高温循环泵、低温循环泵、高温水浴恒温装置、低温水浴恒温装置、数据采集系统、相变储能单元、分流板、第一分隔架、第二分隔架、第三分隔架、斜温层厚度测量通道；主罐是一种斜温层式的相变储能装置，罐内堆叠有若干相变储能单元，熔融盐流体流过相变储能单元的间隙，封装壳体内密封的相变材料通过相变来储存和释放热量；高温储罐和低温储罐内部装有温度传感器和电加热装置，电加热装置用于粗调熔融盐温度；高温储罐底端出口连接高温循环泵和高温水浴恒温装置，低温储罐底端出口连接低温循环泵和低温水浴恒温装置，水浴恒温装置用于精调熔融盐温度；高温副罐上端与主罐上端相连，高温副罐下端分别与高温储罐的下端出口和上端入口相连；低温副罐下端与主罐下端相连，低温副罐上端分别与低温储罐的下端出口和上端入口相连；主罐的内部设有轴向、径向方向的分隔空间：主罐内上下两端设有带孔的分流板，至少有带孔的第一分隔架、第二分隔架和/或第三分隔架，分流板之间至少有两个带孔的斜温层厚度测量通道。2.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：第一分隔架为筒状结构，置于上下两个分流板间，第一分隔架内固定有至少三层带孔的分层板，分层板可拆卸并可上下调节所在高度以分隔轴向空间。3.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：第二分隔架为筒状结构，下端与分流板相连，上端与主罐的罐体相连；第二分隔架内壁紧贴一个内罐，内罐上下两端有独立于主罐的进出口；内罐壁面由耐腐蚀且导热性较好的材料制作而成；第二分隔架可支撑并减缓相变储能单元对内罐壁面的挤压。4.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：第三分隔架为扇形结构，置于上下两个分流板间且距主罐内壁一定间隙，第三分隔架在扇形结构的径向方向上固定有至少两层带孔的分层板以分隔径向空间。5.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：斜温层厚度测量通道为筒状结构，通道内放有两个浮力球，其中一个浮力球的密度与高温层、斜温层交界处的熔融盐密度相同，另一个浮力球的密度与低温层、斜温层交界处的熔融盐密度相同，浮力球与通道两端的恒力拉距传感器相连。6.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：高温副罐、低温副罐筒体直径比主罐小，筒体高度和主罐相同，且底座均处于同一地平线上；高温副罐、低温副罐内部上端和下端也设有分流板，且分流板高度和孔状结构均与主罐相同；高温副罐、低温副罐进出口设有支路和阀门来分流，以保证高温副罐、低温副罐内的熔融盐流速与主罐相同。7.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：相变储能单元内的部分空间填充有高温固液相变材料，并在预留膨胀空间填充有物化性质稳定的惰性气体；主罐、内罐、高温副罐、低温副罐的分流板间堆叠有相变储能单元。8.如权利要求1所述的熔融盐相变储能复合损伤机理实验平台，其特征在于：主罐内第一分隔架各轴向分层板、第三分隔架各径向分层板上均设...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴一宁，王友，朱子良，林梅，王秋旺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：