一种利用热管导热的生物质仓储结构

文档序号:1870480 发布日期:2021-11-23 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 一种利用热管导热的生物质仓储结构 (Biomass storage structure utilizing heat pipe for heat conduction ) 是由 陈鑫科 方庆艳 马仑 闫泓池 夏季 张�成 陈刚 于 2021-08-06 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种利用热管导热的生物质仓储结构,属于生物质材料仓储技术领域,其通过主仓、进料仓、卸料仓、进料组件和卸料组件的对应设置,能有效实现生物质颗粒的进料、仓储和卸料,再通过主仓仓体上热管的对应设置,使得生物质颗粒存储过程中产生的热量可以有效排出到仓体外。本发明的利用热管导热的生物质仓储结构,其结构简单,设置简便,能在实现生物质颗粒可靠存储的同时,快速实现生物质颗粒的进料和卸料,并自发完成生物质颗粒存储过程中所产生热量的快速排出,避免仓内因热量集中而发生的材料变异或者材料自燃,保证生物质颗粒存储的稳定性和安全性,降低生物质材料的应用成本,具有较好的应用前景和推广价值。(The invention discloses a biomass storage structure utilizing heat pipes to conduct heat, which belongs to the technical field of biomass material storage. The biomass storage structure utilizing the heat pipe to conduct heat is simple in structure and simple and convenient to set, can realize reliable storage of biomass particles, can quickly realize feeding and discharging of the biomass particles, can spontaneously finish quick discharge of heat generated in the process of storing the biomass particles, avoids material variation or spontaneous combustion of materials caused by heat concentration in a bin, ensures the stability and safety of biomass particle storage, reduces the application cost of the biomass material, and has good application prospect and popularization value.)

一种利用热管导热的生物质仓储结构

技术领域

本发明属于生物质材料仓储技术领域,具体涉及一种利用热管导热的生物质仓储结构。

背景技术

随着现代经济水平的快速发展,对能源的依赖日益增加,导致传统化石能源的消耗十分巨大。在国家碳达峰、碳中和的战略方针指导下,寻找新型能源以替代化石燃料,降低化石能源消耗显得势在必行。

在众多可再生能源中,生物质材料的碳中和特性尤为明显,使得高效开发利用生物质能的需求日益增加。生物质能是可再生能源的重要组成部分,有效利用生物质能,对解决能源问题和生态环境问题起到十分重要的作用。

一般情况下,生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便等。进入20世纪70年代以来,世界各国尤其是经济发达国家对生物质的研究十分重视,积极开展生物质能应用技术的研究,取得了一定的研究成果,部分产品甚至达到工业化应用的规模。

目前,随着生物质能利用技术的推广应用,生物质仓储技术存在的不足开始日益显现,越来越不能满足生物质能利用技术发展的需求。由于生物质材料本身与一般材料之间存在特异性,导致常规的存储设备很难充分适应生物质材料的存储。在生物质材料存储过程中,由于微生物作用和化学反应,极易在仓储设备中导致仓内温度升高,不仅会导致生物质材料的变异,还可能存在自燃的风险,导致严重的安全问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种,本发明提供了一种利用热管导热的生物质仓储结构,能有效是实现生物质颗粒的存储,满足生物质颗粒快速进料、卸料的需求,并实现生物质颗粒存储过程中仓内热量的快速排出,降低仓储结构内的温度,保证生物质材料仓储的稳定性和可靠性。

为实现上述目的,本发明提供一种利用热管导热的生物质仓储结构,其包括轴线非水平设置的主仓,并在所述主仓的顶部和底部分别设置有进料仓和卸料仓;

对应所述进料仓设置有进料组件,其连通所述进料仓,用于生物质颗粒的进料;对应所述卸料仓设置有卸料组件,其连通所述卸料仓,用于所述生物质颗粒的卸料;

所述主仓呈筒状结构,其仓体上间隔设置有多个热管;所述热管包括伸入主仓内的传热端和伸出主仓外的散热端,且所述热管内设置有自所述传热端延伸至所述散热端的封闭空腔,并在该封闭空腔内封装有换热基质;

所述传热端与存储于主仓内部的生物质颗粒接触,用于吸收生物质颗粒产生的热量并促使所述换热基质由液态转换为气态;所述散热端与冷源接触,使得所述换热基质放热并从气态转换为液态,实现仓内热量的排出;且所述传热端在竖向上的设置高度低于所述散热端的设置高度,使得处于液态的换热基质可自发流向所述传热端。

作为本发明的进一步改进,所述热管在所述主仓的环向和/或轴向上交错设置。

作为本发明的进一步改进,所述传热端在所述主仓内倾斜设置,并以端部指向所述卸料仓一侧。

作为本发明的进一步改进,所述主仓上间隔设置有若干个人孔,用于作业人员对主仓内进行检修维护。

作为本发明的进一步改进,所述进料仓和/或所述卸料仓上设置有至少一个所述人孔。

作为本发明的进一步改进,所述卸料组件包括连接于所述卸料仓的卸料口和连接该卸料口的卸料单元。

作为本发明的进一步改进,所述进料组件和/或所述卸料单元为螺旋输送机构。

作为本发明的进一步改进,所述传热端和/或所述散热端的外周设置有换热单元;所述换热单元为肋片、凹槽、弧形凸起中的一种或者多种。

作为本发明的进一步改进,所述传热管和/或所述散热管的外周设置有沿热管轴向延伸的肋片,且所述肋片为热管环向上间隔设置的多个。

作为本发明的进一步改进,所述传热端与所述散热端互成一定角度,且所述散热端的轴线平行于所述主仓的轴线。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有的有益效果包括:

(1)本发明的利用热管导热的生物质仓储结构,其通过主仓、进料仓、卸料仓、进料组件和卸料组件的对应设置,能有效实现生物质颗粒的进料、仓储和卸料,再通过主仓仓体上热管的对应设置,利用热管内换热基质在传热端与散热端之间、在液态与气态之间的对应转换,可以使得生物质颗粒存储过程中因微生物作用和化学反应作用所产生的热量可以有效排出到仓体外,避免生物质颗粒因为温度过高而变异或者自燃,保证了生物质颗粒存储的稳定性和可靠性,确保了生物质材料的安全存储,提升了生物质材料的应用安全性,降低了生物质材料的应用成本。

(2)本发明的利用热管导热的生物质仓储结构,其通过仓体上人孔的对应设置,有效实现了仓体内部环境与外部环境的交互连通,实现了仓体内的检修维护,为生物质仓储结构的可靠应用提供了保障。

(3)本发明的利用热管导热的生物质仓储结构,其通过热管传热端的倾斜设置、交错设置、热管外周肋片/凹槽/凸起等换热单元的对应设置,保证换热基质在传热端与散热端之间自发运动的同时,有效增加了传热端与生物质颗粒、散热端与冷源的接触面积,提升了热管传热端的传热效果和热管散热端的散热效果,加快了仓储结构热传递、热排出的效率。

(4)本发明的利用热管导热的生物质仓储结构,其通过优选热管两端的结构参数,优选热管内换热基质的种类、封装压力,可以有效改变换热基质的气化温度,提升换热基质的换热效率和换热质量,适应不同生物质颗粒的仓储需求和散热需求,提升生物质仓储结构的适用范围。

(5)本发明的利用热管导热的生物质仓储结构,其结构简单,设置简便,能在实现生物质颗粒可靠存储的同时,快速实现生物质颗粒的进料和卸料,并自发完成生物质颗粒存储过程中所产生热量的快速排出,避免仓内因热量集中而发生的材料变异或者材料自燃,保证生物质颗粒存储的稳定性和安全性,降低生物质材料的应用成本,具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中利用热管导热的生物质仓储结构的结构剖视图;

图2是本发明实施例中利用热管导热的生物质仓储结构的局部结构示意图;

图3、4是本发明实施例中利用热管导热的生物质仓储结构的局部结构侧视图;

在所有附图中,同样的附图标记表示相同的技术特征,具体为:

1、主仓;2、进料仓;3、卸料仓;4、进料单元;5、卸料口;6、卸料单元;7、人孔;8、热管;9、仓座;10、生物质颗粒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,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,或成一体;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或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。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。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例:

请参阅图1~4,本发明优选实施例中利用热管导热的生物质仓储结构包括呈筒状的主仓1,该主仓1的轴线非水平设置,进一步优选为沿竖向设置。如此,主仓1内的物料(即生物质颗粒10)便可在自重的作用下完成自动下料。

具体地,优选实施例中的主仓1沿竖向设置,其顶部设置有进料仓2,用于生物质颗粒10的进料存储;相应地,主仓1的底部设置有卸料仓3,用于生物质颗粒10的卸料供应。进料仓2、主仓1和卸料仓3同轴设置并连接为整体结构,并可优选通过仓座9支撑设置于地面上,如图1中所示。

更细节地,优选实施例中的进料仓2为与主仓1同轴设置的半球形或者弧形结构,并对应其设置有进料单元4,通过进料单元4的运输,可实现生物质颗粒10向进料仓2的送料。优选地,在一个具体的实施例中,进料单元4为螺旋输送机构。

同时,优选实施例中的卸料仓3为上大下小的锥形结构,其与主仓1同轴设置,且卸料仓3外径较大的一端对应连接主仓1的底部,并在该卸料仓3外径较小的一端对应设置有可开闭的卸料口5,以及在卸料口5上对应设置有卸料单元6,使得卸料口5打开时,主仓1内的生物质颗粒10可通过卸料单元6进行卸料作业。在一个优选实施例中,卸料单元6为螺旋输送机构,可借助物料的自重实现自动旋转,进而保证卸料的准确性。

进一步地,在主仓1的外周和/或卸料仓3的外周上设置有人孔7,用于仓储结构的检修和维护。在一个具体实施例中,主仓1和卸料仓3上同时设置有人孔7,且主仓1上设置的人孔7为沿主仓1轴向间隔设置的多个,例如图2中所示的三个,分别用于主仓1顶部、中部、底部的检修维护。

当然,可以理解,根据实际设置的需要,主仓1上间隔设置的多个人孔7也可以沿环向间隔设置,或者在螺旋方向上间隔设置,以此满足不同仓内部位的检测需求。优选地,对应在人孔7上设置有透视窗口,用于通过透视窗口对仓内情况进行观察。另外,根据设置的需求,也可以在进料仓2上对应设置若干人孔7,在此不做赘述。

进一步地,在主仓1的外周上间隔设置有多个热管8,其一端为伸入主仓1内的传热端,另一端为伸出主仓1外周壁面的散热端,传热端用于与主仓1内的生物质颗粒10接触而传热,并自发地将仓内热量导出至散热端,由散热端将热量散发到外界,降低仓内的温度,防止仓体内的生物质颗粒10发生自燃现象。

具体而言,优选实施例中的热管8内部形成有封闭空腔,该封闭空腔由传热端沿轴向延伸至散热端,并在封闭空腔中封装有换热基质,例如水、酒精或者其他相变基质,换热基质在热管8内通过液态与气态的转换,实现热量的吸收、传递与释放。实际设置时,传热端在竖向上的设置高度低于散热端在竖向上的设置高度(即两者的中心在竖向上存在高度差),使得换热基质在液态时可由其重力作用汇集于传热端中,并在传热端吸收仓内热量后蒸发为气态,而气态基质从封闭空腔内自传热端运动到散热端,而散热端外侧的相对温度降低,使得气态的换热基质可迅速冷凝为液态,从而将热量散发;相应地,冷凝为液态的换热基质由其自重影响而对应流回传热端中,重新吸收热量并完成传热过程。

正是通过热管8中换热基质在液态、气态之间的循环切换,使得仓内的热量可以循环、自发地传递到仓外,保证仓内温度处于合理的范围内。此外,为了提升换热基质的相变响应能力,优选实施例中的热管8内的气压为负压或者抽真空,以此可以对应降低换热基质的气化温度,提升换热基质的相变响应速率。

显然,根据仓内容置的生物质颗粒10的种类不同,仓内温度的升温速率、升温范围也各不相同,此时,针对热管8的设置参数也对应不同,尤其是热管8内换热基质的设置压力、相变温度不同,这都可以根据实际情况进行优选,在此不做赘述。

在具体设置时,热管8优选为圆管,其外径优选为20mm~150mm,进一步优选为25mm~112mm。同时,对于传热端而言,其长度优选为0.5m~8m,且散热端的长度优选为0.5m~6m。而且,为了保证热管8的传热冷却效果,优选实施例中的热管8为主仓1环向和/或轴向上交错间隔设置的多个,使得单位面积(1平方米)上热管8的设置数量为0.5根~2根,充分保证热管8的传热效果。

进一步地,各热管8的传热端优选倾斜设置,即传热端的轴线与主仓1的径向之间互成一定角度,该角度优选为30°~60°,而传热端的端部优选指向卸料仓3一侧。如此,可以有效减少因热管8设置而对主仓1内生物质颗粒10产生的输送干扰,延长传热端的长度,增加热管8的传热能力。

更详细地,各热管8的传热端端部处于主仓1的不同径向截面上,即各热管8在主仓1的环向和/或轴向上交错设置,如此,可以尽可能保证主仓1内不同部位的热量都可通过热管8进行传递。

同时,为了扩大传热端与生物质颗粒10的接触面积、增大散热端与散热介质之间的作用面积,提升传热端的传热性能和散热端的散热效率,优选实施例中的热管8外周设置有换热单元,以增加热管8管体与换热环境的接触面积,增加传热、散热的效率。在优选实施例中,换热单元为设置于热管8外周的肋片、弧形凸起、或者开设于热管8外周上的凹槽。

其中,肋片的设置形式可以沿热管8的环向设置、呈螺旋式设置、沿热管8的轴向设置等。具体设置时,传热端外周的肋片沿热管8的轴向设置或者呈螺旋设置,而散热端外周的肋片优选沿轴向设置,并在环向上为间隔设置的多个。此外,当换热单元设置为凹槽时,凹槽优选为内大外小的弧形槽或者锥形槽,且凹槽优选设置在该传热端面向卸料仓3的一侧,即如图1中所示的传热端底部,这样可以有效避免生物质颗粒10在凹槽中的卡嵌。而在一个具体实施例中,传热端面向进料仓2的一侧设置有弧状凸起,面向卸料仓3的一侧设置有凹槽。

进一步地,对应热管8的散热端而言,其伸出主仓1设置,用于与冷源接触并实现热量的交换,完成传热端所传递热量的排出。在优选实施例中,散热端与主仓1外部的大气接触并实现散热,此时,冷源为温度相比仓内温度更低的大气。根据实际的需要,上述冷源也可以设置为别的形式,例如冷却水、冷却空气等,即通过设置冷却水或者冷却空气作用散热端的外周,实现热量的快速散发,提升热管8的传热、散热效率。

在优选实施例中,为了减少因热管8设置而增加的设备占用空间,优选实施例中的散热端与传热端互成一定角度设置,使得散热端沿主仓1的轴向进行延伸,例如图1中所示的沿主仓1轴向并向上延伸。利用传热端与散热端之间的弯折设置,可以在减少热管8占用容置空间的同时,尽可能增加散热端的长度,提升热管的散热效率。显然,根据实际设置的需要,可以在散热端的外周设置散热结构,例如间隔开设的凹槽和/或间隔设置的凸起结构,以此增加散热端与大气的接触面积,提升散热端的散热效果。

本发明中的利用热管导热的生物质仓储结构,其结构简单,设置简便,能在实现生物质颗粒可靠存储的同时,快速实现生物质颗粒的进料和卸料,并自发完成生物质颗粒存储过程中所产生热量的快速排出,避免仓内因热量集中而发生的材料变异或者材料自燃,保证生物质颗粒存储的稳定性和安全性,降低生物质材料的应用成本,具有较好的应用前景和推广价值。

本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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