[发明专利]纳米黑液储能式太阳能集热器

说明书

技术领域  本发明涉及一种太阳能集热器，尤其涉及一种纳米黑液储能式太阳能集热器。

背景技术  传统的二次换热太阳能集热器常以防冻液作为循环工质，但目前常用防冻液的传热性能均较差，很难将太阳能集热器中的热量及时的带走，也很难将传输的能量有效地传递给工作流体(水)。由于防冻液的传热效果较差，因此，如果要求循环工质达到一定的温度，则需要集热器的吸热面与循环工质间存在较大的温差，这无疑增大了集热器的热损失。此外，传统的二次换热太阳能集热器吸热面与循环工质的热量传递是一个多界面的间接传递过程，吸热面利用固体材料的表面吸收太阳辐射能，然后再通过固体材料的热传导作用将热量传递给循环工质，在热量由固体材料向循环工质传递的过程中，由于固—液边界层存在较大的热阻，同样要求固体吸热表面与循环工质间存在较大的温差，这种温差使吸热表面的对外热辐射增大，进一步增大了集热器的热损失。因此，传统的二次换热太阳能集热器的热效率不高。纳米黑液即以一定的方式和比例在液相介质(防冻液)中添加黑色纳米粒子，形成一类新的太阳能集热器的吸热与传热循环工质。由于纳米粒子的量子效应以及高的比表面积和表面活性，纳米黑液对太阳辐射具有高的吸收率，而且由于纳米颗粒的表观密度小，在液相介质(防冻液)中具有很好的分散性和流动性。由于固体材料的导热性能远远高于液体，因此添加了纳米颗粒后，纳米黑液的传热性能比传统防冻液显著提高。

发明内容  本发明的目的是提供一种纳米黑液储能式太阳能集热器。

本发明创造性的将纳米技术与储能技术应用到太阳能热利用中来，通过将固体黑色纳米颗粒加入到液相介质(防冻液)中，大大提高了循环工质的光吸收能力和传热性能，纳米黑液与储能材料的配合使用有效地提高了太阳能集热器的热效率。发明了一种纳米黑液储能式太阳能集热器，作为一种新型的二次换热太阳能集热器，对于提高太阳能集热器的热效率有着重要的意义。本发明中的纳米黑液储能式太阳能集热器是由真空玻璃管或非真空玻璃管、黑液箱、储能材料、换热器以及纳米黑液所组成的一种新型二次换热太阳能集热器。其工作原理如下：真空玻璃管或非真空玻璃管中的纳米黑液直接吸收太阳辐射能，然后通过自然对流循环加热黑液箱中的纳米黑液和储能材料，工作流体(水)通过浸没于纳米黑液中的换热器进行热交换，将黑液箱中的热量带走。在阳光充足的时候，黑液箱中的纳米黑液即可加热通过紫铜中的冷水，也可加热储能材料；当阳光不充足的时候，储能材料利用储存的热量反过来加热黑液箱中的纳米黑液，从而保证黑液箱中的纳米黑液在较长时间内具有较高的温度。

本发明的有益效果：

(1)利用玻璃管中的纳米黑液直接吸收太阳辐射能，集热器的最高温度出现在纳米黑液内部，因此降低了散热损失。

(2)在液相介质中添加固体粒子，显著的提高了循环工质的传热性能，因此纳米黑液的使用有效的提高了集热器的热效率。

(3)相变储能材料的使用可以减小了黑液箱的体积，弥补太阳能集热器受气候影响的缺陷。

(4)纳米黑液储能式太阳能集热器是一种高效的二次换热太阳能集热器，集热器中的循环工质是纳米黑液，不需要储水箱，因此水质新鲜卫生，不会存在结构或水质变坏等问题。

附图说明

附图1为纳米黑液储能式太阳能集热器的总体结构示意图。

附图2为纳米黑液储能式太阳能集热器的纵剖面构造图。

图中1.黑液箱，2.金属盘管式换热器，3.储能材料，4.纳米黑液，5.真空玻璃管或非真空玻璃管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1、2，太阳辐射透过不带吸收涂层的真空玻璃管或非真空玻璃管(5)直接被纳米黑液(4)所吸收，纳米黑液(4)吸收热量后自身温度升高，将太阳辐射能以显热的形式储存起来，并通过自然对流传热的方式加热黑液箱中的纳米黑液(4)和储能材料(3)。在阳光充足的时候，工作流体(水)通过换热器(2)取走被升温了的纳米黑液的热量加以利用；当阳光不充足的时候，之前被加热熔化的储能材料(3)重新释放热量加热黑液箱中的纳米黑液(4)，从而达到在较长时间内获得较高稳定温度的循环工质。

另外，这种集热器也可以做成大规模的平板型太阳能集热器，采用强迫循环，循环工质均通过同一个黑液箱，黑液箱中装有一定量的储能材料和一定效率的换热器，工作流体(水)通过换热器提走黑液箱中的热量加以利用。