[发明专利]一种无流动传质热交换过程的太阳能光热转换及储能装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光热转换技术领域，具体涉及一种新型无流动传质热交换过程的太阳能光热转换及储能装置。

背景技术

在解决全球性的能源与环境危机中，太阳能的光热转换以及存储利用技术受到了国际社会的高度关注，是当前新能源技术领域的研究热点和重点之一。目前太阳能热能转换-热存储利用技术已有相当多的应用。目前太阳能光热转换和热存储技术还有待改进：(1)太阳能光热转换效率不高；(2)光转换热量后还需要通过腐蚀性较强、结构较昂贵的导热油或导热熔盐进行热交换；(3)受到导热油温度的限制，满足不了高温要求(温差越大，传热流越大；温差越大，利用热电材料进行热发电的效率越高)，其重要原因是自然辐射太阳光的单位面积的能流密度有限。

而太阳能应用中储热材料应满足如下要求：储热材料应有良好的化学和力学稳定性；储热材料与热交换器之间良好的化学相容性、热传导性；储热材料应有高的能量密度；低成本。目前储热的方式主要有显热储热，相变储热及化学反应储热。而目前技术中最成熟且具有商业可行的储热方式是显热储热。水泥基储热材料具有成本低，性能稳定、储热能力优良等优点。

通过国内外文献资料的了解，高效的选择吸收型光热转换材料和高性能太阳能复合储热材料的是太阳能利用中非常重要的研究方面，到目前为止，这种集“高效光热转换、热存储”功能于一体的新型无流动传质热交换过程的太阳能光热转换及储能装置还未出现。该装置不仅提供了高效的光热转换，还直接通过金属棒将热量传递给固体显热材料的方式，克服了传统液体及熔盐在高温下易腐蚀、蒸汽压高等缺点，同时高性能的水泥基储热材料有力保证了与其紧扣的储热环节的能量在空间与时间上的利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型无流动传质热交换过程的太阳能光热转换及储能装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种新型无流动传质热交换过程的太阳能光热转换及储能装置，该装置由太阳光采集-传输单元、光热转换-传导单元、热存储单元和温度控制单元共同构成，所述的太阳光采集-传输单元的输出端与光热转换-传导单元的输入端相连接，所述的光热转换-传导单元的输出端与热存储单元连接，所述的光热转换-传导单元中传导部分设置在热存储单元内部，温度控制单元由热存储单元的输出端反馈控制太阳光采集-传输单元与光热转换-传导单元；

所述的太阳光采集-传输单元自上而下由太阳能自动跟踪器(1)、菲涅尔透镜(2)、聚光器(3)和导光材料(4)共同组成，所述的自动跟踪器(1)与菲涅尔透镜(2)连接，菲涅尔透镜(2)与聚光器(3)连接，聚光器(3)与导光材料器(4)连接；所述的聚光器(3)底部连接导光器(4)；导光器(4)的末端对准光热转换-传导单元；

所述的光热转换-传导单元由选择吸收型光热转换器(5)、粘结层(6)和导热铜棒(7)组成；所述的粘结层(6)连接选择吸收型光热转换器(5)与导热铜棒(7)；

所述的热存储单元由铝酸盐水泥基复合储热材料(8)和保温材料层(9)组成；

所述的温度控制单元由热电偶(10)、温度显示器(11)、温度反馈线(12)和开关(13)共同组成；所述的铝酸盐水泥基复合储热材料(8)的实时温度通过热电偶(10)测定后在温度显示器(11)上显示，再通过温度反馈线(12)控制导光材料(4)与选择吸收型光热转换器(5)之间的开关(13)。

进一步的，所述的导光材料的导光率大于95%，导光材料形状为纤维、管状、棒状中的任一种。

进一步的，所述的选择吸收型光热转换器，其为可见光吸收率为80%～99%、红外发射率为0.2～0.5的陶瓷复合材料，由选择吸收型光热转换陶瓷与无机增强材料按照体积比2～5:1叠加烧结而成。

进一步的，选择吸收型光热转换陶瓷，其结构式为：Sm_1-xSr_xCoO₃，其中X的取值范围为0.2≤X≤0.8，优选0.4～0.55。

进一步的，无机增强材料为SiC晶须或Si₃N₄晶须中的至少一种。

进一步的，所述的粘结层为无机耐高温胶硅酸盐类、硫酸铝盐类和磷酸铝盐类中的至少一种。

进一步的，铝酸盐水泥基复合储热材料由80～94wt%铝酸盐水泥、1～5wt%纳米MgO和5～15wt%功能粉体制备而成。