一种基于复合相变材料的太阳能光热转换与储热系统

供热;炉灶;通风;干燥设备的制造及其应用技术1.本公开属于可再生能源热储能技术领域，具体涉及一种基于复合相变材料的太阳能光热转换与储热系统及方法。背景技术：2.太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，利用太阳能这一可再生能源代替石油、煤、天然气等以达到节能减排的目的。目前对太阳能的光热利用非常广泛，在太阳能热水器、太阳能蒸馏干燥、太阳能热发电等领域都有应用，其中太阳能热水器应用最为广泛，在农村和城市地区均有大量的使用，但是传统的太阳能热水器只是通过光热涂层将太阳能转化为热能后以显热(当热量加入或移去后，会导致物质温度的变化，而不发生相变)的形式储存在水中，热水器本身并不能储存热量，导致热水并不能长时间储存，且设备体积较大、价格较高。而利用相变材料可以将热量以潜热(一个相变化到另一个相吸收或放出的热量)和显热的形式储存起来，储热密度大，且可以长时间储存热量。但是纯相变材料存在光吸收性差以及相变易泄露、导热系数低的问题，因此难以直接进行太阳能光热转换与热能储存，导致太阳能难以得到有效利用。3.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。技术实现要素：4.针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于复合相变材料的太阳能光热转换与储热系统，该系统采用潜热和显热兼有的储热方式，增大了储热密度，增加了储热时长。5.为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：6.一种基于复合相变材料的太阳能光热转换与储热系统，包括：7.冷水储存罐，所述冷水储存罐的输出端连接光热转换与储热装置的输入端；8.所述光热转换与储热装置用于吸收太阳能并转换为热能，以及用于通过复合相变材料将热能同时以显热和潜热的方式进行存储以和由所述冷水储存罐输入的冷水进行热交换；9.所述系统还包括热水储存罐，所述热水储存罐的输入端连接所述光热转换与储热装置的输出端。10.优选的，所述光热转换与储热装置包括：11.装置主体，装置主体内设置有隔热层，隔热层内设置有定型复合相变材料体，所述定型复合相变材料体用于将热能以显热和潜热的方式进行存储。12.优选的，所述光热转换与储热装置还包括换热层，所述换热层采用针肋阵列结构，用于将所述定型复合相变材料体存储的热能与冷水储存罐输入的冷水进行热交换。13.优选的，所述隔热层及定型复合相变材料体的上端面设置有聚光层，聚光层与装置主体的边缘紧密贴合形成密闭空间。14.优选的，所述聚光层由透光率为90％以上的材料制备。15.优选的，所述隔热层由以下任一材料制备：酚醛、聚氨酯、气凝胶。16.优选的，所述定型复合相变材料体由基体材料和纯相变材料制备。17.一种制备定型复合相变材料体的方法，包括如下步骤：18.s1：将基体材料和纯相变材料按照一定的质量比均匀混合，获得混合材料；19.s2：将混合材料置于一定温度、一定真空度的真空环境中浸渍，获得熔融状态下的复合相变材料；20.s3：将真空浸渍后的复合相变材料置于加热型超声水浴中超声处理；21.s4：将超声后的复合相变材料热过滤，即可获得定型复合相变材料体。22.优选的，所述基体材料包括如下任一：膨胀石墨、石墨烯气凝胶、石墨泡沫、金属泡沫和有机金属骨架。23.优选的，所述纯相变材料包括如下任一：石蜡类、脂肪酸类有机相变材料。24.与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：25.1、采用潜热(相变材料发生固-液相变时吸收的热量)和显热(复合相变材料没有发生相变时吸收的热量)兼有的储热方式，增大了储热密度，增加了储热时长，储存的热量可在无太阳光照时使用；26.2、通过使用高效光热定型复合相变材料体，同时实现太阳能光热转换以及热能转换后的热量储存，实现光热转换与储热一体化，高效利用太阳能；27.3、太阳能光热转换与储热装置结构简单，材料价格便宜，装置可大规模集成灵活使用；28.4、采用的针肋阵列板可以增强复合相变材料体的导热系数和储/放热性能，同时通过换热微通道结构可以实现快速热交换，并且方便和定型复合相变材料体分离，方便拆卸。附图说明29.图1是本公开一个实施例提供的一种基于复合相变材料的太阳能光热转换与储热系统的结构示意图；30.图2是图1所示系统中的光热转换与储热装置的整体结构示意图；31.图3是图2所示的光热转换与储热装置的内部结构示意图；32.图4是图3中换热层的结构示意图；33.附图中的标记说明如下：34.1-冷水储存罐；2-水泵；3-流量计；4-电磁阀；5-温度传感器；6-光热转换与储热装置(6-1-聚光层；6-2-定型复合相变材料体；6-3-换热层[6-3-1-针肋阵列板；6-3-2-针肋阵列；6-3-3-换热微通道；6-3-4-针肋阵列板进水口；6-3-5-针肋阵列板出水口)；6-4-1针肋阵列板进水接头；6-4-2针肋阵列板出水接头；6-5-隔热层；6-6-装置主体]；7-1-冷水管道；7-2-热水管道；8-监测控制装置；9-水位测量仪；10-热水储存罐。具体实施方式[0035]下面将参照附图图1至图4详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。[0036]需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。[0037]为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。[0038]一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种基于复合相变材料的太阳能光热转换与储热系统，包括：[0039]冷水储存罐1，所述冷水储存罐1的输出端连接光热转换与储热装置6的输入端；[0040]所述光热转换与储热装置6用于吸收太阳能并转换为热能，以及用于通过复合相变材料将热能同时以显热和潜热的方式进行存储以和由所述冷水储存罐1输入的冷水进行热交换；[0041]所述系统还包括热水储存罐10，所述热水储存罐10的输入端连接所述光热转换与储热装置6的输出端。[0042]上述实施例构成了本公开的完整技术方案，上述实施例通过采用潜热和显热兼有的储热方式，增大了储热密度，增加了储热时长，使得储存的热量可在无太阳光照时使用。[0043]另一个实施例中，如图2、如图3所示，所述光热转换与储热装置6包括：装置主体6-6，装置主体6-6内设置有隔热层6-5，隔热层6-5内设置有定型复合相变材料体6-2，定型复合相变材料体6-2的下端面设置有换热层6-3，隔热层6-3及定型复合相变材料体6-2的上端面设置有聚光层6-1，聚光层6-1与装置主体6-6的边缘紧密贴合形成密闭空间。装置主体6-6的一侧设置有针肋阵列板进水口6-3-4，针肋阵列板进水口6-3-4连接有针肋阵列板进水口接头6-4-1，该接头通过冷水管道7-1连接至冷水储存罐1；装置主体6-6的一侧还设置有针肋阵列板出水口6-3-5，针肋阵列板出水口6-3-5连接有针肋阵列板出水口接头6-4-2，该接头通过热水管道7-2连接至热水储存罐10。[0044]本实施例中，作为光热转换与储热装置的最主要部分，定型复合相变材料体能够将太阳辐射能转化为热能，当定型复合相变材料体的温度未达到相变材料的熔化温度时，复合相变材料以显热的方式将热能储存起来；当定型复合相变材料体的温度达到相变材料的熔化温度时，相变材料将发生固-液相变，将热能以潜热的形式储存起来；随着温度的继续升高，定型复合相变材料体又将热量以显热的方式储存起来。当冷水储存罐1中的冷水经针肋阵列板进水口接头6-4-1流入换热层6-3后，与定型复合相变材料体6-2内储存的热量发生热交换变为热水，再通过针肋阵列板出水口接头6-4-2流入热水储存罐10。[0045]另一个实施例中，如图4所示，所述换热层6-3包括针肋阵列板6-3-1，针肋阵列板6-3-1上设置有针肋阵列6-3-2，针肋阵列板6-3-1内设置有换热微通道6-3-3，针肋阵列板6-3-1通过贴合于所述定型复合相变材料体6-2下端面的导热胶与所述定型复合相变材料体6-2连接，针肋阵列6-3-2位于所述定型复合相变材料体6-2内。[0046]本实施例中，由于金属材质的针肋的导热系数大大高于复合相变材料的导热系数(一个数量级甚至更多)，通过在换热微通道的上方增加针肋阵列，从而增加了多个高速的热流通道，使得针肋阵列板能够大幅提高定型复合相变材料体的整体导热系数，从而减少热量在储存和释放过程中的时间；要强化传热即要增大对流传热量可以通过增大温差、增加表面传热系数以及增大换热面积来实现，相比于传统的内置于定型复合相变材料体的换热管(如蛇形管、回形管等)，通过在针肋阵列板中设置大量换热微通道，可以极大提高换热面积，从而可以实现快速的热交换；针肋阵列可以将复合相变材料体中的热量快速传递到针肋阵列板中，而换热微通道可以实现快速的热交换，所以通过针肋阵列和换热微通道的组合结构可以实现快速的热传递和热交换，进而获得最佳的换热效果。[0047]另一个实施例中，所述聚光层6-1由透光率为90％以上的材料制备。[0048]本实施例中，设置聚光层的目的在于最大程度收集并透过太阳辐射，同时将定型复合相变材料体与外界环境隔绝，采用具有聚光效果的超白玻璃或亚克力板作为聚光层的制备材料可以满足此要求。[0049]另一个实施例中，所述隔热层6-3可采用包括酚醛、聚氨酯和气凝胶在内的任一材料制备，通过设置隔热层，可以减少定型复合相变材料体内所储存的热能的流失。[0050]另一个实施例中，所述系统还包括监测控制装置8，所述监测控制装置8包括微处理器，微处理器通过温度传感器5连接至光热转换与储热装置6、通过水位测量仪9连接至热水储存罐10以及通过水泵2、流量计3以及电磁阀4连接至冷水储存罐1。[0051]本实施例中，温度传感器用于采集光热转换与储热装置内的温度，并将数据传给微处理器，当定型复合相变材料体的温度超过纯相变材料的熔化温度30℃时，微处理器控制电磁阀和泵开启，冷水罐中的冷水经过换热微通道将定型复合相变材料体中的热量带走，并流入热水罐中。水位测量仪用于监测热水罐中的水位，并将数据传给微处理器，当定型复合相变材料体的温度降到高于纯相变材料的相变温度5℃时或者热水罐中的水位达到控制水位时，微处理器控制泵和电磁阀关闭。[0052]另一个实施例中，所述定型复合相变材料体6-2由基体材料和纯相变材料制备。[0053]另一个实施例中，本公开还提供一种制备定型复合相变材料体的方法，包括如下步骤：[0054]s1：将包括膨胀石墨、石墨烯气凝胶、石墨泡沫、金属泡沫、有机金属骨架以及其它自然界存在的或者人造的多孔材料在内的任意一种(例如经过改性优化后的柚子皮、聚氨酯泡沫等)作为基体材料，和熔化温度与人体最佳洗浴温度(40℃)相近的纯相变材料(例如一些价格便宜且潜热值较大的包括正二十一烷、正二十二烷等在内的石蜡类、包括月桂酸等在内的脂肪酸类有机相变材料)按照1：10的质量比均匀混合后置于容器瓶中，获得混合材料；[0055]s2：将混合材料置于真空干燥箱中，真空干燥箱的温度设定为90-100℃(该温度使得混合材料能够熔化，当然，该温度范围只是示例性的)，真空度为-0.05-0.1mpa(该真空度为示例性的)，真空浸渍时间为2-3h，获得熔融状态下的复合相变材料；[0056]s3：真空浸渍后的复合相变材料取出并置于90-100℃(复合材料需要保持熔化状态，因此这里的温度与在干燥箱中的温度设定一致)加热型超声水浴中超声5-10min；[0057]s4：将超声后的复合相变材料在80℃(由于热过滤时间较长，因此需要适当降低温度，如果过滤时间缩短，则可以适当延长热过滤温度)下热过滤10-24h，即可获得定型复合相变材料体。[0058]以上结合具体实施例对本公开所提供的技术方案进行了详细介绍，同时，上述实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!