[发明专利]一种基于石墨烯纳米流体的防沉淀型太阳能光热系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯纳米流体的防沉淀型太阳能光热系统及其控制方法，该系统配备的储液罐中加入发射器、检测器和搅拌装置，发射器定时发射光束，在传输过程中经过纳米流体的吸收、反射和散射后的光线照射到检测器上，通过透射光的透射率来调控搅拌装置的运行，当纳米流体的透射率高于设定的上限值后通过控制器开启搅拌装置使将要团聚沉淀的部分颗粒分散，重新形成较稳定的悬浮液；当透射率低于或等于纳米流体初始透射率时则通过控制器关闭搅拌装置，由此达到节能效果。本发明可以更好地实现基于纳米流体的光伏集热，提高综合利用效率，为石墨烯纳米流体在实际使用过程中稳定性差的问题提供有效的解决方案。

技术领域

本发明涉及太阳能集热技术领域，具体涉及一种基于石墨烯纳米流体的防沉淀型太阳能光热系统。

背景技术

随着能源危机和环境污染的问题日渐严重，迫切需要开发高效清洁能源利用方法，太阳能作为一种可持续清洁能源受到广泛关注。但是太阳能在空间和时间上的不连续性导致太阳能利用困难，基于这个背景提出了太阳能光热利用技术，其基本原理就是将太阳辐射能通过集热系统吸收并转化为热能加以利用，能够有效的转换太阳能并加以利用。但是目前太阳能换热器中的工质多为水，传热性能较差，最新的研究表明利用纳米流体作为工质的太阳能换热器能够有效提高太阳能换热效率，降低光热转换过程中的热损失。

纳米流体是一种将纳米颗粒按照一定的方式和比例均匀地分散在液体中所形成的稳定悬浮液。纳米流体与传统基液相比，其导热性能有大幅提高的特性，对提高能源利用率具有重大意义。但是，由于部分纳米颗粒(如石墨烯等)比表面积大、化学活性高，使其具有很高的表面能，所以纳米粒子易于发生团聚，形成若干弱连接界面的较大团聚体。团聚造成的沉淀现象会导致太阳能集热板对光能的吸收减弱，堵塞管路等问题，从而使得实际工作效率与理想状态相差过大，不能充分发挥纳米流体的换热优势。如何通过装置和有效的控制策略解决纳米流体的沉淀问题是新型太阳能换热器亟待解决的关键性科学问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯纳米流体的防沉淀型太阳能光热系统，改进石墨烯纳米流体易于沉淀的特质，解决石墨烯纳米流体在实际使用过程中稳定性差的问题。

本发明的另一目的是提供上述基于石墨烯纳米流体的防沉淀型太阳能光热系统的控制方法，实现自动化控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于石墨烯纳米流体的防沉淀型太阳能光热系统，包括储液罐、太阳能集热器、热交换器和控制器，所述储液罐、太阳能集热器和热交换器按顺序连接形成纳米流体循环回路；

所述储液罐包括从上到下依次设置的罐盖、上罐体和下罐体，所述罐盖与上罐体、所述上罐体与下罐体分别通过密封卡扣连接，且上罐体与下罐体内部相通，所述罐盖、上罐体、下罐体均包括金属外壁、玻璃内壁以及位于金属外壁、玻璃内壁之间的中空层，所述罐盖上设有排气口、进液口和循环系统入口，所述循环系统入口与所述热交换器的纳米流体出口连接，所述下罐体底部设有排液口和循环系统出口，所述循环系统出口与所述太阳能集热器的输入端连接，所述上罐体中空层中下部的两侧对称设置有发射器和光束检测器，所述下罐体内部中间设置有搅拌装置，所述搅拌装置的下端伸出所述下罐体并与设置在储液罐外部的电机输出轴传动连接，所述发射器、光束检测器和电机分别与所述控制器电连接。

进一步地，所述储液罐与所述太阳能集热器之间的管路上还设有流量调节泵，所述热交换器与所述储液罐之间的管路上还设有纳米流体循环泵。

进一步地，所述储液罐、太阳能集热器和热交换器中流体工质的进出管路上分别设有蝶阀。

进一步地，在所述储液罐的底部设有承重支架。

进一步地，所述热交换器上还设有冷却液进出口，所述冷却液进出口与冷却液循环系统按顺序连接形成冷却回路，所述热交换器通过管路连接热量输出系统。

优选的，所述罐盖呈向上凸起的半球形结构，所述上罐体呈圆柱形结构，所述下罐体呈向下凸起的半球形结构。