[发明专利]一种纳米流体直接吸收式太阳能集热器

说明书

本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种纳米流体直接吸收式太阳能集热器。由金属外壁板与透光玻璃盖板围成一个封闭空间，包括集热蓄热区、保温增压区以及热量交换区。集热蓄热区以纳米流体作为直接集热工质，利用低温蓄热体和高温蓄热体储存热量，低温蓄热体由肋片及低熔点相变材料组成，高温蓄热体由透光玻璃和高熔点相变材料组成；保温增压区将纳米流体经循环泵增压后送往集热通道；热量交换区由换热箱和换热盘管组成，换热盘管连接入水口和出水口。纳米流体和不同熔点的相变材料形成多层辐射吸收结构，相比传统集热器具有集热效率高、热损失小、蓄热容量大等优点，无需单独设置蓄热水箱，结构紧凑且天气适应性更好。

技术领域：

本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种纳米流体直接吸收式太阳能集热器。

背景技术：

传统太阳能集热器在迎光面上添加选择性吸收涂层，涂层吸收太阳辐射升温，再传热给工作介质。涂层温度较高存在较大热损失，并且间接集热过程也导致集热效率降低。因此，直接吸收式太阳能集热器应运而生，含有吸热颗粒的集热流体能够高效吸收太阳辐射热量，兼具换热功能，避免了传统太阳能集热器高温涂层和间接集热所造成的热损失。

太阳能集热器和蓄热水箱通常分开设置，蓄热水箱为显热蓄热方式，存在以下缺陷：一方面水箱蓄热量有限，在夜间以及连续阴雨天气时难以满足需求；另一方面水箱体积较大，不美观且占用建筑空间。近年来，相变蓄热技术受到广泛关注，具有储能密度大，恒温释放热量等优点。采用相变蓄热装置可以提高储能效率、减少占用建筑空间、提高供热稳定性。研究表明，将集热器和相变材料整合为一体化集蓄热装置将进一步提高太阳能利用率，节约建筑空间。

常规相变储能装置仅采用一种熔点温度的相变材料，工作温度范围小，天气适应性差。采用多种熔点温度不同的相变材料，吸热和释热过程由温差驱动在各熔点相变材料之间依次完成，工作温度范围广，气候自适应能力强，还能实现太阳能的分级存储及利用。

多层半透明介质全光谱吸收是光热转换传输研究领域最新的热点研究方向，将其应用于太阳能集热器设计中，优化选配不同吸收辐射特性的玻璃板、吸热工质、透明相变材料，有利于实现太阳能全光谱高效吸收。

发明内容：

本发明的发明目的是提供一种纳米流体直接吸收式太阳能集热器，针对现有技术中的不足，在使用纳米流体作为集热工质提升集热效率的同时，嵌入相变材料设计集热和蓄热一体化装置，节约成本和空间；采用高低温熔点相变材料克服单一熔点相变材料适用温度区间小的问题；设计多层半透明辐射吸收结构促进太阳能全光谱吸收。

本发明采用的技术方案为：一种纳米流体直接吸收式太阳能集热器，其特征在于：所述太阳能集热器是由金属外壁板和第一透光玻璃围成的一个封闭的空腔，该封闭空腔通过金属板被分隔成了集热蓄热区、保温增压区和热量交换区3个区；

所述集热蓄热区包括第二透光玻璃、第三透光玻璃、金属内壁板、金属挡板和肋片；所述第二透光玻璃和第一透光玻璃之间为真空保温层，第二透光玻璃和第三透光玻璃之间的集热通道两侧通过纳米流体管与换热箱连通，集热通道内设有有金属挡板，金属挡板交错地焊接在金属外壁板的内壁上，金属挡板上焊接有若干个倾斜的肋片，肋片内填充有相变材料B；第三透光玻璃和金属板之间填充有相变材料A；

所述保温增压区包括两侧的纳米流体管、循环泵和阀门，循环泵和阀门安装在其中一侧的纳米流体管上，保温增压区内填充有保温材料；

所述热量交换区包括换热盘管和换热箱，换热盘管设置在换热箱内部，其两端分别设有入水口和出水口，换热箱内设有纳米流体，纳米流体通过循环泵循环驱动，流经纳米流体管被送至集热通道内。

进一步的，所述肋片与金属挡板之间的夹角为45°，若干个肋片在交错的金属挡板上呈交错排布，且沿纳米流体流动方向交错分布。

进一步的，所述相变材料A和相变材料B均为石蜡，其中相变材料A的熔点为60-65℃，填充厚度为100-200mm；相变材料B熔点为40-45℃，填充厚度为10-30mm。