[发明专利]一种具有膜孔结构的太阳能集热器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种能够储存能量的集热器装置，具体涉及一种具有膜孔结构的太阳能集热器。

背景技术

目前，太阳能的利用主要由热能吸收和光电转换，现在较成熟的热能吸收技术是玻璃真空管集热器，通过真空玻璃管将采集到的太阳能转化为热能对真空玻璃管中的水进行加热，以获得所需要的热水。但该结构的太阳能存在以下缺点：真空管内直接走水，一旦真空玻璃管破碎，水会从真空玻璃管流出，一只真空玻璃管破碎就会导致整个集热器无法正常工作。此外，真空玻璃管本身很脆、不承压，使其温度不能过高，温度最高到100℃。真空管集热器热效率高达92％以上，真空保温效果好，热能损失小，但有效吸热面积小，太阳光利用率低。

平板式集热器有效吸热面积大，但热能损失也大。相变材料具有优良的储热性能，将相变材料和平板集热器结合不需要额外的储热水箱，不仅可以满足建筑一体化的要求，同时还能实现能量的持续供应以及供水的温度恒定。但是目前现有的有机物相变材料所固有的特点是导热率小，传热太慢，导致储能效果差，同时储能效率低。特别是太阳辐射的间断性和不连续性以及相变材料热导率低的问题，相变储能的速度非常低。专利200810123873.6公开了“一种含高孔隙率泡沫金属的太阳平板集热器”，在吸热板下方设置蛇形管、高孔隙率金属泡沫和相变材料一体化结构，实现高效快速储能，但是该专利未能解决太阳能高效吸收的问题。如何充分利用太阳能资源，关键在于提高太阳能集热器的能量利用率和使用率，而其核心技术则是制备一种高吸收率、低发射率、廉价的选择性吸收结构。由于太阳光线与集热器之间的夹角随季节、时刻变化，大角度入射时，反射率接近100％；上下午日光偏斜时，入射光与集热管表面的夹角变得更大，吸收率进一步降低。当前，光线垂直入射时的吸收比已经难以进一步提高，改善光线非垂直入射时的吸收比，必将成为提高光热转化效率的关键步骤。从辐射理论可知，黑体或灰体的吸收比，与光线的入射角度无关。自然界并不存在理想的黑体或者灰体，但是尺寸与光波可以相比的粗糙表面可以近似为灰体，制造接近理想灰体的粗糙吸收表面是解决问题的关键。

发明内容

本发明目的是提供一种具有膜孔结构的太阳能集热器，该集热器集热效果好、储能效率高、速度快、容量大。

本发明为实现上述目的，采用如下的技术方案：包括上端开口的保温箱，保温箱内设置有与保温箱内壁相接触的相变材料层，相变材料层的内部设置有蛇形管，相变材料层的顶部设置有圆锥状金属泡沫层，圆锥状金属泡沫层的外壁上包裹有能够透太阳光的透明外层；其中，相变材料层中添加有金属泡沫。

所述圆锥状金属泡沫层包括若干由金属泡沫形成的圆锥状结构，每个圆锥状结构的外壁上包裹有能够透过太阳光的透明外层，每个圆锥状结构的锥角为20～150°。

所述圆锥状金属泡沫层中金属泡沫的孔隙率为0.3～0.9，孔径为0.2～6μm。

所述相变材料层中添加的金属泡沫的孔隙率为0.3～0.9，孔径为200～2000μm。

所述透明外层为导热系数为0.1～1.0，厚度为100～1000μm的塑料。

所述圆锥状金属泡沫层中金属泡沫和相变材料层中添加的金属泡沫的材质均为铜或者铝。

相变材料层的材质为石蜡。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：1.红外以及可见光进入圆锥形金属泡沫层时，波长小于泡沫孔隙表面的特征尺寸，辐射进入金属泡沫腔体并被吸收；金属泡沫结构还大量增加了集热区域内空气的含量，将空气层划分为较小的容积，防止对流造成的热损失。此外，透明外层的导热系数很低，增加了隔热的作用。在这一过程中，太阳可以透过透明外层照射到圆锥形金属泡沫层，圆锥形金属泡沫层起到吸热器的作用，将光能转化为热能，同时透明外层还起到隔热层的作用，防止集热器内热量向外界散发。2.采用相变材料填充在保温箱中，利用潜热储能具有很大的储能能力，在相变储能和释放能量时，温度变化小，可以实现能量的持续稳定供应。3.有机物相变材料的热导率低，传热慢，在有机物相变材料中添加金属泡沫，能够极大的提高热导率，强化传热效果。本发明可以实现太阳辐射高效吸收并快速储能的目的，可广泛应用于烘干、食品加工、或家庭供暖及做饭等。

进一步的，本发明中圆锥形金属泡沫层与相变材料中添加的金属泡沫孔径逐渐增大、一次成型，可实现太阳能高效吸收、快速存储。另一方面相变材料中添加金属泡沫还能在有机物(石蜡)熔化过程中起到支撑集热器的作用，防止集热器的形变。