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      一種光熱轉(zhuǎn)換和熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱設(shè)備的制造方法

      文檔序號(hào):8297227閱讀:658來(lái)源:國(guó)知局
      一種光熱轉(zhuǎn)換和熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱設(shè)備的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)變和利用技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種光熱轉(zhuǎn)換和熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱設(shè)備。
      【背景技術(shù)】
      [0002]太陽(yáng)能是來(lái)自太陽(yáng)的輻射能量,它的產(chǎn)生是由太陽(yáng)內(nèi)部氫原子發(fā)生核聚變釋放出巨大能量引起的。雖然只有不足二十億億分之一太陽(yáng)輻射能量能夠穿透地球大氣層,但每秒鐘到達(dá)地球的太陽(yáng)能容量就與500萬(wàn)噸的煤燃燒所產(chǎn)生的能量相當(dāng)。鑒于其高容量、全球分布性、可持續(xù)性及清潔性的優(yōu)點(diǎn),開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能被認(rèn)為是最有潛力解決全球能源危機(jī)的途徑之一。目前,人們主要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能和熱能加以應(yīng)用。相對(duì)而言,光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)被認(rèn)為是一種更為清潔和高效的太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù),尤其是適用于將吸收的太陽(yáng)能直接用于供熱場(chǎng)合。
      [0003]同時(shí),太陽(yáng)能又具有分散性、低密度等特點(diǎn),這些構(gòu)成了對(duì)太陽(yáng)能充分開(kāi)發(fā)和利用的主要障礙。為實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的有效收集,人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種對(duì)太陽(yáng)光吸收的材料,設(shè)計(jì)制備了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多層膜材料并對(duì)膜表面進(jìn)行粗糙化處理。但傳統(tǒng)的涂層吸熱方式存在光熱轉(zhuǎn)換效率偏低的缺點(diǎn)。近年來(lái),金屬納米材料特有的表面等離子共振效應(yīng)可以高效地將電磁波轉(zhuǎn)化成熱能,其理論轉(zhuǎn)換效率接近100%。這些具有高效光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的新型太陽(yáng)光吸收材料將極大地提高太陽(yáng)能的利用效率。
      [0004]太陽(yáng)能吸收材料收集轉(zhuǎn)換的熱能需要及時(shí)、低損耗地傳輸?shù)绞褂媒K端,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的光熱應(yīng)用。熱管技術(shù)的發(fā)明改變了人們傳統(tǒng)傳熱的理念,擺脫了單純依靠提高材料本征導(dǎo)熱率單一傳熱模式。熱管技術(shù)充分利用了封閉腔體中熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速高效熱傳遞性質(zhì),工作液在受熱后發(fā)生相變吸收大量熱從而將熱源端的熱量迅速傳遞到使用終端經(jīng)冷凝相變釋放熱量,其傳熱能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)導(dǎo)熱性最強(qiáng)金屬的導(dǎo)熱能力。
      [0005]當(dāng)前對(duì)太陽(yáng)能的光熱利用主要是依靠傳統(tǒng)的太陽(yáng)能吸收層材料將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能,再利用該熱源對(duì)水或者油等媒介進(jìn)行傳熱。這種太陽(yáng)能光熱利用方式因?yàn)樘?yáng)光集熱材料溫度高導(dǎo)致很大一部分收集到的熱能又以紅外輻射的形式散失掉,存在效率低下的缺點(diǎn)。同時(shí),從太陽(yáng)能集熱層到媒介的傳熱過(guò)程中因?yàn)榇嬖诮缑鏌嶙枰徊糠譄崮鼙粨p耗。通常情況下,現(xiàn)有的太陽(yáng)能光熱利用方式中的對(duì)獲得熱能的傳輸則往往需要借助于外力如機(jī)械泵。如此,增加了對(duì)太陽(yáng)能光熱利用的能耗,也會(huì)造成部分熱能在傳輸過(guò)程中損失。
      [0006]中國(guó)專利CN102290472A公開(kāi)了一種光熱一體型太陽(yáng)能裝置,其包括框架、進(jìn)水管、出水管、中空板、保溫層和相變儲(chǔ)熱球,框架上設(shè)有進(jìn)水管、出水管和中空板,中空板一側(cè)與進(jìn)水管連接,另一側(cè)與出水管連接,進(jìn)水管和出水管外部包裹有保溫層,中空板上設(shè)有相變儲(chǔ)熱球。這種光熱一體型太陽(yáng)能裝置通過(guò)水循環(huán)和熱交換的作用,利用冷水對(duì)光伏層壓件進(jìn)行降溫,光伏層壓件得以充分冷卻,提高光伏發(fā)電效率,延長(zhǎng)其使用壽命。但是該專利無(wú)法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱能的高效轉(zhuǎn)換以及熱能的快速傳輸。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱能的高效轉(zhuǎn)換以及熱能的快速傳輸而研發(fā)的一種基于光熱轉(zhuǎn)換和熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱設(shè)備。
      [0008]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
      [0009]一種光熱轉(zhuǎn)換和熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱設(shè)備,包括:
      [0010]底板,
      [0011]設(shè)置在底板上,封裝有工作介質(zhì)的封閉熱管裝置,
      [0012]設(shè)置在封閉熱管裝置的蒸發(fā)端的太陽(yáng)能集熱材料,將具有電磁波吸收特性的金屬或其合金或非金屬無(wú)機(jī)物的微納米結(jié)構(gòu)沉積到基體材料上,形成具有高效光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的太陽(yáng)能集熱材料。
      [0013]太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能集熱材料上,利用光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)使光能轉(zhuǎn)換成熱能并傳遞給封閉熱管裝置內(nèi)封裝的工作介質(zhì)中,工作介質(zhì)被加熱發(fā)生相變并通過(guò)熱管效應(yīng)將熱傳導(dǎo)到使用終端。
      [0014]優(yōu)選地,太陽(yáng)能集熱材料為沉積在基體上具有等離子體共振效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)金屬材料,或是吸收太陽(yáng)能的金屬或無(wú)機(jī)非金屬材料。
      [0015]更加優(yōu)選地,具有等離子體共振效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)金屬材料為金、銀、鋁、鉑或銅,吸收太陽(yáng)能的金屬材料為黑鉻、黑色鋁箔或氧化鋁,吸收太陽(yáng)能的非金屬材料為碳黑、碳納米管、石墨烯、氧化鐵或氮化硅,基體為無(wú)塵紙、金屬網(wǎng)、金屬板、玻璃纖維、硅片或玻璃片等。
      [0016]優(yōu)選地,封閉熱管裝置中的熱管為普通熱管、平板熱管或脈沖熱管,封閉熱管裝置的內(nèi)部設(shè)有吸液芯,該吸液芯結(jié)構(gòu)是將金屬粉末或金屬網(wǎng)燒結(jié)成具有親水性能的毛細(xì)結(jié)構(gòu),或通過(guò)對(duì)金屬網(wǎng)進(jìn)行表面化學(xué)處理具有親水性的結(jié)構(gòu)。
      [0017]優(yōu)選地,封閉熱管裝置的蒸發(fā)端還由可以透過(guò)太陽(yáng)光的透明材料進(jìn)行封裝。
      [0018]更加優(yōu)選地,透明材料為聚甲基丙烯酸甲酯、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯、石英玻璃或透明玻璃等。
      [0019]優(yōu)選地,工作介質(zhì)去離子水、丙酮、乙醇或添加有納米材料的納米流體等,工作介質(zhì)的封裝量為熱管裝置容積的1_60%。
      [0020]該項(xiàng)基于光熱轉(zhuǎn)換與熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱利用技術(shù),其整體構(gòu)造與普通熱管相似。與普通熱管不同的地方體現(xiàn)在:普通熱管的蒸發(fā)端只是一個(gè)用于接收外界熱源熱傳導(dǎo)引發(fā)工作介質(zhì)發(fā)生相變的部位,而本發(fā)明的蒸發(fā)端內(nèi)置具有光熱轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能集熱材料,由光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)收集太陽(yáng)將其轉(zhuǎn)換為熱能并傳遞給工作介質(zhì)促進(jìn)其發(fā)生相變。這種光熱轉(zhuǎn)換與熱相變一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于:首先,通過(guò)納米結(jié)構(gòu)的等離子共振效應(yīng)進(jìn)行的光熱轉(zhuǎn)換能量利用效率高;其次,熱能實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化與傳導(dǎo)一體化,克服了熱能因?yàn)闊嵩磁c熱傳導(dǎo)部位之間的界面熱阻以及各種材料本身的熱阻而造成的能量損失。當(dāng)太陽(yáng)光線照射到該器件的集熱材料上時(shí),光能與熱能快速進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的熱量傳遞到周圍的工作液中,以氣化相變的形式儲(chǔ)存到熱蒸汽中,熱蒸汽在兩端的蒸汽壓差推動(dòng)下快速運(yùn)動(dòng)到冷凝端,以液化相變的形式放出熱量,液化的工作介質(zhì)在吸液芯的毛細(xì)作用下沿管壁快速回流到蒸發(fā)端,形成一個(gè)快速傳熱的循環(huán),在不需借助額外動(dòng)力輸入的條件下實(shí)現(xiàn)了快速傳熱的目的。
      [0021]該技術(shù)利用內(nèi)置在熱管內(nèi)的太陽(yáng)能集熱材料進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換,并利用熱管效應(yīng)來(lái)進(jìn)行快速傳熱,兩者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了光能與熱能的高效轉(zhuǎn)換和熱能的快速傳輸,在太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。
      【附圖說(shuō)明】
      [0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0023]圖2為本發(fā)明制備的太陽(yáng)能光熱設(shè)備光熱轉(zhuǎn)換與傳輸性能圖。
      [0024]圖中,1-銅板、2-銅網(wǎng)吸液芯、3-光熱轉(zhuǎn)換材料、4-不銹鋼框架、5-透明亞克力板。
      【具體實(shí)施方式】
      [0025]一種光熱轉(zhuǎn)換和熱管效應(yīng)相結(jié)合的太陽(yáng)能光熱設(shè)備,包括:底板,設(shè)置在底板上,封裝有工作介質(zhì)的封閉熱管裝置,設(shè)置在封閉熱管裝置的蒸發(fā)端的太陽(yáng)能集熱材料,將具有電磁波吸收特性的金屬或其合金或非金屬無(wú)機(jī)物的微納米結(jié)構(gòu)沉積到基體材料上,形成具有高效光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的太陽(yáng)能集熱材料。
      [0026]太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能集熱材料上,利用光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)使光能轉(zhuǎn)換成熱能并傳遞給封閉熱管裝置內(nèi)封裝的工作介質(zhì)中,工作介質(zhì)被加熱發(fā)生相變并通過(guò)熱管效應(yīng)將熱傳導(dǎo)到使用終端。
      [0027]太陽(yáng)能集熱材料為沉積在基體上具有等離子體共振效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)金屬材料,或是吸收太陽(yáng)能的金屬或無(wú)機(jī)非金屬材料。例如,具有等離子體共振效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)金屬材料為金、銀、鋁、鉑或銅等,吸收太陽(yáng)能的金屬材料為黑鉻、黑色鋁箔或氧化鋁,吸收太陽(yáng)能的非金屬材料為碳黑、碳納米管、石墨烯、氧化鐵或氮化硅,基體為無(wú)塵紙、金屬網(wǎng)、金屬板、玻璃纖維、硅片或玻璃片等。
      [0028]封閉熱管裝置中的熱管為普通熱管、平板熱管或脈沖熱管,封閉熱管裝置的內(nèi)部設(shè)有吸液芯,該吸液芯結(jié)構(gòu)是將金屬粉末或金屬網(wǎng)燒結(jié)成具有親水性能的毛細(xì)結(jié)構(gòu),或通過(guò)對(duì)金屬網(wǎng)進(jìn)行表面化學(xué)處理具有親水性的結(jié)構(gòu)。
      [0029]封閉熱管裝置的蒸發(fā)端還由可以透過(guò)太陽(yáng)光的透明材料進(jìn)行封裝??梢圆捎镁奂谆┧峒柞?亞克力)、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯、石英玻璃或透明玻璃等。工作介質(zhì)去離子水、丙酮、乙醇或添加有納米材料的納米流體等,工作介質(zhì)的封裝量為熱管裝置容積的1-60
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