CN102434981A - 一种平板热管式纳米流体太阳能集热器 - Google Patents

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刘倩
戴清
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Abstract

本发明公开了一种平板热管式纳米流体太阳能集热器，包括平板式热管，所述平板式热管内设有至少一个热管单元，所述平板式热管顶部中间区域设有一玻璃板，所述玻璃板的两侧及其平板式热管的四周和底部为金属铜管壁；所述金属铜管壁和热管单元之间设有一冷却层；所述热管单元为一内壁具有毛细芯结构的真空腔体，所述内壁上表面的毛细芯为多层组合结构。本发明使用寿命长、可靠性强、稳定性好；其节能环保、能量转换率高、符合可持续发展的原则。

Description

一种平板热管式纳米流体太阳能集热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热器，特别涉及一种平板热管式纳米流体太阳能集热器。
背景技术
太阳能作为一种新型能源，在集热用热方面已有广泛应用，各类集热器应运而生。平板式太阳能在70年代就已经发明和应用，自从80年代发明真空管太阳能后，在整个业界平板式太阳能就慢慢退出市场，太阳能热水器也经历了焖晒式太阳能，平板式太阳能，真空管式太阳能，真空热管式太阳能的发展历程。
目前在我国平板式太阳能的应用只占不足5％的比例，在国际上，除少数发达国家和地区，由于更注重美观等因素，特别是大投资，安装大面积，以满足使用，另真空管太阳能能是中国发明，等等原因，以致国外对平板太阳能直至现在还有推广。
由现状可知，如今市场上的太阳能集热器并不具有一个较高的综合性能指数，进一步的研究完善技术显得非常重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种集保温效果、集热效率、抗逆境能力、使用寿命、经济效益等于一体的平板热管式纳米流体太阳能集热器。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种平板热管式纳米流体太阳能集热器，包括平板式热管，所述平板式热管内设有至少一个热管单元，所述平板式热管顶部中间区域设有一玻璃板，所述玻璃板的两侧及其平板式热管的四周和底部为金属铜管壁；所述金属铜管壁和热管单元之间设有一冷却层；所述热管单元为一内壁具有毛细芯结构的真空腔体，所述内壁上表面的毛细芯为多层组合结构。选择组合毛细芯集收太阳能辐射及运输液态工质，它能兼顾毛细力和渗透率，从而能获得高的轴向传热能力，而且大多数管芯的径向热阻甚小。它基本上把管芯分成两部分，一部分起毛细抽集作用，另一部分起液体回流通道作用。
优选的，所述热管单元内充填碳包铜纳米颗粒-水作为工质，碳包铜纳米颗粒-水的热输运性能、较强的导热和对流能力以及特殊的光集收性能，可以达到提高集热器热效率的目的。
优选的，所述热管单元的外壁与所述玻璃板的底部和所述冷却层内的冷却介质-水相接触，所述颗粒的颗径为20nm-30nm，质量分率为0.01％-0.08％。
优选的，所述平板式热管的面积为2000×1000mm2，厚度为100mm。
优选的，所述玻璃板的面积为1900×1000mm2。
优选的，所述热管单元的体积为1900×75×34mm3。
优选的，所述热管单元的壁厚为2mm。
优选的，所述金属铜管壁的厚度为2mm。
优选的，所述玻璃板为厚度为3.2mm的低铁布纹钢化玻璃，其透光率≥91.6％。与普通玻璃相比钢化玻璃的抗弯曲、抗冲击的能力高三至五倍，抵抗剧变温差的能力比普通玻璃高三倍。
优选的，所述毛细芯厚度为1-2mm，孔隙率0.4-0.8m3。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)热管式集热器采用相变传热，以防冻的工质为工作液，工质不充满整个管子，留有一定的膨胀空间以适应温度的变化，抗冻能力突出。热管技术与真空管结合制成热管式真空管集热器，以适合在高寒地区使用。
(2)热管内工质少，启动快，在天气阴晴多变的情况下仍然能够产生热水。热管还具有单向传热的热二极管性能，可以防止夜间和阴天的热量倒流。
(3)该种太阳能集热器具有集热面积大，传递热量快以及利用纳米流体直接集收和传递太阳能。一并解决了平板性太阳集热器存在集热损失较大，以及在高强度的太阳辐射照射下，导出的热流量速度较慢且受限制，太阳能集热板上温度较高和热流密度较大等缺点。
(4)寿命长，可靠性强，稳定性好。
(5)本产品节能环保，采用金属纳米流体技术，能量转换率大大提高，符合可持续发展的原则。
(6)结构简单，便于生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的剖视图。
图2为本发明结构示意图。
图3为本发明热管结构侧视图。
图4为本发明热管结构主视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1-4所示，本发明一种平板热管式纳米流体太阳能集热器，包括平板式热管10，所述平板式热管内设有至少一个热管单元11，其优选为10个热管单元11，所述平板式热管10顶部中间区域设有一玻璃板12，所述玻璃板12的两侧及其平板式热管的四周和底部为金属铜管壁13；所述金属铜管壁13和热管单元11之间设有一冷却层14；所述热管单元11为一内壁具有毛细芯15结构的真空腔体，所述内壁上表面的毛细芯15为多层组合结构。
所述热管单元11内充填碳包铜纳米颗粒-水作为工质，所述颗粒的颗径为20nm-30nm，质量分率为0.01％-0.08％；所述热管单元11的体积为1900×75×34mm3，所述热管单元11的壁厚为2mm，所述热管单元11的外壁与所述玻璃板12的底部和所述冷却层内的冷却介质-水相接触。
对于水、乙醇和丙酮这三种常用工质的毛细抽集性能，通过做对比实验，从初始抽集速度和最终抽集量来看，三种工质的排行顺序均为水、丙酮、乙醇；但从毛细抽集达到饱和的快慢来看，丙酮最快，水次之，乙醇最慢。总之，工质的表面张力越大、密度越大，集液芯的毛细抽集量就越大；工质的表面张力越大、粘度越小，毛细抽集越快。综合以上分析，本热管空腔内的工质选用碳包铜纳米颗粒-水作为工质。
所述平板式热管10的面积为2000×1000mm2，厚度为100mm。
所述玻璃板12的面积为1900×1000mm2，所述玻璃板12为厚度为3.2mm的低铁布纹钢化玻璃，其透光率≥91.6％。
所述金属铜管壁13的厚度为2mm，所述毛细芯15厚度为1-2mm，孔隙率0.4-0.8m3。
本发明碳包铜纳米流体的制备采用两步法：首先将已制备好的碳包铜纳米颗粒添加到水溶液中，然后采用超声波振荡和添加分散剂的方法，使碳包铜纳米颗粒均匀稳定地分散在水溶液中，即可得到纳米流体。
详细过程为，在烧杯中加人质量分数为0.2％的阿拉伯树胶作分散剂，用一定量的水溶液使其充分溶解，然后将质量分数0.05％的碳包铜纳米粉体加人到混合液中，在超声频率为40kHz的超声仪中边搅拌边超声波振荡30分钟，从而制得所需的碳包铜纳米流体。这样制得的碳包铜纳米流体静置一个月未发生分层现象。
本发明的工作原理如下：
热管单元11是一个内壁具有毛细芯15结构的真空腔体，腔体抽成真空并充入纳米流体工质，当热量由热源(即太阳辐射)通过玻璃覆盖面并由上端毛细芯15运输至蒸发区时，腔体里面的工质在低真空度的环境中会开始产生液相气化的现象，此时工质集收热能并且体积迅速膨胀，气相的工质会很快充满整个腔体，接触到两侧及底部的毛细芯，由于热管外壁与金属覆盖面之间存有冷却水，故使得接触到热管外壁的毛细芯温度较低，此时气相工质便会产生凝结的现象，从而释放出在蒸发时累积的热。一方面，热量由该处毛细芯传递给冷却层内的水，供热使用；另一方面，凝结后的液相工质由于毛细结构的毛细吸附作用再回到蒸发热源处，继续集收太阳能辐射的热量。此过程将在腔体内周而复始进行，形成通过工质相变而完成太阳能集热的循环。
本发明引进纳米流体作为循环工质的概念，采用相变传热方式集收太阳能辐射的热量。纳米流体的热输运性能、较强的导热和对流能力以及特殊的光集收性能，可以达到提高集热器热效率的目的。
采用平板热管式的结构，其形状非常有利于对集中热源进行热扩散，具体表现在：①能有效解决散热和减小温度梯度；②平板热管通过降低热阻而达到高热导率，保证热量快速及时传递。
采用毛细芯集收太阳能辐射的热量和传输热量，充分利用了其体积热集收并传递的特性，与常规的面传热的太阳能集热器相比，更大程度的利用了集收的太阳能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种平板热管式纳米流体太阳能集热器，包括平板式热管，所述平板式热管内设有至少一个热管单元，所述平板式热管顶部中间区域设有一玻璃板，所述玻璃板的两侧及其平板式热管的四周和底部为金属铜管壁；所述金属铜管壁和热管单元之间设有一冷却层；其特征在于，所述热管单元为一内壁具有毛细芯结构的真空腔体，所述内壁上表面的毛细芯为多层组合结构。
2.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述热管单元内充填碳包铜纳米颗粒-水作为工质，所述颗粒的颗径为20nm-30nm，质量分率为0.01％-0.08％。
3.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述热管单元的外壁与所述玻璃板的底部和所述冷却层内的冷却介质-水相接触。
4.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述平板式热管的面积为2000×1000mm2，厚度为100mm。
5.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述玻璃板的面积为1900×1000mm2。
6.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述热管单元的体积为1900×75×34mm3。
7.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述热管单元的壁厚为2mm。
8.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述金属铜管壁的厚度为2mm。
9.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述玻璃板为厚度为3.2mm的低铁布纹钢化玻璃，其透光率≥91.6％。
10.根据权利要求1所述的平板热管式纳米流体太阳能集热器，其特征在于：所述毛细芯厚度为1-2mm，孔隙率0.4-0.8m3。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116417534A (zh) * 2023-04-20 2023-07-11 德州金亨新能源有限公司 一种扁平热管太阳能热电联产集能板及制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3893506A (en) * 1971-09-17 1975-07-08 Nikolaus Laing Device for the absorption and emission of heat
JPS5666646A (en) * 1979-10-31 1981-06-05 Matsushita Electric Works Ltd Solar heat collector
JPS56165894A (en) * 1980-05-22 1981-12-19 Kubota Ltd Building material
US4315498A (en) * 1979-04-13 1982-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Solar collector
CN101504197A (zh) * 2009-03-02 2009-08-12 赵耀华 一种新型太阳能热水系统
CN101915459A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 哈尔滨工业大学 纳米流体直接吸收式太阳能集热器
CN101929745A (zh) * 2010-08-06 2010-12-29 浙江梅地亚新能源科技有限公司 一种超导平板太阳能热水器
CN201715906U (zh) * 2010-01-15 2011-01-19 邹飞龙 新型板式热管

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3893506A (en) * 1971-09-17 1975-07-08 Nikolaus Laing Device for the absorption and emission of heat
US4315498A (en) * 1979-04-13 1982-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Solar collector
JPS5666646A (en) * 1979-10-31 1981-06-05 Matsushita Electric Works Ltd Solar heat collector
JPS56165894A (en) * 1980-05-22 1981-12-19 Kubota Ltd Building material
CN101504197A (zh) * 2009-03-02 2009-08-12 赵耀华 一种新型太阳能热水系统
CN201715906U (zh) * 2010-01-15 2011-01-19 邹飞龙 新型板式热管
CN101929745A (zh) * 2010-08-06 2010-12-29 浙江梅地亚新能源科技有限公司 一种超导平板太阳能热水器
CN101915459A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 哈尔滨工业大学 纳米流体直接吸收式太阳能集热器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116417534A (zh) * 2023-04-20 2023-07-11 德州金亨新能源有限公司 一种扁平热管太阳能热电联产集能板及制备方法

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