CN105865044B - 太阳能石墨烯3d集热发电一体模块 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能集热装置领域，尤其涉及一种太阳能石墨烯3D集热发电一体模块。包括壳体，壳体上设置有进液口和出液口，所述的壳体内设置有流道，流道内设置有导热液。所述的流道包括位于中间的主流道和位于主流道两侧的支管，所述的进液口设置在主流道的下端，所述的出液口设置在主流道的上端，所述的支管的一端开口，另一端封堵，支管的开口端与主流道相连通，支管的外侧罩有太阳能真空管。所述的支管管壁的外侧设置有石墨烯导热翅片。所述支管向上倾斜连接在主流道上。本发明既可通过热交换的方式收集用阳光带来的热量，又可以将收集到的热能直接转化为电能，既可作为热源，又可作为电源，实现了集热和发电一体化。
Description
技术领域
本发明属于太阳能集热装置领域，尤其涉及一种太阳能石墨烯3D集热发电一体模块。
背景技术
随着全球经济的快速发展，能源的消耗量也与日俱增，与此同时，石油、煤矿等传统的能源的储量逐年下降，因此，为了保证经济社会的可持续发展，开发利用新能源是大势所趋。在民用新能源技术中，太阳能集热技术是一种使用成本低，配套技术相对成熟的能源，如何高效和充分的利用太阳能，提高光热转化效率也是近年来新能源领域的研发热点。
目前，现有技术中的太阳能集热设备大多采用真空管结构，在真空管内设置导热液，通过热对流的方式将真空管吸收的热量传导并汇聚在水箱中。这种集热方式存在两个不足：一是集热效率有待提高；二是由于真空管内部直接与导热液接触，在严寒天气下容易发生真空管冻裂(即通常所说的“爆管”)的问题。另外，现有的集热设备只能进行光热转化，不能进行光电转化，光能利用率较低。
发明内容
本发明提供一种太阳能石墨烯3D集热发电一体模块，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种太阳能石墨烯3D集热发电一体模块，包括壳体，壳体上设置有进液口和出液口，所述的壳体内设置有流道，流道内设置有导热液。所述的流道包括位于中间的主流道和位于主流道两侧的支管，所述的进液口设置在主流道的下端，所述的出液口设置在主流道的上端，所述的支管的一端开口，另一端封堵，支管的开口端与主流道相连通，支管的外侧罩有太阳能真空管。所述的支管管壁的外侧设置有石墨烯导热翅片。所述支管向上倾斜连接在主流道上。所述的壳体上设置有聚光槽，所述的太阳能真空管位于聚光槽内。
所述的流道包括位于壳体上部的进液流道、位于壳体下部的出液流道以及连通进液流道和出液流道的竖向流道，所述的进液口位于进液流道的流入端，所述的出液口位于出液流道流出端，所述的壳体的厚度方向的上侧由上至下依次设置有石墨烯吸热层和石墨烯导热导电层。所述的进液流道和出液流道均倾斜设置，进液流道和出液流道的轴线与壳体的横边的夹角均不小于5°。所述的竖向流道至少有两条，每条竖向流道的周围设置有由储热材料制成的储热层。每条竖向流道的内壁上设置有石墨烯聚热聚光层。所述的竖向流道的上下两端均设置有导流圆角。
本发明的有益效果为：
1、本发明是基于石墨烯电池原理，并充分利用石墨烯材料良好的导电导热性而设计，即可通过热交换的方式收集用阳光带来的热量，又可以将收集到的热能直接转化为电能，既可作为热源，又可作为电源，实现了集热和发电一体化。
2、本发明采用了模块化设计，且为板状结构，将多组本装置倾斜设置在屋顶等处并现场拼接成平面，同时通过管路连接各组装置，便可得到安装快速、集热面积大小可按需设置的集热平面。另外，对拼接后的各组装置之间的间隙进行处理后，拼接成的集热平面可以直接代替建筑中的屋顶瓦片，在增加建筑环保性的同时，控制了建筑成本。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例一中支管的结构示意图；
图3是实施例二的结构示意图；
图4是实施例二厚度方向的结构示意图。
图中：1-壳体，2-石墨烯导热导电层，3-石墨烯吸热层，4-进液口，5-出液口，6-导热液，7-聚光槽，8-太阳能真空管，9-石墨烯导热翅片，10-支管，11-储热层，12-导流圆角。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述，图中箭头所示的是导热液6在壳体1内的流动方向。
实施例一：
本实施例包括壳体1，壳体1上设置有进液口4和出液口5，所述的壳体1内设置有流道，流道内设置有导热液6。现有技术中的太阳能集热装置大多采用静态热传导的方式进行集热，热能收集效率较低，而本发明采用动态的方式，通过导热液6不断流动将热量带出，继而储存到热容器中，热量被不断带出使得导热液的温度相对变低，装置内外的温差增大，从而加快了吸热速度，提高了换热速度和换热效率。
所述的流道包括位于中间的主流道和位于主流道两侧的支管10，所述的进液口4设置在主流道的下端，所述的出液口5设置在主流道的上端，所述的支管10的一端开口，另一端封堵，支管10的开口端与主流道相连通，支管10的外侧罩有太阳能真空管8。
本实施例采用了现有技术中的太阳能真空管8结构，但由于现有技术完全不同：现有技术中的真空管内直接填充有导热液6，由于太阳能真空管8为结构强度较低、韧性较差的玻璃管，在天气寒冷时存在冻裂爆管的隐患，而本实施例采用在支管10外套太阳能真空管8的结构，设置在支管10内的导热液6不直接与太阳能真空管8接触，消除了爆管的隐患。
所述的支管10管壁的外侧设置有石墨烯导热翅片9，石墨烯导热翅片9具有良好的吸热性能和导热性能，太阳能真空管8吸收了阳光的热量后，通过热辐射的方式将热量传导至石墨烯导热翅片9上，再经过支管10的管壁将热量传至导热液6中。这种热传递方式与现有的太阳能真空管8中主要依靠热传导的传递方式相比，集热效率明显提高。
所述支管10向上倾斜连接在主流道上，当天气寒冷，不适于使用太阳能集热装置时，支管10倾斜设置使支管10内的导热液6可自然排出，从而进一步增强了本发明的防冻抗寒性能。
所述的壳体1上设置有聚光槽7，所述的太阳能真空管8位于聚光槽7内，没有被直接利用的阳光经聚光槽7反射和汇聚后再次照射到太阳能真空管8上，从而更充分的利用了光能，提高了光能利用率。
实施例二：
本实施例包括壳体1，壳体1上设置有进液口4和出液口5，所述的壳体1内设置有流道，流道内设置有导热液6。这些结构与实施例一相同，再此不再赘述。
所述的流道包括位于壳体1上部的进液流道、位于壳体1下部的出液流道以及连通进液流道和出液流道的竖向流道，所述的进液口4位于进液流道的流入端，所述的出液口5位于出液流道流出端。
本实施例中的流道采用板式设计，导热液6直接成型设置在壳体1内扁平状流道内流动。与现有技术中的圆管换热方式相比，采用扁平状流道有很多好处：一是可以使本发明的厚度大大减小，更轻便，便于安装和运输，也减少了制造时的用料，符合低碳环保、节能增效的时代主题；二是在受光面积相同时，可大大增加有效集热面积，使得集热效能进一步增加；三是扁平状的流道使得壳体1内导热液6的容积与壳体1的体积比增大，因此可更充分的利用壳体1内的空间进行换热和导热，热效率得到明显提高；四是采用扁平状流道使本装置的零件数量大大减少，结构得到简化，进而使得本装置可通过3D打印技术进行加工，从而提高了加工效率，同时也便于工厂化生产。五是太阳能真空管8受结构和材料所限，使用寿命通常只有五年，而本实施例不易损坏，使用寿命更长(与建筑同寿命)。
所述的壳体1的厚度方向的上侧由上至下依次设置有石墨烯吸热层3和石墨烯导热导电层2。石墨烯吸热层3与实施例一中的太阳能真空管8作用相似，主要起吸热作用，利用石墨烯优异的吸热性能进行吸热，可实现更好吸热效果，吸热效率可达60％。石墨烯导热导电层2设置在石墨烯吸热层3和导热液6之间，功效有两个，一是将石墨烯吸热层3吸收的热量高效的传导至导热液6中，同时二次吸收从石墨烯吸热层3中透过的没有被利用的光能，提高了光能的利用率；二是石墨烯导热导电层2作为石墨烯电池的电极，与作为电解液的导热液6构成石墨烯电池，石墨烯电池利用环境热量自行充电后对外供电，实现了本装置的发电功能。
所述的进液流道和出液流道均倾斜设置，进液流道和出液流道的轴线与壳体1的横边的夹角均不小于5°。进液流道和出液流道均倾斜设置使流道内的导热液6可自然排出，从而增强了本发明的防冻抗寒性能，避免了停用时导热液6在流道内残留，从而防止严寒天气下冻裂事故的发生。倾斜设置后，进液流道和出液流道与壳体1的边缘围成的区域便不可利用，因此，夹角过大，会导致壳体1内部空间的利用率过低，而夹角过小又会造成液体流动不畅，经反复分析研究得出了夹角为5°的优选配置。
所述的竖向流道至少有两条，每条竖向流道的周围设置有由储热材料制成的储热层11。储热层11的设置使吸收的热量得以储存，在阳光不足时可在一定时间内保证供热和供电的稳定性，防止供热和供电状态发生突变而引起其它关联设备的损坏。
每条竖向流道的内壁上设置有石墨烯聚热聚光层。石墨烯聚热聚光层可将从石墨烯吸热层3和石墨烯导热导电层2透过的没被利用的光再次反射和汇聚，继而再次照向石墨烯吸热层3和石墨烯导热导电层2进行再次吸收，提高了光能利用率和集热效率。
所述的竖向流道的上下两端均设置有导流圆角12，导流圆角12顺应导热液6的流向设计，使导热液6的流动更顺畅，流阻更小，进而降低了驱动导热液6流动的泵的功耗，达到了节能的效果。
本发明是基于石墨烯电池原理，并充分利用石墨烯材料良好的导电导热性而设计，即可通过热交换的方式收集用阳光带来的热量，又可以将收集到的热能直接转化为电能，既可作为热源，又可作为电源，实现了集热和发电一体化。本发明采用了模块化设计，且为板状结构，将多组本装置倾斜设置在屋顶等处并现场拼接成平面，同时通过管路连接各组装置，便可实现安装快速、集热面积大小可按需设置的集热平面。另外，对拼接后的各组装置之间的间隙进行处理后，拼接成的集热平面可以直接代替建筑中的屋顶瓦片，在增加建筑环保性的同时，控制了建筑成本。
Claims (1)
1.一种太阳能石墨烯集热发电一体模块，包括壳体（1），其特征在于：壳体（1）上设置有进液口（4）和出液口（5），所述的壳体（1）内设置有流道，流道内设置有导热液（6）；
所述的流道包括位于壳体（1）上部的进液流道、位于壳体（1）下部的出液流道以及连通进液流道和出液流道的竖向流道，所述的进液口（4）位于进液流道的流入端，所述的出液口（5）位于出液流道流出端，所述的壳体（1）的厚度方向的上侧由上至下依次设置有石墨烯吸热层（3）和石墨烯导热导电层（2）；
所述的进液流道和出液流道均倾斜设置，进液流道和出液流道的轴线与壳体（1）的横边的夹角均不小于5°；
所述的竖向流道至少有两条，每条竖向流道的周围设置有由储热材料制成的储热层(11)；
每条竖向流道的内壁上设置有石墨烯聚热聚光层；
所述的竖向流道的上下两端均设置有导流圆角（12）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |