CN108548333A - 一种利用石墨烯的太阳能集热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用石墨烯的太阳能集热系统，属于石墨烯和太阳能热利用技术领域。包括石墨烯太阳能集热板和聚光筒；聚光筒置于石墨烯太阳能集热板的聚光中心；石墨烯太阳能集热板为表面涂覆有石墨烯的凸透镜板，能够将太阳光聚焦在聚光筒上，聚光筒上连接有进水管，进水管上设有进水阀和水泵，水泵与工质供给端相连；聚光筒还通过连接管连接热用户，连接管上设有球阀。本发明将涂覆有石墨烯的凸透镜板作为太阳能集热板，将光线聚焦在聚光筒上，聚光筒中装有通过水泵和进水阀流入待加热工质，经过加热后通过连接管和球阀输出系统。本系统的石墨烯太阳能集热板透光率高、反射损失小，整个系统结构紧凑、占地面积小，且节能环保、实用性高。

Description

一种利用石墨烯的太阳能集热系统
技术领域
本发明属于石墨烯和太阳能热利用技术领域，具体涉及一种利用石墨烯的太阳能集热系统。
背景技术
目前，随着化石能源带来的环境污染和传统能源枯竭问题，太阳能利用技术已经再次引起国内外企业和研究人员的关注，在随后的数十年，太阳能作为可再生能源之一必将产生更多的应用。当前的太阳能热水器对太阳能的转化率较低、占地面积大，而且加热时间长，特别是在冬天或是短日照的地区，水温通常达不到所需的温度，使用不方便。
发明内容
为了解决上述问题，本发明将提供一种利用石墨烯的太阳能集热系统。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种利用石墨烯的太阳能集热系统，包括石墨烯太阳能集热板和聚光筒，聚光筒置于石墨烯太阳能集热板的聚光中心；石墨烯太阳能集热板为表面涂覆有石墨烯的凸透镜板，能够将太阳光聚焦在聚光筒上，聚光筒上连接有进水管，进水管上设有进水阀和水泵，水泵与工质供给端相连；聚光筒还通过连接管连接热用户，连接管上设有球阀。
优选地，在聚光筒上设有水位计，水位计和进水阀通过信号传输线II与控制器II连接。
优选地，连接管上设有流量计、压力表和温度计，流量计、压力表、温度计和球阀分别通过信号传输线I与控制器I连接。
优选地，石墨烯太阳能集热板连接有太阳能集热控制系统，太阳能集热控制系统能够控制石墨烯太阳能集热板的转动方向和转动角度。
优选地，石墨烯太阳能集热板有若干块，若干块石墨烯太阳能集热板以聚光筒为圆心在聚光筒的上方沿圆周方向均匀布置。
优选地，石墨烯太阳能集热板设置多块，多块石墨烯太阳能集热板围绕形成正多面体结构。
优选地，聚光筒外表面经亚光处理。
优选地，聚光筒外表面涂覆有吸热涂料。
进一步优选地，所述吸热涂料为黑铬涂层、黑镍涂层或黑钴涂层。
与现有技术相比，本发明的有益的技术效果为：
本发明公开的利用石墨烯的太阳能集热系统，将涂覆有石墨烯的凸透镜板作为太阳能集热板，将光线聚焦在聚光筒上，聚光筒中装有通过水泵和进水阀流入的需要加热的工质，经过加热后通过连接管和球阀输出系统。本系统的石墨烯太阳能集热板透光率高、反射损失小，整个系统结构紧凑、占地面积小，且节能环保、实用性高。
进一步地，在聚光筒上设有水位计，水位计和进水阀通过信号传输线II与控制器II连接，设定聚光筒中水位值，当控制器II读取到水位计监测到的水位低于该值时，通过信号传输线II向进水阀发出开启指令，当水位达到设定值时，向进水阀发出关闭指令。
进一步地，连接管上设有流量计、压力表和温度计，流量计、压力表、温度计和球阀通过信号传输线I与控制器I连接，设定一次输出系统的热工质的量，当控制器I读取到压力表和温度计监测到工质的压力和温度达到目标值时，通过信号传输线I向球阀发出开启指令，将热工质输出系统，当流量计监测输出系统的热工质的量达到设定值时，控制器I向球阀发出关闭指令。
进一步地，石墨烯太阳能集热板连接有太阳能集热控制系统，当太阳位置变动时，太阳能集热控制系统能够控制石墨烯太阳能集热板的转动方向和与转动夹角，从多个角度尽可能多的聚集太阳能，时刻保持最大程度的接收太阳光，提高对聚光筒内部的工质的加热效率。
进一步地，石墨烯太阳能集热板有若干块，若干块石墨烯太阳能集热板以聚光筒为圆心在聚光筒的上方沿圆周方向均匀布置，使各方向照射到系统的太阳光都能被利用。
进一步地，石墨烯太阳能集热板设置至少4块，多块石墨烯太阳能集热板围绕形成封闭的正多面体结构，便于使入射到每个石墨烯太阳能集热板上的太阳能光线可以汇聚在正多面体结构的中心位置。特别地，还可以通过增加每个面的长度来提高聚光量，从而提高温度，也可以通过增加正多面体的宽度(边长)来提高聚光率。
进一步地，聚光筒外表面涂覆有吸热涂料，吸热涂料为黑铬涂层、黑镍涂层或黑钴涂层，提高光能转化热能的转化率。
进一步地，聚光筒外表面经亚光处理，减少太阳光的反射损失，提高太阳光的利用率。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图中：1为石墨烯太阳能集热板；2为聚光筒；3为进水管；4为进水阀；5为水泵；6为热用户；7为连接管；8为流量计；9为压力表；10为温度计；11为观察窗；12为球阀；13为信号传输线I；14为控制器I；15为太阳能集热控制系统；16为水位计；17为信号传输线II；18为控制器II；19为给水管；20为正多面体结构。
具体实施方式
实施例1
参见图1，一种利用石墨烯的太阳能集热系统，包括石墨烯太阳能集热板1和聚光筒2，聚光筒2置于石墨烯太阳能集热板1的聚光中心；石墨烯太阳能集热板1为表面涂覆有石墨烯的凸透镜板，能够将太阳光聚焦在聚光筒2上，聚光筒2上连接有进水管3，进水管3上设有进水阀4和水泵5，水泵5与工质供给端相连，本实施例所用工质为水，即水泵5与给水管19相连；聚光筒2上还连接有连接管7，连接管7与热用户6相连。在该连接管7上设有球阀12、流量计8、压力表9和温度计10，流量计8、压力表9、温度计10和球阀12通过信号传输线I 13与控制器I 14连接。在聚光筒2上还设有水位计16，水位计16和进水阀4通过信号传输线II17与控制器II 18连接。
石墨烯太阳能集热板1包括若干块，若干块石墨烯太阳能集热板1以聚光筒2为圆心在聚光筒2的上方沿圆周方向均匀布置，聚光筒2外表面涂覆有吸热涂料或者对外表面进行亚光处理。石墨烯太阳能集热板1连接有太阳能集热控制系统15，太阳能集热控制系统15能够控制石墨烯太阳能集热板1的转动方向和与地面的夹角。
上述利用石墨烯的太阳能集热系统，在工作时：
涂覆有石墨烯的凸透镜板作为太阳能集热板，将光线聚焦在聚光筒2上，石墨烯太阳能集热板1有若干块，若干块石墨烯太阳能集热板1以聚光筒2为圆心在聚光筒2的上方沿圆周方向均匀布置，使各方向照射到系统的太阳光都能被利用。石墨烯太阳能集热板1连接有太阳能集热控制系统15，当太阳位置变动时，太阳能集热控制系统15能够控制石墨烯太阳能集热板1的方向和与地面的夹角，时刻保持最大程度的接收太阳光。聚光筒2外表面涂覆有吸热涂料，提高光能转化热能的转化率，吸热涂料可以使用黑铬涂层、黑镍涂层或黑钴涂层。同时，聚光筒2外表面进行亚光处理，减少太阳光的反射损失，提高太阳光的利用率。
聚光筒2中装有通过水泵5和进水阀4流入的需要加热的工质，在聚光筒2上设有水位计16，水位计16和进水阀4通过信号传输线II 17与控制器II 18连接，设定聚光筒2中水位值，当控制器II 18读取到水位计16监测到的水位低于该值时，通过信号传输线II 17向进水阀4发出开启指令，当水位达到设定值时，向进水阀4发出关闭指令。连接管7上设有流量计8、压力表9和温度计10，流量计8、压力表9、温度计10和球阀12通过信号传输线I 13与控制器I 14连接，设定一次输出系统的热工质的量，当控制器I 14读取到压力表9和温度计10监测到工质的压力和温度达到目标值时，通过信号传输线I 13向球阀12发出开启指令，将热工质通过连接管7和球阀12输出系统，提供给热用户6；当流量计监测输出系统的热工质的量达到设定值时，控制器I 14向球阀12发出关闭指令。
本实施例的石墨烯太阳能集热板1通过支撑件固定，如常用的碳钢、角钢加工的三角形支撑件。
本实施例所用的控制器I 14和控制器II 18采用本领域常用的控制元件，如PLC控制器，能够实现分析、运算、阈值比较及发送指令的功能。
本实施例所用太阳能集热控制系统15为本领域常规的控制系统，如太阳能集热PLC控制系统，包括：文本屏，用于现场控制信号的输入和各电磁阀、循环水泵状态、温度值、液位值的显示。PLC控制器，为整个控制系统的核心器件。用于控制各执行元件的状态。A/D数模转换模块，用于将传感器采集到的模拟信号转换成数字信号。水位传感器，采用投入式压力液位计用于采集水位的状态信号。水温传感器，采用PT温度传感器用于采集水温信号。水泵、阀门等统的执行元件，用于控制管道水流循环状态。
实施例2
参见图2，一种利用石墨烯的太阳能集热系统，与实施例1不同的是，所述石墨烯太阳能集热板1设置多块，多块石墨烯太阳能集热板1围绕形成正多面体结构20，便于使入射到每个石墨烯太阳能集热板上的太阳能光线可以汇聚在正多面体结构20的中心位置。
优选地，石墨烯太阳能集热板1至少设置4块。特别地，还可以通过增加每个面的长度来提高聚光量，从而提高温度，也可以通过增加正多面体的宽度(边长)来提高聚光率。
此外，可以通过增加多块石墨烯太阳能集热板1的块数来形成如八面体、十面体的结构，以此增加采光面积，获得更多的太阳能。
多面体结构20没有顶盖、底盖，即有两个相对的面未封闭，用于布置与聚光筒2相连的管路及相应信号传输线。使用时，该多面体结构也可以通过支撑件固定，如常用的碳钢、角钢加工的三角形支撑件。
上述利用石墨烯的太阳能集热系统，在工作时：
涂覆有石墨烯的凸透镜板作为太阳能集热板，将光线聚焦在聚光筒2上，多块石墨烯太阳能集热板1围绕形成正多面体结构20，聚光筒2置于该正多面体结构20聚光中心位置，即正多面体结构20罩在聚光筒2外部，使各方向照射到系统的太阳光都能被利用。

Claims (9)

1.一种利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，包括石墨烯太阳能集热板(1)和聚光筒(2)，聚光筒(2)置于石墨烯太阳能集热板(1)的聚光中心；所述石墨烯太阳能集热板(1)为表面涂覆有石墨烯的凸透镜板，能够将太阳光聚焦在聚光筒(2)上，聚光筒(2)上连接有进水管(3)，进水管(3)上设有进水阀(4)和水泵(5)，水泵(5)与工质供给端相连；聚光筒(2)还通过连接管(7)连接热用户(6)，连接管(7)上设有球阀(12)。
2.如权利要求1所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，在聚光筒(2)上设有水位计(16)，水位计(16)和进水阀(4)通过信号传输线II(17)与控制器II(18)连接。
3.如权利要求1所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，连接管(7)上设有流量计(8)、压力表(9)和温度计(10)，流量计(8)、压力表(9)、温度计(10)和球阀(12)分别通过信号传输线I(13)与控制器I(14)连接。
4.如权利要求1所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，石墨烯太阳能集热板(1)上设有太阳能集热控制系统(15)，用于调控石墨烯太阳能集热板(1)的转动方向和与转动角度。
5.如权利要求1所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，石墨烯太阳能集热板(1)有若干块，若干块石墨烯太阳能集热板(1)以聚光筒(2)为圆心在聚光筒(2)的上方沿圆周方向均匀布置。
6.如权利要求1所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，石墨烯太阳能集热板(1)设置多块，多块石墨烯太阳能集热板(1)围绕构成正多面体结构(20)。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，聚光筒(2)外表面经亚光处理。
8.如权利要求1～6中任意一项所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，聚光筒(2)外表面涂覆有吸热涂料。
9.如权利要求8所述的利用石墨烯的太阳能集热系统，其特征在于，所述吸热涂料为黑铬涂层、黑镍涂层或黑钴涂层。
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