CN109405312B

CN109405312B - 一种太阳能集热蓄热一体化装置

Info

Publication number: CN109405312B
Application number: CN201811060853.9A
Authority: CN
Inventors: 王辉涛; 赵玲玲; 王建军; 朱道飞; 韩金蓉; 王维蔚; 马裕翔
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: CN109405312A

Abstract

本发明涉及一种太阳能集热蓄热一体化装置，属于太阳能热利用技术领域。该装置包括透光玻璃、空气层、太阳能吸收性涂层、蓄热体金属上壁板、换热管、蓄热体内部热分隔板、复合相变蓄热材料、蓄热体金属下壁板、蓄热体金属侧壁板和保温层。本发明利用太阳能吸收性涂层收集太阳能的热量，利用复合相变蓄热材料储存太阳能的热量，再利用相变蓄热材料与换热管间的传热将热量导出，实现太阳能集热、蓄热、换热一体化；本发明的太阳能集热蓄热一体化装置能够储存太阳能，且快速利用蓄热随时向用户提供热量，实现太阳能长期稳定运行，提高太阳能利用率。

Description

一种太阳能集热蓄热一体化装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热蓄热一体化装置，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

太阳作为世界上最丰富的永久能源，辐射功率达

，其中，地球截取的太阳能辐射能通量为

，比核能、地热能及引力能储量总和还要大5000多倍。我国属太阳能资源相当丰富的国家，国土面积的2/3地区年日照时数大于2200h，单位面积太阳能辐射总量高于5000MJ/m²，有良好的应用条件和潜力。太阳能作为一种清洁可再生能源，最直接应用太阳能的方式是利用太阳能供暖和供生活热水。但是到达地球表面的太阳能福射能量密度很低，并且随地域不同、昼夜交替和季节变化等规律性变化，表现出明显的稀薄性、间断性和不稳定性，太阳能的热利用也受到很大限制。当天气晴朗时，太阳辐射能量强，室外温度也比较高，而此时热需求量相对要较小。但是到晚上或阴雨天气时，太阳辐射能量很弱，室外温度也较低，而此时用热需求却较大，这就是用热需求与太阳能辐射能量强度的矛盾之处。因此，要想最大限度的利用太阳能，就要把晴朗白天收集到的太阳辐射能量以热能的方式储存起来，供夜间或阴雨天使用。

热能储存是一项提高能源利用率和保护环境的关键技术，它可以解决热能的供给和需求在时间与强度上不匹配的矛盾。目前，虽然已经有蓄热罐等蓄热装置，但是蓄热效果不理想，也不能实现对太阳能的连续高效利用。究其原因，有两个主要因素制约其高效蓄热：1）蓄热材料体量太大，受热比表面积小；2）蓄热材料热阻很大，单位时间蓄热放热少。因此，必须提高蓄热材料受热面积并减小传热热阻以提高蓄热系统性能，进而实现热能的高效储存，释放，传递。因此，目前仍然不知道如何高效合理利用太阳能等自然资源。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种太阳能集热蓄热一体化装置，本发明的结构简单，方便携带；能够解决钢笔笔尖清洗难使得生活不便等问题。本发明将太阳能集热、蓄热、传热一体化，并在相变蓄热体中加入热分隔板优化蓄热体结构并在相变蓄热材料中加入纳米金属粒子强化相变蓄热材料的换热效果，可协调用户热需求与得热量之间的矛盾，提高太阳能的热利用率，同时提高太阳能供热系统的稳定性。本发明装置能够储存太阳能，且快速利用蓄热随时向用户提供热量，非常适合于一些太阳能丰富的高寒地区，因地制宜使用太阳能。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种太阳能集热蓄热一体化装置，包括透光玻璃1、空气层2、太阳能吸收性涂层3、蓄热体金属上壁板4、换热管5、蓄热体内部热分隔板6、复合相变蓄热材料7、蓄热体金属下壁板8、蓄热体金属侧壁板9和保温层10，4块蓄热体金属侧壁板9分别竖直固定设置在蓄热体金属下壁板8的边缘，4块蓄热体金属侧壁板9与蓄热体金属下壁板8形成集热蓄热体，换热管5水平设置在集热蓄热体的中部且换热管5的两端穿过蓄热体金属侧壁板9，集热蓄热体内部垂直于换热管5设置有蓄热体内部热分隔板6，换热管5与蓄热体内部热分隔板6固定连接，蓄热体内部热分隔板6将集热蓄热体的内部腔体均分为3个以上复合相变蓄热腔，复合相变蓄热腔内填充设置有复合相变蓄热材料7，蓄热体金属上壁板4设置在集热蓄热体的顶部且蓄热体金属上壁板4设置在复合相变蓄热材料7顶端，蓄热体金属上壁板4的上表面设置有太阳能吸收性涂层3，透光玻璃1设置在集热蓄热体顶端，蓄热体金属上壁板4与透光玻璃1之间填充空气形成空气层2；

所述集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层10，蓄热体保温层10为发泡橡塑或发泡聚氨酯；

所述太阳能吸收性涂层3为涂覆涂层、电镀涂层或电化学表面转化涂层；

所述太阳能吸收性涂层3为硫化铅、沥青漆、黑铬、黑镍、黒钴的一种或多种混合涂层；

所述空气层2的厚度为2.5~4cm；

所述蓄热体内部热分隔板6为金属平板或金属波纹板；

所述复合相变蓄热材料7为在石蜡、金属盐或脂肪酸中均匀添加纳米金属粒子或泡沫金属形成的复合相变蓄热材料，其中金属盐为Ba(OH)₂·8H₂O，脂肪酸为硬脂酸、十二酸或癸酸-月桂酸二元低共熔酸，纳米金属粒子为纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、纳米锑掺杂氧化锡、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米铝粉、纳米镍粉、纳米银粉的一种或多种，泡沫金属为泡沫铜或泡沫铝，纳米金属粒子或泡沫金属的添加量为复合相变蓄热材料质量的5%~10%；

所述复合相变蓄热材料7也可为纳金属米粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，其中纳米金属粒子为纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、纳米锑掺杂氧化锡、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米铝粉、纳米镍粉、纳米银粉的一种或多种，脂肪酸为硬脂酸、十二酸或癸酸-月桂酸二元低共熔酸。

进一步地，所述纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将纳米金属粒子分散液和乙醇混合均匀并置于温度为45~55℃、搅拌条件下反应20~30min，再加入硅酸乙酯和氨水并在温度为45~55℃、搅拌条件下反应80~100min，静置冷却至室温，过滤干燥得到纳米金属球核壳复合材料；其中纳米金属粒子为纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、纳米锑掺杂氧化锡、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米铝粉、纳米镍粉、纳米银粉的一种或多种，纳米金属粒子的平均粒径为20~30nm；纳米金属离子分散液中的分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、BKY高分子分散剂、油酸、聚甘油酯或HitenolBC-10；纳米金属粒子分散液中纳米金属粒子与分散剂的质量比为1:1.5~2.5，纳米金属粒子分散液和乙醇的体积比为1:10~15，硅酸乙酯与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1~1.25，氨水与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.2~1.6；

（2）将步骤（1）纳米金属球核壳复合材料置于温度为550~650℃条件下焙烧3~4h，随炉冷却至室温即得空心纳米金属球；

（3）在温度为90~95℃条件下，将脂肪酸溶解于乙醇中，再加入步骤（2）的空心纳米金属球并反应1~1.5h得到反应体系A；将反应体系A置于超声波中超声处理20~30min得到反应体系B，再将反应体系B置于温度为85~95℃条件下反应1~1.2h，干燥即得纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，其中脂肪酸为硬脂酸、十二酸或癸酸-月桂酸二元低共熔酸，脂肪酸与乙醇的固液比g:mL比为1:80~85，空心纳米金属球与脂肪酸的质量比为1:1~1.1，超声波的频率为15~20kHz。

本发明的有益效果：

（1）本发明太阳光穿过透光玻璃及空气层照射到涂有太阳能吸收涂层的蓄热体金属上壁板上，吸收太阳的热量，蓄热体内部热分隔板将集热蓄热体的内部腔体均分为3个以上复合相变蓄热腔，蓄热体金属上壁板将热量传递给蓄热体内部热分隔板及复合相变蓄热腔内的复合相变蓄热材料，复合相变材料吸收热量后温度升高而融化，完成热量的储存；此过程中，复合相变蓄热材料被均分在复合相变蓄热腔中加快了相变蓄热材料的蓄热过程，并保证蓄热过程的均匀性；当换热管内工质的温度较低时，复合相变蓄热材料储存的热量以热传导的方式通过换热管传递给工质，复合相变材料释放热量后温度降低而凝固，完成热量的释放以及对工质的换热，此过程中，蓄热体内部热分隔板既可保证传热的均匀性，提高相变蓄热材料的放热的速率，也可作为换热管的肋片，提高换热管的换热效率；集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层进行保温，防止热量散失；

（2）本发明利用透光玻璃、空气层、太阳能吸收性涂层、蓄热体金属上壁板、复合相变蓄热材料、蓄热体内部热分隔板、传热管将太阳能集热蓄热换热一体化，可实现高效、连续地存储与释放太阳能；

（3）本发明的复合相变蓄热材料为在石蜡、金属盐或脂肪酸中均匀添加纳米金属粒子或泡沫金属形成的复合相变蓄热材料，可大幅提高传统相变蓄热材料导热系数；

（4）本发明的复合相变蓄热材料采用纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，利用分步合成法将脂肪酸嵌入到SiO₂中空纳米球内，获得形貌规则、尺寸均匀、微胶囊的脂肪酸/SiO₂复合相变储热材料；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料具有较高热稳定性和蓄热能力，与纯的脂肪酸相比，该脂肪酸/SiO₂复合相变材料在相变过程中，可以提高材料的导热能力、减少相变材料的熔点与凝固点温差。

附图说明

图1为太阳能集热蓄热一体化装置的结构示意图；

图2为太阳能集热蓄热一体化装置剖视图（俯视）；

图3为太阳能集热蓄热一体化装置剖视图（正视）；

图4为实施例4 SiO₂空球样品和硬脂酸/SiO₂微胶囊复合材料的XRD图；

图5为实施例4 SiO₂空球样品和硬脂酸/SiO₂微胶囊复合相变材料扫描电子显微镜（SEM），其中图a为SiO₂空球样品的SEM图，b图为硬脂酸/SiO₂微胶囊复合相变材料的SEM图；

图6为实施例4硬脂酸/SiO₂微胶囊复合材料的温度-热流量DSC曲线；

图7为实施例4硬脂酸/SiO₂微胶囊复合材料的时间-热流量DSC曲线；

其中：1-透光玻璃；2-空气层；3-太阳能吸收性涂层、4-蓄热体金属上壁板、5-换热管；6-蓄热体内部热分隔板；7-复合相变蓄热材料；8-蓄热体金属下壁板；9-蓄热体金属侧壁板；10-保温层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1~3所示，一种太阳能集热蓄热一体化装置，包括透光玻璃1、空气层2、太阳能吸收性涂层3、蓄热体金属上壁板4、换热管5、蓄热体内部热分隔板6、复合相变蓄热材料7、蓄热体金属下壁板8、蓄热体金属侧壁板9和保温层10，4块蓄热体金属侧壁板9分别竖直固定设置在蓄热体金属下壁板8的边缘，4块蓄热体金属侧壁板9与蓄热体金属下壁板8形成集热蓄热体，换热管5水平设置在集热蓄热体的中部且换热管5的两端穿过蓄热体金属侧壁板9，集热蓄热体内部垂直于换热管5设置有蓄热体内部热分隔板6，换热管5与蓄热体内部热分隔板6固定连接，蓄热体内部热分隔板6将集热蓄热体的内部腔体均分为6个复合相变蓄热腔，复合相变蓄热腔内填充设置有复合相变蓄热材料7，蓄热体金属上壁板4设置在集热蓄热体的顶部且蓄热体金属上壁板4设置在复合相变蓄热材料7顶端，蓄热体金属上壁板4的上表面设置有太阳能吸收性涂层3，透光玻璃1设置在集热蓄热体顶端，蓄热体金属上壁板4与透光玻璃1之间填充空气形成空气层2；

本实施例所述集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层10，蓄热体保温层10为发泡橡塑；

所述太阳能吸收性涂层3为涂覆涂层；

所述太阳能吸收性涂层3为沥青漆；

所述空气层2的厚度为2.6cm；

所述蓄热体内部热分隔板6为金属平板；

所述复合相变蓄热材料7为在石蜡中均匀添加泡沫金属（泡沫铜）形成的复合相变蓄热材料，其中泡沫金属的添加量为复合相变蓄热材料质量的6%；

太阳光穿过透光玻璃及空气层照射到涂有太阳能吸收涂层的蓄热体金属上壁板上，吸收太阳的热量，蓄热体内部热分隔板将集热蓄热体的内部腔体均分为6个复合相变蓄热腔，蓄热体金属上壁板将热量传递给蓄热体内部热分隔板及复合相变蓄热腔内的复合相变蓄热材料，复合相变材料吸收热量后温度升高而融化，完成热量的储存；此过程中，复合相变蓄热材料被均分在复合相变蓄热腔中加快了相变蓄热材料的蓄热过程，并保证蓄热过程的均匀性；当换热管内工质的温度较低时，复合相变蓄热材料储存的热量以热传导的方式通过换热管传递给工质，复合相变材料释放热量后温度降低而凝固，完成热量的释放以及对工质的换热，此过程中，蓄热体内部热分隔板既可保证传热的均匀性，提高相变蓄热材料的放热的速率，也可作为换热管的肋片，提高换热管的换热效率；集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层进行保温，防止热量散失。

实施例2：本实施例太阳能集热蓄热一体化装置的结构与实施例1太阳能集热蓄热一体化装置的结构基本相同，不同之处在于：蓄热体内部热分隔板6将集热蓄热体的内部腔体均分为8个复合相变蓄热腔；本实施例集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层10，蓄热体保温层10为发泡聚氨酯；太阳能吸收性涂层3为电镀涂层；太阳能吸收性涂层3为黑铬和黒钴涂层；空气层2的厚度为3.5cm；蓄热体内部热分隔板6为金属波纹板；复合相变蓄热材料7为在金属盐（Ba(OH)₂·8H₂O）中均匀添加纳米金属粒子（纳米锑掺杂氧化锡、纳米碳化硅和纳米镍粉）形成的复合相变蓄热材料，纳米金属粒子的添加量为复合相变蓄热材料质量的8%；

当太阳能充裕时，太阳光穿过透光玻璃及空气层照射到涂有太阳能吸收涂层的蓄热体金属上壁板上，吸收太阳的热量，蓄热体内部热分隔板将集热蓄热体的内部腔体均分为6个复合相变蓄热腔，蓄热体金属上壁板将热量传递给蓄热体内部热分隔板及复合相变蓄热腔内的复合相变蓄热材料，复合相变材料吸收热量后温度升高而融化，完成热量的储存；此过程中，复合相变蓄热材料被均分在复合相变蓄热腔中加快了相变蓄热材料的蓄热过程，并保证蓄热过程的均匀性；当太阳能不足时，换热管内工质的温度较低时，复合相变蓄热材料储存的热量以热传导的方式通过换热管传递给工质，复合相变材料释放热量后温度降低而凝固，完成热量的释放以及对工质的换热，此过程中，蓄热体内部热分隔板既可保证传热的均匀性，提高相变蓄热材料的放热的速率，也可作为换热管的肋片，提高换热管的换热效率；集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层进行保温，防止热量散失。

实施例3：本实施例太阳能集热蓄热一体化装置的结构与实施例1太阳能集热蓄热一体化装置的结构基本相同，不同之处在于：蓄热体内部热分隔板6将集热蓄热体的内部腔体均分为10个复合相变蓄热腔；本实施例集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有蓄热体保温层10，蓄热体保温层10为发泡聚氨酯；太阳能吸收性涂层3为电化学表面转化涂层；太阳能吸收性涂层3为黑铬、黑镍和黒钴涂层复合涂层；空气层2的厚度为3.8cm；蓄热体内部热分隔板6为金属波纹板；复合相变蓄热材料7为在脂肪酸（癸酸-月桂酸二元低共熔酸）中均匀添加纳米金属粒子（纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛和纳米锑掺杂氧化锡）形成的复合相变蓄热材料，纳米金属粒子的添加量为复合相变蓄热材料质量的7%。

实施例4：本实施例太阳能集热蓄热一体化装置的结构与实施例1太阳能集热蓄热一体化装置的结构基本相同，不同之处在于：复合相变蓄热材料7为纳金属米粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料；

纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将纳米金属粒子分散液和乙醇混合均匀并置于温度为50℃、搅拌条件下反应25min，再加入硅酸乙酯和氨水并在温度为50℃、搅拌条件下反应90min，静置冷却至室温，过滤干燥得到纳米金属球核壳复合材料；其中纳米金属粒子为纳米锑掺杂氧化锡、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米铝粉和纳米镍粉，纳米金属粒子的平均粒径为28nm；纳米金属离子分散液中的分散剂为十二烷基苯磺酸钠；纳米金属粒子分散液中纳米金属粒子与分散剂的质量比为1:1.9，纳米金属粒子分散液和乙醇的体积比为1:12，硅酸乙酯与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.1，氨水与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.4；

（2）将步骤（1）纳米金属球核壳复合材料置于温度为600℃条件下焙烧3.5h，随炉冷却至室温即得空心纳米金属球；

（3）在温度为92℃条件下，将脂肪酸（硬脂酸）溶解于乙醇中，再加入步骤（2）的空心纳米金属球并反应1.3h得到反应体系A；将反应体系A置于超声波中超声处理25min得到反应体系B，再将反应体系B置于温度为90℃条件下反应1.1h，干燥即得纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，其中脂肪酸（硬脂酸）与乙醇的固液比g:mL比为1:80~85，空心纳米金属球与脂肪酸的质量比为1:1.05，超声波的频率为18KHz；

本实施例纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料的性能分析：

分别对SiO₂空球样品和硬脂酸/SiO₂微胶囊复合材料进行X射线衍射（XRD）分析（见图4），本实施例中SiO₂为非晶态物质，SiO₂空球样品（a）的XRD图谱中只在

为17°~25°之间出现一个明显宽化的衍射峰；硬脂酸/SiO₂复合材料（b）的XRD图谱中，除了非晶态SiO₂对应的一个宽化的衍射峰外，在

和

时出现两个尖锐的衍射峰，说明硬脂酸/SiO₂复合材料（b）含有非晶态的SiO₂和结晶的硬脂酸；

硬脂酸/SiO₂微胶囊复合相变材料扫描电子显微镜（SEM）见图5，其中图a为SiO₂空球样品的SEM图，b图为硬脂酸/SiO₂微胶囊复合相变材料的SEM图；硬脂酸/SiO₂微胶囊复合相变材料为平均直径200nm的球形颗粒，并且粒子分散性较好，没有明显的有机物质粘连在球形粒子之间，说明大部分硬脂酸渗透到SiO₂空球内形成微胶囊复合材料；

纯硬脂酸和硬脂酸/SiO₂微胶囊复合材料的差示扫描量热法（DSC）曲线见图6和图7，如图6~7所示，硬脂酸/SiO₂复合相变材料的熔点和凝固点温度差为4℃，而纯硬脂酸的为８℃，这表明复合材料的温差明显地减弱；并且，从图6中也可以看出硬脂酸/SiO₂复合相变材料发生相变时的温度范围比纯硬脂酸的小，表明复合材料的导热能力得到改善；结果表明，有机－无机微胶囊复合相变材料可以提高材料的导热能力、减少相变材料的熔点与凝固点温差。

实施例5：本实施例太阳能集热蓄热一体化装置的结构与实施例2太阳能集热蓄热一体化装置的结构基本相同，不同之处在于：复合相变蓄热材料7为纳金属米粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料；

（1）将纳米金属粒子分散液和乙醇混合均匀并置于温度为45℃、搅拌条件下反应30min，再加入硅酸乙酯和氨水并在温度为45℃、搅拌条件下反应100min，静置冷却至室温，过滤干燥得到纳米金属球核壳复合材料；其中纳米金属粒子为纳米氧化锌、碳纳米管、纳米二氧化硅和纳米银粉，纳米金属粒子的平均粒径为25nm；纳米金属离子分散液中的分散剂为十六烷基三甲基溴化铵；纳米金属粒子分散液中纳米金属粒子与分散剂的质量比为1:2.5，纳米金属粒子分散液和乙醇的体积比为1:15，硅酸乙酯与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1，氨水与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.2；

（2）将步骤（1）纳米金属球核壳复合材料置于温度为550℃条件下焙烧4h，随炉冷却至室温即得空心纳米金属球；

（3）在温度为90℃条件下，将脂肪酸（硬脂酸）溶解于乙醇中，再加入步骤（2）的空心纳米金属球并反应1.5h得到反应体系A；将反应体系A置于超声波中超声处理30min得到反应体系B，再将反应体系B置于温度为85℃条件下反应1.2h，干燥即得纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，其中脂肪酸（硬脂酸）与乙醇的固液比g:mL比为1:85，空心纳米金属球与脂肪酸的质量比为1:1，超声波的频率为20KHz；

本实施例纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料为球形结构，平均直径为190nm，并且粒子分散性较好，没有明显的有机物质粘连在球形粒子之间，说明大部分硬脂酸渗透到SiO₂空球内形成微胶囊复合材料；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料发生相变时的温度范围比纯硬脂酸的小，表明复合材料的导热能力得到改善；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料可以提高材料的导热能力、减少相变材料的熔点与凝固点温差。

实施例6：本实施例太阳能集热蓄热一体化装置的结构与实施例2太阳能集热蓄热一体化装置的结构基本相同，不同之处在于：复合相变蓄热材料7为纳金属米粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料；

（1）将纳米金属粒子分散液和乙醇混合均匀并置于温度为55℃、搅拌条件下反应20min，再加入硅酸乙酯和氨水并在温度为55℃、搅拌条件下反应80min，静置冷却至室温，过滤干燥得到纳米金属球核壳复合材料；其中纳米金属粒子为纳米二氧化钛、纳米锑掺杂氧化锡、纳米二氧化硅和纳米镍粉，纳米金属粒子的平均粒径为20nm；纳米金属离子分散液中的分散剂为BKY高分子分散剂；纳米金属粒子分散液中纳米金属粒子与分散剂的质量比为1:1.5，纳米金属粒子分散液和乙醇的体积比为1:10，硅酸乙酯与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.25，氨水与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.6；

（2）将步骤（1）纳米金属球核壳复合材料置于温度为650℃条件下焙烧3h，随炉冷却至室温即得空心纳米金属球；

（3）在温度为95℃条件下，将脂肪酸（癸酸-月桂酸二元低共熔酸）溶解于乙醇中，再加入步骤（2）的空心纳米金属球并反应1h得到反应体系A；将反应体系A置于超声波中超声处理20min得到反应体系B，再将反应体系B置于温度为95℃条件下反应1h，干燥即得纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，其中脂肪酸（癸酸-月桂酸二元低共熔酸）与乙醇的固液比g:mL比为1:80，空心纳米金属球与脂肪酸的质量比为1: 1.1，超声波的频率为15KHz；

本实施例纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料为球形结构，平均直径为180nm，并且粒子分散性较好，没有明显的有机物质粘连在球形粒子之间，说明大部分脂肪酸（癸酸-月桂酸二元低共熔酸）渗透到SiO₂空球内形成微胶囊复合材料；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料发生相变时的温度范围比纯脂肪酸（癸酸-月桂酸二元低共熔酸）的小，表明复合材料的导热能力得到改善；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料可以提高材料的导热能力、减少相变材料的熔点与凝固点温差。

实施例7：本实施例太阳能集热蓄热一体化装置的结构与实施例1太阳能集热蓄热一体化装置的结构基本相同，不同之处在于：复合相变蓄热材料7为纳金属米粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料；

（1）将纳米金属粒子分散液和乙醇混合均匀并置于温度为48℃、搅拌条件下反应26min，再加入硅酸乙酯和氨水并在温度为48℃、搅拌条件下反应95min，静置冷却至室温，过滤干燥得到纳米金属球核壳复合材料；其中纳米金属粒子为纳米三氧化二铝、纳米氧化锌、碳纳米管和纳米碳化硅，纳米金属粒子的平均粒径为22nm；纳米金属离子分散液中的分散剂为HitenolBC-10；纳米金属粒子分散液中纳米金属粒子与分散剂的质量比为1:1.8，纳米金属粒子分散液和乙醇的体积比为1:12，硅酸乙酯与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.2，氨水与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.3；

（2）将步骤（1）纳米金属球核壳复合材料置于温度为620℃条件下焙烧3.4h，随炉冷却至室温即得空心纳米金属球；

（3）在温度为94℃条件下，将脂肪酸（十二酸）溶解于乙醇中，再加入步骤（2）的空心纳米金属球并反应1.2h得到反应体系A；将反应体系A置于超声波中超声处理28min得到反应体系B，再将反应体系B置于温度为94℃条件下反应1.15h，干燥即得纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料，其中脂肪酸（十二酸）与乙醇的固液比g:mL比为1:84，空心纳米金属球与脂肪酸的质量比为1:1.08，超声波的频率为17KHz；

本实施例纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料为球形结构，平均直径为185nm，并且粒子分散性较好，没有明显的有机物质粘连在球形粒子之间，说明大部分脂肪酸（十二酸）渗透到SiO₂空球内形成微胶囊复合材料；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料发生相变时的温度范围比纯脂肪酸（十二酸）的小，表明复合材料的导热能力得到改善；纳米金属粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料可以提高材料的导热能力、减少相变材料的熔点与凝固点温差。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种太阳能集热蓄热一体化装置，其特征在于：包括透光玻璃（1）、空气层（2）、太阳能吸收性涂层（3）、蓄热体金属上壁板（4）、换热管（5）、蓄热体内部热分隔板（6）、复合相变蓄热材料（7）、蓄热体金属下壁板（8）、蓄热体金属侧壁板（9）和保温层（10），4块蓄热体金属侧壁板（9）分别竖直固定设置在蓄热体金属下壁板（8）的边缘，4块蓄热体金属侧壁板（9）与蓄热体金属下壁板（8）形成集热蓄热体，换热管（5）水平设置在集热蓄热体的中部且换热管（5）的两端穿过蓄热体金属侧壁板（9），集热蓄热体内部垂直于换热管（5）设置有蓄热体内部热分隔板（6），换热管（5）与蓄热体内部热分隔板（6）固定连接，蓄热体内部热分隔板（6）将集热蓄热体的内部腔体均分为3个以上复合相变蓄热腔，复合相变蓄热腔内填充设置有复合相变蓄热材料（7），蓄热体金属上壁板（4）设置在集热蓄热体的顶部且蓄热体金属上壁板（4）设置在复合相变蓄热材料（7）顶端，蓄热体金属上壁板（4）的上表面设置有太阳能吸收性涂层（3），透光玻璃（1）设置在集热蓄热体顶端，蓄热体金属上壁板（4）与透光玻璃（1）之间填充空气形成空气层（2）；

太阳能吸收性涂层（3）为硫化铅、沥青漆、黑铬、黑镍、黒钴的一种或多种混合涂层；

复合相变蓄热材料（7）为纳金属米粒子/脂肪酸微胶囊复合相变材料；纳米金属粒子为纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、纳米锑掺杂氧化锡、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米铝粉、纳米镍粉、纳米银粉的一种或多种，脂肪酸为硬脂酸、十二酸或癸酸-月桂酸二元低共熔酸；

（1）将纳米金属粒子分散液和乙醇混合均匀并置于温度为45~55℃、搅拌条件下反应20~30min，再加入硅酸乙酯和氨水并在温度为45~55℃、搅拌条件下反应80~100min，静置冷却至室温，过滤干燥得到纳米金属球核壳复合材料；其中纳米金属粒子为纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、纳米锑掺杂氧化锡、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米铝粉、纳米镍粉、纳米银粉的一种或多种，纳米金属粒子的平均粒径为20~30nm；纳米金属粒子分散液中的分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、BYK高分子分散剂、油酸、聚甘油酯或HitenolBC-10；纳米金属粒子分散液中纳米金属粒子与分散剂的质量比为1:1.5~2.5，纳米金属粒子分散液和乙醇的体积比为1:10~15，硅酸乙酯与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1~1.25，氨水与纳米金属粒子分散液的体积比为1:1.2~1.6；

2.根据权利要求1所述太阳能集热蓄热一体化装置，其特征在于：集热蓄热体底壁和侧壁外包覆设置有保温层（10），保温层（10）为发泡橡塑或发泡聚氨酯。

3.根据权利要求1所述太阳能集热蓄热一体化装置，其特征在于：太阳能吸收性涂层（3）为涂覆涂层、电镀涂层或电化学表面转化涂层。

4.根据权利要求1所述太阳能集热蓄热一体化装置，其特征在于：空气层（2）的厚度为2.5~4cm。

5.根据权利要求1所述太阳能集热蓄热一体化装置，其特征在于：蓄热体内部热分隔板（6）为金属平板或金属波纹板。