[發(fā)明專利]一種磁場(chǎng)調(diào)控太陽(yáng)能集熱裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110949974.4
• 申請(qǐng)日: 2021-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN113587454A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周曉鋒;裴昀;高志偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): F24S10/40
• 分類號(hào): F24S10/40;F24S10/70;F24S70/10;F24S80/00
• 代理公司: 南京擎天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32465
• 代理人: 涂春春

本發(fā)明公開了一種磁場(chǎng)調(diào)控太陽(yáng)能集熱裝置，包括真空集熱管，所述真空集熱管側(cè)面設(shè)有柱形電磁鐵，所述真空集熱管的圓截面連接有環(huán)形電磁鐵，所述柱形電磁鐵和環(huán)形電磁鐵連接有電源并通過控制器控制工作，所述真空集熱管內(nèi)添加有復(fù)合磁性顆粒的集熱工質(zhì)。本發(fā)明能夠通過磁性納米流體有效提高光熱吸收傳熱效率。同時(shí)利用外加磁場(chǎng)在外部的調(diào)控實(shí)現(xiàn)納米顆粒跟隨著不同的磁場(chǎng)沿不同方向發(fā)生不一樣的聚集，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣式吸收和沿著熱通道快速傳熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，具體涉及一種磁場(chǎng)調(diào)控優(yōu)化集熱效率的太陽(yáng)能集熱裝置。

背景技術(shù)

能源是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，而可再生能源才更符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。在所有可再生能源中，太陽(yáng)能是最為豐富的一種，而且太陽(yáng)能分布廣泛，利用前景廣闊，是21世紀(jì)最重要的能源之一。太陽(yáng)能熱利用是太陽(yáng)能利用的最基本方式之一。如何提高集熱器的集熱效率式太陽(yáng)能熱利用的關(guān)鍵。提高集熱效率可以從優(yōu)化集熱器結(jié)構(gòu)以及開發(fā)出新型的集熱工質(zhì)兩方面入手，傳統(tǒng)的平板式和玻璃真空管式集熱器都是采用間接集熱方式，太陽(yáng)輻射在通過選擇性涂層吸收并轉(zhuǎn)化為熱量后，還必須通過涂層涂覆的金屬板或玻璃壁的導(dǎo)熱才能傳遞至工作介質(zhì)，這種間接的吸收過程大大影響了集熱器效率的提高。1975年Minardi提出一種直接吸收式太陽(yáng)能集熱器，集熱器中的工作流體黑液(3。0g/ L 的印度墨水)直接吸收太陽(yáng)能，無(wú)需使用吸收涂層，制造簡(jiǎn)單、成本較低，不存在選擇性吸收涂層的鍛膜工藝及長(zhǎng)期使用下涂層氧化、脫落等問題，有利于減少熱損失，提高熱效率。目前用于直接吸收式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱介質(zhì)主要有黑色液體、氣—固或液—固懸浮體系等混合物。集熱介質(zhì)是直接吸收式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的關(guān)鍵，集熱介質(zhì)對(duì)太陽(yáng)輻射吸收性能的好壞決定了整個(gè)集熱系統(tǒng)的優(yōu)劣。上述三種集熱介質(zhì)雖然在提高集熱器效率方面有較好的效果，但均存在較多的不足，且導(dǎo)熱性能不高，目前應(yīng)用受到了一定的限制。

納米材料技術(shù)的不斷發(fā)展，為太陽(yáng)能集熱材料的優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的支持，由于納米顆粒的量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、大比表面積效應(yīng)以及界面原子排列和鍵組態(tài)的無(wú)規(guī)則特性使得納米微粒的光學(xué)特性有了較大的變化，具有特殊的光吸收性質(zhì)。考慮到納米顆粒優(yōu)異的光吸收性能和納米流體(將1~100nm的金屬或者非金屬粒子懸浮在基液中形成的穩(wěn)定懸浮液)良好的熱輸運(yùn)性能，已有很多研究者提出將納米流體用作直接吸收式太陽(yáng)集熱器的循環(huán)工質(zhì)，利用納米流體直接吸收太陽(yáng)輻射能，以達(dá)到提高集熱器熱效率的目的。雖然納米流體直接吸收太陽(yáng)能集熱器能夠有效提高對(duì)太陽(yáng)能光熱的吸收，而且還可以通過改變納米顆粒的種類、尺寸、形狀等提高對(duì)太陽(yáng)能光熱的吸收效率，但是自然界很難找到一種和太陽(yáng)能可見光波段完全匹配且高吸收的物質(zhì)。

當(dāng)納米流體中的納米粒子是具有磁性的鐵、鈷、鎳或其氧化物等磁性粒子時(shí)，納米流體就成為了磁性納米流體。磁性納米流體是一類比較特殊的納米流體，具有磁性和流動(dòng)性的特點(diǎn)。當(dāng)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，粒子的分布會(huì)發(fā)生變化，使得磁性納米流體的光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。磁場(chǎng)對(duì)于磁性納米流體的光熱特性及輻射特性具有積極影響，在外加不同磁場(chǎng)作用下，可以影響磁性納米流體的光學(xué)透射率,從而影響磁性納米流體的光吸收性能,另外磁場(chǎng)可以強(qiáng)化磁性納米流體的對(duì)流傳熱特性。納米流體直接吸收太陽(yáng)能集熱器利用透明容器內(nèi)的納米流體集熱介質(zhì)直接吸收太陽(yáng)輻射，集熱介質(zhì)既是吸熱材料，也是傳熱和載熱材料。

溫度對(duì)納米流體導(dǎo)熱系數(shù)也有一定的影響，隨著溫度的升高，納米流體導(dǎo)熱系數(shù)增大的主要原因有兩個(gè)，一是納米流體中水分子的熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加;第二個(gè)更重要的原因是由于納米流體溫度的提高，使得納米粒子的微運(yùn)動(dòng)更加劇烈，粒子相互之間以及粒子與液體分子之間碰撞的頻率增加，使得能量傳遞的速率加快，進(jìn)而提高了納米流體導(dǎo)熱系數(shù)。在較高溫度時(shí)，整個(gè)懸浮液體系熱運(yùn)動(dòng)慢慢達(dá)到熱平衡，導(dǎo)熱系數(shù)的增加也就逐漸變的緩慢。當(dāng)有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，磁流體中的納米顆粒可以被控制、定位、定向和移動(dòng)，也起到強(qiáng)化傳熱作用，在有外加磁場(chǎng)時(shí)，納米磁流體在磁場(chǎng)的作用下沿磁力線分布，使得顆粒小范圍聚集呈點(diǎn)陣式吸收，同時(shí)，在沿著磁場(chǎng)形成快速傳遞能量的熱通道，從而提高的集熱和傳熱效率。