[实用新型]一种相变蓄热抗冻型太阳能集热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能热水器技术领域，尤其涉及一种相变蓄热抗冻型太阳能集热器。

背景技术

太阳能热水器可以利用太阳光将光能转化为水的热能，为生产和生活提供热水。太阳能热水器清洁安全，加工制造成本低廉，便于与建筑一体化结合，目前已被广泛使用。然而对于在寒冷地区使用的太阳能热水器尤其是平板集热器，冬季一天运行过后，到了夜晚往往会出现冻结现象，对集热器造成严重破坏。关于太阳能集热器的防冻问题，目前较常用的措施包括防冻液二次循环、夜间防冻排空和夜间再循环加热等，相关研究和专利较多。但大部分研究和专利都限制于使用较为复杂的辅助保障系统实现抗冻，针对如何提高集热器自身的抗冻能力的研究较少。相关的专利有：实用新型专利：“防冻平板太阳能集热器”(专利申请号为201210090849.3)、实用新型专利：“抗冻太阳能平板集热器及其设计方法”(专利申请号为201410496263.6)。第二种专利于与实用新型比较接近，这项专利也是在吸热板和保温层之间加装相变蓄热材料并使相变材料与蓄热板紧密结合，利用潜热释放达到抗冻效果。然而从集热器抗冻的具体实现方式上来看，此专利存在以下几点缺陷：1，相变板是一块整板同时内部含有挡板，使得相变板加工制造困难，而且相变材料在发生相变使通常伴随比体积的变化，使用整板加挡板容易使相变材料发生泄漏；2，未对相变材料的类型予以确定，由于工程上使用的大部分相变蓄热材料都带有较严重的过冷现象，而且防冻的相变板的相变温度仅仅只能略高于水的冰点，使得相变材料有可能在集热器已经出现冻结后才释放潜热，无法起到抗冻保护作用；3，相变蓄热材料与吸热板紧密结合而没有采取增加导热的措施，使得相变材料释放潜热时与吸热板温差可能较大，增大集热器发生冻结的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种相变蓄热抗冻型太阳能集热器。所述集热器能够有效克服现有的相变材料在相变过程中体积变化大、相变温度低、相变蓄热材料与吸热板之间无导热措施的技术缺陷，从而使得本实用新型的集热器安全可靠，易于制造加工，具有非常好的抗冻性能，可广泛用于寒冷地区。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种相变蓄热抗冻型太阳能集热器，包括外壳、板芯流道管、保温层、吸热板和透明盖板，所述保温层装设在外壳的腔体内，其特征在于：还包括PCM相变蓄热板阵列和相变板阵列框架，所述PCM相变蓄热板阵列嵌入所述相变板阵列框架内并固定成一块整板，位于保温层和吸热板之间，并使用导热胶与板芯流道管粘接，所述吸热板与板芯流道管焊接实现导热传热，所述透明盖板装设在外壳开口处并将板芯流道管、保温层、PCM相变蓄热板阵列、相变板阵列框架、吸热板封闭在外壳的腔体内。

作为本实用新型改进的技术方案，所述PCM相变蓄热板阵列由多块独立封装的PCM相变蓄热板构成。

作为本实用新型改进的技术方案，所述PCM相变蓄热板采用铝盒结构封装相变蓄热复合材料制成，铝盒为长方体箱体结构，铝盒壁厚为0.3～1mm，所述相变蓄热复合材料的相变温度为20℃～30℃。

作为本实用新型改进的技术方案，所述相变蓄热复合材料主要由纳米二维材料2～5％wt、纳米银0.5～1.5％wt、纳米羟基铁氧体0.1～1％wt、表面活性剂0～1％wt、硅烷偶联剂0～1％wt、无机盐1～4％wt、瓜尔胶2～3.5％wt、聚乙烯醇6～15％wt、水余量构成。

进一步地，所述相变蓄热复合材料主要由纳米二维材料3.2～4.2％wt、纳米银0.6～1％wt、纳米羟基铁氧体0.3～0.8％wt、表面活性剂0～0.6％wt、硅烷偶联剂0.2～0.8％wt、无机盐2～3.5％wt、瓜尔胶2.5～3％wt、聚乙烯醇8～12％wt、水余量构成。

优选地，所述相变蓄热复合材料主要由纳米二维材料3.8％wt、纳米银0.8％wt、纳米羟基铁氧体0.5％wt、表面活性剂0.2％wt、硅烷偶联剂0.5％wt、无机盐2.8％wt、瓜尔胶2.8％wt、聚乙烯醇10％wt、水余量构成。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述纳米二维材料包括厚度为1～10nm的硫化钼二维材料、硒化钨二维材料、黑磷二维材料、硒化铋二维材料中的至少一种。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述纳米银的粒径为2～20nm，所述纳米羟基铁氧体的粒径为2～20nm。