[发明专利]一种磁场调控太阳能集热装置

说明书

本发明公开了一种磁场调控太阳能集热装置，包括真空集热管，所述真空集热管侧面设有柱形电磁铁，所述真空集热管的圆截面连接有环形电磁铁，所述柱形电磁铁和环形电磁铁连接有电源并通过控制器控制工作，所述真空集热管内添加有复合磁性颗粒的集热工质。本发明能够通过磁性纳米流体有效提高光热吸收传热效率。同时利用外加磁场在外部的调控实现纳米颗粒跟随着不同的磁场沿不同方向发生不一样的聚集，可以实现点阵式吸收和沿着热通道快速传热。

技术领域

本发明属于太阳能热利用领域，具体涉及一种磁场调控优化集热效率的太阳能集热装置。

背景技术

能源是社会发展的物质基础，而可再生能源才更符合可持续发展的战略需求。在所有可再生能源中，太阳能是最为丰富的一种，而且太阳能分布广泛，利用前景广阔，是21世纪最重要的能源之一。太阳能热利用是太阳能利用的最基本方式之一。如何提高集热器的集热效率式太阳能热利用的关键。提高集热效率可以从优化集热器结构以及开发出新型的集热工质两方面入手，传统的平板式和玻璃真空管式集热器都是采用间接集热方式，太阳辐射在通过选择性涂层吸收并转化为热量后，还必须通过涂层涂覆的金属板或玻璃壁的导热才能传递至工作介质，这种间接的吸收过程大大影响了集热器效率的提高。1975年Minardi提出一种直接吸收式太阳能集热器，集热器中的工作流体黑液(3。0g/ L 的印度墨水)直接吸收太阳能，无需使用吸收涂层，制造简单、成本较低，不存在选择性吸收涂层的锻膜工艺及长期使用下涂层氧化、脱落等问题，有利于减少热损失，提高热效率。目前用于直接吸收式太阳能集热系统的集热介质主要有黑色液体、气—固或液—固悬浮体系等混合物。集热介质是直接吸收式太阳能集热系统的关键，集热介质对太阳辐射吸收性能的好坏决定了整个集热系统的优劣。上述三种集热介质虽然在提高集热器效率方面有较好的效果，但均存在较多的不足，且导热性能不高，目前应用受到了一定的限制。

纳米材料技术的不断发展，为太阳能集热材料的优化提供了强有力的支持，由于纳米颗粒的量子效应、小尺寸效应、大比表面积效应以及界面原子排列和键组态的无规则特性使得纳米微粒的光学特性有了较大的变化，具有特殊的光吸收性质。考虑到纳米颗粒优异的光吸收性能和纳米流体(将1~100nm的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液)良好的热输运性能，已有很多研究者提出将纳米流体用作直接吸收式太阳集热器的循环工质，利用纳米流体直接吸收太阳辐射能，以达到提高集热器热效率的目的。虽然纳米流体直接吸收太阳能集热器能够有效提高对太阳能光热的吸收，而且还可以通过改变纳米颗粒的种类、尺寸、形状等提高对太阳能光热的吸收效率，但是自然界很难找到一种和太阳能可见光波段完全匹配且高吸收的物质。

当纳米流体中的纳米粒子是具有磁性的铁、钴、镍或其氧化物等磁性粒子时，纳米流体就成为了磁性纳米流体。磁性纳米流体是一类比较特殊的纳米流体，具有磁性和流动性的特点。当外加磁场作用时，粒子的分布会发生变化，使得磁性纳米流体的光学性质会发生变化。磁场对于磁性纳米流体的光热特性及辐射特性具有积极影响，在外加不同磁场作用下，可以影响磁性纳米流体的光学透射率,从而影响磁性纳米流体的光吸收性能,另外磁场可以强化磁性纳米流体的对流传热特性。纳米流体直接吸收太阳能集热器利用透明容器内的纳米流体集热介质直接吸收太阳辐射，集热介质既是吸热材料，也是传热和载热材料。

温度对纳米流体导热系数也有一定的影响，随着温度的升高，纳米流体导热系数增大的主要原因有两个，一是纳米流体中水分子的热运动强度增加;第二个更重要的原因是由于纳米流体温度的提高，使得纳米粒子的微运动更加剧烈，粒子相互之间以及粒子与液体分子之间碰撞的频率增加，使得能量传递的速率加快，进而提高了纳米流体导热系数。在较高温度时，整个悬浮液体系热运动慢慢达到热平衡，导热系数的增加也就逐渐变的缓慢。当有外加磁场作用时，磁流体中的纳米颗粒可以被控制、定位、定向和移动，也起到强化传热作用，在有外加磁场时，纳米磁流体在磁场的作用下沿磁力线分布，使得颗粒小范围聚集呈点阵式吸收，同时，在沿着磁场形成快速传递能量的热通道，从而提高的集热和传热效率。