本發(fā)明屬于集熱器，具體涉及集熱/蓄熱一體化太陽(yáng)能相變空氣集熱器及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)及對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，太陽(yáng)能作為一種清潔、可再生的能源，越來(lái)越受到重視。太陽(yáng)能集熱技術(shù)，尤其是太陽(yáng)能空氣集熱器，已成為應(yīng)用廣泛的能源采集和利用技術(shù)之一。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能空氣集熱器一般依靠集熱板將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為熱能，再通過(guò)空氣流動(dòng)帶走熱量進(jìn)行儲(chǔ)存或直接供熱。然而，這類(lèi)集熱器存在一些固有的缺陷，主要體現(xiàn)在集熱效率和儲(chǔ)熱能力方面。

2、首先，傳統(tǒng)太陽(yáng)能空氣集熱器中的集熱板與儲(chǔ)熱裝置之間存在界面熱阻，即熱量從集熱板傳遞到儲(chǔ)熱裝置的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)熱損失，影響了熱能的有效利用。這種熱阻不僅降低了系統(tǒng)的整體效率，還可能導(dǎo)致能量在儲(chǔ)存階段的浪費(fèi)。

3、其次，傳統(tǒng)集熱器依賴(lài)于集熱板進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換，這使得系統(tǒng)只能在白天工作，并且集熱器無(wú)法有效地儲(chǔ)存熱能，導(dǎo)致太陽(yáng)能的利用具有較強(qiáng)的時(shí)間局限性。尤其是在陰天或夜間，傳統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器難以持續(xù)供熱，無(wú)法滿足全天候的供熱需求。

4、為了提高太陽(yáng)能集熱器的熱利用效率并延長(zhǎng)其供熱時(shí)間，相變儲(chǔ)能技術(shù)逐漸受到關(guān)注。相變材料具有在相變過(guò)程中吸收或釋放大量潛熱的特性，這使其成為理想的太陽(yáng)能集熱與儲(chǔ)熱一體化解決方案。相變材料能夠在白天吸收太陽(yáng)能并儲(chǔ)存為熱能，在夜間或陰天時(shí)釋放熱量，平穩(wěn)地提供持續(xù)的熱源。由于相變材料的儲(chǔ)能密度較大且在相變過(guò)程中幾乎等溫變化，能夠有效地減少熱量損失，從而提高系統(tǒng)的集熱與蓄熱效率。

5、然而，現(xiàn)有的太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)多仍依賴(lài)傳統(tǒng)的集熱板和儲(chǔ)熱裝置，這種系統(tǒng)存在集熱與蓄熱分離的問(wèn)題，導(dǎo)致整體效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了集熱/蓄熱一體化太陽(yáng)能相變空氣集熱器及其使用方法，旨在通過(guò)將光熱轉(zhuǎn)換相變材料直接用于集熱和儲(chǔ)熱，從而有效消除了傳統(tǒng)系統(tǒng)中的熱損失，解決了集熱與儲(chǔ)熱分離的問(wèn)題，并提高了太陽(yáng)能的集熱效率和蓄熱能力。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、集熱/蓄熱一體化太陽(yáng)能相變空氣集熱器，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有集熱腔，所述集熱腔內(nèi)設(shè)置有光熱轉(zhuǎn)換相變材料，所述殼體上與光熱轉(zhuǎn)換相變材料位置對(duì)應(yīng)處設(shè)置有雙層玻璃蓋板，且所述雙層玻璃蓋板位于光熱轉(zhuǎn)換相變材料的上方，所述光熱轉(zhuǎn)換相變材料與雙層玻璃蓋板之間的間隙形成空氣流道，所述殼體上設(shè)置有與空氣流道連通的空氣進(jìn)口和空氣出口；

4、所述光熱轉(zhuǎn)換相變材料包括相變材料、定形材料和光熱轉(zhuǎn)換材料；

5、所述殼體上與雙層玻璃蓋板位置對(duì)應(yīng)處可移動(dòng)設(shè)置有保溫蓋板，所述保溫蓋板位于雙層玻璃蓋板的上方。

6、采用該技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述光熱轉(zhuǎn)換相變材料替代了集熱部件和儲(chǔ)熱部件，實(shí)現(xiàn)了集、儲(chǔ)熱一體化，減少了換熱環(huán)節(jié)，解決了界面熱阻的問(wèn)題，提高了整體效率。光熱轉(zhuǎn)換相變材料為固固相變并提高了其導(dǎo)熱系數(shù)，解決了相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)低且易泄露的問(wèn)題。

7、作為優(yōu)選，所述相變材料包括烴類(lèi)相變材料、脂肪酸類(lèi)相變材料、酯類(lèi)相變材料和醇類(lèi)相變材料中的一種或多種；

8、定形材料定形材料包括聚合物材料和/或多孔材料；

9、光熱轉(zhuǎn)換材料包括金屬納米顆粒、碳基材料、半導(dǎo)體材料以及有機(jī)材料一種或多種。

10、采用該技術(shù)方案后，當(dāng)相變材料吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能時(shí)，溫度上升到一定程度，材料開(kāi)始發(fā)生相變(通常是從固態(tài)到液態(tài))，在這一過(guò)程中，材料能夠大量吸收和儲(chǔ)存熱量，從而有效地延長(zhǎng)儲(chǔ)熱時(shí)間。在相變過(guò)程中，相變材料會(huì)以潛熱方式儲(chǔ)存熱能，這樣可以避免溫度過(guò)高，起到減少儲(chǔ)熱損失和穩(wěn)定溫度的作用。定形材料作用是為復(fù)合材料提供結(jié)構(gòu)支撐和保持形態(tài)穩(wěn)定。由于相變材料在經(jīng)歷相變過(guò)程時(shí)可能會(huì)發(fā)生體積變化(通常是從固態(tài)到液態(tài))，定形材料幫助固定形狀并防止相變材料因熱膨脹或收縮而發(fā)生形態(tài)變化(固液變化轉(zhuǎn)為固固變化)，確保材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。定形材料通常具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，能夠支撐整個(gè)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。光熱轉(zhuǎn)換材料具有良好的吸光性能，能夠高效地吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)換為熱量，從而加熱相變材料，使相變材料在太陽(yáng)輻射下更快地開(kāi)始相變過(guò)程。

11、作為優(yōu)選，相變材料、定形材料和光熱轉(zhuǎn)換材料的質(zhì)量比為85:15:2～6。

12、進(jìn)一步地，光熱轉(zhuǎn)換相變材料為石蠟/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)/膨脹石墨(eg)復(fù)合相變材料，且相變材料、定形材料和光熱轉(zhuǎn)換材料的質(zhì)量比為85:15:4。

13、采用該技術(shù)方案后，石蠟是有機(jī)物，根據(jù)相似相容原理，聚合物材料與石蠟具有良好的相容性，可以與石蠟形成穩(wěn)定的復(fù)合體系。而在聚合物材料中，根據(jù)以往研究，sebs的效果更加優(yōu)異。sebs的分子量要求：高分子量的sebs與石蠟的相容性、定形效果和熱穩(wěn)定性更好。本文所選擇的分子量為200000g/mol。

14、選擇eg的原因：1.eg的導(dǎo)熱性能和光熱轉(zhuǎn)換性能優(yōu)異。2.相比與碳納米管等材料，eg的價(jià)格低廉，更適用于集熱器等大規(guī)模應(yīng)用中。

15、作為優(yōu)選，雙層玻璃蓋板由兩塊超白高透光鋼化玻璃組成，且兩塊超白高透光鋼化玻璃之間設(shè)置有干燥空氣層。

16、作為優(yōu)選，超白高透光鋼化玻璃的厚度3～8mm，干燥空氣層的厚度為6～24mm。

17、進(jìn)一步地，超白高透光鋼化玻璃的厚度5mm，干燥空氣層的厚度為20mm。

18、作為優(yōu)選，所述殼體內(nèi)設(shè)置有保溫層，所述保溫層內(nèi)設(shè)置有放置槽，所述放置槽內(nèi)設(shè)置有內(nèi)膽，所述內(nèi)膽與雙層玻璃蓋板相對(duì)處設(shè)置有開(kāi)口，光熱轉(zhuǎn)換相變材料設(shè)置于所述內(nèi)膽內(nèi)。

19、集熱/蓄熱一體化太陽(yáng)能相變空氣集熱器及其使用方法的使用方法，包括以下兩種工作模式：

20、先蓄熱后放熱模式：白天空氣進(jìn)口和空氣出口關(guān)閉，保溫蓋板打開(kāi)，太陽(yáng)輻射到達(dá)光熱轉(zhuǎn)換相變材料上，光熱轉(zhuǎn)換相變材料將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能通過(guò)導(dǎo)熱傳導(dǎo)到光熱轉(zhuǎn)換相變材料內(nèi)部并儲(chǔ)存；當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不足或完成蓄熱，保溫蓋板關(guān)閉；當(dāng)夜間需要供暖時(shí)，空氣進(jìn)口和空氣出口打開(kāi)，空氣流經(jīng)空氣流道并在空氣流道內(nèi)吸收光熱轉(zhuǎn)換相變材料的熱量，空氣吸熱溫度升高從空氣出口排出到建筑內(nèi)為建筑供暖；

21、邊蓄熱邊放熱模式：白天空氣進(jìn)口和空氣出口打開(kāi)，保溫蓋板打開(kāi)，太陽(yáng)輻射到達(dá)光熱轉(zhuǎn)換相變材料上，光熱轉(zhuǎn)換相變材料將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，部分熱量通過(guò)空氣流動(dòng)帶走并直接用于供暖，其余部分的熱量被通過(guò)導(dǎo)熱傳導(dǎo)到光熱轉(zhuǎn)換相變材料內(nèi)部并儲(chǔ)存；當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度波動(dòng)時(shí)，光熱轉(zhuǎn)換相變材料內(nèi)部?jī)?chǔ)存的熱能釋放緩解出口溫度的波動(dòng)，當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不足，保溫蓋板關(guān)閉，進(jìn)行保溫減少熱量損失。

22、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述光熱轉(zhuǎn)換相變材料替代了集熱部件和儲(chǔ)熱部件，實(shí)現(xiàn)了集、儲(chǔ)熱一體化，減少了換熱環(huán)節(jié)，解決了界面熱阻的問(wèn)題，提高了整體效率。光熱轉(zhuǎn)換相變材料為固固相變并提高了其導(dǎo)熱系數(shù)，解決了相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)低且易泄露的問(wèn)題。