相变储能型太阳能干燥器及其相变储能层制备方法与流程

本发明属于太阳能技术领域，具体为相变储能型太阳能干燥器及其相变储能层制备方法。

背景技术

现有太阳能干燥设备的主要包括太阳能集热器型、太阳能温室型、太阳能温室-集热器型干燥器，其主要原理是利用太阳能温室或太阳能集热器加热空气，对物料进行干燥。现有太阳能干燥设备的优点在于节能环保，利用了太阳能这一可再生能源。现有太阳能干燥设备的缺点在于空气与吸热板间换热系数低，集热器热损失较大，另外大部分平板式太阳能集热器不能实现夜间连续干燥，特别是在阴雨天气太阳能不足的情况下，设备干燥问题无法解决，设备加热空气直接排空，没有考虑热回收问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种换热效率高的相变储能型太阳能干燥器，本发明的另一目的是提供一种相变储能层制备方法。

技术方案：本发明所述的一种相变储能型太阳能干燥器，包括干燥室、出风管、风机、支架和吸热储能装置，吸热储能装置通过出风管与干燥室相连，吸热储能装置包括外壳、玻璃盖板、吸热板、保温层、肋片和相变储能层，外壳与玻璃盖板围合成一个封闭空间，外壳内侧有保温层，保温层与吸热板之间有相变储能层，在有阳光时能吸热储能，夜晚或阴雨天气时能放热加热空气，克服了太阳能间歇性的缺点，吸热板上设置肋片。

肋片采用v型阵列排列方式，对空气的流动边界层产生扰流作用，进一步强化了吸热板的辐射换热以及与空气的对流换热。吸热板纵向每隔100mm-150mm横向设置肋片，强化相变层与吸热板间传热性能。肋片由泡沫金属材料制成。泡沫金属材料为泡沫铝或泡沫铜。相变储能层由石蜡-膨胀石墨复合相变材料制成，石蜡的质量分数为80％-90％。肋片底部通过高温熔制方法与吸热板表面结合为一体，将泡沫金属肋片底部加热至660℃以上，与熔化的金属粉末结合，再放于常温冷却。吸热板上覆盖有0.2mm-0.3mm的太阳能选择性吸收涂层。太阳能选择性吸收涂层为黑铬电镀涂层、黑镍电镀涂层或磁控溅射真空镀膜。

本发明所述的复合相变储能层制备方法，包括以下步骤：a、将10-20wt％的可膨胀石墨粉用容器装在鼓风干燥箱中，在100-120℃下干燥18-24h以去除水分，再置于功率为800w-1000w的微波炉中膨胀12-20s，即得膨胀石墨；b、将80-90wt％的石蜡放入60-70℃的水浴环境中，加热至完全熔化，将膨胀石墨搅拌加热1-1.5h，即得石蜡-膨胀石墨复合相变材料；c、将石蜡-膨胀石墨复合相变材料倒入模具中刮平压实，得到相变储能层。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：本发明在吸热板上增加了v型阵列排列的泡沫金属矩形肋片，对空气的流动边界层产生扰流作用，且泡沫金属多孔结构使得空气能通过肋片层，减小了因肋片扰流产生的空气阻力损失，强化了吸热板吸收太阳能热以及与空气的对流换热；本发明在吸热板下铺有石蜡-膨胀石墨复合相变材料，相比与传统储能材料，石蜡-膨胀石墨复合相变材料传热性能好，定形效果好，储能时间短，在有阳光时能吸热储能，夜晚或阴雨天气时能放热加热空气，克服了太阳能间歇性的缺点；本发明采用的温室型干燥室三面透光，可以吸收太阳辐射能，增加了干燥室内的干燥温度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的吸热储能装置5的结构示意图。

图3是本发明的吸热板8的结构示意图。

图4是本发明的相变储能层11的结构示意图。

具体实施方式

如图1，支架4上倾斜固定吸热储能装置5，吸热储能装置5通过出风管2与干燥室1相连，吸热储能装置5的底部设置风机3，风机3优选为直流风机3，直流风机3将吸热储能装置5内的气体吹向干燥室1，干燥室1内有出风口，干燥室1底部有固定支架4。

如图2，吸热储能装置5包括外壳6、玻璃盖板7、吸热板8、保温层9、肋片10和相变储能层11，外壳6与玻璃盖板7围合成一个封闭空间，外壳6长1000-2000mm，宽400-1000mm，高度为50-80mm，外壳6内侧有保温层9，保温层9与吸热板8之间有相变储能层11，在有阳光时能吸热储能，夜晚或阴雨天气时能放热加热空气，克服了太阳能间歇性的缺点，吸热板8纵向每隔100mm-150mm横向设置肋片10，肋片10长度和宽度依据集热器实际大小设置，厚度为1-3mm，强化相变层与吸热板8间传热性能。肋片10底部通过高温熔制方法与吸热板8表面结合为一体，将泡沫金属肋片10底部加热至660℃以上，与熔化的金属粉末结合，再放于常温冷却。吸热板8选用金属铝，其厚度为1mm，长宽与吸热储能装置5一致。玻璃盖板7优选为双层玻璃盖板7，使用的是低铁布纹钢化玻璃，其厚度为2-5mm，长宽与吸热储能装置5一致。玻璃干燥温室采用四面(顶面、正面、两侧面)透光设计，环境空气由下向上穿过干燥室1。

如图3，吸热板8上的肋片10采用v型阵列排列方式，一方面增加肋片10扰流作用，强化传热，其空气对流换热的nu数提高约3.9倍，集热器传热系数提高3.1倍；另一方面由于泡沫金属的多孔结构能让空气顺利通过，可减少因肋片10扰流而产生的阻力损失，相比于普通金属肋片10，空气阻力损失减少20％以上。表1是空气流量在80m³/h时不同结构的吸热储能装置5空气传热性能参数，由表1可见，空气对流换热的nu数提高约3.9倍，其阻力系数减少21.2％，泡沫金属肋片10强化了吸热储能装置5对空气的传热效果。

表1空气流量在80m³/h时不同结构的吸热储能装置空气传热性能参数

吸热板8上覆盖有0.2mm-0.3mm的太阳能选择性吸收涂层。太阳能选择性吸收涂层为黑铬电镀涂层、黑镍电镀涂层或磁控溅射真空镀膜，其太阳能吸收率为0.93-0.97。矩形的肋片10由泡沫金属材料制成，泡沫金属材料为泡沫铝或泡沫铜，可采用孔隙剂造孔、气相沉积、电化学沉积等方法进行制备，其孔隙直径d为100μm-1mm。多孔的泡沫金属材料表面采用化学氧化法进行改性处理，具体选用氢氧化钠和过硫酸钾的混合溶液对泡沫金属进行浸泡，从而提高其换热性能。

如图4，相变储能层11由石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料制成，石蜡12的质量分数为80％-90％。传统石蜡12相变材料的热导率为0.276w/mk，而石蜡12质量分数为80％的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料热导率达到9.795w/mk，相比与纯石蜡12提高了34.5倍。同样大小的实验材料模块中心温度从25℃升高到71℃并达到与系统温度平衡时，石蜡12需要5600s而石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料只需要1700s，储能所需时间可减少69.7％以上，且其定形效果好，可克服储能过程中液态石蜡12泄露的问题。

实施例一

复合相变材料的制备方法是：按照化学计量比将20wt％的可膨胀石墨13粉用容器装置于鼓风干燥箱中，在100℃下干燥18h去除其中的水分，取干燥好的可膨胀石墨13粉于容器中，置于功率为800w的微波炉中膨胀12s左右即得膨胀石墨13。根据要配置的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的质量比例，将80wt％石蜡12放入60℃的水浴环境中，加热至完全熔化，然后把石墨倒入容器中，搅拌加热1h，即制备出石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料。最后将复合材料倒入模具中刮平压实，得到相变材料板块。

实施例二

复合相变材料的制备方法是：按照化学计量比将10wt％的可膨胀石墨13粉用容器装置于鼓风干燥箱中，在120℃下干燥24h去除其中的水分，取干燥好的可膨胀石墨13粉于容器中，置于功率为1000w的微波炉中膨胀20s左右即得膨胀石墨13。根据要配置的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的质量比例，将90wt％的石蜡12放入70℃的水浴环境中，加热至完全熔化，然后把石墨倒入容器中，搅拌加热1.5h，即制备出石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料。最后将复合材料倒入模具中刮平压实，得到相变材料板块。

实施例三

复合相变材料的制备方法是：按照化学计量比将15wt％的可膨胀石墨13粉用容器装置于鼓风干燥箱中，在110℃下干燥20h去除其中的水分，取干燥好的可膨胀石墨13粉于容器中，置于功率为900w的微波炉中膨胀15s左右即得膨胀石墨13。根据要配置的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的质量比例，将85wt％的石蜡12放入65℃的水浴环境中，加热至完全熔化，然后把石墨倒入容器中，搅拌加热1.2h，即制备出石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料。最后将复合材料倒入模具中刮平压实，得到相变材料板块。

实施例四

复合相变材料的制备方法是：按照化学计量比将18wt％的可膨胀石墨13粉用容器装置于鼓风干燥箱中，在105℃下干燥19h去除其中的水分，取干燥好的可膨胀石墨13粉于容器中，置于功率为850w的微波炉中膨胀13s左右即得膨胀石墨13。根据要配置的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的质量比例，将82wt％的石蜡12放入62℃的水浴环境中，加热至完全熔化，然后把石墨倒入容器中，搅拌加热1.5h，即制备出石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料。最后将复合材料倒入模具中刮平压实，得到相变材料板块。

实施例五

复合相变材料的制备方法是：按照化学计量比将12wt％的可膨胀石墨13粉用容器装置于鼓风干燥箱中，在118℃下干燥22h去除其中的水分，取干燥好的可膨胀石墨13粉于容器中，置于功率为950w的微波炉中膨胀18s左右即得膨胀石墨13。根据要配置的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的质量比例，将88wt％的石蜡12放入68℃的水浴环境中，加热至完全熔化，然后把石墨倒入容器中，搅拌加热1h，即制备出石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料。最后将复合材料倒入模具中刮平压实，得到相变材料板块。

实施例六

复合相变材料的制备方法是：按照化学计量比将10wt％的可膨胀石墨13粉用容器装置于鼓风干燥箱中，在100℃下干燥18h去除其中的水分，取干燥好的可膨胀石墨13粉于容器中，置于功率为800w的微波炉中膨胀12s左右即得膨胀石墨13。根据要配置的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的质量比例，将90wt％的石蜡12放入60℃的水浴环境中，加热至完全熔化，然后把石墨倒入容器中，搅拌加热1h，即制备出石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料。最后将复合材料倒入模具中刮平压实，得到相变材料板块。

表2材料导热率测试结果

对实施例一和实施例六制得的复合相变材料进行导热率性能测试，其结果如表2：80wt％和90wt％的石蜡12-膨胀石墨13复合相变材料的导热率相比于纯石蜡12，提高了22.3-35.4倍，储能时间减少48.0％-69.7％，放热时间减少65.3％-80.2％。储能层横向设置金属矩形肋片10，在有阳光时能吸热储能，夜晚或阴雨天气时能放热加热空气，克服了太阳能间歇性的缺点。