CN110160274A - 一种基于石墨烯材料的中低温储热装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能利用技术领域，具体为一种基于石墨烯材料的中低温储热装置。本发明属，包括箱体和吸热配件，箱体上设置有锁扣装置，箱体内设置有热量储存舱和聚光镜，聚光镜由一组平面反射镜和碟式凹面聚光镜组成，用于收集太阳热能；热量储存舱的外层设置有绝热保温材料，内部是三维石墨烯导热骨架，在骨架孔隙中填充有储热材料微粒；热量储存舱上面设置有透明绝热保温层，保温层上设置有多个直径不等的圆形热量进出口，以绝热阀门密封；透明保温层外围设置有内部温度和压力显示报警器；吸热配件的一端连接热源管壁，另一端连接圆形热量进出口，中间为热量传输通道。本发明采用模块化设计，便于组装，生产效率高，应用前景广阔。

Description

一种基于石墨烯材料的中低温储热装置

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种基于石墨烯材料的中低温储热装置。

背景技术

太阳能被认为是最好的清洁供暖方式之一，使用成本为零，无排放，节能环保。但太阳能很不稳定，晚上和阴雨天无光照，因此储电或者储热技术作为太阳能供暖的必备关联技术，近几年来已经获得了空前的发展，部分储能（电能）技术产品已经具备了产业化规模。而储热技术，虽然近些年没有像储电技术那样快速发展，但国际上关于储热技术的研究一直都在朝着实用化、民用化的方向发展。

一般来说，储热材料基本都是有机相变材料，或者通过掺杂得到的衍生物，以提高储热材料的导热性。也有利用无机材料，如氧化锆微球等高热焓能力的材料进行工业储热应用。近年来，相变微胶囊及其制备技术发展迅速，已有专利公开，根据包覆的壁材不同，可分为有机壁材和无机壁材两种。有机壁材绝大多数有可燃性，在所包覆的相变材料中残留着大量的可挥发有机物，实际应用中存在安全隐患。无机壁材有更好的安全性能，具有相变温度恒定、储能密度大、导热率高等优点。

通过调研发现，已有的储热技术和储热装置，很多都是基于电能转换，为了利用峰谷电力而设计的储热装置，直接利用磁力，水和相变材料等作为储热的介质。比如，有一种双相变电磁蓄热装置通过电磁加热的方式将电能转换为热能，并存储在水或者其他介质中，再通过带有相变介质的热管将热量传导至另一个密封区域，在该区域中填充有相变蓄热材料和多条供热盘管，各个供热盘管在竖直方向上分层布置，在需要通过相变蓄热材料供热时，各个供热盘管从下向上依次工作，从而最大程度地延长该蓄热装置的供热时间，使得该装置能够在每天的峰电时间内持续供热。还有为了调节发电系统稳定的一种辅助加热的固体储热系统，包括依次连接在传热工质输送管上的固体储热装置和辅助加热器以及通过管道连接形成的放热通路；放热通路为：固体储热装置与和原发电系统的冷凝水箱相连接，固体储热装置通过管路连通至辅助加热器；冷凝水箱用于为固体储热装置输送冷凝水，并使导入的冷凝水进行吸热；固体储热装置用于将冷凝水加热得到水蒸汽、并通过管道输送至辅助加热器；采用固体储热装置和辅助加热器的配合使用，使得燃气发电系统能够保持热量稳定输出，从而保证燃气发电系统的发电功率保持稳定；还可以调整固体储热装置的储、放热量，从而调节不同时段的发电功率。另外还有一种相变蓄热电取暖器，包括外壳，所述外壳内部安装有散热模块和风机，还包括相变储能模块。本发明利用相变储能材料储存热量，可以在管道加热器切断电力供应后数小时依然具有供热能力，同时在具有峰谷电价格差异的地区，可以采用晚上加热，白天由相变储能材料所蓄热量供暖的方式来减少供热成本。类似的还有一种相变储热电采暖器，属于电采暖设备的技术领域，包括呈中空结构且两端开口的机柜，所述机柜内由其底端口至顶端口依次布置有平板加热电炉、相变储能器、散热器和对流窗口，机柜的内壁与所述相变储能器之间留有间隙，该间隙、所述底端口和所述顶端口三者组成对流通道；所述散热器位于对流通道内，且对流通道与所述对流窗口之间连通，以达到能够在谷电时段加热储能，在峰电时段放热，能起到移峰填谷充分利用电力资源。

显而易见，上述储热技术和装置都很复杂，且需要大量的管道和配电设施。迄今为止还没有一种储热技术或产品能够充分利用太阳热能，并能够吸收管道余热，简单方便地储热和放热，不仅适用于分布式储热，用于老百姓的日常供暖需求，而且能够将储存的热量用于辅助理疗，缓解中老年人和亚健康人群的风湿关节疼痛等。更进一步的，使用成本低或者接近零成本，无笨重的管路、水箱和电路等，体积小，容易携带。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储热性能好、结构简单、使用方便的基于石墨烯材料的中低温储热装置。

以合理的简单结构来实现吸收管道余热和太阳热能，并同时满足民用辅助供暖和辅助健康理疗，实用便捷、使用成本极低或为零、节能高效和美观安全。

本发明提供的基于石墨烯材料的中低温储热装置，包括箱体和热量吸收配件；所述箱体上设置有锁扣装置，箱体内设置有热量储存舱和聚光镜，聚光镜用于收集太阳热能；热量储存舱的外层设置有绝热保温材料，内部是三维石墨烯导热骨架，在骨架孔隙中填充有储热材料微粒。热量储存舱上面设置有透明绝热保温层，保温层上设置有多个直径不等的圆形热量进出口，以绝热阀门密封；透明绝热保温层外围设置有内部温度和压力显示报警器；所述热量吸收配件是一种软管状连接器，其一端连接热源管壁，另一端连接圆形热量进出口，中间为热量传输通道。

进一步地，所述聚光镜由一组平面反射镜和碟式凹面聚光镜组成，平面镜和碟式凹面聚光镜分别通过可折叠支架固定在装置上盖的内表面上；一组平面反射镜镜面对着太阳光，碟式凹面聚光镜镜面对热量储存舱；平面反射镜将太阳光线反射至碟式凹面聚光镜；当旋转平面镜和凹面聚光镜至合适位置时，聚光镜即可实现太阳热能的收集。图5给出了太阳光反射聚焦的示意光路图。

进一步地，所述聚光镜设置有自动跟踪装置，即根据光线的偏转自动转动一定的角度，使聚光效果稳定并实现最大化，同时设定偏转角度的极限位置，使光线聚集点始终处在热量储存舱范围内。

进一步地，所述的软管状连接器，它的一端是凹面吸盘式装置，凹面边缘是绝热密封材料，中间是热量吸盘，吸盘连接中间的热量传输通道内的传热介质，另一端是连接热量进出口的易拉扣装置，能够快速密封连接热量进出口，将吸盘吸收的热量传递到热量储存舱。

进一步地，所述热量吸收配件不仅可以用作热量吸收装置，也是热量缓慢释放的有效装置，并可以在凹面吸盘一端加上一定频率的震荡器，使与吸盘相接触的位置可以同时接收到热能和振动能的作用。

进一步地，所述箱体为两层密闭装置，内层为热量储存舱，以绝热保温材料将热量密闭在热量储存舱内；外层为箱体，以锁扣装置打开或关闭，箱体形状不限，材质为轻质材料，如木材或轻质合金或复合材料。

进一步地，所述热量储存舱为轻质绝热材料制成的密闭结构，轻质绝热材料以及透明绝热保温层是陶瓷气凝胶、特种聚合物气凝胶、二氧化硅气凝胶等轻质绝热材料的一种或几种。

进一步地，所述热量储存舱内部的三维石墨烯导热骨架，是部分或全部由3D打印成型的高导热性石墨烯复合材料，孔隙率为80%以上，孔隙中填充有相转变储热材料。

进一步地，所述相转变材料为有机相变材料，有机或无机壁材的相变微胶囊材料的一种或几种。

进一步地，所述圆形热量进出口是内部连接三维石墨烯导热骨架，外部可连接热量吸收配件的阀门式开口，在开口处的局部设置有不锈钢螺口连接骨架，与透明绝热保温层嵌套密合。

进一步地，所述内部温度和压力显示报警器，是设置在透明绝热保温层之上，用于探测热量储存舱内部的温度和压力的数字显示器，同时具备报警功能，当温度或者压力超过设定限值时，报警器启动报警声。

本发明的有益效果是：本发明通过采用自然温度梯度原理进行储热放热一体化的设计理念，利用最有效的绝热保温材料有效提高热量的综合利用效率。一方面，热量将自动从高温传递到低温，并在三维石墨烯导热骨架的作用下快速达到热平衡；另一方面，通过透明绝热材料可以有效地将太阳能的热量吸纳到热量储存舱内而不需要额外的操作。该产品采用模块化设计，能够实现快速拼装，提高生产效率的同时可以保证产品的品质。

另外，本产品不使用任何化学制剂、水和其他液体媒介，使用成本接近于零；不仅能够充分利用太阳能资源进行蓄热，而且能够吸收管道余热，节能环保；不仅适用于分布式储热，用于老百姓的日常供暖需求，而且能够将储存的热量配合磁力振动用于辅助理疗，缓解中老年人和亚健康人群的风湿关节疼痛等。体积大小可随意调节，携带方便，市场前景广阔。

附图说明

图1为本发明的整体储热装置正面透视示意图。

图2为本发明的整体储热装置内部俯视示意图。

图3 为本发明的管道热量吸收装置示意图。

图4 为本发明的整体外观示意图。

图5 为本发明的聚光器配置角度和太阳光路示意图。

图中标号：1为聚光镜，2为三维石墨烯导热骨架，3为绝热保温材料，4为热量进出口（绝热阀门），5为透明绝热保温层，6为热量储存舱，7为开关锁扣装置，8为内部温度和压力显示报警器，9为管壁热量吸盘，10为热量传输通道，11为连接装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1、图2、图4所示，一种基于石墨烯材料的中低温储热装置，包括箱体和吸热配件，箱体上设置有开关锁扣装置7，箱体内设置有热量储存舱6和聚光镜1，聚光镜1的作用是收集太阳热能。热量储存舱6的外层设置有绝热保温材料3，内部是三维石墨烯导热骨架2，在骨架孔隙中填充有储热材料微粒。热量储存舱6上面设置有透明绝热保温层5，保温层上设置有多个直径不等的圆形热量进出口（绝热阀门）4，以绝热阀门密封。透明绝热保温层5外围设置有内部温度和压力显示报警器8，当内部温度或压力超过设定限值时，将自动启动报警声。热量吸收配件的一端是管壁热量吸盘9，连接热源管壁，通过中间的热量传输通道10和连接装置11将热量输送到热量储存舱6。

在本实施例中，所述聚光镜由一组平面反射镜和碟式凹面聚光镜组成，平面镜和碟式凹面聚光镜分别通过可折叠支架固定在装置上盖的内表面上；一组平面反射镜镜面对着太阳光，碟式凹面聚光镜镜面对热量储存舱；平面反射镜将太阳光线反射至碟式凹面聚光镜；当旋转平面镜和凹面聚光镜至合适位置时，聚光镜即可实现太阳热能的收集。所述聚光镜设置有自动跟踪装置，即根据光线的偏转自动转动一定的角度，使聚光效果稳定并实现最大化，同时设定偏转角度的极限位置，使光线聚集点始终处在热量储存舱范围内。图5给出了太阳光反射聚焦的示意光路图。

在本实施例中，开关锁扣装置7为常用的箱包锁扣，一按可以打开，一压即可锁住，开关方便。聚光镜1是在打开锁扣装置后，将本储热装置的上盖打开后，上盖的内侧放置有多角度多面聚光镜。依靠聚光镜1与太阳方位形成的倾角，可将阳光聚集并折返到透明绝热保护层上。绝热保温材料3以及透明绝热保温层是由陶瓷气凝胶、特种聚合物气凝胶、二氧化硅气凝胶等轻质绝热材料的一种或几种构成，边缘以特种不锈钢材料质的边框网格作为支撑和保护。

在本实施例中，圆形热量进出口4是内部连接三维石墨烯导热骨架2，外部可连接热量吸收配件的阀门式开口，在开口处的局部设置有不锈钢螺口连接骨架，与透明绝热保温层嵌套密合，旋紧阀门时，开口处的绝热保温层是将进出口完全封闭的，热量不会流失。

在本实施例中，内部温度和压力显示报警器8，是设置在透明绝热保温层之上，探针及感应器在保温层之下，能够探测热量储存舱6内部不同深度的温度和压力的数字显示报警器，当温度或者压力超过设定限值时，报警器启动报警声并可以通过手机实时监测状态。

在本实施例中，所述热量吸收配件是一种复合材质的软管状连接器，它的一端是凹面吸盘式装置——管壁热量吸盘9，吸盘凹面的边缘是绝热密封材料，具有一定的柔韧性，能够和管壁以及弧面有效贴合；中间是吸热盘，吸热盘连接热量传输通道10内的传热介质，另一端是连接热量进出口的连接装置11，连接装置11是类似卡口式灯泡的插拔形式，即按压旋转90度即能够快速密封连接热量进出口，将吸热盘吸收的热量传递到热量储存舱。反向旋转90度即可打开热量进出口。所述热量吸收配件不仅可以用作热量吸收装置，也是热量缓慢释放的有效装置，加上一定频率的磁力震荡器，配合储存的热量用于大健康产业的辅助理疗，缓解中老年人和亚健康人群的风湿关节疼痛等，前景广阔。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，包括箱体和吸热配件；所述箱体上设置有锁扣装置，箱体内设置有热量储存舱和聚光镜，聚光镜用于收集太阳热能；热量储存舱的外层设置有绝热保温材料，内部是三维石墨烯导热骨架，在骨架孔隙中填充有储热材料微粒；热量储存舱上面设置有透明绝热保温层，保温层上设置有多个直径不等的圆形热量进出口，以绝热阀门密封；透明绝热保温层外围设置有内部温度和压力显示报警器；所述热量吸收配件是一种软管状连接器，其一端连接热源管壁，另一端连接圆形热量进出口，中间为热量传输通道；其中，所述聚光镜由一组平面反射镜和碟式凹面聚光镜组成，平面镜和碟式凹面聚光镜分别通过可折叠支架固定在装置上盖的内表面上；一组平面反射镜镜面对着太阳光，碟式凹面聚光镜镜面对热量储存舱；平面反射镜将太阳光线反射至碟式凹面聚光镜；当旋转平面镜和凹面聚光镜至合适位置时，聚光镜即可实现太阳热能的收集。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述聚光镜设置有自动跟踪装置，即根据光线的偏转自动转动一定的角度，使聚光效果稳定并实现最大化，同时设定偏转角度的极限位置，使光线聚集点始终处在热量储存舱范围内。

3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述的软管状连接器，其一端是凹面吸盘式装置，凹面边缘是绝热密封材料，中间是吸热盘，吸热盘连接中间的热量传输通道内的传热介质，另一端是连接热量进出口的易拉扣装置，能够快速密封连接热量进出口，将吸热盘吸收的热量传递到热量储存舱。

4. 根据权利要求3 所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述热量吸收配件中的凹面吸热盘一端加有一定频率的震荡器，使与吸热盘相接触的位置可以同时接收到热能和振动能的作用。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述热量储存舱为轻质绝热材料制成的密闭结构，轻质绝热材料以及透明绝热保温层是陶瓷气凝胶、特种聚合物气凝胶、二氧化硅气凝胶等轻质绝热材料的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述热量储存舱内部的三维石墨烯导热骨架，是部分或全部由3D打印成型的高导热性石墨烯复合材料，孔隙率为80%以上，孔隙中填充有相转变储热材料。

7.根据权利要求6所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述相转变材料为有机相变材料，有机或无机壁材的相变微胶囊材料的一种或几种。

8.根据权利要求1、2、4、6、7之一所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述圆形热量进出口是内部连接三维石墨烯导热骨架，外部连接热量吸收配件的阀门密封式开口，在开口处的局部设置有不锈钢螺口连接骨架，与透明绝热保温层嵌套密合。

9.根据权利要求8所述的基于石墨烯材料的中低温储热装置，其特征在于，所述内部温度和压力显示器，设置在透明绝热保温层之上，用于探测热量储存舱内部的温度和压力的数字显示器，同时具备报警功能，当温度或者压力超过设定限值时，报警器启动报警声。