本发明专利技术公开了一种光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置，包括聚光装置、位于聚光装置下方的光导纤维和包裹光导纤维的蓄热材料；光导纤维分为不可侧发光部分和可侧发光部分，光导纤维的不可侧发光部分位于聚光装置的下方，暴露于蓄热材料外部空气中，且光导纤维的不可侧发光部分的光入射端面位于聚光装置焦平面上；可侧发光部分贯穿于蓄热材料内部。本发明专利技术在空间尺度上优化了蓄热材料内部的光分布，调控了相变界面，提高了蓄热材料充热相变速率，可实现太阳能光热在蓄热材料中的较长距离、高效、快速存储。快速存储。快速存储。
【技术实现步骤摘要】
一种光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置
[0001]本专利技术涉及太阳能蓄热
，具体涉及一种光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置。
技术介绍
[0002]相变蓄热是太阳能热利用领域中的一项关键技术，因其成本较低、可调度性高，受到学术与工业界的广泛关注。相变蓄热具有蓄热量大、放热温度稳定等特点，对太阳能资源的间歇性、时间不均匀性具有良好的匹配能力，是目前太阳利用技术发展的主要方向。然而，太阳能相变蓄热的一个不足之处在于，相变材料普遍热导率较低，蓄热速度较慢，导致太阳能利用效率较低。
[0003]为了提高太阳能热利用效率，需要强化传热。目前，有以下几种强化传热的方法：(1)添加翅片结构；(2)添加石墨及金属等高导热材料(3)利用三维多孔定向传热骨架封装蓄热材料；(4)将蓄热材料封装在有机或无机壳层中制备成微胶囊复合相变介质。添加翅片结构在一定程度上限制了相变过程中的自然对流，且占据一定空间。石墨、金属高导热材料及多孔定向传热骨架与蓄热材料间存在较高的界面热阻，导致介质内部传热速率较慢。微胶囊复合相变介质制备工艺较为复杂。且在上述方法中，由于填料或骨架结构对入射光子的吸收，致使光在蓄热材料中传输深度只有几毫米，在介质内部依旧主要依靠热扩散方式完成相变界面移动，导致介质内部传热速率依旧非常缓慢。
[0004]目前实现大尺寸介质快速高效太阳能蓄热的最大障碍是光子在相变介质内部的传输距离，优化太阳光在蓄热材料内部的空间分布可实现介质快速相变蓄热，提高太阳能热利用效率。因此，需要提供一种新型的相变蓄热通光技术及相变蓄热装置，以提高蓄热速度。
[0005]专利CN 207019162 U公开了一种基于光纤传输太阳能的室内辐射采暖装置，包括室外聚光装置和室内辐射散热装置，室外聚光装置包括室外固定支架，室外固定支架的一端安装有透射式点聚光菲涅尔透镜，透射式点聚光菲涅尔透镜的后部设有双凹形曲面透镜，双凹形曲面透镜的后部设有光导纤维，光导纤维位于双凹形曲面透镜的光轴上，光导纤维与室内辐射散热装置连接；所述室内辐射散热装置包括保温层、蓄热层和辐射散热铝板；这种装置中光只能在光导纤维端面出射，只有光导纤维端面附近很小区域的蓄热材料能快速吸光后相变，热量在其余大部分区域蓄热材料中的传递主要依靠热传导方式，因此这会导致蓄热材料内部出现局部过热、蓄热速率慢等问题。
技术实现思路
[0006]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置。该装置能加快界面移动速率，提高光热利用效率，且结构简单，加工过程简便，适用于大尺寸介质的相变蓄热。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置，包括聚光装置、位于聚光装置下方的光导纤维和包裹光导纤维的蓄热材料；光导纤维分为不可侧发光部分和可侧发光部分，光导纤维的不可侧发光部分位于聚光装置的下方，暴露于蓄热材料外部空气中，且光导纤维的不可侧发光部分的光入射端面位于聚光装置焦平面上；可侧发光部分贯穿于蓄热材料内部。
[0009]作为优选，所述光导纤维为PMMA光纤或二氧化硅光纤。
[0010]作为优选，所述光导纤维的可侧发光部分由以下方法制备得到：将光导纤维物理剥除包层或利用有机溶剂浸泡去除包层后获得裸光导纤维，将裸光导纤维浸泡于试剂中，获得侧发光光导纤维。
[0011]作为优选，对于PMMA光纤，将需要侧发光处理的光导纤维区域物理剥除包层后获得裸光导纤维区域，将该裸光导纤维区域浸泡于体积比2：3的丙酮与正己烷混合液中，浸泡3
‑
15秒后，获得包括不可侧发光部分和可侧发光部分的光导纤维；
[0012]对于石英光纤，将需要侧发光处理的光导纤维区域在丙酮中浸泡24小时，剥去有机包层后获得裸光导纤维区域，将裸光导纤维区域浸入H2O2与H2SO4体积比为3：7的混合液中，在90℃下预处理1小时；将2mmol草酸钛钾溶于40mL体积分数75％二乙二醇水溶液中，将预处理过的裸光导纤维区域插入二乙二醇水溶液中，在180℃下水热反应6小时后，获得包括不可侧发光部分和可侧发光部分的光导纤维。
[0013]作为优选，所述光导纤维的数量至少一个，聚光装置与光导纤维一一对应。
[0014]作为优选，所述聚光装置为复合抛物面聚光器或菲涅尔透镜。
[0015]作为优选，所述聚光装置位于蓄热材料外部，聚光装置的焦平面位于光导纤维不可侧发光部分的入射端面。
[0016]作为更优选，所述光导纤维侧发光部分贯穿于蓄热材料的内部。
[0017]作为优选，所述蓄热材料为硝酸钾、硝酸钠、氯化钾、氯化镁、氯化钠、石蜡、聚氨酯中的一种或多种。
[0018]作为更优选，所述蓄热材料中还均匀分散石墨烯。所述石墨烯具有优异的光热转换性能，因此从光导纤维侧面出射的光可以快速被石墨烯吸收并转换成热能使得蓄热材料升温相变。
[0019]在蓄热过程中，太阳光经聚光装置聚集在光导纤维不可侧发光部分的入射端面，并耦合进入光导纤维中，在PMMA光导纤维中，光导纤维表面由于试剂的刻蚀形成凹陷，太阳光在光导纤维波导传输过程中由光导纤维侧表面的凹陷处散射并输出至蓄热介质内部；在二氧化硅光导纤维中，可侧发光部位的二氧化硅(折射率为1.45)表面覆盖一层二氧化钛(折射率为2.49)，太阳光在光导纤维纤芯(二氧化硅)波导传输过程中由于光无法满足全反射条件从而折射进入二氧化钛并从二氧化钛层射出进入蓄热介质内部。分散在蓄热介质中的光热材料即石墨烯吸收这些太阳光并将其转换成热量，这些热量释放给相变蓄热材料使其逐渐升温相变，将热量存储在相变蓄热材料中。该过程中，光导纤维将太阳光波导并输出到相变介质内部发生光热转换，在空间尺度上优化了蓄热材料内部的光分布，调控了相变界面，提高了蓄热材料充热相变速率，可实现太阳能光热在蓄热材料中的较长距离、高效、快速存储。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术的装置处于蓄热过程时，太阳光经聚光装置聚集到光导纤维入射端面，经光导纤维传输至可侧发光部位，并由该部分侧发光输出至蓄热材料内部，在空间尺度上优化了蓄热材料内部的光分布、调控了相变界面，有效提高相变介质蓄热速率，可实现太阳能光热在蓄热材料中的较长距离、高效、快速存储。
[0022]本专利技术采用光波导输运光并将其侧面输出至蓄热材料内部，通过优化光在介质内部的空间分布，解决了光在介质内部传输距离短的弊端，可有效提高相变蓄热速度，进而提高太阳能热利用效率。同时，光导纤维中光的长距离传输特点使得光波导内通光增强相变蓄热速率的技术适用于大尺寸介质的相变蓄热领域中。另外，本专利技术内通光相变蓄热装置结构简单、成本低廉，便与加工制作及实际应用。
附图说明
[0023]图1：本专利技术的太阳能相变蓄热装置中只有一个光导纤维的示意图；
[0024]图2：本专利技术的太阳能相变蓄热装置中具有多个光导纤维的示意图；
[0025]图3：本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置，其特征在于，包括聚光装置、位于聚光装置下方的光导纤维和包裹光导纤维的蓄热材料；光导纤维分为不可侧发光部分和可侧发光部分，光导纤维的不可侧发光部分位于聚光装置的下方，暴露于蓄热材料外部空气中，且光导纤维的不可侧发光部分的光入射端面位于聚光装置焦平面上；可侧发光部分贯穿于蓄热材料内部。2.根据权利要求1所述的光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置，其特征在于，所述光导纤维为PMMA光纤或石英光纤。3.根据权利要求1所述的光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置，其特征在于，所述光导纤维的可侧发光部分由以下方法制备得到：将光导纤维物理剥除包层或利用有机溶剂浸泡去除包层后获得裸光导纤维，将裸光导纤维浸泡于试剂中，获得侧发光光导纤维。4.根据权利要求3所述的光波导内通光强化蓄热的太阳能相变蓄热装置，其特征在于，对于PMMA光纤，将需要侧发光处理的光导纤维区域物理剥除包层后获得裸光导纤维区域，将该裸光导纤维区域浸泡于体积比2：3的丙酮与正己烷混合液中，浸泡3
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15秒后，获得包括不可侧发光部分和可侧发光部分的光导纤维；对于石英光纤，将需要侧发光处理的光导纤维区域在丙酮中浸泡24小时，剥去有机包层后获得裸光导纤维区域，将裸...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚芳，薛国斌，张磊磊，刘宏，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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