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

背景技術：

1、隨著能源需求的不斷增長及對環境保護意識的提升，太陽能作為一種清潔、可再生的能源，越來越受到重視。太陽能集熱技術，尤其是太陽能空氣集熱器，已成為應用廣泛的能源采集和利用技術之一。傳統的太陽能空氣集熱器一般依靠集熱板將太陽輻射轉化為熱能，再通過空氣流動帶走熱量進行儲存或直接供熱。然而，這類集熱器存在一些固有的缺陷，主要體現在集熱效率和儲熱能力方面。

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

3、其次，傳統集熱器依賴于集熱板進行光熱轉換，這使得系統只能在白天工作，并且集熱器無法有效地儲存熱能，導致太陽能的利用具有較強的時間局限性。尤其是在陰天或夜間，傳統太陽能集熱器難以持續供熱，無法滿足全天候的供熱需求。

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

5、然而，現有的太陽能集熱器系統多仍依賴傳統的集熱板和儲熱裝置，這種系統存在集熱與蓄熱分離的問題，導致整體效率低下。

技術實現思路

1、針對現有技術中的問題，本發明提供了集熱/蓄熱一體化太陽能相變空氣集熱器及其使用方法，旨在通過將光熱轉換相變材料直接用于集熱和儲熱，從而有效消除了傳統系統中的熱損失，解決了集熱與儲熱分離的問題，并提高了太陽能的集熱效率和蓄熱能力。

2、本發明采用的技術方案如下：

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

4、所述光熱轉換相變材料包括相變材料、定形材料和光熱轉換材料；

5、所述殼體上與雙層玻璃蓋板位置對應處可移動設置有保溫蓋板，所述保溫蓋板位于雙層玻璃蓋板的上方。

6、采用該技術方案后，本發明與現有技術相比，所述光熱轉換相變材料替代了集熱部件和儲熱部件，實現了集、儲熱一體化，減少了換熱環節，解決了界面熱阻的問題，提高了整體效率。光熱轉換相變材料為固固相變并提高了其導熱系數，解決了相變材料的導熱系數低且易泄露的問題。

7、作為優選，所述相變材料包括烴類相變材料、脂肪酸類相變材料、酯類相變材料和醇類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、光熱轉換材料包括金屬納米顆粒、碳基材料、半導體材料以及有機材料一種或多種。

10、采用該技術方案后，當相變材料吸收光能轉化為熱能時，溫度上升到一定程度，材料開始發生相變(通常是從固態到液態)，在這一過程中，材料能夠大量吸收和儲存熱量，從而有效地延長儲熱時間。在相變過程中，相變材料會以潛熱方式儲存熱能，這樣可以避免溫度過高，起到減少儲熱損失和穩定溫度的作用。定形材料作用是為復合材料提供結構支撐和保持形態穩定。由于相變材料在經歷相變過程時可能會發生體積變化(通常是從固態到液態)，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生形態變化(固液變化轉為固固變化)，確保材料的長期穩定性。定形材料通常具有良好的機械強度和熱穩定性，能夠支撐整個復合材料的結構。光熱轉換材料具有良好的吸光性能，能夠高效地吸收太陽光并將其轉換為熱量，從而加熱相變材料，使相變材料在太陽輻射下更快地開始相變過程。

11、作為優選，相變材料、定形材料和光熱轉換材料的質量比為85:15:2～6。

12、進一步地，光熱轉換相變材料為石蠟/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)/膨脹石墨(eg)復合相變材料，且相變材料、定形材料和光熱轉換材料的質量比為85:15:4。

13、采用該技術方案后，石蠟是有機物，根據相似相容原理，聚合物材料與石蠟具有良好的相容性，可以與石蠟形成穩定的復合體系。而在聚合物材料中，根據以往研究，sebs的效果更加優異。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的導熱性能和光熱轉換性能優異。2.相比與碳納米管等材料，eg的價格低廉，更適用于集熱器等大規模應用中。

15、作為優選，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置有干燥空氣層。

16、作為優選，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、作為優選，所述殼體內設置有保溫層，所述保溫層內設置有放置槽，所述放置槽內設置有內膽，所述內膽與雙層玻璃蓋板相對處設置有開口，光熱轉換相變材料設置于所述內膽內。

19、集熱/蓄熱一體化太陽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：白天空氣進口和空氣出口關閉，保溫蓋板打開，太陽輻射到達光熱轉換相變材料上，光熱轉換相變材料將太陽能轉化為熱能，熱能通過導熱傳導到光熱轉換相變材料內部并儲存；當太陽輻射強度不足或完成蓄熱，保溫蓋板關閉；當夜間需要供暖時，空氣進口和空氣出口打開，空氣流經空氣流道并在空氣流道內吸收光熱轉換相變材料的熱量，空氣吸熱溫度升高從空氣出口排出到建筑內為建筑供暖；

21、邊蓄熱邊放熱模式：白天空氣進口和空氣出口打開，保溫蓋板打開，太陽輻射到達光熱轉換相變材料上，光熱轉換相變材料將太陽能轉化為熱能，部分熱量通過空氣流動帶走并直接用于供暖，其余部分的熱量被通過導熱傳導到光熱轉換相變材料內部并儲存；當太陽輻射強度波動時，光熱轉換相變材料內部儲存的熱能釋放緩解出口溫度的波動，當太陽輻射強度不足，保溫蓋板關閉，進行保溫減少熱量損失。

22、綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

23、本發明與現有技術相比，所述光熱轉換相變材料替代了集熱部件和儲熱部件，實現了集、儲熱一體化，減少了換熱環節，解決了界面熱阻的問題，提高了整體效率。光熱轉換相變材料為固固相變并提高了其導熱系數，解決了相變材料的導熱系數低且易泄露的問題。