本發(fā)明涉及光熱農(nóng)業(yè)，特別是納米流體，屬于太陽(yáng)能高效利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源短缺、生態(tài)危機(jī)日益嚴(yán)峻，新能源的開(kāi)發(fā)利用迫在眉睫，太陽(yáng)能清潔、充足，成為節(jié)能減排的重要選擇。目前，太陽(yáng)能利用主要有光伏和光熱兩種。光伏技術(shù)發(fā)展成熟應(yīng)用廣泛，但太陽(yáng)能光伏電池在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的損耗較大，是高能耗、高污染的生產(chǎn)流程。相比之下，太陽(yáng)能光熱利用是清潔生產(chǎn)過(guò)程，基本采用物理手段進(jìn)行光電能量轉(zhuǎn)換，對(duì)環(huán)境危害極小。顧名思義，太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)就是利用太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)把來(lái)自太陽(yáng)的光能集中起來(lái)，對(duì)導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，轉(zhuǎn)換成熱能進(jìn)行存儲(chǔ)利用。但由于儲(chǔ)熱效率低，發(fā)展不成熟，尚未大規(guī)模應(yīng)用。

儲(chǔ)熱介質(zhì)在太陽(yáng)能光熱利用中起著很重要的作用。近幾年，考慮到納米流體優(yōu)異的熱輸運(yùn)性能以及納米顆粒特殊的光吸收性能，有研究者提出將納米流體用作太陽(yáng)能光熱利用集熱器的儲(chǔ)熱工質(zhì)，利用納米流體直接吸收太陽(yáng)輻射能，以達(dá)到提高集熱器熱效率的目的。納米流體概念最早由美國(guó)argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的chio等提出，即把納米金屬或非金屬粉體分散到水、醇、油等介質(zhì)中，制備成均勻、穩(wěn)定的新型介質(zhì)體系。將納米流體應(yīng)用于太陽(yáng)能光熱利用領(lǐng)域，顯著提高了儲(chǔ)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，太陽(yáng)能利用率大大提高。但納米流體的穩(wěn)定性欠佳，在重力場(chǎng)作用下納米顆粒易沉降、附壁，制備過(guò)程需超聲分散，并添加穩(wěn)定劑、分散劑等，制備過(guò)程復(fù)雜，成本高，因而目前沒(méi)有納米流體大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的報(bào)道，關(guān)于納米流體的研究多局限于實(shí)驗(yàn)室范圍。

公開(kāi)號(hào)為cn106472178a的專利《一種帶有光子晶體膜的太陽(yáng)能高效利用溫室裝置》，提出通過(guò)采用光子晶體膜分光作用實(shí)現(xiàn)種植與集熱于一體，并時(shí)刻保持陽(yáng)光直射，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效利用，減少作物水分蒸發(fā)。既滿足植物生長(zhǎng)，又能夠?qū)⒋蟛糠痔?yáng)能以熱能的形式進(jìn)行存貯利用。但該專利為靜態(tài)光熱利用系統(tǒng)，集熱介質(zhì)單一，光熱轉(zhuǎn)換效率有待提高。

中華墨是中國(guó)傳統(tǒng)文化的結(jié)晶，作為重要的書(shū)畫(huà)材料，中華墨在中國(guó)藝術(shù)中具有十分重要的作用。中國(guó)傳統(tǒng)墨汁的主要成分為炭黑和骨膠，及少量香料、防腐劑等，如冰片、麝香、苯酚等。在傳統(tǒng)工藝中，將植物、植物油及礦物不充分燃燒所產(chǎn)生的煙料作為碳黑，摻以膠料、香料壓模來(lái)進(jìn)行制墨。故按其所選煙料，大致可分為松煙墨、桐油煙墨、漆煙墨、石油煙墨等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出一種動(dòng)態(tài)中華墨太陽(yáng)能綜合利用溫室裝置，提出將中華墨墨汁開(kāi)發(fā)為太陽(yáng)能光熱利用的高效納米流體，通過(guò)光子晶體反射板分光作用實(shí)現(xiàn)種植與集熱于一體，采用中華墨墨汁提高吸熱效率并降低成本，單元組合轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)系統(tǒng)提高了光熱利用效率，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效利用。

為實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種動(dòng)態(tài)中華墨太陽(yáng)能綜合利用溫室裝置，由濾光系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)和附件組成。附件包括墻體和水槽。墻體作為溫室裝置的主體提供綠色植物的生長(zhǎng)空間，墻體南低北高放置，濾光系統(tǒng)置于墻體頂部。濾光系統(tǒng)內(nèi)，光子晶體反射板將太陽(yáng)光譜中的紅藍(lán)光透過(guò)供給植物生長(zhǎng)，其余光質(zhì)被反射聚焦到集熱系統(tǒng)內(nèi)。集熱系統(tǒng)以中華墨墨汁作為集熱介質(zhì)，中華墨墨汁流動(dòng)帶動(dòng)單元組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生擾流作用強(qiáng)化傳熱，提高光熱轉(zhuǎn)換效率。

濾光系統(tǒng)由光子晶體反射板、中心軸、支撐桿組成。支撐桿將光子晶體反射板支撐在墻體頂部，中心軸對(duì)光子晶體反射板起定位作用。光子晶體反射板指能夠?qū)μ?yáng)光當(dāng)中的紅藍(lán)光進(jìn)行分光的反射板，紅藍(lán)光穿過(guò)反射板供給綠色植物正常生長(zhǎng)，非紅藍(lán)光被反射收集，照射到集熱系統(tǒng)內(nèi)。

集熱系統(tǒng)包括冷水管、熱水管和集熱組件三部分。集熱介質(zhì)采用中華墨墨汁，將中華墨墨塊按照中國(guó)傳統(tǒng)制作工藝研磨后與水混合，中華墨墨塊一般是將植物、植物油及礦物不充分燃燒所產(chǎn)生的煙料作為炭黑，摻以膠料、香料壓模來(lái)進(jìn)行制墨，中華墨墨塊主要成分為炭黑和骨膠，骨膠能夠促進(jìn)炭黑的均勻分布，中華墨墨汁中的炭黑顆粒粒徑達(dá)50-100nm，顆粒粒徑過(guò)大則儲(chǔ)熱效果不佳，粒徑過(guò)小則加工成本太高；中華墨墨汁中的炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％-0.15％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高則成本高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低則儲(chǔ)熱效果差。中華墨墨汁經(jīng)由冷水管進(jìn)入集熱系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)集熱組件后溫度升高，再經(jīng)由覆蓋了保溫層的熱水管進(jìn)行收集利用。集熱組件包括集熱管、彎頭和保溫管三部分。集熱管底端深入冷水管，頂端與彎頭通過(guò)連接法蘭連接，集熱管由支撐桿固定，位于光子晶體反射板的幾何中心。集熱管內(nèi)部裝有單元組合轉(zhuǎn)子、固定件、限位件和轉(zhuǎn)軸。集熱管段的迎水端與背水端都裝有固定件進(jìn)行支撐固定，轉(zhuǎn)軸兩端通過(guò)限位件固定在固定件上，轉(zhuǎn)軸依次通過(guò)轉(zhuǎn)子的軸孔、固定件和限位件的中心孔，管內(nèi)放置多個(gè)轉(zhuǎn)子形成單元組合轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子可首尾相連整串裝穿于轉(zhuǎn)軸上，也可以通過(guò)限位件分成轉(zhuǎn)子數(shù)量相同或不同的若干組，使轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。固定件、限位件由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或陶瓷材料制成。集熱管與彎頭通過(guò)連接法蘭進(jìn)行連接，彎頭上下管端中心的連線可與地面垂直，也可錯(cuò)開(kāi)一定角度，避免保溫管對(duì)集熱管的遮擋作用。保溫管有保溫層覆蓋，將吸熱后的中華墨墨汁輸送進(jìn)入熱水管。

在太陽(yáng)照射下，綠色植物生長(zhǎng)所需要的紅藍(lán)光透過(guò)光子晶體反射板供給綠色植物正常生長(zhǎng)，其他光質(zhì)被反射到集熱系統(tǒng)。集熱管內(nèi)產(chǎn)生溫差，同時(shí)不斷向冷水管內(nèi)泵送中華墨墨汁并帶走熱水管內(nèi)的中華墨墨汁，使集熱管內(nèi)中華墨墨汁不斷向上流動(dòng)，流經(jīng)轉(zhuǎn)子時(shí)，帶動(dòng)單元組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠轉(zhuǎn)子葉片對(duì)中華墨墨汁的擾流作用，強(qiáng)化傳熱，同時(shí)轉(zhuǎn)子葉片對(duì)中華墨墨汁有一定剪切作用，避免中華墨墨汁中的炭黑的附壁作用。同時(shí)，由水槽收集光子晶體反射板上的雨水等，可用于綠色植物的灌溉。

本發(fā)明一種動(dòng)態(tài)中華墨太陽(yáng)能綜合利用溫室裝置，其優(yōu)點(diǎn)和作用為：

(1)大大提高太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提出中華墨墨汁這種新型納米流體，其吸熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于清水；同時(shí)，單元組合轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)中華墨墨汁產(chǎn)生擾流作用，強(qiáng)化傳熱，提高了太陽(yáng)能的利用效率；

(2)降低成本。中華墨墨汁的制作成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)納米流體，且不需要添加穩(wěn)定劑等，制備方便快捷，符合大規(guī)模應(yīng)用的要求，對(duì)大范圍推廣提供條件；

(3)集熱管自清潔。單元組合轉(zhuǎn)子葉片對(duì)中華墨墨汁有一定剪切作用，能夠避免中華墨墨汁中的炭黑的附壁，使用方便，操作簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種動(dòng)態(tài)中華墨太陽(yáng)能綜合利用溫室裝置的軸測(cè)圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是本發(fā)明一種動(dòng)態(tài)中華墨太陽(yáng)能綜合利用溫室裝置的集熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖4是彎頭結(jié)構(gòu)圖

圖中：1-綠色植物2-墻體3-光子晶體反射板4-中心軸5-支撐桿6-集熱組件7-冷水管8-熱水管9-水槽10-單元組合轉(zhuǎn)子11-集熱管12-連接法蘭13-固定件14-限位件15-彎頭16-保溫管17-保溫層18-轉(zhuǎn)軸

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，一種動(dòng)態(tài)中華墨太陽(yáng)能綜合利用溫室裝置，由濾光系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)和附件組成。附件包括墻體2和水槽9。墻體2作為溫室裝置的主體提供綠色植物1的生長(zhǎng)空間，墻體2南低北高放置，濾光系統(tǒng)置于墻體2頂部。濾光系統(tǒng)內(nèi)，光子晶體反射板3將太陽(yáng)光譜中的紅藍(lán)光透過(guò)供給植物生長(zhǎng)，其余光質(zhì)被反射聚焦到集熱系統(tǒng)內(nèi)。集熱系統(tǒng)以中華墨墨汁作為集熱介質(zhì)，中華墨墨汁流動(dòng)帶動(dòng)單元組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生擾流作用強(qiáng)化傳熱，提高光熱轉(zhuǎn)換效率。

濾光系統(tǒng)由光子晶體反射板3、中心軸4、支撐桿5組成。支撐桿5將光子晶體反射板3支撐在墻體2頂部，中心軸4對(duì)光子晶體反射板3起定位作用。光子晶體反射板3指能夠?qū)μ?yáng)光當(dāng)中的紅藍(lán)光進(jìn)行分光的反射板，紅藍(lán)光穿過(guò)反射板供給綠色植物1正常生長(zhǎng)，非紅藍(lán)光被反射收集，照射到集熱系統(tǒng)內(nèi)。

集熱系統(tǒng)包括冷水管7、熱水管8和集熱組件6三部分。集熱介質(zhì)采用中華墨墨汁，按照中國(guó)傳統(tǒng)制作工藝進(jìn)行制備，將植物、植物油及礦物不充分燃燒所產(chǎn)生的煙料作為炭黑，摻以膠料、香料壓模來(lái)進(jìn)行制墨，中華墨墨塊主要成分為炭黑和骨膠，骨膠能夠促進(jìn)炭黑的均勻分布，炭黑顆粒粒徑達(dá)50-100nm，顆粒粒徑過(guò)大則儲(chǔ)熱效果不佳，粒徑過(guò)小則加工成本太高；中華墨墨汁炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％-0.15％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高則成本高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低則儲(chǔ)熱效果差。中華墨墨汁由冷水管7進(jìn)入集熱系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)集熱組件6后溫度升高，再經(jīng)由覆蓋了保溫層17的熱水管8進(jìn)行收集利用。集熱組件6包括集熱管11、彎頭15和保溫管16三部分。集熱管11底端深入冷水管7，頂端與彎頭15通過(guò)連接法蘭12連接，集熱管11由支撐桿5固定，位于光子晶體反射板3的幾何中心。集熱管11內(nèi)部裝有單元組合轉(zhuǎn)子10、固定件13、限位件14和轉(zhuǎn)軸18。集熱管11段的迎水端與背水端都裝有固定件13進(jìn)行支撐固定，轉(zhuǎn)軸18兩端通過(guò)限位件14固定在固定件13上，轉(zhuǎn)軸18依次通過(guò)轉(zhuǎn)子的軸孔、固定件13和限位件14的中心孔，管內(nèi)放置多個(gè)轉(zhuǎn)子形成單元組合轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子可首尾相連整串裝穿于轉(zhuǎn)軸上，也可以通過(guò)限位件分成轉(zhuǎn)子數(shù)量相同或不同的若干組，使轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。固定件13、限位件14由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或陶瓷材料制成。集熱管11與彎頭15通過(guò)連接法蘭12進(jìn)行連接，彎頭15上下管端中心的連線可與地面垂直，也可錯(cuò)開(kāi)一定角度，避免保溫管17對(duì)集熱管11的遮擋作用。保溫管16有保溫層17覆蓋，將吸熱后的中華墨墨汁輸送進(jìn)入熱水管8。彎頭15沒(méi)有法蘭的一端與其他管子采用粘接或與其他管子制成一體。

在太陽(yáng)照射下，綠色植物1生長(zhǎng)所需要的紅藍(lán)光透過(guò)光子晶體反射板供給綠色植物1正常生長(zhǎng)，其他光質(zhì)被反射到集熱系統(tǒng)。集熱管11內(nèi)產(chǎn)生溫差，同時(shí)不斷向冷水管7內(nèi)泵送中華墨墨汁并帶走熱水管8內(nèi)的中華墨墨汁，使集熱管11內(nèi)中華墨墨汁不斷向上流動(dòng)，流經(jīng)轉(zhuǎn)子時(shí)，帶動(dòng)單元組合轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠轉(zhuǎn)子葉片對(duì)中華墨墨汁的擾流作用，強(qiáng)化傳熱，同時(shí)轉(zhuǎn)子葉片對(duì)中華墨墨汁有一定剪切作用，避免中華墨墨汁中炭黑的附壁作用。同時(shí)，由水槽9收集光子晶體反射板3上的雨水等，可用于綠色植物1的灌溉。

松煙墨為采用松木燒出的煙灰制作而成的墨塊，濃黑無(wú)光，入水易化。采用松煙墨塊作為原材料，用電磨手工將松煙墨塊磨成粉末，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％，將該粉末溶于水，無(wú)需超聲分散，即得到中華墨墨汁。在透射電鏡下看到中華墨炭黑顆粒平均粒徑在50-80nm范圍內(nèi)。將中華墨墨汁與質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的cu、cuo納米流體在穩(wěn)定性及吸熱性能方面進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中華墨墨汁在沒(méi)有經(jīng)過(guò)超聲分散時(shí)，除少量雜質(zhì)發(fā)生沉降外基本保持穩(wěn)定，且中華墨墨汁的吸熱性能明顯高于cu、cuo納米流體，相同條件下，中華墨墨汁吸熱性能比cu納米流體高26.67％，比cuo納米流體高11.76％。