一种新型热管式太阳能高效利用植物工厂的制作方法

本实用新型涉及太阳能高效利用技术领域，具体来说，涉及一种新型热管式太阳能高效利用植物工厂。

背景技术：

近些年，生态危机日益严重，能源问题日渐突出，太阳能作为清洁的可再生能源，它的高效利用对于缓解能源危机具有十分重要的意义。作为利用太阳能进行发电的可再生能源技术，光伏发电是利用太阳能电池的光伏效应将光能直接转变为电能的一种技术，光伏发电技术发展较为成熟，应用已十分广泛，但光伏发电技术中太阳能电池在生产过程中对环境的损耗较大，是高能耗、高污染的生产过程，太阳能电池在生命周期所能节约的能源与生产太阳能电池本身所要消耗的资源相比，并不经济。相比之下光热发电是清洁生产过程， 基本采用物理手段进行光电能量转换，对环境危害极小，太阳能光热发电站全生命周期的CO₂排放仅为13~19g/kWh。但光热发电依然处于技术不断的创新与改进的阶段，它储热成本低，年发电量小时数长，与其他发电形式可有效契合，是最有条件取代火电、担当基础电力负荷的新能源。

公开号为CN106472178A的中国专利申请，一种带有光子晶体膜的太阳能高效利用温室装置，提出通过采用光子晶体膜分光作用实现种植与集热于一体，既满足植物生长，又能够将大部分太阳能以热能的形式进行存贮利用，但该专利的热管为单层结构，存在一定的散热损失，且集热温度和光热转换效率还有待提高。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种新型热管式太阳能高效利用植物工厂，能够实现高效集热，将太阳能高效转变为热能，提高太阳能利用率，节约资源，降低能耗，既满足植物生长，又能够实现高效地把太阳能转化为热能的形式进行存贮利用。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种新型热管式太阳能高效利用植物工厂，包括棚体、绿色植物、储水系统、分光聚光系统和集热系统，所述绿色植物种植于所述棚体内部，所述棚体具有一个斜面，所述分光聚光系统设置于所述斜面上，所述集热系统设置于所述分光聚光系统上方，所述集热系统与所述储水系统连接，所述集热系统包括若干新型热管，所述新型热管包括从内至外依次设置的内层热管、中间管和外层管，所述中间管与所述内层热管之间充满集热介质，所述外层管为真空管。

进一步地，所述内层热管的冷端和热端设有翅片。

进一步地，所述分光聚光系统包括若干弧形板，所述弧形板的凸面上贴有光子晶体膜，每个所述弧形板的凹面上方均对应设置有一个所述新型热管。

进一步地，所述斜面上设有与所述弧形板的上下两端相配合的弧形板插口，所述形板插口上设有支撑杆，所述新型热管通过所述支撑杆设置于弧形板的凹面上方。

进一步地，所述斜面上设有清洁系统，所述清洁系统包括水泵，设置与所述弧形板顶端的上水管和设置与所述弧形板底端的水槽，所述上水管上开设有若干小孔。

进一步地，所述储水系统包括集热储罐，所述集热储罐内部装有集热介质，所述集热储罐下端装有进水管，所述集热储罐上端装有出气管，所述中间管与所述集热储罐连通。

进一步地，所述集热介质与所述集热储罐内部装有的集热介质为同一种介质。

进一步地，所述集热介质为以下物质中的一种：油、醇、纳米流体。

进一步地，所述中间管和外层管采用耐腐蚀，耐高温，透光性好的有机玻璃或高分子材料制成。

进一步地，所述棚体是由两个直角梯形垂直面，一个方形垂直面，一个斜面和一个方形水平面围成的梯形台结构，所述储水系统设置于所述方形水平面上。

本实用新型的有益效果：（1）采用三层嵌套式新型热管提高集热效率。新型热管通过三层嵌套式结构保证集热温度，第一层为带翅片的内层热管，内层热管内有挥发性液体，翅片通过增加传热面积来提高传热效率，第二层为中间管装有集热介质，第三层为外层管抽真空，真空减少热量散失，提高集热温度。新型热管比普通热管的传热表面积更大，集热温度更高，集热效果更好，且装置简单成本低，如果外层真空管不慎损坏，只是降低了该装置的集热效率，但装置仍可以继续使用，适合大规模生产。

（2）太阳能高效利用。通过光子晶体膜的结构实现对太阳光的分光处理，透过红蓝光用于绿色植物的生长，阻隔非红蓝光被集热管吸收，热管将太阳能转化为热能，集热储罐将热能储存起来，本装置可以与其他装置配套使用，再对热能进一步利用，适用面广泛，又能提高太阳能的利用效率，节约资源。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例所述的一种新型热管式太阳能高效利用植物工厂的结构示意图；

图2是新型热管的结构示意图；

图3是图2中A部的局部放大图。

图中：1.支撑杆；2.弧形板；3.新型热管；4.进水管；5.集热储罐；6.出气管；7.水管；8.棚体；9.水泵；10.光子晶体膜；11.水槽；12.弧形板插口；13.绿色植物；14.中间管；15.内层热管；16.集热介质；17.外层管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1~3所示，根据本实用新型实施例所述的一种新型热管式太阳能高效利用植物工厂，包括棚体8、绿色植物13、储水系统、分光聚光系统和集热系统，所述绿色植物13种植于所述棚体8内部，所述棚体8具有一个斜面，所述分光聚光系统设置于所述斜面上，所述集热系统设置于所述分光聚光系统上方，所述集热系统与所述储水系统连接，所述集热系统包括若干新型热管3，所述新型热管3包括从内至外依次设置的内层热管15、中间管14和外层管17，所述中间管14与所述内层热管15之间充满集热介质16，所述外层管17为真空管。

作为优选，棚体8具体是由两个直角梯形垂直面，一个方形垂直面，一个斜面和一个方形水平面围成的梯形台结构，所述储水系统设置于所述方形水平面上。

本实用新型所述的新型热管式太阳能高效利用植物工厂工作原理如下，分光聚光系统使植物生长所需要的红蓝光穿过供给棚体8内种植的绿色植物13正常生长，其余光质被反射聚焦。集热系统吸收分光聚光系统反射的非红蓝光和照射的太阳光，将太阳能转变为热能储存到储水系统供后续利用。

具体地，新型热管3吸收分光聚光系统反射的非红蓝光和照射的太阳光，将太阳能转变为热能存储利用。新型热管3内充入挥发性液体，液体集中在低处，低处为新型热管3的热端，新型热管3吸收的太阳光和非红蓝光加热热端，使挥发性液体迅速汽化，高处为冷凝端，高温气体扩散至冷凝端迅速冷凝散热，将冷凝端伸入储水系统内，加热储水系统中的集热介质。新型热管3为三层嵌套式结构，中间管14与内层热管15间充满集热介质16，由于新型热管3两端的温差，较冷的集热介质16向下流动，较热的集热介质16向上流动，集热介质16的流动促进传热，促进太阳能的吸收利用；外层17抽真空，减少对流传热和传导传热的热量散失，提高集热温度。

作为本实施例的进一步改进，所述内层热管15的冷端和热端设有翅片。热端翅片增大吸热面积，冷端翅片增大与储水系统中集热介质的接触面积。

具体地，所述分光聚光系统包括若干弧形板2，所述弧形板2的凸面上贴有光子晶体膜10，每个所述弧形板2的凹面上方均对应设置有一个所述新型热管3。通过光子晶体膜10的分光作用，使植物生长所需要的红蓝光穿过供给绿色植物正常生长，其余光质被反射聚焦。光子晶体膜10是对非红蓝光波段的光子具有禁阻作用的膜，它能够形成光子禁带，阻断非红蓝光频率的光子，从而影响光子的运动，阻隔非红蓝光，使红蓝光可以穿过膜，供给绿色植物正常生长，非红蓝光被反射。

下面提供一种距地的分光聚光系统和集热系统的设置方式，所述斜面上设有与所述弧形板2的上下两端相配合的弧形板插口12，所述弧形板插口12上设有支撑杆1，所述新型热管3通过所述支撑杆1设置于弧形板（2）的凹面上方。弧形板2之间互相平行，新型热管3之间也互相平行。上下两个弧形板插口12对应一个弧形板2，上下两个支撑杆1对应一个新型热管3。

作为本实施例的进一步改进，所述斜面上设有清洁系统，所述清洁系统包括水泵9，设置与所述弧形板2顶端的上水管7和设置与所述弧形板2底端的水槽11，所述上水管7上开设有若干小孔。由于弧形板2凹面易沉积灰尘，影响太阳光的正常投射， 该装置在正常使用时可采用清洁系统进行弧形板表面清洁。清洁系统包括水泵9、上水管7和水槽11，通过水泵9和上水管7向弧形板2上端打水，上水管7开有小孔，水从孔中流出，沿着弧形板向下流，冲刷弧形板表面，起到清洁作用，冲下的水收集在水槽11内，用于农作物灌溉。

具体地，所述储水系统包括集热储罐5，所述集热储罐5内部装有集热介质，所述集热储罐5下端装有进水管4，所述集热储罐5上端装有出气管6，所述中间管14与所述集热储罐5连通。集热储罐5中装有集热介质，集热储罐5将新型热管3收集的热能储存起来，以便后续的利用。新型热管 3 的集热介质 16 吸收光能，将太阳能转化为热能，内层热管 15 内的低处挥发性液体受热迅速汽化，高温气体向上扩散至冷端，高温气体在冷端迅速冷凝散热，由进水管4通入集热储罐5中的水被集热系统加热，变为水蒸气，蒸汽从出气管6排出，出气管6可以与其他设备相连，实现对热能的进一步利用。

具体地，所述集热介质16与所述集热储罐5内部装有的集热介质为同一种介质。所述集热介质16为以下物质中的一种：油、醇、纳米流体。

具体地，所述中间管14和外层管17采用耐腐蚀，耐高温，透光性好的有机玻璃或高分子材料制成。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。