一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置

文档序号:473474 发布日期:2021-12-31 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置 (Graphene radiation enhancement device for greenhouse ) 是由 王敏 邓昌沪 陈镇铭 王翊臻 于 2021-11-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置,涉及到农业种植的辅助设施领域,它包括盒体和保温盖,保温盖活动安装在盒体的顶部,盒体内安装有热辐射组件,热辐射组件包括光热吸收板、传热肋板、储热介质层和石墨烯红外辐射板,光热吸收板位于保温盖和石墨烯红外辐射板之间,光热吸收板和石墨烯红外辐射板通过若干传热肋板连接,传热肋板两侧填充有储热介质层。当环境温度过低时,储热介质层中储存的热能通过与石墨烯红外辐射板对流传热,使石墨烯红外辐射板在冷环境中维持热辐射温度。使得当环境温度过低时,仍能维持石墨烯红外辐射板的热辐射温度。(The invention discloses a graphene radiation enhancement device for a greenhouse, which relates to the field of auxiliary facilities for agricultural planting and comprises a box body and a heat preservation cover, wherein the heat preservation cover is movably arranged at the top of the box body, a heat radiation component is arranged in the box body, the heat radiation component comprises a photo-thermal absorption plate, a heat transfer ribbed plate, a heat storage medium layer and a graphene infrared radiation plate, the photo-thermal absorption plate is positioned between the heat preservation cover and the graphene infrared radiation plate, the photo-thermal absorption plate and the graphene infrared radiation plate are connected through a plurality of heat transfer ribbed plates, and the heat storage medium layer is filled on two sides of each heat transfer ribbed plate. When the ambient temperature is too low, the heat energy stored in the heat storage medium layer is subjected to heat convection with the graphene infrared radiation plate, so that the graphene infrared radiation plate maintains the heat radiation temperature in a cold environment. When the ambient temperature is too low, the thermal radiation temperature of the graphene infrared radiation plate can still be maintained.)

一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置

技术领域

本发明属于农业种植的辅助设施领域,具体涉及一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置。

背景技术

种植大棚又称温室大棚,具有能透光、保温(或加温),用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节,能提供温室生育期和增加产量,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室大棚大大提高了农村劳动力吸纳能力,也提高土地利用率和农产品产出率,为农民增收创造了机会。贫困地区曾提出“一户一棚奔小康”,但当前温室大棚发展遇到了前所未有的挑战,原有的煤锅炉采暖方式,因环境污染而被禁用。改用天然气或电,电价高、燃气贵,耗能成本增加使农民收益大打折扣,迫切需要新技术替代,达到节能环保、增产增收的目标。

温室大棚的加温耗能是冬季运行的主要成本。利用自然能源,降低能耗,是提高温室大棚生产效益的最直接手段。因此,现急需一种能利用自然能源的辅助装置在冬季为温室大棚提供能源,以减少冬季为温室大棚升温所需的成本。

石墨烯是一种性能优异的热辐射材料。但是,石墨烯红外辐射板的红外辐射温度与所处的环境温度具有相关性,环境温度低于0℃时,石墨烯红外辐射板的热辐射温度显著下降,随着环境温度降低,石墨烯红外辐射板的热辐射温度下降趋势加剧,实践证明在低温冷环境下,特别是季节性特大寒潮,石墨烯红外辐射板的热辐射强度下降十分明显。

发明内容

为了降低温室大棚在冬季的加温能耗,本发明目的在于提供一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置。

本发明所采用的技术方案为:

一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置,包括盒体和保温盖,保温盖活动安装在盒体的顶部,盒体内安装有热辐射组件,热辐射组件包括光热吸收板、传热肋板、储热介质层和石墨烯红外辐射板,光热吸收板位于保温盖和石墨烯红外辐射板之间,光热吸收板上均匀设置有若干传热肋板连接,每块传热肋板两侧填充有储热介质层,储热介质层远离光热吸收板的一端与石墨烯红外辐射板连接,石墨烯红外辐射板连接有电源,且石墨烯红外辐射板用于向温室大棚辐射热能。

作为优选的,石墨烯红外辐射板包括刚性基板、绝缘基膜、石墨烯涂层、绝缘夹膜和刚性夹板,石墨烯涂层设置在刚性基板和刚性夹板之间,石墨烯涂层靠近刚性基板和刚性夹板的两侧分别覆盖有绝缘基膜和绝缘夹膜。

作为优选的,光热吸收板为铝板。

作为优选的,光热吸收板远离石墨烯红外辐射板的侧面覆盖有涂碳层。

作为优选的,涂碳层包括粘合剂和碳材料,粘合剂的重量份为90~93份,碳材料的重量份为7~10份。

作为优选的,粘合剂的重量份为93份,碳材料的重量份为7份,粘合剂选用丙烯酸树脂乳液或聚氨酯涂料,碳材料为石墨粉、碳纳米管以及石墨烯的一种或两种以上组合。

作为优选的,传热肋板为Z型板,Z型板的一端与光热吸收板连接,另一端靠近石墨烯红外辐射板。

作为优选的,储热介质层选用石蜡或硬脂酸。

作为优选的,保温盖包括保温盖壳体和保温填充层,保温填充层填充满整个保温盖壳体的内腔,保温填充层选用橡胶保温材料。

作为优选的,盒体与保温盖之间为铰接连接,盒体的外壁两侧设置有悬挂支撑耳座,悬挂支撑耳座用于将盒体安装在温室大棚的顶部。

本发明的有益效果为:

本发明提供了一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置,包括盒体和保温盖,保温盖活动安装在盒体的顶部,盒体内安装有热辐射组件,热辐射组件包括光热吸收板、传热肋板、储热介质层和石墨烯红外辐射板,光热吸收板位于保温盖和石墨烯红外辐射板之间,光热吸收板和石墨烯红外辐射板通过若干传热肋板连接,传热肋板两侧填充有储热介质层。石墨烯红外辐射板在接通电源后可以向环境辐射热能,而光热吸收板在白天时吸收太阳能转换成热能,并通过传热肋板储存在储热介质层中。当环境温度过低时,储热介质层中储存的热能通过与石墨烯红外辐射板对流传热,使石墨烯红外辐射板在冷环境中维持热辐射温度。使得当环境温度过低时,仍能维持石墨烯红外辐射板的热辐射温度。

附图说明

图1是本发明的正视示意图。

图2是本发明的右视示意图。

图3是本发明的俯视示意图。

图4是本发明的正视视图的半剖示意图。

图5是本发明去掉保温盖和光热吸收板的俯视示意图。

图6是本发明的盒体的正视视图的半A剖示意图。

图7是本发明的光热吸收板与传热肋板的局部示意图。

图8是本发明的卡接件的结构示意图。

图9是本发明的石墨烯红外辐射板的内部结构示意图。

图中:1-热辐射组件,11-石墨烯红外辐射板,111-刚性基板,112-绝缘基膜,113-石墨烯涂层,114-绝缘夹膜,115-刚性夹板,12-传热肋板,13-储热介质层,14-卡接件,141-第一卡接槽,142-第二卡接槽,15-光热吸收板,151-涂碳层,2-保温盖,3-铰接连接件,4-悬挂支撑耳座。

具体实施方式

实施例一:

在本实施例中,如图1~3所示一种用于温室大棚的石墨烯辐射增强装置,包括盒体和保温盖2,保温盖2活动安装在盒体的顶部,盒体与保温盖2之间通过设置在盒体一端的铰接连接件3铰接连接,盒体的外壁两侧设置有悬挂支撑耳座4,悬挂支撑耳座4用于将盒体安装在温室大棚的顶部。

在本实施例中,具体的,保温盖2开启时,光热吸收板15接受太阳辐射,保温盖2关闭时,光热吸收板15被隔热处于保温状态。

在本实施例中,具体的,保温盖2包括保温盖壳体和保温填充层,保温填充层填充满整个保温盖壳体的内腔,保温填充层选用橡胶保温材料,橡塑保温材料属弹性闭孔发泡材料,具有导热系数低、防火阻燃、防潮阻湿、施工简便,产品不含纤维粉尘,不会滋生霉菌等有害物质,属于一种高品质的新一代隔热保温材料,保温盖壳体采用聚氯乙烯塑料制造。

在本实施例中,如图4~6所示,盒体内安装有热辐射组件1,热辐射组件1包括光热吸收板15、传热肋板12、储热介质层13和石墨烯红外辐射板11,光热吸收板15位于保温盖2和石墨烯红外辐射板11之间,光热吸收板15上均匀设置有若干传热肋板12,每块传热肋板12的两侧填充有储热介质层13,储热介质层13远离光热吸收板15的一端与石墨烯红外辐射板11连接,石墨烯红外辐射板11连接有电源,且石墨烯红外辐射板11用于向温室大棚辐射热能。

在植物生长的技术领域中,光是植物重要的一个生态因子,影响着植物的生长发育,太阳辐射是许多不同波长的光波所组成,太阳辐射能随波长的分布我们称为太阳光谱。到达地面上的太阳辐射包括紫外线、可见光和红外线三个部分。红外线,叶绿素吸收率低,但是,当红外线辐射源照射在植物体上时,能够对植物体升温,保证其生长发育的温度条件红外线,能促进种子或者孢子的萌发和茎的伸长,刺激细胞延长,影响开花与种子发芽,从而够促进植株的生殖性发育,促进花蕾的形成和坐果。可见红外线对植物生长有直接的影响,为了提高植物的生长品质,可人工制造红外线,对植物生长进行调节干预。

石墨烯是由一层碳原子构成的,它们以六边形的重复图案粘合在一起。它是一种具有惊人特性的二维材料,而石墨烯膜通电加热时会产生5-15μm的远红外线,同时,石墨烯膜的导热性能很高、导电性能好、透光率高,通常用在石墨烯太阳能发电装置上,有利于提升光能利用率。

石墨烯能吸收和辐射高达40%的远红外线。人体远红外线的吸收机制是通过人体组织的细胞分子中的碳碳键,碳氢键,氧氢键等的伸缩振动,其谐振波大部分在3-15微米,和远红外线的波长和振幅相同,引起共振共鸣。石墨烯加热发射的8-15微米远红外波,能有激活身体细胞核酸蛋白质等生物分子等功能,同时也能用于促进植物生长。

石墨烯受热时释放的远红外,能够向温室大棚内以远红外线的形式辐射热能,在增加温室内的温度同时还能促进植物的生长。

但是,由于石墨烯红外辐射板的红外辐射温度与石墨烯红外辐射板的环境温度具有相关性,环境温度低于0℃时,石墨烯红外辐射板的热辐射温度显著下降,随着环境温度降低,石墨烯红外辐射板的热辐射温度下降趋势加剧,石墨烯红外辐射板的热辐射强度下降十分明显。

在本实施例中,传热肋12两侧的空间均填充有储热介质层13,储热介质层13可以在白天的时候将光热吸收板15吸收的热能储存,传热肋板12可增加光热吸收板15与储热介质层13的传热面积;在夜间的时候,阳光消失后,通过盖上保温盖2,可以极大程度上减少储热介质层13内储存的热能的损失,此时,储热介质层13内储存的热能充当热源,继续为石墨烯红外辐射板11提供热能,使得石墨烯红外辐射板11可以持续通过内部的石墨烯涂层113将热能以远红外线的辐射至温室大棚内部,从而提高温室大棚内的温度,从而达到辅助升温的效果。

本申请克服了低温环境下石墨烯红外辐射板的热辐射强度下降,通过升高石墨烯红外辐射板局部环境温度,从而达到了石墨烯红外辐射板的热辐射强度不衰减目的。

实施例二:

本实施例在实施例一的基础上,为热辐射组件1的具体结构提供一种可选方案。

在本实施例中,如图9所示,石墨烯红外辐射板11还包括刚性基板111、绝缘基膜112、绝缘夹膜114和刚性夹板115,石墨烯涂层113设置在刚性基板111和刚性夹板115之间,石墨烯涂层113靠近刚性基板111和刚性夹板115的两侧分别覆盖有绝缘基膜112和绝缘夹膜114。

在本实施例中,具体的,石墨烯涂层113被绝缘基膜112和绝缘夹膜114包夹在密封的薄膜中,形成绝缘的组合薄膜,同时,组合薄膜又被包夹于刚性基板111和刚性夹板115形成的夹层之间,使得石墨烯涂层113的刚度和强度增加。

在本实施例中,具体的,刚性基板111和刚性夹板114采用环氧树脂玻璃纤维板;绝缘基膜112和绝缘夹膜114为聚酰亚胺薄膜或者聚乙烯对苯二甲酸脂(PET)薄膜。

在本实施例中,具体的,光热吸收板15为铝板,金属铝板具有良好的导热性能,太阳辐射热被吸收之后迅速传导至储热介质层13中,储热介质层13选用石蜡或硬脂酸。

在本实施例中,优选的,储热介质层13选用石蜡,石蜡属于很好的储热材料,其比热容为2.14~2.9J·g.℃,熔化潜热为200~220J·g。石蜡熔化时蒸气压力低、不易发生化学反应,且化学稳定性较好,在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小,没有相分离和腐蚀性。石蜡作为大宗化工原料,其来源丰富,种类繁多且价格低廉。石蜡的缺点是,导热系数低,仅为0.150W/(m·K),传热较慢。传热肋片1-22b阵列布置浸没在石蜡中,铝的导热系数为238W/(m.K),是石蜡的1586倍,传热肋片12传热面积大,石蜡填充于传热肋片1-22b中构成均匀导热网络,克服了石蜡导热系数低的问题。

在本实施例中,如图7所示,光热吸收板15远离石墨烯红外辐射板11的侧面覆盖有涂碳层151。

在本实施例中,具体的,涂碳层14包括粘合剂和碳材料,粘合剂的重量份为90~93份,碳材料的重量份为7~10份。

在本实施例中,优选的,粘合剂的重量份为93份,碳材料的重量份为7份。

在本实施例中,具体的,粘合剂选用丙烯酸树脂乳液或聚氨酯涂料,碳材料为石墨粉、碳纳米管以及石墨烯的一种或两种以上组合。

在本实施例中,优选的,粘合剂选用丙烯酸树脂乳液。丙烯酸树脂乳液以丙烯酸酯(主要是丙烯酸甲酯、乙酯和丁酯,甲基丙烯酸甲酯和正丁酯)为主要原料的高分子量、低黏度乳状液体树脂。一般为多元共聚物,固体含量20%~50%,按分子链结构可分为:线性共聚物乳液;含官能基(羟基、羧基和氨基等)共聚物乳液;自交联或外交联共聚物乳液。成膜具有光亮、柔韧、黏结性强、耐水和耐候等特点,通过单体的选择和配比变化,可调节共聚物的性能和成膜的软硬度(软性、中硬性和硬性),以满足不同的用途要求。由内烯酸醋、共聚单体(可为另一种丙烯酸酚或其他含双键的单体)、乳化剂、引发剂等经乳液共聚制取。用途广泛,用于织物、可作上浆料、粘接剂和增稠剂等;用于皮革,可作涂饰剂、黏结剂、光亮剂、鞣剂和填充剂等;也用作纸张和木材处理剂、建筑涂料、乳胶漆和树脂砂浆等。

在本实施例中,优选的,碳材料选用石墨烯。

在本实施例中,传热肋板12为Z型板,Z型板的一端与光热吸收板15连接,另一端接近石墨烯红外辐射板11,通过将传热肋板12设置成Z型板,可以有效增加传热肋板12与储热介质层13的接触面积,可以在白天阳光照射的时候加快储热介质层13的热能储存速度;在夜间,储热介质层13作为热源时,接触面积越大可以保证足够的热能传递到石墨烯红外辐射板11,从而引起石墨烯涂层113受热,产生远红外线,辐射热能。

实施例三:

本实施例在上述任意实施例的基础上,为热辐射组件1的具体结构提供又一种可选方案。

在本实施例中,如图6和图8所示,光热吸收板15和石墨烯红外辐射板11的两端均卡接在卡接件14上。

在本实施例中,如图8所示,卡接件14的顶部设置有第一卡接槽141,底部开设有第二卡接槽142,光热吸收板15的两端卡接在第一卡接槽141内,石墨烯红外辐射板11的两端卡接在第二卡接槽142内,通过设置卡接件14,可以使得光热吸收板15和石墨烯红外辐射板11的安装结构更加稳固。

实施例四:

本实施例在上述任意实施例的基础上,为传热肋板12的具体结构提供又一种可选方案。

在本实施例中,传热肋板12为S型,S型的传热肋板12与储热介质层13中的储热介质接触面积更大,可以增加传热肋板12的传热效率。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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