[发明专利]用于直接吸收太阳辐射能的纳米黑液材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料，尤其涉及一种用于直接吸收太阳辐射能的纳米黑液材料。

背景技术

近年来人们对太阳辐射能的光热利用主要集中在选择性吸收膜/涂层方面。无论是膜还是涂层都是利用固体材料的表面吸收太阳辐射能，然后再通过固体材料的热传导作用将热量传递给工作流体(水)。在热量由固体材料向工作流体传递的过程中，由于固一液边界层存在较大的热阻，因此必须要求固体吸热表面与工作流体间存在较大的温差，这种温差使吸热表面的对外热辐射增大。在这类太阳辐射能光热利用系统中，系统的最高温度点出现在固体表面上，增大了系统的热损失。上述两种原因导致了这类集热系统的总体效率偏低。而且这类系统都要用到大量的金属部件，还需要利用镀膜等复杂工艺。因此，这类光热利用系统的成本和维护费用较高，限制了它们的推广使用。

纳米颗粒由于具有小尺寸效应，其光吸收特性与普通块体材料有很大的不同。当颗粒尺寸减小到纳米级时，颗粒的表面(或界面)效应急剧增大，其周期性质的边界条件受到破坏，使得纳米颗粒的光学性质发生了显著的变化，出现了全光谱(宽频带)强吸收的特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于直接吸收太阳辐射能的纳米黑液材料。

本发明创造性的将纳米技术应用到太阳能光热利用中来，通过将固体黑色纳米颗粒加入到液体中，大大提高了液体的光吸收能力和热导率，强化了纳米悬浮液材料与换热设备的换热效率。发明了一种用于直接吸收太阳辐射能的纳米黑液材料，作为一类新型的太阳能材料，对于提高太阳辐射能的光热转换效率有着重要的意义。本发明中的纳米黑液材料是由黑色纳米粉体与乙二醇水溶液组成的分散均匀稳定的纳米悬浮液。具体制备工艺如下：将质量百分比为0.01％-1％的黑色纳米粉体与乙二醇水溶液混合，乙二醇与水的比例为50-100％(主要由防冻所需的温度决定)，同时加入一定量的分散剂，分散剂的质量百分比为：0.005％～2％。分散剂的类型和加入量视纳米粉体的类型和加入量而定，金属纳米粉体使用的分散剂为六偏磷酸钠，六偏磷酸钠与金属纳米粉体的质量比为1∶1；碳包金属纳米粉体和碳纳米管所用的分散剂为阿拉伯树胶，阿拉伯树胶与纳米粉体的体积比为2∶1。将黑色纳米粉体、分散剂与乙二醇水溶液的混合液通过球磨或超声波振荡制备出纳米黑液材料。球磨的转速为300转/分，球磨时间为4小时；超声波的频率为40KHz，超声时间为30min。

本发明的有益效果：

(1)利用纳米黑液材料直接吸收太阳辐射能，集热系统不需要金属部件，因此降低了成本。

(2)利用纳米黑液材料直接吸收太阳辐射能，集热系统的最高温度出现在纳米黑液材料内部，因此降低了散热损失。

(3)纳米黑液材料对太阳辐射能的吸收是在整个容积中进行的。因此，集热系统倾角对集热效率的影响要小于常规用选择性吸收表面的集热器，这有利于其与建筑物的结合。

(4)由于纳米黑液材料对太阳辐射能吸收的容积性，因此，整个集热系统受热均匀，避免了常规集热器的局部不对称受热引起热应力分布不均从而造成的集热器变形或损坏，降低了对壁面材料长期耐高温的要求。

(5)纳米黑液材料的太阳辐射吸收率高、化学性质稳定、价格低廉、制备工艺简单。

具体实施方式

利用本发明可以构成一个直接吸收式太阳能集热系统，集热系统中有一个纳米黑液材料的入口和一个出口，集热管采用高透过率硅硼玻璃管，多根集热管并联，玻璃管中走纳米黑液材料。为了保温，集热系统的底面和侧面均设置保温材料，上面加盖一层高透过率硅硼玻璃板；也可以在不需要保温材料的情况下，将集热管做成真空套管形式。工作过程如下：在集热系统中循环流动的纳米黑液材料，通过透明玻璃集热管时，吸收太阳辐射能并将其转化为热能，纳米黑液材料的自身温度升高，将太阳辐射能以显热的形式储存起来。当纳米黑液材料流出玻璃管时，加热过程终止。利用热交换器或其它热利用装置取走被升温了的纳米黑液材料的热量加以利用。纳米黑液材料的热量被取走后，温度下降，降温的纳米黑液材料再进入下一循环去吸收太阳辐射能。