CN105860937A - 一种热管式真空集热管用纳米流体超导液及其制备方法 - Google Patents

一种热管式真空集热管用纳米流体超导液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热管式真空集热管用纳米流体超导液包括添加物、基液和分散剂，其中，各组分的重量份为：添加物10‑20份；基液60‑75份；分散剂10‑25份；表面活性剂5‑15份；纳米流体超导液制备方法包括先在基液中加入表面活性剂，半小时后加入添加物，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。通过实际的太阳能照晒实验表明，比起常规的超导液，本申请所述纳米流体超导液的导热效率更强，同时，本配方安全无毒，制作成本低廉，制作方法简便，可以明显的提高太阳能热利用系统的工作效率，有很好的经济与社会效益。

Description

一种热管式真空集热管用纳米流体超导液及其制备方法
技术领域
本申请涉及太阳能热水器技术领域，具体为一种热管式真空集热管用纳米流体超导液及其制备方法。
背景技术
太阳能热水器作为一种高效环保的家庭洗浴使用装置，已经进入大部分中小型家庭，太阳能的出现，标志着人类已经初步征服大自然，为人类更好的利用太阳能这一取之不尽用之不竭的能奠定了基础。现在市场上销售的大部分太阳能多为真空管集热器，热管式真空集热管尤为普遍。热管式真空管主要由热管，吸热板，玻璃管等几部分组成。其工作原理是，太阳光透过玻璃管照射在吸热板上，高吸收率的选择性太阳吸收膜将太阳能辐射能转换为热能。吸热板吸收的热量迅速将热管内的工质汽化，被汽化的工质上升热管冷凝端加热传热介质即超导液，同时工质放出汽化潜热后的冷凝成液体，在重力作用下流回热管下端，下端为加热端。如此利用热管内少量工质的汽化—液化相能相变循环过程，不断地将吸收的太阳辐射能传递给需要加热的介质。
现在一般使用的超导液启动比较慢，在吸收一定的热量时并不能迅速的蒸发传热，单位体积的超导液所吸收的热量较少，这就导致整根热管传热效率低下，而纳米流体超导液能有效的解决这个问题。纳米流体是指在把金属或非金属纳米粉体分散到水醇油等传统热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。纳米流体在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域具有巨大的潜在应用前景，从而成为材料、物理、化学、传热学等众领域的研究热点。
纳米流体与传统换热介质相比，在增强传热方面有着优良的特性。研究表明：纳米流体能显著提高传统换热介质的导热系数，纳米流体在氨水鼓泡吸收实验中有极强的强化吸收效果。制备导热系数高、换热性能好、传质效果强的纳米流体也必定会促进其在能源、化工、微电子、信息等领域的发展。因此无论是从研究还是应用的角度出发，纳米流体的制备都将是纳米科技发展中非常重要的一个环节。
发明内容
本发明公开了一种热管式真空集热管用纳米流体超导液及其制备方法，该超导液导热效率高，且安全无毒，制备简单，易于实现大规模生产。
本申请通过以下技术方案实现：一种热管式真空集热管用纳米流体超导液，包括添加物、基液和分散剂，其中，各组分的重量份为：
添加物：10-20份；
基液：60-75份；
分散剂：10-25份；
表面活性剂：5-15份；
所述添加物为Cu或石墨烯的纳米级颗粒，所述基液为乙醇水溶液。
所述分散剂为聚乙二醇。
所述聚乙二醇的平均分子量在400~800之间。
所述Cu或石墨烯纳米颗粒的粒径在60~100nm之间。
热管式真空集热管用纳米流体超导液的制备方法，包括：先在基液中加入表面活性剂，半小时后加入添加物，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。
本申请在纳米颗粒悬浮液中加入分散剂，使其在颗粒表面吸附，改变颗粒表面的性质，从而改变颗粒与液相介质、颗粒与颗粒间的相互作用，使颗粒间有较强的排斥力，从而保持颗粒悬浮稳定性更持久。
通过实际的太阳能照晒实验表明，比起常规的超导液，本申请所述纳米流体超导液的导热效率更强，同时，本配方安全无毒，制作成本低廉，制作方法简便，可以明显的提高太阳能热利用系统的工作效率，有很好的经济与社会效益。
本申请所述制备方法简单，易于实现大规模生产；根据本申请所述制备方法制得的溶液的稳定性好，安全无毒，-40℃不结冰。
具体实施方式
以下结合实例对本发明技术加以详细说明，但实例并不用于限制本发明技术，凡是采用本技术相似的方法以及相似的技术，均应列入本专利的保护范围。
纳米流体不是指简单的液—固混合物，它是纳米颗粒在其所分散的基液中形成的均匀稳定的悬浮液。在纳米流体中，由于纳米颗粒表面的活性使它们很容易团聚在一起，形成带有若干弱连接界面较大的团聚体，从而产生颗粒沉淀，降低稳定性。因此如何使纳米粒子均匀稳定地分散于液体介质中，形成分散性好、稳定性高、持续性久以及低团聚的纳米流体，是纳米流体制备方面的重点和难点。基于此，研究者提出了多种制备方法，以期能制得分散稳定性较好的纳米流体。到目前为止，较为常用、也较为成熟的制备方法主要有气相沉积法和分散法。
气相沉积法把纳米粒子的制备与纳米流体的制备结合在一起，所制得的纳米颗粒小、纳米颗粒在液体中分散均匀、稳定性好。但该法仅适合在低蒸汽压的流体中制备含金属粒子的纳米流体。并且对设备的要求较高，费用高、产量小，不易于工业化生产，从而影响了该方法的泛应用。本申请所述的制备方法即为分散法。
本申请中用到Cu或石墨烯纳米级颗粒的主要是起导热作用。
实施例1
以Cu纳米颗粒为添加物，Cu纳米颗粒的粒径为100nm，添加重量份为20份；以乙醇水溶液为基液，分散剂为聚乙二醇，聚乙二醇的平均分子量为800。
先在乙醇水溶液中加入表面活性剂，半小时后加入Cu纳米颗粒，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。将配好的纳米流体放入热管式真空集热管，通过太阳能闷晒实验表明：在一天的吸热过程中，纳米流体超导液这一组的水温比常规超导液这一组的水温高出5~7℃。
实施例2
以Cu纳米颗粒为添加物，Cu纳米颗粒的粒径为60nm，添加重量份为10份；以乙醇水溶液为基液，分散剂为聚乙二醇，聚乙二醇的平均分子量为400。
先在乙醇水溶液中加入表面活性剂，半小时后加入Cu纳米颗粒，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。将配好的纳米流体放入热管式真空集热管，通过太阳能闷晒实验表明：在一天的吸热过程中，纳米流体超导液这一组的水温比常规超导液这一组的水温高出6~9℃。
实施例3
以石墨烯纳米颗粒为添加物，石墨烯纳米颗粒的粒径为60nm，添加量重量份为10份；乙醇水溶液为基液，加入的分散剂聚乙二醇，聚乙二醇的平均分子量为400。
先在乙醇水溶液中加入表面活性剂，半小时后加入石墨烯纳米颗粒，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。将配好的纳米流体放入热管式真空集热管，通过太阳能闷晒实验表明：在一天的吸热过程中，纳米流体超导液这一组的水温比常规超导液这一组的水温高出7~9℃。
实施例4
以石墨烯纳米颗粒为添加物，石墨烯纳米颗粒的粒径为100nm，添加量重量份为20份；乙醇水溶液为基液，加入的分散剂聚乙二醇，聚乙二醇的平均分子量为800。
先在乙醇水溶液中加入表面活性剂，半小时后加入石墨烯纳米颗粒，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。将配好的纳米流体放入热管式真空集热管，通过太阳能闷晒实验表明：在一天的吸热过程中，纳米流体超导液这一组的水温比常规超导液这一组的水温高出10~12℃。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种热管式真空集热管用纳米流体超导液，其特征在于：包括添加物、基液和分散剂，其中，各组分的重量份为：
添加物：10-20份；
基液：60-75份；
分散剂：10-25份；
表面活性剂：5-15份；
所述添加物为Cu或石墨烯的纳米级颗粒，所述基液为乙醇水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种热管式真空集热管用纳米流体超导液，其特征在于：所述分散剂为聚乙二醇。
3.根据权利要求2所述的一种热管式真空集热管用纳米流体超导液，其特征在于：所述聚乙二醇的平均分子量在400~800之间。
4.根据权利要求1所述的一种热管式真空集热管用纳米流体超导液，其特征在于：所述Cu或石墨烯纳米颗粒的粒径在60~100nm之间。
5.一种如权利要求1所述热管式真空集热管用纳米流体超导液的制备方法，其特征在于：先在基液中加入表面活性剂，半小时后加入添加物，并磁力搅拌，制成悬浮液，然后利用超声分散从而制成纳米流体。
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