阅读说明：本技术 一种太阳能光热转换元器件及其加工方法 (Solar photo-thermal conversion component and processing method thereof ) 是由 谢剑 徐进良 佘青汀 梁聪 李文霄 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于太阳能转换技术领域,尤其涉及一种太阳能光热转换元器件及其加工方法。太阳能光热转换元器件由多根透明管通过束带捆扎而成,透明管外壁沿轴向形成条纹状平行圆环,圆环由金属颗粒组成。加工方法,包括：通过超声震荡将金属颗粒分散在溶液中配置成纳米流体；将捆扎的一束透明管浸泡在纳米流体中；将浸泡过纳米流体的透明管管束放入烧结炉中,依次高温加热、保温一定时间,然后冷却到室温。本发明巧妙地利用纳米流体在受限空间蒸发,在透明管外壁面自组装纳米颗粒,形成元器件,避免了纳米颗粒在液体中团聚、沉降并影响太阳能光热转换系统效率和安全。(The invention belongs to the technical field of solar energy conversion, and particularly relates to a solar photo-thermal conversion component and a processing method thereof. The solar photo-thermal conversion component is formed by bundling a plurality of transparent tubes through a bundling belt, the outer walls of the transparent tubes form stripe-shaped parallel circular rings along the axial direction, and the circular rings are composed of metal particles. The processing method comprises the following steps: dispersing metal particles in the solution by ultrasonic oscillation to prepare nanofluid; soaking a bundle of bundled transparent tubes in nano fluid; and (3) putting the transparent tube bundle soaked with the nanofluid into a sintering furnace, sequentially heating at high temperature, preserving heat for a certain time, and then cooling to room temperature. The invention skillfully utilizes the evaporation of the nanometer fluid in the limited space to self-assemble the nanometer particles on the outer wall surface of the transparent tube to form a component, thereby avoiding the aggregation and sedimentation of the nanometer particles in the liquid and influencing the efficiency and the safety of the solar photo-thermal conversion system.)

一种太阳能光热转换元器件及其加工方法

技术领域

本发明属于太阳能转换技术领域，尤其涉及一种太阳能光热转换元器件及其加工方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石燃料的消耗，以及全球温室效应的日趋严重，诸如太阳能等新能源的利用越来越受到重视。目前，太阳能利用从原理上主要分为光电转换和光热转换两种。光热转换可用于供暖、制冷等，实现建筑节能；另外，光热转换也可以产生蒸气，推动汽轮机、带动发电机发电。由于纳米颗粒的等离激元共振吸收原理以及高导热系数等性质，通入太阳能换热器的流体中常加入金属纳米颗粒，形成纳米流体，以强化换热效果，减小光热转换容器的表面温度，最终提高光热转换效率。但纳米流体在长时间运行中极易发生团聚和沉降，不仅恶化传热性能，还可能对系统动力设备造成堵塞，构成安全威胁。因此，需要寻求新的太阳能光热转换元器件，在固体表面实现等离激元共振吸收，避免运用纳米流体带来的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种太阳能光热转换元器件及其加工方法。

一种太阳能光热转换元器件，由多根透明管通过束带捆扎而成，透明管外壁沿轴向形成条纹状平行圆环，圆环由金属颗粒组成。

所述透明管直径均在毫米量级，内层透明管直径比外层透明管直径小。

所述束带采用形状记忆合金。

所述金属颗粒大小为纳米量级，形状为椭球形。

所述圆环宽度及间距在100纳米量级，接近光的波长。

所述太阳能光热转换元器件工作时，***液体中，透明管上的金属颗粒实现光的等离激元共振吸收并转化成热能，将液体加热成蒸气，提供热源或动力源。

一种太阳能光热转换元器件的加工方法，包括：

通过超声震荡将金属颗粒分散在溶液中配置成纳米流体；

将捆扎的一束透明管浸泡在纳米流体中；

将浸泡过纳米流体的透明管管束放入烧结炉中，依次高温加热、保温一定时间，然后冷却到室温。

所述溶液采用包括：酒精、正己烷在内的挥发性、无毒溶液。

所述纳米流体在烧结炉中与透明管的接触线沿透明管轴向后撤蒸发，纳米流体中的金属颗粒则沉积在透明管表面，沉积金属颗粒反过来影响接触线的运动，导致接触线的移动不连续；最终，金属颗粒在透明管的分布也不连续，而是自组装成间距相等的圆环；金属颗粒在烧结炉的高温环境中，将热扩散到透明管外壁，从而与透明管焊接在一起。

所述圆环通过控制透明管之间的间隙尺寸、纳米流体浓度及接触线后撤速率来调整圆环尺寸和间距。

本发明的有益效果：

本发明巧妙地利用纳米流体在受限空间蒸发，在透明管外壁面自组装纳米颗粒，形成元器件。该元器件制备工艺可操作性强、成本低廉，能高效、可靠、可控地实现太阳能光热转换，避免了纳米颗粒在液体中团聚、沉降并影响太阳能光热转换系统效率和安全。

改变太阳能光热转换元器件***液体中的深度，可控制光热转化量和调节产生的蒸气量和热量。

束带采用形状记忆合金，在高温下保证弹性的同时，避免透明管被挤碎。

圆环宽度及间距与光的波长接近，有利于光的等离激元共振吸收并转化成热能。

附图说明

图1是本发明太阳能光热转换元器件结构及工作原理示意图

图2是本发明太阳能光热转换元器件制备方法及制备原理示意图。

图中标号：1太阳能光热转换元器件，2液体，3太阳能聚光器，4太阳，5蒸气，6透明管，7束带，8金属颗粒，9圆环，10溶液，11纳米流体，12容器，13烧结炉，14间隙，15接触线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步详细说明，但不以任何方式限制本发明的权利要求。

图1是本发明太阳能光热转换元器件结构及工作原理示意图。太阳能光热转换元器件1工作时放入盛装液体2的太阳能聚光器3中，通过表面等离激元共振吸收原理将太阳4发出的光波转换为热能并产生蒸气5(如图1a)，为建筑供暖、制冷或推动汽轮机、带动发电机发电。太阳能光热转换元器件1由不同直径的透明管6在束带7的捆扎下紧密排布而成。内层的透明管6直径小，而外层的透明管6直径大(如图1b)。束带7采用形状记忆合金，在高温下保证弹性的同时，避免透明管6被挤碎。每根透明管6上焊接有金属颗粒8，且金属颗粒8在透明管6外壁上自组装成平行的圆环9(如图1c)。优选地，透明管6直径毫米量级；圆环9宽度及间距100纳米量级。

图2是本发明太阳能光热转换元器件制备方法及制备原理示意图。其制备流程主要包括两个步骤：首先，如图2a，通过超声震荡的方式将金属颗粒8分散在溶液10中配置成纳米流体11，并盛装在容器12中。将束带7捆扎的一束透明管6浸泡在容器12盛装的纳米流体11中。然后，如图2b，将浸泡过纳米流体11的透明管6管束放入烧结炉13中，依次高温加热、保温一定时间，然后冷却到室温。优选地，烧结炉30分钟升温到650摄氏度，并保温1小时，而后自然冷却到室温。优选地，金属颗粒8大小纳米量级，形状为椭球形，材质为金；溶液10采用酒精、正己烷等挥发性、无毒溶液，优选为正己烷。

经过以上两个步骤，透明管6外壁将焊接上自组织的金属颗粒8，其原理如图2c。透明管6在束带7的捆扎下紧密排布，相邻透明管6间形成间隙14。透明管6管束浸泡纳米流体11后，纳米流体11充满间隙14。透明管6管束放入烧结炉13加热时，纳米流体11中的溶液10蒸发，纳米流体11与透明管6的接触线15在间隙14中不断后撤，纳米流体11中的金属颗粒8在接触线上沉积。沉积的金属颗粒8反过来影响接触线15的运动，导致接触线15的移动不连续。最终，金属颗粒8在透明管6的分布也不连续，而是自组织成间距相等的圆环9。自组织圆环9的金属颗粒8在烧结炉13的高温环境中，将热扩散到透明管6外壁，从而与透明管6焊接在一起。焊接有自组织金属颗粒8的透明管6集结成束，即构成了本发明太阳能光热转换元器件。

本发明通过低成本地将纳米颗粒8有序地焊接在透明管6外壁，通过表面等离激元共振吸收原理，高效、可靠、可控地实现太阳能光热转换，避免纳米颗粒8在液体2中团聚并影响太阳能光热转换系统效率和安全，是新能源利用领域的革新技术与关键技术。

实施例1：

透明管选用两种规格的石英玻璃管：一种内径2.5毫米，外径3毫米；另一种内径1.6毫米，外径2毫米。石英玻璃管均长0.6米，将两种石英玻璃管分别捆扎成束，每束玻璃管根数1000根。玻璃管管束放置到盛有纳米流体的容器中浸泡10分钟，让石英玻璃管管束间的间隙充满纳米流体。纳米流体由椭球形金纳米颗粒超声分散在正己烷溶液中配制而成。椭球形金纳米颗粒长轴50纳米，短轴30纳米。纳米流体中金纳米颗粒的质量浓度为0.05％。

浸泡过纳米流体的石英玻璃管管束从容器中捞出，放置到烧结炉中。烧结炉30分钟升温到650摄氏度，并保温1小时，而后自然冷却到室温。石英玻璃管管束在烧结炉中加热的过程中，间隙间的纳米流体蒸发，纳米流体与石英玻璃管外壁的接触线非连续地后撤，纳米流体中的金颗粒在接触线上沉积，自组织形成宽150纳米，间距150纳米的平行圆环，覆盖在石英玻璃管外壁。纳米流体在2分钟内完全蒸发，而后烧结炉继续升温，利用热扩散原理，将以平行圆环图案化自组织的金颗粒焊接在在石英玻璃管外壁。

外壁焊接有自组织金颗粒的石英玻璃管，被镍钛形状记忆合金束带重新捆扎成管束：内径1.6毫米，外径2毫米的石英玻璃管放内层；内径2.5毫米，外径3毫米的石英玻璃管放外层，形成太阳能光热转换元器件。太阳能光热转换元器件放入太阳能集热管中的水中，石英玻璃管上自组织的金颗粒实现光的等离激元共振吸收并转化成热能，将水加热成蒸气，为建筑供暖、制冷或推动汽轮机、带动发电机发电。改变太阳能光热转换元器件***液体中的深度，可控制光热转化量、调节产生的蒸气量。

实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。