專利名稱：用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用含吸光介質(zhì)的工作流體將光輻射能轉(zhuǎn)化為熱能并加以利用的方法，屬光輻射能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
在現(xiàn)有的光能熱利用技術(shù)中，主要是太陽(yáng)能的熱利用，采用對(duì)陽(yáng)光有吸收作用的固體材料或在固體表面用吸光介質(zhì)生成光熱轉(zhuǎn)化層的方法吸收陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為熱，再通過(guò)固體的熱傳導(dǎo)作用將熱量傳遞給水或其它工作液體加以利用。CN2132952、CN2149589表述的太陽(yáng)能熱水器采用的是對(duì)陽(yáng)光有吸收作用的固體材料吸熱方法；CN2210361、CN2267439、CN1198808采用的是在固體材料表面生成光熱轉(zhuǎn)化層的吸熱方法。這類方法對(duì)光能的吸收轉(zhuǎn)化主要在固體表面進(jìn)行，在熱能由固體表面向工作液體的傳遞過(guò)程中，要克服固體壁面及液體邊界層的熱阻，使高溫的吸熱表面與低溫的工作液體間產(chǎn)生較大溫差，這種溫差使吸熱表面的對(duì)外熱輻射增大。在選擇吸熱表面材料時(shí)，高吸光系數(shù)是主要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也使發(fā)射系數(shù)提高，這些都導(dǎo)致熱損失增加；而材料及相界面的熱阻又導(dǎo)致這類太陽(yáng)能利用裝置的傳熱效率偏低；兩種因素共同決定這類裝置的總體效率較低。這類太陽(yáng)能裝置的吸熱壁面必須與工作液體良好接觸方能正常工作，否則將因吸熱面產(chǎn)生的熱量不能迅速傳遞出去而導(dǎo)致裝置工作不正常甚至損毀。在解決這些矛盾時(shí)，又使這類裝置的復(fù)雜程度提高，導(dǎo)致安裝、使用、維護(hù)不便，價(jià)格偏高，限制了它們的推廣使用。
本發(fā)明的目的在于找出一種將光能在工作流體內(nèi)轉(zhuǎn)化成熱能并高效傳遞給工作流體的方法，使包括太陽(yáng)能在內(nèi)的光能得到簡(jiǎn)便、廉價(jià)、高效和多領(lǐng)域的利用。
本發(fā)明的目的是采用具有吸光特性的工作流體或通過(guò)向工作流體內(nèi)添加光吸收介質(zhì)，使工作流體與光吸收介質(zhì)共同構(gòu)成對(duì)光能起吸收作用的混合體，完成在工作流體內(nèi)使光能完全或部分轉(zhuǎn)化成熱能并高效傳遞給工作流體的任務(wù)。本發(fā)明所采用的工作流體可以是純凈的氣體、液體，也可以是氣體與氣體、液體與液體、氣體與液體、氣體與固體、液體與固體、氣體與液體與固體的組合所形成的具有流動(dòng)特性的物質(zhì)；其自身可以是吸光的，也可以是不吸光的。本發(fā)明所添加的吸光介質(zhì)可以是自身即具有吸光特性，也可以是與工作流體作用后才共同具有吸光特性的物質(zhì)；吸光介質(zhì)可以僅添加一種，也可以同時(shí)添加多種，當(dāng)工作流體自身吸光特性已滿足需要時(shí)，也可以不加；為保持吸光介質(zhì)在工作流體中的穩(wěn)定，可以在添加吸光介質(zhì)的同時(shí)添加其它助劑；吸光介質(zhì)在工作流體中的形態(tài)可以是完全互溶的，也可以是部分互溶的或完全不互溶的；吸光介質(zhì)的密度可大于、等于或小于工作流體的密度；吸光介質(zhì)在工作流體中可以是流動(dòng)的，也可以是固定的；可以以連續(xù)相存在，也可以以分散相形式存在；當(dāng)吸光介質(zhì)為固體時(shí)，其形狀與大小可以是任意的。吸光介質(zhì)與工作流體共同構(gòu)成的物系仍具有完全或部分流動(dòng)特性；對(duì)光能的吸收可以是選擇性的，也可以是完全的；對(duì)光能的吸收可以是在低溫條件下進(jìn)行的，也可以在高溫條件下進(jìn)行的，或可同時(shí)在高溫或低溫條件下進(jìn)行的。本發(fā)明可轉(zhuǎn)換為熱能的光能包括微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線或由它們以任意比例組成的混合光。
在應(yīng)用本發(fā)明的方法時(shí)，可以用透光或部分透光的隔熱或不隔熱材料制作容器，將含吸光介質(zhì)的工作流體置于其中。光轉(zhuǎn)化成的熱可以積蓄起來(lái)使用，也可以通過(guò)換熱器將熱量隨時(shí)取走使用，還可以利用直接將光線作用于含吸光介質(zhì)的工作流體中所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。制作容器的材料可以是單層的，也可以是多層的，還可以是發(fā)泡的；材料為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，夾層中可以是抽真空或充入物質(zhì)的。
由于本發(fā)明采用添加了吸光介質(zhì)的工作流體將光輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，熱量的傳遞過(guò)程發(fā)生在流體內(nèi)部，不存在外壁面向工作流體傳熱的熱阻，使光轉(zhuǎn)換成的熱無(wú)損失地傳給了工作流體，傳熱效率達(dá)到了最高；由于傳熱過(guò)程發(fā)生在工作流體內(nèi)部，使工作流體與容器外壁面的溫差呈內(nèi)高外低的負(fù)值，加之容器外壁不存在具有高吸光、高發(fā)射系數(shù)的涂層，使工作流體通過(guò)容器外壁產(chǎn)生熱輻射而導(dǎo)致的熱損失降低到最少；這兩種因素共同決定本發(fā)明方法的總體熱效率最高。本發(fā)明方法不依賴壁面與工作流體的直接接觸傳熱，因此在壁面與流體接觸不好時(shí)仍可正常工作；含吸光介質(zhì)的工作流體不存在時(shí)，光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程即終止，不會(huì)因此發(fā)生壁面飛溫導(dǎo)致裝置發(fā)生故障。
本發(fā)明的方法可以在不同領(lǐng)域中用多種方法實(shí)施，如工業(yè)廢光熱的回收，家用太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能蒸發(fā)器、太陽(yáng)能海水淡化裝置、太陽(yáng)能鍋爐等?，F(xiàn)以實(shí)例說(shuō)明如下實(shí)施例1用本發(fā)明構(gòu)成光輻射能導(dǎo)熱油爐。本裝置所接受的光輻射能是太陽(yáng)光或人工光熱源產(chǎn)生的光熱輻射；集熱器采用透光玻璃排管取代金屬或鍍膜玻璃排管，為了保溫，透光玻璃排管還可以采用真空夾套形式；工作流體采用導(dǎo)熱油，吸光介質(zhì)采用油溶性耐曬黑染料。工作過(guò)程如下循環(huán)流動(dòng)的被染黑的導(dǎo)熱油通過(guò)透明玻璃管排時(shí)，吸收光源的輻射能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，使自身溫度升高，將熱能以顯熱形式貯存起來(lái)；當(dāng)導(dǎo)熱油流出透明玻璃管排時(shí)，加熱過(guò)程終止；被升溫了的導(dǎo)熱油循環(huán)至熱交換器或其它熱利用裝置取走熱量加以利用；取走了熱量的導(dǎo)熱油再進(jìn)入下一循環(huán)去吸收光能。
實(shí)施例2用本發(fā)明構(gòu)成太陽(yáng)能鹽鹵定濃度濃縮蒸發(fā)器。在一敞口的容器中放入待蒸發(fā)的工作流體鹽鹵，加入的吸光介質(zhì)是黑色塑料顆粒，粒徑分布為0.1-3毫米，密度用添加劑連續(xù)可調(diào)；本裝置容器器壁是土質(zhì)的，形狀為矩形。工作過(guò)程如下當(dāng)鹽鹵與黑色塑料吸光顆?；旌蠒r(shí)，吸光顆粒因密度大而沉入鹵池底部。在陽(yáng)光照射條件下，光線直達(dá)池底，被吸光顆粒轉(zhuǎn)化為熱能并傳遞給鹽鹵，使鹽鹵升溫，加速表面的蒸發(fā)過(guò)程；隨著鹽鹵中水分的蒸發(fā)，鹽鹵密度逐步提高，當(dāng)達(dá)到吸光顆粒的密度時(shí)，吸光顆粒開(kāi)始懸浮于鹽鹵中，指示鹽鹵被蒸發(fā)至特定濃度；隨著蒸發(fā)的進(jìn)一步進(jìn)行，鹽鹵密度開(kāi)始大于吸光顆粒密度，顆粒漂浮到鹽鹵表面，使光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程在鹵層表面發(fā)生，產(chǎn)生的熱量主要以熱傳導(dǎo)及熱輻射形式逸入空氣，鹽鹵在指定濃度上不再被濃縮。再經(jīng)過(guò)固液分離，即可獲指定濃度的鹽鹵。
權(quán)利要求
1.一種用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，用含吸光介質(zhì)的工作流體將光輻射能轉(zhuǎn)化為熱能并加以利用，其特征在于采用具有吸光特性的工作流體或通過(guò)工作流體內(nèi)添加光吸收介質(zhì)，使工作流體與光吸收介質(zhì)共同構(gòu)成對(duì)光能起吸收作用的混合體，完成在工作流體內(nèi)使光能完全或部分轉(zhuǎn)化成熱能并高效傳遞給工作流體的任務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于所采用的工作流體可以是純凈的氣體、液體，也可以是氣體與氣體、液體與液體、液體與固體、氣體與液體、氣體與固體、氣體與液體與固體的組合所形成的具有流動(dòng)特性的物質(zhì)；其自身可以是吸光的，也可以是不吸光的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于所添加的吸光介質(zhì)可以是自身即具有吸光特性，也可以是與工作流體作用后才共同具有吸光特性的物質(zhì)；吸光介質(zhì)可以僅添加一種，也可以同時(shí)添加多種，當(dāng)工作流體自身吸光特性已滿足需要時(shí)，也可以不加；為保持吸光介質(zhì)在工作流體中的穩(wěn)定，可以在添加吸光介質(zhì)的同時(shí)添加其它助劑；吸光介質(zhì)在工作流體中的形態(tài)可以是完全互溶的，也可以是部分互溶的或完全不互溶的；吸光介質(zhì)的密度可大于、等于或小于工作流體的密度；吸光介質(zhì)在工作流體中可以是流動(dòng)的，也可以是固定的；可以以連續(xù)相存在，也可以以分散相形式存在；當(dāng)吸光介質(zhì)為固體時(shí)，其形狀與大小可以是任意的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于吸光介質(zhì)與工作流體共同構(gòu)成的物系仍具有完全或部分流動(dòng)特性；對(duì)光能的吸收可以是選擇性的，也可以是完全的；對(duì)光能的吸收可以是在低溫條件下進(jìn)行的，也可以在高溫條件下進(jìn)行的，或可同時(shí)在高溫或低溫條件下進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于可轉(zhuǎn)換為熱能的光能包括微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線或由它們以任意比例組成的混合光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于可以用透光或部分透光的隔熱或不隔熱的材料制作容器，將含吸光介質(zhì)的工作流體置于其中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于光轉(zhuǎn)化成的熱可以積蓄起來(lái)使用，也可以通過(guò)換熱器將熱量隨時(shí)取走使用，還可以利用直接將光線作用于含吸光介質(zhì)的工作流體中所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和6所述的用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，其特征在于制作容器的材料可以是單層的，也可以是多層的，還可以是發(fā)泡的；材料為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，夾層中可以是抽真空或充入液體的。
全文摘要
用含吸光介質(zhì)的流體將光轉(zhuǎn)化為熱加以利用的方法，屬光輻射能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)向工作流體內(nèi)添加光吸收介質(zhì)，使工作流體與光吸收介質(zhì)共同構(gòu)成對(duì)光能起吸收作用的混合體，完成在工作流體內(nèi)使光能完全或部分轉(zhuǎn)化成熱能并高效傳遞給工作流體的任務(wù)。本發(fā)明可用于光熱鍋爐、廢光熱的回收、家用太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能蒸發(fā)器、太陽(yáng)能海水淡化裝置、太陽(yáng)能空調(diào)等方面，使包括太陽(yáng)能在內(nèi)的光能得到簡(jiǎn)便、廉價(jià)、高效的應(yīng)用。
文檔編號(hào)F24J2/24GK1239772SQ9910917
公開(kāi)日1999年12月29日 申請(qǐng)日期1999年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月21日
發(fā)明者王一平 申請(qǐng)人:王一平