專利名稱：用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法
技術領域：
本發明涉及一種用含吸光介質的工作流體將光輻射能轉化為熱能并加以利用的方法，屬光輻射能熱利用技術領域。
在現有的光能熱利用技術中，主要是太陽能的熱利用，采用對陽光有吸收作用的固體材料或在固體表面用吸光介質生成光熱轉化層的方法吸收陽光并將其轉化為熱，再通過固體的熱傳導作用將熱量傳遞給水或其它工作液體加以利用。CN2132952、CN2149589表述的太陽能熱水器采用的是對陽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化層的吸熱方法。這類方法對光能的吸收轉化主要在固體表面進行，在熱能由固體表面向工作液體的傳遞過程中，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生較大溫差，這種溫差使吸熱表面的對外熱輻射增大。在選擇吸熱表面材料時，高吸光系數是主要標準，同時也使發射系數提高，這些都導致熱損失增加；而材料及相界面的熱阻又導致這類太陽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，否則將因吸熱面產生的熱量不能迅速傳遞出去而導致裝置工作不正常甚至損毀。在解決這些矛盾時，又使這類裝置的復雜程度提高，導致安裝、使用、維護不便，價格偏高，限制了它們的推廣使用。
本發明的目的在于找出一種將光能在工作流體內轉化成熱能并高效傳遞給工作流體的方法，使包括太陽能在內的光能得到簡便、廉價、高效和多領域的利用。
本發明的目的是采用具有吸光特性的工作流體或通過向工作流體內添加光吸收介質，使工作流體與光吸收介質共同構成對光能起吸收作用的混合體，完成在工作流體內使光能完全或部分轉化成熱能并高效傳遞給工作流體的任務。本發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特性的物質；其自身可以是吸光的，也可以是不吸光的。本發明所添加的吸光介質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；吸光介質可以僅添加一種，也可以同時添加多種，當工作流體自身吸光特性已滿足需要時，也可以不加；為保持吸光介質在工作流體中的穩定，可以在添加吸光介質的同時添加其它助劑；吸光介質在工作流體中的形態可以是完全互溶的，也可以是部分互溶的或完全不互溶的；吸光介質的密度可大于、等于或小于工作流體的密度；吸光介質在工作流體中可以是流動的，也可以是固定的；可以以連續相存在，也可以以分散相形式存在；當吸光介質為固體時，其形狀與大小可以是任意的。吸光介質與工作流體共同構成的物系仍具有完全或部分流動特性；對光能的吸收可以是選擇性的，也可以是完全的；對光能的吸收可以是在低溫條件下進行的，也可以在高溫條件下進行的，或可同時在高溫或低溫條件下進行的。本發明可轉換為熱能的光能包括微波、紅外線、可見光、紫外線或由它們以任意比例組成的混合光。
在應用本發明的方法時，可以用透光或部分透光的隔熱或不隔熱材料制作容器，將含吸光介質的工作流體置于其中。光轉化成的熱可以積蓄起來使用，也可以通過換熱器將熱量隨時取走使用，還可以利用直接將光線作用于含吸光介質的工作流體中所產生的熱效應。制作容器的材料可以是單層的，也可以是多層的，還可以是發泡的；材料為多層結構時，夾層中可以是抽真空或充入物質的。
由于本發明采用添加了吸光介質的工作流體將光輻射能轉化為熱能，熱量的傳遞過程發生在流體內部，不存在外壁面向工作流體傳熱的熱阻，使光轉換成的熱無損失地傳給了工作流體，傳熱效率達到了最高；由于傳熱過程發生在工作流體內部，使工作流體與容器外壁面的溫差呈內高外低的負值，加之容器外壁不存在具有高吸光、高發射系數的涂層，使工作流體通過容器外壁產生熱輻射而導致的熱損失降低到最少；這兩種因素共同決定本發明方法的總體熱效率最高。本發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仍可正常工作；含吸光介質的工作流體不存在時，光熱轉換過程即終止，不會因此發生壁面飛溫導致裝置發生故障。
本發明的方法可以在不同領域中用多種方法實施，如工業廢光熱的回收，家用太陽能熱水器、太陽能蒸發器、太陽能海水淡化裝置、太陽能鍋爐等。現以實例說明如下實施例1用本發明構成光輻射能導熱油爐。本裝置所接受的光輻射能是太陽光或人工光熱源產生的光熱輻射；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；工作流體采用導熱油，吸光介質采用油溶性耐曬黑染料。工作過程如下循環流動的被染黑的導熱油通過透明玻璃管排時，吸收光源的輻射能并將其轉化為熱能，使自身溫度升高，將熱能以顯熱形式貯存起來；當導熱油流出透明玻璃管排時，加熱過程終止；被升溫了的導熱油循環至熱交換器或其它熱利用裝置取走熱量加以利用；取走了熱量的導熱油再進入下一循環去吸收光能。
實施例2用本發明構成太陽能鹽鹵定濃度濃縮蒸發器。在一敞口的容器中放入待蒸發的工作流體鹽鹵，加入的吸光介質是黑色塑料顆粒，粒徑分布為0.1-3毫米，密度用添加劑連續可調；本裝置容器器壁是土質的，形狀為矩形。工作過程如下當鹽鹵與黑色塑料吸光顆粒混合時，吸光顆粒因密度大而沉入鹵池底部。在陽光照射條件下，光線直達池底，被吸光顆粒轉化為熱能并傳遞給鹽鹵，使鹽鹵升溫，加速表面的蒸發過程；隨著鹽鹵中水分的蒸發，鹽鹵密度逐步提高，當達到吸光顆粒的密度時，吸光顆粒開始懸浮于鹽鹵中，指示鹽鹵被蒸發至特定濃度；隨著蒸發的進一步進行，鹽鹵密度開始大于吸光顆粒密度，顆粒漂浮到鹽鹵表面，使光熱轉換過程在鹵層表面發生，產生的熱量主要以熱傳導及熱輻射形式逸入空氣，鹽鹵在指定濃度上不再被濃縮。再經過固液分離，即可獲指定濃度的鹽鹵。
權利要求
1.一種用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法，用含吸光介質的工作流體將光輻射能轉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工作流體內添加光吸收介質，使工作流體與光吸收介質共同構成對光能起吸收作用的混合體，完成在工作流體內使光能完全或部分轉化成熱能并高效傳遞給工作流體的任務。
2.根據權利要求1所述的用含吸光介質的流體將光轉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特性的物質；其自身可以是吸光的，也可以是不吸光的。
3.根據權利要求1所述的用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法，其特征在于所添加的吸光介質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；吸光介質可以僅添加一種，也可以同時添加多種，當工作流體自身吸光特性已滿足需要時，也可以不加；為保持吸光介質在工作流體中的穩定，可以在添加吸光介質的同時添加其它助劑；吸光介質在工作流體中的形態可以是完全互溶的，也可以是部分互溶的或完全不互溶的；吸光介質的密度可大于、等于或小于工作流體的密度；吸光介質在工作流體中可以是流動的，也可以是固定的；可以以連續相存在，也可以以分散相形式存在；當吸光介質為固體時，其形狀與大小可以是任意的。
4.根據權利要求1所述的用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法，其特征在于吸光介質與工作流體共同構成的物系仍具有完全或部分流動特性；對光能的吸收可以是選擇性的，也可以是完全的；對光能的吸收可以是在低溫條件下進行的，也可以在高溫條件下進行的，或可同時在高溫或低溫條件下進行的。
5.根據權利要求1所述的用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法，其特征在于可轉換為熱能的光能包括微波、紅外線、可見光、紫外線或由它們以任意比例組成的混合光。
6.根據權利要求1所述的用含吸光介質的流體將光轉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，將含吸光介質的工作流體置于其中。
7.根據權利要求1所述的用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法，其特征在于光轉化成的熱可以積蓄起來使用，也可以通過換熱器將熱量隨時取走使用，還可以利用直接將光線作用于含吸光介質的工作流體中所產生的熱效應。
8.根據權利要求1和6所述的用含吸光介質的流體將光轉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，還可以是發泡的；材料為多層結構時，夾層中可以是抽真空或充入液體的。
全文摘要
用含吸光介質的流體將光轉化為熱加以利用的方法，屬光輻射能熱利用技術領域。通過向工作流體內添加光吸收介質，使工作流體與光吸收介質共同構成對光能起吸收作用的混合體，完成在工作流體內使光能完全或部分轉化成熱能并高效傳遞給工作流體的任務。本發明可用于光熱鍋爐、廢光熱的回收、家用太陽能熱水器、太陽能蒸發器、太陽能海水淡化裝置、太陽能空調等方面，使包括太陽能在內的光能得到簡便、廉價、高效的應用。
文檔編號F24J2/24GK1239772SQ9910917
公開日1999年12月29日 申請日期1999年6月21日 優先權日1999年6月21日
發明者王一平 申請人:王一平