[发明专利]一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法，属于能源与环境技术领域。该纳米循环工质包括以下质量百分比组分：纳米CuO、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、BaCl₂或CNT（多壁碳米管）粒子0.01~10%，苯、甲苯、乙苯、丁苯、环己烷、R123、R113、八甲基三硅氧烷、六甲基二硅氧烷或十二甲基五硅氧烷89.5~98.8%，稳定剂0.1~1.1%。本发明首先将分散剂和乳化剂分别加入到有机工质中搅拌均匀得到混合有机物；将通过气相凝结法生成的纳米粒子加入得到混合有机物中，在频率为20~30KHz条件下超声振荡10~30小时后形成稳定的纳米循环工质。本发明选用恰当的纳米粒子种类、基液种类和颗粒浓度进行优化组合，再采用性能良好的稳定剂制备得到传热性能增强的纳米循环工质，本方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法，属于能源与环境技术领域。

背景技术

热量的传递几乎渗透到了包括动力，化工，冶金，石化，材料等主要传统工业领域以及生物质能、太阳能、地热能及核能等新能源领域。传热效率的高低直接影响到能源的有效利用率和利用水平，随着节能工作的深入开展，强化传热技术越来越受到重视。

采用有机朗肯循环（ORC）能高效地将各种余热、槽式抛物面聚焦太阳能、生物质燃烧产生热能等高效地转化为电能。但与采用水为循环工质的水蒸气朗肯循环（SRC）相比，ORC的有机循环工质的传热性能较差，使得换热设备的传热面积增大，降低了ORC系统的经济性能。故本申请提出在ORC有机工质中添加适当种类及浓度的纳米粒子形成传热性能增强的纳米循环工质。纳米颗粒的加入改变了有机工质基液的热物性参数如导热系数、黏度、表面张力等，若选用恰当的纳米粒子种类、基液种类和颗粒浓度进行优化组合，再采用性能良好的稳定剂，便可提高循环工质在预热器、蒸汽发生器及凝结器中的单相对流换热和相变换热系数，同时因纳米颗粒的微尺度效应，在蒸发及凝结过程中能够稳定均匀地分散在循环工质中，不会像毫米或微米级粒子产生对系统管路、部件产生磨损、堵塞等不良后果。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法。本发明选用恰当的纳米粒子种类、基液种类和颗粒浓度进行优化组合，再采用性能良好的稳定剂制备得到传热性能增强的纳米循环工质，本方法简单易行，本发明通过以下技术方案实现。

一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质，该纳米循环工质包括以下质量百分比组分：纳米CuO、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、BaCl₂或CNT（多壁碳米管）粒子0.01~10%，苯、甲苯、乙苯、丁苯、环己烷、R123、R113、八甲基三硅氧烷、六甲基二硅氧烷或十二甲基五硅氧烷89.5~98.8%，稳定剂0.1~1.1%。

所述纳米CuO、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、BaCl₂或CNT粒子平均直径为40nm，CuO、多壁碳纳米管纳米粒子颗粒为体型呈长方体的金属有机载体空心框架，其他的纳米粒子均为实心颗粒，具体制备方法通常采用气相凝结发先生成一种反应蒸汽，然后通过氧化、热解、等离子、激光消融、激光热解等方法在蒸汽中形成核并形成纳米粒子。

所述稳定剂由吐温-20、吐温-21、吐温-40、吐温-60、吐温-61、吐温-80、吐温-81、吐温-85聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、Span-80中的一种分散剂以及OP-4、OP-7辛烷基酚聚氧乙烯醚非离子型分散剂中的一种乳化剂任意比例组成。

一种上述的用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质的制备方法，其具体步骤如下：