[发明专利]一种结构渐变的多孔介质太阳能吸热器的制备方法

说明书

本发明公开了一种结构渐变的多孔介质太阳能吸热器的制备方法。本发明利用有机模板浸渍法，提出了分层、多次挂浆的工艺流程。通过调节固相质量占比控制浆料黏度，初次挂浆采用高黏度浆料，对整个多孔材料挂浆。后续挂浆采用低粘度浆料并逐次调整挂浆的多孔区域范围，获得沿厚度方向结构渐变的多孔介质吸热体。本发明提出的制备方法能够控制沿多孔介质厚度方向的孔隙率和孔径等结构参数，实现了结构渐变的多孔介质太阳能吸热器的制备。

技术领域

本发明属于太阳能热利用技术领域，特别涉及一种结构渐变的多孔介质太阳能吸热器的制备方法。

背景技术

作为聚光太阳能热发电系统中的关键部件，吸热器承担着将太阳辐射能量传递给换热流体的任务。传统的表面吸收式吸热器由于热流集中、表面温度高，会形成较高的热辐射损失。多孔介质太阳能吸热器是一种容积式吸热器，太阳辐射能够在多孔介质内逐渐衰减，降低了表面的集中热流；同时其复杂的三维网状结构和巨大的换热面积，能够显著增强换热流体和吸热器间的对流传热，从而形成“体吸收”效应，有效提升吸热器的效率。然而，多孔介质太阳能吸热器的推广依然存在以下难题：(1)高效的吸热器结构缺乏设计方案；(2)新型吸热器的制备加工存在技术瓶颈。

目前国内外已有学者提出了多孔介质太阳能吸热器新结构。Roldan等提出了一种双层多孔介质吸热器，其利用多孔介质热平衡模型，揭示了孔隙率沿太阳入射方向减小的吸热器能够减小吸热器内部温度梯度，具有更高的热效率。Chen等和Du等分别采用多孔介质非热平衡模型，利用数值方法发现孔隙率(或孔径)减小的结构有利于提升吸热器效率。Antonio L.Avila-Marin等通过堆叠多孔金属丝网，获得了几何结构参数和光学特性不同双层和三层多孔介质，实验发现，双层多孔介质中，直接接收太阳辐射的外层应该具有较高的孔隙率以保证较大的透射深度，同时内层多孔介质应该具有更大的比表面积以强化对流换热。从以上的分析可以看出，相对于均匀的多孔介质太阳能吸热器，结构参数变化的吸热器具有更优异的性能。从研究方法来看，数值模拟虽然能够指导吸热器结构的设计，但是其有效性尚缺乏实验的证明。同时，在目前的实验研究中，只能通过堆叠不同的均匀多孔介质获得简单的吸热器结构，依然缺乏新型多孔介质太阳能吸热器的制备方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构渐变的多孔介质太阳能吸热器的制备方法，该方法通过调节陶瓷浆料黏度，采取分层、多次挂浆方法，可以制备孔隙率和孔径渐变的多孔介质太阳能吸热器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种结构渐变的多孔介质太阳能吸热器的制备方法，采用有机模板浸渍法，以聚氨酯有机泡沫作为前驱体，利用陶瓷浆料对前驱体挂浆后经干燥、高温烧结制成，其特征在于，所述挂浆过程中采用多次、分层的工艺，控制前驱体不同厚度处的挂浆量，获得沿前驱体(多孔介质)厚度方向变化的孔隙结构。

优选地，所述陶瓷浆料通过如下步骤制备：

步骤1)混合质量比为2.6:1的碳化硅粉和白刚玉粉构成陶瓷粉主体，添加高岭土和膨润土作为烧结助剂，重量分别为陶瓷粉主体的1/50和1/100；

步骤2)加入质量分别为陶瓷粉体1/4和1/20的碱性硅溶胶和羧甲基纤维素作为粘结剂，与陶瓷粉主体充分混合。加入去离子水调节固相质量占比至70％-76％，球磨3小时获得陶瓷浆料。

优选地，每次利用陶瓷浆料对前驱体挂浆后，使用离心机排出多孔介质内多余的浆料。

优选地，挂浆后胚体置于50℃真空干燥箱干燥4小时，末次挂浆完成后的胚体在90℃条件下真空干燥24h。

优选地，所述多次、分层的工艺中：

1)首次挂浆采用固相质量占比为76％的陶瓷浆料，获得基础陶瓷胚体；