熔盐基纳米流体制备系统的制作方法

本发明涉及纳米流体制备领域，具体涉及一种熔盐基纳米流体制备系统。

背景技术

集中太阳能发电厂和高温储热系统是公知的能源技术，它们主要是以合成油作为主要的传热流体。因为导热油具有在较高的温度下(≥400℃)的不稳定性和毒性、蒸汽压高、成本高等缺陷，其正在被更安全，更便宜，更容易处理的熔盐材料而取代。然而，这些材料的热物理特性往往很差，为了解决这个问题，可以将一定量具有特定热力性能的纳米颗粒均匀分散到盐体中，从而获得纳米分散系，称为纳米流体。

纳米流体与不含纳米颗粒的基底流体相比具有更高的热性能。众所周知，少量均匀分散的纳米颗粒(如二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝等)可使熔盐的比热容提高到25％。然而，正如最近的科学研究所指出的，纳米流体受到老化过程的影响，从而降低了它的热性能。这种老化过程主要是由于分散的颗粒的凝聚现象，可以从初始平均少于纳米直径(≈20nm)增长至几微米，从而导致在纳米分散分布的变化并因此减少传热流体的热性能，这一缺点在流体的固液相转变中更为突出。

虽然纳米流体有可能提高传热流体和热能储存介质的热性能，但大规模可靠的制造和/或再生纳米流体的方法仍未被公开。大多数熔融盐基纳米流体只能以最小的量(克)制造，一般限于实验室规模。然而，在制备的最后阶段中，水基溶液被干燥，纳米颗粒的体积浓度的增加可能导致进一步的凝聚，因此纳米颗粒的存在降低了热性能。在应用于大规模能量系统的时候，纳米颗粒会产生同样的负面现象。生产过程中，老化和周期相位变化是造成纳米流体性能退化的最具影响力的因素。且现有纳米流体的制备与应用分开进行，需将纳米流体制备后投入应用，纳米流体性能退化后则需要另外更换制备好的纳米流体，而不能使纳米流体实时进行再生。

技术实现要素：

因此，为了克服现有技术中，现有熔盐基纳米流体制备系统的在大规模生产运行时下纳米颗粒凝聚使纳米流体老化，且纳米流体的再生需要单独进行的问题，从而提供一种可以大规模投入生产运行且可以在生产线实时再生纳米流体的熔盐基纳米流体制备系统。

本发明的设计方案如下：

一种熔盐基纳米流体制备系统，包括：高温池，设有熔盐入口和纳米颗粒入口，用于使所述纳米颗粒均匀分布在所述熔盐内形成纳米流体；低温池，所述低温池内的温度高于所述纳米流体的熔点，且低于所述高温池内的温度；第一通路，连接于所述高温池和所述低温池之间，可使所述纳米流体自所述高温池流至所述低温池；第二通路，用于将所述低温池与所述应用终端连通，使所述纳米流体自所述低温池流至所述应用终端。

优选的，还包括回收通路，一端与所述应用终端相连，另一端与所述低温池连通，所述回收通路内所述纳米流体自所述应用终端流回至所述低温池。

优选的，所述高温池内设有搅拌装置，通过所述搅拌装置搅拌使纳米颗粒均匀分布在所述熔盐内形成纳米流体。

优选的，在所述第一通路上设有第一光学监测装置，用于监测流过的纳米流体的均匀分散以及老化的情况，并控制所述高温池操作加入所述熔盐基溶液或所述纳米颗粒，或调整搅拌速度。

优选的，在所述第二通路上还依次设有第二光学监测装置和三通阀，所述三通阀的入口与所述第二光学监测装置连通，所述三通阀的第一出口与所述应用终端连通，第二出口通过第三通路与所述高温池相连通，所述第二光学监测装置用于监测流过的所述纳米流体是否符合应用的需求，并通过所述三通阀控制符合需求的所述纳米流体流向所述应用终端，不符合需求的所述纳米流体流向所述高温池。

优选的，在所述第一通路和所述第三通路上设有换热器，用于将所述第一通路内所述纳米流体的热量传递至所述第三通路内的所述纳米流体。

优选的，所述纳米颗粒为陶瓷氧化物或碳衍生物。

优选的，熔盐是基于硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐或氯化物的纯熔盐，或上述熔盐的二元、三元或四元混合物。

优选的，所述熔盐是由质量分数为60％硝酸钾和40％硝酸钠组成。

优选的，所述纳米颗粒在所述纳米流体中的质量百分比为0.01％至20％。

优选的，所述高温池内的高温解聚和分散在75℃至600℃的进行。

优选的，所述高温池底部还设有排出口。

优选的，在所述第一通路或所述第二通路上还设有泵体。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，包括相互连通的高温池和低温池，流体在高温池和低温池之间通过第一通路进行单向流动。在高温池内，通过分别从熔盐入口和纳米颗粒入口加入熔盐基溶液和纳米颗粒，从而使制得纳米流体中的纳米颗粒可以保持在适当的密度，从而使纳米流体达到预期的热力学性能。在低温池内，所述低温池内的温度高于所述纳米流体的熔点，且低于所述高温池内的温度，用于储存纳米流体并使其在处于一个能使其中的纳米颗粒均匀分布的温度。低温池和应用终端通过所述第二通路连接，纳米流体通过所述第二通路供给至应用终端。在一个已经存在的纳米流体为基础的能源生产和/或能量存储系统中，以熔盐为基底的纳米流体的制备和再生是容易实现的技术。通过提供长期稳定的纳米流体，熔盐的纳米流体制备再生可以保证热流体理想的传热性能。通过根据需求添加适当量的纳米粒子，提升了热传导纳米流体的灵活性。克服现有技术中，现有熔盐基纳米流体制备系统的在大规模生产运行时下纳米颗粒凝聚使纳米流体老化，且纳米流体的再生需要单独进行的问题，从而提供一种可以大规模投入生产运行且可以在生产线实时再生纳米流体的熔盐基纳米流体制备系统。

2、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，还包括回收通路，一端与所述应用终端相连，另一端与所述低温池连通，所述回收通路内所述纳米流体自所述应用终端流回至所述低温池，从而使在应用终端中老化的纳米流体得以回流至所述低温池内。

3、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，所述高温池内设有搅拌装置，通过所述搅拌装置搅拌使纳米颗粒均匀分布在所述熔盐内形成纳米流体，通过使用搅拌装置，对流体施加一定的剪切应力，用以打乱纳米颗粒聚团，使纳米颗粒在纳米流体中保持均匀分布。

4、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，在所述第一通路上设有第一光学监测装置，用于监测流过的纳米流体的均匀分散以及老化的情况，并控制所述高温池操作加入所述熔盐基溶液或所述纳米颗粒，或调整搅拌速度，从而使系统具有实时监测并反馈调节的功能，提供了对高温池中纳米流体的调控方向。

5、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，在所述第二通路上还依次设有第二光学监测装置和三通阀，所述三通阀的入口与所述第二光学监测装置连通，所述三通阀的第一出口与所述应用终端连通，第二出口通过第三通路与所述高温池相连通，所述第二光学监测装置用于监测流过的所述纳米流体是否符合应用的需求，并通过所述三通阀控制符合需求的所述纳米流体流向所述应用终端，不符合需求的所述纳米流体流向所述高温池。所述第二光学监测装置保证了从低温池输出至应用终端的纳米流体的质量，避免了由于老化等问题造成热力学性能不理想的纳米流体输送至应用终端。同时，通过第三通路可以使不符合需求的纳米流体回流至高温池进行在处理，并重新进行循环监测，实现了对纳米流体的重复再生利用，降低了与废弃的纳米流体替换过程相关的维护成本。

6、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，在所述第一通路和所述第三通路上设有换热器，用于将所述第一通路内所述纳米流体的热量传递至所述第三通路内的所述纳米流体。通过逆流换热的方式，由高温池流出的流体的多余的热量将被转移到即将回流至高温池的较低温度的流体。该解决方案的目的是尽量减少高温池的热量需求，并为光学分析部分的入口和出口提供相同的流体条件，以便对这些特性进行适当的比较。

7、本发明提供的一种熔盐基纳米流体制备系统，所述高温池底部还设有排出口，用于排出过量的纳米流体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的熔盐基纳米流体制备系统结构示意图。

附图标记说明：

1-高温池；2-熔盐入口；3-纳米颗粒入口；4-低温池；5-第一通路；6-第二通路；7-回收通路；8-搅拌装置；9-第一光学监测装置；10-第二光学监测装置；11-第三通路；12-换热器；13-排出口；14-泵体；15-应用终端。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1示出了本发明一种具体实施例提供的熔盐基纳米流体制备系统的结构示意图。如图所示一种熔盐基纳米流体制备系统，包括相互连通的高温池1和低温池4，流体在高温池1和低温池4之间通过第一通路5进行单向流动。在高温池1内，通过分别从熔盐入口2和纳米颗粒入口3加入熔盐基溶液和纳米颗粒，从而使制得纳米流体中的纳米颗粒可以保持在适当的密度，从而使纳米流体达到预期的热力学性能。所述熔盐是由质量分数为60％硝酸钾和40％硝酸钠组成，所述纳米颗粒在所述纳米流体中的质量百分比为0.01％至20％，所述高温池1内的高温解聚和分散在75℃至600℃的进行。在低温池4内，所述低温池4内的温度高于所述纳米流体的熔点，且低于所述高温池1内的温度，用于储存纳米流体并使其在处于一个能使其中的纳米颗粒均匀分布的温度。低温池4和应用终端15通过所述第二通路6连接，纳米流体通过所述第二通路6供给至应用终端15。还包括回收通路7，一端与所述应用终端15相连，另一端与所述低温池4连通，所述回收通路7内所述纳米流体自所述应用终端15流回至所述低温池4，从而使在应用终端15中老化的纳米流体得以回流至所述低温池4内。所述高温池1底部还设有排出口13，用于排出过量的纳米流体。在所述第一通路5或所述第二通路6上还设有泵体14，用于使使流体进行循环流动。

所述高温池1内设有搅拌装置8，通过所述搅拌装置8搅拌使纳米颗粒均匀分布在所述熔盐内形成纳米流体，通过使用搅拌装置8，对流体施加一定的剪切应力，用以打乱纳米颗粒聚团，使纳米颗粒在纳米流体中保持均匀分布。

在所述第一通路5上设有第一光学监测装置9，流体通过高温池1后，会冷却直至达到镭射散射测量系统的条件，流体会通过一个石英玻璃管，在其中分析其分散的分布情况。所述第一光学监测装置9用于监测流过的纳米流体的均匀分散以及老化的情况，并控制所述高温池1操作加入所述熔盐基溶液或所述纳米颗粒，或调整搅拌速度，从而使系统具有实时监测并反馈调节的功能，提供了对高温池1中纳米流体的调控方向。在所述第二通路6上还依次设有第二光学监测装置10和三通阀，所述三通阀的入口与所述第二光学监测装置10连通，所述三通阀的第一出口与所述应用终端15连通，第二出口通过第三通路11与所述高温池1相连通，所述第二光学监测装置10用于监测流过的所述纳米流体是否符合应用的需求，并通过所述三通阀控制符合需求的所述纳米流体流向所述应用终端15，不符合需求的所述纳米流体流向所述高温池1。所述第二光学监测装置保证了从低温池4输出至应用终端15的纳米流体的质量，避免了由于老化等问题造成热力学性能不理想的纳米流体输送至应用终端15。同时，通过第三通路11可以使不符合需求的纳米流体回流至高温池1进行在处理，并重新进行循环监测，实现了对纳米流体的重复再生利用，降低了与废弃的纳米流体替换过程相关的维护成本。

在所述第一通路5和所述第三通路11上设有换热器12，用于将所述第一通路5内所述纳米流体的热量传递至所述第三通路11内的所述纳米流体。通过逆流换热的方式，由高温池1流出的流体的多余的热量将被转移到即将回流至高温池1的较低温度的流体。在进行再生之前，添加新纳米颗粒时，流体需要处于适合的条件。这些条件可以通过提高流体温度来减少其动力粘度来达成。例如，上述提到的熔盐，在500℃时的动力粘度较低，只有3mpas此动力粘度数值依据不同比例的纳米颗粒在其中的分散情况而增加。该解决方案的目的是尽量减少高温池1的热量需求，并为光学分析部分的入口和出口提供相同的流体条件，以便对这些特性进行适当的比较。

在一个已经存在的纳米流体为基础的能源生产和/或能量存储系统中，以熔盐为基底的纳米流体的制备和再生是容易实现的技术。通过提供长期稳定的纳米流体，熔盐的纳米流体制备再生可以保证热流体理想的传热性能。通过根据需求添加适当量的纳米粒子，提升了热传导纳米流体的灵活性。克服现有技术中，现有熔盐基纳米流体制备系统的在大规模生产运行时下纳米颗粒凝聚使纳米流体老化，且纳米流体的再生需要单独进行的问题，从而提供一种可以大规模投入生产运行且可以在生产线实时再生纳米流体的熔盐基纳米流体制备系统。

需要指出的是，所述光学监测装置不限于使用镭射散射系统，还可以使用其他原理的光学监测装置。

需要指出的是，所述纳米颗粒还可以为陶瓷氧化物或碳衍生物。

需要指出的是，所述熔盐可以是其他基于硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐或氯化物的纯熔盐，或上述熔盐的二元、三元或四元混合物。

需要指出的是，根据不同的纳米流体可能有不同的温度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。