一种基于光热效应的蒸汽驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，包括由透光材料制成的封闭的壳体，该壳体的一端加工有开孔，所述壳体的内壁或壳体内部还设有光热转换材料。与现有技术相比，本发明专利技术实现了基于光热效应的蒸汽驱动，实现了光能到动能的转换，以光源作为驱动力，不会对环境造成污染，是一种环保的清洁的驱动方式，并且此方法具有广泛的适用范围，能够在水及其他有机物液体表面以及液体中推动等，也可以应用于物体推动，污染物降解和药物输运和释放等，同时，为液体中物体的运动研究开辟了新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光热效应的蒸汽驱动装置
本专利技术涉及一种驱动装置，尤其是涉及一种基于光热效应的蒸汽驱动装置。
技术介绍
蒸发作为一种常见的基本相变过程，被广泛地应用于发电，海水淡化，化工等领域。一方面，在现有的蒸汽驱动方式中，主要是通过蒸发产生的蒸汽推动蒸汽机的运转实现物体的运动后者推动汽轮机运动产生电能，依靠电能驱动机械运动实现驱动。在这些转化过程中，大量能量耗散，利用效率低下。另外一方面，基于光热效应的蒸发产生的蒸汽大多消散于空气中，难以收集，限制了蒸汽的其他应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光热效应的蒸汽驱动装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，包括由透光材料制成的封闭的壳体，该壳体的一端加工有开孔，所述壳体的内壁或壳体内部还设有光热转换材料。优选的，所述的透光材料包括有机材料或无机材料，其中，有机材料选自聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚烯烃等中的一种或几种，无机材料选自石英，玻璃或陶瓷等中的一种或几种。优选的，所述的透光材料制成的壳体满足其可承受光热转换材料产生的温度，并保证在工作时壳体不变形或破裂。本专利技术中，壳体有一定的强度，可作为整个装置的外壳和蒸汽集聚容器，也能减少蒸汽热量的散失，起到保温隔热的作用。优选的，所述的壳体呈管状、圆锥状、球状或柱状等。优选的，所述的光热转换材料具有高效电磁波吸收特性，其为金属、合金或非金属无机物的颗粒中的一种或几种的复合材料等。优选的，所述的壳体上的开孔通过在端部直接钻孔或插入细管等方式形成。优选的，所述的光热转换材料的设置位置满足其可与进入壳体内部的液体直接接触。优选的，蒸汽驱动装置采用入射电磁波照射驱动，其中，所述的入射电磁波包括固定波长激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波等，其被光热转换材料的吸收方式为本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。优选的，所述的光热转换材料采用化学或物理吸附、自组装后沉积或原位合成的方式置于壳体内壁上，其中，化学或物理吸附包括浸泡、浸渍或雾化喷涂等，自组装后沉积包括化学气相沉积或物理气相沉积等。优选的，壳体中光热转换材料的置入后的密封方法包括使用固体密封如尺寸配合的盖子密封，柔性体密封如封口膜，胶带等和液态胶体密封，如胶水，PDMS等。开孔的加工包括预先加工和后期处理。预先加工是指在制作壳体时一体化加工出小孔。后期处理是指在放入光热转换材料之后，密封壳体在密封材料上加工小孔包括在密封处直接钻孔和或插入合适长度的细管等。本专利技术的蒸汽驱动装置的工作原理为：将上述装置置于液体界面或者液体中，入射电磁波被高效电磁波吸收特性的材料吸收，并被转化为热量，使光热转换材料表面温度迅速升高，由于该升温过程效率高，速度快，能够加热壳体内部液体，使液体快速蒸发，同时在壳体内部不断积聚。随着壳体内部压力的升高，高压蒸汽在壳体开孔处喷射至外部，推动整个装置向前移动。同时，在蒸汽喷射后，壳体内部温度降低，气压减小，与外界形成气压差，又不断促使壳体开孔周围液体从开孔进入壳体内部。从而在推动过程中，壳体内部的液体在蒸发喷射后能够得到有效补充，保证了壳体内部液体不会被完全消耗，驱动过程持续进行。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)利用光热转化材料将光能高效转化为热量，加热并汽化壳体内部液体，同时通过蒸汽在壳体内部积聚和快速喷射推动装置的运动，同时，由于喷射时壳体内外的气压差促使外部液体重新进入壳体。在提高蒸发的利用效率的同时实现了物体的持续可控运动。(2)使用本征吸收或等离激元共振效应吸收光能，直接转换为热能，提高了光热转化效率。(3)本专利技术使用光能作为能量来源，清洁无污染，具有节能减排的作用。(4)本专利技术中集中加热壳体内部液体，减少了热量损失，热量利用效率大幅度提高。(5)本专利技术可通过特殊的结构设计，实现了高效蒸发过程的持续进行，可以实现该装置的连续运动。(6)本专利技术不受液体表面张力，粘度和其他物理性能的影响，具有广泛的应用范围。(7)本专利技术不仅可以实现自身的运动，也可以为其他物体在水中的运动提供推动力。附图说明图1为本专利技术的蒸汽驱动装置的结构示意图；图2为本专利技术的蒸汽驱动装置连接被推动物体的示意图；图3为本专利技术的装置在谁表面的运动速度随时间的变化图；图中，1-蒸汽驱动装置，11-壳体，12-光热转换材料，13-开孔，2-被推动物体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。一种基于光热效应的蒸汽驱动装置1，其结构如图1所示，包括由透光材料制成的封闭的壳体11，该壳体11的一端加工有开孔13，所述壳体11的内壁或壳体11内部还设有光热转换材料12。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的透光材料包括有机材料或无机材料，其中，有机材料选自聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚烯烃中的一种或几种，无机材料选自石英，玻璃或陶瓷中的一种或几种。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的透光材料制成的壳体11满足其可承受光热转换材料12产生的温度，并保证在工作时壳体11不变形或破裂。本专利技术中，壳体11有一定的强度，可作为整个装置的外壳和蒸汽集聚容器，也能减少蒸汽热量的散失，起到保温隔热的作用。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的壳体11呈管状、圆锥状、球状或柱状。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的光热转换材料12具有高效电磁波吸收特性，其为金属、合金或非金属无机物的颗粒中的一种或几种的复合材料。光热转换材料12可以为金纳米颗粒或碳微纳米结构单元或碳纳米管等，其可以采用本领域常规方法制成，或者可以采用常规市售产品。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的壳体11上的开孔13通过在端部直接钻孔或插入细管形成。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的光热转换材料12的设置位置满足其可与进入壳体11内部的液体直接接触。作为本专利技术的一种优选的实施方式，蒸汽驱动装置1采用入射电磁波照射驱动，其中，所述的入射电磁波包括固定波长激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波，其被光热转换材料12的吸收方式为本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的光热转换材料12采用化学或物理吸附、自组装后沉积或原位合成的方式置于壳体11内壁上，其中，化学或物理吸附包括浸泡、浸渍或雾化喷涂，自组装后沉积包括化学气相沉积或物理气相沉积。作为本专利技术的一种优选的实施方式，壳体11中光热转换材料12的置入后的密封方法包括使用固体密封如尺寸配合的盖子密封，柔性体密封如封口膜，胶带等和液态胶体密封，如胶水，PDMS等。开孔13的加工包括预先加工和后期处理。预先加工是指在制作壳体11时一体化加工出开孔13。后期处理是指在放入光热转换材料12之后，密封壳体11在密封材料上加工开孔13包括在密封处直接钻孔和或插入合适长度的细管等。实施例1本实施例的光热材料采用金纳米颗粒，蒸汽驱动装置1的具体制备方法如下：(1)金纳米颗粒制备：按比例要求将一定浓度(优选1mM)的氯金酸(HAuCl4)溶液加入至沸腾的去离子水中，搅拌均匀后立即按照体积比10:1加入一定浓度(优选38.8mM)的柠檬酸三钠溶液，在加热条件下搅拌20分钟后再去掉热源，继续搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，其特征在于，包括由透光材料制成的封闭的壳体，该壳体的一端加工有开孔，所述壳体的内壁或壳体内部还设有光热转换材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，其特征在于，包括由透光材料制成的封闭的壳体，该壳体的一端加工有开孔，所述壳体的内壁或壳体内部还设有光热转换材料。2.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，其特征在于，所述的透光材料包括有机材料或无机材料，其中，有机材料选自聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚烯烃中的一种或几种，无机材料选自石英，玻璃或陶瓷中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，其特征在于，所述的透光材料制成的壳体满足其可承受光热转换材料产生的温度，并保证在工作时壳体不变形或破裂。4.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，其特征在于，所述的壳体呈管状、圆锥状、球状或柱状。5.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的蒸汽驱动装置，其特征在于，所述的光热转换材料具有高效电磁波吸收特性，其为金属、合金或非金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡臣，宋成轶，俞圣韬，郝伟，闵梦蝶，尚文，陶鹏，邓涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31