[发明专利]一种基于界面蒸发的高效太阳能海水淡化装置

说明书

本发明提供一种基于界面蒸发的高效太阳能海水淡化装置，包括上部具有开口的容器，所述开口处密封连接有吸光板；所述吸光板的上方设有透明盖板；所述容器内具有海水储放区、多孔蒸发器、收集区和热管；多孔蒸发器将海水吸附至吸光板处，吸光板将海水加热为水蒸气，热管降低收集区的温度，高温水蒸气主动流入收集区，并在热管表面冷凝。发明仅利用太阳能作为驱动能源，不需要消耗其他的能源，具有热响应速度快，结构简单、运行稳定等优点可长期稳定应用于海水淡化、污水处理和户外饮用水提纯。

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，具体而言是一种基于界面蒸发的高效太阳能海水淡化装置。

背景技术

随着全球人口的快速增长和社会经济的快速发展，淡水资源短缺成为人类社会面临的主要危机之一。淡水是人类生存和生活不可缺少的基本物质之一，是地球上不可替代的宝贵资源。传统的化石能源不断消耗，人们对能源的需求不断增加，再加上化石能源造成的环境污染，导致越来越严重的能源危机，为实现人类社会的可持续发展，开发和利用新型的开再生无污染的能源具有重大的战略意义。

太阳能作为一种储量丰富、清洁、可再生的能源，化石燃料等传统能源的替代品，受到人们的广泛关注。在基础研究和实际应用需求的推动下，人们努力将太阳能用于各种不断发展的应用，从发电、光催化/催化、太阳能电池、水净化到海水淡化。光热效应因其优越的特性，将太阳能转化为热能的能力而得到广泛应用，虽然光热效应作为降低能源消耗的有力工具有很大的前景，但光热转换效率往往很低，因为水只能吸收波长大于1400nm的近红外光，对于太阳光谱的可见光和短波近红外区的大部分光不能有效吸收利用太阳能。对此，许多科学家开发和使用聚光系统对太阳光进行汇聚，形成高能量密度的光斑产生高温蒸汽，虽然该太阳能驱动装置在解决能源消耗问题上表现出了一定的能力，但仍存在以下缺陷。第一，大量使用聚光系统在一定程度上增加了投资成本，限制了其在某些紧急情况(如近海和偏远地区)或家庭使用中的实际应用。第二，是由于存在一定的光损耗和低的光热效率，使得水的蒸发效率仍有不满足的趋势。因此，开发一种低成本、便携、高效的太阳能海水淡化装置是非常必要的。

近年来，科学家们着重研究探索更高效、自驱动、便携的太阳能—蒸汽技术。2014年，麻省理工学院陈刚课题组首先提出了利用双层结构进行光热蒸汽转化的界面太阳能蒸发系统。该结构的设计核心是将吸收的太阳能控制在结构表面，使其上表面形成高温区域，而水体温度依旧保持不变，通过材料的亲水性能和毛细力将水输送到上表面进行加热蒸发。该双层结构一般包括具有高光吸收率的光吸收层以及绝热性能好、具有水向上运输的孔隙且亲水性能好的绝热供水层。界面太阳能蒸发技术将吸收体置于汽-液界面，可只加热水体界面薄层水产生蒸汽(而不是加热水体)，从而获得更高的光热－蒸汽转化效率。但是该系统在一个太阳的光照强度下产生100℃蒸汽效率仅为20％，溶质在吸收体表面积累，这也影响水的输送和蒸汽的逸散，会降低太阳能蒸发系统的蒸发效率。而且产生的蒸汽在玻璃板上冷凝，会增大光照的折射损耗，降低太阳能光热材料的吸光性能。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种基于界面蒸发的高效太阳能海水淡化装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于界面蒸发的高效太阳能海水淡化装置，包括上部具有开口的容器，所述开口处密封连接有吸光板；所述吸光板的上方设有透明盖板；

所述容器内具有海水储放区、多孔蒸发器、收集区和热管；

所述多孔蒸发器位于所述海水储放区内，且其上表面与所述吸光板接触连接，用于将海水吸附至吸光板处；

所述吸光板用于吸收太阳能，并将其转换为热能向所述多孔蒸发器的上表面加热；

所述收集区位于所述海水储放区旁，所述热管设置在所述收集区内，所述热管用于对所述收集区降温，并将水蒸气冷凝为水。吸光板的面积大于多孔蒸发器的上表面面积，且吸光板密封了所述开口，这样高温蒸汽只能汇集在收集区，水蒸气和水珠不会附着在透明盖板上，不会影响吸光板的吸光性能。