[发明专利]一种便携式太阳能高光热转化海水淡化蒸馏器及方法

说明书

本发明提供一种便携式太阳能高光热转化海水淡化蒸馏器及方法，涉及太阳能光热转换海水淡化领域，包括冷凝结构、光热转换材料、环形导水通道、隔热层、海水联通层和、淡水收集槽、排水孔、排水导管及储水腔；本发明的有益效果是：本发明可以使用超高光热转化率、超宽光谱吸收的金属相硫化钨等类金属性质的过渡金属硫化物材料修饰的蒸发膜，使界面海水快速转化为气相并冷凝，大大提高淡水效率。同时采用内表面亲水改性的冷凝结构，可以有效减少冷凝雾状液滴对阳光的散射，从而提高太阳能光学利用率，提高太阳能海水淡化效率。

技术领域

本发明涉及海水淡化、光热转换等领域，涉及一种用于太阳能高光热转化率的海水淡化便携式蒸馏器及方法。

背景技术

海水淡化是解决全球淡水短缺、海岛和沿海地区淡水供应不足的有效方法，因海水、苦咸水来源广且淡化技术成熟而得以迅速推广。传统的海水淡化工厂主要采用反渗透法和低温闪蒸法，通过消耗电能、煤炭等不可再生能源驱动，且具有规模化、占地大、资金要求巨大等特点，对于部分应用场景并不适用，尤其体现在海上应急救生、船舶灾备等领域；海岛、海上平台、滩涂以及偏僻乡镇等地区。这部分应用环境和地区要求海水淡化装置仅使用自然环境下的能源，如太阳能、风能或人力等，不依赖于电和柴油等，而以阳光为能源、通过热蒸馏的方法淡化海水的太阳能蒸馏器等则非常契合需求。

太阳能海水淡化法技术可以利用这些地区可再生太阳能的光热资源，加热海水发生相变蒸发后，通过冷凝收集得到淡水。太阳能蒸馏器技术是目前主流的太阳能海水淡化技术，具有效率高、成本低廉且维护简单等优势。因此研究开发小型分布式或便携式太阳能海水淡化设备和系统，将有望为这些地区居民生活生产、军事、户外运动、野外科考和勘探提供充足廉价的淡水，实现海水淡化技术的节能低碳和经济环保。

目前便携式太阳能蒸馏器海水淡化效率仅为10-25％，性能相比于非便携式太阳能蒸馏器效率相差了一倍。这是由于便携式装备不仅需要考虑太阳能转化效率，还需要实现装备的经济性和便携性，包括轻质化、可折叠和易组装等性能，因此无法照搬大型太阳能海水淡化设备的结构和材料。特别是大型太阳能海水淡化设备中的透光冷凝玻璃盖板部件，价格高、密度大并且无法折叠，不适宜用作便携式设备的冷凝盖板部件；还有设备中的隔热泡沫部件，若应用在小型便携式设备中，将会降低有效光照面积，并且具有易老化腐蚀和无法折叠的弊端。而传统便携式蒸馏器研究放弃了有效的隔热部件，带来了不可忽视的系统-环境热损失；并且选择采用高分子薄膜或有机玻璃等轻质材料作为透光冷凝部件，却会由于其表面的疏水性，导致水珠在冷凝表面形成雾状液滴，大幅增加了光散射率，从而降低了太阳光利用率。因此为提升便携式太阳能蒸馏器的海水淡化效率，需要在轻质、便携和易折叠的基础上，改善装备各部件的热利用和光学利用性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技中的不足，提供一种便携式太阳能高光热转化海水淡化蒸馏器及方法。

这种便携式太阳能高光热转化海水淡化蒸馏器，包括冷凝结构、光热转化材料、环状导水通道、隔热层、海水连通层、淡水收集槽、排水孔、排水导管及储水腔；冷凝结构下部设有光热转化材料，光热转化材料下部设有隔热层，隔热层设有环状贯通的环状导水通道；在隔热层外围处，冷凝结构下边缘与淡水收集槽连接；淡水收集槽底部设有淡水排水孔，通过排水导管连接储水腔；隔热层底面围成海水连通层，海水连通层的海水连通孔与外界海水进行连通。

作为优选：冷凝结构形状可根据材料的力学性质，为一体的半球形或球锥形，也可以为骨架覆膜结构的伞形、棱锥形或屋脊形；当冷凝结构为一体的半球形或球锥形时，冷凝结构材质采用透厚度通常选择为3-8μm骨架覆膜结构可进行折叠或拆分组装，其中骨架在满足刚性要求下尽可能细，减小遮光面积，通常选择直径为1-5 mm，其内表面涂覆一层亲水材料，亲水材料为聚乙烯醇水凝胶、琼脂糖凝胶、聚乙二醇；冷凝结构投影尺寸大小即为便携式蒸馏器长宽尺寸大小，可根据实际海水淡化需求和便携性决定，通常适合单人使用的尺寸选择直径为30-100 cm；