[实用新型]基于毛细纤维编织供水的光热界面蒸发结构

说明书

本实用新型涉及基于毛细纤维编织供水的光热界面蒸发结构，包括水源、隔热材料、毛细纤维网络、光热转化材料和光源；隔热材料固定或漂浮于水源上方，毛细纤维穿过隔热材料编织形成毛细纤维网络，毛细纤维网络下端接触水源，毛细纤维网络上端与光热转化材料接触，光热转化材料上方为光源；水源中的液体通过毛细纤维网络进入光热转化材料的蒸发界面，在光源照射下蒸发。本实用新型的有益效果是：本实用新型将毛细纤维通过编织的方式，嵌入隔热材料中，在隔热材料上下形成三维毛细导水网络，为光热转化材料供水，同时实现良好的汲水和隔热效果，实现高效的光‑热界面蒸发，获得更高的太阳能利用效率。

技术领域

本实用新型涉及海水淡化、光热蒸发领域，尤其涉及一种基于毛细纤维编织供水的光热界面蒸发结构。

背景技术

太阳能海水淡化热法技术主要利用太阳能的光热资源，加热海水发生相变蒸发后，通过冷凝收集得到淡水。光-热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，是目前主流的太阳能海水淡化技术。传统多级蒸发等热法海水淡化或是太阳能蒸馏器，吸热介质包括海水和基底，不仅对蒸发部分的水进行加热，还加热了最后排出的浓水。尽管在大型海水淡化设施里，被加热的浓水可以通过换热器进行热量回收，或是利用冷凝潜热对水体进行预热，但是不可避免会存在浓水热量损失的问题；在小型的海水淡化设备中，这部分直接排放浓水带去的热量损失比例几乎与浓水-蒸发流量比例相当。而界面蒸发方法则是在海水和空气界面处布置吸光材料，加热界面处的薄液层使其蒸发，利用吸水芯或是漂浮吸水材料将海水不断地汲取至加热界面，使光热蒸发过程不断进行下去。这种加热方式将太阳光转化的热能有效地应用在界面处的薄液层，可以大幅减少蒸发过程的热量损失，从而提高蒸发温度和效率。相关文献有：张学镭,卜跃刚,刘强等在电力科学与工程,2017,33(12):1-8.上刊载的《太阳能海水淡化的新技术发展现状[J]》；Tao,P.,Ni,G.,Song,C.等在Nat Energy 3,1031–1041(2018).上刊载的《Solar-driven interfacialevaporation》。

光-热界面蒸发技术主要特点和优势在于减少了蒸发加热过程中的热损失，特别是减少向海水的漏热损失。因此该技术需要将光-热材料与海水通过隔热材料分隔开，利用尽量小面积的导水通道，将水从海水中汲取至加热界面。但是，该技术也需要综合平衡供水-热损失的关系：若导水通道面积过小，或是导水效率不高，虽然可以减少光热材料的漏热损失，但这样不仅会使得蒸发界面供水不足，降低光-热蒸发效率，还会导致严重的“积盐”现象，减少受光面积，从而进一步降低了光-热蒸发效率。现有的技术均采用棉布、纱布等纤维布作为吸水单元，存在着汲水效率低、热损失率高、吸水通道面积调节不可控等缺点。相关文献有：Ni,G.,Zandavi,SH.,等在Energy Environ.Sci.,2018,11,1510-1519.上刊载的《A salt-rejecting floating solar still for low-cost desalination》。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于毛细纤维编织供水的光热界面蒸发结构，将毛细纤维通过编织的方式，嵌入隔热材料中，在隔热材料上下形成三维毛细导水网络，为光热转化材料供水，实现太阳能光热界面蒸发。

这种基于毛细纤维编织供水的光热界面蒸发结构，包括水源、隔热材料、毛细纤维网络、光热转化材料和光源；隔热材料固定或漂浮于水源上方，毛细纤维穿过隔热材料编织形成毛细纤维网络(即三维导水网络)，毛细纤维网络下端接触水源，毛细纤维网络上端与光热转化材料接触，光热转化材料上方为光源；水源中的液体通过毛细纤维网络进入光热转化材料的蒸发界面，在光源照射下蒸发。

作为优选：水源包括无悬浮颗粒物的海水、淡水、非腐蚀性的工业废水或非腐蚀性的有机试剂。

作为优选：隔热材料包括热导系数≤0.1W/(m·K)的聚苯乙烯、聚氨酯疏水白色泡沫或气溶胶；隔热材料厚度为1-6cm。