[发明专利]基于碳纳米管和热电的水蒸发发电一体化系统及应用

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米管和热电的水蒸发发电一体化系统及应用。所述水蒸发发电一体化系统包括蒸发单元和发电单元。所述蒸发单元包括能吸收太阳能的疏水性加热体和亲水性水蒸发体。所述发电单元包括热电模块、储热模块及热绝缘模块，所述疏水性加热体分别与亲水性水蒸发体、热电模块导热连接，所述热电模块还与储热模块导热连接。本发明的水蒸发发电一体化系统能够将界面水蒸发体和发电单元协同整合，使之互相促进，从而能够在产生高输出功率密度的同时，还达成高的水蒸发速率。

技术领域

本发明涉及一种光热水蒸发和发电设备，具体涉及一种基于碳纳米管和热电的水蒸发发电一体化系统及其应用。

背景技术

随着工业的快速发展和人口的增加，淡水和能源的短缺是全球迫切需要解决的两大问题，这鼓励了可再生和可持续能源技术的发展。太阳能具有绿色和可再生的特性，被认为是缓解能源和清洁用水短缺的取之不尽的资源。近年来，业界发展了一类界面光热太阳能水蒸发系统，其通过将太阳能吸收体置于水/空气界面，代替大量的块体水进行加热，其光热转换效率高、环境友好、成本低，引起了人们的广泛关注。这种光热过程不仅为生产清洁的水提供了可持续的解决方案，而且为蒸发驱动发电提供了巨大的机会。近年来，开发了摩擦电、热释电/压电、热电、热电化学或盐度发电装置耦合的界面太阳蒸发水，既可用于清洁用水，也可用于发电。其中，基于塞贝克效应的热电模块可以通过温差发电，产生更高的功率密度和高稳定和长寿命，因此更适合解决能源和干净的水短缺。

例如，参阅图1所示，有研究人员提出了一种光热水蒸发和发电设备，其包括作为太阳能蒸汽发生器10的3D有机泡沫和基于塞贝克效应的热电(TE)模块20，且可整体放置在水面上，在太阳光照射下，可以同时进行光热水蒸发和发电。这种设备的水蒸发速率为1.36kgm^-2h^-1，对应的输出功率密度为0.4wm^-2。然而，这种混合结构的设备很难平衡水和电的同时生产。TE模块20与太阳能蒸汽发生器10结合时，由于下面与大体积水30的直接作用，导致大量的热量散失，从而直接降低上部蒸发体的温度，从而极大降低了水蒸发速率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于碳纳米管和热电的水蒸发发电一体化系统及其应用，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例的一个方面提供了一种基于碳纳米管和热电的水蒸发发电一体化系统，其包括蒸发单元和发电单元，所述蒸发单元包括能够吸收太阳能的疏水性加热体和亲水性水蒸发体，所述发电单元包括热电模块、储热模块及热绝缘模块，所述亲水性水蒸发体、疏水性加热体、热电模块、储热模块和热绝缘模块沿设定方向依次设置，并且所述疏水性加热体分别与亲水性水蒸发体、热电模块导热连接，所述热电模块还与储热模块导热连接。

在一些实施方式中，所述亲水性水蒸发体也能够吸收太阳光而发热。

在一些实施方式中，所述亲水性水蒸发体包括亲水性碳纳米管泡沫或亲水性碳纳米管海绵，且不限于此。

在一些实施方式中，所述疏水性加热体包括疏水性碳纳米管薄膜，且不限于此。

在一些实施方式中，在有太阳光照射时，所述疏水性加热体的温度高于亲水性水蒸发体的温度，从而在所述疏水性加热体与亲水性水蒸发体之间形成温度梯度，且所述疏水性加热体还为热电模块供热。

在一些实施方式中，所述储热模块包括石蜡层，且不限于此。

在一些实施方式中，所述热绝缘模块包括隔热层，且不限于此。

在一些实施方式中，所述隔热层包括EVA泡沫，且不限于此。

在一些实施方式中，所述热电模块与疏水性加热体接触的局部区域由导热材料形成，所述导热材料包括陶瓷等，且不限于此。