[发明专利]一种主动式抗盐太阳能蒸发器及其应用

说明书

本发明公开了一种主动式抗盐太阳能蒸发器及其应用，能够实现主动将盐分从蒸发器中带回下方水体，蒸发器包括隔热浮子以及支撑于隔热浮子的上层纤维布和下层纤维布，上层纤维布和下层纤维布沿上下方向层状紧密堆叠设置，上层纤维布和下层纤维布均为条带状的亲水多孔纤维布；上层纤维布的靠近中间的面上设置有蒸发结构，蒸发结构包括负载于上层纤维布的光热材料，蒸发结构两侧的上层纤维布用于分别作为水盐传输通道；下层纤维布的形状与上层纤维布的一侧以及蒸发结构的形状相适配，且下层纤维布的一侧用于作为水盐传输通道，形成具有从上层纤维布的一侧经蒸发结构至上层纤维布的另一侧，以及从下层纤维布经蒸发结构至上层纤维布的单向微液流驱动力。

技术领域

本发明属于太阳能海水淡化技术领域，具体涉及一种主动式抗盐太阳能蒸发器及其应用。

背景技术

目前主流的海水淡化技术主要包括反渗透膜法(RO)和热法(主要是低温多效蒸馏LT-MED技术)，均是非常成熟的大规模、集中式的供水方案，其中RO技术基本被国外垄断。这两种方案主要受两方面的制约：一方面，需要大量消耗能源，不可避免地会加剧温室效应和环境污染，且高度依赖大型电力设施，产能和分布地点受到限制；另一方面，盐分污染设备是传统海水淡化领域的共性问题，设备的维护成本较高。而太阳能海水淡化只需以太阳能作为能量来源，无需依靠大型能源设施，具有更加广泛的应用范围。目前商用化的太阳能蒸馏器结合传统的LT-MED技术，可以实现30％～45％的太阳能转换效率，但仍然不够理想。

近年来，新型的光热驱动界面蒸发作为继太阳能蒸馏器之后，一种全新型的太阳能海水淡化技术，具有更高的光热转换效率、更大的规模、更低廉的成本优势，可直接从海水生产生活用水和饮用水，适用于中大规模生活用水淡化厂和便携式取水装置，特别适用于海岛地区生活用水、船只生活用水、海上平台用水、野外生存用水等场景的淡水获取，成为海水淡化领域的研究热点，有望成为太阳能蒸馏器的替代技术。然而，该技术仍然需要克服盐分污染问题。在界面蒸发的过程中，水以蒸气形式逸出，而水中的盐分由于过饱和而析出在界面处，阻碍蒸发器的性能和稳定性甚至破坏蒸发器结构。目前，在太阳能蒸发器中主要通过被动式的设计，即通过蒸发位点和下方水体的高低浓度差实现盐分的被动回流扩散，来达到避免盐分析出的目的，具体的设计主要分为4种：(1)人工移除析出的盐分，清洗或者从蒸发位点的边缘排出；(2)通过疏水效应将水分和盐阻挡在光热材料下层，再通过光热材料下层和水体的高低浓度差进行盐分回流；(3)利用夜间低蒸发速率将日间积累的盐分溶解回流；(4)使用三维供水通道，加强扩散模式使盐分回流。以上这些方法受限于被动的浓差扩散速率，只能间歇性地工作或只能在较低的光强(低于2倍标准太阳强度)和盐浓度(低于5％)条件下稳定工作。

针对目前被动式抗盐设计的不足，实现太阳能蒸发器在高光强、高盐浓度条件下的不间断稳定工作，就需要通过特殊的蒸发器结构设计，来实现在高速蒸发的同时，快速将盐分带走避免累积而析出。被动式的低浓差扩散速率无法满足在强聚光和高盐工况下的连续性工作。因此，设计能够根据不同蒸发速率/盐分积累速率而及时将盐分排走的新型主动式抗盐太阳能蒸发器是本领域的重要发展方向。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种主动式抗盐太阳能蒸发器及其应用，能够实现主动将盐分从蒸发器中带回下方水体，达到不同光强、盐浓度工况下的最优蒸发和抗盐性能，制造的太阳能蒸发器成本低廉、无毒环保、具备工业化量产的潜力，在海水淡化应用中能够长期维持高效、稳定、不间断的蒸气产生功能。