[发明专利]一种一体化太阳能界面蒸发装置

说明书

为了克服目前单坡海水淡化装置中向体相水热损失过高和蒸发界面湿度过高抑制蒸汽溢出、对凝结潜热缺乏利用等不足，本发明提供了一种一体化太阳能界面蒸发装置，该装置由一个或多个一体化太阳能界面蒸发单元依次连接而成，一体化太阳能界面蒸发单元包括腔体外壳、蒸发器和蒸汽导管，腔体外壳包括壳身、冷凝面和挡板。本发明公开的一体化太阳能界面蒸发装置能有效减少向体相水的热损失，对凝结潜热进行更大程度的利用，并且降低蒸发表面上的湿度，促进蒸汽溢出。

技术领域

本发明属于太阳能转化利用领域，具体涉及一种一体化太阳能界面蒸发装置。

背景技术

随着人口的增长和环境污染的增加，淡水资源日益短缺，据资料显示，目前有24％的流域淡水消耗超过了承载能力，寻找新的淡水来源迫在眉睫。海水储量庞大，太阳能是一种可持续、可再生、清洁无污染的可持续能源，利用太阳能淡化海水是一种理想的产生淡水的方式，能有效的缓解淡水资源短缺。较为典型的淡化海水装置是单坡太阳能蒸发器，虽然典型的单坡蒸发装置具有结构简单、不需要繁杂的辅助系统及造价低廉等优势，但目前该装置仍未大规模实际应用，主要原因是蒸汽冷凝水收得率较低，日产量不足3L·m^-2，经济性较差。导致单坡蒸发装置低效的原因有：蒸发界面向体相水热损失严重，对凝结潜热缺乏利用、装置内湿度过高抑制蒸汽溢出等。使用储热材料、在凝结面进行超声震荡、鼓风把蒸汽导出、增加凝结面等方法虽然能够在一定程度上减少热损失、加速蒸汽的冷凝和溢出，但是会增加繁杂的辅助设备和消耗额外的能源，使成本大幅度增加，经济性较低。

发明内容

为了克服目前单坡海水淡化装置中向体相水热损失过高和蒸发界面湿度过高抑制蒸汽溢出、对凝结潜热缺乏利用等不足，本发明提供了一种一体化太阳能界面蒸发装置，该装置能有效减少向体相水的热损失，对凝结潜热进行更大程度的利用，并且降低蒸发表面上的湿度，促进蒸汽溢出。

本发明采用以下技术方案：

一种一体化太阳能界面蒸发装置，由一个一体化太阳能界面蒸发单元构成或由多个一体化太阳能界面蒸发单元依次连接而成，所述一体化太阳能界面蒸发单元包括腔体外壳1、蒸发器2和蒸汽导管9，腔体外壳包括壳身8、冷凝面7和挡板10，壳身为中空的正四棱柱，材质为亚克力，壳身的壁厚为3～4mm，壳身的底部开放，底部端面为正方形，一个与水平面夹角θ₁＝30°～45°的平面截取壳身形成的截面为壳身的上端面，壳身的左侧面13和右侧面14为大小相等的梯形，壳身的前面15为矩形，在壳身左侧面和右侧面上距壳身前面上缘S处分别加工m个通孔11，S＝13.5-15.5cm，左侧面上的通孔与右侧面上的通孔均匀且对称分布，壳身的前面上距前面上缘H处均匀加工m个蒸汽导管连接孔16，H＝3.75～5.25cm，挡板为矩形亚克力板，厚度为3～4mm，挡板下缘与蒸汽导管连接孔平齐地粘接在壳身前面的内壁上，并使挡板与壳身前面内壁的夹角θ₂＝35°～45°；冷凝面材质为高透玻璃，其大小与壳身上端面的外部尺寸相同，冷凝面的厚度为1～2mm；冷凝面与壳身上端面对齐粘接在一起；

所述蒸发器包括光热转换材料3、海绵载体4、凝气管5以及棉线6，所述光热转换材料是根据专利ZL201610534465.4公开的利用煤质沥青制备多色发光可调碳点的方法，采用甲酸与双氧水选择性刻蚀煤沥青制备获得的碳点；所述海绵载体是单位英寸长度上平均孔数为35～55PPI的三聚氰胺，海绵载体是横截面为正方形、厚度为0.9～1.2cm的六面体，海绵载体的横截面稍大于腔体外壳的内部横截面；所述凝气管为导热系数高于300W/(m·k)、外径为42～47mm、壁厚0.5～1mm的中空管材，凝气管的长度比壳身的横截面边长长1～1.5cm，凝气管的数量m与壳身左侧面和右侧面的通孔数量一致，并由壳身底部的中空面积R决定，每平方米R采用7～9根凝气管；所述棉线为直径为25-27mm、长度为1.0～1.3m的棉质线绳，棉线的数量由R决定，每平方米R采用13～15根棉线；