[发明专利]可持续海水淡化及同步盐回收的近场辐射太阳能蒸发器

说明书

本发明公开了属于利用可再生能源的海水处理技术领域的一种可持续海水淡化及同步盐回收的近场辐射太阳能蒸发器。该近场辐射太阳能蒸发器由透光隔热层、全光谱吸收及红外辐射光热转换器、径向传质蒸发盘和支撑泡沫从上到下依次固定在绝热支撑管上；绝热支撑管垂直固定在收集盘中心组成。纵向传质毛细吸液管与蒸发盘直接相连；全光谱吸收及红外辐射光热转换器固定在透光隔热层底部；盐结晶产物收集盘起到收集结晶产物和支撑整体装置的作用。本发明利用光热转化和近场辐射原理，将太阳能转化为热能驱动高效相变蒸发，在物理机制上有效避免了光热转换器表面结垢堵塞问题，实现持续清洁水生产和同步盐回收，对构建可在生能源系统有重要意义。

技术领域

本发明属于利用可再生能源的海水处理技术领域，特别涉及一种可持续海水淡化及同步盐回收的近场辐射太阳能蒸发器。

背景技术

淡水危机是当今社会日益突出的问题，淡水匮乏对全球约三分之二的人口的日常生活和工业生产产生巨大影响。海水淡化是目前缓解水资源短缺问题的关键途径。然而，海水淡化厂产生浓缩盐水，对陆地植被和水生生态系统危害严重，并且相关技术直接或间接地依赖于化石燃料燃烧，将导致包括全球变暖和空气污染等多种环境问题。太阳能水处理技术被广泛认为是解决水资源短缺的可持续方案之一。太阳能界面蒸发作为一种新兴技术，将太阳能转化为热能，蒸发光热材料周围的水。在过去几年中，通过材料和结构设计，在提高蒸发速率方面取得重大进展。几种具有广泛太阳吸收特性的材料得到了应用，如金属纳米材料、碳基材料、聚合物等。有效的热管理策略也被用于太阳能水蒸发技术中。

这些集成结构可以提升太阳能界面蒸发性能，但运行过程中盐容易结晶，堵塞光热蒸发面是技术推广应用的瓶颈。此外盐在热蒸发表面结晶，还会显著降低光热材料的光学和热学输运性能。解决这一问题的方法包括机械刮除去盐、疏水材料防止盐粘附、选择性地阻隔盐等方式。然而，由于对流热损失，这些方法会导致运行不连续或蒸汽生成性能降低。此外，高浓度的盐会扩散到附近溶液中，失去获得宝贵矿产资源的机会。太阳蒸发过程中，连续高效的蒸汽生产和盐获取是海水淡化领域急需突破的关键技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种可持续海水淡化及同步盐回收的近场辐射太阳能蒸发器，其特征在于，所述近场辐射太阳能蒸发器包括透光隔热层1、全光谱吸收及红外辐射光热转换器2、绝热支撑管3、径向传质蒸发盘4、支撑泡沫5、纵向传质毛细吸液管6和收集盘7。其中，透光隔热层1、全光谱吸收及红外辐射光热转换器2、径向传质蒸发盘4和支撑泡沫5从上到下依次固定在绝热支撑管3上；绝热支撑管3垂直固定在收集盘7中心；所述纵向传质毛细吸液管6与蒸发盘4直接相连；全光谱吸收及红外辐射光热转换器2固定在透光隔热层1底部；径向传质蒸发盘4底部为支撑泡沫5；所述盐结晶产物收集盘7用聚苯乙烯泡沫制成，起到收集结晶产物和支撑整体装置的作用。

所述透光隔热层1，用来防止对流和辐射热损失，该透光隔热层选择日常使用的泡沫纸或固定成型气凝胶微透镜阵列，需要具备高透明度和绝热性能的特点，保证大部分入射太阳辐射到达吸收器并转化为热量；该结构还应具备良好的隔热效果，减少蒸发过程中的对流损失，优化光学和热传输。

所述全光谱吸收及红外辐射光热转换器2由具备良好光热转换能力的材料制成，顶部涂覆黑色涂料；底部涂覆一层高发射率的材料来增加热辐射；入射的太阳能通过辐射发射器转换为热能，并以热辐射的形式重新发射到下方的蒸发盘上，从而引发蒸发盘中的蒸发。

所述绝热支撑层3用来分离全光谱吸收及红外辐射光热转换器2和径向传质蒸发盘4，并对隔热层和辐射发射器2起到支撑作用。

所述径向传质蒸发盘4底部为支撑泡沫5，径向传质蒸发盘4用多孔材料制成，用来接受近场辐射和进行蒸发；支撑泡沫5对蒸发盘4起到支撑作用。可以选择具备毛细效应的超亲水滤纸，用于溶液的输送。由于水分的不断蒸发，会在蒸发盘内产生从中心到边缘的径向浓度梯度；从中心向边缘，溶液逐渐饱和后，在边缘处析出结晶；盐结晶逐渐积累，最后在重力作用下脱落。