CN118026326A - 对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述蒸馏器包括：金属外壳，所述金属外壳由两个对称相扣接的弧形面构成，所述金属外壳的外层包覆有光热转换层，所述金属外壳的内侧向属外壳的中心方向，依次设有毛细通道层、金属冷凝壁层，所述毛细通道层和所述金属冷凝壁层的底部均接触水体，所述水体与所述金属外壳低底部间设有隔热层，所述金属冷凝壁层与所述毛细通道层穿过所述隔热层与水体接触。相比于其他蒸馏器，该蒸馏器对光线入射角度不敏感，在不同入射角度下都具有稳定的光吸收性能和蒸发‑产水性能，装置轻巧便携，便于推广应用。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能海水淡化技术领域，特别涉及一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器。
背景技术
随着人类社会和科技的不断发展，如何有效的净化污水以及获得淡水资源成为人们越发关注的问题。太阳能作为一种清洁能源，分布广泛、资源储量大且易获得，太阳能蒸馏法利用太阳能加热水体，使水分汽化，再进一步进行冷凝回收，成为了目前获取清洁淡水资源的重要方法。
众所周知，一天中的太阳入射角度是时刻变化的，而目前对太阳能蒸馏器的设计没有考虑太阳入射角度的影响，仅研究了蒸馏器在垂直入射条件下的蒸发性能。在太阳入射角度变化时，蒸馏器在蒸发性能上因为缺少针对性的研究和改进，很难长时保证稳定的蒸发性能。
为了合理化保证不同太阳入射角度下的蒸发性能，亟需一种新的太阳能蒸发设计，以解决上述现有技术存在的问题。
发明内容
本申请各示例性实施例提供一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，以至少实现适应一天中入射角度的变化，在不同入射角度下都有稳定的光吸收性能和蒸发性能的技术效果。
本申请各示例性实施例提供一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，所述蒸馏器包括：金属外壳，所述金属外壳由两个对称相扣接的弧形面构成，所述金属外壳的外层包覆有光热转换层，所述金属外壳的内侧向金属外壳的中心方向，依次设有毛细通道层、金属冷凝壁层，所述毛细通道层和所述金属冷凝壁层的底部均接触水体，所述水体与所述金属外壳低底部间设有隔热层，所述金属冷凝壁层与所述毛细通道层穿过所述隔热层与水体接触。
作为优选，所述金属外壳由两个半径相同的弧形面组成，所述金属外壳的结构高度和弧形面半径的比值为0.9。
作为优选，所述光热转换层、毛细通道层以及金属冷凝层的形状与所述金属外壳的形状按照定比例一致。
作为优选，所述毛细通道层为毛细供水通道，其由棉布、多孔纤维等输水性能好的材料构成。
作为优选，所述光热转换层设置为选择性吸收涂层。
作为优选，所述隔热层为隔热泡沫。
作为优选，冷凝壁和毛细供水通道之间的距离为5mm。
作为优选，所述蒸馏器设有一个或多个。
本申请具有如下有益效果：在不同入射角度下都有稳定的光吸收性能和蒸发-产水性能。水分通过毛细通道供水，避免了对水体的加热，提高了能量利用效率。采用向下蒸发-冷凝方式，避免了水蒸气在顶部透明盖板上进行冷凝，造成的光学损耗，有效提高了蒸发-产水性能。本申请的对入射角度不敏感的太阳能蒸馏器，以适应一天中入射角度的变化，保证在不同入射角度下均有稳定的蒸发性能，对于太阳能蒸馏方法的推广应用具有重要意义，在不同入射角度下都有稳定的光吸收性能和蒸发性能，并且，该蒸馏器采用向下蒸发-冷凝的方式，不同于传统的太阳能蒸馏装置，避免了水蒸气在顶部透明盖板上进行冷凝，造成的较高的光学损耗，有效提高了蒸发-产水性能，同时，为冷凝潜热的回收利用提供了可能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请中对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器结构示意图；
图2为本申请中蒸馏器在不同入射角度下的光吸收性能；
图3为本申请中蒸馏器在不同入射角度下的蒸发-产水性能。
附图标记：1、光热转换层；2、金属外壳；3、毛细通道层；4、金属冷凝壁层；5、隔热层。
具体实施方式
下面将结合本申请较佳实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述蒸馏器包括：金属外壳，所述金属外壳由两个对称相扣接的弧形面构成，所述金属外壳的外层包覆有光热转换层，所述金属外壳的内侧向金属外壳的中心方向，依次设有毛细通道层、金属冷凝壁层，所述毛细通道层和所述金属冷凝壁层的底部均接触水体，所述水体与所述金属外壳低底部间设有隔热层，所述金属冷凝壁层与所述毛细通道层穿过所述隔热层与水体接触。
需要说明的是，所述金属外壳为高导热率的金属外壳；
所述光热转换层设置为光热转换薄膜，包覆在金属壳层外表面，将入射光能转换为热能通过金属壳层均匀传递到毛细供水通道；
所述毛细通道层为水分传输通道，毛细通道下部接触水体，水分通过毛细作用输送，被金属壳层加热，蒸发产生蒸汽；
所述金属冷凝壁层为金属材料制成，冷凝壁下方与水体接触，保持冷凝壁具有较低温度，以便于蒸汽的冷凝。
光热转换薄膜包覆在金属外壳表面，金属外壳内侧为毛细通道，为水分的供水通道。水分吸收热量发生蒸发，蒸汽向下传递至冷凝壁，发生冷凝，获得淡水，冷凝壁在蒸发表面下方，避免了蒸汽向上冷凝对光吸收表面造成的光学损耗。
可选的实施方式中，如图1所示，所述金属外壳由两个半径相同的弧形面组成，所述金属外壳的结构高度和弧形面半径的比值为0.9。所述光热转换层、毛细通道层以及金属冷凝层的形状与所述金属外壳的形状按照定比例一致，使得在不同入射角度下都有稳定的产水性能。
需要说明的是，蒸馏器的金属外壳由两个半径相同的弧形表面构成，调控结构高度和弧形半径的比值，可以调节蒸馏器对不同入射角度的太阳光的吸收性能，其结构高度和弧形半径的比值为0.9时，不同入射角度的光线经过蒸馏器表面均能有效吸收。上述金属外壳为具有高导热率的Cu、Al等金属材料制成，为3D弧形结构，在本实施例中，由两个半径相同的弧形表面构成，弧形表面半径为8cm，结构高度和弧形半径的比值为0.9。
可选的实施方式中，所述毛细通道层为毛细供水通道，其由棉布、多孔纤维等输水性能好的材料构成。
需要说明的是，水分依靠毛细力抽吸至蒸发区域，可作为供水通道的材料丰富，可采用棉布、无尘纸、生物质材料等。通常为棉布、多孔纤维等输水性能好的材料构成，毛细通道下部接触水体，水分通过毛细作用被抽吸到蒸发区域加热蒸发，避免了对整个水体的加热。水分通过毛细作用被抽吸至蒸发区域，吸收热量发生蒸发。热量仅需加热毛细通道内的少量水分，无需加热整个水体，可以有效提高蒸发效率。
可选的实施方式中，所述光热转换层设置为选择性吸收涂层。包括但不限于选择性吸收薄膜、炭黑-乙酸纤维素薄膜、金属纳米粒子掺杂碳基材料薄膜等。
可选的实施方式中，冷凝壁和毛细供水通道之间的距离为5mm。冷凝壁为金属材料制成，如Al、Cu等。冷凝壁形状和外壳形状相似，亦由两个半径相同的弧形表面构成，在本实施例中冷凝壁半径为7.3cm。冷凝壁的下端和水体接触。冷凝壁和毛细通道之间的间隙为5mm。
可选的实施方式中，所述隔热层为隔热泡沫。可采用聚苯乙烯、聚氨酯或酚醛树脂制备而成，隔热泡沫厚度为2～5cm。本实施例中采用的是聚苯乙烯隔热泡沫，密度为1.05g/cm3，导热系数为0.08W/(m·K)，厚度为3cm。
以下通过一则实施例对一种对入射角度不敏感的太阳能蒸馏器进行详细说明。
由两个半径相同的弧形表面构成的Al金属外壳，半径为8cm，高度为7.2cm，外部表面均匀包覆炭黑-乙酸纤维素薄膜，将入射太阳光转换为热量，通过高导热率的金属外壳将热量均匀的传递到供水通道；金属Al壳内侧包裹棉布作为供水通道，供水通道下端和水体接触，水分通过毛细作用被抽吸至蒸发区域，吸收热量发生蒸发；冷凝壁面材料为金属Al，半径为7.3cm，高度为6.5cm，冷凝壁下部和水体接触，蒸发的水蒸汽向下传递至冷凝壁，在冷凝壁上冷凝。这种向下蒸发-冷凝方式，避免了传统顶盖冷凝方式造成的光学损耗。不同角度的入射光经过该弧形结构都能得到有效吸收，如图2所示。并且，在不同入射角度下，该蒸馏器都具有稳定的蒸发-产水性能，如图3所示。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可根据这些实施例子做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例及落入本申请范围的所有变更和修改。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述蒸馏器包括：金属外壳，所述金属外壳由两个对称相扣接的弧形面构成，所述金属外壳的外层包覆有光热转换层，所述金属外壳的内侧向金属外壳的中心方向，依次设有毛细通道层、金属冷凝壁层，所述毛细通道层和所述金属冷凝壁层的底部均接触水体，所述水体与所述金属外壳低底部间设有隔热层，所述金属冷凝壁层与所述毛细通道层穿过所述隔热层与水体接触。
2.根据权利要求1所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述金属外壳由两个半径相同的弧形面组成，所述金属外壳的结构高度和弧形面半径的比值为0.9。
3.根据权利要求2所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述光热转换层、毛细通道层以及金属冷凝层的形状与所述金属外壳的形状按照定比例一致。
4.根据权利要求1所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述毛细通道层为毛细供水通道，其由棉布、多孔纤维等输水性能好的材料构成。
5.根据权利要求1所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述光热转换层设置为选择性吸收涂层。
6.根据权利要求1所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述隔热层为隔热泡沫。
7.根据权利要求1所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，冷凝壁和毛细供水通道之间的距离为5mm。
8.根据权利要求1所述的一种对入射角度不敏感的太阳能光热蒸馏器，其特征在于，所述蒸馏器设有一个或多个。
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|---|---|---|---|---|
| CN118811919A (zh) * | 2024-09-12 | 2024-10-22 | 中穗华生态科技(上海)有限公司 | 一种基于真空管光热蒸发的洁净水获取装置 |
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2024
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