[發明專利]一種利用薄膜以及石墨顆粒蒸發的太陽能蒸發器

在審

• 申請號: 201710794245.X
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN108302515A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 楊諾;彭桂龍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F22B1/00
• 分類號: F22B1/00;F24S70/20;F24S80/60
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊;曹葆青

本發明屬于太陽能利用裝置領域，并公開了一種利用毛細薄膜以及石墨顆粒促進蒸發的太陽能蒸發器，包括防水隔熱泡沫邊界體、絕熱泡沫基底、毛細膜和石墨顆粒層，防水隔熱泡沫邊界體上水平設置有滑槽；絕熱泡沫基底卡裝在滑槽上；每相鄰的兩絕熱泡沫基底之間分別設置第一毛細膜；所有絕熱泡沫基底頂部均覆蓋第二毛細膜；石墨顆粒層鋪在第二毛細膜的頂部。本發明將絕熱泡沫基底放在第二毛細膜下以減少因加熱泡沫下的水體導致的熱量損失，第一毛細膜和第二毛細膜可以補償蒸發損失，水通過毛細效應從第一毛細膜被輸運到石墨顆粒層，被太陽能加熱并蒸發，絕熱泡沫基底可以阻斷從石墨顆粒層和第二毛細膜向泡沫下的水體的熱量傳導，有助于提高蒸發效率。

技術領域

本發明屬于太陽能利用裝置領域，更具體地，涉及一種太陽能蒸發器。

背景技術

太陽能是一種豐富的、對環境友好的可再生能源。利用它來部分代替化石能源有利于緩解環境污染，全球變暖等問題。因而如何高效利用太陽能成為全球性的課題。

作為眾多的太陽能利用方向中的一種，太陽能蒸汽發生技術已經有了許多實際的運用，例如脫鹽作用、水的凈化、油回收等等，為了提高效率，許多工作也應運而生。

在過去數十年出現了許多收集太陽能用于蒸發的工作，傳統的蒸發器利用一塊黑色平板吸收太陽能并加熱水，使其蒸發。盡管研究者們在此基礎上做了許多改進，發展出了許多不同種類的太陽能蒸發器，例如階梯式蒸發器和傾斜芯型蒸發器，但由于大量熱損失使得傳統的蒸發器的效率通常都低于50％。

為突破蒸發效率這一瓶頸，一些研究開始嘗試了納米技術。例如將高吸收率的納米顆粒分散在水中例如ZnO(氧化鋅)、Al₂O₃(氧化鋁)、CuO(氧化銅)、Au(金)、graphene(石墨烯)。在光照強度分別為10kw/m²和220kw/m²條件下蒸發效率分別可以達到69％和80％。雖然這種方法提高了蒸發效率，但是納米顆粒在水中有聚集沉降的趨勢，這對于納米流體的穩定性是巨大的考驗；為了取得好的蒸發效果，高強度的光照要求增加了系統的造價與復雜度；同時納米顆粒的花費不菲、納米尺寸的顆粒對環境也可能存在一些影響，這些原因都制約了其實際應用。

另一種可增強蒸發的方法是熱局域化蒸發，也就是將吸收的太陽能集中在蒸發表面的薄層內以減少熱損失，同時可以使該區域的水保持在較高的溫度，從而實現高效率的蒸發。該方法主要依靠親水的多孔膜或泡沫材料。如由膨脹石墨和碳多孔泡沫組成的雙層結構，膨脹石墨用于吸熱，碳多孔泡沫用于絕熱，使熱量集中在蒸發面，這樣可使蒸發效率在光照強度為1kw/m²時達到67％。或是使用附著有Al(鋁)納米顆粒的Al₂O₃(氧化鋁)納米多孔膜，在光照強度為6kw/m²的情況下可將效率提高至91％。但是這些方法對于薄膜或泡沫材料有很高的要求，因材料花費很高，難以在實際生活中應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種利用毛細薄膜以及石墨顆粒促進蒸發的太陽能蒸發器,其成本低、效率高，能快速有效地利用太陽能蒸發水分。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種利用毛細薄膜以及石墨顆粒促進蒸發的太陽能蒸發器，其特征在于，包括防水隔熱泡沫邊界體、絕熱泡沫基底、毛細膜和石墨顆粒層，其中，

所述防水隔熱泡沫邊界體上水平設置有用于容納所述絕熱基底的滑槽；

所述絕熱泡沫基底設置有多個，這些絕熱泡沫基底均卡裝在所述防水隔熱泡沫邊界體的滑槽上并且均外露于所述防水隔熱泡沫邊界體；

每相鄰的兩絕熱泡沫基底之間分別設置第一毛細膜，并且第一毛細膜的底端低于絕熱泡沫基底的底端，以便第一毛細膜的底部浸入水中；

所有絕熱泡沫基底的頂部均覆蓋第二毛細膜，所述第二毛細膜與第一毛細膜接觸；