[發明專利]一種基于毛細纖維編織供水的光熱界面蒸發結構和方法

在審

• 申請號: 202010364929.8
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111439803A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 駱周揚;申震;劉春紅;祁志福;鮑華;石勁成;孫士恩;俞華棟;陳永輝
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司;浙江浙能樂清發電有限責任公司
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及基于毛細纖維編織供水的光熱界面蒸發結構，包括水源、隔熱材料、毛細纖維網絡、光熱轉化材料和光源；隔熱材料固定或漂浮于水源上方，毛細纖維穿過隔熱材料編織形成毛細纖維網絡，毛細纖維網絡下端接觸水源，毛細纖維網絡上端與光熱轉化材料接觸，光熱轉化材料上方為光源；水源中的液體通過毛細纖維網絡進入光熱轉化材料的蒸發界面，在光源照射下蒸發。本發明的有益效果是：本發明將毛細纖維通過編織的方式，嵌入隔熱材料中，在隔熱材料上下形成三維毛細導水網絡，為光熱轉化材料供水，同時實現良好的汲水和隔熱效果，實現高效的光?熱界面蒸發，獲得更高的太陽能利用效率。

技術領域

本發明涉及海水淡化、光熱蒸發領域，尤其涉及一種基于毛細纖維編織供水的光熱界面蒸發結構和方法。

背景技術

太陽能海水淡化熱法技術主要利用太陽能的光熱資源，加熱海水發生相變蒸發后，通過冷凝收集得到淡水。光-熱太陽能海水淡化技術具有效率高、成本低廉且維護簡單等優勢，是目前主流的太陽能海水淡化技術。傳統多級蒸發等熱法海水淡化或是太陽能蒸餾器，吸熱介質包括海水和基底，不僅對蒸發部分的水進行加熱，還加熱了最后排出的濃水。盡管在大型海水淡化設施里，被加熱的濃水可以通過換熱器進行熱量回收，或是利用冷凝潛熱對水體進行預熱，但是不可避免會存在濃水熱量損失的問題；在小型的海水淡化設備中，這部分直接排放濃水帶去的熱量損失比例幾乎與濃水-蒸發流量比例相當。而界面蒸發方法則是在海水和空氣界面處布置吸光材料，加熱界面處的薄液層使其蒸發，利用吸水芯或是漂浮吸水材料將海水不斷地汲取至加熱界面，使光熱蒸發過程不斷進行下去。這種加熱方式將太陽光轉化的熱能有效地應用在界面處的薄液層，可以大幅減少蒸發過程的熱量損失，從而提高蒸發溫度和效率。相關文獻有：張學鐳,卜躍剛,劉強等在電力科學與工程,2017,33(12):1-8.上刊載的《太陽能海水淡化的新技術發展現狀[J]》；Tao,P.,Ni,G.,Song,C.等在Nat Energy3,1031–1041(2018).上刊載的《Solar-driven interfacialevaporation》。

光-熱界面蒸發技術主要特點和優勢在于減少了蒸發加熱過程中的熱損失，特別是減少向海水的漏熱損失。因此該技術需要將光-熱材料與海水通過隔熱材料分隔開，利用盡量小面積的導水通道，將水從海水中汲取至加熱界面。但是，該技術也需要綜合平衡供水-熱損失的關系：若導水通道面積過小，或是導水效率不高，雖然可以減少光熱材料的漏熱損失，但這樣不僅會使得蒸發界面供水不足，降低光-熱蒸發效率，還會導致嚴重的“積鹽”現象，減少受光面積，從而進一步降低了光-熱蒸發效率。現有的技術均采用棉布、紗布等纖維布作為吸水單元，存在著汲水效率低、熱損失率高、吸水通道面積調節不可控等缺點。相關文獻有：Ni,G.,Zandavi,SH.,等在Energy Environ.Sci.,2018,11,1510-1519.上刊載的《A salt-rejecting floating solar still for low-cost desalination》。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種基于毛細纖維編織供水的光熱界面蒸發結構和方法，將毛細纖維通過編織的方式，嵌入隔熱材料中，在隔熱材料上下形成三維毛細導水網絡，為光熱轉化材料供水，實現太陽能光熱界面蒸發。

這種基于毛細纖維編織供水的光熱界面蒸發結構，包括水源、隔熱材料、毛細纖維網絡、光熱轉化材料和光源；隔熱材料固定或漂浮于水源上方，毛細纖維穿過隔熱材料編織形成毛細纖維網絡(即三維導水網絡)，毛細纖維網絡下端接觸水源，毛細纖維網絡上端與光熱轉化材料接觸，光熱轉化材料上方為光源；水源中的液體通過毛細纖維網絡進入光熱轉化材料的蒸發界面，在光源照射下蒸發。

作為優選：水源包括無懸浮顆粒物的海水、淡水、非腐蝕性的工業廢水或非腐蝕性的有機試劑。

作為優選：隔熱材料包括熱導系數≤0.1W/(m·K)的聚苯乙烯、聚氨酯疏水白色泡沫或氣溶膠；隔熱材料厚度為1-6cm。