[發明專利]一種金字塔形太陽能光熱蒸發器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110055747.7
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112897617B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 鄧大祥;孫瑋;馬啟賢;曾龍;劉永恒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 楊依展;張迪

本發明公開了一種金字塔形太陽能光熱蒸發器，包括隔熱層、輸水通道和金字塔形光熱蒸發結構。所述金字塔形光熱蒸發結構包括四個光熱吸收面，每個光熱吸收面均包含若干從金字塔頂延伸至底部的漸擴集水微流道；其從表層到底部依次為等離激元納米顆粒表層、中間親水層、底層基底。所述輸水通道由吸水棉芯組成，吸水棉芯位于所述隔熱層內設置的平行孔道內，其下端伸入到水體中，上端與光熱吸收面集水微流道相連。該發明金字塔形三維光熱蒸發結構大大增加了光熱蒸發面積，同時利用等離激元納米顆粒實現高效光熱轉換，此外集水微流道及親水層保證了蒸發水的快速充分供應，從而實現高效太陽能蒸發及海水淡化。本發明還提供了上述蒸發器的制備方法。

技術領域

本發明涉及光熱蒸發技術領域，特別是涉及一種三維形式的金字塔形太陽能光熱蒸發器及其制備方法。

背景技術

海水淡化是解決水資源短缺的理想途徑?；谔柲芄鉄嵴舭l的海水淡化技術，由于綠色無污染、能源利用持續度高的優點，已被廣泛的應用于海水淡化等領域，成為凈化水、解決水資源短缺的新興途徑，尤其為偏遠地區、海島等小范圍的家庭用水提供了可行性的解決方法。

目前提出的太陽能光熱轉換界面蒸發結構，以二維平面式光熱結構為主，其厚度很薄，通常直接懸浮或漂浮在海水表面進行光熱轉換，吸收體與海水液面直接接觸，通過加熱光熱結構附近的薄層水產生蒸汽，進行鹽分與淡水的分離。然而在上述過程中，由于漂浮于界面的薄膜結構厚度較薄，故向下部水體熱量散失大，造成嚴重的熱損耗。此外，目前已出現的的二維平面光熱轉換結構有效蒸發面積較少，且平面式結構對太陽光入射角度要求高，易造成光反射和散射損失，故而光吸收效率和光熱轉換效率偏低。

為此，三維光熱蒸發結構成為太陽能光熱蒸發的理想選擇。然而目前的三維光熱蒸發結構通常是吸收體與供水通道分離設計，供水通道僅將水輸運至光熱吸收體的某一點，再依賴于光吸收層表面的親水特性逐漸潤濕全部吸收層，易存在集水能力偏低、供水不足等難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種金字塔形太陽能光熱蒸發器，大大增加有效光熱蒸發面積，降低了光熱吸收結構對光照射角度的要求，且其供水通道設置于吸收體表面層，大大提高了水的輸運速率，從而提高光吸收效率和光熱轉換效率。

本發明的另一目的在于提供上述金字塔形太陽能光熱蒸發器的制備方法。

本發明通過以下技術方案來實現：

一種金字塔形太陽能光熱蒸發器，包括：隔熱層、輸水通道和金字塔形光熱蒸發結構；

所述隔熱層內部沿著高度方向含有若干平行設置的輸水通道，所述金字塔形光熱蒸發結構位于隔熱層上方，所述隔熱層漂浮于水體表面；

所述金字塔形光熱蒸發結構的側面為四個光熱吸收面，每個光熱吸收面均包含若干從金字塔頂延伸至底部的集水微流道，所述集水微流道的寬度沿著金字塔頂至底部的方向逐漸增大；所述集水微流道與輸水通道連通；

所述金字塔形光熱蒸發結構，從表層到內部依次為等離激元納米顆粒表層、中間親水層、底層基底。

在一較佳實施例中：所述輸水通道為吸水棉芯；所述吸水棉芯位于所述隔熱層內設置的平行孔道內；所述吸水棉芯的下端伸入到水體中，上端與所述微流道相連。

在一較佳實施例中：所述隔熱層材料為聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、硅基多孔材料中的一種。

在一較佳實施例中：所述輸水通道為環矩形等距排列；輸水通道的直徑為 2-5mm，數目為24-40個。

在一較佳實施例中：所述微流道在金字塔底部一側的寬度為0.25-0.5mm，深度為0.25-0.5mm，相鄰兩微流道的間距為1-3mm。

在一較佳實施例中：所述金字塔形光熱蒸發結構的基底材料為聚二甲基硅氧烷，其表面含有10-30nm厚的等離激元納米顆粒。