[發明專利]一種基于松樹形仿生結構設計的太陽能界面蒸發器

有效

• 申請號: 202111612334.0
• 申請日: 2021-12-27
• 公開（公告）號: CN113979504B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王傲;胡子涵;李云旗;馮海翔;邱羽;李慶
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 熊靖宇

一種基于松樹形仿生結構設計的太陽能界面蒸發器，包括支撐結構、梯級輸水通道結構和界面蒸發結構，梯級輸水通道結構支撐在支撐結構上，梯級輸水通道結構的下側設置在支撐結構的下方并與待處理水源接觸、上側設置在支撐結構的上方且其上安裝有界面蒸發結構，梯級輸水通道結構包括相互連通的多級輸水結構，每級輸水結構從下至上直徑逐級減小，界面蒸發結構包括多層蒸發盤，多層蒸發盤的面積從下至上依次減小，蒸發盤按照面積從大到小分別對應安裝在直徑從大到小的輸水結構上，蒸發盤與輸水結構連通。本發明通過多個雙層圓盤的界面蒸發結構以及多級圓柱狀結構的梯級輸水通道結構的配合設置，實現水的梯級輸運和蒸發，從而實現高效太陽能界面蒸發。

技術領域

本發明屬于太陽能利用技術領域，特別是涉及一種基于松樹形仿生結構設計的太陽能界面蒸發器。

背景技術

能源問題與水資源問題是世界兩大重要難題。在水資源方面，地球上淡水資源本就很少，淡水資源只占地球水總量的3％，其中的2/3還是冰川、深層地下水等人類無法利用的淡水。本就不多的淡水資源，在現代工業不斷擴張，城市化不斷發展的影響下又受到了很多污染，導致淡水資源匱乏。

海水淡化和污水處理技術是獲取淡水資源的兩種主要方法方法，海水淡化和污水處理技術，是指將海水或污水中的鹽分去除得到淡水的技術和過程。常規的處理技術往往需要消耗高品位熱能或電能來驅動系統生產淡水，存在能源消耗大、運行成本高等問題，使得傳統海水淡化和污水處理工程高度依賴大型電站設施，導致產能和分布地點均受到限制。為此，人們提出了一些將可再生能源與海水淡化和污水處理相結合新型的海水淡化和污水處理技術,例如太陽能驅動界面蒸發技術。

界面蒸發技術作為一項較為新穎的太陽能熱驅動海水淡化與污水處理技術，目前該技術主要存在的問題是光熱轉化效率以及蒸發速率較低，因此如何實現較高的蒸發效率對界面蒸發技術至關重要。

發明內容

本發明解決現有技術的不足而提供一種將蒸發盤蒸發能力和輸水結構對水輸運能力相匹配，保證每一級蒸發盤和輸水結構上水蒸發和輸運平衡，從而提高蒸發效率的基于松樹形仿生結構設計的太陽能界面蒸發器。

為實現上述目的，本發明首先提出了基于松樹形仿生結構設計的太陽能界面蒸發器，包括支撐結構、梯級輸水通道結構和界面蒸發結構，所述梯級輸水通道結構支撐在支撐結構上，所述梯級輸水通道結構穿過支撐結構、其的下側設置在支撐結構的下方并與待處理水源接觸、上側設置在支撐結構的上方且其上安裝有界面蒸發結構，所述梯級輸水通道結構包括相互連通的多級輸水結構，每級輸水結構從下至上直徑逐級減小，所述界面蒸發結構包括多層蒸發盤，多層蒸發盤的面積從下至上依次減小，所述蒸發盤按照面積從大到小分別對應安裝在直徑從大到小的輸水結構上，所述蒸發盤與輸水結構連通。

采用上述結構，多個蒸發盤的面積從下至上依次減小，從而提高陽光的利用率，多級輸水結構從下至上直徑逐級減小，可以實現水量的梯級輸運，同時將不同面積的蒸發盤與不同直徑的輸水結構相匹配，直徑大的蒸發盤配直徑大的輸水結構，直徑小的蒸發盤配直徑小的輸水結構，這樣保證蒸發盤上聚集的水量與蒸發盤上聚集的熱量相匹配，防止水量過多造成蒸發盤降溫，一方面通過提高陽光利用率，提高蒸發盤的表面最高溫度，另一方面，通過輸送結構的配合，保持蒸發盤的溫度不過快降低，從而大大提高水的蒸發速率以及對太陽能的利用率。

本實施方式中，所述蒸發盤包括蒸發層和水供給層，所述水供給層與蒸發層的大小相匹配，所述水供給層貼合安裝在蒸發層的下側面。這樣蒸發層的上側面吸收陽關提高溫度，下側面與水供給層緊密接觸，對水供給層內的水進行蒸發，提高蒸發的速率。

本實施方式中，所述蒸發層由陽光吸收率大于90%的材料制成，例如碳化后的木材、碳化后的椰殼纖維等、多孔石墨材料等。

本實施方式中，所述支撐結構漂浮水面上或支撐在水面上。本裝置根據使用的不同情況，通過支撐結構可以漂浮水面上或支撐在容器或正常結構上，只要輸水結構與水接觸能吸收水即可。