一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，包括太阳能真空管，以及从下到上依次布置在太阳能真空管内部的储水区、界面蒸发区、蒸汽加热区和出气区，其中，界面蒸发区设有位于太阳能真空管中间位置的支撑体、依次包裹在支撑体外表面并与太阳能真空管内壁保持间隔的毛细材料和界面蒸发材料，毛细材料部分浸入储水区内的水位下，蒸汽加热区内设有接触太阳能真空管内壁并用于加热通过的蒸汽的蒸汽加热材料。与现有技术相比，所提出的高温太阳能蒸汽发生器具有高效太阳能光热转化效率，能够实现在较低光照强度和常压下产生121℃以上蒸汽，能够满足蒸汽杀菌、热力清洗等应用，具有热响应速度快，结构简单，运行稳定，蒸汽易于收集等优点。

A High Temperature Solar Steam Generator Based on Interface Evaporation

【技术实现步骤摘要】
一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器
本专利技术属于蒸汽发生器
，涉及一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器。
技术介绍
太阳能作为一种可再生的清洁能源越来越受到国内外专家和学者的关注，其具有能量容量大、清洁无污染、普遍存在、便于转换利用等优点，对促进人类社会的可持续发展具有重要意义。太阳能光热技术是将太阳的辐射能量转换为热能，转换后的热能再为其他相关设备提供动力，是一种最方便、最直接、最高效的收集利用太阳能的方式。在众多太阳能光热应用中，利用太阳能产生蒸汽在工业生产中起着至关重要的作用。但是由于水在100℃时的相变潜热较大(2260kJ/kg)，自然太阳光照不能提供足够的功率密度产生蒸汽。为了实现太阳能产生蒸汽，目前的光热转换技术主要采用聚光器，如透镜、抛物线槽以及定日镜等，通过聚光系统，将太阳光聚焦到10-1000倍，以提供较高的能量。但是，聚光系统的成本较大，这无疑增加了太阳能光热系统的成本，并且聚光系统需要复杂的支撑结构、追踪系统，限制了太阳能光热系统的实际应用。而便携式太阳能蒸汽发生器，无需昂贵的聚光器，在自然光照下便可直接产生蒸汽，这为太阳能光热技术的广泛应用提供了新的解决方案。近些年来，太阳能界面蒸发技术，将太阳能光热转换集中在气液界面处，已经成为实现高效光热转换的新方式。相对于传统的体加热方式，界面蒸发具有更快的响应速度，更高的蒸发效率，能够快速产生大量蒸汽。在过去的研制中，界面蒸发系统不断完善，性能不断提高。目前，已报道的研究主要通过构建具有全光谱吸收的碳基光热转换材料、等离激元吸光材料、控制水的补给、减少热损失以及减少相变焓，来提高界面蒸发系统的性能。界面蒸发技术已经被应用于太阳能海水淡化、污水处理、地下水提取、蒸馏以及太阳能发电等领域。此外，已有大量的相关报道，探究高效太阳能界面蒸发在蒸汽杀菌方面的应用。尽管在一个太阳光照下(1000W/m2)，界面蒸发系统的蒸发效率高达90％以上，但是由于水的相变焓值过大，产生100℃蒸汽仍然需要聚光系统。在低太阳光照下，产生高温蒸汽仍然是一项巨大挑战。而在实际应用中，一个太阳光照密度(1000W/m2)只出现在夏天晴朗的天气中，而持续时间也十分短暂。受漂浮的云彩影响，自然光照密度也会发生波动。因此，在一个太阳光照强度，或者功率密度更低的自然光照下，产生高效、稳定的高温蒸汽(大于100℃)具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，包括太阳能真空管，以及从下到上依次布置在太阳能真空管内部的储水区、界面蒸发区、蒸汽加热区和出气区，其中，界面蒸发区设有位于太阳能真空管中间位置的支撑体、依次包裹在支撑体外表面并与太阳能真空管内壁保持间隔的毛细材料和界面蒸发材料，所述毛细材料部分浸入所述储水区内的水位下，所述蒸汽加热区内设有接触所述太阳能真空管内壁并用于加热通过的蒸汽的蒸汽加热材料。进一步的，所述支撑体的材料为聚氨酯或聚四氟乙烯。进一步的，所述毛细材料为吸水性材料，其选自无尘纸、棉布、滤纸或碳纤维。进一步的，所述界面蒸发材料由网状材料或三维多孔材料制成，其表面经疏水处理形成疏水结构。进一步的，所述界面蒸发材料为铜网、铁网、铜泡沫、不锈钢泡沫或碳泡沫。进一步的，界面蒸发材料与太阳能真空管内壁之间的间隙为0.1-5mm。界面蒸发材料与太阳能真空管内壁之间的间隙能够扩大蒸发面积，并且促进产生的蒸汽向外扩散。若间隙过小，会导致蒸发面积减小，蒸汽产生量降低。若间隙过大，则不利于将内壁的热量传递到界面蒸发材料表面，降低蒸汽产生量。进一步的，所述蒸汽加热材料为高导热多孔材料，其外侧周面连接所述太阳能真空管内壁。更进一步的，所述高导热多孔材料为多孔铜网、铜泡沫、不锈钢泡沫或碳泡沫。进一步的，所述出气区包括封堵住太阳能真空管开口处的绝热材料，以及穿过所述绝热材料的蒸汽出口管。更进一步的，所述绝热材料为橡胶塞或聚四氟乙烯塞；所述蒸汽出口管为硅胶管、橡胶管、聚氯乙烯管或铜管。本专利技术中，高温蒸汽发生器利用太阳能真空管将太阳能转换为热能，并减少对外的热损失。在器件内部，储水区位于高温蒸汽发生器的底部，储水区外部涂有吸气涂层，该吸气涂层能够吸收太阳能真空管内层玻璃和外层玻璃之间的残余气体，提高和保持太阳能真空管的真空度。水在毛细材料作用下从储水区内输送到界面蒸发材料表面，进行高效界面蒸发，产生大量蒸汽。界面蒸发材料位于毛细材料与太阳能真空管内壁之间，形成一个狭小的间隙，促进蒸汽的产生与扩散。支撑材料位于太阳能真空管的中心处，用于实现界面蒸发材料与太阳能真空管内壁的紧密贴合。在蒸汽加热区，多孔蒸汽加热材料用于将太阳能真空管管壁上的热量传递到蒸汽上，将蒸汽进一步加热成高温蒸汽，从而达到蒸汽灭菌或者其他相关应用的要求。产生的高温蒸汽通过蒸汽出口管排出，或连接其他设备。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术提出的高温太阳能蒸汽发生器采用太阳能真空管作为太阳能光热转换材料，利用其优良绝热性能和低发射率，降低了装置的对流和辐射热损失，提高了光热转换效率。(2)通过改变界面蒸发材料和蒸汽加热材料的表面浸润性以及蒸发区的相对长度，实现了对蒸汽温度和蒸发效率的调控，可实现在一个太阳光照下产生132℃常压过热蒸汽。(3)本专利技术提出的新型高温太阳能蒸汽发生器，能够在自然波动的光照下产生121℃以上的高温蒸汽，能够满足高温蒸汽杀菌的要求。产生的蒸汽可通过蒸汽出口管与用气设备直接相连，使用方便。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为界面蒸发区处的结构示意图；图3为蒸汽发生器在1000W/m2光照下产生高温蒸汽的温度曲线；图4为蒸汽发生器在350-700W/m2波动自然光照下产生高温蒸汽的温度曲线。图中标记说明：1-储水区，2-界面蒸发区，3-蒸汽加热区，4-水，5-太阳能真空管，6-蒸汽加热材料，7-绝热材料，8-蒸汽出口管，9-界面蒸发材料，10-毛细材料，11-支撑体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术提出了一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，其结构参见图1所示，包括太阳能真空管5，以及从下到上依次布置在太阳能真空管5内部的储水区1、界面蒸发区2、蒸汽加热区3和出气区，其中，参见图2所示，界面蒸发区2设有位于太阳能真空管5中间位置的支撑体11、依次包裹在支撑体11外表面并与太阳能真空管5内壁保持间隔的毛细材料10和界面蒸发材料9，所述毛细材料10部分浸入所述储水区1内的水位下，所述蒸汽加热区3内设有接触所述太阳能真空管5内壁并用于加热通过的蒸汽的蒸汽加热材料6。在本专利技术的一个具体的实施例中，所述支撑体11的材料为聚氨酯或聚四氟乙烯。在本专利技术的一个具体的实施例中，所述毛细材料10为吸水性材料，其选自无尘纸、棉布、滤纸或碳纤维。在本专利技术的一个具体的实施例中，所述界面蒸发材料9由网状材料或三维多孔材料制成，其表面经疏水处理形成疏水结构。在本专利技术的一个具体的实施例中，所述界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，其特征在于，包括太阳能真空管(5)，以及从下到上依次布置在太阳能真空管(5)内部的储水区(1)、界面蒸发区(2)、蒸汽加热区(3)和出气区，其中，界面蒸发区(2)设有位于太阳能真空管(5)中间位置的支撑体(11)、依次包裹在支撑体(11)外表面并与太阳能真空管(5)内壁保持间隔的毛细材料(10)和界面蒸发材料(9)，所述毛细材料(10)部分浸入所述储水区(1)内的水位下，所述蒸汽加热区(3)内设有接触所述太阳能真空管(5)内壁并用于加热通过的蒸汽的蒸汽加热材料(6)。

【技术特征摘要】
1.一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，其特征在于，包括太阳能真空管(5)，以及从下到上依次布置在太阳能真空管(5)内部的储水区(1)、界面蒸发区(2)、蒸汽加热区(3)和出气区，其中，界面蒸发区(2)设有位于太阳能真空管(5)中间位置的支撑体(11)、依次包裹在支撑体(11)外表面并与太阳能真空管(5)内壁保持间隔的毛细材料(10)和界面蒸发材料(9)，所述毛细材料(10)部分浸入所述储水区(1)内的水位下，所述蒸汽加热区(3)内设有接触所述太阳能真空管(5)内壁并用于加热通过的蒸汽的蒸汽加热材料(6)。2.根据权利要求1所述的一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，其特征在于，所述支撑体(11)的材料为聚氨酯或聚四氟乙烯。3.根据权利要求1所述的一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，其特征在于，所述毛细材料(10)为吸水性材料，其选自无尘纸、棉布、滤纸或碳纤维。4.根据权利要求1所述的一种基于界面蒸发的高温太阳能蒸汽发生器，其特征在于，所述界面蒸发材料(9)由网状材料或三维多孔材料制成，其表面经疏水处理形成疏水结构。...

【专利技术属性】
技术研发人员：常超，陶鹏，徐佳乐，宋成轶，尚文，邓涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31