为了克服目前单坡海水淡化装置中向体相水热损失过高和蒸发界面湿度过高抑制蒸汽溢出、对凝结潜热缺乏利用等不足，本发明专利技术提供了一种一体化太阳能界面蒸发装置，该装置由一个或多个一体化太阳能界面蒸发单元依次连接而成，一体化太阳能界面蒸发单元包括腔体外壳、蒸发器和蒸汽导管，腔体外壳包括壳身、冷凝面和挡板。本发明专利技术公开的一体化太阳能界面蒸发装置能有效减少向体相水的热损失，对凝结潜热进行更大程度的利用，并且降低蒸发表面上的湿度，促进蒸汽溢出。促进蒸汽溢出。促进蒸汽溢出。
【技术实现步骤摘要】
一种一体化太阳能界面蒸发装置
[0001]本专利技术属于太阳能转化利用领域，具体涉及一种一体化太阳能界面蒸发装置。
技术介绍
[0002]随着人口的增长和环境污染的增加，淡水资源日益短缺，据资料显示，目前有24％的流域淡水消耗超过了承载能力，寻找新的淡水来源迫在眉睫。海水储量庞大，太阳能是一种可持续、可再生、清洁无污染的可持续能源，利用太阳能淡化海水是一种理想的产生淡水的方式，能有效的缓解淡水资源短缺。较为典型的淡化海水装置是单坡太阳能蒸发器，虽然典型的单坡蒸发装置具有结构简单、不需要繁杂的辅助系统及造价低廉等优势，但目前该装置仍未大规模实际应用，主要原因是蒸汽冷凝水收得率较低，日产量不足3L
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‑2，经济性较差。导致单坡蒸发装置低效的原因有：蒸发界面向体相水热损失严重，对凝结潜热缺乏利用、装置内湿度过高抑制蒸汽溢出等。使用储热材料、在凝结面进行超声震荡、鼓风把蒸汽导出、增加凝结面等方法虽然能够在一定程度上减少热损失、加速蒸汽的冷凝和溢出，但是会增加繁杂的辅助设备和消耗额外的能源，使成本大幅度增加，经济性较低。
技术实现思路
[0003]为了克服目前单坡海水淡化装置中向体相水热损失过高和蒸发界面湿度过高抑制蒸汽溢出、对凝结潜热缺乏利用等不足，本专利技术提供了一种一体化太阳能界面蒸发装置，该装置能有效减少向体相水的热损失，对凝结潜热进行更大程度的利用，并且降低蒸发表面上的湿度，促进蒸汽溢出。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种一体化太阳能界面蒸发装置，由一个或多个一体化太阳能界面蒸发单元依次连接而成，所述一体化太阳能界面蒸发单元包括腔体外壳1、蒸发器2和蒸汽导管9，腔体外壳包括壳身8、冷凝面7和挡板10，壳身为中空的正四棱柱，材质为亚克力，壳身的壁厚为3～4mm，壳身的底部开放，底部端面为正方形，一个与水平面夹角θ1＝30
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～45
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的平面截取壳身形成的截面为壳身的上端面，壳身的左侧面13和右侧面14为大小相等的梯形，壳身的前面15为矩形，在壳身左侧面和右侧面上距壳身前面上缘S处分别加工m个通孔11，S＝13.5
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15.5cm，左侧面上的通孔与右侧面上的通孔均匀且对称分布，壳身的前面上距前面上缘H处均匀加工m个蒸汽导管连接孔16，H＝3.75～5.25cm，挡板为矩形亚克力板，厚度为3～4mm，挡板下缘与蒸汽导管连接孔平齐地粘接在壳身前面的内壁上，并使挡板与壳身前面内壁的夹角θ2＝35
°
～45
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；冷凝面材质为高透玻璃，其大小与壳身上端面的外部尺寸相同，冷凝面的厚度为1～2mm；冷凝面与壳身上端面对齐粘接在一起；
[0006]所述蒸发器包括光热转换材料3、海绵载体4、凝气管5以及棉线6，所述光热转换材料是根据专利ZL201610534465.4公开的利用煤质沥青制备多色发光可调碳点的方法，采用甲酸与双氧水选择性刻蚀煤沥青制备获得的碳点；所述海绵载体是单位英寸长度上平均孔数为35～55PPI的三聚氰胺，海绵载体是横截面为正方形、厚度为0.9～1.2cm的六面体，海
绵载体的横截面稍大于腔体外壳的内部横截面；所述凝气管为导热系数高于300W/(m
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k)、外径为42～47mm、壁厚0.5～1mm的中空管材，凝气管的长度比壳身的横截面边长长1～1.5cm，凝气管的数量m与壳身左侧面和右侧面的通孔数量一致，并由壳身底部的中空面积R决定，每平方米R采用7～9根凝气管；所述棉线为直径为25
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27mm、长度为1.0～1.3m的棉质线绳，棉线的数量由R决定，每平方米R采用13～15根棉线；
[0007]光热转换材料附着在海绵载体的上表面，附着方法采用五个步骤：第一步：将4～5g光热转换材料通过超声溶于40mL浓度为95％的乙醇溶液中制备成浓度为0.1～0.125g/mL的碳点溶液；第二步：将海绵载体浸泡在第一步制得的碳点溶液中，海绵载体的浸入厚度为0.9～1.1mm，碳点溶液吸入海绵载体中；第三步：将带有碳点溶液的海绵载体置于55～60℃的烘箱中干燥，以除去乙醇；第四步：将浓度为55～65g/L的聚乙烯醇和摩尔浓度为100～118.2mmol/L的戊二醛溶液混合形成混合溶液，并将混合溶液均匀地刷涂在附着有碳点溶液的海绵载体表面，然后其上用喷壶均匀喷涂摩尔浓度为1.2～1.4mol/L的盐酸溶液1～2次；第五步：将经过上述五个步骤处理后的海绵载体放入55～60℃的烘箱进行干燥，最终实现光热转换材料在海绵载体上的附着；
[0008]将m个凝气管的两端分别置于壳身左侧面和右侧面上的m个通孔中，并用防水胶径向将凝气管的两端分别粘接在壳身的左侧面和右侧面上；每一根棉线都单层无间隙地缠绕在凝气管上，多根棉线之间不接触，棉线的缠绕方向与蒸汽的流动方向相反，棉线的一端垂直向下，另一端伸入海绵载体中；将附着有光热转换材料的海绵载体四周压缩并水平置于腔体外壳内的凝气管上，并稍稍用力压紧凝气管，海绵载体稍许被压缩而固定在壳体内，附着有光热转换材料海绵载体的上表面与壳体前面上缘的距离L＝6～7.5cm；
[0009]所述蒸汽导管为S形PVC管，其外径、壁厚和数量与凝气管相同，蒸汽导管的一端粘接在蒸汽导管连接孔上并用防水胶密封，另一端与壳身左侧面和右侧面上的通孔平齐；
[0010]当一体化太阳能界面蒸发装置由多个一体化太阳能界面蒸发单元组合而成时，多个一体化太阳能界面蒸发单元依次通过蒸汽导管连接，一个一体化太阳能界面蒸发单元的蒸汽导管接入另一个一体化太阳能界面蒸发单元壳身左侧面或右侧面上的通孔中并用防水胶在外部经行密封；一体化太阳能界面蒸发装置置于海水12或污水中，并使棉线垂直向下的一端浸入海水或污水中，同时，使缠绕有棉线的凝气管位于海水上部不与海水或污水接触。
[0011]本专利技术公开的一体化太阳能界面蒸发装置的优点是：能减少向体相水的散热、对凝结潜热进行利用，提高了热量的利用效率，降低蒸发界面湿度促进蒸汽溢出，大幅度提高了装置淡化海水速率，淡水产率是传统单坡太阳能装置的2.3倍以上，同时还具有制造成本低廉、循环稳定性能好、清洁无污染等优点。
附图说明
[0012]图1为本专利技术一种一体化太阳能界面蒸发单元的结构图；
[0013]图2为为本专利技术蒸发器的结构简图；
[0014]图3为本专利技术蒸发器的立体图；
[0015]图4为本专利技术腔体外壳的结构图；
[0016]图5为本专利技术一体化太阳能界面蒸发单元置于海水中工作的示意图；
[0017]图6为本专利技术光热转换材料在海绵载体的上表面附着方法示意图；
[0018]图7为本专利技术实施例1中4个一体化太阳能界面蒸发单元连接的示意图；
[0019]图8为现有单坡装置与本专利技术实施例1的一种一体化太阳能界面蒸发装置性能对比图；
[0020]图9为本专利技术实施例1中一种一体化太阳能界面蒸发装置循环稳定性的测试结果。
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种一体化太阳能界面蒸发装置，其特征在于：由一个或多个一体化太阳能界面蒸发单元依次连接而成，所述一体化太阳能界面蒸发单元包括腔体外壳(1)、蒸发器(2)和蒸汽导管(9)，腔体外壳包括壳身(8)、冷凝面(7)和挡板(10)，壳身为中空的正四棱柱，材质为亚克力，壳身的壁厚为3～4mm，壳身的底部开放，底部端面为正方形，一个与水平面夹角θ1＝30
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的平面截取壳身形成的截面为壳身的上端面，壳身的左侧面(13)和右侧面(14)为大小相等的梯形，壳身的前面(15)为矩形，在壳身左侧面和右侧面上距壳身前面上缘S处分别加工m个通孔(11)，S＝13.5
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15.5cm，左侧面上的通孔与右侧面上的通孔均匀且对称分布，壳身的前面上距前面上缘H处均匀加工m个蒸汽导管连接孔(16)，H＝3.75～5.25cm；挡板为矩形亚克力板，厚度为3～4mm，挡板下缘与蒸汽导管连接孔平齐地粘接在壳身前面的内壁上，并使挡板与壳身前面内壁的夹角θ2＝35
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；冷凝面材质为高透玻璃，其大小与壳身上端面的外部尺寸相同，冷凝面的厚度为1～2mm；冷凝面与壳身上端面对齐粘接在一起；所述蒸发器包括光热转换材料(3)、海绵载体(4)、凝气管(5)以及棉线(6)，所述光热转换材料是根据专利ZL201610534465.4公开的利用煤质沥青制备多色发光可调碳点的方法，采用甲酸与双氧水选择性刻蚀煤沥青制备获得的碳点；所述海绵载体是单位英寸长度上平均孔数为35～55PPI的三聚氰胺，海绵载体是横截面为正方形、厚度为0.9～1.2cm的六面体，海绵载体的横截面稍大于腔体外壳的内部横截面；所述凝气管为导热系数高于300W/(m
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k)、外径为42～47mm、壁厚0.5～1mm的中空管材，凝气管的长度比壳身的横截面边长长1～1.5cm，凝气管的数量m与壳身左侧面和右侧面的通孔数量一致，并由壳身底部的中空面积R决定，每平方米R采用7～9根凝气管；所述棉线为直径为25
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27mm...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡胜亮，邓任中，常青，薛超瑞，李宁，杨金龙，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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