[发明专利]一种基于界面蒸发的高效太阳能蒸汽发生器

说明书

本发明涉及一种基于界面蒸发的高效太阳能蒸汽发生器，包括上部开口并盖有透明盖板的容器，从下到上依次盛装在容器内中的水、漂浮绝热材料、多孔蒸发器和吸光板，以及穿过所述漂浮绝热材料且一端置于水中、另一端连接所述多孔蒸发器的毛细材料，所述多孔蒸发器内还侧向引出连接外界的蒸汽出口管。与现有技术相比，本发明所提出的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100℃蒸汽，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。

技术领域

本发明属于太阳能蒸汽发生器技术领域，涉及一种基于界面蒸发的高效太阳能蒸汽发生器。

背景技术

随着现代社会的快速发展和全球人口的急剧增长，传统化石能源不断消耗，人们对能源的需求不断增加，导致越来越严重的全球能源危机和环境危机。为实现人类社会的可持续发展，加快对可再生能源的开发和高效利用已迫在眉睫。

太阳能作为一种清洁、无污染、辐射能量大、取之不尽的可再生能源，在太阳能热水器、太阳能热电站、太阳能光伏电站等领域具有广泛的应用。太阳能光热利用是一种最简单、最经济、最高效的利用方式。其中，利用太阳能产生高温蒸汽在海水淡化、蒸汽灭菌、污水净化、工业提纯、光热电站众多工业生产过程中有着重要意义。但是由于太阳能光照又存在光照强度低的问题，日常单位辐射面积功率最高仅为1KW/m²，所以在自然光照下很难产生100℃水蒸汽。在传统的太阳能光热技术中，通常使用聚光系统对自然光进行汇聚，形成高能量密度的光斑来产生高温蒸汽。然而，聚光系统一方面大幅增加了太阳能光热系统的成本，同时聚光系统的正常运转需要增加额外的机械部件与太阳追踪装置，从而增加了光热系统的复杂性，不利于光热系统的发展。另一方面，太阳光在汇聚过程中会造成不可避免的能量损耗，而且汇聚的光热转化材料表面易产生过热现象，增加了光热系统的热损失，降低了系统的光热转化效率。此外，传统太阳能光热蒸汽发生器装置庞大，系统复杂，无法满足小规模便携式应用需求。

近些年来，新兴的太阳能界面蒸发技术将太阳能光热转化从传统蒸发系统的底部加热转移至在气液界面集中加热，相应的蒸发系统具有更高的蒸汽产生效率、更快的热响应速度，而且系统结构简单，为发展高效便携式太阳能光热蒸发系统提出了新的方案。相对于低温水蒸汽，高温蒸汽的应用更为重要，然而，在低能量密度自然光照下，产生高温蒸汽仍然是一个巨大挑战。美国麻省理工的G.Chen(Nature Energy 2016,1,16126)等人报道了一种基于热聚集的太阳能光热蒸汽发生器，通过大面积的太阳能光热吸收，然后将太阳能光热进行汇聚，加热蒸发少量的水，成功在一个太阳下产生100℃的高温蒸汽，但是该系统的蒸汽产生效率仅仅为20％。另外，在目前的太阳能界面蒸发系统中，产生的蒸汽直接从太阳能光热转化表面扩散出去。这种从吸光表面扩散溢出结构设计一方面不利于蒸汽的收集利用，另一方面蒸汽会在空气中冷凝形成水雾，严重影响太阳光的入射和吸收。

发明内容

本发明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效太阳能蒸汽发生器。

本发明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效太阳能蒸汽发生器，包括上部开口并盖有透明盖板的容器，从下到上依次盛装在容器内中的水、漂浮绝热材料、多孔蒸发器和吸光板，以及穿过所述漂浮绝热材料且一端置于水中、另一端连接所述多孔蒸发器的毛细材料，所述多孔蒸发器内还侧向引出连接外界的蒸汽出口管。

进一步的，所述透明盖板为透明玻璃板或石英板等高透光率的材料。

吸光板可以采用常规市售的具有光热转化特性的金属板或非金属板。进一步的，所述吸光板选用铝或铜材质的基体板，在基体板的表面还镀有光热转化涂层，可保证吸光板的吸光率为90-97％左右，发射率为1-8％左右。光热转化涂层可以为现有的蓝钛涂层、黑铬涂层或碳黑涂层等。

进一步的，所述多孔蒸发器由三维多孔材料制成，其下表面和上表面还经过表面处理，并分别具有亲水结构和疏水结构。