[发明专利]一种基于泡沫金属体吸收太阳能的蒸发系统

说明书

本发明提供了一种基于泡沫金属体吸收太阳能的蒸汽发生系统，包括：太阳能蒸发容器、多孔泡沫金属块、气泡群发生装置、空气循环泵和蒸汽收集装置。其中，泡沫金属块表面需进行纳米化处理，以强化太阳能吸收；气泡群发生装置向太阳能蒸发容器中提供稳定的微气泡；空气循环泵可循环驱动空气来持续生成气泡；蒸汽收集装置用来收集系统产生的蒸汽。本发明利用离散气泡群的吸湿特性耦合多孔泡沫金属纳米结构的多重散射太阳能体吸收效应，来强化光能转换与热质传输过程，从而达到同时提升光热转换效率与蒸汽生成效率的目的。

技术领域

本发明属于可再生能源领域，提供了一种利用多孔泡沫金属纳米结构强化太阳能体吸收驱动蒸汽生成的蒸发系统。

背景技术

水和能源是人类赖以生存的两大基本要素，随着世界人口的激增和社会的快速发展，人们对水和能源的需求不断增加，所导致的资源短缺问题日益凸显。由于传统的化石能源总量有限且不可再生，在应用中还会污染环境，所以开发清洁能源是未来发展解决资源短缺问题的关键。太阳能驱动水蒸发是规模化利用太阳能的重要途径，其光-热-蒸汽转化物理过程由于相对高效、便捷的特点广泛存在于海水淡化、分馏灭菌以及储能发电等领域。

目前，太阳能产汽主要采用纳米流体或漂浮于水面的纳米膜来吸收太阳能，驱动水体蒸发生成蒸汽。纳米流体可以体吸收太阳能，光热转换的效率较好，但其体吸收太阳能用来升温纳米颗粒周围所有的水体，而不是直接用于生成蒸汽，因而其蒸汽生成效率低。纳米膜需要特殊的设计和制备手段才可实现较高蒸汽生成效率，但蒸汽产生过程由界面上蒸汽自由扩散控制，扩散阻力较大，不能迅速、大规模进行蒸汽的供给，不适合规模化工业应用。

本发明利用离散气泡群的吸湿特性耦合多孔泡沫金属纳米结构的太阳能体吸收效应，来强化光能转换与热质传输过程，从而达到同时提升光热转换效率及蒸汽生成效率的目的。多孔泡沫金属的高孔隙率可对入射太阳光进行多重散射，延长入射光路径多次照射在孔隙周围的纳米结构上，显著提升了泡沫金属对太阳能的吸收。存在孔隙间的水由于具有极大的蒸发表面，更容易受热相变为蒸汽。通入离散气泡群，可迅速将孔隙中产生的蒸汽带出水面，气泡群在气液界面的破裂过程显著降低蒸发界面上的蒸汽压，进一步加速蒸汽生成。本发明也可用于高聚光比条件下，大规模产生蒸汽，满足蒸汽的规模化持续供给需求，所产生的蒸汽可进行收集利用，也可直接应用于海水淡化、污水处理、分馏杀菌和储能发电等多个领域。

发明内容

本发明开发了一种基于泡沫金属体吸收太阳能的蒸发系统，可同时提升光热转换及蒸汽生成效率，实现绿色能源的高效转化与利用。

本发明的技术解决方案：基于泡沫金属体吸收太阳能的蒸发系统，其特征在于应用经纳米化处理的多孔泡沫金属不仅可对太阳光高效吸收，而且泡沫金属的高孔隙率也提供了极大的蒸发表面使处在孔隙中的水更容易被蒸发，当太阳光照射到泡沫金属表面上，由于多孔结构的存在，太阳光会在孔隙间四处反射，最终被泡沫金属表面的纳米结构完全吸收，有效的限制了由太阳光反射所造成的热损失，利用微气泡群的流动吸湿性质，可迅速将产生的蒸汽带出水面，倍增产汽质量，同时也可应用于高功率的太阳能蒸发系统中，实现规模化的蒸汽生成。

本发明提供一种基于泡沫金属体吸收太阳能的蒸发系统，包括：太阳能蒸发容器、多孔泡沫金属块、气泡群发生装置、空气循环泵和蒸汽收集装置。

所述太阳能蒸发容器是一个密封的容器，底部开有小孔，连通气泡群发生装置，下部通过管路与蓄水装置连接，上方管路用来排出产生的蒸汽。

所述泡沫金属块是由纳米铜颗粒和氯化钠颗粒为原料在氩气氛围下烧结-脱溶制备而成，烧结后拥有高孔隙率，形成多孔泡沫金属铜，再对其表面进行纳米化处理，在孔隙表面上长满纳米结构，具有等离基元共振效应，其作为太阳能的光能吸收体同时可增大与水的接触面积，从而强化了换热。

所述气泡群发生装置由气泡发生器和微流控阀门组成，气泡群发生装置与循环空气泵通过管路相连，控制微流控阀门可向太阳能蒸发容器中提供持续稳定的微气泡群。