[发明专利]一种高效光热水蒸发的方法与装置

说明书

一种高效光热水蒸发的方法与装置，涉及水蒸发技术领域。包含水传输通道、漂浮/隔热层、富水多孔材料层、贫水多孔材料层以及光热转换材料层。漂浮/隔热层将器件整体漂浮于水表面，通过传输通道的强吸水特性将水体与器件相连接并向器件提供足够的水；富水多孔材料层采用强吸水的多孔材料层能够将水从传输通道内分散到富水层内部并扩展到器件的全部；贫水多孔材料层是相对较弱吸水材料；光热转换材料层是具有较高光热转换能力的材料。通过水传输通道和富水多孔材料层将水先进行一步快速的水传输和水分散，然后再通过贫水层将光热材料所接触到的水体的量进一步降低，最终可以实现在光热材料局部高效地加热微量水，提高水蒸发速率。

技术领域

本发明涉及水蒸发技术领域，尤其涉及一种高效水蒸发的方法和装置。

背景技术

利用太阳能通过光热材料将水蒸发是一种可持续、绿色环保的实现海水淡化、重金属污水处理、废液浓缩的方法。在日益重视环境保护和能源短缺的今天，如何充分利用太阳能受到广泛的重视。

传统水蒸发是采用直接加热的方式至水沸腾，这样就需要将整体的水都加热到沸点以上才可以实现，因而消耗大量的化石能源。而自然界中的水蒸发是利用太阳光直接照射在水面上，由于水对光的吸收较弱因而导致蒸发速率较低。近年来，随着光热转换材料的研发，人们提出了通过引入光热材料来提高水的蒸发速率的解决方案。目前研究人员已经开发出了大量的光热材料，如等离子体纳米颗粒，窄带系半导体纳米颗粒，聚合物材料以及各种碳材料。这些材料在海水淡化、晒盐、污水处理等方面得到大量的应用。在设计高效的水蒸发器件时，不仅要考虑光热材料本身的光热转换效率，同时还要考虑器件结构对水蒸发效率的影响。最初人们将光热材料直接分散到水中，提高了水的加热效率，但由于还是要对整个水体进行加热才能实现水蒸发，因此效率偏低，为此人们将光热材料漂浮在水体表面，只加热水的表面层，减少加热水的量，从而提高水的蒸发速率。然而，加热水表面层的水量相对于光热材料来说，所加热水的量依然偏高。因此如何进一步减少光热材料所加热水的量是影响水蒸发速率的关键因素。基于这种考虑，本发明设计了一种新型的多层结构高效水蒸发器件。该器件通过调控各层之间的饱和含水量，来实现对光热材料加热水的质量的调控，从而实现高效的水蒸发速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于太阳能实现高效光热水蒸发的装置，可应用于海水淡化、污水处理以及晒盐等领域。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高效太阳能光热水蒸发装置，包括漂浮/隔热层(1)、富水多孔材料层(2)、贫水多孔材料层(3)、光热转换材料层(4)、水传输通道(5)，自水面向上依次包括漂浮/隔热层、富水多孔材料层、贫水多孔材料层、光热转换材料层；上述四层依次层层组合在一起，在包括至少漂浮/隔热层、富水多孔材料层、贫水多孔材料层的组合中设有多个上下相通的通孔，通孔内设有条状的吸水材料A直接向下伸入到水中作为水传输通道；将上述结构的装置漂浮在水面上。

漂浮/隔热层(1)的厚度为1-10mm，富水多孔材料层(2)的厚度为1-10mm，贫水多孔材料层(3)的厚度为100-1000μm，光热转换材料层(4)的厚度为100-1000μm。

优选地，所述的漂浮/隔热层的材质包含但不限于泡沫、海绵、木板、塑料板等能够辅助装置漂浮于水面上的材料。

优选地，所述的吸水材料A即水传输通道的材质为超吸水材料如超细纤维编织物、超吸水聚合物纤维编织物、吸水棉布、吸水纤维、吸水纸等材料，随着光热层面积的扩大可以增加为多个水传输通道。水传输通道的材质饱和吸收量大于等于400％。

优选地，所述的富水多孔材料层的材质选自饱和吸收量大于400％的多孔材料，而且有很好的水传输性能。包含但不限于是如强吸水的聚乙烯醇，聚丙烯酰胺，超吸水聚合物纤维、海绵、泡沫组成的多孔材料层。

优选地，所述的贫水多孔材料层的材质饱和吸收量100-400％的多孔材料，包含但不限于如滤纸，棉布等。