[发明专利]一种用于太阳能光热蒸发海水淡化的多级梯型蒸馏器及方法

说明书

本发明涉及用于太阳能光热蒸发海水淡化的多级梯型蒸馏器，包括隔热材料、光热转化材料、多级蒸发冷凝室、玻璃盖板和透明蓄热材料；第一级蒸发冷凝室底部的海水上方铺设有在隔热材料和光热转化材料；梯型的蒸发冷凝室竖向由倾斜的玻璃盖板分隔形成多级蒸发冷凝室；玻璃盖板上下端分别设有进水口和出水口。本发明的有益效果是：本发明的梯型蒸馏器由倾斜的玻璃盖板分隔出多级蒸发冷凝室，光热转化材料受光照加热海水蒸发，蒸汽通过倾斜的玻璃盖板进行热交换冷凝成淡水收集，冷凝潜热加热上一级海水再次蒸发得到蒸汽，在上一级玻璃盖板进行热交换冷凝成淡水收集，实现太阳能光热多级蒸发海水淡化，获得更高的太阳能利用效率。

技术领域

本发明涉及海水淡化、光热蒸发领域，尤其包括一种用于太阳能光热蒸发海水淡化的多级梯型蒸馏器及方法。

背景技术

太阳能海水淡化热法技术主要利用太阳能的光热资源，加热海水发生相变蒸发后，通过冷凝收集得到淡水。光-热太阳能海水淡化技术具有效率高、成本低廉且维护简单等优势，是目前主流的太阳能海水淡化技术。热法太阳能海水淡化根据蒸发和冷凝方式不同可以分为太阳能辅助的多效蒸发、多级闪蒸、热泵海淡、膜蒸馏、加湿除湿和太阳能蒸馏器，其中太阳能蒸馏器占地面积小，较为独立，可满足单元化分布式的小型海水淡化应用需求。太阳能蒸馏器按能量转化和物料变化可以分为三个部分：光-热转化部分、蒸发部分和冷凝部分，分别对应能量和物料从“光”到“热”，“海水”到“蒸汽”和“蒸汽”到“淡水”的转化。传统太阳能蒸馏器为集成式的太阳能蒸馏器，阳光穿过玻璃被海水和基底吸收，海水蒸发后在玻璃内壁冷凝流至收集槽得到淡水，这些光-热转化、蒸发和冷凝过程均在一个容器中实现。虽然太阳能蒸馏器结构简单易于制作，但是由于冷凝水对光吸收的影响、水面和玻璃表面对光的反射、大体积水体和蒸馏器的热损失等等因素的影响，产水效率较低，需要对上述影响因素进行针对性的优化改进。

相关文献有：张学镭,卜跃刚,刘强等在电力科学与工程,2017,33(12):1-8.上刊载的《太阳能海水淡化的新技术发展现状[J]》；Xiao,G.,Wang,X.,Ni,M.等在AppliedEnergy103,642–652(2013).上刊载的《A review on solar stills for brinedesalination》；Xu,Z.,Zhang,L.,Zhao,L.等在EnergyEnvironmental Science 13,830–839(2020).上刊载的《Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still》。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于太阳能光热蒸发海水淡化的多级梯型蒸馏器及方法。

这种用于太阳能光热蒸发海水淡化的多级梯型蒸馏器，包括隔热材料、光热转化材料、多级蒸发冷凝室、玻璃盖板和透明蓄热材料；第一级蒸发冷凝室底部的海水上方铺设有在隔热材料和光热转化材料；梯型的蒸发冷凝室竖向由倾斜的玻璃盖板分隔形成多级蒸发冷凝室；玻璃盖板上下端分别设有进水口和出水口，玻璃盖板下端还设有冷凝淡水收集槽；第一级蒸发冷凝室底部设有进出水口。光热转化材料受光照加热海水蒸发，蒸汽通过倾斜的玻璃盖板进行热交换冷凝成淡水收集，上一级蒸发冷凝室中的海水利用冷凝潜热加热再次蒸发得到蒸汽，在该级蒸发冷凝室顶部的玻璃盖板进行热交换冷凝成淡水收集，实现太阳能光热多级蒸发海水淡化。(文中提到的上一级描述的是方位上的上下级)

作为优选：隔热材料包括热导系数≤0.1W/(m·K)的聚苯乙烯、聚氨酯疏水白色泡沫或气溶胶；隔热材料覆盖在除玻璃盖板以外的蒸馏器外表面以及蒸馏器内部的光热转化材料与海水之间；隔热材料的厚度为1-6cm。

作为优选：光热转化材料包括吸光率≥80％的单层或多层黑色染色纤维布，活性炭、石墨烯、碳纳米管等碳基材料沉积布，纳米金、纳米银等等离子体沉积布，碳基材料掺混凝胶；光热转化材料部分区域下端穿过隔热材料与海水接触，通过纤维布毛细作用汲取海水。