一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统

本发明涉及太阳能蒸汽发生器，尤其涉及一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统。

背景技术：

1、随着全球人口的快速增长，清洁淡水缺乏的问题日益严重，传统海水淡化和污水处理的方法耗能较大，利用太阳能制备蒸汽最终生产清洁淡水有着设备简单、能源清洁可再生的优点，但人类对其的利用总量仍然较少。

2、传统的太阳能蒸汽制备系统为体积吸收式，对太阳能吸收不良且伴随较高的热损失，太阳能界面蒸汽制备系统将太阳能集中在太阳能蒸汽发生器表面的光热转化材料内进行界面蒸发，既能减少热损失，又能提高蒸汽的制备速率。

3、已有的太阳能界面蒸汽制备系统在高光强或长时间工作时，光热转化材料存在水供应不足和润湿性不佳的问题，导致制备蒸汽的性能降低。

4、已有的太阳能界面蒸汽制备系统应用于含盐水体时，由于水的高速蒸发，会造成光热转化材料上盐分晶体积累，阻碍对太阳光的吸收和水的输运，使性能大幅下降。

5、尚未发现太阳能蒸汽发生器中，将太阳能界面蒸发与电场耦合的相关技术文件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，解决背景技术中提到的技术问题。本发明通过电场对水与离子产生的效应设计出的耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，使得制备蒸汽的效率及系统的耐盐性提高。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，包括界面蒸发组件和电场强化组件，界面蒸发组件包括浮力体和光热转化材料，光热转化材料用于吸收太阳光并转换为热量，光热转化材料铺设在浮力体的上方，且光热转化材料的下部向下延伸并接触水体，将水向上部光热转化界面输送，浮力体用于提供浮力；电场强化组件包括接地端电极、高压端电极和高压电源，接地端电极设置在浮力体与光热转化材料之间，接地端电极与高压电源通过接地导线接地，高压端电极设置在光热转化材料的上方，且高压端电极通过导线与高压电源的高压输出端连接，用于产生高压电场。

4、进一步地，光热转化材料设置为圆柱形，光热转化材料下部的四周向下延伸成若干个凸块，光热转化材料为高吸光度多孔材料。

5、进一步地，高吸光度多孔材料为气凝胶、水凝胶、碳毡或碳化生物质材料中的一种或多种灵活装载。

6、进一步地，浮力体材料的四周设置有若干个第一凹槽，供光热转化材料的凸块向下延伸，浮力体材料为聚乙烯泡沫。

7、进一步地，接地端电极的四周设置有若干个第二凹槽，第二凹槽与第一凹槽相同，接地端电极顶端的中部设置有立柱，立柱固定在光热转化材料的中部。

8、进一步地，接地端电极与高压端电极之间产生电场，使电场作用于光热转化材料，提高系统的水输运能力，强化蒸发效应，进一步提高系统制备蒸汽的速度。接地端电极与高压端电极之间产生的电场使光热转化材料中水的蒸发焓降低，利用电场使光热转化材料中的水极化、表面张力降低，强化润湿、提高水输运能力，保证界面蒸发系统正常高效工作，能够解决水供应不足问题；利用电场破坏水分子间的氢键，以降低水蒸发所需的能量，提升蒸发速率；从而提高系统制备蒸汽的速率。

9、进一步地，接地端电极与高压端电极之间产生的电场应用在含盐水体时，主动降低光热转化材料上的盐分结晶速度，并且主动去除光热转化材料上已有的盐分结晶。接地端电极与高压端电极之间产生的电场能够使含盐水中的离子簇变小，离子结晶难度增大，主动降低光热转化材料上的盐分结晶速度，并且能够去除已有的盐分结晶，提高装置的耐盐性、保证系统的高效工作。在已有的光热转化材料上耦合电场，实现蒸发效率和耐盐性的提高，不局限于某种特别的材料。

10、进一步地，接地端电极为线电极，网状电极，平板电极和植入光热转化材料中的内部电极；高压端电极为线电极和针状电极，接地端电极与高压端电极形成均匀电场或非均匀电场。根据需求改变电场对系统的作用效果。

11、进一步地，接地端电极为铜、不锈钢、泡沫镍或泡沫铜中的一种导电材料；高压端电极为铜、不锈钢或铝中的一种导电材料，导电材料的表面包覆pe绝缘材料。灵活选用不同的电极材料和电极形式可以适应不同的使用环境。在选用较厚(大于2cm)的光热转化材料时，接地端电极搭配采用泡沫镍、泡沫铜泡沫等多孔导电材料，植入到光热转化材料内部，能够在不影响输水效果的同时提高电场的作用效率，实现高效的蒸发和抗盐。

12、进一步地，高压电源用于提供相对接地端为正极性和负极性的不同大小电压。根据需求改变高压电源输出可以调节电场对系统的作用效果。高压电源选用可编程强电场微电流电源。可编程强电场微电流电源的高压输出能够提供相对接地端正极性和负极性从0kv至20kv的电压，并且具有恒定直流输出和周期切换正负极性输出能力。通过改变电源输出的电压、正负极性、切换周期以形成强度、方向、切换周期不同的电场，根据需求改变电场对系统的作用效果。

13、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

14、(1)现有的界面蒸发制备蒸汽系统需要具有特殊结构和材质的光热转化材料，本发明在电场作用下，界面蒸发制备蒸汽系统对光热转化材料的选择灵活，可使用已经商业化生产的多孔吸光材料，也可使用目前仍在研究发展的气凝胶、水凝胶类材质，与电场的耦合能够在光热转化材料的基础性能上进一步提高其蒸发速率。

15、(2)本发明的系统在含盐水体中应用时，能够主动利用电场降低光热转化材料上的盐分结晶速度，并且能够去除已有的盐分结晶，避免系统因盐分结晶造成性能下降，可长期稳定应用于海水淡化、饮用水提纯和污水处理等领域。

16、(3)本发明的系统可以装载不同的电极，通过不同的电极搭配和不同的电压输出，以精细调控电极在系统内产生的电场，适应不同环境对蒸发性能和抗盐性能的需求。

技术特征：

1.一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：包括界面蒸发组件和电场强化组件，界面蒸发组件包括浮力体(1)和光热转化材料(3)，光热转化材料(3)用于吸收太阳光并转换为热量，光热转化材料(3)铺设在浮力体(1)的上方，且光热转化材料(3)的下部向下延伸并接触水体，将水向上部光热转化界面输送，浮力体(1)用于提供浮力；电场强化组件包括接地端电极(2)、高压端电极(4)和高压电源(6)，接地端电极(2)设置在浮力体(1)与光热转化材料(3)之间，接地端电极(2)与高压电源(6)通过接地导线(9)接地，高压端电极(4)设置在光热转化材料(3)的上方，且高压端电极(4)通过导线(5)与高压电源(6)的高压输出端连接，用于产生高压电场。

2.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：光热转化材料(3)设置为圆柱形，光热转化材料(3)下部的四周向下延伸成若干个凸块(31)，光热转化材料(3)为高吸光度多孔材料。

3.根据权利要求2所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：高吸光度多孔材料为气凝胶、水凝胶、碳毡或碳化生物质材料中的一种或多种灵活装载。

4.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：浮力体材料(1)的四周设置有若干个第一凹槽(11)，供光热转化材料(3)的凸块(31)向下延伸，浮力体材料(1)为聚乙烯泡沫。

5.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：接地端电极(2)的四周设置有若干个第二凹槽(22)，第二凹槽(22)与第一凹槽(11)相同，接地端电极(2)顶端的中部设置有立柱(21)，立柱(21)固定在光热转化材料(3)的中部。

6.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：接地端电极(2)与高压端电极(4)之间产生电场，使电场作用于光热转化材料(3)，提高水输运能力，强化蒸发效应，提高制备蒸汽的速度。

7.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：接地端电极(2)与高压端电极(4)之间产生的电场应用在含盐水体时，主动降低光热转化材料(3)上的盐分结晶速度，并且主动去除光热转化材料(3)上已有的盐分结晶。

8.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：接地端电极(2)为线电极，网状电极，平板电极和植入光热转化材料中的内部电极；高压端电极(4)为线电极和针状电极，接地端电极(2)与高压端电极(4)形成均匀电场或非均匀电场。

9.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：接地端电极(2)为铜、不锈钢、泡沫镍或泡沫铜中的一种导电材料；高压端电极(4)为铜、不锈钢或铝中的一种导电材料，导电材料的表面包覆pe绝缘材料。

10.根据权利要求1所述的一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：高压电源(6)用于提供相对接地端为正极性和负极性的不同大小电压。

技术总结本发明提供一种耦合电极的太阳能界面蒸汽制备系统，属于太阳能蒸汽发生器技术领域，包括界面蒸发组件和电场强化组件，界面蒸发组件包括浮力体和光热转化材料，光热转化材料用于吸收太阳光并转换为热量，光热转化材料铺设在浮力体的上方，且光热转化材料的下部向下延伸并接触水体，将水向上部光热转化界面输送，浮力体用于提供浮力；电场强化组件包括接地端电极、高压端电极和高压电源，接地端电极设置在浮力体与光热转化材料之间，接地端电极与高压电源通过接地导线接地，高压端电极设置在光热转化材料的上方，且高压端电极通过导线与高压电源的高压输出端连接，用于产生高压电场。技术研发人员：陈彦君,蓝慧勇,傅世锦,张江涛,贺德强受保护的技术使用者：广西大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29