一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置

本发明涉及海水淡化，尤其涉及一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置。

背景技术：

1、传统海水淡化技术使用的驱动力(即电能、机械能、热能)均难以获得，并且在应用过程中通常会引起环境污染等问题。与其他海水淡化技术相比，太阳能驱动的界面海水淡化是一种新的潜在技术，它利用具有高太阳吸收率的光热材料，如金属纳米颗粒、黑色半导体、碳基材料、多孔聚合物等吸收材料，作为光热效应的载体。光热材料漂浮或悬浮在水上，通过在蒸发器表面的局部加热，避免对水体加热，减少热损失，并实现高效的太阳界面蒸发。研究人员在推动海水淡化的进一步发展方面取得了巨大进展，包括提高光热转换效率、延长设备寿命和降低成本。

2、然而，目前关于太阳能驱动的界面热海水淡化技术，大多数均是在实验室内的条件下进行，局限于室内稳定的环境条件，很少有扩展到室外的实际应用当中。并且扩展到室外，还存在一些技术问题。如：实验室级别的制备手段难以制备出面积较大的光热转换层，蒸汽难以收集和冷凝热难以利用，水输运速率有限导致传热传质不匹配，以及热管理，即室外装置由于整体体积变大，装置的厚度也会增加，这会产生更大的侧边热损失的问题。

3、有鉴于此，目前关于太阳能驱动的界面热海水淡化技术拓展到室外的应用，还有待于进一步完善。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，解决了现有技术中将室内的太阳能驱动的界面热海水淡化技术扩展到室外实际应用具有多重困难导致扩展到室外时的制备受限，效率下降，产水量少，稳定性差的技术问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，所述多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，从上到下依次包括固定上板、透光密封层、纳米碳粉/聚乙烯醇(c/pva)光热层、芯吸蒸发层、透气疏水层、蒸汽冷凝层、密封层、循环冷却层和固定下板。

4、其中，所述蒸发层依次叠放形成多级蒸发结构，每个所述蒸发层包括从上到下依次设置的芯吸蒸发层、透气疏水层、蒸汽冷凝层和透光密封层。

5、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述蒸发层依次向下循环安装，循环次数为十次，形成十级蒸发层。

6、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述芯吸蒸发层包括若干个入水通道，用于运输待蒸发的海水或污水。

7、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述入水通道为两个。

8、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述蒸汽冷凝层还包括若干个冷凝通道，用于收集和排放所述蒸汽冷凝层饱和的冷凝水。

9、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述透气疏水层为聚偏二氟乙烯(pvdf)或聚四氟乙烯(ptfe)过滤膜，厚度为1-10μm。

10、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述芯吸蒸发层和所述蒸汽冷凝层均为亲水材质。

11、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述入水通道的宽度与所述芯吸蒸发层的边长比为1：2-3。

12、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述入水通道与所述冷凝通道分别设置在所述芯吸蒸发层和蒸汽冷凝层的对侧，用于多次循环利用冷凝热。

13、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置的四周设有保温棉，用于减少热损失。

14、本发明提供了一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，相对于现有技术具有以下有益效果：

15、对于蒸汽难以收集和冷凝热难以利用的问题，本发明摒弃了常规的上开放式蒸发结构，设计了一个反蒸馏式下蒸发多级装置；本装置的蒸汽是从下方冷凝并通过吸液芯收集，避免了蒸汽冷凝造成的光学性能下降，和冷凝水回流的问题；同时多级的设计可以多次有效地利用冷凝热，进一步提高系统的蒸发性能。

16、对于水输运速率有限的问题，在实验室级别装置单通道的基础上增加了两个入水口的通道，有效增加了水输运速率，以满足蒸发的需求。通道的宽度与蒸发层边长的比例为1:3-1:2之间。

17、对于热管理的问题，通过对室外的整个装置使用保温材料进行保温，避免了多余的热损失。

技术特征：

1.一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，包括从上到下依次设置的固定上板、透光密封层、纳米碳粉/聚乙烯醇光热层、若干蒸发层、循环冷却层和固定下板，

2.如权利要求1所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述蒸发层依次向下循环安装，循环次数为十次，形成十级蒸发层。

3.如权利要求1所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述芯吸蒸发层包括若干个入水通道，用于运输待蒸发的海水或污水。

4.如权利要求3所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述蒸汽冷凝层还包括若干个冷凝通道，用于收集和排放所述蒸汽冷凝层饱和的冷凝水。

5.如权利要求1所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述透气疏水层为pvdf或ptfe过滤膜，厚度为1-10μm。

6.如权利要求1所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述芯吸蒸发层和所述蒸汽冷凝层均为亲水材质。

7.如权利要求3所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述入水通道的宽度与所述芯吸蒸发层的边长比为1：2-3。

8.如权利要求4所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述入水通道与所述冷凝通道分别设置在所述芯吸蒸发层和蒸汽冷凝层的对侧，用于多次循环利用冷凝热。

9.如权利要求3所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述入水通道为两个。

10.如权利要求1所述的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置的四周设有保温棉，用于减少热损失。

技术总结本发明提出了一种多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，从上到下依次包括固定上板、透光密封层、纳米碳粉/聚乙烯醇光热层、蒸发层、循环冷却层和固定下板，其中，所述蒸发层为若干层依次向下循环，每个所述蒸发层包括芯吸蒸发层、透气疏水层、蒸汽冷凝层和透光密封层；本发明所提供的多级大面积反蒸馏太阳能海水淡化装置，摒弃了常规的上开放式蒸发结构，设计了一个反蒸馏式下蒸发多级装置；本装置的蒸汽是从下方冷凝并通过吸液芯收集，避免了蒸汽冷凝造成的光学性能下降，和冷凝水回流的问题；同时多级的设计可以多次有效地利用冷凝热，进一步提高系统的蒸发性能。技术研发人员：刘尚,林蒙,杨淇钧,李士腾受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9