CN109724060B - 一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器 - Google Patents

一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，属于太阳能蒸发器技术领域。该太阳能蒸发器包括抛物面聚光器、外壳、吸热板，外壳通过金属支架固定设置在抛物面聚光器上，吸热板水平固定设置在外壳的顶部内壁，吸热板顶面铺设有吸水膜，吸热板的顶端均匀固定设置有若干个微柱且微柱与吸热板垂直，微柱穿过吸水膜且微柱的底端与吸水膜无缝连接，吸热板的中心设置有储液池，储液池的底部设置有与储液池连通的进液管，吸水膜与储液池内的液体接触，外壳的顶端固定设置有绝热盖，绝热盖与外壳的间隙形成蒸汽口，绝热盖与吸热板的空间形成液流通道，外壳的底端开口形成光入射口且抛物面聚光器的聚光束穿过外壳的底端光入射口直射到吸热板的底面。

Description

一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器
技术领域
本发明涉及一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，属于太阳能蒸发器技术领域。
背景技术
发展可持续技术对于减轻人类对环境的影响至关重要，为了从微咸水或海水中产生淡水，开发了几种过滤或蒸馏方法。这些过程大多是高度能源密集型的，由化石燃料提供动力，而为了将清洁水发电与可再生能源结合起来，最近已经研究了可持续的替代方案，太阳能蒸馏是最经济实用的方法之一。
高性能太阳能蒸汽发电技术可以帮助解决关键的社会问题例如海水淡化或消毒。目前，利用太阳能热能产生蒸汽的装置中，水通过太阳辐射直接蒸发，蒸汽生产率一般较低、光能损耗大、液体受热表面积小，且需要外接水泵供水。
发明内容
本发明针对现有蒸发器存在的技术问题，提供一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，本发明的基于毛细驱动力的太阳能蒸发器具有结构简单，运行效率高、自调节性能好，无需外力驱动等优点。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，包括抛物面聚光器1、外壳3、吸热板8，外壳3的底端固定设置有金属支架2，金属支架2的底端固定设置在抛物面聚光器1上，吸热板8水平固定设置在外壳3的顶部内壁，吸热板8顶面铺设有吸水膜9，吸热板8的顶端均匀固定设置有若干个微柱14且微柱14与吸热板8垂直，微柱14穿过吸水膜9且微柱14的底端与吸水膜9无缝连接，吸热板8的中心设置有储液池13，储液池13的底部设置有与储液池13连通的进液管4，吸水膜9与储液池13内的液体接触，外壳3的顶端固定设置有绝热盖11，绝热盖11与外壳3的间隙形成蒸汽口10，绝热盖11与吸热板8的空间形成液流通道12，外壳3的底端开口形成光入射口且抛物面聚光器1的聚光束穿过外壳3的底端光入射口直射到吸热板8的底面。
所述吸热板8的底面涂覆设置有吸热涂层7。
优选的，所述吸热涂层7为氧化铜涂层、铜-三氧化二铝复合涂层或黑钴涂层。
所述液流通道12的高度为500μm~1000μm；微柱14的边长或直径为10~100μm，微柱14的高度为液流通道12高度的0.5~0.75倍，相邻微柱14的间距为10~100μm。
优选的，所述微柱14的形状为圆柱、棱柱或椭圆柱；
更经一步地，所述微柱14可以为矩形排布，也可以为三角形排布。
优选的，所述外壳3的顶端外径大于底端外径，可以减少外壳3遮挡太阳光的面积；
优选的，所述外壳3的形状为椭球形或倒棱锥形；
优选的，所述吸热板8为紫铜、铝、铝合金或镀锌板。
进一步地，还包括反射筒6，反射筒6固定设置在外壳3内，反射筒6与外壳3的间隙中填充设置有绝热层，吸热板8水平固定设置在反射筒6的顶部内壁，绝热盖11与反射筒6的间隙形成蒸汽口10，反射筒6的底部开口处固定设置有透明挡板5。
优选的，所述绝热层为岩棉、矿棉、聚氨酯或聚苯乙烯。
所述液体经进液管4进入储液池13中的液体被相接触的吸水膜9通过毛细作用吸附到膜中，在液流通道12内形成一层薄液膜被加热蒸发；同时由于微柱14间隙也存在作用力不相等的毛细力，使得靠近内壁侧得液体最少，蒸发过程中吸水膜9会源源不断向内壁侧供水，从而让外界液体不断从进液管4流进，以补充通道12内蒸发减少的液体。
所述透明挡板5可以避免外界灰尘进入内腔，且减少热量损失。
基于毛细驱动力的高效太阳能蒸发器的工作原理：
太阳光经过抛物面聚光器1聚焦后穿过外壳的底部管入射口直射到到吸热板的底面，对吸热板的底部加热，外界液体经过进液管进入储液池中的液体被相接触的吸水膜通过毛细作用吸附到膜中，在液流通道内形成一层薄液膜并被加热蒸发；液流通道内的液体由于微柱间隙毛细作用，远离进液管的毛细力最大，微柱间隙里的液体最少，蒸发得快，使得外界液体不断地从进液管流进储液池中，与储液池内液体相接触的吸水膜由于毛细作用吸入液体以补充通道内减少的液体。
本发明的有益效果：
本发明的基于毛细驱动力的太阳能蒸发器的吸热板顶端的微柱底端与吸水膜无缝连接，不会有液体嵌入缝隙中，并且微柱间隙和进液管距离越远，间隙液体毛细力越大，使得远离入水口处液体最少，蒸发迅速，从而让吸水膜不断通过毛细作用吸收储液池的液体，外界液体就会不断从进液管流进储液池中，以补充液流通道内蒸发的液体，促使外界液体向液流通道内供液体，不需外接驱动力。且液流通道尺寸为微米级，与传统尺寸相比减小了水的体积热容，同时微柱的存在增大液体受热面积，液体流过微柱产生扰流，起到了强化传热作用。
附图说明
图1为实施例1基于毛细驱动力的太阳能蒸发器的结构示意图；
图2为实施例2基于毛细驱动力的太阳能蒸发器的结构示意图（局部剖视）；
图3为实施例2基于毛细驱动力的太阳能蒸发器的主视图；
图4为A处放大示意图；
图5为实施例2基于毛细驱动力的太阳能蒸发器的俯视图（右半部分）；
图6为液流通道剖视图；
图中：1-抛物面聚光器、2-金属支架、3-外壳、4-进液管、5-透明挡板、6-反射筒、7-吸热涂层、8-吸热板、9-吸水膜、10-蒸汽口、11-绝热盖、12-液流通道、13-储液池、14-微柱、15-液体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，包括抛物面聚光器1、外壳3、吸热板8，外壳3的底端固定设置有金属支架2，金属支架2的底端固定设置在抛物面聚光器1上，吸热板8水平固定设置在外壳3的顶部内壁，吸热板8顶面铺设有吸水膜9，吸热板8的顶端均匀固定设置有若干个微柱14且微柱14与吸热板8垂直，微柱14穿过吸水膜9且微柱14的底端与吸水膜9无缝连接，吸热板8的中心设置有储液池13，储液池13的底部设置有与储液池13连通的进液管4，吸水膜9与储液池13内的液体接触，外壳3的顶端固定设置有绝热盖11，绝热盖11与外壳3的间隙形成蒸汽口10，绝热盖11与吸热板8的空间形成液流通道12，外壳3的底端开口形成光入射口且抛物面聚光器1的聚光束穿过外壳3的底端光入射口直射到吸热板8的底面；
吸热板8的底面涂覆设置有吸热涂层7；吸热涂层7为氧化铜涂层；
微柱14为矩形排布；
外壳3的顶端外径大于底端外径且外壳3的截面为直角梯形，外壳3的材质为聚苯乙烯可起保温作用；外壳3与吸热板8铆接，金属支架2直接与吸热板焊接，阳光经抛物面聚光器1聚焦后直接射到吸热板上，减少反射次数，降低热能损失。
实施例2：如图2~6所示，一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，包括抛物面聚光器1、外壳3、吸热板8，外壳3的底端固定设置有金属支架2，金属支架2的底端固定设置在抛物面聚光器1上，吸热板8水平固定设置在外壳3的顶部内壁，吸热板8顶面铺设有吸水膜9，吸热板8的顶端均匀固定设置有若干个微柱14且微柱14与吸热板8垂直，微柱14穿过吸水膜9且微柱14的底端与吸水膜9无缝连接，吸热板8的中心设置有储液池13，储液池13的底部设置有与储液池13连通的进液管4，吸水膜9与储液池13内的液体接触，外壳3的顶端固定设置有绝热盖11，绝热盖11与外壳3的间隙形成蒸汽口10，绝热盖11与吸热板8的空间形成液流通道12，外壳3的底端开口形成光入射口且抛物面聚光器1的聚光束穿过外壳3的底端光入射口直射到吸热板8的底面；
吸热板8的底面涂覆设置有吸热涂层7；
吸热涂层7为铜-三氧化二铝复合涂层；
液流通道12的高度为600μm；微柱14的形状为圆柱，微柱14的直径为30μm，微柱14的高度为液流通道12高度的0.5倍，相邻微柱14的间距为30μm；
微柱14可以为矩形排布，也可以为三角形排布。
外壳3的顶端外径大于底端外径，外壳3的形状为椭球形，可以减少外壳3遮挡太阳光的面积；
吸热板8为紫铜板，绝热盖11为聚苯乙烯；
基于毛细驱动力的太阳能蒸发器还包括反射筒6，反射筒6固定设置在外壳3内，反射筒6与外壳3的间隙中填充设置有绝热层，吸热板8水平固定设置在反射筒6的顶部内壁，绝热盖11与反射筒6的间隙形成蒸汽口10，反射筒6的底部开口处固定设置有透明挡板5；
绝热层为岩棉；
液体经进液管4进入储液池13中的液体被相接触的吸水膜9通过毛细作用吸附到膜中，在液流通道12内形成一层薄液膜被加热蒸发；同时由于微柱14间隙也存在作用力不相等毛细力，使得靠近内壁侧得液体最少，蒸发过程中吸水膜9会源源不断向内壁侧供水，从而让外界液体不断从进液管4流进，以补充通道12内蒸发减少的液体；
透明挡板5可以避免外界灰尘进入内腔，且减少热量损失；
椭圆形反射筒6的设置可以将未直射到吸热板8底部的阳光多次反射到吸热板8底部；
基于毛细驱动力的高效太阳能蒸发器的工作原理：
太阳光经过抛物面聚光器聚焦后穿过外壳的底部管入射口直射到吸热板的底面，对吸热板的底部加热，外界液体经过进液管进入储液池中的液体被相接触的吸水膜通过毛细作用吸附到膜中，在液流通道内形成一层薄液膜并被加热蒸发；液流通道内的液体由于微柱间隙毛细作用，远离进液管的毛细力最大，微柱间隙里的液体最少，蒸发得快，使得外界液体不断地从进液管流进储液池中，与储液池内液体相接触的吸水膜由于毛细作用吸入液体以补充通道内减少的液体。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：包括抛物面聚光器（1）、外壳（3）、吸热板（8），外壳（3）的底端固定设置有金属支架（2），金属支架（2）的底端固定设置在抛物面聚光器（1）上，吸热板（8）水平固定设置在外壳（3）的顶部内壁，吸热板（8）顶面铺设有吸水膜（9），吸热板（8）的顶端均匀固定设置有若干个微柱（14）且微柱（14）与吸热板（8）垂直，微柱（14）穿过吸水膜（9）且微柱（14）的底端与吸水膜（9）无缝连接，吸热板（8）的中心设置有储液池（13），储液池（13）的底部设置有与储液池（13）连通的进液管（4），吸水膜（9）与储液池（13）内的液体接触，外壳（3）的顶端固定设置有绝热盖（11），绝热盖（11）与外壳（3）的间隙形成蒸汽口（10），绝热盖（11）与吸热板（8）的空间形成液流通道（12），外壳（3）的底端开口形成光入射口且抛物面聚光器（1）的聚光束穿过外壳（3）的底端光入射口直射到吸热板（8）的底面。
2.根据权利要求1所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：吸热板（8）的底面涂覆设置有吸热涂层（7）。
3.根据权利要求2所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：吸热涂层（7）为氧化铜涂层、铜-三氧化二铝复合涂层或黑钴涂层。
4.根据权利要求1所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：液流通道（12）的高度为500μm~1000μm；微柱（14）的边长或直径为10~100μm，微柱（14）的高度为液流通道（12）高度的0.5~0.75倍，相邻微柱（14）的间距为10~100μm。
5.根据权利要求4所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：微柱（14）的形状为圆柱、棱柱或椭圆柱。
6.根据权利要求1所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：外壳（3）的顶端外径大于底端外径。
7.根据权利要求1所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：吸热板（8）为紫铜、铝、铝合金或镀锌板。
8.根据权利要求1~7任一项所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：还包括反射筒（6），反射筒（6）固定设置在外壳（3）内，反射筒（6）与外壳（3）的间隙中填充设置有绝热层，吸热板（8）水平固定设置在反射筒（6）的顶部内壁，绝热盖（11）与反射筒（6）的间隙形成蒸汽口（10），反射筒（6）的底部开口处固定设置有透明挡板（5）。
9.根据权利要求8所述基于毛细驱动力的太阳能蒸发器，其特征在于：绝热层为岩棉、矿棉、聚氨酯或聚苯乙烯。
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