CN112624239B - 一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置及其制造、应用 - Google Patents

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Abstract

一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置及其制造、应用，该方法是先对光热层的单侧面进行透明超疏水涂层处理；再将亲水线材的一端结合至光热层，另一端搭接在疏水层，得到双面异效织物；将双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处紧固连接；制得的光热体装置包括涂塑金属丝网和与其贴合的一块双面异效织物；涂塑金属丝网的正面投影为折线形；双面异效织物的布面张力为50cN～80cN；亲水线材位于涂塑金属丝网的折线形的上拐点处且芯吸速度大于150mm/10min，光热层的芯吸速度大于80mm/10min；疏水层的水接触角大于155°；将光热体装置浸入到海水中，浸没于海水的深度为涂塑金属丝网的高度的1/20～1/15；在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.25～1.43kg/(m2·h)；蒸发过程中无固体盐析出。

Description

一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置及其制造、应用
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置及其制造、应用。
背景技术
光热技术生成水蒸气成为了解决淡水资源缺乏的重要手段之一，难以得到大规模广泛的应用主要受限于太阳光吸收率不足、光热体表面易结盐等众多问题。在避免光热体结盐的研究中，有众多技术被使用，例如光热体直接接触海水保证盐分不析出，采用持续过量补充水分以加速水循环保证不析出盐分，设置光热体一定的宏观形态自清除固体盐等手段。采用持续过量补充水分的手段，使得光热体因吸收的太阳光转化而来的热能随着补充的海水部分流失，在很大程度上抑制了光热体光能的利用效率，而采用对析出的盐分进行清除的手段不能够完全将已经析出的固体盐清除，固体盐常常需达到一定质量后才会自行脱落，固体盐存在的时间段内，光热体的太阳光吸收效率受到制约。这两类手段无疑都对最终的水蒸气蒸发效率有很大影响。
因此，设计一种保证热能损失少、不析出固体盐的光热体装置成为了亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置及其制造、应用；
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，包括涂塑金属丝网和覆盖其上且与其贴合的一块双面异效织物；
涂塑金属丝网的水平投影为矩形I，侧面投影为矩形II，正面投影为折线形，折线形上每个线段的长度相等，间隔的线段相互平行；双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处紧固连接，双面异效织物的布面张力为50cN～80cN；
双面异效织物包括亲水线材组、光热层及其单侧的疏水层；亲水线材组由若干根亲水线材组成，亲水线材的一端与光热层缠结，另一端与疏水层接触；亲水线材组位于涂塑金属丝网的折线形的上拐点处；光热层与涂塑金属丝网直接接触；
疏水层为透明的疏水膜，透明的疏水膜的水接触角大于155°；
光热层是碳纤维或者聚吡咯纱线制成的织物或者沉积光热材料的织物；光热层为自身具有光热效应的结构；光热层的克重为150g/m2～300g/m2；光热层的芯吸速度大于80mm/10min；
亲水线材的芯吸速度大于150mm/10min。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，光热层的织物类型为机织物、针织物、编织物或非织造织物；光热材料为碳纳米管或者石墨烯。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，若干根亲水线材中，相邻亲水线材的间距为30～40mm，每根亲水线材的截面面积为10mm2～30mm2；截面积越大，吸水能力越强。亲水线材为具有强亲水能力的复丝、短纤纱、编织纱或者织带。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，涂塑金属丝网由涂塑金属丝制成的机织结构的网，经密和纬密都为0.5根/cm～1根/cm之间；涂塑金属丝网为密度稀疏的机织结构，呈刚性。涂塑金属丝为涂塑铜丝、涂塑铁丝或者涂塑不锈钢丝；涂塑金属丝的直径为1.2mm～2mm。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，双面异效织物上且平行于双面异效织物的倾斜方向设若干狭缝，相邻缝隙之间的距离为15cm～25cm。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，透明的疏水膜的材质为二氧化硅纳米颗粒。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，涂塑金属丝网的高度为其顶部与底部之间的距离，涂塑金属丝网的高度为0.6～1.5m，折线形上每个线段的长度为0.8～2.0m。
制造如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的方法，对光热层的单侧面进行透明超疏水涂层处理；然后将亲水线材的一端经缝纫工艺结合至光热层，另一端穿透光热层和透明疏水层后搭接在疏水层，得到双面异效织物；最后将双面异效织物置于涂塑金属丝网上，将双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处采用缝纫工艺紧固连接。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的制造方法，透明超疏水涂层处理前，先在光热层上裁剪形成狭缝，缝隙边缘经缝纫工艺做封边处理。
采用如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的应用，将用于太阳能蒸汽生成的光热体装置浸入到海水中，浸没于海水的深度为涂塑金属丝网的高度的1/20～1/15；在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.25～1.43kg/(m2·h)；蒸发过程中无固体盐析出。
本发明的原理是：
本发明的原理是，将连接有光热效应的装置的部分置于海水中，光热层芯吸速度超过80mm/10min，其具有的毛细作用将海水沿着织物向上输送，在输送过程中，太阳光穿过透明疏水层被光热层吸收，光热层温度升高将其表面的水分不断蒸发。同时，不断上升的海水由于蒸发作用，其盐分的浓度逐渐升高，高浓度的海水与亲水线材组接触后，因亲水线材组的高亲水性，其芯吸速度超过150mm/10min，会将高浓度海水输送至光热层的上表面，光热层的上表面因涂覆有疏水材料，且使得透明的疏水膜的水接触角大于155°，具有超疏水特性。随着亲水线材的毛细作用不断吸收并存储的水分，随着水分的累积会变成小水滴沿疏水层快速留下落入大海中。本发明将高浓度海水在未达到饱和时引入大海，实现了此光热装置的不析盐效果，保证了持续不断的水蒸气蒸发。而光热层截面呈折线状的设计，也促进了太阳光的连续反射吸收，进一步增大了太阳光的吸收效率。此外，在炎热季节的中午时分，太阳光的辐照强度常超过一个标准太阳光的辐照强度，整体区域会短暂时刻的水蒸气蒸发速率过快而导致高处区域存在结盐的问题，但随着太阳辐照强度的下降，水分的运输和水蒸气的蒸发速率又会逐渐趋于平衡，随着辐照强度的进一步下降，会出现水分的运输高于水蒸气的蒸发速率，此时，固体盐分会逐渐溶解于海水中。
在水蒸发的散发通道的考虑中，因光热层上表面的涂覆有疏水层，对水蒸气从光热层的上表面散发起到了一定的阻碍，故在光热层留有狭长缝隙，光热层所蒸发的水分的部分会通过缝隙散发、部分通过光热层的两侧散发，两者的共同作用下，实现了水蒸气散发通道的畅通。而所选择的涂塑金属丝的经纬密度极低，几乎不阻碍光热层水蒸气散发。
有益效果
(1)本发明的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的应用，是将高浓度海水在未达到饱和时引入大海，实现了此光热装置的不析盐效果，保证了持续不断的水蒸气蒸发；
(2)本发明的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，光热层具有的毛细作用将海水沿着织物向上输送，光热层温度升高将其表面的水分不断蒸发；同时，高浓度的海水与亲水线材组接触后，因亲水线材组的高亲水性，将高浓度海水输送至光热层的上表面，随着亲水线材的毛细作用不断吸收并存储的水分，随着水分的累积会变成小水滴沿疏水层快速留下落入大海中。
附图说明
图1为本发明的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的结构示意图；其中，1-疏水层，2-光热层，3-涂塑金属丝网，4-复丝组，5-缝隙。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，包括涂塑金属丝网和覆盖其上且与其贴合的一块双面异效织物；
涂塑金属丝网的水平投影为矩形I，侧面投影为矩形II，正面投影为折线形，折线形上每个线段的长度相等，间隔的线段相互平行；双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处紧固连接，双面异效织物的布面张力为50cN～80cN；
双面异效织物包括亲水线材组、光热层及其单侧的疏水层；亲水线材组由若干根亲水线材组成，亲水线材的一端与光热层缠结，另一端与疏水层接触；亲水线材组位于涂塑金属丝网的折线形的上拐点处；光热层与涂塑金属丝网直接接触；
疏水层为透明的疏水膜，透明的疏水膜的水接触角大于155°；
光热层是碳纤维或者聚吡咯纱线制成的织物或者沉积光热材料的织物；光热层为自身具有光热效应的结构；光热层的克重为150g/m2～300g/m2；光热层的芯吸速度大于80mm/10min；
亲水线材的芯吸速度大于150mm/10min。
光热层的织物类型为机织物、针织物、编织物或非织造织物；光热材料为碳纳米管或者石墨烯。
若干根亲水线材中，相邻亲水线材的间距为30～40mm，每根亲水线材的截面面积为10mm2～30mm2；截面积越大，吸水能力越强。亲水线材为具有强亲水能力的复丝、短纤纱、编织纱或者织带。
涂塑金属丝网由涂塑金属丝制成的机织结构的网，经密和纬密都为0.5根/cm～1根/cm之间；涂塑金属丝网为密度稀疏的机织结构，呈刚性。涂塑金属丝为涂塑铜丝、涂塑铁丝或者涂塑不锈钢丝；涂塑金属丝的直径为1.2mm～2mm。
双面异效织物上且平行于双面异效织物的倾斜方向设若干狭缝，相邻缝隙之间的距离为15cm～25cm。
透明的疏水膜的材质为二氧化硅纳米颗粒。
涂塑金属丝网的高度为其顶部与底部之间的距离，涂塑金属丝网的高度为0.6～1.5m，折线形上每个线段的长度为0.8～2m。
制造一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的方法，先在光热层上裁剪形成缝隙；再对光热层的单侧面进行透明超疏水涂层处理；然后将亲水线材的一端经缝纫工艺结合至光热层，另一端穿透光热层和透明疏水层后搭接在疏水层，得到双面异效织物；最后将双面异效织物置于涂塑金属丝网上，将双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处紧固连接；缝隙边缘经缝纫工艺做封边处理；紧固连接采用缝纫工艺。
采用一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的应用，将用于太阳能蒸汽生成的光热体装置浸入到海水中，浸没于海水的深度为涂塑金属丝网的高度的1/20～1/15；在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.25～1.43kg/(m2·h)；蒸发过程中无固体盐析出。
实施例1
一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的制造方法，其步骤如下：
(1)制备光热层：将碳纤维织成制成的芯吸速度为90mm/10min和克重为200g/m2的机织物(光热层)；
制备涂塑金属丝网：以直径为1.6mm的涂塑铜丝为原料，设置经密和纬密都为0.8根/cm，制成的机织结构的网；将网折叠形成涂塑金属丝网，该涂塑金属丝网的水平投影为矩形I，侧面投影为矩形II，正面投影为折线形，折线形的各个线段相等(长度为1.1m)，间隔的线段相互平行；涂塑金属丝网涂塑金属丝网的高度为其折线顶部与折线底部之间的距离，涂塑金属丝网的高度为1.2m；
(2)在机织物上裁剪形成狭缝，缝隙边缘经缝纫工艺做封边处理；
(3)对机织物的单侧面进行透明超疏水涂层处理形成二氧化硅纳米颗粒形成的透明的疏水膜作为疏水层，透明的疏水膜的水接触角大于155°；
(4)将若干根截面面积为20mm2和芯吸速度为170mm/10min的复丝的一端经缝纫工艺结合至机织物上，另一端穿透机织物和疏水层后搭接在疏水层上，得到双面异效织物；
如图1所示，双面异效织物包括复丝组4、光热层2(即机织物)及其单侧的疏水层1；复丝组由若干根复丝组成，复丝的一端与光热层缠结，另一端与疏水层接触；复丝组位于涂塑金属丝网3的折线形的上拐点处；光热层与涂塑金属丝网直接接触；若干根复丝中，相邻复丝的间距为36mm。
(2)将双面异效织物置于涂塑金属丝网上，将双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处采用缝纫工艺紧固连接使双面异效织物的布面张力为70cN，形成用于太阳能蒸汽生成的光热体装置；其中，双面异效织物上的缝隙5平行于双面异效织物的倾斜方向，相邻缝隙之间的距离为20cm；
制得的光热体装置，包括涂塑金属丝网和覆盖其上且与其贴合的一块双面异效织物；将该光热体装置浸入到海水中，浸没于海水的深度为涂塑金属丝网的高度的1/16；在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.41kg/(m2·h)；蒸发过程中无固体盐析出。

Claims (9)

1.一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，其特征是：包括涂塑金属丝网和覆盖其上且与其贴合的一块双面异效织物；
涂塑金属丝网的水平投影的形状为矩形I，侧面投影的形状为矩形II，正面投影的形状为折线形，折线形上每个线段的长度相等，间隔的线段相互平行；双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处紧固连接，双面异效织物的布面张力为50cN~80cN；
双面异效织物包括亲水线材组、光热层及其单侧的疏水层；亲水线材组由若干根亲水线材组成，亲水线材的一端与光热层缠结，另一端与疏水层接触；亲水线材组位于涂塑金属丝网的折线形的上拐点处；光热层与涂塑金属丝网直接接触；
疏水层为透明的疏水膜，透明的疏水膜的水接触角大于155°；
光热层是碳纤维或者聚吡咯纱线制成的织物或者沉积光热材料的织物；光热层的克重为150g/m2~300g/m2；光热层的芯吸速度大于80mm/10min；
亲水线材的芯吸速度大于150mm/10min；每根亲水线材的截面面积为10mm2~30mm2；
涂塑金属丝网为由涂塑金属丝制成的机织结构的网，经密和纬密都为0.5根/cm~1根/cm；涂塑金属丝的直径为1.2mm~2mm；
双面异效织物上且平行于双面异效织物的倾斜方向设若干狭缝，相邻缝隙之间的距离为15cm~25cm。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，其特征在于，光热层的织物类型为机织物、针织物、编织物或非织造织物；光热材料为碳纳米管或者石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，其特征在于，若干根亲水线材中，相邻亲水线材的间距为30~40mm；亲水线材为复丝、短纤纱、编织纱或者织带。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，其特征在于，涂塑金属丝为涂塑铜丝、涂塑铁丝或者涂塑不锈钢丝。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，其特征在于，透明的疏水膜的材质为二氧化硅纳米颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置，其特征在于，涂塑金属丝网的高度为其顶部与底部之间的距离，涂塑金属丝网的高度为0.6~1.5m，折线形上每个线段的长度为0.8~2m。
7.制造如权利要求1~6中任一项所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的方法，其特征是：先对光热层的单侧面进行透明超疏水涂层处理；然后将亲水线材的一端经缝纫工艺结合至光热层，另一端穿透光热层和透明疏水层后搭接在疏水层，得到双面异效织物；最后将双面异效织物置于涂塑金属丝网上，将双面异效织物与涂塑金属丝网在折线形的下拐点处采用缝纫工艺紧固连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的制造方法，其特征在于，透明超疏水涂层处理前，先在光热层上裁剪形成狭缝，缝隙边缘经缝纫工艺做封边处理。
9.采用如权利要求1~6中任一项所述的一种用于太阳能蒸汽生成的光热体装置的应用，其特征是：将用于太阳能蒸汽生成的光热体装置浸入到海水中，浸没于海水的深度为涂塑金属丝网的高度的1/20~1/15；在一个标准模拟太阳光下，水蒸气蒸发量为1.25~1.43kg/(m2·h)，所述太阳光的光强为1kW/m2；蒸发过程中无固体盐析出。
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