CN114644377A - 一种光伏发电海水淡化复合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏发电海水淡化复合系统，包括太阳能电池板、蒸发冷却板、冷凝板、储水系统及输水管，其特征在于，所述蒸发冷却板通过导热胶贴合于所述太阳能电池板背面，并与所述太阳能电池板倾斜或垂直设置于建筑物或地面上；所述储水系统包括用于供输海水的储水箱，所述储水箱中的海水通过所述输水管输送至所述蒸发冷却板的上端面，并在重力作用下沿着蒸发冷却板流动；所述冷凝板用于冷凝由蒸发冷凝板上海水受热蒸发的水蒸气，所述蒸发冷却板与所述冷凝板设置于同一密闭空间内。上述复合系统结构简单、制作成本低，可降低太阳能电池的表面温度，提高了太阳能电池发电效率，同时利用光伏组件的余热实现海水淡化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池散热及海水淡化领域，具体涉及一种光伏发电海水淡化系统。
背景技术
太阳能是绿色清洁的可再生能源，然而太阳能电池在工作过程中，其输出功率会随着工作温度的升高而降低，在光照强度一定条件下，例如对于晶体硅太阳电池，温度每提高1℃，输出功率减少0.4％～0.6％；如果长时间在高温下工作，其使用寿命也会随之降低。为解决高温条件下光伏组件发电效率降低的问题，需要给太阳能电池组件散热。
为此，常规技术通常将太阳能电池安装在散热器上，从而对太阳能电池进行有效散热。现有的散热器分为风冷和液冷两种方式，风冷散热器直接对太阳能电池进行吹风，风机需要消耗额外的电能；液冷散热器通常是将冷却液通过冷却管直接连接在太阳能电池的背面，需要消耗宝贵的淡水资源或其他液态冷却剂。现有的太阳能电池冷却技术，无论是风冷还是液冷技术，虽然能够在一定程度上降低太阳能电池的工作温度，但存在成本高、效率低，性价比不高，因此在商业上并未大规模采用，同时，现有的太阳能电池的风冷和液冷技术、均未对太阳能电池余热进行有效利用。为解决太能电池组件散热问题的同时高效利用其余热，专利CN109626470A公开了一种太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，通过发汗冷却方式降低电池板的温度，同时利用太能电池板的废热进行海水淡化，提升整个系统的能源利用效率，但该系统存在以下不足：一方面发汗冷却系统较为复杂，需要多级耦合，技术实现难度以及成本均较高；另一方面，该系统通过毛细力输运海水，而毛细力在垂直方向上受相反作用力重力的影响，会导致传输能力不足，使海水向上传输距离有限，垂直方向上只能有效传输10-15厘米，该系统难以应用于大面积太阳能电池板的冷却。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光伏发电海水淡化系统，通过将海水在重力作用下分散流至太阳能电池板背部的蒸发冷却板上，对太阳能电池板进行冷却吸热，同时利用太阳能电池发电产生的热量以及太阳辐射产生的热量通过导热胶传递到蒸发冷却板上，加快蒸发冷却板上表面的海水。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种光伏发电海水淡化系统，包括太阳能电池板、蒸发冷却板、冷凝板、储水系统及输水管，其特征在于，所述蒸发冷却板通过导热胶贴合于所述太阳能电池板背面，并与所述太阳能电池板倾斜或垂直设置于建筑物或地面上；所述储水系统包括用于供输海水的储水箱，所述储水箱中的海水通过所述输水管输送至所述蒸发冷却板的上端面，并在重力作用下沿着蒸发冷却板流动；所述冷凝板用于冷凝由蒸发冷凝板上海水受热蒸发的水蒸气，所述蒸发冷却板与所述冷凝板设置于同一密闭空间内。
将蒸发冷却板与冷凝板设置于同一密闭空间内，使海水在蒸发冷却板上高温蒸发形成的水蒸气可充分附着到冷凝板上并冷却凝聚成水滴，获得淡水。
进一步地，所述导热胶优选为导热硅脂；通过导热胶将太阳能电池发电产生的热量以及太阳辐射产生的热量传递到蒸发冷却板上，降低太阳能电池板的温度，同时使蒸发冷却板的温度快速升高，加快蒸发冷却板表面海水的蒸发。
进一步地，所述太阳能电池板的材料选自单晶硅、多晶硅、III-V族化合物、钙钛矿、碳纤维复合材料中的一种或多种。
进一步地，所述蒸发冷却板的材料为聚氨酯海绵亲水多孔材料以及其它亲水多孔材料。
进一步地，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料由聚氨酯多孔材料经过单宁酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷改性处理后，置于硫酸铁溶液中浸渍得到。
进一步地，所述改性处理过程具体为：将单宁酸加入缓冲液中，再加入将3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均匀后，将乙醇预湿的聚氨酯海绵浸入混合物中，室温静置，依次使用蒸馏水、乙醇清洗聚氨酯海绵，得到改性后的聚氨酯亲水海绵。
进一步地，将改性后的聚氨酯亲水海绵置于硫酸铁溶液中浸渍不少于0.5h，得到具有黑色涂层的聚氨酯海绵亲水多孔材料。
进一步地，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料的水接触角为0°。
采用聚氨酯海绵亲水多孔材料制备的蒸发冷却板，便于海水快速分散并附着，该材料具备良好的保水能力，可避免海水在重力作用下快速滴落引发蒸发冷却板的空烧，进而提高海水淡化效率。
进一步地，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料的密度为40-80PPI(pore per inch，指每平方英寸的孔的数量)，厚度为2-8mm。
进一步地，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料的厚度优选为3mm。
若制备蒸发冷却板的聚氨酯海绵亲水多孔材料的PPI指数过低、厚度过小，则其锁水能力不足；反之，则海水在其表面流动的速率过低，影响对太阳能电池板的冷却效果。采用合适密度、厚度的聚氨酯海绵亲水多孔材料制备蒸发冷却板，使海水可在其表面分散以冷却太阳能电池板，同时具有一定的锁水能力，使海水在太阳能电池发电产生的热量以及太阳辐射产生的热量下，能充分蒸发，获得淡水。
进一步地，所述输水管的一端为开口与所述储水箱连接，另一端封闭与所述蒸发冷却板上端横向连接，并且输水管上与蒸发冷却板连接处开设有1个或多个小孔。
进一步地，所述输水管与蒸发冷却板连接处均匀开设有多个小孔，用于将海水快速分散流至蒸发冷却板上。
进一步地，所述输水管连接储水箱的一端高于连接蒸发冷却板上端面的一端，储水箱中的海水在重力作用下自主通过输水管流至蒸发冷却板上。
进一步地，所述储水箱的外部包裹隔热材料，使储水箱中的海水保持低温水平，避免水温在光照下大幅度升高，影响对太阳能电池板的降温效果。
进一步地，所述储水系统还包括淡水收集箱以及浓缩海水收集箱。
进一步地，所述淡水收集箱设置于冷凝板的底部，用于收集冷凝板凝聚形成的液态淡水；所述浓缩海水收集箱连接所述蒸发冷却板的下端，用于收集待蒸发海水流经蒸发冷却板上表面进行蒸发后的高盐度海水。
本发明的有益效果在于：
1.本申请提供了光伏发电海水淡化系统，通过重力作用下流动的低温海水以及海水的蒸发对太阳能电池板进行冷却吸热，以提升太阳能电池的发电效率，同时充分利用太阳能电池发电产生的热量以及太阳辐射产生的热量，用以加快蒸发冷却板上表面海水的蒸发，实现海水淡化。
2.本发明提供的一种光伏发电海水淡化系统，具有结构简单、制作成本低廉、效果好、实用性及适用性强等优点，极其适用于海岛地区，同时解决电力资源以及淡水资源缺乏的问题。
附图说明
图1为一种光伏发电海水淡化系统的装置示意图；
其中，1为储水箱、2为输水管、3为支架、4为蒸发冷却板、5为太阳能电池板、6为浓缩海水收集箱、7为淡水收集箱、8为冷凝板。
图2为改性处理前后的聚氨酯海绵的水接触角图像；图a为未处理的聚氨酯海绵的水接触角图像，图b为改性处理后的聚氨酯海绵亲水多孔材料的水接触角图像。
图3为不同厚度、密度的聚氨酯海绵蒸发冷却板作用下的太阳能电池板正面的温度。
图4为不同蒸发冷却板下的太阳能电池板的电流-电压和功率-电压图像；图a和图b为聚氨酯海绵在3mm厚度下不同密度的电流-电压和功率-电压图像，图c和图d为聚氨酯海绵在80PPI密度下不同厚度的电流-电压和功率-电压图像。
图5为1sun光照强度时，海水水量减小情况与蒸发冷却板聚氨酯海绵的密度与厚度的关系。
图6为蒸发冷却板为3mm、密度为80PPI海绵，不同光照强度下的电流-电压和功率-电压图像。
图7为蒸发冷却板为3mm、密度为80PPI的海绵，不同光照强度下的海水水量减小情况。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下述实施例及对比例中的光伏发电海水淡化复合系统的装置示意图如图1所示，包括储水箱1、输水管2、支架3、蒸发冷却板4、太阳能电池板5、浓缩海水收集箱6、淡水收集箱7、冷凝板8；其中，储水箱1设置于支架3的上方，浓缩海水收集箱6、淡水收集箱7依次设置于支架一侧，蒸发冷却板4通过导热胶与太阳能电池板5的背面紧密贴合，所述太阳能电池板的两端分别固定于所述支架与所述浓缩海水收集箱6上，所述浓缩海水收集箱连接蒸发冷却板的下端，输水管2的一端为开口与所述待处理水箱连接，另一端封闭与所述蒸发冷却板上端横向连接，并且在输水管上与蒸发冷却板连接处均匀开设有5个小孔，冷凝板8贴合设置于支架的一侧，位于所述淡水收集箱的上方，所述蒸发冷却板、冷凝板设置于同一密闭空间。
储水箱1用于储藏待蒸发的海水，为蒸发冷却板4提供低温海水用于海水淡化并冷却太阳能电池板5；输水管2的一端封闭，另外一端与储水箱1进行连接，输水管与蒸发冷却板4的上端面连接，在输水管2上开有一个或多个小孔，便于将海水快速分散流到蒸发冷却板上表面进行蒸发，同时蒸发吸热降低太阳能电池5正面温度，达到冷却太阳能电池板5的效果；支架3起支撑储水箱1、蒸发冷却板4、太阳能电池板5和冷凝板8的作用，并抬高储水箱1，使储水箱1中的海水在重力的作用下源源不断的自主通过输水管2将海水分散流过蒸发冷却板4上；蒸发冷却板4用于吸收太阳能电池板5在光照下发电产生的热量和太阳辐射产生的热量，起冷却太阳能电池板5的作用，同时利用余热加热蒸发冷却板4中的海水，在蒸发冷却板的上表面进行海水蒸发，高效的水体蒸发可用于淡化海水得到干净的淡水，该淡水经由冷凝板凝聚气态水分子形成并由水箱3收集；从储水箱1流出的低盐度海水流经蒸发冷却板4蒸发后形成的高盐度海水由水箱2收集；太阳能电池板5用于吸收和转换太阳能，提供电能和热能。
实施例1制备聚氨酯海绵亲水多孔材料
将不同密度、厚度的聚氨酯海绵进行亲水化处理，具体处理过程如下所示：
(1)将0.2g的单宁酸加入缓冲液(Tris-HCl,pH＝8.5,100mL)中，再加入20mL含0.2g的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均匀后，将乙醇预湿的聚氨酯海绵浸入混合物中，室温静置24h，依次使用蒸馏水、乙醇清洗聚氨酯海绵，得到改性后的聚氨酯亲水海绵；
(2)将改性后的聚氨酯亲水海绵置于100mL、2mg/mL的Fe2(SO4)3溶液中，室温下浸泡1h，得到具有黑色涂层的聚氨酯海绵亲水多孔材料。
对未改性的聚氨酯海绵以及本实施例制备的聚氨酯海绵亲水多孔材料进行疏水角测试，测试结果如图2所示，由图可知，未改性的聚氨酯海绵的水接触角为114°，改性处理后的聚氨酯海绵的水接触角为0°，说明疏水的聚氨酯海绵通过上述改性处理后得到亲水的聚氨酯海绵。
实施例2
采用厚度为3mm、密度为40PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在1sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为43.5℃，这时电池组件的开路电压为2.56V，短路电流为6.92A，填充因子为68.97，光伏发电效率为16.22％；背面聚氨酯海绵的表面温度为41℃，海水蒸发效率为1.624kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了6.77倍。
实施例3
采用厚度为3mm、密度为60PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在1sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为42.5℃，这时电池组件的开路电压为2.57V，短路电流为6.89A，填充因子为69.25，光伏发电效率为16.28％；背面聚氨酯海绵的表面温度为37.5℃，海水蒸发效率为1.068kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了4.45倍。
实施例4
采用厚度为3mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在1sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为41℃，这时电池组件的开路电压为2.59V，短路电流为6.88A，填充因子为70.32，光伏发电效率为16.6％；背面聚氨酯海绵的表面温度为36.5℃，海水蒸发效率为0.855kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了3.56倍。
实施例5
采用厚度为5mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在1sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为43.7℃，这时电池组件的开路电压为2.56V，短路电流为6.79A，填充因子为69.92，光伏发电效率为16.1％；背面聚氨酯海绵的表面温度为34.5℃，海水蒸发效率为0.769kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了3.20倍。
实施例6
采用厚度为8mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在1sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为44℃，这时电池组件的开路电压为2.55V，短路电流为6.95A，填充因子为65.92，光伏发电效率为15.39％；背面聚氨酯海绵的表面温度为32℃，海水蒸发效率为0.684kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了2.85倍。
实施例7
采用厚度为3mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在0.8sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为35.8℃，这时电池组件的开路电压为2.49V，短路电流为5.86A，填充因子为73.3，光伏发电效率为9.09％；背面聚氨酯海绵的表面温度为32℃，海水蒸发效率为0.812kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了3.83倍。
实施例8
采用厚度为3mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在0.6sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为33℃，这时电池组件的开路电压为2.48V，短路电流为5.66A，填充因子为71.43，光伏发电效率为8.09％；背面聚氨酯海绵的表面温度为29.2℃，海水蒸发效率为0.726kg/m2*h，相比纯水自然蒸发效率提高了3.02倍。
实施例9
采用厚度为3mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷却板，并通过导热硅脂紧密贴在太阳能电池板的背面，利用上述光伏发电海水淡化复合系统，在0.4sun太阳光长时间照射下(实验时长1小时，环境温度20℃)，测量太阳能电池板正面温度为28.5℃，这时电池组件的开路电压为2.45V，短路电流为4.92A，填充因子为71.95，光伏发电效率为5.09％；背面聚氨酯海绵的表面温度为26.3℃，与自然蒸发效率接近。
对比例1
不使用蒸发冷却板，采用与实施例2-6相同的光照条件，太阳能电池板正面温度升高到50.3℃，背面温度升高到51℃。这时电池组件的开路电压为2.51V，短路电流为7.0A，填充因子为67.21，光伏发电效率为15.63％。
对比例2
不使用蒸发冷却板，采用与实施例7相同的光照条件，太阳能电池板正面温度升高到46℃，光伏发电功率相比带蒸发冷凝板太阳能电池发电功率降低了0.15W。
对比例3
不使用蒸发冷却板，采用与实施例8相同的光照条件，太阳能电池板正面温度升高到45.6℃，光伏发电功率相比带蒸发冷凝板太阳能电池发电功率降低了0.07W。
对比例4
不使用蒸发冷却板，采用与实施例9相同的光照条件，太阳能电池板正面温度升高到38.5℃，光伏发电功率相比带蒸发冷凝板太阳能电池发电功率降低了0.17W。
性能对比
(1)在1sun太阳光长时间照射下，研究不同厚度、密度的亲水聚氨酯海绵对光伏发电海水淡化复合系统中太阳能电池短路电流、发电功率、海水蒸发效率的影响，结果如图3～5所示，相关参数如下表1所示：
表1
由表1可知，通过本发明所述的光伏发电海水淡化复合系统可降低太阳能电池板的温度，提高光伏发电效率，在相同厚度下，蒸发冷凝板对太阳能电池板的降温效果随着密度的增加而增加，进而提升其光伏发电效率；而在密度相同的情况下，蒸发冷凝板对太阳能电池板的降温效果随着厚度的增加而降低，因此采用厚度为3mm、密度为80PPI的亲水聚氨酯海绵制备蒸发冷凝板，光伏发电效率相对最优。
(2)研究实施例7～9中的光伏发电海水淡化复合系统，加水前后对系统中太阳能电池短路电流、发电功率的影响，结果如图6所示，在相同的光照条件下，加水后系统中太阳能电池的开路电压以及发电功率均优于加水前，该现象说明通过海水的流动、蒸发降温可提高太阳能电池的光伏发电效率。
(3)研究太阳光强对光伏发电海水淡化复合系统的海水蒸发效率的影响，由实施例4以及实施例7～9的测试结果可知，复合系统中的海水蒸发效率随着太阳光强的增强而增强，实施例4、7、8中海水蒸发效率以及纯水自然蒸发效率随时间的变化曲线图如图7所示，由图可知，在0.6sun以上的太阳光强下，该系统中的海水蒸发效率远高于自然蒸发效率。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种光伏发电海水淡化复合系统，包括太阳能电池板、蒸发冷却板、冷凝板、储水系统及输水管，其特征在于，所述蒸发冷却板通过导热胶贴合于所述太阳能电池板背面，并与所述太阳能电池板倾斜或垂直设置于建筑物或地面上；所述储水系统包括用于供输海水的储水箱，所述储水箱中的海水通过所述输水管输送至所述蒸发冷却板的上端面，并在重力作用下沿着蒸发冷却板流动；所述冷凝板用于冷凝由蒸发冷凝板上海水受热蒸发的水蒸气，所述蒸发冷却板与所述冷凝板设置于同一密闭空间内。
2.根据权利要求1所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述太阳能电池板的材料选自单晶硅、多晶硅、III-V族化合物、钙钛矿、碳纤维复合材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述蒸发冷却板的材料为聚氨酯海绵亲水多孔材料。
4.根据权利要求3所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料由聚氨酯多孔材料经过单宁酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷改性后，置于硫酸铁溶液中浸渍得到。
5.根据权利要求3所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料的密度为40-80PPI，厚度为2-8mm。
6.根据权利要求5所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述聚氨酯海绵亲水多孔材料的厚度为3mm。
7.根据权利要求1所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述输水管的一端为开口与所述储水箱连接，另一端封闭与所述蒸发冷却板上端横向连接，并且输水管上与蒸发冷却板连接处开设有1个或多个小孔。
8.根据权利要求1所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述输水管连接储水箱的一端高于连接蒸发冷却板上端面的一端，储水箱中的海水在重力作用下自主通过输水管流至蒸发冷却板上。
9.根据权利要求1所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述储水箱的外部包裹隔热材料。
10.根据权利要求1所述的一种光伏发电海水淡化复合系统，其特征在于，所述储水系统还包括淡水收集箱以及浓缩海水收集箱；所述淡水收集箱设置于冷凝板的底部，用于收集冷凝板凝聚形成的液态淡水；所述浓缩海水收集箱连接所述蒸发冷却板的下端，用于收集待蒸发海水流经蒸发冷却板上表面进行蒸发后的高盐度海水。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2347456A1 (en) * | 2000-05-12 | 2001-11-12 | Asha Suppiah | Desalination process/equipment ii |
| CN1587079A (zh) * | 2004-08-27 | 2005-03-02 | 程显超 | 节能型太阳能海水淡化装置 |
| CN109626470A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-16 | 武汉大学 | 太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统 |
| CN111792693A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-20 | 北京理工大学 | 一种虹吸作用驱动供水的逆向传质太阳能电水联产装置 |
| CN112340800A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-09 | 北京理工大学 | 一种漂浮式聚光光伏热多级蒸馏装置 |
| CN112796154A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种Janus有机多孔材料及其制备方法与应用 |
-
2022
- 2022-02-24 CN CN202210177465.9A patent/CN114644377A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2347456A1 (en) * | 2000-05-12 | 2001-11-12 | Asha Suppiah | Desalination process/equipment ii |
| CN1587079A (zh) * | 2004-08-27 | 2005-03-02 | 程显超 | 节能型太阳能海水淡化装置 |
| CN109626470A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-16 | 武汉大学 | 太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统 |
| CN111792693A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-20 | 北京理工大学 | 一种虹吸作用驱动供水的逆向传质太阳能电水联产装置 |
| CN112340800A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-09 | 北京理工大学 | 一种漂浮式聚光光伏热多级蒸馏装置 |
| CN112796154A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种Janus有机多孔材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘建国: "《可再生能源导论》", 28 February 2017, 中国轻工业出版社 * |
| 王曙中等: "高科技纤维概论", 东华大学出版社 * |
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