CN215414400U - 一种光热水蒸发系统测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光热水蒸发系统测试设备，底座(11)上设置有密封容器，中空圆柱体(15)的下环形凸台嵌入下环形槽，中空圆柱体(15)的上环形凸台嵌入密封盖(18)的上环形槽，密封盖(18)的中心位置处设有石英玻璃窗(19)；上环形槽和下环形槽的槽底均装有密封圈(20)。天平(6)置于容器底板(14)上，天平(6)上设置的反应池夹具(5)内壁一侧设有3～8支梯度热电偶(21)。底座(11)上设置的立柱(4)的上端水平地固定有滑轨(3)，可移动平板(2)活动地安装在滑轨(3)上，可移动平板(2)的上平面设置有太阳光模拟器(1)。本设备具有操作简单、测量精确和稳定性好的特点。

Description

一种光热水蒸发系统测试设备

技术领域

本实用新型属于光热水蒸发性能测试技术领域。具体涉及一种光热水蒸发系统测试设备。

背景技术

光热水蒸发技术是太阳能到热能转换的最直接和有效方式，通过光吸收体吸收太阳光，并大幅转化为热能产生水蒸气蒸发，其光热转换效率可达到90％以上，在海水淡化、高温杀菌、液相分离等领域具有极大的应用前景。2014～2019年，国内外已有大量关于光热水蒸发技术的研究，相关成果大量发表于Advanced Materials、ACS nano、Journal ofMaterials ChemistryA等国际顶级期刊，是极具潜力的研究方向。然而，目前在光热水蒸发技术领域最关键的光热转换性能测试方面仍存在很大的技术差距，已引起本领域的学者和技术人员的关注。

如文献(Guo A,Fu Y,Wang G,et al.Diameter effect ofgold nanoparticleson photothermal conversion for solar steam generation[J].RscAdvances,2017,7(8):4815-4824)报道了一种测试光热水蒸发效率的装置，该装置主要是由太阳光模拟器、天平、温度热电偶、试管、菲涅耳透镜、三口烧瓶、压力传感器等部件搭建而成，在测试光热水蒸发效率时需采用不同的组件和步骤分别测试质量损失和温度变化，不能完成对同一试样质量损失和温度变化的同时测试，因而该装置操作过程复杂，且各种部件相对位置不固定，多次测量时存在较差的测量稳定性。

又如文献(Ghasemi H,Ni G,Marconnet A M,et al.Solar steam generation byheat localization[J].Nature Communications,2014,5(5):4449)报道的光热水蒸发效率测试装置则是由安装有热电偶的隔热反应池、数据采集器(DAQ board)、数据采集控制器(LabVIEW interface)、太阳光模拟器和天平搭建而成，虽能实现质量损失和温度变化和同时测量，但也存在测试操作复杂、各部件相对位置不固定、测量稳定性较差的问题。

再如文献(Wang Y,Zhang L,Wang P.Self-floating carbon nanotube membraneon macroporous silica substrate for highly efficient solar-driven interfacialwater evaporation[J].Chemistry of Materials,2017,29(14):5777-5781；Ren H,TangM,Guan B,et al.Hierarchical graphene foam for efficient omnidirectionalsolar-thermal energy conversion[J].Advanced materials,2017,29(38):1702590；Wang X,He Y,Liu X,et al.Solar steam generation through bio-inspired interfaceheating of broadband-absorbing plasmonic membranes[J].Applied Energy,2017,195(JUN.1):414-425)的研究则简化了光热水蒸发效率测试的装置，由太阳光模拟器、天平、反应池和红外热成像仪搭建而成，该类装置采用红外热成像仪测量，存在较大的测量误差；同时，该类装置没有隔热部件且各部件相对位置也不固定，还存在热损失大和测量稳定性差的问题。

综上，现有技术中的光热水蒸发效率测试的设备普遍为简易的搭建装置，存在操作复杂、测量误差大和测量稳定性较差等技术缺陷。

发明内容

本实用新型旨克服现有技术缺陷，目的在于提供一种操作简单、测量精确和稳定性好的光热水蒸发系统测试设备。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

所述光热水蒸发系统测试设备包括太阳光模拟器、可移动平板、滑轨、立柱、反应池夹具、天平、底座、容器底板、中空圆柱体、密封盖、梯度热电偶和石英玻璃窗。

底座上设置有密封容器，密封容器包括容器底板、中空圆柱体和密封盖；容器底板上平面的靠近周边处设有下环形槽，密封盖下平面的靠近周边处设有上环形槽，所述上环形槽和下环形槽的槽底分别设有密封圈；中空圆柱体的下环形端面和上环形端面同中心地依次设有下环形凸台和上环形凸台，中空圆柱体的下环形凸台嵌入所述下环形槽，中空圆柱体的上环形凸台嵌入密封盖的上环形槽，密封盖的中心位置处设有石英玻璃窗；所述上环形凸台和下环形凸台的截面名义尺寸与所述上环形槽和下环形槽的截面名义尺寸相同，所述上环形凸台的半径与所述上环形槽的半径相同，所述下环形凸台的半径与下环形槽的半径相同。

容器底板的上平面中间位置处装有天平，天平上设置有反应池夹具，反应池夹具的内壁一侧设有3～8支梯度热电偶；每支梯度热电偶的温度数据线穿过容器底板与设置在底座的温度数据线接口连接，梯度热电偶的电源线穿过容器底板与设置在底座的梯度热电偶电源线接口连接；天平的天平电源线穿过容器底板与设置在底座的天平电源线接口连接，天平的天平数据线穿过容器底板与设置在底座的天平USB接口连接。

底座上设置有立柱，立柱位于容器底板的一侧；立柱的上端水平地固定有滑轨，滑轨的中心线与密封盖直径在水平面的投影重合，滑轨的伸出端端面与石英玻璃窗中心线在水平面的投影距离为石英玻璃窗的半径；可移动平板活动地安装在滑轨上，可移动平板的上平面设置有太阳光模拟器，太阳光模拟器的灯头中心线与可移动平板右侧面在水平面的投影距离为所述灯头的半径2.0～2.5倍。

石英玻璃窗的中心线和反应池夹具中心线为同一铅垂线。

所述可移动平板的结构是：在平板的下平面沿移动方向设有滑槽，所述滑槽的中心线与所述平板的中心线重合；所述滑槽宽度的名义尺寸与所述滑轨宽度的名义尺寸相同。

所述太阳光模拟器的输出功率为50～300mW/cm²。

所述天平的测量精度≤0.001g。

所述反应池夹具的导热系数为0.02～0.06W m^-1K^-1。

所述梯度热电偶的测量精度为0.01～0.1℃。

由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本设备的主要测试过程是：先打开密封盖，将装有试样的反应池放入反应池夹具中固定，盖上密封盖；再开启太阳光模拟器，调节可移动平板，使太阳光模拟器的光斑照射在反应池表面；然后将天平USB接口和温度数据线接口与计算机的USB接口对应连接，开启天平和梯度热电偶，通过天平测量软件和梯度热电偶测量软件，测试不同时间下反应池质量变化和温度变化，记录数据，计算，即得光热水蒸发效率。故能实现质量损失和梯度温度的同步测试，操作简单。

(2)由于本设备所采用的天平和梯度热电偶测量精度高，且采用的反应池夹具有低的导热系数，能有效防止光热水蒸发过程中的热量损失，故测量精确。

(3)本设备的密封容器由容器底板、中空圆柱体和密封盖组成；中空圆柱体的下环形凸台嵌入下环形槽，中空圆柱体的上环形凸台嵌入密封盖的上环形槽，密封盖的中心位置处设有石英玻璃窗；天平置于容器底板上，天平上设置的反应池夹具内壁一侧设有3～8支梯度热电偶；可移动平板的上平面设置有太阳光模拟器，太阳光模拟器的灯头位于石英玻璃窗的正上方。故本设备的所有部件相对位置固定，在多次测量时不会因相对位置的变化而影响测量结果，故稳定性好。

因此，本实用新型所述光热水蒸发系统测试设备具有操作简单、测量精确和稳定性好的特点。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为图1中I的局部放大示意图；

图3为图1中Ⅱ的局部放大示意图；

图4为图1中A-A剖面示意图；

图5为图1中B-B剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述，部分对其保护范围的限制。

实施例1

一种光热水蒸发系统测试设备。所述光热水蒸发系统测试设备如图1所示，包括太阳光模拟器1、可移动平板2、滑轨3、立柱4、反应池夹具5、天平6、底座11、容器底板14、中空圆柱体15、密封盖18、梯度热电偶21和石英玻璃窗19。

如图1、图2和图5所示，底座11上设置有密封容器，密封容器包括容器底板14、中空圆柱体15和密封盖18；容器底板14上平面的靠近周边处设有下环形槽，密封盖18下平面的靠近周边处设有上环形槽，所述上环形槽和下环形槽的槽底分别设有密封圈20；中空圆柱体15的下环形端面和上环形端面同中心地依次设有下环形凸台和上环形凸台，中空圆柱体15的下环形凸台嵌入所述下环形槽，中空圆柱体15的上环形凸台嵌入密封盖18的上环形槽，密封盖18的中心位置处设有石英玻璃窗19；所述上环形凸台和下环形凸台的截面名义尺寸与所述上环形槽和下环形槽的截面名义尺寸相同，所述上环形凸台的半径与所述上环形槽的半径相同，所述下环形凸台的半径与下环形槽的半径相同。

如图1和图3所示，容器底板14的上平面中间位置处装有天平6，天平6上设置有反应池夹具5，反应池夹具5的内壁一侧设有7支梯度热电偶21；每支梯度热电偶21的温度数据线16穿过容器底板14与设置在底座11的温度数据线接口12连接，梯度热电偶21的电源线17穿过容器底板14与设置在底座11的梯度热电偶电源线接口13连接；天平6的天平电源线7穿过容器底板14与设置在底座11的天平电源线接口10连接，天平6的天平数据线8穿过容器底板14与设置在底座11的天平USB接口9连接。

如图1所示，底座11上设置有立柱4，立柱4位于容器底板14的一侧；立柱4的上端水平地固定有滑轨3，滑轨3的中心线与密封盖18直径在水平面的投影重合，滑轨3的伸出端端面与石英玻璃窗19中心线在水平面的投影距离为石英玻璃窗19的半径；可移动平板2活动地安装在滑轨3上，可移动平板2的上平面设置有太阳光模拟器1，太阳光模拟器1的灯头中心线与可移动平板2右侧面在水平面的投影距离为所述灯头半径的2.0倍。

如图1和图5所示，石英玻璃窗19的中心线和反应池夹具5中心线为同一铅垂线。

如图1和图4所示，所述可移动平板2的结构是：在平板的下平面沿移动方向设有滑槽，所述滑槽的中心线与所述平板的中心线重合；所述滑槽宽度的名义尺寸与所述滑轨3宽度的名义尺寸相同。

所述太阳光模拟器1的输出功率为50～300mW/cm²。

所述天平6的测量精度≤0.001g。

所述反应池夹具5的导热系数为0.02～0.06W m^-1K^-1。

所述梯度热电偶21的测量精度为0.01～0.1℃。

实施例2

一种光热水蒸发系统测试设备。除下述技术参数外其余同实施例1：

所述反应池夹具5的内壁一侧设有3～6支或8支梯度热电偶21；

太阳光模拟器1的灯头中心线与可移动平板2右侧面在水平面的投影距离为所述灯头半径的2.1～2.5倍。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点：

(1)本具体实施方式的主要测试过程是：先打开密封盖18，将装有试样的反应池放入反应池夹具5中固定，盖上密封盖18；再开启太阳光模拟器1，调节可移动平板2，使太阳光模拟器1的光斑照射在反应池表面；然后将天平USB接口9和温度数据线接口12与计算机的USB接口对应连接，开启天平6和梯度热电偶21，通过天平测量软件和梯度热电偶测量软件，测试不同时间下反应池质量变化和温度变化，记录数据，计算，即得光热水蒸发效率。故能实现质量损失和梯度温度的同步测试，操作简单。

(2)由于本具体实施方式所采用的天平6和梯度热电偶21测量精度高，且采用的反应池夹具5的导热系数低，能有效防止光热水蒸发过程中的热量损失，故测量精确。

(3)本具体实施方式的密封容器由容器底板14、中空圆柱体15和密封盖18组成；中空圆柱体15的下环形凸台嵌入下环形槽，中空圆柱体15的上环形凸台嵌入密封盖18的上环形槽，密封盖18的中心位置处设有石英玻璃窗19；天平6置于容器底板14上，天平6上设置的反应池夹具5内壁一侧设有3～8支梯度热电偶21；可移动平板2的上平面设置有太阳光模拟器1，太阳光模拟器1的灯头位于石英玻璃窗19的正上方。故本具体实施方式的所有部件相对位置固定，在多次测量时不会因相对位置的变化而影响测量结果，故稳定性好。

因此，本具体实施方式所述光热水蒸发系统测试设备具有操作简单、测量精确和稳定性好的特点。

Claims (2)

1.一种光热水蒸发系统测试设备，其特征在于所述测试设备包括太阳光模拟器(1)、可移动平板(2)、滑轨(3)、立柱(4)、反应池夹具(5)、天平(6)、底座(11)、容器底板(14)、中空圆柱体(15)、密封盖(18)、梯度热电偶(21)和石英玻璃窗(19)；

底座(11)上设置有密封容器，密封容器包括容器底板(14)、中空圆柱体(15)和密封盖(18)；容器底板(14)上平面的靠近周边处设有下环形槽，密封盖(18)下平面的靠近周边处设有上环形槽，所述上环形槽和下环形槽的槽底分别设有密封圈(20)；中空圆柱体(15)的下环形端面和上环形端面同中心地依次设有下环形凸台和上环形凸台，中空圆柱体(15)的下环形凸台嵌入所述下环形槽，中空圆柱体(15)的上环形凸台嵌入密封盖(18)的上环形槽，密封盖(18)的中心位置处设有石英玻璃窗(19)；所述上环形凸台和下环形凸台的截面名义尺寸与所述上环形槽和下环形槽的截面名义尺寸相同，所述上环形凸台的半径与所述上环形槽的半径相同，所述下环形凸台的半径与下环形槽的半径相同；

容器底板(14)的上平面中间位置处装有天平(6)，天平(6)上设置有反应池夹具(5)，反应池夹具(5)的内壁一侧设有3～8支梯度热电偶(21)；每支梯度热电偶(21)的温度数据线(16)穿过容器底板(14)与设置在底座(11)的温度数据线接口(12)连接，梯度热电偶(21)的电源线(17)穿过容器底板(14)与设置在底座(11)的梯度热电偶电源线接口(13)连接；天平(6)的天平电源线(7)穿过容器底板(14)与设置在底座(11)的天平电源线接口(10)连接，天平(6)的天平数据线(8)穿过容器底板(14)与设置在底座(11)的天平USB接口(9)连接；

底座(11)上设置有立柱(4)，立柱(4)位于容器底板(14)的一侧；立柱(4)的上端水平地固定有滑轨(3)，滑轨(3)的中心线与密封盖(18)直径在水平面的投影重合，滑轨(3)的伸出端端面与石英玻璃窗(19)中心线在水平面的投影距离为石英玻璃窗(19)的半径；可移动平板(2)活动地安装在滑轨(3)上，可移动平板(2)的上平面设置有太阳光模拟器(1)，太阳光模拟器(1)的灯头中心线与可移动平板(2)右侧面在水平面的投影距离为所述灯头的半径2.0～2.5倍；

石英玻璃窗(19)的中心线和反应池夹具(5)中心线为同一铅垂线。

2.如权利要求1所述的光热水蒸发系统测试设备，其特征在于所述可移动平板(2)的结构是：在平板的下平面沿移动方向设有滑槽，所述滑槽的中心线与所述平板的中心线重合；所述滑槽宽度的名义尺寸与所述滑轨(3)宽度的名义尺寸相同。

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