本發(fā)明屬于界面光熱蒸發(fā)和水電聯(lián)產(chǎn)，具體屬于一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置。

背景技術(shù)：

1、在過(guò)去的40年中，全球用水量以每年約1％的速度增長(zhǎng)。海水淡化是有效生產(chǎn)淡水的方式之一。其中，太陽(yáng)能界面蒸發(fā)利用特定結(jié)構(gòu)將收集的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能后局限在光吸收層，使水分在結(jié)構(gòu)表面完成蒸發(fā)，可在太陽(yáng)輻射條件較弱時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，在海水淡化與污水處理等多個(gè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。

2、現(xiàn)有的界面光熱蒸發(fā)技術(shù)往往將透光面與蒸汽冷凝面重疊，通常存在三個(gè)不利因素：(1)水蒸氣的汽化潛熱未能得到充分利用，限制了太陽(yáng)能利用效率的提升。(2)水霧在透光面上凝結(jié)，從而造成嚴(yán)重的光散射，降低光照輻射強(qiáng)度。(3)為確保水蒸氣及時(shí)冷凝，蒸發(fā)室內(nèi)的溫度不得過(guò)高，因而限制了光熱轉(zhuǎn)化材料的水蒸發(fā)速率。這些不利因素使得界面光熱蒸發(fā)技術(shù)在可持續(xù)能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用受到限制。另一方面，光熱材料影響光的吸收和熱轉(zhuǎn)能力，開發(fā)低成本、高效的光熱材料也至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，通過(guò)單獨(dú)設(shè)置的熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元將透光面與蒸汽冷凝面分離，并充分利用水蒸氣的汽化潛熱發(fā)電，通過(guò)集熱器供給熱風(fēng)單元加強(qiáng)裝置主體腔室內(nèi)的流體擾動(dòng)，提高蒸發(fā)室溫度，有效提升了水蒸發(fā)速率及發(fā)電量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括裝置主體腔室、熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元和集熱器供給熱風(fēng)單元，裝置主體腔室包括頂部連通的蒸發(fā)水槽和集水槽，蒸發(fā)水槽頂部?jī)A斜設(shè)置透光面，集水槽頂部?jī)A斜設(shè)置熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元，透光面較高一側(cè)與熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元較高一側(cè)連接，蒸發(fā)水槽中設(shè)置碳化生物質(zhì)材料，集熱器供給熱風(fēng)單元出風(fēng)口與蒸發(fā)水槽的進(jìn)風(fēng)口連通用于將熱空氣朝向集水槽通入。

3、進(jìn)一步的，熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元的傾斜角為55°～60°，熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元包括蒸汽冷凝面和溫差發(fā)電片，溫差發(fā)電片嵌于蒸汽冷凝面內(nèi)，蒸汽冷凝面為有機(jī)玻璃。

4、進(jìn)一步的，所述集熱器供給熱風(fēng)單元包括太陽(yáng)能空氣集熱器和通空氣管路，蒸發(fā)水槽一側(cè)開有導(dǎo)風(fēng)通孔，導(dǎo)風(fēng)通孔高于碳化生物質(zhì)材料設(shè)置，太陽(yáng)能空氣集熱器的出風(fēng)口經(jīng)通空氣管路與導(dǎo)風(fēng)通孔連通。

5、進(jìn)一步的，太陽(yáng)能空氣集熱器向蒸發(fā)水槽中通入溫度為60℃～80℃，流速為0.0001m/s～0.0008m/s的熱空氣。

6、進(jìn)一步的，蒸發(fā)水槽側(cè)壁上設(shè)置導(dǎo)水槽，導(dǎo)水槽的出口伸入集水槽中，導(dǎo)水槽為玻璃或塑料制成的v形或圓弧形結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步的，碳化生物質(zhì)材料露出水面的高度不超過(guò)1cm。

8、進(jìn)一步的，碳化生物質(zhì)材料為碳化玉米芯，碳化玉米芯的碳化溫度為450℃～550℃。

9、進(jìn)一步的，透光面的傾斜角為30°～35°，透光面朝向蒸發(fā)水槽一側(cè)涂敷有透光防霧薄膜，透光面材質(zhì)為石英玻璃，透光防霧薄膜材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。

10、進(jìn)一步的，裝置主體腔室還包括裝置殼身，隔板設(shè)置在裝置殼身中將裝置殼身分為蒸發(fā)水槽和集水槽，蒸發(fā)水槽底部設(shè)置第一導(dǎo)水通孔，外部水源通過(guò)入水管路經(jīng)第一導(dǎo)水通孔與蒸發(fā)水槽連通，集水槽底部設(shè)置第二導(dǎo)水通孔，集水槽經(jīng)第二導(dǎo)水通孔通過(guò)出水管路與冷凝水收集裝置連通。

11、進(jìn)一步的，裝置殼身材質(zhì)為有機(jī)玻璃，裝置殼身外側(cè)包裹保溫薄膜，保溫薄膜材質(zhì)為高透pvc材料。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

13、本發(fā)明提供一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，通過(guò)設(shè)置熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元，并且將透光面和熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元分別設(shè)置在蒸發(fā)水槽和集水槽頂部，從而實(shí)現(xiàn)透光面與蒸汽冷凝面的分離；且熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元可以利用溫差發(fā)電，將水蒸氣冷凝過(guò)程中的汽化潛熱轉(zhuǎn)化為電能；通過(guò)集熱器供給熱風(fēng)單元，不僅有效提升裝置主體腔室內(nèi)溫度并增強(qiáng)氣流混合，而且增大熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元熱面溫度進(jìn)而提高了發(fā)電量；以碳化生物質(zhì)材料為界面蒸發(fā)光熱材料，碳化生物質(zhì)的高度各向異性的多孔框架和良好的親水性，不僅具有良好的熱管理和輸水能力，而且具有較好的吸光性能和熱轉(zhuǎn)換性能。

14、進(jìn)一步的，本發(fā)明熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元包括蒸汽冷凝面和溫差發(fā)電片，通過(guò)溫差發(fā)電片將水蒸氣冷凝過(guò)程中的熱量轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)了能量的高效回收與利用，蒸汽冷凝面與透光面分離，避免了冷凝水對(duì)透光面的影響，提高了冷凝效率。

15、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)太陽(yáng)能空氣集熱器對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，熱空氣的引入顯著提高了蒸發(fā)水槽內(nèi)的溫度，加速了水蒸發(fā)，且增強(qiáng)的氣流擾動(dòng)有助于熱量在蒸發(fā)水槽內(nèi)的均勻分布，提高了整體熱效率。

16、進(jìn)一步的，在透光面上設(shè)置透光防霧薄膜，透光防霧薄膜有效防止水汽在透光面凝結(jié)，提高了透光面的透光率和光熱轉(zhuǎn)換效率，且石英玻璃材質(zhì)透光面具有高透光性和耐腐蝕性，保證了長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性和可靠性。

17、進(jìn)一步的，本發(fā)明中碳化生物質(zhì)材料優(yōu)選為碳化玉米芯，通過(guò)對(duì)玉米芯進(jìn)行預(yù)處理，以及碳化處理就能達(dá)到預(yù)期效果，碳化生物質(zhì)材料具有良好的吸光性能，能夠高效吸收太陽(yáng)光能并轉(zhuǎn)化為熱能，其多孔結(jié)構(gòu)和親水性促進(jìn)了水分的快速蒸發(fā)和熱能的有效傳遞。

18、進(jìn)一步的，裝置殼身外側(cè)包裹保溫薄膜，保溫薄膜的應(yīng)用減少了熱量的散失，提高了界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置整體熱效率，且導(dǎo)水槽和導(dǎo)水通孔的設(shè)計(jì)優(yōu)化了水流路徑，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和維護(hù)便捷性。

19、綜上，本發(fā)明提供了一種創(chuàng)新的基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，通過(guò)分離透光面與蒸汽冷凝面，并利用溫差發(fā)電技術(shù)將水蒸氣冷凝熱轉(zhuǎn)化為電能。增設(shè)的集熱器供給熱風(fēng)單元，增強(qiáng)了裝置內(nèi)的溫度與氣流擾動(dòng)，提高了蒸發(fā)速率與發(fā)電量。碳化生物質(zhì)材料的應(yīng)用，特別是碳化玉米芯，以其優(yōu)異的熱管理、吸光及熱轉(zhuǎn)換性能，顯著提升了整體效率。透光面的防霧設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了光熱轉(zhuǎn)換性能。該裝置在水電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域展現(xiàn)出高效、環(huán)保的顯著優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，包括裝置主體腔室、熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元和集熱器供給熱風(fēng)單元，裝置主體腔室包括頂部連通的蒸發(fā)水槽和集水槽，蒸發(fā)水槽中設(shè)置碳化生物質(zhì)材料(4)，碳化生物質(zhì)材料(4)作為界面蒸發(fā)光熱材料，蒸發(fā)水槽頂部?jī)A斜設(shè)置透光面(5)，集水槽頂部?jī)A斜設(shè)置熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電和水蒸氣冷凝，透光面(5)較高一側(cè)與熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元較高一側(cè)連接，集熱器供給熱風(fēng)單元出風(fēng)口與蒸發(fā)水槽的進(jìn)風(fēng)口連通用于將熱空氣朝向集水槽通入。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元的傾斜角為55°～60°，熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元包括蒸汽冷凝面(6)和溫差發(fā)電片(7)，溫差發(fā)電片(7)嵌于蒸汽冷凝面(6)內(nèi)，蒸汽冷凝面(6)為有機(jī)玻璃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述集熱器供給熱風(fēng)單元包括太陽(yáng)能空氣集熱器(8)和通空氣管路(9)，蒸發(fā)水槽一側(cè)開有導(dǎo)風(fēng)通孔，導(dǎo)風(fēng)通孔高于碳化生物質(zhì)材料(4)設(shè)置，太陽(yáng)能空氣集熱器(8)的出風(fēng)口經(jīng)通空氣管路(9)與導(dǎo)風(fēng)通孔連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，太陽(yáng)能空氣集熱器(8)向蒸發(fā)水槽中通入溫度為60℃～80℃，流速為0.0001m/s～0.0008m/s的熱空氣。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，蒸發(fā)水槽側(cè)壁上設(shè)置導(dǎo)水槽(10)，導(dǎo)水槽(10)的出口伸入集水槽中，導(dǎo)水槽(10)為玻璃或塑料制成的v形或圓弧形結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，碳化生物質(zhì)材料(4)露出水面的高度不超過(guò)1cm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，碳化生物質(zhì)材料(4)為碳化玉米芯，碳化玉米芯的碳化溫度為450℃～550℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，透光面(5)的傾斜角為30°～35°，透光面(5)朝向蒸發(fā)水槽一側(cè)涂敷有透光防霧薄膜，透光面(5)材質(zhì)為石英玻璃，透光防霧薄膜材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，裝置主體腔室還包括裝置殼身(1)，隔板(2)設(shè)置在裝置殼身(1)中將裝置殼身(1)分為蒸發(fā)水槽和集水槽，蒸發(fā)水槽底部設(shè)置第一導(dǎo)水通孔，外部水源通過(guò)入水管路(3)經(jīng)第一導(dǎo)水通孔與蒸發(fā)水槽連通，集水槽底部設(shè)置第二導(dǎo)水通孔，集水槽經(jīng)第二導(dǎo)水通孔通過(guò)出水管路(11)與冷凝水收集裝置連通。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，裝置殼身(1)材質(zhì)為有機(jī)玻璃，裝置殼身(1)外側(cè)包裹保溫薄膜，保溫薄膜材質(zhì)為高透pvc材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于碳化生物質(zhì)的界面光熱蒸發(fā)耦合水電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括裝置主體腔室、熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元和集熱器供給熱風(fēng)單元，裝置主體腔室包括頂部連通的蒸發(fā)水槽和集水槽，蒸發(fā)水槽頂部?jī)A斜設(shè)置透光面，集水槽頂部?jī)A斜設(shè)置熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元，透光面較高一側(cè)與熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元較高一側(cè)連接，蒸發(fā)水槽中設(shè)置碳化生物質(zhì)材料，集熱器供給熱風(fēng)單元出風(fēng)口與蒸發(fā)水槽的進(jìn)風(fēng)口連通用于將熱空氣朝向集水槽通入。通過(guò)單獨(dú)設(shè)置的熱電轉(zhuǎn)換冷凝單元將透光面與蒸汽冷凝面分離，并充分利用水蒸氣的汽化潛熱發(fā)電，通過(guò)集熱器供給熱風(fēng)單元加強(qiáng)裝置主體腔室內(nèi)的流體擾動(dòng)，提高蒸發(fā)室溫度，有效提升了水蒸發(fā)速率及發(fā)電量。

技術(shù)研發(fā)人員：陳慶云,劉昌,羅宇泉,胡一佳,梁浩揚(yáng),汪文婷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10