一種用于光熱水處理的自動輸水裝置的制作方法

本發明涉及輸水領域，尤其涉及一種用于光熱水處理的自動輸水裝置。

背景技術：

利用太陽能光熱轉換進行各種水處理可有效緩解淡水資源缺乏，水體污染、能源短缺等問題、然而，由于現有太陽能光熱轉換采用的是直接對水體進行加熱的方法，這種加熱方法能量利用效率很低，限制了這類裝置的實際應用。近來，人們提出一種局部加熱的方式，即將產生的熱量限制在蒸發表面附近，通過加熱蒸發表面附近少量液體而迅速產生蒸汽。這種方式相較于加熱整個水體的方法大大提升了能量利用效率。

然而，這種方式需要將水源源不斷地運送至蒸發表層，目前主流的局部加熱方式是通過親水隔熱材料不斷吸水補充至蒸發表層，同時起一定的隔熱作用，但由于這種局部加熱方式中，光熱材料主體仍然和水體直接接觸，熱量不可避免地會損失在水體中，降低了能量利用效率。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于光熱水處理的自動輸水裝置，旨在解決現有局部加熱方式仍會有部分熱量損失在待加熱水體中的問題。

本發明的技術方案如下：

一種用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，包括懸浮在水面上的固定底座、具有吸水作用的多根支撐柱以及位于所述多根支撐柱頂端的光熱轉換層，所述支撐柱底端穿插在所述固定底座上并與水接觸，所述光熱轉換層在光照作用下產生能量用于蒸發支撐柱自下而上持續運輸上來的水。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述光熱轉化層由基底材料和光熱材料組成。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述基底材料為濾紙、無塵紙、細菌納米纖維素或陽極氧化鋁中的一種。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述光熱材料為納米金、納米銀、納米鉑、納米鋁、石墨烯、氧化石墨烯、碳粉、碳納米管、硫化銅、普魯士藍、納米金包銀、納米銀包金、硅核金殼或硅核銀殼中的一種。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述支撐柱為毛細管、親水海綿柱、親水樹脂柱、紙柱、布柱中的一種。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述玻璃毛細管內設置有輔助吸水的脫脂棉集束，所述脫脂棉集束一端與水接觸，另一端與光熱轉換層接觸。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述玻璃毛細管的高度為2-3cm，內徑為0.9-1.1mm。

較佳地，所述的用于光熱水處理的自動輸水裝置，其中，所述固定底座的材料為泡沫塑料、海綿、橡膠、樹脂或木材中的一種。

有益效果：本發明的光熱轉換層不與水直接接觸，通過固定底座與光熱轉換層之間的空氣阻隔熱量流失，因此能夠進一步減少轉換的能量損失在熱傳導上；同時，本發明并通過支撐柱建立水分運輸通道，借助支撐柱內部毛細作用以及光熱轉換層蒸發時的蒸騰拉力，實現在不需要額外耗費能量的情況下，使水分可自下而上持續補充至光熱轉換層，并且可自動調整補水速度與蒸發速度相平衡，不讓多余的液滴消耗轉換的熱量。這兩個優勢使得該裝置能使轉換的能量更加集中用于表層的蒸發或者光催化，提升能量利用率。

附圖說明

圖1為本發明一種用于光熱水處理的自動輸水裝置較佳實施例的結構示意圖。

具體實施方式

本發明提供一種用于光熱水處理的自動輸水裝置，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖1，圖1為本發明一種用于光熱水處理的自動輸水裝置較佳實施例的結構示意圖，如圖所示，其包括懸浮在水面10上的固定底座20、具有吸水作用的多根支撐柱30以及位于所述多根支撐柱30頂端的光熱轉換層40；所述支撐柱30底端穿插在所述固定底座上并與水接觸，所述光熱轉換層40在光照作用下產生能量用于蒸發支撐柱30自下而上持續運輸上來的水10。

較佳地，如圖1所示，在本發明中，所述支撐柱30可以為毛細管、親水海綿柱、親水樹脂柱、紙柱、布柱中的一種，優選玻璃毛細管作為支撐柱；進一步，所述玻璃毛細管內還設置有輔助吸水的脫脂棉集束，所述脫脂棉集束一端與水10接觸，另一端與光熱轉換層40接觸；所述脫脂棉集束主要起輔助吸水以及通過末端將水導出的作用，同時還可防止玻璃毛細管因管口不平導致的光熱轉換層無法與管內水柱接觸而中斷水分運輸的問題。

具體來說，本發明的設計原理如下：首先，在本發明提供的這個自動輸水裝置中，所述光熱轉換層不與水體直接接觸，固定底座和光熱轉換層中間熱導率很低的空氣可以起到很好的隔熱作用，因此能將轉換的熱量很好地限制在蒸發表面。當光熱轉換層接收到太陽光輻射開始蒸發時，依靠支撐柱的毛細作用，水可以迅速自下而上運輸至光熱轉換層；此外，該系統的光熱蒸發表層的吸水速度可以自動調整至于蒸發速度相平衡，使得表層既能實現充分的補水，又不會有多余的水分導致熱量損失。相對于傳統的局部加熱模型，本發明的裝置能夠進一步減少轉換的能量損失在熱傳導上，使轉換的能量更加集中用于蒸發水，從而提升能量利用率。

進一步，在本發明中，所述光熱轉換層40作為水蒸發表面，應具有較強的吸水能力以及較高的光熱轉換效率；具體地，所述光熱轉化層40由基底材料和光熱材料組成，所述基底材料可以為濾紙、無塵紙、細菌納米纖維素或陽極氧化鋁中的一種；所述光熱材料為光熱材料為納米金、納米銀、納米鉑、納米鋁、石墨烯、氧化石墨烯、碳粉、碳納米管、硫化銅、普魯士藍、納米金包銀、納米銀包金、硅核金殼或硅核銀殼中的一種。

較佳地，本發明提供的節能輸水裝置可用于海水淡化、光熱精餾、光催化產生氫氣等多種領域。

較佳地，本發明優選濾紙基納米金作為光熱轉換層40，因為納米金的吸收光譜在太陽能能量主要分布的可見光及近紅外區域，并且濾紙具有很強的吸水性能，非常適合毛細作用往上快速補水；因此，濾紙基納米金作為光熱轉換層具有較高的光熱轉換效率以及較強的吸水性能，非常適用于海水淡化裝置，能夠顯著提高裝置的海水淡化效率。

進一步，在本發明中，所述固定底座主要作用時用于固定玻璃毛細管，并保證裝置在正常運行時始終懸浮于水面上；較佳地，本發明提供的固定底座的材料可以為泡沫塑料、疏水海綿、橡膠、樹脂或木材中的一種；優選疏水海綿，因為疏水海綿不會與水中的主要成分發生化學反應；并且海綿的耐酸堿能力較強，能夠使用多種水體的凈化應用，從而適用于更大范圍的水處理領域。

更進一步，所述玻璃毛細管的高度應小于其毛細作用的最大吸水上升高度，這樣才能保證毛細玻璃管能夠自動吸水并向上運輸至頂端的功能；較佳地，本發明優選所述玻璃毛細管的高度為2-3cm，內徑為0.9-1.1mm。

下面通過具體實驗數據說明本發明裝置對能量利用的增益效果：

以氙燈光源模擬太陽輻射，測量本發明提供的輸水裝置在輻射強度為10kwm^–2下的蒸發速度及溫度變化，實驗表明，使用該輸水裝置的蒸發速率可以達到12.8kgm^–2h^–1，蒸發效率最高達到90%。同時，此裝置的光熱表層在接受照射40s內即升高至平衡溫度（82℃），而其水體在接受900s照射后溫度變化僅2℃。這說明，本發明裝置的輸水方式能很好地將轉換的熱量限制在光熱轉換層附近，極大地降低了熱量損失，提高了熱量利用效率。

最后本發明測試了該裝置在自然太陽光下實際水處理能力，采用3.5wt%的氯化鈉溶液作為被處理水。實驗表明，在約0.9kw·m^-2的太陽輻射下，被處理水蒸發速度可以達到0.97kg·m^-2·h^-1，處理后所收集的水鹽度均在10ppm以下，優于飲用水鹽度指標。這些說明，本發明提供的輸水裝置可被大規模運用于太陽能水水處理領域。

綜上所述，本發明將光熱轉換層和水隔開，并通過親水支撐柱建立水分運輸通道，通過支撐柱內部毛細作用和表層蒸發拉力實現向表層自動輸水。該發明能在不需要額外耗費能量的情況下，實現水分自上而下持續補充至光熱轉換層，并且能根據水分蒸發速度自動調整輸水速度。因此該發明可極大地將轉換的熱量限制于光熱轉換層附近，減少轉換的能量損失在熱傳導上，從而提升能量利用率。

應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。