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第43卷第1期可再生能源Vol.43No.1

2025年1月RenewableEnergyResourcesJan.2025

基于界面蒸发的太阳能蒸馏器能量分析与性能强化

代振江，苏风民，樊益明，范乐天，韦成书，常超，纪玉龙

（大连海事大学轮机热能工程研究所，辽宁大连116026）

摘要：传统底部加热式太阳能蒸馏器的热效率较低，界面蒸发技术可以将热量局限在蒸发界面，进而快速产

生水蒸汽，实现太阳能的高效利用。文章制备了一种以碳纳米粉为光热转换材料，聚乙烯醇水凝胶包覆的复合

界面蒸发器,并在此基础上,设计了一种单效太阳能蒸馏器。首先，通过理论计算，分析了蒸馏器产水过程中的

能量分布，发现冷凝面的阳光反射和蒸发界面的热传导是导致蒸馏器能量损失的两个主要因素；然后,通过调

控冷凝面润湿性，改善其透光性，减少阳光反射，使蒸发界面能够接收到更多太阳能，冷凝面亲水改性使蒸馏器

热效率从36.1%提高到55.4%，优化蒸发器供水结构可降低蒸发界面导热损失，在20%供水面积比例时，其热

效率提高到64.6%；最后，在室外实际条件下测试了蒸馏器的产水性能，系统稳定运行，无盐结晶出现，全天产

水量达到2.89kg/m。此研究可为太阳能蒸馏器设计和性能改进提供理论指导。

关键词：界面蒸发；太阳能蒸馏器；能量分析；性能强化

中图分类号：TK519文献标志码：A文章编号：1671-5292(2025)01-0036-09

0引言量水的加热，以快速产生蒸汽。通常界面蒸发的蒸

地球并不缺水，但是缺淡水，这是当前人类生发热效率超过80%，但是将其应用在太阳能蒸馏

存的挑战之一。太阳能作为清洁的可再生能源,早器内,产水热效率却低于40%17.8。针对目前单效

在1872年就被智利北部的人们用于海水淡化,在太阳能蒸馏器热效率较低的问题，本文设计了一

晴朗天气，每天可生产23t淡水。虽然太阳能蒸种基于界面蒸发的单效太阳能蒸馏器，通过分析

馏器初始投人成本低、维护简单,但是由于单位面蒸馏器工作过程中的能量分布，寻找其能量损失

积淡水产量低而很少投人实际应用。OmaraZM2较大因素,并针对存在问题提出改进措施,强化太

设计了一种波纹状吸光面，使系统接收到的太阳阳能蒸馏器的产水性能,提高系统热效率,最后在

能增多,产水量比改进前提高了55.4%。为了避免室外测试了蒸馏器实际产水性能。

部分热量从底部散失到环境中,SampathkumarA3]1实验方法

在蒸馏器底部填充石蜡作为相变储热材料，储存1.1实验装置

多余的热量,并在水温下降时释放出来,热效率从本文采用聚乙烯醇和戊二醛两种材料，在酸

27.68%提高到40%。RahmaniA[4在蒸馏系统中引性条件下交联反应生成水凝胶，用这种水凝胶包

人外部冷凝器，在温和的天气时热效率从18.25%裹碳粉，并被吸附在一种多孔纤维素海绵上制备

提高到了23.2%，但是在非常寒冷或者炎热天气成蒸发器,如图1所示。蒸发器为圆柱体,直径6

时产水量反而下降。侯静5设计了一种多效太阳cm,高度3cm,蒸发器具有较高的机械强度,实物

能苦咸水淡化装置，有效利用了水蒸汽凝结时候如图1(a)所示,详细的制备过程及其他特性参见

的冷凝潜热，在太阳辐照强度为740W/m²时,得文献[9]。蒸发界面的紫外-可见-近红外吸收光谱

如图1(b)所示，其对太阳光的吸收率平均达到

到的最大产水速率为23.53g/min。MuruganDK[6

利用真空泵降低蒸馏器内部初始压力，促进盐水97%。以蒸发器为核心，本文制作了一种单斜面太

蒸发，产水量较常压时提升了67.5%。阳能蒸馏器，使蒸汽冷凝并收集淡水。冷凝面材料

太阳能界面蒸发技术将太阳能光热转换集中为亚克力板，蒸发器和蒸馏器外侧有保温材料包

在蒸发界面处，可以有效地将热量仅用于表面少裹,蒸馏器的顶面倾斜角度为35°,底面为边长10

收稿日期：2023-11-21。

基金项目：辽宁省