太阳浸泡装置使水变成过热蒸汽



bt365手机的工程师已经建立了从太阳吸收了足够的热量使水沸腾并产生装置“过热”蒸汽温度高于100摄氏度,没有任何昂贵的光学器件。

在一个阳光灿烂的日子,该结构可以被动地泵出足够的蒸汽热消毒的医疗设备,以及在烹调和清洁使用。蒸汽也可供应热量到工业过程中,或者它可以被收集和冷凝以生产脱盐,蒸馏水饮用水。

此前,研究人员开发出一种 海绵状结构 该漂浮在水的容器,并把它吸收到蒸汽水中。但一个大问题是,在水中的污染物造成的结构随时间降解。新的设备被设计成悬挂在水,以避免任何可能的污染。

悬浮装置是关于一个小数字片剂或电子书阅读器的尺寸和厚度,并且被构造像三明治:所述顶层由能够有效地吸收太阳热量的材料制成,而底层有效地发射的热量来下面的水。一旦水达到沸点(100℃)时,它释放的蒸汽向上回升到设备中,在那里通过中间层漏斗 - 泡沫状材料,其进一步加热的沸点以上的蒸汽,它的泵送前出通过单个管。

“这是一个完全被动的系统 - 你就这么走了外面,吸收太阳光,”托马斯·库珀,在约克大学机械工程助理教授,谁领导的工作,作为bt365手机博士后说。 “你可以扩展这个高达东西,可以在远程的气候可以用来产生足够的饮用水为家庭,或消毒设备的一个手术室。”

小组的研究结果在今天发表的一篇论文详细 自然通讯。这项研究包括来自陈刚,动力工程bt365手机的理查德·卡尔教授自焙槽的实验室的研究人员。

一个巧妙的结合

在2014年,陈氏集团的报道 第一个示范 的一个简单的,太阳能驱动的蒸汽发生器,在浮在水面上的石墨包覆的碳泡沫的形式。这种结构吸收和局部化太阳的热量到水的表面(热否则会通过水向下渗透)。从那时起,他的研究小组和其他人已经期待提高设计的具有不同的太阳能吸收特性的材料的效率。但几乎每个设备已被设计直接在水浮起,且它们都遇到污染的问题,因为它们的表面与盐和水等杂质接触。

团队决定来设计,而不是上面水中的悬浮的装置。该装置被构造为吸收短波长太阳能,这又加热的装置中,使其再辐射该热量,在较长波长红外辐射的形式,下面的水。有趣的是,研究人员指出,红外波长更容易被水吸收,对日光波长,这将简单地权利,通过传递。

为设备的顶层,他们选择的金属陶瓷复合材料,其是一种高效的太阳能吸收器。它们涂覆在结构的与容易且有效地发射红外线的热量的材料底层。这两种材料之间,它们夹着网状碳泡沫层 - 本质上,海绵状材料镶嵌着绕组隧道和孔隙,它保留太阳的热量输入,并且可以进一步加热蒸汽备份通过泡沫上升。研究人员还附加一个小的出口管到所述泡沫,通过其所有的蒸汽可以离开和被容易地收集的一端。

最后,它们放置在装置上的一盆水并与聚合物的外壳,以防止从热逸出包围整个设置。

“这是不同材质的这个聪明的工程和他们是如何安排,使我们能够实现这种非接触式的安排相当高的效率,”库珀说。

万马奔腾

研究人员首先通过在实验室进行实验时,使用太阳模拟器,在不同的,受控的强度模仿自然阳光的特性进行测试的结构。他们发现,该结构是能够加热的一小盆水至沸点并产生过热蒸汽,在122℃,该模拟上的清晰,晴天产生的太阳光条件下。当研究者1.7倍增加该太阳能强度,他们发现该装置产生更热的蒸汽,在144℃。

在倍频程21,2017年,他们测试bt365手机的建筑物1的屋顶的装置中,在环境条件下。天呈清晰明亮,并进一步提高太阳的强度,研究人员构造的简单的太阳能集中器 - 曲面镜,有助于收集和重定向更多的阳光到设备上,从而提高了进入的太阳通量,类似于方式放大镜可以用来集中太阳的光束升温路面的一个补丁。

与此添加屏蔽,该结构产生的超过146c的蒸汽在3.5小时的过程中。在随后的实验中,该团队能够产生从海水蒸汽,没有所述装置的表面与盐晶体的污染。在另一组实验中,他们还能够收集和蒸汽冷凝烧瓶中来生产纯净的蒸馏水。

真说的是,在除了克服污染的挑战,该装置的设计使得蒸汽在单个点处被收集,在浓缩流,而先前的设计产生更稀的喷雾。

“这个设计确实解决了污染问题和蒸汽收集问题,”陈说。 “现在我们正在寻找让这个更有效,更完善的系统。有不同的机会,我们正在看什么都追求最好的选择。”

这项研究是由bt365手机的阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水和食物系统实验室(J-WAFS)部分支持,并从bt365手机的s3tec中心,能源前沿研究中心能源,科学办公室,基础能源科学部资助,并通过从瑞士国家科学基金会早期的博士后流动奖学金。