太阳能吸收装置将水转化为过热蒸汽

麻省理工学院的工程师们已经制造出一种装置,它能吸收来自太阳的足够热量,将水煮沸并产生”过热”蒸汽温度高于100摄氏度,没有任何昂贵的光学器件。

在晴朗的日子里,该结构可以被动地将热到足以对医疗设备进行消毒的蒸汽抽出来,以及用于烹饪和清洁。蒸汽也可以为工业过程供热,或者它可以被收集和浓缩以产生脱盐的,蒸馏饮用水。

研究人员先前开发了vwin手机版海绵状结构它漂浮在一个装水的容器里,把吸收的水变成蒸汽。但是一个很大的问题是水中的污染物会导致结构随着时间的推移而降解。新装置被设计成悬浮在水面上,以避免任何可能的污染。

悬挂装置的大小和厚度与小型数字平板电脑或电子阅读器差不多。它的结构就像三明治:顶层由一种能有效吸收太阳热量的材料制成,当底层有效地将热量散发到下面的水。一旦水达到沸点(100摄氏度)。它释放的蒸汽上升回到装置中,它通过中间层漏出-泡沫状物质,进一步加热高于沸点的蒸汽,在它通过一根管子抽出来之前。

他说:“这是一个很好的选择。”这是一个完全被动的系统-你只要把它放在外面吸收阳光,他说:“这是一个很好的选择。”托马斯·库珀说,约克大学机械工程助理教授,他在麻省理工学院做博士后。他说:“这是一个很好的选择。”你可以把它扩大到可以在偏远气候下为一个家庭生产足够的饮用水的地方,或对一个手术室的设备进行消毒。”他说:“这是一个很好的选择。”

小组的结果在今天发表的一篇论文中有详细说明。自然传播.这项研究包括来自陈刚实验室的研究人员,麻省理工学院电力工程的卡尔·理查德·索德伯格教授。

巧妙的组合

2014,陈的小组报告说第一次演示简单的,太阳能蒸汽发生器,以石墨覆盖的碳泡沫的形式漂浮在水上。这种结构吸收和定位太阳的热量到水的表面(否则热量会渗透到水里)。从那时起,他的研究小组和其他研究小组试图通过改变太阳能吸收特性的材料来提高设计的效率。但几乎所有的装置都设计成直接浮在水上,他们都遇到了污染问题,当它们的表面接触到水里的盐和其他杂质时。

研究小组决定设计一种悬挂在水面上的装置。该装置的结构可以吸收短波太阳能,从而加热设备,使它重新辐射热量,以长波红外辐射的形式,到下面的水里。有趣的是,研究人员注意到红外波长更容易被水吸收,相对于太阳波长,这只会直接通过。

对于设备的顶层,他们选择了一种金属陶瓷复合材料作为高效的太阳能吸收器。他们用一种容易有效地散发臭名昭著的热量的材料覆盖结构的底层。在这两种材料之间,他们夹了一层网状碳泡沫-本质上,一种海绵状的材料,上面布满了弯曲的隧道和小孔,它能保持太阳进入的热量,并进一步加热蒸汽通过泡沫上升。研究人员还在泡沫的一端安装了一个小出口管,通过它,所有的蒸汽都可以排出并容易收集。

最后,他们把这个装置放在一盆水上,并用聚合物外壳包围整个装置,以防止热量外泄。

他说:“这是一个很好的选择。”正是这种对不同材料的巧妙设计以及它们的排列方式,使我们能够通过这种非接触式排列达到相当高的效率,他说:“这是一个很好的选择。”库珀说。

全速前进

研究人员首先在实验室里进行实验来测试这种结构,使用模拟自然光变化特征的太阳模拟器,控制强度。他们发现这种结构能够将一小盆水加热到沸点并产生过热蒸汽,在122摄氏度时,在模拟晴朗阳光的条件下,阳光明媚的一天。当研究人员将太阳光强度增加1.7倍时,他们发现装置产生的蒸汽更热,在144摄氏度。

10月21,2017,他们在麻省理工学院1号楼的屋顶上测试了这个装置,在环境条件下。天晴了,为了进一步增加太阳的强度,研究人员建造了一个简单的太阳能集中器——一个曲面镜,它有助于收集更多的阳光并将其重新定向到设备上。从而提高了进入太阳的光通量,类似于使用放大镜集中太阳光来加热一块路面的方法。

加上屏蔽,该结构在3.5小时内产生超过146摄氏度的蒸汽。在随后的实验中,该小组能够从海水中产生蒸汽,不会用盐晶体污染设备的表面。在另一组实验中,他们也能收集和浓缩烧瓶中的蒸汽,以产生纯净的水。蒸馏水。

陈说,除了克服污染的挑战外,该装置的设计使蒸汽能够在一个点收集,在一条浓缩的河流中,而以前的设计产生了更多的稀喷雾。

他说:“这是一个很好的选择。”这一设计真正解决了污垢问题和蒸汽收集问题,他说:“这是一个很好的选择。”陈说。他说:“这是一个很好的选择。”现在我们正在努力提高效率并改进系统。有不同的机会,我们正在寻找最佳的选择。”他说:“这是一个很好的选择。”

这项研究得到了麻省理工学院Abdul Latif Jameel水和食品系统实验室(J-Wafs)的部分支持。从麻省理工的S3tec中心,能源部资助的能源前沿研究中心,科学办公室,德赢手机版基础能源科学,德赢手机版通过瑞士国家科学基金会的早期博士后流动性奖学金。德赢手机版

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