一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统

本发明涉及太阳能蒸汽发生器，尤其涉及一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统。

背景技术：

1、海水淡化作为解决全球水资源危机的关键技术路径，正面临着能源消耗高、运行成本大等现实挑战。在众多海水淡化技术中，太阳能驱动的界面蒸发技术因其低能耗、环境友好等优势而备受关注。

2、太阳能界面蒸发技术可以将太阳能转换成热能并集中于蒸发表面，有效减少热能向液体的传导，从而大幅降低能量损耗，提高淡水制备效率。

3、随着蒸发过程的持续进行，蒸发器内部的盐浓度逐渐趋近饱和，最终会在光热界面沉积大量盐晶体，阻碍光吸收并降低蒸发性能，这是限制蒸发器长时间稳定运行的关键瓶颈。因此，及时移除光热界面积累的盐晶体对于维持稳定的蒸发速率至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，解决背景技术中提到的技术问题。本发明设置的系统使蒸发器在微小扰动下能够产生剧烈的晃动或震荡，使得盐结晶脱落。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，包括界面蒸发组件和双稳态支撑组件；

4、所述界面蒸发组件包括光热转化材料、浮力体和输水材料，所述光热转化材料中部的底端与输水材料接触设置，所述输水材料的下端向下延伸并穿过浮力体的中部；

5、所述双稳态支撑组件包括双稳态结构和若干个弹簧，所述双稳态结构设置在光热转化材料与浮力体之间，所述输水材料穿过双稳态结构设置，所述若干个弹簧的一端分别与双稳态结构的一侧连接，所述若干个弹簧的另一端设置在浮力体上。

6、进一步地，所述双稳态结构包括若干个悬臂梁和固定端，所述若干个悬臂梁的上端与光热转化材料接触设置，所述若干个悬臂梁的下端设置在两个固定端之间，所述固定端设置在浮力体上，且输水材料依次穿过两个固定端设置。

7、进一步地，所述若干个弹簧的一端分别与若干个悬臂梁的一端连接，所述若干个弹簧的另一端设置在浮力体上，当悬臂梁弹性跳变时，弹簧可为悬臂梁提供回弹的支撑。

8、进一步地，所述光热转化材料设置为花瓣形结构，所述光热转化材料为高吸光度多孔材料。

9、进一步地，所述高吸光度多孔材料为气凝胶、水凝胶、碳毡或碳化生物质材料中的一种或多种灵活装载。

10、进一步地，所述浮力体的中部设置有凹槽，所述固定端设置在凹槽内，且固定端和凹槽的中部均设置有通孔，所述输水材料穿过通孔设置。

11、进一步地，所述浮力体为聚乙烯泡沫或能提供足够浮力的材料。

12、进一步地，所述输水材料为棉絮、棉棒、麻绳或麻线物质材料中的一种。

13、进一步地，所述悬臂梁设置为向外侧凹陷的弧形结构，所述悬臂梁采用黄铜片或不锈钢片制成。

14、进一步地，所述双稳态结构的制备方法包括以下步骤：

15、（1）选用若干对细长黄铜片或不锈钢片作为悬臂梁，使用胶膜将其均匀粘接在两块1mm厚的铝板之间并用夹子加紧；

16、（2）在桌面上小心地将相对的悬臂梁的下端对齐，用胶膜粘接并用夹子加紧；

17、（3）将整个组件放入烘箱，在温度为120℃的条件下固化90分钟，固化完成后取出并卸下夹子，即得到双稳态结构成品。

18、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

19、1、本发明的系统采用纯机械结构，无需电场、磁场、智能材料或电控外部驱动，可依靠盐分累积重量与结构自身的弹性突跳特性实现自动脱盐，并能够利用自然风场、水面波浪、水流冲击等环境扰动辅助触发脱盐，大幅降低界面蒸发系统的结构复杂度与制造成本，适用于户外、无电、长期无人值守的海水淡化场景，稳定性与环境适应性显著提升。

20、2、本发明的系统在含盐水体中应用时，能够主动去除已有的盐分结晶，并可在风浪环境或水面漂浮工况下将外界扰动转化为有利于盐晶脱落的机械振动，避免系统因盐分结晶造成性能下降，可长期稳定应用于海水淡化、饮用水提纯和污水处理等领域。

21、3、本发明的系统可通过尺寸、刚度、几何构型灵活调控触发力与跳变幅度，能够适配不同尺寸、不同材质、不同形状的蒸发界面，可根据盐结晶速率、水体盐度、负载重量实现匹配，通用性强、易于模块化与阵列化扩展。

22、4、本发明的系统在实现自清洁功能的同时，双稳态结构触发的抖动过程能够同步诱导气液界面失稳和振荡，有效打破光热多孔介质内部因毛细作用形成的静态液膜分布，扩大多孔介质内弯月面的薄液膜区域面积，增强局部传热系数，进而提高蒸发制备效率；该设计巧妙地将环境扰动能量（如风能、波浪能）转化为有益的机械振动，实现了能量的高效利用与功能耦合，进一步提升了系统的整体能量转换效率。

1.一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：包括界面蒸发组件和双稳态支撑组件；

2.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述双稳态结构包括若干个悬臂梁（4）和固定端（5），所述若干个悬臂梁（4）的上端与光热转化材料（1）接触设置，所述若干个悬臂梁（4）的下端设置在两个固定端（5）之间，所述固定端（5）设置在浮力体（2）上，且输水材料（3）依次穿过两个固定端（5）设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述若干个弹簧（6）的一端分别与若干个悬臂梁（4）的一端连接，所述若干个弹簧（6）的另一端设置在浮力体（2）上，当悬臂梁（4）弹性跳变时，弹簧（6）可为悬臂梁（4）提供回弹的支撑。

4.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述光热转化材料（1）设置为花瓣形结构，所述光热转化材料（1）为高吸光度多孔材料。

5.根据权利要求4所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述高吸光度多孔材料为气凝胶、水凝胶、碳毡或碳化生物质材料中的一种或多种灵活装载。

6.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述浮力体（2）的中部设置有凹槽（7），所述固定端（5）设置在凹槽（7）内，且固定端（5）和凹槽（7）的中部均设置有通孔（8），所述输水材料（3）穿过通孔（8）设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述浮力体（2）为聚乙烯泡沫或能提供足够浮力的材料。

8.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述输水材料（3）为棉絮、棉棒、麻绳或麻线物质材料中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述悬臂梁（4）设置为向外侧凹陷的弧形结构，所述悬臂梁（4）采用黄铜片或不锈钢片制成。

10.根据权利要求2所述的一种基于双稳态结构的太阳能界面蒸汽制备系统，其特征在于：所述双稳态结构的制备方法包括以下步骤：