CN104776411B - 一种纳米沸腾太阳能多功能杯及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米沸腾太阳能多功能杯及其加热方法。它包括装置杯盖、杯身、杯座、三通导流管、多孔吸水材料、吸光纳米层、托架、蓄水腔、环形流道。本发明利用吸光纳米层材料的高效吸光性和亲水性，通过吸光纳米层内纳米颗粒吸光迅速升温‑纳米颗粒加热周围水沸腾‑产生高温蒸汽，这一过程实现将太阳能高效吸收转化成高温蒸汽，进而提高太阳能装置的光热转化效率，产生的高温蒸汽在多功能杯内实现多种用途。

Description

一种纳米沸腾太阳能多功能杯及其加热方法

技术领域

本发明涉及一种纳米沸腾太阳能多功能杯及其加热方法，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

太阳能技术作为一种可再生清洁能源利用技术，其在全球可持续能源发展战略中具有重要的意义。光热太阳能技术作为太阳能利用技术的主流技术之一，其根据太阳能热利用技术的研究根据温度区间的不同可以分为太阳能热水***，太阳能中温蒸汽供暖（冷）***和太阳能发电***。

然而，值得指出的是，光热太阳能技术目前发展面临的主要问题就是其经济性问题。由于投资成本过高、太阳能效率较低导致***投资成本较高，无法实现经济性运行。提高太阳能光热转化效率、降低***投资成本是当前太阳能热利用技术研究的主要方向。

传统光热太阳能***的光热转化效率较低的一个关键原因在于集热管的吸热和传热形式。然而，纳米材料作为一种新型的材料，利用纳米材料在吸光和传热上的优点，可以有效提高对太阳能光热转化效率的。

发明内容

本发明的目的在于克服传统太阳能集热器在光热转化上的不足，提供一种纳米沸腾太阳能多功能杯及其加热方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

纳米沸腾太阳能多功能杯包括杯盖、杯身、杯座、三通导流管、多孔吸水材料、吸光纳米层、托架、蓄水腔、环形流道；杯盖包括端盖、冷凝导流板、冷凝腔、冷凝腔入水口、冷凝腔出水口、杯盖蒸汽腔、冷凝水出口；冷凝导流板与端盖焊接密封，将杯盖内部空间分割成冷凝腔和杯盖蒸汽腔；杯盖蒸汽腔上设有冷凝水出口，冷凝腔上分别设有冷凝腔入水口和冷凝腔出水口；杯身包括上端连接口、贯通式内胆、杯身蒸汽腔、杯身罩、补水口、回流口；贯通式内胆的一端与杯身罩相连，并设有上端连接口，贯通式内胆的内部形成杯身蒸汽腔，杯身罩上分别设有补水口和回流口；杯座包括杯底和底罩，杯底与杯罩密封连接；托架包括丝网底盘和支撑杆架，丝网底盘与支撑杆架固定连接；杯身通过杯身罩与杯座的杯罩相连，两者之间形成蓄水腔，贯通式内胆与杯底之间形成环形流道；蓄水腔填充有多孔吸水材料，杯底上方环形流道高度范围内均匀填有吸光纳米层；杯身通过上端连接口与杯盖相连，使得杯盖蒸汽腔与杯身蒸汽腔贯通；杯盖的冷凝水出口与杯身的回流口通过三通导流管相连。

所述的吸光纳米层为超亲水纳米颗粒或多孔灰体材料。所述的贯通式内胆为双层中空或真空隔热结构。所述的杯底为高透光性石英玻璃。所述的环形流道的高度h1不高于1cm。所述吸光纳米层的高度大于或等于环形流道的高度h1。

纳米沸腾太阳能多功能杯的加热方法是：太阳光经聚焦后经杯底透射到吸光纳米层，吸光纳米层吸收太阳光后快速升温，与此同时，蓄水腔内的水通过多孔吸水材料以及吸光纳米层的亲水性，实现了液态水的经环形流道流入到吸光纳米层，吸光纳米层将水快速加热成高温蒸汽流入杯身蒸汽腔；进行高温消毒时，被消毒物体通过托架放置在杯身蒸汽腔内，实现高温蒸汽消毒的目的，与此同时，消毒后的蒸汽经冷凝导流板与冷凝腔内的冷水进行换热冷凝后通过冷凝出水口经三通导流管和回流口回蓄水腔形成封闭的循环；进行蒸馏获得纯净水时，调节三通阀冷凝出水口与回流口之间的三通导流管，使得冷凝水流出，并通过补水口对蓄水腔进行补水，以保证蓄水腔内液面高度的稳定。

本发明通过利用杯座的纳米材料吸收聚焦后的太阳光，纳米层吸光后迅速升温，将与之接触的水分快速加热成过热蒸汽，过热蒸汽形成高温蒸汽流进入杯身蒸汽腔。在蒸汽腔内可实现多种功能，如消毒、蒸煮食物等，此时待处理物品放在托架上，经过物品的蒸汽流上升至杯盖的蒸汽腔，经杯盖的冷凝腔内冷水换热冷凝后沿冷凝导流板通过冷凝出水口再经三通导流管和回流口流回蓄水腔形成封闭的循环。或者实现获得纯净水功能，此时调节三通阀冷凝出水口与回流口之间的三通导流管，使得冷凝水流出，并通过补水口对蓄水腔进行补水，且保证蓄水腔内液面高度的稳定在刻度范围内。

附图说明

图1是纳米沸腾太阳能多功能杯结构示意图；

图2是杯盖结构等轴测剖面图；

图3是杯身结构等轴测剖面图；

图4是杯座结构等轴测剖面图；

图5是托架结构等轴测视图；

图中：杯盖1、杯身2、杯座3、三通导流管4、多孔吸水材料5、吸光纳米层6、托架7、蓄水腔8、环形流道9、端盖10、冷凝导流板11、冷凝腔12、冷凝腔入水口13、冷凝腔出水口14、杯盖蒸汽腔15、冷凝水出口16、上端连接口17、贯通式内胆18、杯身蒸汽腔19、杯身罩20、补水口21、回流口22、杯底23和底罩24、杯底23、杯罩24、丝网底盘25和支撑杆架26。

具体实施方式

如图所示，一种纳米沸腾太阳能多功能杯包括杯盖1、杯身2、杯座3、三通导流管4、多孔吸水材料5、吸光纳米层6、托架7、蓄水腔8、环形流道9；杯盖1包括端盖10、冷凝导流板11、冷凝腔12、冷凝腔入水口13、冷凝腔出水口14、杯盖蒸汽腔15、冷凝水出口16；冷凝导流板11与端盖1焊接密封，将杯盖1内部空间分割成冷凝腔12和杯盖蒸汽腔15；杯盖蒸汽腔15上设有冷凝水出口16，冷凝腔12上分别设有冷凝腔入水口13和冷凝腔出水口14；杯身2包括上端连接口17、贯通式内胆18、杯身蒸汽腔19、杯身罩20、补水口21、回流口22；贯通式内胆18的一端与杯身罩20相连，并设有上端连接口17，贯通式内胆18的内部形成杯身蒸汽腔19，杯身罩20上分别设有补水口21和回流口22；杯座3包括杯底23和底罩24，杯底23与杯罩24密封连接；托架7包括丝网底盘25和支撑杆架26，丝网底盘25与支撑杆架26固定连接；杯身2通过杯身罩20与杯座3的杯罩24相连，两者之间形成蓄水腔8，贯通式内胆18与杯底23之间形成环形流道9；蓄水腔8填充有多孔吸水材料5，杯底23上方环形流道9高度范围内均匀填有吸光纳米层6；杯身2通过上端连接口17与杯盖1相连，使得杯盖蒸汽腔15与杯身蒸汽腔19贯通；杯盖1的冷凝水出口16与杯身2的回流口22通过三通导流管4相连。

所述的吸光纳米层6为超亲水纳米颗粒或多孔灰体材料。所述的贯通式内胆18为双层中空或真空隔热结构。所述的杯底23为高透光性石英玻璃。所述的环形流道9的高度h1不高于1cm。所述吸光纳米层6的高度大于或等于环形流道9的高度h1。

纳米沸腾太阳能多功能杯的加热方法是：太阳光经聚焦后经杯底23透射到吸光纳米层6，吸光纳米层6吸收太阳光后快速升温，与此同时，蓄水腔8内的水通过多孔吸水材料5以及吸光纳米层6的亲水性，实现了液态水的经环形流道9流入到吸光纳米层6，吸光纳米层6将水快速加热成高温蒸汽流入杯身蒸汽腔19；进行高温消毒时，被消毒物体通过托架3放置在杯身蒸汽腔19内，实现高温蒸汽消毒的目的，与此同时，消毒后的蒸汽经冷凝导流板11与冷凝腔12内的冷水进行换热冷凝后通过冷凝出水口14经三通导流管4和回流口22流回蓄水腔8形成封闭的循环；进行蒸馏获得纯净水时，调节三通阀冷凝出水口14与回流口22之间的三通导流管4，使得冷凝水流出，并通过补水口21对蓄水腔8进行补水，以保证蓄水腔8内液面高度的稳定。

本发明利用吸光纳米层内纳米颗粒的高效吸光性和亲水性，通过纳米颗粒吸光迅速升温-纳米颗粒加热周围水沸腾-产生高温蒸汽，这一过程实现将太阳能的高效转化成高温蒸汽，高温蒸汽流进入杯身蒸汽腔，在蒸汽腔内可实现多种功能，如消毒、蒸煮食物、蒸馏纯净水等。

Claims (7)

1.一种纳米沸腾太阳能多功能杯，其特征在于包括杯盖（1）、杯身（2）、杯座（3）、三通导流管（4）、多孔吸水材料（5）、吸光纳米层（6）、托架（7）、蓄水腔（8）、环形流道（9）；杯盖（1）包括端盖（10）、冷凝导流板（11）、冷凝腔（12）、冷凝腔入水口（13）、冷凝腔出水口（14）、杯盖蒸汽腔（15）、冷凝水出口（16）；冷凝导流板（11）与端盖（10）焊接密封，将杯盖（1）内部空间分割成冷凝腔（12）和杯盖蒸汽腔（15）；杯盖蒸汽腔（15）上设有冷凝水出口（16），冷凝腔（12）上分别设有冷凝腔入水口（13）和冷凝腔出水口（14）；杯身（2）包括上端连接口（17）、贯通式内胆（18）、杯身蒸汽腔（19）、杯身罩（20）、补水口（21）、回流口（22）；贯通式内胆（18）的一端与杯身罩（20）相连，并设有上端连接口（17），贯通式内胆（18）的内部形成杯身蒸汽腔（19），杯身罩（20）上分别设有补水口（21）和回流口（22）；杯座（3）包括杯底（23）和杯罩（24），杯底（23）与杯罩（24）密封连接；托架（7）包括丝网底盘（25）和支撑杆架（26），丝网底盘（25）与支撑杆架（26）固定连接；杯身（2）通过杯身罩（20）与杯座（3）的杯罩（24）相连，两者之间形成蓄水腔（8），贯通式内胆（18）与杯底（23）之间形成环形流道（9）；蓄水腔（8）填充有多孔吸水材料（5），杯底（23）上方环形流道（9）高度范围内均匀填有吸光纳米层（6）；杯身（2）通过上端连接口（17）与杯盖（1）相连，使得杯盖蒸汽腔（15）与杯身蒸汽腔（19）贯通；杯盖（1）的冷凝水出口（16）与杯身（2）的回流口（22）通过三通导流管（4）相连。

2.根据权利要求1所述的一种纳米沸腾太阳能多功能杯，其特征在于所述的吸光纳米层（6）为超亲水纳米颗粒或多孔灰体材料。

3.根据权利要求1所述的一种纳米沸腾太阳能多功能杯，其特征在于所述的贯通式内胆（18）为双层中空或真空隔热结构。

4.根据权利要求1所述的一种纳米沸腾太阳能多功能杯，其特征在于所述的杯底（23）为高透光性石英玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种纳米沸腾太阳能多功能杯，其特征在于所述的环形流道（9）的高度h1不高于1cm。

6.根据权利要求1或5所述的一种纳米沸腾太阳能多功能杯，其特征在于所述吸光纳米层（6）的高度大于或等于环形流道（9）的高度h1。

7.一种使用如权利要求1所述纳米沸腾太阳能多功能杯的加热方法，其特征在于：太阳光经聚焦后经杯底（23）透射到吸光纳米层（6），吸光纳米层（6）吸收太阳光后快速升温，与此同时，蓄水腔（8）内的水通过多孔吸水材料（5）以及吸光纳米层（6）的亲水性，实现了液态水的经环形流道（9）流入到吸光纳米层（6），吸光纳米层（6）将水快速加热成高温蒸汽流入杯身蒸汽腔（19）；进行高温消毒时，被消毒物体通过托架（3）放置在杯身蒸汽腔（19）内，实现高温蒸汽消毒的目的，与此同时，消毒后的蒸汽经冷凝导流板（11）与冷凝腔（12）内的冷水进行换热冷凝后通过冷凝腔出水口（14）经三通导流管（4）和回流口（22）流回蓄水腔（8）形成封闭的循环；进行蒸馏获得纯净水时，调节三通阀冷凝腔出水口（14）与回流口（22）之间的三通导流管（4），使得冷凝水流出，并通过补水口（21）对蓄水腔（8）进行补水，以保证蓄水腔（8）内液面高度的稳定。