一、成果简介

淡水作为人类生活中不可缺少的重要资源，特别是在沿海地区，越来越受到人们的重视。海水淡化技术是我们获取淡水资源的重要手段，使用太阳能驱动海水淡化有助于节能减排和可持续发展。近年来由太阳能驱动的逆向蒸馏方式展现出了令人惊叹的产水性能，其能量转化效率远超传统太阳能蒸馏方式。然而，现有逆向蒸馏系统的高蒸发速率导致了海水中的盐离子在蒸发材料表面结晶，影响了系统的可持续性，严重阻碍了其长期大规模的实际应用。

针对逆向蒸馏过程中结盐的问题，本成果从工程热物理的传统工科角度，不采用任何昂贵新材料或催化剂等方面，提出了一种基于水层逆向蒸发的太阳能蒸馏方法，在海水淡化过程中同时实现了高效率蒸馏和可持续抗盐，有助于推动逆向蒸馏系统可持续、规模化的实际应用。

在这项成果中，使用太阳能吸收器、微孔疏水膜、不锈钢支撑网形成一个具有一定厚度的稳定水层。这一水层替代了以往研究逆向蒸馏系统中的亲水材料，同时实现逆向蒸发功能和抗盐功能。一个位于高处的供水体通过连通的管路在重力的驱动下自动地给水层持续补水。水层的上方和下方分别设置透明的对流盖板和冷凝铝板以分别实现隔热和冷凝功能。此外，将多个水层叠层放置形成具有回热功能的多级逆向蒸馏结构。

图1.太阳能驱动的蒸馏模式 (a)传统蒸馏；(b)基于亲水材料的逆向蒸馏；(c)基于水层的逆向蒸馏

团队根据顶部空气层厚度、水层厚度以及传质层厚度等影响系统热性能的参数，建立了一套理论模型，以能量转化效率为目标来优化结构参数。

其中，水层厚度在影响系统热性能的同时也影响着发生结盐的风险。水层厚度越大，发生结盐的风险越低，但与此同时能量转化效率会更低。因此，需要权衡水层厚度，考虑如何在水层厚度尽可能小的情况下也能够实现抗盐功能。事实上，水层相比亲水材料的最大优势在于水自由流动的特点。在水层中，通过重力可以便捷地诱发水层内部各处具有不同盐度的水的流动。针对这一特点开发出了两种抗盐和排盐的运行模式，将原本水平放置的装置向上方和下方分别倾斜以构建水层内部的盐水流动，实现抗盐和排盐的功能。

图2.单级装置实验与仿真 (a)-(c) 三种运行模式；(d)-(f) 盐度实验结果；(g)-(i) 蒸发表面盐度仿真结果

本成果通过实验揭示了逆向蒸馏系统发生结盐的机理并以可视化的方式诠释了基于水层的逆向蒸馏装置抗盐与排盐的原理。

技术优势：通过数据显示，单级蒸馏装置在常规3.5 wt%盐水环境下实现了60.6 %的太阳能到水的转化效率，并在21 wt%浓盐水环境下以47.4 %的效率可持续地蒸馏。具有10级水层回热结构的装置在常规3.5 wt%盐水环境下取得了354 %的高效率，并在每一级水层中都成功实现了抗盐功能。

图3.10级装置实验 (a) 10级装置结构原理；(b) 室内实验结果；(c) 10级装置；(d) 室外实验结果；(e) 室内实验平台；(f) 产水与盐度结果；(g) 温度结果；(h) 室外实验平台

二、应用领域

太阳能热利用、海水淡化领域。

三、市场前景

本成果从热质传递、流体流动的角度对太阳能驱动的逆向蒸馏系统提出了新的见解，解决了目前高效逆向蒸馏系统中难以克服的结盐问题，极大地促进了逆向蒸馏系统可持续、规模化的实际应用，有助于推动这类海水淡化系统投产落地。未来，对于太阳能蒸馏系统，在开发新材料不断突破效率瓶颈和改善系统可持续性的同时，还可以重点开发新的蒸馏模式，设计新系统并探索新结构，以实现新的功能、追求卓越性能。

四、知识产权

1、成果由北京理工大学单独持有；

2、本成果已授权专利。

五、合作方式

技术许可、合作开发、技术转让、技术服务和咨询等。

六、对接方式

（1）合作意向方联系北理工技术转移中心；

（2）北理工技术转移中心沟通了解意向方情况； 

（3）会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。

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