基于对流流动与薄膜冷凝的拒盐连续被动太阳能热脱盐

被动式太阳能脱盐是一种新兴的低成本淡水生产技术。当前最先进的脱盐装置通常利用芯吸结构蒸发水分，通过最小化热损失来实现高太阳能-蒸汽效率。然而，芯吸结构无法连续排盐，导致装置在运行数小时后需关闭以排盐，限制了其工作时长。尽管大量研究聚焦于开发高效蒸发器以实现高太阳能-蒸汽效率，但低效冷凝器已成为整体太阳能-水效率的瓶颈。为克服这些挑战，我们设计了一种被动式倒置单级太阳能膜脱盐装置，可实现连续脱盐和排盐。通过重力使盐水流经辐射吸收、多孔、疏水的蒸发膜，盐持续从膜扩散离去，同时加热的水蒸气传输至下方较冷的微孔膜并冷凝。我们的设计利用微孔膜上的薄膜冷凝，提供了充足的三相接触区以增强冷凝相变传热。通过在微孔膜内冷凝，我们减小了冷凝器与蒸发器膜之间的间隙距离，从而降低蒸气传输阻力。我们实验演示了在单太阳光照下创纪录的连续脱盐与排盐测试时长 7 天。尽管蒸发侧为排盐所需的对流热损失有所增加，我们的脱盐装置仍实现了 0.487 $kg$ $m^{-2}h^{-1}$ 的集水速率，对应 32.2% 的太阳能-水效率。该工作标志着当前最先进脱盐装置鲁棒性的提升，并为进一步优化被动式太阳能脱盐装置提供了新架构。