基于波纹吸收体与集成冷凝器的改良球形太阳能蒸馏系统性能提升研究

本文创新性地通过波纹球形吸收体(MSSD)、黄麻芯吸材料、预热进水和集成冷凝器四重优化，将传统球形太阳能蒸馏器(CSSD)的产水效率提升200%（达10,430 mL/m2·day），单位成本降低88%（0.028 USD/L）。研究证实夜间热保留技术可实现170%的产能跃升，能量回收期(EPBT)仅1.22年，为可持续海水淡化提供突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究通过四项革新性设计显著提升球形太阳能蒸馏器性能：

1. 1.

   波纹球形吸收体：首创性采用波纹结构扩大蒸发表面积，单此改进使日产水量提升54%（5,560 vs. 3,610 mL/m²·day），热效率提高29%（44% vs. 34%）

2. 2.

   黄麻芯吸系统：系统评估黄麻布/木炭/棉质芯吸材料的毛细作用，其中黄麻与预热进水协同使累积产水量达6,520 mL/m²·day

3. 3.

   预热进水技术：利用废热预热进水，突破球形系统传统冷进水的热力学限制

4. 4.

   外置冷凝器：独特设计实现蒸汽高效冷凝，夜间运行产能暴增170%（9,625 vs. 3,570 mL/m²·day）

Apparatus fabrication

实验装置包含传统球形蒸馏器(CSSD)和改进型(MSSD)，均采用4 mm硼硅酸盐玻璃制作。600 mm直径球体设计确保全角度吸光，黑色铝制基底增强光热转化，波纹结构使蒸发面积增加37%。

Impact of absorber shape on MSSD performance

温度动态曲线显示，波纹吸收体在午后峰值期使水温提升8-12°C，蒸发速率与太阳辐射强度呈非线性正相关。关键发现：

• •

  波纹结构产生的湍流使蒸汽压差增大22%

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  黄麻芯吸使持水时间延长3.2小时

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  预热进水(65°C)降低启动能耗41%

Conclusion

完全优化的MSSD配置实现日产水量10,430 mL/m²·day的里程碑，成本降至0.028 USD/L。该技术突破传统太阳能蒸馏"低效高成本"双壁垒，特别适用于干旱地区心血管疾病高危人群的饮用水安全保障。