一种基于界面蒸发的四联供系统的制作方法

本发明属于热泵系统，具体涉及一种基于界面蒸发的四联供系统。

背景技术：

1、随着社会发展，针对能源短缺、环境污染和生态破坏等问题，利用清洁可再生的太阳能和绿色环保的生物质资源来解决现有问题，是一种可持续发展的解决方案。

2、太阳能，通过光热利用、光电利用和光化学利用等方式将其转化为热能、电能或化学能。近年来，太阳能界面蒸发技术作为一种重要的太阳能光热利用方式而受到广泛关注。太阳能界面蒸发技术利用光热材料位于气液界面的蒸发方法，将热量局限于蒸发界面，避免热量向水体内部传递，有效降低热损失，提高太阳能光热转换效率和能量利用率。太阳能界面蒸发技术的关键则是光热材料，它直接决定了太阳光利用率和界面蒸发效率，因此为了更好地提高界面蒸发的光热转换效率，开发低耗能、低成本、低污染的光热材料显得尤为重要。

3、生物质的利用，是一种能源高效利用、节能减排和保护环境的重要途径。如何将废弃生物质材料加以合理利用并充分发挥其潜在应用价值是一个备受关注和亟待解决的问题。

4、热能，是一种人们生产生活中必不可少的能量形式，将电能、化学能或太阳能等其他能量进行转换是热能的获取方式。将清洁可再生的太阳能和生物质资源综合利用以获取不可再生的热能是一种绿色环保可持续的能源利用方式。

5、目前，面对人们日益增长的热量需求和冷、热、电、气、水的全方位一体化应用需求，开发提供一种基于界面蒸发的四联供系统具有重要实用价值，而且具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于界面蒸发的四联供系统。本发明结合界面蒸发装置和热泵系统，所得到的系统可以供冷、供暖、供生活热水和供纯净饮用水。本发明提高了太阳能光热转换效率和能源利用率，整个系统的四联供功能可满足人们生产生活中冷、热和水等对多方位热量供应需求。

2、本发明所提供的技术方案如下：

3、一种基于界面蒸发的四联供系统，包括：

4、太阳能界面蒸发器，其具有低温水进口、高温气出口和常温水补水口；

5、压缩机；

6、水冷式冷凝器，其具有工质进口、工质出口、冷却介质进口和冷却介质出口；

7、以及膨胀阀；

8、其中：

9、所述高温气出口、所述压缩机、所述工质进口、所述工质出口、所述膨胀阀和所述低温水进口依次连通设置；

10、所述冷却介质进口连通水源管，所述冷却介质出口连通高温生活水供给管；

11、所述冷却介质进口和所述冷却介质出口分别连通供暖循环水管路；

12、连通所述水冷式冷凝器和所述膨胀阀的管路设置有冷凝水阀，所述冷凝水阀分别连通饮用水管路和供冷热管路。

13、上述技术方案中：

14、太阳能界面蒸发器以水作为工质，利用太阳能制取高温蒸汽。高温蒸汽经过压缩机后到达水冷式冷凝器，放出大量的热。

15、当冷却介质进口连通水源管，冷却介质出口连通高温生活水供给管，放出的热即对生活用水进行加热，从而可以得到生活热水。

16、当冷却介质进口和冷却介质出口分别连通供暖循环水管路，放出的热即对供暖循环水进行加热，以提供供暖的热源。

17、工质水经过冷凝器后温度降低，得到低温的工质水，通过设置冷凝水阀，当冷凝水阀连通饮用水管路，即可提供饮用水。当冷凝水阀连通供冷热管路，即夏季供冷，冬季供暖。其中，由于工质水实际为太阳能界面蒸发器中蒸发冷凝的水，并且，太阳能界面蒸发器中的碳化材料具有吸附杂质功能，从而确保系统所提供的饮用水的纯净度。

18、具体的，所述太阳能界面蒸发器包括：

19、敞口的水箱，所述水箱的开口密闭的设置有透明石英盖板；

20、固定的设置在所述水箱上部的隔热导水材料层；

21、覆盖在所述隔热导水材料层上的光热碳化材料层；

22、以及填充在所述隔热导水材料层底面和所述水箱底面之间的工质水；

23、其中：

24、所述光热碳化材料层和所述透明石英盖板之间设置为高温蒸汽区，其连通所述高温气出口；

25、所述水箱的下部设置所述低温水进口和所述常温水补水口。

26、上述技术方案中，透明石英板具有高透光、防污染和隔热等功能。碳化材料作为光热吸收层，将吸收的太阳能局限于蒸发层表面，具有良好的光热转换效率和太阳光利用率；除此之外，多孔隙结构的碳化材料还具有吸附净化功能，满足生活纯净水供应。隔热材料，低导热率，可以减少界面蒸发器对环境、周围空气和下部水体的热量损失。从而确保太阳能界面蒸发器高效的利用太阳能，向整个系统提供热源。

27、优选的，所述水箱的下部箱体材料为导热材料。对应的，上部箱体材料为隔热材料。

28、太阳能界面蒸发器中的水在蒸发的过程中，除太阳能以外，会吸收少量的环境热量。基于上述技术方案，可以利用太阳能界面蒸发器对水箱外的环境吸收一定程度的热量，从而起到一定程度的制冷作用。

29、具体的，所述隔热导水材料层的材料为含有毛细管通道的聚乙烯泡沫。

30、具体的，所述光热碳化材料层的碳化材料为经过碳化处理后得到的生物质材料。

31、隔热导水材料和光热碳化材料分别来自现有技术，例如下述现有技术公开的对应材料：

32、江代君,郑臻,吴炎琳,等.界面光热蒸发器的研究进展[j].太阳能,2021(11):10；

33、孙洋.多功能碳基光热转换材料及其界面水蒸发性能[d].大连理工大学,2022.doi:10.26991/d.cnki.gdllu.2022.003459；

34、tao p,ni g,song c,et al.solar-driven interfacial evaporation[j].nature energy,2018,3(12):1031-1041。

35、具体的，所述碳化材料的制备方法包括以下步骤：

36、1)将废弃生物质材料洗净烘干后，利用粉碎机或者研磨器粉碎成粉末状；

37、2)将步骤1)所得的粉末材料放入管式炉中经过400-600℃的高温碳化，整个过程通入氮气保护，碳化时间为2小时；

38、3)待步骤2)所得物料冷却后，经洗涤、干燥，即得所述碳化材料。

39、界面蒸发器的核心部件是作为光热吸收层的碳化材料。碳化材料来源可为经过碳化处理后的生物质材料，是一种吸光性能良好、可再生性、低污染性和资源丰富的光热材料。除此之外，它具有复杂的孔隙网状结构，增大吸光面积，还有利于水汽传输，并且碳化材料具有吸附净化的功能。

40、生物质可选择农业秸秆、薪柴、木质废弃物、牲畜粪便、城市垃圾等，将废弃生物质材料经过碳化处理来获取碳化材料是一种绿色、经济、环保的能源利用方式，成本低廉，资源丰富，节能减排。

41、具体的，所述供暖循环水管路为地暖循环水管路。

42、具体的，高温生活水供给管连通厨房热水管路或卫生间热水管路。

43、具体的，供冷热管路连通风机盘管。

44、本发明的效果和优点：

45、1、本发明提供的基于界面蒸发的四联供系统能够实现供冷、供热、供生活热水和供纯净水的“四联供”，极大程度地满足人们生产生活中冷、热、水的全方位需求。

46、2、本发明的太阳能界面蒸发器能够将清洁可再生的太阳能和绿色环保的生物质资源合二为一，减少了电能消耗。

47、3、本发明中使用的光热材料来源于废弃生物质，将废弃生物质材料经过碳化处理来获取碳化材料是一种绿色、经济、环保的能源利用方式。

48、4、本发明中透明石英板对可见光或紫外光具有高透光率，提高太阳光的利用率。

49、5、本发明的碳化材料是一种吸光性能良好、可再生性、低污染性和资源丰富的光热材料。它具有宽光谱范围的太阳光吸收能力，对太阳光分布较为集中的可见光及近红外光具有强烈的吸收能力。除此之外，它具有复杂的孔隙网状结构，增大吸光面积，还有利于水汽传输，并且碳化材料具有吸附净化的功能。

50、6、本发明的隔热材料含有毛细管通道，不仅可以减少热量损失，还为水分传输提供良好的输水通道。