一种基于表面局部加热的液体蒸发方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热蒸发技术领域，尤其是涉及一种基于表面局部加热的液体蒸发方法。
【背景技术】
[0002]液体蒸发是利用加热的办法，将液体加热到沸点产生沸腾现象形成蒸汽，该技术的应用极为广泛。例如，蒸汽锅炉就是利用蒸发产生大量热蒸汽来进行供热或者提供驱动力。在第一次工业革命中，瓦特制造出了第一台以蒸发产生的热蒸汽为驱动力的蒸汽机，极大地解放了人类的生产力。在现代的内燃机汽缸内，热蒸发促使燃料与空气进行混合从而达到充分燃烧。同样，高效的热蒸发也有助于提高发电厂发电效率，增强相变传热系统的热能传输性能。另外，稀溶液浓缩、溶质结晶、蒸馏提纯、海水淡化等领域也是蒸发技术常被利用的范畴。
[0003]当前的蒸发技术都是利用各种热源对装有液体的容器底部或者器壁进行加热，过热的电热元件或器壁与内部液体之间发生热交换，通过热对流使内部液体达到沸点而沸腾，产生大量的蒸汽。这种整体加热方式需要将容器内所有液体加热到沸点后才能产生蒸汽，在这个过程中有大量的热量被液体和容器所吸收，造成热能的浪费。同时，底部加热方式要求过热的液体气泡从底部经过长距离的运动到达液体与空气的交界面，蒸汽才能逃逸。这种底部加热设计导致当前的蒸发技术存在响应慢、蒸发效率低下等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种避免了因为蒸发而导致的液面涨落使热源脱离液体表面，实现了可控的长时间蒸发的基于表面局部加热的液体蒸发方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，采用浮动式热源，该热源位于液体的表面，采用表面局部加热的方式将液体表面加热到沸点，不需要将所有液体加热到沸点，实现液体的蒸发，有效提高了热能利用率和液体蒸发效率。
[0007]所述的浮动式热源与液体表面直接接触，部分或完全浸没在液体内，保持热源处于液体表面范围内。
[0008]所述的浮动式热源随液面下降而缓慢下降，保持在液体的表面处。
[0009]所述的浮动式热源通过液体的浮力或外接仪器控制，保持在液体的表面处。
[0010]所述的浮动式热源采用电加热、燃料加热或其他方式进行加热，这类加热方式具有易于获取，加热迅速的优点，尤其适用于大规模液体蒸发的应用场合例如大型的蒸汽锅炉等。
[0011]所述的浮动式热源的表面呈网状或多孔状结构，既能快速对液体进行局部加热，又能使蒸汽快速的脱离液面。
[0012]所述的液体为水、有机溶剂的纯液体或是混合溶液。
[0013]这种基于表面局部加热的高效液体蒸发技术，与传统的液体蒸发技术相比，其优势在于:传统的液体蒸发，一般是在容器底部，由于液体的热对流存在，热液上浮，冷液下降，要达到液体的沸点需要经历一个漫长的加热过程，不仅浪费了热能，而且耗费了大量的时间。而本技术直接采用液体表面局部加热的方式来蒸发液体，热对流的影响非常小，无需将全部液体加热，热量在液面集中，大大提高了蒸发效率。同时，本技术采用浮动式热源，避免了因为蒸发而导致的液面涨落使热源脱离液体表面，实现了可控的长时间蒸发。另外，本技术对热量的来源并无特殊要求，可采用电加热、燃料燃烧等。该技术采用表面局部加热的方式，达到了快速高效蒸发液体的目的，在实际的工业应用中，有着广阔的应用前景。
【附图说明】
[0014]图1为电加热功率为5W时的蒸发速度对比图；
[0015]图2为电加热功率为9W时的蒸发速度对比图；
[0016]图3为燃料加热功率为7W时的蒸发速度对比图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0018]实施例1
[0019]取一个10ml烧杯，装入约80ml去离子水，置于电子天平上。将订制的多孔电加热片漂浮在烧杯中的液面上，然后将电加热片的电极接到直流可调电源上。
[0020]将电子天平的数据端口接到电脑上，打开记录软件，设定每五秒钟读取一次电子天平的示数。
[0021]一切准备工作就绪后，打开直流可调电源，调节输出功率至5W，同时点击电脑软件开始记录数据，四十分钟之后关闭直流电源，并导出电脑记录的蒸发数据。
[0022]重复上一步骤，测量输出功率为9W时的蒸发数据。
[0023]比较例I
[0024]为了突出表面局部加热在液体蒸发上的优势，我们还进行了一系列底部加热的对比实验。
[0025]取一个10ml烧杯，装入约80ml去离子水，置于电子天平上。将订制的多孔电加热片浸没到烧杯的底部，然后将电加热片的电极接到直流可调电源上。
[0026]将电子天平的数据端口接到电脑上，打开记录软件，设定每五秒钟读取一次电子天平的示数。
[0027]一切准备工作就绪后，打开直流可调电源，调节输出功率至5W，同时点击电脑软件开始记录数据，四十分钟之后关闭直流电源，并导出电脑记录的蒸发数据。
[0028]重复上一步骤，测量输出功率为9W时的蒸发数据
[0029]通过对上述实验蒸发数据的处理，我们得到附图中的数据对比图。
[0030]图1显示的是加热功率为5W时表面加热和底部加热的蒸发速度对比图，从图中可以看出，四十分钟内表面加热蒸发掉了约2.1克去离子水，而底部加热只蒸发掉了约0.6克去离子水，差别非常大。
[0031]图2显示的是加热功率为9W时表面加热和底部加热的蒸发速度对比图，从图中可以看出，两种加热方式的蒸发量差别依然非常大，表面加热的蒸发量约为底部加热蒸发量的3倍，表明表面局部加热的蒸发效率要远远优于底部加热方式。
[0032]实施例2
[0033]以燃料燃烧产生的热量作为表面局部加热的热源，热量通过具有高导热率的热管传递到被蒸发液体的表面，同时利用浮力的作用使热管保持在液面处。燃烧释放的热能迅速传导到表面的液体，使其达到沸点，快速蒸发。相较于底部燃烧加热，该技术具有蒸发响应快、蒸发效率高等优点。采用与实施例1相同的实验装置，将表面局部加热热源更换为燃料加热，进行对比蒸发实验。图3显示的是燃料加热功率为7W时表面加热和底部加热蒸发速度对比图。可以发现，与电加热相类似，本发明提出的表面局部加热的蒸发速率和蒸发的响应都远高于传统底部加热方式。
【主权项】
1.一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，该方法采用浮动式热源，该热源位于液体的表面，采用表面局部加热的方式将液体表面加热到沸点，不需要将所有液体加热到沸点，实现液体的蒸发。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，所述的浮动式热源与液体表面直接接触，部分或完全浸没在液体内，保持热源处于液体表面范围内。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，所述的浮动式热源随液面下降而缓慢下降，保持在液体的表面处。
4.根据权利要求3所述的一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，所述的浮动式热源通过液体的浮力或外接仪器控制，保持在液体的表面处。
5.根据权利要求1所述的一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，所述的浮动式热源采用电加热、燃料加热或其他方式进行加热。
6.根据权利要求1所述的一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，所述的浮动式热源的表面呈网状或多孔状结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，其特征在于，所述的液体为水、有机溶剂的纯液体或是混合溶液。
【专利摘要】本发明涉及一种基于表面局部加热的液体蒸发方法，采用浮动式热源，该热源位于液体的表面，采用表面局部加热的方式将液体表面加热到沸点，不需要将所有液体加热到沸点，实现液体的蒸发。与现有技术相比，本发明具有易于获取、加热迅速等优点，尤其适用于大规模液体蒸发的应用场合例如大型的蒸汽锅炉等，能量利用率高、蒸发速率快。
【IPC分类】B01D1-00
【公开号】CN104784947
【申请号】CN201510198891
【发明人】杨超, 常超, 赵登梧, 刘颜铭, 陶鹏, 宋成轶, 邬剑波, 尚文, 邓涛
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日