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可以產生“過熱”蒸氣的新裝置

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科技產業資訊室 - 周媛韻 發表於 2019年1月2日

圖、可以產生“過熱”蒸氣的新裝置
 
麻省理工學院研究員建造了一種裝置,可以從太陽中吸收足夠的熱量來煮沸水,以不需要任何昂貴的化學原件來產生比100℃更熱的“過熱”蒸汽。該研究發表在Nature Communications期刊上,由麻省理工學院的J-WAFS實驗室、麻省理工學院固態太陽能光熱轉換研究中心(S3TEC Center)執行,並由美國能源部、科學辦公室、基礎能源科學辦公室提供資助。
 
該設備可以在陽光充裕的日子,被動的取出足夠熱的蒸氣來進行醫療設備的消毒及烹飪與清潔上。蒸氣還能為工業過程中提供熱能,或是利用在收集及濃縮以產生脫鹽蒸餾水的製程。舊的設備是一塊海綿狀的結構,透過漂浮在容器內的水中並將其所吸收到的水轉化成蒸氣,但最大的疑慮是水中的汙染物,如水中的鹽或其他的雜質會導致該結構隨著時間的推移而降解。
 
因此,研究團隊開發了新設備,可以懸掛在水面上,以避免任何可能的致污物。新懸掛裝置的尺寸及厚度大約為一個小型的平板電腦大小,其結構類似一個三明治,可以吸收短波長的太陽光,經過加熱裝置後使其以更長波長的紅外輻射的形式將熱量傳送到水底。最上面那層是能有效吸收太陽熱量的金屬陶瓷複合材料所製成的,而最底層是能有效地將熱量散發到水裡的材料。當水達到100℃沸點時,就會釋放出蒸氣並透過類似漏斗的中間層升回裝置,其是一層網狀碳泡沫的材料,能夠進一步加熱透過中間層回升的蒸氣,使其高於沸點,並在連接的小出口管子外輕鬆收集這些蒸氣。研究人員將這個設備放在以盆水上,利用聚合物外殼包圍整個裝置,以防止熱量溢出。
 
研究人員在實驗室內進行實驗來測試新設備的結構,他們使用太陽模擬器來模擬自然陽光在不同的受控強度下的特徵。他們發現當模擬器為一個晴朗的天氣時,該結構可以將一小盆水加熱到沸點時產生122℃的“過熱”蒸氣。當太陽模擬器的強度被提高1.7倍時,該設備可以產生144℃的“過熱”蒸氣。研究人員隨後在周圍環境許可的條件下於麻省理工學院1號建築物的屋頂上進行該設備的測試,為了提高太陽光的強度,他們建構了一個簡單的太陽光聚光器─曲面鏡,來幫助收集及調配更多的陽光。該結構在3.5小時的過程中產生了超過146℃的“過熱”蒸氣。同時他們也發現這種新的設計有效解決了致污及蒸氣收集的問題。(880字;圖1)


參考資料:
Sun-soaking device turns water into superheated steam. MIT News,2018/12/11
MIT system uses sunlight to produce super-heated steam. New Atlas,2018/12/13


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