提高海水淡化中潛熱利用效率的方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及提高海水淡化中潛熱利用效率的方法及設(shè)備，提供了一種提高海水淡化中潛熱利用效率的方法，該方法包括以下步驟：提供一種熱電裝置，以及將熱電裝置通電。還提供了一種提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備。
【專利說(shuō)明】提高海水淡化中潛熱利用效率的方法及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海水淡化領(lǐng)域，涉及一種提高海水淡化中潛熱利用效率的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)切的問(wèn)題。作為水資源的開源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑。到2008年，世界上已有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在應(yīng)用海水淡化技術(shù)，全球有海水淡化廠1.3萬(wàn)多座，海水淡化日產(chǎn)量約6348萬(wàn)噸，其中80%用于飲用水，解決了 I億多人的供水問(wèn)題
[0003]現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法等，其中蒸餾法和反滲透法占統(tǒng)治地位，適用于大型海水淡化技術(shù)，蒸餾法包括多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)、壓氣蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)等，反滲透法具有能耗方面的優(yōu)勢(shì)。蒸餾法由于能耗高造成其淡水生產(chǎn)成本偏高，一些國(guó)家慢慢把發(fā)展重轉(zhuǎn)向反滲透法。但蒸餾法具有大型化和超大型化，以及利用污染重的海灣水以及預(yù)處理費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)，如果能有效降低能耗，將其技術(shù)成熟、運(yùn)行安全性高、彈性大的特點(diǎn)充分發(fā)揮，在未來(lái)海水淡化技術(shù)發(fā)展中還是很具有競(jìng)爭(zhēng)力的。
[0004]I千克水在一個(gè)大氣壓下，從0°C升高到100°C所需的能量為420kJ，而I千克100°C水變?yōu)?00°c的水蒸氣所需能量為2260kJ，蒸餾法的大部分能耗集中在海水的汽化潛熱上。因此，對(duì)于各種蒸餾法，回收利用水蒸汽冷凝所釋放出的潛熱成為降低能耗最重要的手段。目前所有的蒸餾法都設(shè)有潛熱回收裝置，雖然結(jié)構(gòu)有所不同，但基本原理都是蒸汽在管道內(nèi)冷凝，釋放出的冷凝潛熱由管道從內(nèi)向外傳遞，通過(guò)自然的熱傳導(dǎo)直接將熱量傳遞至海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器，為蒸發(fā)海水提供熱量，以提高過(guò)程的熱效率。但都存在以下不足:一方面，因?yàn)槭侵苯訜醾鲗?dǎo)的方式傳遞冷凝潛熱，不能快速將熱量轉(zhuǎn)移出來(lái)，熱量在管道內(nèi)積聚使得溫度升高，管道內(nèi)壁`與蒸汽之間的溫差減小，蒸汽冷凝速度減慢，導(dǎo)致蒸汽不能完全在管道內(nèi)冷凝，造成凝結(jié)潛熱損失；另一方面，為了使蒸汽能全部冷凝，冷凝管道一般較長(zhǎng)，占用了大量的空間，增大了海水淡化設(shè)備的體積。
[0005]迄今為止，本領(lǐng)域尚未開發(fā)出一種能提高海水淡化過(guò)程中潛熱的回收利用率，減少了潛熱損失，減小潛熱回收裝置所占空間，最終降低海水淡化成本，節(jié)約能源的使用蒸餾法的海水淡化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種新穎的提高海水淡化中潛熱利用效率的方法及設(shè)備，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0007]—方面，本發(fā)明提供了一種提高海水淡化中潛熱利用效率的方法，該方法包括以下步驟:
[0008]提供一種熱電裝置，該熱電裝置包括熱電器件，位于熱電器件兩側(cè)的冷端散熱片和熱端散熱片，以及分別位于熱電器件與冷端散熱片之間以及熱電器件與熱端散熱片之間的絕緣導(dǎo)熱膜；以及
[0009]將熱電裝置通電，使得熱電器件產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)，其兩側(cè)表面分別產(chǎn)生吸熱效應(yīng)和放熱效應(yīng)，分別通過(guò)絕緣導(dǎo)熱膜傳導(dǎo)到冷端散熱片和熱端散熱片上，其中，蒸汽經(jīng)過(guò)冷端散熱片時(shí)被冷卻而迅速冷凝，釋放出的冷凝潛熱快速被冷端散熱片吸收，通過(guò)熱電器件被輸運(yùn)至熱端散熱片，用來(lái)預(yù)熱海水或產(chǎn)生蒸發(fā)，從而使熱量循環(huán)利用。
[0010]另一方面，本發(fā)明提供了一種提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備，該設(shè)備包括:
[0011 ] 熱電裝置，該熱電裝置包括熱電器件，位于熱電器件兩側(cè)的冷端散熱片和熱端散熱片，以及分別位于熱電器件與冷端散熱片之間以及熱電器件與熱端散熱片之間的絕緣導(dǎo)熱膜；
[0012]放置冷端散熱片的冷凝管；以及
[0013]放置熱端散熱片的海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器。
[0014]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述熱電器件是尼龍框熱電器件，其用尼龍做成框架，熱電材料置于框架內(nèi)，框架外噴涂有電極。
[0015]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述絕緣導(dǎo)熱膜是聚酰亞胺薄膜。
[0016]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚酰亞胺薄膜的兩側(cè)都覆銅箔，一側(cè)與熱電器件焊接相連，另一側(cè)與散熱片焊接相連。
[0017]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚酰亞胺薄膜與熱電器件貼合的一側(cè)的銅箔的形狀與熱電器件表面的圖形相配合，另一側(cè)全部覆銅箔。
[0018]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述冷端散熱片和熱端散熱片為翅片式，在每個(gè)翅片上都開有小窗。
[0019]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述熱電裝置的數(shù)量為I個(gè)或多個(gè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的熱電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的發(fā)明人在經(jīng)過(guò)了廣泛而深入的研究之后發(fā)現(xiàn)，將熱電器件移植到蒸餾法海水淡化中，利用熱電器件的帕爾帖(pe11ier )效應(yīng)，通電后熱電器件一端吸熱，一端放熱，使得水蒸氣能快速冷凝，并將大量的冷凝潛熱迅速輸運(yùn)至另一端，加熱預(yù)熱箱或蒸發(fā)器內(nèi)海水，從而能有效提高海水淡化過(guò)程中潛熱的回收利用率，減少潛熱損失，減小潛熱回收裝置所占空間，降低海水淡化成本，節(jié)約能源?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。
[0023]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種提高海水淡化中潛熱利用效率的方法，該方法包括以下步驟:
[0024]提供一種熱電裝置，該熱電裝置包括熱電器件、散熱片和絕緣導(dǎo)熱膜，所述絕緣導(dǎo)熱膜位于散熱片和熱電器件之間；
[0025]將熱電器件接通電源，產(chǎn)生溫差，與冷端相連的散熱片置于冷凝管中，與熱端相連的散熱片置于海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器內(nèi)；水蒸汽在冷凝管內(nèi)遇到散熱片而快速冷凝，釋放大量潛熱，由于熱電材料的帕爾貼效應(yīng)，熱電器件的冷端迅速吸收熱量，輸運(yùn)至熱電器件的熱端，并且在與熱端相連的散熱片上釋放，對(duì)海水進(jìn)行加熱。
[0026]在本發(fā)明中，當(dāng)對(duì)熱電器件施加電流時(shí)，熱電器件就會(huì)產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)，其兩側(cè)表面分別產(chǎn)生吸熱和放熱效應(yīng)，通過(guò)絕緣導(dǎo)熱膜傳導(dǎo)到散熱片上。蒸汽與冷端散熱片之間溫差較大，蒸汽經(jīng)過(guò)冷端散熱片時(shí)被冷卻而迅速冷凝，釋放出的冷凝潛熱快速被散熱片吸收，通過(guò)熱電器件被輸運(yùn)至熱端散熱片，用來(lái)預(yù)熱海水或產(chǎn)生蒸發(fā)，從而使熱量能夠循環(huán)利用。由于熱電器件的帕爾帖效應(yīng)，冷端散熱片不會(huì)因吸收冷凝潛熱而大幅升高溫度，能長(zhǎng)時(shí)間保持與蒸汽之間的溫差，使蒸汽始終能高效率冷凝。熱電器件本身的能耗很小，并且這部分能量最終轉(zhuǎn)換為熱量，用于加熱或蒸發(fā)海水，不會(huì)造成能源的浪費(fèi)。熱電器件吸、放熱效應(yīng)的強(qiáng)弱可以通過(guò)調(diào)節(jié)供給器件的電壓來(lái)控制。
[0027]在本發(fā)明的第二方面，提供了一種提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備，該設(shè)備包括:
[0028]熱電裝置，該熱電裝置包括熱電器件、散熱片和絕緣導(dǎo)熱膜，所述絕緣導(dǎo)熱膜位于散熱片和熱電器件之間；
[0029]放置冷端散熱片的冷凝管；以及
[0030]放置熱端散熱片的海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器。
[0031 ] 在本發(fā)明中，所述熱電裝置包括尼龍框熱電器件、覆銅聚酰亞胺絕緣導(dǎo)熱膜、以及散熱片。所述聚酰亞胺絕緣導(dǎo)熱膜的兩面都覆銅，薄膜一面與尼龍框熱電器件焊接相連，另一面與散熱片焊接相連，這樣由一個(gè)熱電器件、兩片薄膜和兩個(gè)散熱片組成了一個(gè)熱電裝置。兩個(gè)散熱片，一個(gè)嵌入冷凝管中，另一個(gè)嵌入海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器內(nèi)。
[0032]在本發(fā)明中，所述熱電器件用尼龍做成框架，熱電材料置于框架內(nèi)，外面噴涂有電極，具有良好的耐壓抗震性能， 當(dāng)對(duì)熱電器件施加電流，由于帕爾帖效應(yīng)，在其兩側(cè)表面分別產(chǎn)生吸熱和放熱效應(yīng)。
[0033]在本發(fā)明中，所述絕緣導(dǎo)熱膜是聚酰亞胺薄膜，位于熱電器件和散熱片之間，在薄膜兩側(cè)覆有銅箔，薄膜與熱電器件貼合的一側(cè)，銅箔的形狀與熱電器件表面的圖形相配合，另一側(cè)全部覆銅箔。
[0034]在本發(fā)明中，所述散熱片為翅片式，在每個(gè)翅片上都開有小窗，使散熱片與蒸汽的接觸面積增大。
[0035]以下參看附圖。
[0036]圖1是本發(fā)明的熱電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的熱電裝置I包括熱電器件2，位于熱電器件兩側(cè)的冷端散熱片和熱端散熱片4，以及分別位于熱電器件與冷端散熱片之間以及熱電器件與熱端散熱片之間的絕緣導(dǎo)熱膜3。
[0037]圖2是本發(fā)明的提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備包括熱電裝置，該熱電裝置包括熱電器件2，位于熱電器件兩側(cè)的冷端散熱片和熱端散熱片4，以及分別位于熱電器件與冷端散熱片之間以及熱電器件與熱端散熱片之間的絕緣導(dǎo)熱膜3 ;放置冷端散熱片的冷凝管6 ;以及放置熱端散熱片的海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器5。
[0038]一側(cè)散熱片4嵌入冷凝管6中，另一側(cè)散熱片4嵌入海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器5中。當(dāng)電流通過(guò)熱電器件2時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)，其兩側(cè)表面因吸熱和放熱效應(yīng)而產(chǎn)生溫差。冷凝管6中的蒸汽經(jīng)過(guò)散熱片4，因散熱片4溫度較低，與蒸汽之間溫差較大，蒸汽與之接觸后迅速冷凝，同時(shí)釋放出冷凝潛熱，由于熱電器件2冷端的吸熱效應(yīng)，冷凝潛熱快速被散熱片4吸收，通過(guò)熱電器件2被輸運(yùn)至熱端散熱片4，熱端散熱片4嵌入海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器5中，傳輸過(guò)來(lái)的熱量用來(lái)預(yù)熱海水或產(chǎn)生蒸發(fā)，從而使?jié)摕崮軌蛴行У匮h(huán)利用。工作時(shí)熱電器件2能夠維持其兩面的溫差，使得冷端散熱片4不會(huì)因吸收冷凝潛熱而大幅升高溫度，能長(zhǎng)時(shí)間保持與蒸汽之間的溫差，使蒸汽始終能高效率冷凝，減少了潛熱損失。熱電器件2體積小，蒸汽能在較小空間和較短時(shí)間內(nèi)冷凝，減小了潛熱回收裝置所占空間，降低了海水淡化成本，節(jié)約了能源。熱電器件2本身的能耗很小，并且這部分能量最終轉(zhuǎn)換為熱量，用于加熱或蒸發(fā)海水，不會(huì)造成能源的浪費(fèi)。熱電器件吸、放熱效應(yīng)的強(qiáng)弱可以通過(guò)調(diào)節(jié)供給器件的電壓來(lái)控制。在實(shí)際使用中，可據(jù)需要決定熱電裝置的功率和安裝個(gè)數(shù)。
[0039]其中，熱電器件2的框架由尼龍制成，比原有的陶瓷基器件耐壓抗震性能更好。絕緣導(dǎo)熱膜3是聚酰亞胺薄膜，其兩面附有銅箔，和熱電器件結(jié)合的一側(cè)銅箔的圖形與電極匹配，薄膜兩側(cè)分別與熱電器件2和散熱片4焊接，這樣使得熱電器件2和散熱片4之間在保持絕緣的同時(shí)還具有良好的熱傳導(dǎo)性，使得熱量能夠迅速由冷端散熱片4傳遞至熱端散熱片4，減小了熱量損失。散熱片4每個(gè)翅片上都開有小窗，使散熱片與蒸汽的接觸面積增大，提高了冷凝效率。
[0040]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0041]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用熱電器件提高了海水淡化過(guò)程中潛熱循環(huán)利用的效率，減少了潛熱損失；熱電器件體積小，蒸汽能在較小空間和較短時(shí)間內(nèi)冷凝，減小了潛熱回收裝置所占空間，降低了海水淡化成本 ，節(jié)約了能源。本發(fā)明的熱電器件采用尼龍作為框架，使得器件具有較強(qiáng)的耐壓抗震性能，保持穩(wěn)定的性能，延長(zhǎng)了使用壽命；采用覆銅聚酰亞胺薄膜，能克服傳統(tǒng)陶瓷基板熱電器件易碎的問(wèn)題，兩側(cè)覆銅箔能使薄膜與熱電器件和散熱片焊接緊密，提高了熱傳導(dǎo)性能；還可根據(jù)實(shí)際情況決定熱電裝置的功率和安裝個(gè)數(shù)。
[0042]實(shí)施例
[0043]下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。但是，應(yīng)該明白，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。下列實(shí)施例中未注明具體條件的試驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另有說(shuō)明，所有的百分比和份數(shù)按重量計(jì)。
[0044]實(shí)施例1
[0045]制造了一臺(tái)小型原理樣機(jī)，參照?qǐng)D2的結(jié)構(gòu)，海水預(yù)熱箱前段管道內(nèi)，工作介質(zhì)為海水和空氣的混合物，常溫常壓下體積比為1:100，即海水流量為3mL/分鐘，空氣則為300mL/分鐘，工作壓力為0.2MPa，管道內(nèi)混合物溫度為80°C ;水蒸氣混合物溫度在冷凝管的入口為130°C，熱電器件尺寸為50mmx50mmx4mm，放置一個(gè)熱電裝置，水蒸氣混合物總的潛熱功率為109.7W。經(jīng)測(cè)量，熱電裝置消耗的電功率為13.2W，熱電裝置熱端放熱量為129.6W，冷端吸熱量為116.8W,回收了水蒸氣冷凝潛熱的106.5% (包含部分單相液態(tài)水降溫釋放的熱量)。同樣經(jīng)過(guò)測(cè)量，如果沒(méi)有熱電裝置，相同條件下，只有17.2W的熱量能夠吸收，相當(dāng)于回收了水蒸氣冷凝潛熱的15.6%。利用熱電裝置，水蒸氣潛熱回收率從15.6%提高至106.5%，裝置消耗的電功率也轉(zhuǎn)化為熱量，從而極大地降低了能耗，節(jié)約了成本。
[0046]實(shí)施例2[0047]參照?qǐng)D2的結(jié)構(gòu)，海水預(yù)熱箱前段管道內(nèi)，工作介質(zhì)為海水和空氣的混合物，常溫常壓下海水流量為8mL/分鐘，空氣則為800mL/分鐘，工作壓力為0.1MPa,管道內(nèi)混合物溫度為80°C ;水蒸氣混合物溫度在冷凝管的入口為130°C，熱電器件尺寸50mmX50mmX4mm，放置三個(gè)熱電裝置，水蒸氣混合物總的潛熱功率為292.6W。經(jīng)測(cè)量，熱電裝置消耗的電功率為65.2W，熱電裝置熱端放熱量308.8W，冷端吸熱量為244W，回收了水蒸氣冷凝潛熱的83.4%。同樣經(jīng)過(guò)測(cè)量，如果沒(méi)有熱電裝置，相同條件下，只有54.4W熱量能夠吸收，相當(dāng)于回收了水蒸氣冷凝潛熱的18.6%。利用熱電裝置，水蒸氣潛熱回收率從18.6%提高至83.4%。
[0048]在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍 。
【權(quán)利要求】
1.一種提高海水淡化中潛熱利用效率的方法，該方法包括以下步驟: 提供一種熱電裝置(I)，該熱電裝置(I)包括熱電器件(2 )，位于熱電器件(2 )兩側(cè)的冷端散熱片和熱端散熱片(4)，以及分別位于熱電器件(2)與冷端散熱片(4)之間以及熱電器件(2)與熱端散熱片(4)之間的絕緣導(dǎo)熱膜(3);以及 將熱電裝置通電，使得熱電器件產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)，其兩側(cè)表面分別產(chǎn)生吸熱效應(yīng)和放熱效應(yīng)，分別通過(guò)絕緣導(dǎo)熱膜傳導(dǎo)到冷端散熱片和熱端散熱片上，其中，蒸汽經(jīng)過(guò)冷端散熱片時(shí)被冷卻而迅速冷凝，釋放出的冷凝潛熱快速被冷端散熱片吸收，通過(guò)熱電器件被輸運(yùn)至熱端散熱片，用來(lái)預(yù)熱海水或產(chǎn)生蒸發(fā)，從而使熱量循環(huán)利用。
2.一種提高海水淡化中潛熱利用效率的設(shè)備，該設(shè)備包括: 熱電裝置(I)，該熱電裝置(I)包括熱電器件(2 )，位于熱電器件(2 )兩側(cè)的冷端散熱片和熱端散熱片(4)，以及分別位于熱電器件(2)與冷端散熱片(4)之間以及熱電器件(2)與熱端散熱片(4)之間的絕緣導(dǎo)熱膜(3)； 放置冷端散熱片(4)的冷凝管(6);以及 放置熱端散熱片(4)的海水預(yù)熱箱或蒸發(fā)器(5)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱電器件(2)是尼龍框熱電器件，其用尼龍做成框架，熱電材料置于框架內(nèi)，框架外噴涂有電極。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述絕緣導(dǎo)熱膜(3)是聚酰亞胺薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚酰亞胺薄膜的兩側(cè)都覆銅箔，一側(cè)與熱電器件焊接相連，另一側(cè)與散熱片焊接相連。
6.如權(quán)利要求4所述的 設(shè)備，其特征在于，所述聚酰亞胺薄膜與熱電器件貼合的一側(cè)的銅箔的形狀與熱電器件表面的圖形相配合，另一側(cè)全部覆銅箔。
7.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷端散熱片和熱端散熱片(4)為翅片式，在每個(gè)翅片上都開有小窗。
8.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱電裝置(I)的數(shù)量為I個(gè)或多個(gè)。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK103449543SQ201210181285
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】吳汀, 柏勝?gòu)?qiáng), 尹湘林, 魯紅亮, 陳立東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所