一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置和方法，所述太陽能光伏半導(dǎo)體海水淡化裝置，包括空氣加熱冷卻器，蒸發(fā)器和太陽能光伏電池板和風(fēng)機。所述空氣加熱冷卻器由加熱通道、冷卻通道和半導(dǎo)體制冷器組成?？諝庥娠L(fēng)機輸送到加熱通道，然后進入盛有海水的蒸發(fā)器，飽和濕空氣經(jīng)過冷卻通道冷卻得到淡水，低溫空氣排空。本發(fā)明太陽能光伏半導(dǎo)體海水淡化方法為經(jīng)熱空氣流通道加熱的空氣通過曝氣管使空氣達到飽和狀態(tài)，冷空氣通道則直接將飽和空氣中的水蒸氣冷凝得到淡水。本發(fā)明裝置能有效防止海水中的無機鹽在半導(dǎo)體制冷器熱側(cè)表面結(jié)垢，是一種可以由太陽能供電，是快速利用海水(或苦咸水)提供淡水的有效裝置。
【專利說明】一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電解質(zhì)水溶液溶質(zhì)和溶劑分離技術(shù)，特別是涉及一種半導(dǎo)體制冷的加濕脫濕的海水淡化裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著氣候變化和全球人口增加以及工業(yè)化進程的加快，淡水短缺已經(jīng)越來越影響人類的生存和健康發(fā)展，如何利用豐富的海水資源解決淡水短缺問題已經(jīng)成為相對活躍的研究和開發(fā)領(lǐng)域。 [0003]海水淡化方法已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)十種，主要包括熱法、膜法、離子交換法和冷凍法等，其中，熱法海水淡化技術(shù)包含了多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)、壓汽蒸餾(VC);而膜法海水淡化技術(shù)包括反滲透法(RO)、電滲析法(ED)和正滲透法(FO)。其他相關(guān)新技術(shù)也不斷開發(fā)，如電吸附、天然氣水合物法、膜蒸餾、加濕一脫濕法等可以作為電解質(zhì)水溶液分離的主要參考技術(shù)。現(xiàn)有的已經(jīng)商業(yè)化的海水淡化方法主要有熱法和反滲透膜法，熱法主要適用于電廠耦合的海水淡化工藝，由發(fā)電透平提供蒸汽源，比如多級閃蒸、多效蒸餾，另外，還有機械壓汽蒸餾。運行過程主要靠壓縮機提高蒸汽壓力和絕熱過程提高溫度循環(huán)完成蒸發(fā)和冷凝過程。反滲透膜法主要通過反滲透將水分子滲透的膜的另一側(cè)，這樣完成水溶劑的分離，特別是近年來由于膜的脫鹽率提高和高回收率能量回收裝置的出現(xiàn)，使得膜法脫鹽的成本降低很多。然而，普遍存在的問題是:現(xiàn)行海水淡化方法水回收率較低，熱法海水淡化裝置由于蒸汽冷凝需要大量海水，故其淡水回收率為20%~50%，膜法海水淡化裝置的水回收率僅為30%~40%，其余大部分海水經(jīng)淡化后濃鹽水被直接排回大海。在脫鹽過程中主要加入阻垢劑防止由于濃縮產(chǎn)生C%S04、CaC03、Ma(OH)2等無機鹽垢堵塞膜或沉積在換熱管路上影響傳熱效果，對于膜法而言，還要定期或不定期加入殺生劑防止系統(tǒng)內(nèi)微生物污垢的生成。
[0004]加濕一脫濕法作為可以避免結(jié)垢的新型海水淡化方法，一般應(yīng)用環(huán)境水源作為冷卻水，用廢熱源作為熱源，由于環(huán)境水溫較低，并且廢熱源一般不可移動，直接限制了加濕一脫濕的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，根據(jù)半導(dǎo)體制冷原理的制熱和制冷功能，同時利用熱源和冷源，既可提供加熱空氣熱源，又可提供冷凝水蒸汽的冷源，同時，借助太陽能發(fā)電為半導(dǎo)體制冷元件提供電源，特別適合移動方式或應(yīng)急用海水淡化。
[0006]一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，應(yīng)用空氣加濕一脫濕法與半導(dǎo)體制冷相結(jié)合，有效將蒸發(fā)和冷凝過程分開進行，避免海水在熱端的直接蒸發(fā)，有效防止無機鹽垢物的形成影響散熱。同時加熱空氣溫升速度快，可以快速生產(chǎn)淡水。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是提供一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，所述太陽能半導(dǎo)體海水淡化系統(tǒng)，包括太陽能電池板，由冷熱氣流通道和半導(dǎo)體制冷器組成的加熱冷卻器，經(jīng)熱空氣流通道加熱的空氣通過曝氣管使空氣達到飽和狀態(tài)，冷空氣通道則直接將飽和空氣中的水蒸氣冷凝得到淡水。本發(fā)明太陽能半導(dǎo)體海水淡化裝置能快速加熱空氣并生成高溫飽和濕空氣，經(jīng)冷卻后得到淡水。該裝置包括空氣加熱冷卻器，蒸發(fā)器和太陽能光伏電池板，所述空氣加熱冷卻器由加熱通道、冷卻通道和半導(dǎo)體制冷器組成?？諝庥娠L(fēng)機輸送到加熱通道，然后進入盛有海水的蒸發(fā)器，飽和濕空氣經(jīng)過冷卻通道冷卻得到淡水，低溫空氣排空。[0008]本發(fā)明太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0009]一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，其特征是:裝置包括空氣加熱冷卻器，蒸發(fā)器、太陽能光伏電池板、海水水箱和風(fēng)機。所述空氣加熱冷卻器由加熱空氣通道、濕空氣冷卻通道、低溫空氣出口、淡水出口和半導(dǎo)體制冷元件組成；所述蒸發(fā)器由高溫飽和濕空氣出口、浮球閥、曝氣管和濃鹽水出口組成；所述海水水箱通過浮球閥與蒸發(fā)器相連；所述半導(dǎo)體制冷元件的熱端和冷端分別于加熱空氣通道、濕空氣冷卻通道相通:所述風(fēng)機供電系統(tǒng)可以由太陽能電池板提供；所述加熱空氣通道通過管道與曝氣器連接。
[0010]利用上述太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置的淡化過程是:海水水箱中的海水經(jīng)過浮球閥進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中設(shè)有曝氣管、高溫飽和濕空氣出口和濃鹽水出口，浮球閥可以保持蒸發(fā)器中液位不變，保證曝氣效果；鼓風(fēng)機將環(huán)境中空氣送到空氣加熱冷卻器的加熱空氣通道，然后通過曝氣器的空氣變成溫度較高的飽和濕空氣并從高溫飽和濕空氣出口進入空氣加熱冷卻器的濕空氣冷凝通道、最后經(jīng)過冷凝后淡水從淡水出口流出，而低溫濕空氣則由低溫空氣出口排出；太陽能電池板為半導(dǎo)體制冷元件提供直流電源。
[0011]本發(fā)明的效果是:該太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置由太陽能電池板，冷熱氣流通道和半導(dǎo)體制冷器組成的加熱冷卻器組成。經(jīng)熱空氣流通道加熱的空氣通過曝氣管使空氣達到飽和狀態(tài)，冷空氣通道則直接將飽和空氣中的水蒸氣冷凝得到淡水。由于避免海水直接在熱端蒸發(fā)，有效防止無機鹽結(jié)垢，并可以迅速散熱并將熱量傳給空氣介質(zhì)，冷端的較低溫度使冷端冷能可以用來冷凝飽和蒸汽中的大部分水蒸氣。是一種可以由太陽能供電，是快速利用海水(或苦咸水)提供淡水的有效裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置示意圖；
[0013]圖中:
[0014]1、海水水箱2、浮球閥3、曝氣管4、高溫飽和濕空氣出口 5、太陽能電池板
[0015]6、空氣加熱冷卻器7、濕空氣冷凝通道8、低溫空氣出口 9、淡水出口 10、鼓風(fēng)機
[0016]11、半導(dǎo)體制冷元件12、加熱空氣通道13、濃鹽水出口 14、蒸發(fā)器
【具體實施方式】
[0017]結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置詳細加以說明。
[0018]本發(fā)明的原理:根據(jù)半導(dǎo)體制冷原理的制熱和制冷功能，同時利用熱源和冷源，用太陽能發(fā)電驅(qū)動半導(dǎo)體制冷元件，半導(dǎo)體制冷元件的熱端加熱空氣，冷端則用來冷卻飽和空氣中的水蒸氣，溫度高的飽和空氣含有的水蒸氣比溫度低的飽和空氣水蒸氣含量大，這樣由于溫差導(dǎo)致水蒸氣冷凝，從而獲得淡水。飽和濕空氣則由熱空氣通過曝氣器獲得。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置:該裝置包括空氣加熱冷卻器6，蒸發(fā)器14、太陽能光伏電池板5、海水水箱I和風(fēng)機10，所述空氣加熱冷卻器6由加熱空氣通道12、濕空氣冷卻通道7、低溫空氣出口 8、淡水出口 9和半導(dǎo)體制冷元件11組成；所述蒸發(fā)器14由高溫飽和濕空氣出口 4、浮球閥2、曝氣管3和濃鹽水出口 13組成；所述海水水箱I通過浮球閥2與蒸發(fā)器14相連。所述半導(dǎo)體制冷元件11的熱端和冷端分別于加熱空氣通道12、濕空氣冷卻通道7相通。所述風(fēng)機10供電系統(tǒng)可以由太陽能電池板5提供。所述加熱空氣通道12通過管道與曝氣器3連接。
[0020]利用上述太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置的海水淡化方法的過程是:海水水箱I中的海水經(jīng)過浮球閥2進入蒸發(fā)器14，蒸發(fā)器14中設(shè)有曝氣管3、高溫飽和濕空氣出口 4和濃鹽水出口 13，浮球閥2可以保持蒸發(fā)器中液位不變，保證曝氣效果；鼓風(fēng)機10將環(huán)境中空氣送到空氣加熱冷卻器6的加熱空氣通道12，然后通過曝氣器3的空氣變成溫度較高的飽和濕空氣并從高溫飽和濕空氣出口 4進入空氣加熱冷卻器6的濕空氣冷凝通道7、最后經(jīng)過冷凝后淡水從淡水出口 9流出，而低溫濕空氣則由低溫空氣出口 8排出；太陽能電池板5為半導(dǎo)體制冷元件11提供直流電源。
[0021]實施例1
[0022]本發(fā)明的一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置:蒸發(fā)器14長500mm、寬300mm、高500mm，液位總高為100mm，其液面與曝氣管3上沿的距離為2mm。曝氣管3為長400mm,管徑為25mm的徑向開Φ 5小孔4排，徑向均勻分布，每排10個，共計5只。空氣加熱冷卻器6的加熱空氣通道12、濕空氣冷卻通道7均為40mmX40mm的方形通道，材料為304不銹鋼，外面有15_的保溫材料。半導(dǎo)體制冷元件11為兩片TEC1-12706并聯(lián)而成，太陽能電池板5為2平方米的單晶硅光伏電池板，風(fēng)機10是ebmpapst軸流風(fēng)機DV6224。海水水箱I通過Φ20πιπι的PVC管線與浮球閥2相連，蒸發(fā)器14由高溫飽和濕空氣出口 4采用40mmX40mm的304不銹鋼方鋼并與`濕空氣冷卻通道7相通。低溫空氣出口 8位于濕空氣冷卻通道7的下部側(cè)面，淡水出口 9位于濕空氣冷卻通道7的下部。濃鹽水出口 13采用直徑20mm的PVC材料并配以控制球閥。
[0023]實施例2
[0024]本發(fā)明的一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化方法:海水水箱I中的海水經(jīng)過浮球閥2進入蒸發(fā)器14，蒸發(fā)器14種設(shè)有曝氣管3、高溫飽和濕空氣出口 4和濃鹽水出口 13，浮球閥2可以保持蒸發(fā)器中液位不變，保證曝氣效果；鼓風(fēng)機10將環(huán)境中空氣送到空氣加熱冷卻器6的加熱空氣通道12，加熱空氣的溫度為75°C，然后通過曝氣器3的空氣變成溫度較高的飽和濕空氣并從高溫飽和濕空氣出口 4進入空氣加熱冷卻器6的濕空氣冷凝通道
7、最后經(jīng)過冷凝后淡水從淡水出口 9流出，而低溫濕空氣則由低溫空氣出口 8排出，低溫空氣出口排氣溫度為10°C，冷凝后淡水含鹽量為160mg / L0太陽能電池板5為半導(dǎo)體制冷元件11提供直流電源。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，其特征是:該裝置包括空氣加熱冷卻器(6)、蒸發(fā)器(14)、太陽能光伏電池板(5)、海水水箱⑴和風(fēng)機(10)，所述空氣加熱冷卻器(6)由加熱空氣通道(12)、濕空氣冷卻通道(7)、低溫空氣出口(8)、淡水出口(9)和半導(dǎo)體制冷元件(11)組成；所述蒸發(fā)器(14)由高溫飽和濕空氣出口(4)、浮球閥(2)、曝氣管(3)和濃鹽水出口(13)組成；所述海水水箱(1)通過浮球閥(2)與蒸發(fā)器(14)相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，其特征是:所述半導(dǎo)體制冷元件(11)的熱端和冷端分別于加熱空氣通道(12)、濕空氣冷卻通道(7)相通。
3.按照權(quán)利要求1所述的太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，其特征是:風(fēng)機(10)供電系統(tǒng)可以由太陽能電池板(5)提供。
4.按照權(quán)利要求1所述的太陽能光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化裝置，其特征是:加熱空氣通道(12)通過管道與曝氣器(3)連接。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能海光伏半導(dǎo)體制冷海水淡化方法，其特征是: 海水水箱(1)中的海水經(jīng)過浮球閥(2)進入蒸發(fā)器(14)，蒸發(fā)器(14)中設(shè)有曝氣管(3)、高溫飽和濕空氣出口(4)和濃鹽水出口(13)，浮球閥(2)可以保持蒸發(fā)器中液位不變，保證曝氣效果；鼓風(fēng)機( 10)將環(huán)境中空氣送到空氣加熱冷卻器(6)的加熱空氣通道(12)，然后通過曝氣器(3)的空氣變成溫度較高的飽和濕空氣并從高溫飽和濕空氣出口(4)進入空氣加熱冷卻器出)的濕空氣冷凝通道(7)、最后經(jīng)過冷凝后淡水從淡水出口(9)流出，而低溫濕空氣則由低溫空氣出口(8)排出；太陽能電池板(5)為半導(dǎo)體制冷元件(11)提供直流電源。
【文檔編號】C02F103/08GK103626249SQ201310682919
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】蘇潤西, 費學(xué)寧, 苑宏英, 姜遠光 申請人:天津城建大學(xué)