CN103626249A - 一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置和方法，所述太阳能光伏半导体海水淡化装置，包括空气加热冷却器，蒸发器和太阳能光伏电池板和风机。所述空气加热冷却器由加热通道、冷却通道和半导体制冷器组成。空气由风机输送到加热通道，然后进入盛有海水的蒸发器，饱和湿空气经过冷却通道冷却得到淡水，低温空气排空。本发明太阳能光伏半导体海水淡化方法为经热空气流通道加热的空气通过曝气管使空气达到饱和状态，冷空气通道则直接将饱和空气中的水蒸气冷凝得到淡水。本发明装置能有效防止海水中的无机盐在半导体制冷器热侧表面结垢，是一种可以由太阳能供电，是快速利用海水(或苦咸水)提供淡水的有效装置。

Description

一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置和方法
技术领域
本发明属于电解质水溶液溶质和溶剂分离技术，特别是涉及一种半导体制冷的加湿脱湿的海水淡化装置和方法。
背景技术
随着气候变化和全球人口增加以及工业化进程的加快，淡水短缺已经越来越影响人类的生存和健康发展，如何利用丰富的海水资源解决淡水短缺问题已经成为相对活跃的研究和开发领域。
海水淡化方法已经出现了数十种，主要包括热法、膜法、离子交换法和冷冻法等，其中，热法海水淡化技术包含了多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)、压汽蒸馏(VC)；而膜法海水淡化技术包括反渗透法(RO)、电渗析法(ED)和正渗透法(FO)。其他相关新技术也不断开发，如电吸附、天然气水合物法、膜蒸馏、加湿一脱湿法等可以作为电解质水溶液分离的主要参考技术。现有的已经商业化的海水淡化方法主要有热法和反渗透膜法，热法主要适用于电厂耦合的海水淡化工艺，由发电透平提供蒸汽源，比如多级闪蒸、多效蒸馏，另外，还有机械压汽蒸馏。运行过程主要靠压缩机提高蒸汽压力和绝热过程提高温度循环完成蒸发和冷凝过程。反渗透膜法主要通过反渗透将水分子渗透的膜的另一侧，这样完成水溶剂的分离，特别是近年来由于膜的脱盐率提高和高回收率能量回收装置的出现，使得膜法脱盐的成本降低很多。然而，普遍存在的问题是：现行海水淡化方法水回收率较低，热法海水淡化装置由于蒸汽冷凝需要大量海水，故其淡水回收率为20％～50％，膜法海水淡化装置的水回收率仅为30％～40％，其余大部分海水经淡化后浓盐水被直接排回大海。在脱盐过程中主要加入阻垢剂防止由于浓缩产生Ca2SO4、CaCO3、Ma(OH)2等无机盐垢堵塞膜或沉积在换热管路上影响传热效果，对于膜法而言，还要定期或不定期加入杀生剂防止系统内微生物污垢的生成。
加湿一脱湿法作为可以避免结垢的新型海水淡化方法，一般应用环境水源作为冷却水，用废热源作为热源，由于环境水温较低，并且废热源一般不可移动，直接限制了加湿一脱湿的应用。
发明内容
为解决公知技术中存在的技术问题，本发明提供一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，根据半导体制冷原理的制热和制冷功能，同时利用热源和冷源，既可提供加热空气热源，又可提供冷凝水蒸汽的冷源，同时，借助太阳能发电为半导体制冷元件提供电源，特别适合移动方式或应急用海水淡化。
一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，应用空气加湿一脱湿法与半导体制冷相结合，有效将蒸发和冷凝过程分开进行，避免海水在热端的直接蒸发，有效防止无机盐垢物的形成影响散热。同时加热空气温升速度快，可以快速生产淡水。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是提供一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，所述太阳能半导体海水淡化系统，包括太阳能电池板，由冷热气流通道和半导体制冷器组成的加热冷却器，经热空气流通道加热的空气通过曝气管使空气达到饱和状态，冷空气通道则直接将饱和空气中的水蒸气冷凝得到淡水。本发明太阳能半导体海水淡化装置能快速加热空气并生成高温饱和湿空气，经冷却后得到淡水。该装置包括空气加热冷却器，蒸发器和太阳能光伏电池板，所述空气加热冷却器由加热通道、冷却通道和半导体制冷器组成。空气由风机输送到加热通道，然后进入盛有海水的蒸发器，饱和湿空气经过冷却通道冷却得到淡水，低温空气排空。
本发明太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，其特征是：装置包括空气加热冷却器，蒸发器、太阳能光伏电池板、海水水箱和风机。所述空气加热冷却器由加热空气通道、湿空气冷却通道、低温空气出口、淡水出口和半导体制冷元件组成；所述蒸发器由高温饱和湿空气出口、浮球阀、曝气管和浓盐水出口组成；所述海水水箱通过浮球阀与蒸发器相连；所述半导体制冷元件的热端和冷端分别于加热空气通道、湿空气冷却通道相通：所述风机供电系统可以由太阳能电池板提供；所述加热空气通道通过管道与曝气器连接。
利用上述太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置的淡化过程是：海水水箱中的海水经过浮球阀进入蒸发器，蒸发器中设有曝气管、高温饱和湿空气出口和浓盐水出口，浮球阀可以保持蒸发器中液位不变，保证曝气效果；鼓风机将环境中空气送到空气加热冷却器的加热空气通道，然后通过曝气器的空气变成温度较高的饱和湿空气并从高温饱和湿空气出口进入空气加热冷却器的湿空气冷凝通道、最后经过冷凝后淡水从淡水出口流出，而低温湿空气则由低温空气出口排出；太阳能电池板为半导体制冷元件提供直流电源。
本发明的效果是：该太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置由太阳能电池板，冷热气流通道和半导体制冷器组成的加热冷却器组成。经热空气流通道加热的空气通过曝气管使空气达到饱和状态，冷空气通道则直接将饱和空气中的水蒸气冷凝得到淡水。由于避免海水直接在热端蒸发，有效防止无机盐结垢，并可以迅速散热并将热量传给空气介质，冷端的较低温度使冷端冷能可以用来冷凝饱和蒸汽中的大部分水蒸气。是一种可以由太阳能供电，是快速利用海水(或苦咸水)提供淡水的有效装置。
附图说明
图1是本发明太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置示意图；
图中：
1、海水水箱2、浮球阀3、曝气管4、高温饱和湿空气出口5、太阳能电池板
6、空气加热冷却器7、湿空气冷凝通道8、低温空气出口9、淡水出口10、鼓风机
11、半导体制冷元件12、加热空气通道13、浓盐水出口14、蒸发器
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置详细加以说明。
本发明的原理：根据半导体制冷原理的制热和制冷功能，同时利用热源和冷源，用太阳能发电驱动半导体制冷元件，半导体制冷元件的热端加热空气，冷端则用来冷却饱和空气中的水蒸气，温度高的饱和空气含有的水蒸气比温度低的饱和空气水蒸气含量大，这样由于温差导致水蒸气冷凝，从而获得淡水。饱和湿空气则由热空气通过曝气器获得。
如图1所示，本发明的一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置：该装置包括空气加热冷却器6，蒸发器14、太阳能光伏电池板5、海水水箱1和风机10，所述空气加热冷却器6由加热空气通道12、湿空气冷却通道7、低温空气出口8、淡水出口9和半导体制冷元件11组成；所述蒸发器14由高温饱和湿空气出口4、浮球阀2、曝气管3和浓盐水出口13组成；所述海水水箱1通过浮球阀2与蒸发器14相连。所述半导体制冷元件11的热端和冷端分别于加热空气通道12、湿空气冷却通道7相通。所述风机10供电系统可以由太阳能电池板5提供。所述加热空气通道12通过管道与曝气器3连接。
利用上述太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置的海水淡化方法的过程是：海水水箱1中的海水经过浮球阀2进入蒸发器14，蒸发器14中设有曝气管3、高温饱和湿空气出口4和浓盐水出口13，浮球阀2可以保持蒸发器中液位不变，保证曝气效果；鼓风机10将环境中空气送到空气加热冷却器6的加热空气通道12，然后通过曝气器3的空气变成温度较高的饱和湿空气并从高温饱和湿空气出口4进入空气加热冷却器6的湿空气冷凝通道7、最后经过冷凝后淡水从淡水出口9流出，而低温湿空气则由低温空气出口8排出；太阳能电池板5为半导体制冷元件11提供直流电源。
实施例1
本发明的一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置：蒸发器14长500mm、宽300mm、高500mm，液位总高为100mm，其液面与曝气管3上沿的距离为2mm。曝气管3为长400mm，管径为25mm的径向开Φ5小孔4排，径向均匀分布，每排10个，共计5只。空气加热冷却器6的加热空气通道12、湿空气冷却通道7均为40mm×40mm的方形通道，材料为304不锈钢，外面有15mm的保温材料。半导体制冷元件11为两片TEC1-12706并联而成，太阳能电池板5为2平方米的单晶硅光伏电池板，风机10是ebmpapst轴流风机DV6224。海水水箱1通过Φ20mm的PVC管线与浮球阀2相连，蒸发器14由高温饱和湿空气出口4采用40mm×40mm的304不锈钢方钢并与湿空气冷却通道7相通。低温空气出口8位于湿空气冷却通道7的下部侧面，淡水出口9位于湿空气冷却通道7的下部。浓盐水出口13采用直径20mm的PVC材料并配以控制球阀。
实施例2
本发明的一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化方法：海水水箱1中的海水经过浮球阀2进入蒸发器14，蒸发器14种设有曝气管3、高温饱和湿空气出口4和浓盐水出口13，浮球阀2可以保持蒸发器中液位不变，保证曝气效果；鼓风机10将环境中空气送到空气加热冷却器6的加热空气通道12，加热空气的温度为75℃，然后通过曝气器3的空气变成温度较高的饱和湿空气并从高温饱和湿空气出口4进入空气加热冷却器6的湿空气冷凝通道7、最后经过冷凝后淡水从淡水出口9流出，而低温湿空气则由低温空气出口8排出，低温空气出口排气温度为10℃，冷凝后淡水含盐量为160mg／L。太阳能电池板5为半导体制冷元件11提供直流电源。

Claims (5)

1.一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，其特征是：该装置包括空气加热冷却器(6)、蒸发器(14)、太阳能光伏电池板(5)、海水水箱(1)和风机(10)，所述空气加热冷却器(6)由加热空气通道(12)、湿空气冷却通道(7)、低温空气出口(8)、淡水出口(9)和半导体制冷元件(11)组成；所述蒸发器(14)由高温饱和湿空气出口(4)、浮球阀(2)、曝气管(3)和浓盐水出口(13)组成；所述海水水箱(1)通过浮球阀(2)与蒸发器(14)相连。
2.按照权利要求1所述的太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，其特征是：所述半导体制冷元件(11)的热端和冷端分别于加热空气通道(12)、湿空气冷却通道(7)相通。
3.按照权利要求1所述的太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，其特征是：风机(10)供电系统可以由太阳能电池板(5)提供。
4.按照权利要求1所述的太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置，其特征是：加热空气通道(12)通过管道与曝气器(3)连接。
5.一种根据权利要求1所述的太阳能海光伏半导体制冷海水淡化方法，其特征是：
海水水箱(1)中的海水经过浮球阀(2)进入蒸发器(14)，蒸发器(14)中设有曝气管(3)、高温饱和湿空气出口(4)和浓盐水出口(13)，浮球阀(2)可以保持蒸发器中液位不变，保证曝气效果；鼓风机(10)将环境中空气送到空气加热冷却器(6)的加热空气通道(12)，然后通过曝气器(3)的空气变成温度较高的饱和湿空气并从高温饱和湿空气出口(4)进入空气加热冷却器(6)的湿空气冷凝通道(7)、最后经过冷凝后淡水从淡水出口(9)流出，而低温湿空气则由低温空气出口(8)排出；太阳能电池板(5)为半导体制冷元件(11)提供直流电源。
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