CN209155546U - 全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，包括由亲水膜形成的蒸馏腔，所述蒸馏腔顶部连通具有入口的混合腔，蒸馏腔底部连通回收出口，蒸馏腔外圈具有冷却器，冷却器与蒸馏腔之间具有空气隙，冷却器外部安装有若干热电制冷器，空气隙底部具有纯水收集孔。本实用新型能够解决传统膜蒸馏系统结构复杂、耗电量大等问题，同时为热电制冷器与空气隙膜蒸馏过程耦合的运行工况研究提供借鉴。

Description

全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件

技术领域

本实用新型主要设计苦咸水淡化相关技术领域，具体是一种全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件。

背景技术

目前，苦咸水淡化的主要方法有：电渗析法(离子交换法)、多级蒸馏法、蒸发法和反渗透法等。电渗析法处理浓度高的苦咸水耗能大，对水中有机物和细菌几乎没有去除作用，因此电渗析比较适合低盐苦咸水的淡化。反渗透法需要严格的预处理过程，水的浊度过高时，较多悬浮物质就会淤积在膜表面，造成膜组件压差增大、产水量和脱盐率下降，甚至使膜组件报废，此外，定期的膜清洗和膜更换也是该法应用成本较高的原因。通过以上可以看出，成熟苦咸水淡化技术设备投资大，体积大，设备结构复杂，能耗都比较高，不利于小型化。

膜蒸馏技术是解决苦咸水淡化的有效途径，是一种各国正在研究的、相对新的分离过程。它利用疏水膜两侧低的温差(通常为30～50℃)造成的汽化压差以及扩散原理，使热侧蒸气向冷测流动，达到使溶液浓缩、提纯的目的。

热电制冷是利用热电材料的热电效应进行制冷，与机械式制冷相比，热电制冷无需制冷剂且无机械运动部件，具有清洁、噪声小、制冷迅速、易于调节、易于小型化的优点。因此，提出以热电制冷代替机械制冷用于膜蒸馏过程，能够充分发挥热电制冷制冷迅速、体积小、调节简便的优势。

实用新型内容

为解决目前技术的不足，本实用新型结合现有技术，从实际应用出发，提供一种全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，能够解决传统膜蒸馏系统结构复杂、耗电量大等问题，同时为热电制冷器与空气隙膜蒸馏过程耦合的运行工况研究提供借鉴。

本实用新型的技术方案如下：

全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，包括由亲水膜形成的蒸馏腔，所述蒸馏腔顶部连通具有入口的混合腔，蒸馏腔底部连通回收出口，蒸馏腔外圈具有冷却器，冷却器与蒸馏腔之间具有空气隙，冷却器外部安装有若干热电制冷器，空气隙底部具有纯水收集孔。

所述冷却器内部中空，在其内部具有导热油。

在所述混合腔入口一侧具有鼓气孔，该鼓气孔用于使混合腔内与大气产生压差。

所述蒸馏腔内设置若干个用于平衡内外压差的通气管。

所述通气管为三个，三个通气管底部在蒸馏腔内形成高度差，三个通气管沿周向方向均匀布置。

所述通气管底部呈锥形结构。

所述热电制冷器的冷端紧贴冷却器外侧壁，热电制冷器的热端连接散热器，散热器周向外表面具有多个散热翅板。

所述热电制冷器在冷却器周向均匀布置，在冷却器轴向方向分多层布置。

所述热电制冷器通过电线连接蓄电池，所述蓄电池通过电线连接太阳能发电板。

所述冷却器被夹持在上固定板和下固定板之间，所述混合腔置于上固定板上方，下固定板下方具有锥形的回收器，回收出口设置在回收器底部。

本实用新型的有益效果：

1、引入了热电制冷代替传统的机械制冷，传统膜蒸馏过程所需冷量一般由机械式制冷提供，致使膜蒸馏系统结构复杂，耗电量大，热电制冷是利用热电材料的热电效应进行制冷，与机械式制冷相比，将热电制冷应用于蒸馏膜中，无需制冷剂且无机械运动部件，具有清洁、噪声小、制冷迅速、易于调节、易于小型化的优点。

2、可通过本实用新型对热电制冷膜蒸馏冷腔组件进行性能研究实验，分析热端散热强度对制冷温度、热电制冷器输入功率的影响，以及热电制冷膜蒸馏组件的热电特性，同时对热电制冷组件的运行稳定性进行研究，为热电制冷器与空气隙膜蒸馏过程耦合的运行工况研究提供借鉴。

3、采用新型的冷却器，冷却器由外部的铜壳和内部的冷却液组成，热电制冷器冷端紧贴冷却器外侧，将冷传递给冷却器在冷却液的作用下均匀的分布在冷却器上。

4、多个不同高度的通气管，分别位于蒸馏腔的上部、中部、中下部，同时呈120°均匀分布，用于平衡内外气压，可减少内外压差，同时低部的锥形结构，可防止液体溅如通气孔，阻塞通气孔。

5、采用了光伏板，电池结合，这一供电系统；光伏板在接受光照产生电能可为热电致冷器提供电能，能量来源绿色无污染，多余的电能可储存在电池中，已备阴天下雨等天气下维持系统正常工作。

附图说明

附图1为本实用新型总体结构示意图；

附图2为本实用新型内部结构示剖视图；

附图3图2中I部结构放大图；

附图4为本实用新型去除部分结构后内部示意图；

附图5为本实用新型纯水收集孔位置示意图。

附图中所示标号：1、太阳能发电板；2、蓄电池；3、电线；4、鼓起孔；5、入口；6、通气管；7、混合腔；8、上固定板；9、散热器；10、支撑板；11、下固定板；12、回收出口；13、回收器；14、支撑柱；15、蒸馏腔；16、亲水膜；17、空气隙；18、冷却器；19、热电制冷器；20、纯水收集孔。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1～5所示，本实用新型的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，包括由亲水膜16形成的柱形蒸馏腔15，蒸馏腔15顶部连通具有入口的混合腔7，蒸馏腔15底部连通回收出口12，蒸馏腔15外圈具有冷却器18，冷却器18与蒸馏腔15之间具有空气隙17，冷却器18外部安装有若干热电制冷器19，空气隙17底部具有纯水收集孔20。在本实用新型中，亲水膜16为曲面膜，围拢形成蒸馏腔15，蒸馏腔15外部包覆的冷却器18为中空的圆筒形结构，内部加注导热油，热电制冷器19冷面贴合在冷却器18上，热面贴合在外部的散热器9上。在本实用新型中，冷却器18被夹持在上固定板8和下固定板11之间，混合腔7置于上固定板8上方，下固定板11下方具有锥形的回收器13，回收出口12设置在回收器13底部，蒸馏腔15内部的支撑板10和支撑柱14用于混合器的支撑，其中支撑板10上具有通孔供水流通过。

本实用新型冷却器18工作原理：冷却器18由外部的铜壳和内部的冷却液组成，热电制冷器19冷端紧贴冷却器18外侧，将冷传递给冷却器18在导热油的作用下均匀的分布在冷却器18上。

本实用新型热电制冷器19工作原理：应用了珀尔帖效应现象，用两块不同的导体联接成电偶，并接上直流电源，当电偶上流过电流时，会发生能量转移现象，一个接头处放出热量变热，另一个接头处吸收热量变冷。

本实用新型的工作流程如下：

高温苦咸水原液从入口5处进入混合腔7内由鼓气孔4进行鼓气，鼓气后，腔体内与大气产生压差，可由通气管6平衡内外压差。鼓气后的原液通过冲刷孔冲刷亲水膜16，膜热侧表面的气液边界层中发生气化，气化后的水蒸气分子扩散穿过膜孔进入空气隙17，水蒸气分子吸收热电制冷器19释放的冷量，一部分在膜冷侧面和空气隙17中冷凝为水，其余扩散至冷却器18冷壁凝结为纯水。纯水可沿着冷却壁的内壁由纯水收集孔20流出，可由收集缸收集。蒸馏过的原液从支撑板10上的通孔中流出，流入回收器13，从回收出口12流出。热电制冷器19的热端连接散热器9，散热器9外表面有很多散热翅板，可加强散热，采用空气散热。热端散热效果越好，冷端制冷效果就越好，有利于提高膜蒸馏的效率，热电制冷器所需的电量由太阳能光伏发电板1提供，多余的电量由蓄电池2储存，以备阴天下雨等天气下维持系统正常工作。

Claims (10)

1.全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：包括由亲水膜形成的蒸馏腔，所述蒸馏腔顶部连通具有入口的混合腔，蒸馏腔底部连通回收出口，蒸馏腔外圈具有冷却器，冷却器与蒸馏腔之间具有空气隙，冷却器外部安装有若干热电制冷器，空气隙底部具有纯水收集孔。

2.如权利要求1所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述冷却器内部中空，在其内部具有导热油。

3.如权利要求1所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：在所述混合腔入口一侧具有鼓气孔，该鼓气孔用于使混合腔内与大气产生压差。

4.如权利要求3所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述蒸馏腔内设置若干个用于平衡内外压差的通气管。

5.如权利要求4所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述通气管为三个，三个通气管底部在蒸馏腔内形成高度差，三个通气管沿周向方向均匀布置。

6.如权利要求4所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述通气管底部呈锥形结构。

7.如权利要求1所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述热电制冷器的冷端紧贴冷却器外侧壁，热电制冷器的热端连接散热器，散热器周向外表面具有多个散热翅板。

8.如权利要求1所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述热电制冷器在冷却器周向均匀布置，在冷却器轴向方向分多层布置。

9.如权利要求1所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述热电制冷器通过电线连接蓄电池，所述蓄电池通过电线连接太阳能发电板。

10.如权利要求1所述的全曲面式热电制冷空气隙膜蒸馏组件，其特征在于：所述冷却器被夹持在上固定板和下固定板之间，所述混合腔置于上固定板上方，下固定板下方具有锥形的回收器，回收出口设置在回收器底部。