本发明属于海水淡化领域，涉及一种提高海水 淡化中潜热利用效率的方法及设 备。

背景技术

世界上淡水资源不足， 已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开 源增量技 术， 海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要 途径。 到 2008年， 世界上已有 120多个国家和地区在应用海水淡化技术， 全球有海水淡化厂 1.3万多座， 海水淡 化日产量约 6348万吨， 其中 80%用于饮用水， 解决了 1亿多人的供水问题

现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、 电渗析法、 蒸馏法、 反渗透法等， 其 中蒸馏法和反渗透法占统治地位， 适用于大型海水淡化技术， 蒸馏法包括多级闪 蒸、 多效蒸发、 压气蒸馏、 露点蒸发等， 反渗透法具有能耗方面的优势。 蒸馏法 由于能耗高造成其淡水生产成本偏高，一些国 家慢慢把发展重转向反渗透法。但蒸 馏法具有大型化和超大型化， 以及利用污染重的海湾水以及预处理费用低的 优势， 如果能有效降低能耗， 将其技术成熟、 运行安全性高、 弹性大的特点充分发挥， 在未来海水淡化技术发展中还是很具有竞争力 的。

1千克水在一个大气压下， 从 0°C升高到 10CTC所需的能量为 420 kJ， 而 1千 克 10CTC水变为 10CTC的水蒸气所需能量为 2260kJ， 蒸馏法的大部分能耗集中在海 水的汽化潜热上。 因此， 对于各种蒸馏法， 回收利用水蒸汽冷凝所释放出的潜热成 为降低能耗最重要的手段。 目前所有的蒸馏法都设有潜热回收装置， 虽然结构有所 不同，但基本原理都是蒸汽在管道内冷凝，释 放出的冷凝潜热由管道从内向外传递， 通过自然的热传导直接将热量传递至海水预热 箱或蒸发器，为蒸发海水提供热量， 以提高过程的热效率。 但都存在以下不足： 一方面， 因为是直接热传导的方式传 递冷凝潜热， 不能快速将热量转移出来， 热量在管道内积聚使得温度升高， 管道内 壁与蒸汽之间的温差减小， 蒸汽冷凝速度减慢， 导致蒸汽不能完全在管道内冷凝， 造成凝结潜热损失； 另一方面， 为了使蒸汽能全部冷凝， 冷凝管道一般较长， 占用 了大量的空间， 增大了海水淡化设备的体积。

迄今为止， 本领域尚未开发出一种能提高海水淡化过程中 潜热的回收利用率， 减少了潜热损失， 减小潜热回收装置所占空间， 最终降低海水淡化成本， 节约能源 的使用蒸馏法的海水淡化方法。 发明内容

本发明提供了一种新颖的提高海水淡化中潜热 利用效率的方法及设备， 从而解 决了现有技术中存在的问题。

一方面， 本发明提供了一种提高海水淡化中潜热利用效 率的方法， 该方法包括 以下步骤：

提供一种热电装置， 该热电装置包括热电器件， 位于热电器件两侧的冷端散热 片和热端散热片，以及分别位于热电器件与冷 端散热片之间以及热电器件与热端散 热片之间的绝缘导热膜； 以及

将热电装置通电， 使得热电器件产生帕尔帖效应， 其两侧表面分别产生吸热效 应和放热效应， 分别通过绝缘导热膜传导到冷端散热片和热端 散热片上， 其中， 蒸 汽经过冷端散热片时被冷却而迅速冷凝， 释放出的冷凝潜热快速被冷端散热片吸 收， 通过热电器件被输运至热端散热片， 用来预热海水或产生蒸发， 从而使热量循 环利用。

另一方面，本发明提供了一种提高海水淡化中 潜热利用效率的设备， 该设备包 括：

热电装置， 该热电装置包括热电器件， 位于热电器件两侧的冷端散热片和热端 散热片，以及分别位于热电器件与冷端散热片 之间以及热电器件与热端散热片之间 的绝缘导热膜；

放置冷端散热片的冷凝管； 以及

放置热端散热片的海水预热箱或蒸发器。

在一个优选的实施方式中，所述热电器件是尼 龙框热电器件， 其用尼龙做成框 架， 热电材料置于框架内， 框架外喷涂有电极。

在另一个优选的实施方式中， 所述绝缘导热膜是聚酰亚胺薄膜。

在另一个优选的实施方式中，所述聚酰亚胺薄 膜的两侧都覆铜箔， 一侧与热电 器件悍接相连， 另一侧与散热片悍接相连。

在另一个优选的实施方式中，所述聚酰亚胺薄 膜与热电器件贴合的一侧的铜箔 的形状与热电器件表面的图形相配合， 另一侧全部覆铜箔。 在另一个优选的实施方式中， 所述冷端散热片和热端散热片为翅片式， 在每 个翅片上都开有小窗。

在另一个优选的实施方式中， 所述热电装置的数量为 1个或多个。 附图说明

图 1是本发明的热电装置的结构示意图。

图 2是本发明的提高海水淡化中潜热利用效率的� �备的结构示意图。 具体实施方式

本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之 后发现，将热电器件移植到蒸馏法 海水淡化中， 利用热电器件的帕尔帖 （peltier) 效应， 通电后热电器件一端吸热， 一端放热， 使得水蒸气能快速冷凝， 并将大量的冷凝潜热迅速输运至另一端， 加热 预热箱或蒸发器内海水，从而能有效提高海水 淡化过程中潜热的回收利用率，减少 潜热损失， 减小潜热回收装置所占空间， 降低海水淡化成本， 节约能源。 基于上述 发现， 本发明得以完成。

在本发明的第一方面， 提供了一种提高海水淡化中潜热利用效率的方 法， 该 方法包括以下步骤：

提供一种热电装置， 该热电装置包括热电器件、 散热片和绝缘导热膜， 所述 绝缘导热膜位于散热片和热电器件之间；

将热电器件接通电源， 产生温差， 与冷端相连的散热片置于冷凝管中， 与热 端相连的散热片置于海水预热箱或蒸发器内； 水蒸汽在冷凝管内遇到散热片而快 速冷凝， 释放大量潜热， 由于热电材料的帕尔贴效应， 热电器件的冷端迅速吸收 热量， 输运至热电器件的热端， 并且在与热端相连的散热片上释放， 对海水进 行加热。

在本发明中， 当对热电器件施加电流时， 热电器件就会产生帕尔帖效应， 其 两侧表面分别产生吸热和放热效应，通过绝缘 导热膜传导到散热片上。蒸汽与冷端 散热片之间温差较大，蒸汽经过冷端散热片时 被冷却而迅速冷凝，释放出的冷凝潜 热快速被散热片吸收，通过热电器件被输运至 热端散热片，用来预热海水或产生蒸 发， 从而使热量能够循环利用。 由于热电器件的帕尔帖效应， 冷端散热片不会因吸 收冷凝潜热而大幅升高温度， 能长时间保持与蒸汽之间的温差， 使蒸汽始终能高效 率冷凝。 热电器件本身的能耗很小， 并且这部分能量最终转换为热量， 用于加热或 蒸发海水， 不会造成能源的浪费。 热电器件吸、放热效应的强弱可以通过调节供 给 器件的电压来控制。

在本发明的第二方面，提供了一种提高海水淡 化中潜热利用效率的设备， 该设 备包括：

热电装置， 该热电装置包括热电器件、 散热片和绝缘导热膜， 所述绝缘导热膜 位于散热片和热电器件之间；

放置冷端散热片的冷凝管； 以及

放置热端散热片的海水预热箱或蒸发器。

在本发明中， 所述热电装置包括尼龙框热电器件、 覆铜聚酰亚胺绝缘导热膜、 以及散热片。所述聚酰亚胺绝缘导热膜的两面 都覆铜， 薄膜一面与尼龙框热电器件 悍接相连， 另一面与散热片悍接相连， 这样由一个热电器件、两片薄膜和两个散热 片组成了一个热电装置。两个散热片， 一个嵌入冷凝管中， 另一个嵌入海水预热箱 或蒸发器内。

在本发明中， 所述热电器件用尼龙做成框架， 热电材料置于框架内， 外面喷 涂有电极， 具有良好的耐压抗震性能， 当对热电器件施加电流， 由于帕尔帖效应， 在其两侧表面分别产生吸热和放热效应。

在本发明中， 所述绝缘导热膜是聚酰亚胺薄膜， 位于热电器件和散热片之间， 在薄膜两侧覆有铜箔，薄膜与热电器件贴合的 一侧，铜箔的形状与热电器件表面的 图形相配合， 另一侧全部覆铜箔。

在本发明中， 所述散热片为翅片式， 在每个翅片上都开有小窗， 使散热片与 蒸汽的接触面积增大。

以下参看附图。

图 1是本发明的热电装置的结构示意图。 如图 1所示， 本发明的热电装置 1包 括热电器件 2， 位于热电器件两侧的冷端散热片和热端散热片 4， 以及分别位于热 电器件与冷端散热片之间以及热电器件与热端 散热片之间的绝缘导热膜 3。

图 2是本发明的提高海水淡化中潜热利用效率的� �备的结构示意图。 如图 2所 示，本发明的提高海水淡化中潜热利用效率的 设备包括热电装置， 该热电装置包括 热电器件 2， 位于热电器件两侧的冷端散热片和热端散热片 4， 以及分别位于热电 器件与冷端散热片之间以及热电器件与热端散 热片之间的绝缘导热膜 3 ; 放置冷端 散热片的冷凝管 6 ; 以及放置热端散热片的海水预热箱或蒸发器 5。

一侧散热片 4嵌入冷凝管 6中，另一侧散热片 4嵌入海水预热箱或蒸发器 5中。 当电流通过热电器件 2时，就会产生帕尔帖效应，其两侧表面因吸� �和放热效应而 产生温差。 冷凝管 6中的蒸汽经过散热片 4， 因散热片 4温度较低， 与蒸汽之间温 差较大， 蒸汽与之接触后迅速冷凝， 同时释放出冷凝潜热， 由于热电器件 2冷端的 吸热效应，冷凝潜热快速被散热片 4吸收，通过热电器件 2被输运至热端散热片 4， 热端散热片 4嵌入海水预热箱或蒸发器 5中，传输过来的热量用来预热海水或产生 蒸发，从而使潜热能够有效地循环利用。工作 时热电器件 2能够维持其两面的温差， 使得冷端散热片 4不会因吸收冷凝潜热而大幅升高温度，能长� �间保持与蒸汽之间 的温差， 使蒸汽始终能高效率冷凝， 减少了潜热损失。 热电器件 2体积小， 蒸汽能 在较小空间和较短时间内冷凝，减小了潜热回 收装置所占空间， 降低了海水淡化成 本， 节约了能源。 热电器件 2本身的能耗很小， 并且这部分能量最终转换为热量， 用于加热或蒸发海水， 不会造成能源的浪费。 热电器件吸、放热效应的强弱可以通 过调节供给器件的电压来控制。在实际使用中 ， 可据需要决定热电装置的功率和安 装个数。

其中，热电器件 2的框架由尼龙制成，比原有的陶瓷基器件耐� �抗震性能更好。 绝缘导热膜 3是聚酰亚胺薄膜，其两面附有铜箔，和热电� �件结合的一侧铜箔的图 形与电极匹配， 薄膜两侧分别与热电器件 2和散热片 4悍接， 这样使得热电器件 2 和散热片 4之间在保持绝缘的同时还具有良好的热传导� �，使得热量能够迅速由冷 端散热片 4传递至热端散热片 4， 减小了热量损失。 散热片 4每个翅片上都开有小 窗， 使散热片与蒸汽的接触面积增大， 提高了冷凝效率。 本发明的主要优点在于：

相较于现有技术， 本发明利用热电器件提高了海水淡化过程中潜 热循环利用 的效率，减少了潜热损失；热电器件体积小， 蒸汽能在较小空间和较短时间内冷凝， 减小了潜热回收装置所占空间， 降低了海水淡化成本， 节约了能源。本发明的热电 器件采用尼龙作为框架， 使得器件具有较强的耐压抗震性能， 保持稳定的性能， 延 长了使用寿命；采用覆铜聚酰亚胺薄膜，能克 服传统陶瓷基板热电器件易碎的问题， 两侧覆铜箔能使薄膜与热电器件和散热片悍接 紧密，提高了热传导性能； 还可根据 实际情况决定热电装置的功率和安装个数。 实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。 但是， 应该明白， 这些实施例仅用 于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。 下列实施例中未注明具体条件的试验方 法， 通常按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。 除非另有说明， 所有的百分 比和份数按重量计。 实施例 1

制造了一台小型原理样机， 参照图 2 的结构， 海水预热箱前段管道内， 工作 介质为海水和空气的混合物，常温常压下体积 比为 1 : 100，即海水流量为 3mL/分钟， 空气则为 300mL/分钟， 工作压力为 0.2MPa， 管道内混合物温度为 80°C _; 水蒸气混 合物温度在冷凝管的入口为 130°C， 热电器件尺寸为 50mm X 50mm X 4mm， 放置 一个热电装置， 水蒸气混合物总的潜热功率为 109.7W。 经测量， 热电装置消耗的 电功率为 13. 2W, 热电装置热端放热量为 129. 6W， 冷端吸热量为 1 16. 8W， 回收了 水蒸气冷凝潜热的 106. 5% (包含部分单相液态水降温释放的热量） 。 同样经过测 量， 如果没有热电装置， 相同条件下， 只有 17. 2W的热量能够吸收， 相当于回收了 水蒸气冷凝潜热的 15. 6%。 利用热电装置， 水蒸气潜热回收率从 15. 6%提高至 106. 5%， 装置消耗的电功率也转化为热量， 从而极大地降低了能耗， 节约了成本。 实施例 2

参照图 2的结构， 海水预热箱前段管道内， 工作介质为海水和空气的混合物， 常温常压下海水流量为 8mL/分钟， 空气则为 800mL/分钟， 工作压力为 O. lMPa, 管道内混合物温度为 80°C ; 水蒸气混合物温度在冷凝管的入口为 130°C， 热电器件 尺寸 50mm X 50mm x 4mm, 放置三个热电装置， 水蒸气混合物总的潜热功率为 292.6W。 经测量， 热电装置消耗的电功率为 65. 2W， 热电装置热端放热量 308. 8W， 冷端吸热量为 244W， 回收了水蒸气冷凝潜热的 83. 4%。 同样经过测量， 如果没有热 电装置， 相同条件下， 只有 54. 4W热量能够吸收， 相当于回收了水蒸气冷凝潜热的 18. 6%。 利用热电装置， 水蒸气潜热回收率从 18. 6%提高至 83. 4%。 在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作 为参考， 就如同每一篇文献被 单独引用作为参考那样。 此外应理解， 在阅读了本发明的上述讲授内容之后， 本领 域技术人员可以对本发明作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申请所附权 利要求书所限定的范围。