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1、(10)申请公布号 CN 103449543 A (43)申请公布日 2013.12.18 C N 1 0 3 4 4 9 5 4 3 A *CN103449543A* (21)申请号 201210181285.4 (22)申请日 2012.06.04 C02F 1/04(2006.01) C02F 103/08(2006.01) (71)申请人中国科学院上海硅酸盐研究所 地址 200050 上海市长宁区定西路1295号 (72)发明人吴汀 柏胜强 尹湘林 鲁红亮 陈立东 (74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人项丹 (54) 发明名称 提高海水淡化中潜热利用效率的。
2、方法及设备 (57) 摘要 本发明涉及提高海水淡化中潜热利用效率的 方法及设备，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，以及将热电装置通电。还提供了一种提 高海水淡化中潜热利用效率的设备。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103449543 A CN 103449543 A 1/1页 2 1.一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（1），该热电装置（1）包括热。
3、电器件（2），位于热电器件（2）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（2）与冷端散热片（4）之间以及热电器 件（2）与热端散热片（4）之间的绝缘导热膜（3）；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。 2.一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（1），该热电装置（1）包括热电器件（2），位于热电。
4、器件（2）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（2）与冷端散热片（4）之间以及热电器件（2）与 热端散热片（4）之间的绝缘导热膜（3）； 放置冷端散热片（4）的冷凝管（6）；以及 放置热端散热片（4）的海水预热箱或蒸发器（5）。 3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述热电器件（2）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。 4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述绝缘导热膜（3）是聚酰亚胺薄膜。 5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述聚酰亚胺薄膜的两侧都覆铜箔，一侧与 热电器件焊接相连，另一侧与散热片焊接相连。 6.如权利。
5、要求4所述的设备，其特征在于，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。 7.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述冷端散热片和热端散热片（4）为翅片 式，在每个翅片上都开有小窗。 8.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述热电装置（1）的数量为1个或多个。 权 利 要 求 书CN 103449543 A 1/5页 3 提高海水淡化中潜热利用效率的方法及设备 技术领域 0001 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 0002 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。
6、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 0003 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。
7、，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。 0004 1千克水在一个大气压下，从0升高到100所需的能量为420kJ，而1千克 100水变为100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。
8、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。 0005 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 0006 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。
9、中存在的问题。 0007 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： 0008 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 说 明 书CN 103449543 A 2/5页 4 的绝缘导热膜；以及 0009 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。
10、热片，用来预热海水或产生蒸发，从而使热量循环利用。 0010 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： 0011 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； 0012 放置冷端散热片的冷凝管；以及 0013 放置热端散热片的海水预热箱或蒸发器。 0014 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。 0015 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。 0016 在。
11、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 件焊接相连，另一侧与散热片焊接相连。 0017 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。 0018 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。 0019 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 0020 图1是本发明的热电装置的结构示意图。 0021 图2是本发明的提高海水淡化中潜热利用效率的设备的结构示意图。 具体实施方式 0022 本发明的发明人在经过了广泛而深入的。
12、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。 0023 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： 0024 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； 0025 将热电器件接。
13、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 说 明 书CN 103449543 A 3/5页 5 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。 0026 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。
14、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。 0027 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： 0028 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； 0029 放置冷端散热片的冷凝管；以及 0030 放置热。
15、端散热片的海水预热箱或蒸发器。 0031 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焊接相连，另 一面与散热片焊接相连，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。 0032 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。 0033 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。
16、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。 0034 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。 0035 以下参看附图。 0036 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。 0037 图2是本发明的提高海水淡化中潜热利用效率的设备的结构示意图。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。
17、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。 0038 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，其两侧表面因吸热和放热效应而产生温差。 说 明 书CN 103449543 A 4/5页 6 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，。
18、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，能长时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。
19、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。 0039 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压抗震性能更好。绝 缘导热膜3是聚酰亚胺薄膜，其两面附有铜箔，和热电器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焊接，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性，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。 0040 本发明的主要优点在于： 0041 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。
20、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 散热片焊接紧密，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。 0042 实施例 0043 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。
21、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。 0044 实施例1 0045 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；水蒸气混合物温度在冷凝 管的入口为130，热电器件尺寸为50mmx50mmx4mm，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116.8W，回收。
22、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。 0046 实施例2 说 明 书CN 103449543 A 5/5页 7 0047 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0.1MPa，管道内混合物温 度为80；水蒸气混合物温度在冷。
23、凝管的入口为130，热电器件尺寸50mmx50mmx4mm，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%。 0048 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。 说 明 书CN 103449543 A 1/2页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103449543 A 2/2页 9 图2 说 明 书 附 图CN 103449543 A 。