專利名稱：膜組件和膜蒸餾系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及膜蒸餾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種膜組件和膜蒸餾系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)中西部的內(nèi)蒙、甘肅、寧夏等地區(qū)太陽能資源十分豐富。但是這些地區(qū)水資源比較缺乏，飲用的地表水多為高礦高氟苦咸水，而且偏遠(yuǎn)地區(qū)常規(guī)能源比較缺乏，因此，可以充分利用太陽能資源采用膜蒸餾技術(shù)凈化苦咸水，特別是對(duì)于一些交通、電力都不發(fā)達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。其中，氣隙式膜蒸懼(Air Gap Membrane Distillation,AGMD)是將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)蒸餾技術(shù)相結(jié)合的一種液體分離技術(shù)，其采用高分子微孔膜將膜組件冷熱端隔開，利用膜兩側(cè)冷熱端溫差引起的蒸汽壓差作為傳質(zhì)推動(dòng)力，溶液中揮發(fā)性組分在疏水膜表面蒸發(fā)后透過微孔膜穿過空氣隙，經(jīng)擴(kuò)散至冷壁冷凝，實(shí)現(xiàn)溶液濃縮分離。然而，發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過程中發(fā)現(xiàn)，在AGMD膜組件中，冷腔冷壁的冷量一般由機(jī)械式制冷模式提供，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過大，且耗電量大。為此，需要尋求新的制冷形式以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高能量利用率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例的主要目的在于提供一種膜組件和膜蒸餾系統(tǒng)，通過應(yīng)用熱電制冷技術(shù)替代壓縮機(jī)制冷技術(shù)，來提高膜通量，降低冷端能耗。本實(shí)用新型的上述目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:—種膜組件，所述膜組件包括設(shè)有冷壁的冷工質(zhì)容腔、設(shè)有膜的熱工質(zhì)容腔，所述膜的滲透?jìng)?cè)與所述冷 壁之間具有間隙，所述冷工質(zhì)容腔和所述熱工質(zhì)容腔分別設(shè)有進(jìn)出口，其特征在于，所述膜組件還包括:熱電制冷器，所述熱電制冷器設(shè)置于所述冷工質(zhì)容腔和所述冷壁之間。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的膜組件的一個(gè)方面，所述熱電制冷器具有冷端面和熱端面，所述熱端面貼附于所述冷工質(zhì)容腔，所述冷壁貼附于所述冷端面。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜組件的另一個(gè)方面，所述膜組件包括至少兩個(gè)冷工質(zhì)容腔和至少一個(gè)熱工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)冷工質(zhì)容腔之間的熱工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述膜，所述兩個(gè)冷工質(zhì)容腔的與所述熱工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜組件的再一個(gè)方面，，所述膜組件包括至少兩個(gè)熱工質(zhì)容腔和至少一個(gè)冷工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)熱工質(zhì)容腔之間的冷工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁，所述兩個(gè)熱工質(zhì)容腔的與所述冷工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)均設(shè)有所述膜。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜組件的又一個(gè)方面，所述熱電制冷器連接太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以利用所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供的直流電將熱量從所述熱電制冷器的冷端面?zhèn)鬟f到所述熱電制冷器的熱端面。一種膜蒸餾系統(tǒng)，包括:太陽能集換熱系統(tǒng)、原液水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)、空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)包括膜組件，所述膜組件包括設(shè)有冷壁的冷工質(zhì)容腔，設(shè)置于所述冷工質(zhì)容腔和所述冷壁之間的熱電制冷器，設(shè)有膜的熱工質(zhì)容腔，所述膜的滲透?jìng)?cè)與所述冷壁之間具有間隙，所述冷工質(zhì)容腔和所述熱工質(zhì)容腔分別設(shè)有進(jìn)出口。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)的一個(gè)方面，所述熱電制冷器具有冷端面和熱端面，所述熱端面貼附于所述冷工質(zhì)容腔，所述冷壁貼附于所述冷端面。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)的另一個(gè)方面，所述膜組件包括至少兩個(gè)冷工質(zhì)容腔和至少一個(gè)熱工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)冷工質(zhì)容腔之間的熱工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述膜，所述兩個(gè)冷工質(zhì)容腔的與所述熱工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)的再一個(gè)方面，所述膜組件包括至少兩個(gè)熱工質(zhì)容腔和至少一個(gè)冷工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)熱工質(zhì)容腔之間的冷工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁，所述兩個(gè)熱工質(zhì)容腔的與所述冷工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)均設(shè)有所述膜。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)的又一個(gè)方面，所述熱電制冷器連接所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以利用所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供的直流電將熱量從所述熱電制冷器的冷端面?zhèn)鬟f到所述熱電制冷器的熱端面。本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果在于:通過本實(shí)用新型的膜組件和膜蒸餾系統(tǒng)，應(yīng)用熱電制冷技術(shù)替代壓縮機(jī)制冷技術(shù)，并將其應(yīng)用于膜蒸餾系統(tǒng)的冷工質(zhì)容腔，能充分發(fā)揮其制冷迅速、體積小及調(diào)節(jié)便捷的特性，適應(yīng)太陽能膜蒸餾熱端隨太陽能輻射變化的工況，提高了膜通量，同時(shí)降低了冷端能耗。參照后文的說明和附圖，詳細(xì)公開了本實(shí)用新型的特定實(shí)施方式，指明了本實(shí)用新型的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本實(shí)用新型的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

參照以下的附圖可以更好地理解本實(shí)用新型的很多方面。附圖中的部件不是成比例繪制的，而只是為了示出本實(shí)用新型的原理。為了便于示出和描述本實(shí)用新型的一些部分，附圖中對(duì)應(yīng)部分可能被放大或縮小。在本實(shí)用新型的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。此夕卜，在附圖中，類似的標(biāo)號(hào)表示幾個(gè)附圖中對(duì)應(yīng)的部件，并可用于指示多于一種實(shí)施方式中使用的對(duì)應(yīng)部件。在附圖中:圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的膜組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A和圖2B是本實(shí)用新型實(shí)施例的膜組件的冷工質(zhì)容腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A-圖3D是本實(shí)用新型實(shí)施例的膜組件的以半導(dǎo)體作為熱電制冷器的實(shí)施例的布置方式示意圖；圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的冷工質(zhì)容腔的形狀示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的三層膜組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的五層膜組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)的組成示意圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。實(shí)施例1本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種膜組件。圖1是該膜組件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該膜組件包括設(shè)有冷壁11的冷工質(zhì)容腔10、設(shè)有膜13的熱工質(zhì)容腔12，所述膜13的滲透?jìng)?cè)131與所述冷壁11之間具有間隙14，所述冷工質(zhì)容腔10和所述熱工質(zhì)容腔12分別設(shè)有進(jìn)出口，另外，在冷工質(zhì)容腔10和冷壁11之間還設(shè)有熱電制冷器15。其中，本實(shí)施例對(duì)膜蒸餾系統(tǒng)的制冷模式進(jìn)行了改造，將原來冷腔機(jī)械壓縮式制冷模式改造為了熱電制冷模式，為膜蒸餾系統(tǒng)提供冷端。例如，為了能夠形成膜蒸餾疏水膜兩側(cè)的溫差，通過熱電制冷器15將其冷端設(shè)計(jì)為采用半導(dǎo)體制冷的方式。目前，熱電制冷又稱半導(dǎo)體制冷或溫差電制冷，主要依據(jù)珀?duì)柼?yīng)，利用電能直接實(shí)現(xiàn)熱能的傳遞，具有無機(jī)械運(yùn)動(dòng)、制冷迅速等特點(diǎn)，尤其適用于制冷量不大，又要求裝置小型化的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于軍事、航天、醫(yī)療等特定領(lǐng)域。熱電制冷效率的提高，受到應(yīng)用場(chǎng)合多因素影響，主要取決于熱端散熱、傳冷方式及良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本實(shí)施例應(yīng)用熱電制冷技術(shù)替代壓縮機(jī)制冷技術(shù)，將其應(yīng)用于太陽能空氣隙膜蒸餾苦咸水淡化系統(tǒng)的冷工質(zhì)容腔(簡(jiǎn)稱冷腔或冷容腔)，充分發(fā)揮其制冷迅速、體積小及調(diào)節(jié)便捷的特性，適應(yīng)太陽能膜蒸餾熱端溫度隨太陽能輻射變化的工況，提高了膜通量，同時(shí)降低了冷端能耗。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體制冷是利用熱電制冷效應(yīng)的一種制冷方式，制冷器的基本元件是熱電偶對(duì)，即把一個(gè)P型半導(dǎo)體元件和一個(gè)N型半導(dǎo)體元件連成熱電偶，把若干對(duì)熱電偶連接起來構(gòu)成熱電堆的熱端面散熱，并保持一定的溫度，把熱電堆的冷端面放到膜蒸餾組件(膜組件)中，形成膜組件的低溫端。再請(qǐng)參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，熱電制冷器15具有冷端面151和熱端面152，所述熱端面152貼附于所述冷工質(zhì)容腔10，所述冷壁11貼附于所述冷端面151。并且，該熱電制冷器15連接太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以利用所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供的直流電將熱量從該熱電制冷器的冷端面?zhèn)鬟f到該熱電制冷器的熱端面，達(dá)到熱電制冷的效果。上述熱電制冷器15的設(shè)置方式只是舉例說明，本實(shí)施例并不對(duì)此加以限制，例如，除了貼附方式以外，也可以采用其他可實(shí)施的設(shè)置方式。圖2A和圖2B是本實(shí)施例的膜組件的冷工質(zhì)容腔10的截面示意圖，如圖2A所示，該冷工質(zhì)容腔10具有進(jìn)水口 21和出水口 22，在該冷工質(zhì)容腔10的一側(cè)設(shè)置有冷壁23，在該冷工質(zhì)容腔10和冷壁23之間設(shè)置有作為熱電制冷器15的半導(dǎo)體24。在一個(gè)實(shí)施方式中，該半導(dǎo)體24可以以“片”的方式設(shè)置于該冷壁23上。圖3是在冷壁23上設(shè)置該半導(dǎo)體24的示意圖。圖3A示出了三片半導(dǎo)體設(shè)置于冷壁23，圖3B示出了六片半導(dǎo)體設(shè)置于冷壁23，圖3C示出了八片半導(dǎo)體設(shè)置于冷壁23，圖3D示出了九片半導(dǎo)體設(shè)置于冷壁23。當(dāng)然，圖3的示意也只是舉例說明，在具體實(shí)施時(shí)，本實(shí)施例也不限制半導(dǎo)體24作為熱電制冷器15在冷壁23上的分布方式以及設(shè)置方式。另外，圖3是以一片半導(dǎo)體為正方形為例，本實(shí)施例也不對(duì)此加以限制，在具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)冷工質(zhì)容腔的形狀來設(shè)置該半導(dǎo)體的形狀和位置，例如，假設(shè)冷工質(zhì)容腔的兩側(cè)均為圓形，整體為一圓柱形的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，則該半導(dǎo)體可以設(shè)計(jì)為布置于該圓形上的環(huán)形結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，以上也只是舉例說明，本實(shí)施例并不以此作為限制。再請(qǐng)參照?qǐng)D2B，除了進(jìn)水口 21、出水口 22、冷壁23以及半導(dǎo)體24以外，該冷工質(zhì)容腔10還具有插片式散熱器和隔板式水流通道箱，其中，冷壁23可以通過鋁板來實(shí)現(xiàn)，但本實(shí)施例并不以此作為限制，任何導(dǎo)熱性能好的材料都可以用作冷壁23。在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施方式中，膜組件包括至少兩個(gè)冷工質(zhì)容腔和至少一個(gè)熱工質(zhì)容腔，并且該冷工質(zhì)容腔和該熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置。其中，設(shè)置于兩個(gè)冷工質(zhì)容腔之間的熱工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有上述膜，而兩個(gè)冷工質(zhì)容腔的與熱工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有上述熱電制冷器和上述冷壁。在本實(shí)施例的另外一個(gè)實(shí)施方式中，膜組件包括至少兩個(gè)熱工質(zhì)容腔和至少一個(gè)冷工質(zhì)容腔，并且該冷工質(zhì)容腔和該熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置。其中，設(shè)置于兩個(gè)熱工質(zhì)容腔之間的冷工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有上述熱電制冷器和上述冷壁，而上述兩個(gè)熱工質(zhì)容腔的與冷工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)均設(shè)有上述膜。圖5是具有半導(dǎo)體制冷(設(shè)置了上述熱電制冷器)的三層膜組件的示意圖，如圖5所示，該膜組件包括兩個(gè)熱工質(zhì)容腔51、52以及一個(gè)冷工質(zhì)容腔53，每一個(gè)容腔都設(shè)有進(jìn)水口和出水口。其中，冷工質(zhì)容腔53的兩側(cè)都設(shè)有熱電制冷器531以及冷壁532，其中，熱電制冷器531的熱端面貼附于冷工質(zhì)容腔53的兩側(cè)，而冷壁532貼附于熱電制冷器531的冷端面，如圖5所示，該熱電制冷器531連接太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該太陽能發(fā)電系統(tǒng)能夠?yàn)樵摕犭娭评淦?31提供直流電能，實(shí)現(xiàn)熱量從熱電制冷器531的冷端面到熱端面的傳遞，達(dá)到熱電制冷的效果。其中，熱工質(zhì)容腔51、52上與冷工質(zhì)容腔53相鄰的一側(cè)設(shè)有上述膜511、512，以便進(jìn)入熱工質(zhì)容腔51、52的高溫原液在膜的熱側(cè)面的氣液邊界層中發(fā)生氣化，氣化后的水蒸氣分子通過擴(kuò)散穿過膜空進(jìn)入空氣隙，水蒸氣分子吸收熱電制冷器531釋放的冷量，一部分在膜的冷側(cè)面和空氣隙中冷凝為水，其余擴(kuò)散至冷壁凝結(jié)為純水。其中，本實(shí)施例是以太陽能發(fā)電系統(tǒng)為熱電制冷器531提供直流電能、太陽能集熱系統(tǒng)為熱工質(zhì)容腔51、52提供熱量為例，然而本實(shí)施例并不以此作為限制，在具體實(shí)施時(shí)，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用其他熱源和電源為本實(shí)施例的膜組件提供相應(yīng)的熱量和直流電能。其中，對(duì)于本實(shí)施例的熱電制冷器531的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在前面做了說明，此處不再重復(fù)說明。圖6是具有半導(dǎo)體制冷(設(shè)置了上述熱電制冷器)的五層膜組件的示意圖，如圖6所示，該膜組件包括兩個(gè)熱工質(zhì)容腔61、62以及三個(gè)冷工質(zhì)容腔63、64、55，每一個(gè)容腔都設(shè)有進(jìn)水口和出水口。其中，冷工質(zhì)容腔63上與熱工質(zhì)容腔61相鄰的一側(cè)設(shè)有熱電制冷器631以及冷壁632，其中，熱電制冷器631的熱端面貼附于冷工質(zhì)容腔63的與熱工質(zhì)容腔61相鄰的側(cè)，而冷壁632貼附于熱電制冷器631的冷端面。其中，冷工質(zhì)容腔64的兩側(cè)都設(shè)有熱電制冷器641和冷壁642，其中，熱電制冷器641的熱端面貼附于冷工質(zhì)容腔64的兩側(cè)，而冷壁642貼附于熱電制冷器641的冷端面。其中，冷工質(zhì)容腔65的與熱工質(zhì)容腔62相鄰的一側(cè)設(shè)有熱電制冷器651以及冷壁652，其中，熱電制冷器651的熱端面貼附于冷工質(zhì)容腔65的與熱工質(zhì)容腔62相鄰的側(cè)，而冷壁652貼附于熱電制冷器651的冷端面。如圖6所示，上述熱電制冷器631、641、651通過電路連接外部電源，例如太陽能發(fā)電系統(tǒng)或者直流電源等，通過該外部電源為該熱電制冷器631、641、651提供直流電能，實(shí)現(xiàn)熱量從熱電制冷器631、641,651的冷端面到熱端面的傳遞，達(dá)到熱電制冷的效果。其中，由于熱工質(zhì)容腔61、62的兩側(cè)都與冷工質(zhì)容腔相鄰，因此該熱工質(zhì)容腔61、62的兩側(cè)均設(shè)有上述膜，以便進(jìn)入熱工質(zhì)容腔61、62的高溫原液在膜的熱側(cè)面的氣液邊界層中發(fā)生氣化，氣化后的水蒸氣分子通過擴(kuò)散穿過膜空進(jìn)入空氣隙，水蒸氣分子吸收熱電制冷器631、641、651釋放的冷量，一部分在膜的冷側(cè)面和空氣隙中冷凝為水，其余擴(kuò)散至冷壁凝結(jié)為純水。同樣的，對(duì)于本實(shí)施例的熱電制冷器631、641、651的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在前面做了說明，此處不再重復(fù)說明。通過本實(shí)用新型的膜組件，應(yīng)用熱電制冷技術(shù)替代壓縮機(jī)制冷技術(shù)，并將其應(yīng)用于膜蒸餾系統(tǒng)的冷工質(zhì)容腔，能充分發(fā)揮其制冷迅速、體積小及調(diào)節(jié)便捷的特性，適應(yīng)太陽能膜蒸餾熱端隨太陽能輻射變化的工況，提高了膜通量，同時(shí)降低了冷端能耗。實(shí)施例2本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種膜蒸餾系統(tǒng)。圖7是該膜蒸餾系統(tǒng)的組成示意圖，圖8是該膜蒸餾系統(tǒng)的工作流程示意圖，請(qǐng)參照?qǐng)D7和圖8，該膜蒸餾系統(tǒng)主要包括:太陽能集換熱系統(tǒng)71、原液水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)72、空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)73以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)74，其中，太陽能集換熱系統(tǒng)71包括太陽能集熱系統(tǒng)和換熱器，太陽能集熱系統(tǒng)收集太陽能并將其轉(zhuǎn)換為熱能，通過換熱器加熱原液，為膜蒸餾過程提供熱量。原液水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)72主要是對(duì)進(jìn)入膜蒸餾系統(tǒng)的原液進(jìn)行沉降、過濾等初步水質(zhì)處理，其可以包括預(yù)處理裝置和原液儲(chǔ)水箱。空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)73主要是對(duì)預(yù)處理后的原液進(jìn)行分離提純。如圖8所示，其包括膜組件，該膜組件可以通過實(shí)施例1的膜組件來實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)容被合并于此，不再重復(fù)說明，在圖8的示例中，該膜組件是一個(gè)六層結(jié)構(gòu)，包括三個(gè)冷工質(zhì)容腔和三個(gè)熱工質(zhì)容腔，如前所述，熱工質(zhì)容腔上與冷工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有前述膜，冷工質(zhì)容腔上與熱工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有前述熱電制冷器以及冷壁，除此之外，每一個(gè)容腔都設(shè)有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。在該空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)73中，如圖8所示，除了上述膜組件之外，還包括冷容腔進(jìn)口管路、冷容腔出口管路、熱容腔進(jìn)口管路、熱容腔出口管路、給水泵、循環(huán)泵、閥門、收集器以及蒸餾水儲(chǔ)水箱，這些部件構(gòu)成了冷工質(zhì)循環(huán)回路和熱工質(zhì)循環(huán)回路，其中，按照水流方向，冷工質(zhì)循環(huán)回路為原液儲(chǔ)水箱一給水泵一冷容腔進(jìn)口管路一冷容腔一冷容腔出口管路一閥門A —原液儲(chǔ)水箱；熱工質(zhì)循環(huán)回路為循環(huán)泵一換熱器一熱容腔進(jìn)口管路一熱容腔—熱容腔出口管路一循環(huán)泵。具體的工作過程將在以下進(jìn)行說明。太陽能發(fā)電系統(tǒng)74主要是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并為熱電制冷器提供直流電。為了使本實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)以及熱電制冷器更加清楚易懂，以下結(jié)合圖8對(duì)該膜蒸餾系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行說明。請(qǐng)參照?qǐng)D8。在原有的多層并接式膜組件基礎(chǔ)上，本實(shí)施例將熱電制冷器的熱端面貼附于冷工質(zhì)容腔(簡(jiǎn)稱冷容腔)的兩側(cè)，將冷壁貼附于熱電制冷器的冷端面。太陽能發(fā)電系統(tǒng)為熱電制冷器提供直流電能，實(shí)現(xiàn)熱量從熱電制冷器冷端面到熱端面的傳遞，達(dá)到熱電制冷效果。待處理的原液在預(yù)處理裝置中進(jìn)行初步水處理，預(yù)處理后的原液存儲(chǔ)于原液儲(chǔ)水箱中。給水泵將原液儲(chǔ)水箱中的原液通過冷容腔進(jìn)口管路進(jìn)入空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)的冷容腔，在冷容腔內(nèi)吸收熱電制冷器熱端面的熱量，達(dá)到預(yù)熱處理后進(jìn)入冷容腔出口管路。其中，通過調(diào)節(jié)閥門A、B的開度可將從冷容腔出來的原液分為兩部分，分別進(jìn)入冷工質(zhì)循環(huán)回路和熱工質(zhì)循環(huán)回路。一部分原液經(jīng)由閥門A回到原液儲(chǔ)水箱，通過噴淋等措施進(jìn)行冷卻，另一部分(質(zhì)量等于產(chǎn)水量)經(jīng)由閥門B進(jìn)入熱工質(zhì)循環(huán)回路。預(yù)熱后進(jìn)入熱工質(zhì)循環(huán)回路的原液與濃縮后的高溫原液混合，然后進(jìn)入太陽能集換熱系統(tǒng)中的換熱器，吸收太陽能集熱系統(tǒng)提供的熱量，達(dá)到工作溫度后進(jìn)入熱容腔。進(jìn)入熱容腔的高溫原液在膜的熱側(cè)面的氣液邊界層中發(fā)生氣化，氣化后的水蒸氣分子通過擴(kuò)散穿過膜孔進(jìn)入空氣隙，水蒸氣分子吸收熱電制冷器釋放的冷量，一部分在膜的冷側(cè)面和空氣隙中冷凝為水，其余擴(kuò)散至冷壁凝結(jié)為純水。濃縮后的高溫原液通過循環(huán)泵加壓后與預(yù)熱處理的原液混合進(jìn)入太陽能集換熱系統(tǒng)中的換熱器換熱，達(dá)到工作溫度后進(jìn)入熱容腔。從空氣隙冷凝的純水由蒸餾水收集裝置進(jìn)行收集，并存儲(chǔ)于蒸餾水儲(chǔ)水箱中。在另一個(gè)實(shí)施例中，濃縮后的高溫原液也可以分為兩部分，一部分經(jīng)由另一個(gè)閥門通過循環(huán)泵加壓后與預(yù)熱處理的原液混合進(jìn)入太陽能集換熱系統(tǒng)中的換熱器換熱，達(dá)到工作溫度后進(jìn)入熱容腔；另一部分則經(jīng)由另一個(gè)閥門進(jìn)入冷工質(zhì)循環(huán)回路，與從原液儲(chǔ)水箱出來的原液混合后，由給水泵加壓送入冷腔入口管路進(jìn)行再循環(huán)。通過本實(shí)用新型的膜蒸餾系統(tǒng)，應(yīng)用熱電制冷技術(shù)替代壓縮機(jī)制冷技術(shù)，并將其應(yīng)用于膜蒸餾系統(tǒng)的冷工質(zhì)容腔，能充分發(fā)揮其制冷迅速、體積小及調(diào)節(jié)便捷的特性，適應(yīng)太陽能膜蒸餾熱端隨太陽能輻射變化的工況，提高了膜通量，同時(shí)降低了冷端能耗。以上結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，這些描述都是示例性的，并不是對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型的精神和原理對(duì)本實(shí)用新型做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種膜組件，所述膜組件包括設(shè)有冷壁的冷工質(zhì)容腔、設(shè)有膜的熱工質(zhì)容腔，所述膜的滲透?jìng)?cè)與所述冷壁之間具有間隙，所述冷工質(zhì)容腔和所述熱工質(zhì)容腔分別設(shè)有進(jìn)出口，其特征在于，所述膜組件還包括: 熱電制冷器，所述熱電制冷器設(shè)置于所述冷工質(zhì)容腔和所述冷壁之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件，其特征在于，所述熱電制冷器具有冷端面和熱端面，所述熱端面貼附于所述冷工質(zhì)容腔，所述冷壁貼附于所述冷端面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件，其特征在于，所述膜組件包括至少兩個(gè)冷工質(zhì)容腔和至少一個(gè)熱工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)冷工質(zhì)容腔之間的熱工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述膜，所述兩個(gè)冷工質(zhì)容腔的與所述熱工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件，其特征在于，所述膜組件包括至少兩個(gè)熱工質(zhì)容腔和至少一個(gè)冷工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)熱工質(zhì)容腔之間的冷工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁，所述兩個(gè)熱工質(zhì)容腔的與所述冷工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)均設(shè)有所述膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件，其特征在于，所述熱電制冷器連接太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以利用所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供的直流電將熱量從所述熱電制冷器的冷端面?zhèn)鬟f到所述熱電制冷器的熱端面。
6.一種膜蒸餾系統(tǒng)，包括:太陽能集換熱系統(tǒng)、原液水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)、空氣隙膜蒸餾系統(tǒng)以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述空氣隙膜蒸餾系統(tǒng) 包括膜組件，所述膜組件包括設(shè)有冷壁的冷工質(zhì)容腔，設(shè)置于所述冷工質(zhì)容腔和所述冷壁之間的熱電制冷器，設(shè)有膜的熱工質(zhì)容腔，所述膜的滲透?jìng)?cè)與所述冷壁之間具有間隙，所述冷工質(zhì)容腔和所述熱工質(zhì)容腔分別設(shè)有進(jìn)出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜蒸餾系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電制冷器具有冷端面和熱端面，所述熱端面貼附于所述冷工質(zhì)容腔，所述冷壁貼附于所述冷端面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜蒸餾系統(tǒng)，其特征在于，所述膜組件包括至少兩個(gè)冷工質(zhì)容腔和至少一個(gè)熱工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)冷工質(zhì)容腔之間的熱工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述膜，所述兩個(gè)冷工質(zhì)容腔的與所述熱工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜蒸餾系統(tǒng)，其特征在于，所述膜組件包括至少兩個(gè)熱工質(zhì)容腔和至少一個(gè)冷工質(zhì)容腔，并且所述冷工質(zhì)容腔和熱工質(zhì)容腔成一定的間隔平行設(shè)置；并且設(shè)置于兩個(gè)熱工質(zhì)容腔之間的冷工質(zhì)容腔的兩側(cè)均設(shè)有所述熱電制冷器和所述冷壁，所述兩個(gè)熱工質(zhì)容腔的與所述冷工質(zhì)容腔相鄰的一側(cè)均設(shè)有所述膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜蒸餾系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電制冷器連接所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以利用所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供的直流電將熱量從所述熱電制冷器的冷端面?zhèn)鬟f到所述熱電制冷器的熱端面。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種膜組件和膜蒸餾系統(tǒng)，其中，所述膜組件包括設(shè)有冷壁的冷工質(zhì)容腔、設(shè)有膜的熱工質(zhì)容腔，所述膜的滲透?jìng)?cè)與所述冷壁之間具有間隙，所述冷工質(zhì)容腔和所述熱工質(zhì)容腔分別設(shè)有進(jìn)出口，并且所述膜組件還包括設(shè)置于所述冷工質(zhì)容腔和所述冷壁之間的熱電制冷器。通過本實(shí)用新型的膜組件和膜蒸餾系統(tǒng)，應(yīng)用熱電制冷技術(shù)替代壓縮機(jī)制冷技術(shù)，并將其應(yīng)用于膜蒸餾系統(tǒng)的冷工質(zhì)容腔，能充分發(fā)揮其制冷迅速、體積小及調(diào)節(jié)便捷的特性，適應(yīng)太陽能膜蒸餾熱端隨太陽能輻射變化的工況，提高了膜通量，同時(shí)降低了冷端能耗。
文檔編號(hào)B01D63/00GK203155103SQ201320092150
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者楊曉宏, 田瑞, 邢世錄, 王志敏, 楊勝男, 尹秀翠 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)