本发明专利技术公开了一种热电驱动的界面蒸发装置，包括热电结构、界面蒸发结构和蒸汽收集结构。热电结构包括热电多孔浮子和供电装置，其中热电多孔浮子由热电材料制成，内部分布有疏松孔路。依据帕尔贴效应，给热电多孔浮子通电，其上下端分别会放热和吸热；浮子上端面在焦耳热和帕尔贴效应的共同作用下升温，下端面从水体中回收余热。界面蒸发结构包括多孔热电浮子和亲水纤维，液态水由亲水纤维通过通孔向上运动，到达多孔热电浮子上端面，并在该界面被加热汽化。蒸汽收集结构包括透明盖板和蓄水器，蒸汽透过绝热层向上运动，在透明盖板处凝结为液态水并被收集在蓄水器中。本发明专利技术可以用于实现海水淡化或水净化。现海水淡化或水净化。现海水淡化或水净化。
【技术实现步骤摘要】
一种热电驱动的界面蒸发装置
[0001]本专利技术涉及一种热电驱动的界面蒸发装置，特别涉及一种在能源、化工、环保等领域中使用的热电界面蒸发装置。
技术介绍
[0002]在没有聚光的太阳能驱动蒸发系统中，例如一般的太阳能蒸馏器，热量的产生发生在吸收器的表面，而蒸汽的产生发生在系统的其它地方。热量和蒸汽产生的这种分离导致从热量产生到蒸发表面的温度下降，大大增加了热损失，并且导致太阳能蒸馏器中的蒸发效率相对较低，仅为30-45％。
[0003]近年来，公开文献提出了一种界面蒸发技术来改善液体表面的热定位，并成功地实现了约90％的蒸发效率。该方法选择性地加热水的界面而不是整个水体，避免了体积加热，减少了热损失。
[0004]帕尔贴效应：电流通过P型，N型柔性热电材料组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在两种材料的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。
[0005]本专利技术将热电技术和界面蒸发技术结合，致力于开发一种热电蒸馏装置。本申请装置可将水体中的低品质热能回收利用，并集中在热电浮子的热界面，与热电材料本身的焦耳热一起对界面上的液态水进行加热，使得装置的cop值大于1。与传统的太阳能界面蒸发器相比，本专利技术由电能驱动，克服了环境限制，能够全天候使用；
[0006]与现有专利技术(CN208087396U)相比，现有专利技术公开了利用半导体元件加热水，使得水蒸发并在上部设置引导部用于收集蒸汽，本申请装置通过P、N型半导体组合而成的热电单元发热，增大了功率，并通过将界面上的水转移到浮子上端面加热，实现了加热部分水体即界面蒸发的目的，大大提高了热效率。
[0007]由于这些优点，本专利技术的目的是在紧凑、独立和便携式系统中利用热电技术并结合界面蒸发技术，最大化地利用电能。技术方案：
[0008]多孔热电浮子(1)由两种热电材料(P型和N型的半导体材料)制成；P型(6)与N型(8)半导体材料贴附在绝缘涂层(9)两侧，端部以导电涂层(7)如铜箔相连，形成一个热电单元；热电单元的两个外侧面均涂上绝缘涂层，作绝缘处理。热电单元之间通过绝缘涂层(9)相连；热电单元在多孔热电浮子(1)内部纵向排布，即自多孔热电浮子(1)上端面向下端面排布，串联后就形成一层疏松的热电层(12)；热电层与热电层之间沿横向排布，即与多孔热电浮子上端面向下端面方向垂直的两个方向都分布热电层；层与层相互并联并以通孔(10)相互分隔，为了结构更加紧凑稳定，由纵向即自多孔热电浮子(1)上端面向下端面压缩，压缩比例为2:1，即压缩后的厚度为压缩前的一半，压缩后就形成了浮子的疏松多孔结构。
[0009]多孔热电浮子(1)由轻质材料制成，浮动的蒸发结构可以使水的蒸发量最大化；疏水层(13)附在多孔热电浮子(1)下端面下，使得浮子难以与水因为热对流而减少热交换。
[0010]绝热层(2)由透明，绝热且透气的材料如气凝胶制成，位于透明盖板(4)下方，叠加
在多孔热电浮子(1)和亲水纤维(11)上端部上；绝热层(2)抑制了装置与空气的热对流，减少了热损失。
[0011]亲水纤维(11)由纺织材料如羊毛等制成；亲水纤维(11)下端部由通孔(10)插入水中，上端部被夹在多孔热电浮子(1)上端面及绝热层(2)之间；亲水纤维(11)对液态水具有很强的吸附作用，液态水能通过亲水纤维(11)转移到多孔热电浮子(1)上端面。
[0012]透明盖板(4)以玻璃等材料制成，底部涂有疏水材料，水蒸汽在透明盖板(4)处凝结成液态水后自然脱落并被收集在蓄水器中。
[0013]专利技术四周以挡板(3)与外界分隔，避免水蒸汽逃逸，减少了与外界的热交换。
[0014]供电装置(5)为外接电源，自挡板(3)上设孔引出导线，通过导线与多孔热电浮子(1)相连。
[0015]总体而言，将浮子设计成多孔热电浮子(1)；并基于帕尔帖效应，将其上端面设计成热端，下端面设计成冷端；通电后，多孔热电浮子(1)上下端面分别放热、吸热；上端面在帕尔贴效应和焦耳热的共同作用下升温，下端面则从周围水体中吸收热量，温度基本不变；多孔热电浮子(1)上下端面之间形成较大温差，上端面为热端，下端面为冷端；液态水由亲水纤维(11)经通孔渗透至浮子的上端面，在该界面被加热并汽化；绝热层(2)用于减少热损失；水蒸汽透过绝热层(2)向上运动，凝结水蒸汽并收集就实现了水蒸馏。
[0016]本专利技术具有以下优点：本专利技术利用帕尔贴效应，并结合焦耳热加热液态水，提高了热效率和cop值；本专利技术能克服传统的热电蒸发装置蒸发效率低的问题，可应用于海水淡化，蒸汽产生和水净化等领域；本专利技术能够克服环境限制，适用更多的场合。
[0017]本专利技术对太阳能界面蒸发装置进行了改进，结合了热电技术，将漂浮在水面上的浮动蒸发结构设计成热电多孔浮子，利用帕尔贴效应搭建温度梯度，液态水由亲水纤维经通孔渗透至热界面被加热并发生相变。本专利技术提高了电效率和热效率，能够全天候工作。
附图说明：
[0018]图1是一种热电驱动的界面蒸发装置立体图。
[0019]图2(a)是热电的最小单元；图2(b)是热电浮子局部俯视图。
[0020]图3是通孔剖视三维视图，为了简洁美观，图3只画出了部分通孔(10)中的亲水纤维(11)，事实上所有的通孔(10)中都复合了亲水纤维。
具体实施方式：
[0021]下面结合附图对本专利技术的内容做一步说明。
[0022]本专利技术采用的技术方案包括热电结构、界面蒸发结构和蒸汽收集结构。
[0023]热电结构包括多孔热电浮子(1)和供电装置(5)，具体实施时多孔热电浮子(1)由两种轻质热电材料(如吸附不同元素而分别显P型、N型的碳纳米管)制成；P型(6)与N型(8)材料贴附在绝缘涂层(9)两侧，端部以导电涂层(7)如铜箔相连，形成一个热电单元；热电单元的两个外侧面均涂上绝缘涂层，作绝缘处理。热电单元之间通过绝缘涂层(9)相连；热电单元在多孔热电浮子(1)内部纵向排布，即自多孔热电浮子(1)上端面向下端面排布，串联后就形成一层疏松的热电层(12)；热电层与热电层之间沿横向排布，即与多孔热电浮子上端面向下端面方向垂直的两个方向都分布热电层；层与层相互并联并以通孔(10)相互分
隔，为了结构更加紧凑稳定，由纵向即自多孔热电浮子(1)上端面向下端面压缩，压缩比例为2:1，即压缩后的厚度为压缩前的一半，压缩后就形成了浮子的疏松多孔结构。
[0024]供电装置为外接电源，通过导线为多孔热电浮子(1)供电；依据帕尔贴效应，电流通过P型，N型半导体材料组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在两种材料的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象；通过设计回路，使多孔热电浮子(1)在工作时上端面放热，下端面吸热；工作时，多孔热电浮子(1)下端面一部分浸没在水中，能够回收水体中部分的低品质热量，作为冷端；同时多孔热电浮子(1)上端面在帕尔贴效应和焦耳热的共同作用下被加热，迅速升温成热端；多孔热电浮子(1)上下端由此产生较大温差，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热电驱动的界面蒸发装置,包括多孔热电浮子(1)、供电装置(5)、透明盖板(4)、绝热层(2)、疏水层(13)和挡板(3)，其特征在于多孔热电浮子(1)由两种热电材料(P型和N型的半导体材料)制成；P型(6)与N型(8)半导体材料贴附在绝缘涂层(9)两侧，端部以导电涂层(7)如铜箔相连，形成一个热电单元；热电单元的两个外侧面均涂上绝缘涂层，作绝缘处理；热电单元之间通过绝缘涂层(9)相连；热电单元在多孔热电浮子(1)内部纵向排布，即自多孔热电浮子(1)上端面向下端面排布，串联后就形成一层疏松的热电层(12)；热电层与热电层之间沿横向排布，即与多孔热电浮子上端面向下端面方向垂直的两个方向都分布热电层；层与层相互并联并以通孔(10)相互分隔，由纵向即自多孔热电浮子(1)上端面向下端面压缩，压缩比例为2:1，即压缩后的厚度为压缩前的一半，压缩后就形成了浮子的疏松多孔结构。2.根据权利要求1所述的一种热电驱动的界面蒸发装置，其特征在于多孔热电浮子(1)由轻质材料制成，浮动的蒸发结构可以使水的蒸发量最大化；多孔热电浮子(1)下端面附有疏水层(13)，疏水层(13)使得浮子难以与水因为热对流而减少热交换。3.根据权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：马挺，许金海，陈斯蔚，张瑜轩，张斌，王培宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。