【技术实现步骤摘要】
本申请涉及清洁能源利用领域，尤其是涉及一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置。
技术介绍
1、据测算，化石燃料等一次能源在燃烧过程中约有72％的能量作为废热损失排放到环境中，其中约63％的余热温度在100℃以下。此外，从太阳能，地热能和生物质能等可再生能源中也可以获得大量的余热。我国仅常规地热资源的储量就相当于1.25万亿吨标准煤，而其中大部分为低温余热。这类以低品位形式存在的余热能量巨大，如果能对这类低品位余热进行利用，将大大提高能源效率。
2、为了有效利用这部分余热能，热渗透能量转换(toec)技术于2016年由yale大学的p.straub及menachem elimelech等人提出，他们利用热渗透蒸汽通过纳米孔膜的传输从而达到获取低品位热能的目的。2017年，p.straub等人研究提出了低品位热渗透能量转换的能效和性能限制效应。2019年，evyatar shaulsky等人研究了非对称膜对热渗透能量转换系统的提升效果。toec作为一种新兴的技术能有效回收低品位热量，有助于缓解能源资源短缺和环境恶化。
3、传统热渗透能量转换(toec)的原理如下：使用一张疏水性较强且孔径合适的分离膜在冷端和热端之间制造一个很薄的空气间隔。由于孔洞尺寸和膜表面疏水性能的限制，液态水将被阻隔而气态的水分子可以通过分离膜从热端到达冷端，水蒸汽分子随后在冷端冷凝且由于分离膜疏水的特性不能够返回热端，即水蒸气分子只能单向通过分离膜。热端水蒸气运动通过分离膜的通过率取决于热端和冷端的蒸汽分压，两端更高的温差会
技术实现思路
1、为了有效利用热渗透能量转换过程中产生的盐差能，本申请提供一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置。
2、本申请提供的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置采用如下的技术方案：
3、一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，包括：
4、低浓度盐水腔室；
5、热渗透能量转换组件，包括盛有淡水的冷端腔室、盛有盐水的热端腔室以及设置于二者之间的疏水膜；所述热渗透能量转换组件利用所述冷端腔室和所述热端腔室之间的温度差驱使所述热端腔室中的盐水浓缩，使所述热端腔室中的盐浓度高于所述低浓度盐水腔室中的盐浓度；
6、阳离子交换膜组件，设置于所述低浓度盐水腔室和所述热端腔室之间，用于将所述低浓度盐水腔室和所述热端腔室之间的盐度差转化为电能。
7、装置工作时，来自外界热源的低品位余热将热量传递给热端腔室内的盐水，带有低品位余热的热盐水在疏水膜的表面蒸发，以蒸汽形式存在的水分子通过疏水膜的孔洞，并在冷端腔室冷凝为淡水，随着蒸发-冷凝过程的进行，热端腔室中的盐水浓缩，使热端腔室中的盐浓度高于低浓度盐水腔室中的盐浓度，阳离子交换膜组件将盐差能转化为品位更高、使用更灵活的电能并对外输出。
8、本申请利用低品位余热驱动膜蒸馏过程生产淡水的同时，将热渗透能量转换过程中产生的盐差能进一步利用，获得额外的电能，提高了能量利用效率，实现水电联产。
9、进一步地，所述阳离子交换膜组件包括外壳和阳离子交换膜，所述阳离子交换膜将所述外壳的内部空间分隔为低浓度端和高浓度端，所述低浓度端连通于所述低浓度盐水腔室，所述高浓度端连通于所述热端腔室；所述低浓度端设置有低浓度端ag/agcl电极，所述高浓度端设置有高浓度端ag/agcl电极。
10、随着热渗透能量转换组件中的膜蒸馏过程的进行，热端腔室中的盐浓度高于低浓度盐水腔室中的盐浓度，基于阳离子交换膜中的纳米孔道对阳离子的选择性，在离子浓度差的作用下，阳离子定向移动产生电流，实现了盐差能与电能的转换，通过连接ag/agcl电极，可将电能进行输出并储存。
11、进一步地，所述低浓度端ag/agcl电极和所述高浓度端ag/agcl电极均为网状电极。
12、网状结构可减小电极本身对液体的阻碍，从而提高离子交换效率。
13、进一步地，所述低浓度端ag/agcl电极和所述高浓度端ag/agcl电极分别延伸至所述外壳之外。
14、如此，便于将电能通过低浓度端ag/agcl电极和高浓度端ag/agcl电极输出和利用。
15、进一步地，所述阳离子交换膜为nafion117阳离子交换膜。
16、nafion117阳离子交换膜的热阻较大，能够有效地阻隔热渗透能量转换组件热端散发的热量，从而有助于维持热渗透能量转换组件热端与冷端之间的温度差。
17、进一步地，所述低浓度端ag/agcl电极与所述阳离子交换膜之间设置有环状的低浓度端垫片，所述高浓度端ag/agcl电极与所述阳离子交换膜之间设置有环状的高浓度端垫片。
18、低浓度端垫片和高浓度端垫片均具有一定的厚度，使得低浓度端ag/agcl电极与阳离子交换膜之间、高浓度端ag/agcl电极与阳离子交换膜之间保持一定的距离，从而保证有充足的液体与阳离子交换膜接触，提高了离子交换的效率。
19、进一步地，所述疏水膜为ptfe疏水膜。
20、ptfe薄膜具有非对称性，疏水性强，性能好，成本低。
21、进一步地，所述冷端腔室和所述热端腔室的腔室壁均采用导热系数低于0.3w/(m﹒k)的材料制成。
22、低导热系数的材料可减少冷端腔室和热端腔室的热量散失，从而维持冷端腔室与热端腔室之间的温度差。
23、进一步地，所述阳离子交换膜组件的两侧采用pdms进行封装。
24、封装可防止液体流出并减少热量散失，提高了装置在0-100度温度区间的可使用性并延长了装置的使用寿命；同时使装置易于实现模块化，可用于工厂周围的小型余热排放区域。
25、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
26、1.本申请利用低品位余热驱动膜蒸馏过程生产淡水的同时，将热渗透能量转换过程中产生的盐差能进一步利用，获得额外的电能，提高了能量利用效率，实现水电联产；
27、2.本申请将热渗透能量转换装置与阳离子交换膜组件进行了封装并实现模块化，未来可用于工厂周围的小型余热排放区域。
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1.一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述阳离子交换膜组件包括外壳和阳离子交换膜，所述阳离子交换膜将所述外壳的内部空间分隔为低浓度端和高浓度端，所述低浓度端连通于所述低浓度盐水腔室，所述高浓度端连通于所述热端腔室；所述低浓度端设置有低浓度端Ag/AgCl电极，所述高浓度端设置有高浓度端Ag/AgCl电极。
3.根据权利要求2所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述低浓度端Ag/AgCl电极和所述高浓度端Ag/AgCl电极均为网状电极。
4.根据权利要求2所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述低浓度端Ag/AgCl电极和所述高浓度端Ag/AgCl电极分别延伸至所述外壳之外。
5.根据权利要求2所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述阳离子交换膜为Nafion117阳离子交换膜。
6.根据权利要求2
7.根据权利要求1所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述疏水膜为PTFE疏水膜。
8.根据权利要求1所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述冷端腔室和所述热端腔室的腔室壁均采用导热系数低于0.3W/(m﹒K)的材料制成。
9.根据权利要求1所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述阳离子交换膜组件的两侧采用PDMS进行封装。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述阳离子交换膜组件包括外壳和阳离子交换膜，所述阳离子交换膜将所述外壳的内部空间分隔为低浓度端和高浓度端，所述低浓度端连通于所述低浓度盐水腔室，所述高浓度端连通于所述热端腔室；所述低浓度端设置有低浓度端ag/agcl电极，所述高浓度端设置有高浓度端ag/agcl电极。
3.根据权利要求2所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述低浓度端ag/agcl电极和所述高浓度端ag/agcl电极均为网状电极。
4.根据权利要求2所述的一种基于相变迁移自驱动的盐差能和余热能回收利用装置，其特征在于：所述低浓度端ag/agcl电极和所述高浓度端ag/agcl电极分别延伸至所述外壳之外。
5.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，骆麒兆，黄璐，江海峰，黄垲明，唐彬，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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