半导体制冷应用于空气隙膜组件冷腔的试验研究

摘要

空气隙膜蒸馏技术具有可利用廉价低热源(太阳能、工业废热、地热等)、分离纯度高、热利用率高的独特优势。影响传质通量的主要因素是冷热温差,一般温差与膜通量成幂函数关系,通过升高热工质温度和降低冷腔温度来增大温差,当热工质温度较为恒定时,可降低组件冷端温度,达到提高温差的目的。半导体制冷技术是利用热电效应的原理制冷,具有制冷迅速、绿色环保、通过工作电流大小实现可控调节的优点,可为膜蒸馏组件的冷端提供所需冷量。
　　本文以空气隙膜蒸馏淡化苦咸水为应用研究背景,对半导体制冷与空气隙膜组件冷腔的耦合方式进行了设计研究,并对其耦合的可行性进行了试验研究。根据型号为9501/242/160B半导体制冷特点,设计空气隙膜蒸馏组件的半导体制冷冷腔,半导体热端采用箱体式插片强制水冷散热器进行散热,半导体冷端采用风机强制对流换热方式。试验分析了不同片数的半导体的制冷响应时间,环境温度以及散热循环水浴温度和流量对冷壁温度的影响及半导体并联运行的稳定性。
　　试验结果表明,半导体制冷片制冷响应时间非常快,在接通电源12s,冷壁温度基本趋于恒定,长时间运行稳定性好。四片半导体在工作电流为20A时,散热循环水浴温度为20℃、流量为700L/h条件下,制冷量为112.83W,制冷效率为0.51,产热量为384.83W,冷壁温度为8.9℃,可以达到膜组件冷腔所需的温度条件,为空气隙膜组件与半导体制冷片的耦合提供试验研究基础。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 空气隙膜蒸馏基础理论

1.3 半导体制冷基础理论

1.4 本课题研究内容

第二章 半导体制冷与新型膜组件匹配设计研究

2.1 半导体制冷装置与空气隙膜组件的耦合设想

2.2 冷负荷计算

第三章 半导体制冷实验装置的设计

3.1 实验台架的设计

3.2 实验装置及流程

3.3 流量测试装置

3.4 温度测试装置

3.5 热电偶的标定

第四章 半导体制冷性能试验研究

4.1 一片半导体的实验结果分析

4.2 四片半导体的实验结果分析

4.3 本章小结

第五章 结论

5.1 结论

5.2 课题创新点

5.3课题后续工作

参考文献

致谢

在读期间取得的科研成果