新型膜蒸馏组件中半导体制冷性能试验研究

　　膜蒸馏技术是近年来新型的海水(苦咸水)淡化水技术，该技术依靠微孔高分子膜两侧的温差使挥发性组分透过膜孔，从而达到浓缩分离的目的。而在膜组件中蒸汽与制冷表面的温差决定了膜组件传质效率的大小，通常待处理溶液热端温度越高，冷端温度越低，其传质通量越大。笔者设计的新型空气隙式层叠式膜组件通常采用制冷机为组件冷循环系统提供冷端所需要的温度，每平方米膜的单位质量淡水的电力消耗约为13.6kW·h/kg，提高了膜组件利用太阳能膜蒸馏淡化苦咸水的经济性。半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，它具有清洁、噪声小、制冷快、易调节及易于小型化等优点^[1]。

　　笔者设计了新型的具有半导体制冷的层式膜蒸馏组件，即在膜蒸馏组件冷端采用半导体制冷提供冷端需要的低温。由于半导体制冷片很薄，工作时热端产生的热量如果没有及时地散发出去就会很容易通过制冷片本身渗透到冷端，从而在很大程度上影响制冷效果。因此，其热端散热问题是影响半导体制冷性能的重要因素。半导体主要采用风扇加翅片的强迫通风散热形式进行热端散热^[1]，通过分析得知，由于强迫通风散热热端温降不明显，且膜热端水蒸气冷凝释放的汽化潜热通常比较大，所以有可能使传热量由热端传向冷端，从而影响制冷效果。笔者采用水冷热端散热，考察静止水域和扰动水域2种情况下的半导体热电性能。

　　1　具有半导体制冷的膜组件冷容腔的设计

　　图1所示为具有半导体制冷的膜组件的冷容腔，两面各有按一定方式排列的半导体，将半导体制冷片贴附在箱体式插片散热器的两侧，冷却水由左侧通过箱体式散热器，当热电堆通以直流电时，半导体热电堆开始工作，热端散热，冷端制冷，半导体表面贴有铜片，与膜组件的热容腔连接，形成空气隙，热容腔的挥发性组分汽化透过膜，穿过空气隙进而在半导体热电堆冷端的铜板上冷凝。

　　2　半导体制冷组件冷端性能测试设计

　　将半导体制冷片按3×3平铺在插片式散热器上，形成边长为120mm×120mm的正方形(见图2)，半导体热面与散热器表面之间涂有均匀导热硅，半导体的制冷表面粘有铜板，半导体编号由左到右依次为1，2，3，4，5，6，7，8和9。半导体制冷组件性能测试装置如图3所示。

　　3　半导体性能测试

　　3.1　散热水箱

　　散热水箱采用重庆四达试验设备有限公司型号为CS501-3C的超级恒温器，尺寸为50cm×35cm×25cm，该散热器通过电源开关调节自身的循环系统，从而可以为测试半导体制冷组件性能提供静态与扰动2种水域情况。散热水箱具有保温作用，同时可得到半导体组件工作时水域的温度变化情况。