基于帕尔贴模块增强分散式热法海水淡化系统效率的创新方法

本研究针对传统热法海水淡化系统能效低、淡水产量不足的问题，提出了一种集成帕尔贴模块（Peltier）的混合源热法海水淡化系统（HSTDS）。通过理论建模与实验验证，该系统实现了闭式潜热回收机制，在3A电流下系统效率提升至64.83%，产水量提高50%，COP（性能系数）最高达8.30。研究为分散式水处理提供了可扩展的可持续解决方案，尤其适用于可再生能源整合场景。

　　

全球清洁水资源短缺正成为最严峻的挑战之一，冰川封存了2%的淡水，而人类可直接利用的淡水仅占0.5%。面对人口增长和气候变化，传统大规模热法脱盐技术（如多级闪蒸MSF和多效蒸馏MED）因高能耗难以惠及偏远地区，而太阳能蒸馏装置又受限于低效和气候依赖性。近期厄瓜多尔因极端缺水宣布国家紧急状态的事件，更凸显了开发分散式、高能效脱盐技术的紧迫性。

在此背景下，研究人员设计了一种革命性的混合源热法海水淡化系统（HSTDS），其核心创新在于将帕尔贴模块（Peltier）作为热泵集成于蒸发室与冷凝室之间。该系统通过闭式潜热回收机制，在最小温差（ΔT）条件下运行，实现了蒸发与冷凝的同步强化。理论模型结合热电效应方程、沸腾传热分析和能量平衡计算，预测了系统在变工况下的行为。实验验证显示，相较于传统加热器系统，4A电流下帕尔贴辅助系统将冷凝起始时间从58分钟缩短至40分钟，产水量从0.848L跃升至1.272L，提升幅度达50%。更值得注意的是，系统在3A运行时效率从54.93%提升至64.83%，COP值随电流变化呈现8.30（1A）至1.50（4A）的可调特性，证实了潜热回收的有效性。

关键技术方法
研究采用热电模块建模（含塞贝克系数α和傅里叶热传导方程）、闭式循环温度梯度控制（ΔT<10°C）、混合能源输入接口设计（兼容太阳能/电网），以及实时数据采集系统（记录温度、电流、产水量等参数）。实验样本使用标准盐水溶液（3.5% NaCl）。

主要研究结果

温度演化与产水性能
蒸发室温度曲线显示，帕尔贴模块在维持100°C沸腾温度的同时，将冷凝室温度稳定控制在30°C以下。这种精准温控使单位能耗产水量（GOR）提升37.5%，验证了最小ΔT运行策略对COP的优化作用。

能效比较分析
与传统电加热系统相比，帕尔贴辅助系统在2A电流下即可实现等效产水量，而能耗降低42%。热成像显示模块冷热端温差仅8.2°C时，仍能维持1.2L/h的产水速率，打破传统热电脱盐需大ΔT的认知。

可再生能源适配性
系统在12V太阳能输入下保持稳定运行，证明其与光伏系统的兼容性。模块化设计允许根据日照强度动态调节电流，为离网社区提供可行性方案。

结论与展望
该研究开创性地证明了帕尔贴模块在最小ΔT条件下的高效热泵作用，其闭式能量循环机制使系统COP远超传统热电脱盐设备。通过将冷凝热直接回用于蒸发过程，系统实现了54.9%的废热利用率，较同类技术提升近20个百分点。更重要的是，这种设计摆脱了对单一能源的依赖，可灵活接入智能电网或离网光伏系统，为SDG6（清洁饮水）和SDG7（可负担能源）目标提供技术支撑。未来研究可探索模块阵列化扩展、相变材料（PCM）耦合等方向，进一步提升系统经济性。论文发表于《Desalination》，为分散式水处理技术树立了新标杆。