[发明专利]一种基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电方法及其装置

说明书

本发明提供一种基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，所述发电装置的反向电渗析模块中包括交替排列的非对称阴阳离子交换膜，有利于离子的扩散，同时膜层的厚度较小，有效的减小了膜电阻；其次，本发明采用的碳纳米管/锰酸锂电极，该电极无需与阴阳极室联用，简化了盐差发电装置；此外，该装置在利用余热的同时，还进行了系统内的热交换过程，将余热转化为电能的同时也节省了能源；工作液在整个发电过程中循环利用，大大节省了盐和水的消耗量。基于该发电装置的发电方法，具有膜电阻小、浓差极化现象小、发电效率高的优点，解决了现有技术中的诸多问题，在盐差发电领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及利用余热发电技术领域。更具体地，涉及一种利用余热封闭式反向电渗析发电方法及其装置。

背景技术

第二次工业革命以后，人类进入“电气时代”。人类高速发展的经济活动，促使能源需求日益增长。时至今日，电力已成为社会发展的重要推动力量，是生产生活不可或缺的能源之一。传统的主流发电方式存在着不可再生、发电效率低、污染环境等缺点。利用化石燃料的发电方式导致气候变化，日益枯竭的化石燃料使得人类面临严峻的能源安全问题。水利发电影响自然环境以及生物生存。新能源(如风能、太阳能、核能)存在一定的技术问题以及安全问题。提升能源利用效率，加强能源循环利用，寻求能源经济与环境保护协调发展是行业发展不可避免的问题。

反向电渗析(RED)是1954年由R.Pattle提出的一种发电技术，其基本原理与电渗析脱盐相反，即：利用浓盐溶液与稀盐溶液的混合来进行发电。在河流入海口，理论上，当1m³淡水流入海水时，大约产生0.8kWh电能，在全球范围内的主要河流流入海水能产生接近2TW电能，因此开发反向电渗析发电方法具有重要意义。目前反向电渗析发电装置主要是由阳极、阳极池、交替排列的阴、阳离子交换膜、阴极池和阴极堆叠而成的RED模块。交替排列的阴、阳离子交换膜由隔板来分隔，形成独立的浓水室和淡水室。当浓盐溶液与稀盐溶液进入该模块并在各自腔室中流动时，浓盐溶液中的阴、阳离子在浓度差的推动下分别通过阴、阳离子交换膜迁移入淡水室，从而形成内电流。通过阴阳极的氧化还原反应即可将内电流转化为外电路电流。但是该技术存在RED模块结构复杂、耗水量大、应用范围有限、需要不断补充新鲜的浓淡水等问题，因此需要提供一种反向电渗析发电装置和发电方法来解决上述问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优良的封闭式反向电渗析发电装置。

本发明的第二个目的在于提供一种反向电渗析发电方法。

为达到本发明的第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，所述装置包括：反向电渗析模块、气液分离发生器、冷凝器；

所述反向电渗析模块包括电极和交替排列的阴阳离子交换膜堆；所述交替排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间形成独立的浓液池和稀液池；所述浓液池和稀液池交替排列；

其中，所述阴阳离子交换膜为两端孔径大小不一致的非对称离子交换膜；

所述浓液池的出液口和所述稀液池的出液口分别与所述气液分离发生器的进液口通过管路连接；所述气液分离发生器的出液口与浓液池的进液口通过管路连接；所述气液分离发生器的气体出口与冷凝器的进气口通过管路连接；所述冷凝器的出液口与稀液池的进液口通过管路连接。

优选地，所述阳离子交换膜的厚度为34-36μm，所述阳离子交换膜上离子孔道的孔径为11-375nm；

优选地，所述阳离子交换膜上离子孔道的大孔端孔径为125-375nm，小孔端孔径为11-19nm。

优选地，所述阴离子交换膜的厚度为36-39μm，所述阴离子交换膜上离子孔道的孔径为7-375nm；