СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ ПРИ ПОМОЩИ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ Российский патент 2016 года по МПК C02F1/04 B01D1/22 B01D5/00 

Изобретение относится к способам опреснения воды, а именно к области опреснения морской воды.

Известен способ опреснения морской воды [1]. Рабочая камера в форме параллелепипеда только через одну из четырех поверхностей осуществляет теплообмен, что ухудшает производительность установки. Кроме того, выделение теплоты Джоуля при протекании через полупроводниковые ветви термомодуля приводит к тому, что паразитные энергетические затраты на выработку тепла в три с лишним раза превышают эффект от охлаждения, что также снижает энергосберегающие характеристики опреснительной установки.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков за счет повышения энергетической эффективности.

Это достигается тем, что конструкция тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы позволяет за счет изменения геометрических размеров опреснителя выровнять скорости потоков поступающей морской воды и вытекающей пресной воды и рассола, причем площадь поперечного сечения трубопровода для поступающей морской воды должна быть равна суммарной площади вытекающей пресной воды и рассола. Также преимуществом является то, что в отличие от рабочей камеры в форме параллелепипеда, имеющей две боковые поверхности не участвующие в процессе теплообмена [1], цилиндрическая форма не имеет боковых граней и все поверхности участвуют в теплообмене, что значительно повышает производительность опреснителя и позволяет уменьшить его габариты. Кроме того, применение тонкопленочных полупроводниковых ветвей р- и n-типа в термомодуле практически уменьшает их электрическое сопротивление до нуля и полностью устраняет паразитные выделения тепла Джоуля. При этом термоэлектрический эффект Пельтье по нагреву и охлаждению полностью сохраняется доводя КПД теплового насоса практически до 100%, что улучшает энергосберегающие характеристики опреснителя в целом.

На фиг. 1 изображена конструкция устройства, реализующая предлагаемый способ.

Морская вода 1 поступает в теплообменник снизу вверх. Полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 5 предназначен для отвода тепла от пресной воды 2 к морской воде 1. Полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 4 отводит тепло от концентрированного соленого раствора 3 к морской воде 1. В верхней части расположен полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 6, который горячим спаем доводит до кипения морскую воду 1, а холодным спаем конденсирует пар 7 в пресную воду 2.

Способ реализуется следующим образом.

Полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 6 осуществляет основной процесс в опреснителе: кипятит морскую воду 1 и конденсирует пар 7 в чистую воду 2. Энергетические показатели полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы 6 в опреснительной установке обладают высокой эффективностью, так как градиент температур между кипящей морской водой 1 и конденсирующимся паром 7 практически незначителен и не требует больших энергетических затрат при работе. Фактически полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 6 интенсифицирует процесс теплопередачи от конденсируемого пара к кипящей морской воде 1. Аналогично работают полупроводниковые термоэлектрические насосы цилиндрической формы 4 и 5, причем градиенты температур по горизонтали отсутствуют, а по вертикали меняются от 20°С в нижней части до 100°С в верхней части. В этом случае потребуется минимальные затраты электроэнергии для работы опреснительной установки. Предлагаемая конструкция теплообменника делает возможным отбор практически всего тепла от чистой воды 2 для передачи его в морскую воду , предназначенную для последующего кипячения, уменьшая тем самым затраты энергии для работы опреснителя. Размеры полупроводникового термоэлектрического теплового насоса зависят от электротеплофизических параметров самого теплового насоса, скорости движения жидкости, толщины стенок, объемов жидкости и коэффициентов теплопередачи материалов стенок. Солевой раствор 3, который, двигаясь вниз, отдает через полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 4 тепло морской воде 1, поступающей для опреснения вверх.

Предлагаемая конструкция позволяет рекуперировать тепло и улучшить энергетические показатели опреснителя в целом. Внешние стенки опреснителя должны состоять из теплоизоляционного материала для уменьшения паразитного кондуктивного переноса тепловой энергии в окружающую среду. Габариты опреснителя могут изменяться в широких пределах при сохранении основного условия: температура на выходе опреснительной установки для чистой воды 2 и соленого раствора 3 должна быть практически равна температуре морской воды 1, подающейся в опреснительную установку. Для удовлетворения этого условия можно увеличить высоту опреснительной установки, уменьшить скорость вытекающей чистой воды 2 и концентрацию соленого раствора 3, сделать тоньше все три камеры опреснительной установки для жидкостей 1, 2, 3. Производительность установки зависит от энергетических показателей термоэлектрического устройства цилиндрической формы 4, 5, 6.

Одним из применений опреснительной установки является получение пресной воды и концентрированных растворов из любых водных растворов, а также переработка сточных вод промышленных предприятий. Конструкционные материалы опреснительной установки являются экологически безопасными.

Литература

1. Термоэлектрический опреснитель: пат. 2225843 Рос. Федерация: МПК C02F 1/04. Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А., Зарат Абделькадер; заявитель и патентообладатель «Дагестанский государственный технический университет». - заявл. 11.11.2002, опубл. 20.03.2004.

Изобретение относится к способам опреснения морской воды. Способ опреснения морской воды при помощи тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы включает использование предварительного теплообмена для подогрева морской воды, предназначенной для выпаривания, за счет отвода теплоты от опресненной воды и концентрированного соленого раствора. Тонкопленочный полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы горячим спаем доводит до кипения морскую воду, отбирая холодным спаем теплоту у конденсируемого пара, работая в режиме интенсификатора теплопередачи. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность опреснителя. 1 ил.

Способ опреснения морской воды при помощи тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы, состоящий в том, что для опреснения морской воды используется предварительный теплообмен для подогрева морской воды, предназначенной для выпаривания, за счет отвода теплоты от опресненной воды и концентрированного соленого раствора, отличающийся тем, что тонкопленочный полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы горячим спаем доводит до кипения морскую воду, отбирая холодным спаем теплоту у конденсируемого пара, работая в режиме интенсификатора теплопередачи с целью повышения энергетической эффективности.