Термоэлектрический опреснитель

 

Изобретение относится к технике получения пресной воды, в частности к опреснительным установкам, основанным на получении пресной воды из морской. Целью изобретения является повышение эффективности опреснительной установки. Цель достигается за счет использования специальной конструкции опреснителя. Термоэлектрический опреснитель содержит рабочую камеру, представляющую собой вытянутый в горизонтальном направлении полый прямоугольный параллелепипед из теплоизолирующего материала, у которого отсутствует одна из меньших боковых граней. Объем рабочей камеры разделен на три расположенных друг над другом сообщающихся канала для отвода концентрированного рассола, подвода морской воды и отвода пресной воды двумя тонкими горизонтальными перегородками неодинаковой длины (длина нижней перегородки больше длины верхней перегородки и меньше длины рабочей камеры), выполненными из высокотеплопроводного материала. Канал для подвода морской воды заканчивается бортиком. На концах перегородок установлены две термоэлектрические батареи (ТЭБ), тепловыделяющие спаи которых приведены в тепловой контакт с игольчатыми радиаторами, иглы в которых расположены в шахматном порядке и выведены в канал для подвода морской воды, а теплопоглощающие сопряжены с двумя другими игольчатыми радиаторами, выведенными в каналы для отвода концентрированного рассола и отвода пресной воды соответственно. Объем ТЭБ заполнен теплоизоляционным материалом, который уменьшает тепловой поток между каналами для отвода концентрированного рассола, подвода морской вода и отвода пресной воды через ТЭБ, а также устраняет тепловой контакт ТЭБ с перегородками. 3 ил.

Изобретение относится к технике получения пресной воды, в частности к опреснительным установкам, основанным на получении пресной воды из морской.

Проблема получения чистой питьевой воды в странах Ближнего Востока и Северной Африки по сей день является насущной, актуальной и важной. Это связано с климатическими особенностями данных регионов, состоящими в жарком климате, отсутствием водоемов с пресной водой, низким среднегодовым уровнем осадков.

Наиболее распространенным способом получения пресной воды в рассматриваемых регионах является выпаривание морской воды и конденсации образовавшегося пара (процесс дистилляции).

Для выпаривания используются различные системы нагрева, в частности электрическая энергия, солнечная энергия, геотермальная энергия и т.п. В системах, использующих электрическую энергию, энерговыгодным является применение термоэлектрических полупроводниковых преобразователей, ввиду особенностей своего функционирования имеющих высокое значение коэффициента полезного действия при работе в режиме нагревания (при ΔТ=10 К на каждый ватт выделяемой на горячем спае полупроводникового термоэлектрического преобразователя необходимо затратить не более 0,2 Вт электрической энергии, при ΔТ=20 К - 0,3 Вт [Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1986, с. 154]). Другим весьма ощутимым преимуществом использования полупроводниковых термоэлектрических преобразователей в системах получения пресной воды из морской является то обстоятельство, что термоэлектрический преобразователь может совмещать в себе и систему испарения, и систему конденсации влаги.

В качестве прототипа данного изобретения может быть принята опреснительная установка по авторскому свидетельству SU 1650597 А1, кл.С 02 F 1/06, публ. 23.05.91, с. 1-6. Известная установка содержит рабочую камеру, в которой размещены термоэлектрические батареи (ТЭБ), разделяющие рабочую камеру на камеру испарения и камеру конденсации. К ТЭБ подается напряжение постоянного тока, при этом на ее горячих спаях происходит выделение тепла, а на холодных - поглощение тепла. В камере испарения на горячих спаях ТЭБ происходит нагрев и испарение воды. Полученный пар поступает в камеру конденсации и конденсируется на холодных спаях ТЭБ. В известной установке происходит регенерация тепла конденсата и повышается эффективность работы установки. К недостаткам известной установки относится то, что не достаточно эффективно используется тепло концентрированного рассола и конденсата.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. Для достижения данной цели предлагается термоэлектрический опреснитель, состоящий из двух ТЭБ, зон испарения и конденсации воды, а также каналов для отвода и подвода морской, опресненной воды и концентрированного рассола.

Конструкция термоэлектрического опреснителя приведена на чертеже. Термоэлектрический опреснитель содержит рабочую камеру 1, представляющую собой вытянутый в горизонтальном направлении полый прямоугольный параллелепипед из теплоизолирующего материала, у которого отсутствует одна из меньших боковых граней. Объем рабочей камеры 1 разделен на три расположенных друг над другом сообщающихся канала для отвода концентрированного рассола 2, подвода морской воды 3 и отвода пресной воды 4 двумя тонкими горизонтальными перегородками 5, 6 неодинаковой длины (длина нижней перегородки 6 больше длины верхней перегородки 5 и меньше длины рабочей камеры 1), выполненными из высокотеплопроводного материала. Канал 3 заканчивается бортиком 7.

На концах перегородок 5 и 6 установлены ТЭБ 8 и 9, тепловыделяющие спаи которых приведены в тепловой контакт с игольчатыми радиаторами 10 и 11 (фиг.2), иглы в которых расположены в шахматном порядке и выведены в канал 3, а теплопоглощающие сопряжены с игольчатыми радиаторами 12, 13 и выведенными в каналы 2 и 4 соответственно. Объем ТЭБ 8 и 9 заполнен теплоизоляционным материалом 14, который уменьшает тепловой поток между каналами 2, 3 и 3, 4 через ТЭБ 8, 9, а также устраняет тепловой контакт ТЭБ 8 и 9 с перегородками 5 и 6.

Устройство работает следующим образом. По каналу 3 морская вода поступает к игольчатому радиатору 10, который предварительно нагревается ТЭБ 8. Морская вода, продолжая движение, попадает в зону парообразования, расположенную в области игольчатого радиатора 11. ТЭБ 9 через игольчатый радиатор 11, прилегающий к его горячему спаю, доводит температуру морской воды до кипения. Образовавшийся пар попадает в зону конденсации, расположенную в области игольчатого радиатора 12, где конденсируется в чистую, опресненную воду. Тепло от игольчатого радиатора 12 отводится с помощью ТЭБ 8 и перекачивается к игольчатому радиатору 10 (т.о. ТЭБ работает в режиме теплового насоса). Далее опресненная вода, проходя по каналу 4, отдает остатки тепла через перегородку 5 в канал 3 и отводится из устройства. Концентрированный рассол, образующийся после выпаривания морской воды, переливается через бортик 7 и попадает в канал 2. Здесь он отдает свое тепло игольчатому радиатору 13, которое с помощью ТЭБ 9 перекачивается к игольчатому радиатору 11 в зону парообразования. Остатки тепла концентрированный рассол, проходя по каналу 2 к выходу из устройства, отдает через перегородку 6 морской воде в канале 3. Таким образом, оба теплых потока концентрированного рассола и опресненной воды находятся в противотоке с поступающей в устройство холодной морской водой, что делает процесс теплопередачи между потоками морской, пресной воды и концентрированного рассола наиболее эффективным.

Питание ТЭБ 8 и 9 осуществляется посредством программируемого источника электрической энергии (на фигурах не указан) таким образом, что при включении устройства обе ТЭБ работают в режиме максимальной теплопрозводительности до тех пор, пока не начнется процесс парообразования. Далее, ТЭБ 8 и 9 переключаются в режим максимального холодильного коэффициента, при котором максимальная мощность (максимальное количество теплоты) перекачивается с холодного спая на горячий при минимальном градиенте температуры на спаях ТЭБ 8 и 9.

Конструкция игольчатых радиаторов 10, 11, 12 и 13 выполнена таким образом, что иглы расположены в шахматном порядке. Данное размещение игл способствует турбулизации (происходит дробление потоков (фиг.3) потоков морской, пресной воды, пара и концентрированного рассола, что повышает теплоотдачу.

Формула изобретения

Термоэлектрический опреснитель, содержащий рабочую камеру, в которой размещены термоэлектрические батареи, отличающийся тем, что рабочая камера представляет собой вытянутый в горизонтальном направлении полый прямоугольный параллелепипед из теплоизолирующего материала, у которого отсутствует одна из меньших боковых граней, объем которой разделен на три расположенных друг над другом сообщающихся канала для отвода концентрированного рассола, подвода морской воды, заканчивающийся бортиком, и отвода пресной воды двумя тонкими горизонтальными перегородками неодинаковой длины, при этом длина нижней перегородки больше длины верхней перегородки и меньше длины рабочей камеры, выполненными из высокотеплопроводного материала, на концах которых установлены соответственно две термоэлектрические батареи, тепловыделяющие спаи которых приведены в тепловой контакт с игольчатыми радиаторами, иглы в которых расположены в шахматном порядке и выведены в канал для подвода морской воды, а теплопоглощающие сопряжены с игольчатыми радиаторами, выведенными в каналы для отвода пресной воды и концентрированного рассола соответственно, причем объем термоэлектрических батарей заполнен теплоизоляционным материалом, также устраняющим тепловой контакт термоэлектрических батарей с перегородками, а питание термоэлектрических батарей производится программируемым источником электрической энергии таким образом, что до начала процесса парообразования обе термоэлектрические батареи функционируют в режиме максимальной теплопроизводительности, а в период парообразования - в режиме максимального холодильного коэффициента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3