ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ МОРСКОЙ ВОДЫ
SEA WATER THERMO ELECTRICAL DESALTER

Изобретение относится к технике получения пресной воды, в частности к опреснительным установкам, основанным на получении пресной воды из морской.
Наиболее распространенным способом получения пресной воды является выпаривание морской воды и конденсация 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 ΔT=10 К, на каждый ватт выделяемой на горячем спае полупроводникового термоэлектрического преобразователя, необходимо затратить не более 0,2 Вт электрической энергии, при ΔT=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.
Прототипом изобретения является опреснительная установка по патенту RU 2225843 С1, 7 C02F 1/04. Известная установка 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 ТЭБ (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 спаи 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 воды и отвода пресной воды через ТЭБ, а также устраняет тепловой контакт ТЭБ с перегородками. К недостаткам данной установки относятся малая производительность.
Целью изобретения является увеличение производительности. Указанная цель достигается за счет специальной конструкции опреснителя и подачи воздуха в зону конденсации. Для этого предлагается опреснительная установка, показанная на рис.1. Термоэлектрический опреснитель содержит рабочую камеру 1 из теплоизолирующего материала 18. В состав рабочей камеры входят каналы для подвода морской 9, 14 и отвода пресной воды 10, отвода концентрированного рассола 11, теплообменник 5 (состоит из трех секций: секция пресной воды 15, секция морской воды 16 и секция концентрированного рассола 17), ТЭБ 2 и ТЭБ 3, нагреватель 4, сетка 20, а также канал ввода воздуха 12. Тепловыделяющие спаи ТЭБ 2 приведены в тепловой контакт с игольчатым радиатором 6, иглы в которых расположены в шахматном порядке и выведены в канал 9. Иглы игольчатого радиатора 8 приведены в тепловой контакт с тепловыделяющими спаями ТЭБ 3 и поверхностью нагревателя и выведены в канал 14. Между теплопоглощающими спаями ТЭБ 2 и ТЭБ 3 расположен игольчатый радиатор 7, иглы которого выведены в канал 10.
Устройство работает следующим образом. По каналу 9 морская вода поступает к игольчатому радиатору 6, который предварительно нагревается от ТЭБ 2. Далее морская вода, продолжая движение, попадает в секцию морской воды теплообменника 5, затем попадает в зону парообразования 19, где ТЭБ 3 и нагреватель 4 доводят температуру морской воды до кипения. Образовавшийся пар попадает в зону конденсации 13, где конденсируется в чистую пресную воду, тепло от игольчатого радиатора 7 перекачивается ТЭБ 2 и ТЭБ 3 игольчатым радиаторам 6 и 8 соответственно (т.е. ТЭБ работают в режиме теплового насоса). Подача воздуха в зону конденсации через канал ввода воздуха 12 увеличивает скорость конденсации за счет обдува влажного пара и смешивания с ним. Далее воздух попадает в теплообменник и выводится в окружающую среду. В конденсационной зоне установлена сетка 20, сетка представляет собой волнообразный металлопрофиль с отверстиями на гребнях, влажный пар из зоны испарения проходит через отверстия в сетке и попадает в зону конденсации, где пар конденсируется и стекает по канавкам сетки, далее через канал отвода пресной воды 10 попадает в секцию пресной воды 15 теплообменника 5 и обменивается теплом с морской водой секции морской воды 16, а затем выводится из устройства. Концентрированный рассол, образующийся после выпаривания морской воды, проходит в канал 11 и попадает в секцию концентрированного рассола 17 теплообменника 5, из которого, отдав некоторое количество теплоты морской воде, выводится наружу.
Питание ТЭБ 2, ТЭБ 3 и нагревателя осуществляется посредством программируемого источника электрической энергии таким образом, что при включении устройства обе ТЭБ работают в режиме максимальной теплопроизводительности до тех пор, пока не начнется процесс парообразования, далее ТЭБ 2 и ТЭБ 3 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 2 и ТЭБ 3. Конструкция игольчатых радиаторов выполнена таким образом, что иглы расположены в шахматном порядке, и данное размещение игл способствует турбулизации потоков морской, пресной воды, пара и концентрированного рассола, что повышает теплоотдачу.
Таким образом, наличие теплообменника 5 в установке делает процесс теплопередачи между потоками пресной воды, концентрированного рассола и морской водой наиболее эффективным, а подача воздуха в зону конденсации увеличивает скорость конденсации, что увеличивает производительность установки.
Литература
1. Патент №2225843 “Термоэлектрический опреснитель” по кл. C02F 1/04, заявл. 2002.11.11, опубл. 2004.03.20.