термоэлектрический опреснитель

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.

Описание изобретения к патенту

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 Т=10 К на каждый ватт выделяемой на горячем спае полупроводникового термоэлектрического преобразователя необходимо затратить не более 0,2 Вт электрической энергии, при Т=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.