Термоэлектрическое устройство для непрерывного получения пресной воды методом вымораживания

Термоэлектрическое устройство для непрерывного получения пресной воды методом вымораживания

Реферат

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 конденсация образовавшегося пара (процесс дистилляции).

Для выпаривания используются различные системы нагрева, в частности электрическая энергия, солнечная энергия, геотермальная энергия, энергия сжигания топлива и т.п. Однако энергетически более выгодным, чем выпаривание с последующей конденсацией, является процесс вымораживания пресной воды при переходе последней из жидкой фазы в твердую. Из школьного курса физики известно, что при замерзании воды, очищенной от механических примесей, в первую очередь переходит в твердую фазу чистая вода, а все растворы остаются в той части, что еще не кристаллизовалась. Оттуда же мы знаем, что удельная теплота кристаллизации воды составляет 332,4 кДж/кг, когда удельная теплота парообразования 2256 кДж/кг, что в 6,8 раза больше. Из этого следует, что процесс вымораживания солей энергетически более выгоден по сравнению с их выпариванием.

Известны устройства для повышения концентрации раствора методом вымораживания [1]. Например, описан барабанный кристаллизатор, в котором чистый лед намораживается на теплопередающей поверхности барабанного типа с последующим срезанием с нее специальными скребками или ножами. Недостатком этой системы является то, что массивный барабан непрерывно охлаждается, что приводит к излишним затратам энергии. Кроме этого, здесь возникает проблема отвода теплоты от охлаждающего устройства, что требует дополнительных мер по охлаждению теплообменника. И, в-третьих, срезание льда с поверхности, к которой он приморожен, также требует дополнительных затрат энергии.

Целью изобретения является разработка устройства непрерывного получения чистого льда из отфильтрованной морской воды, отличающегося низкими энергозатратами по сравнению с прототипом.

Для достижения данной цели предлагается термоэлектрическое устройство для непрерывного получения пресной воды методом вымораживания. Структурная схема устройства приведена на чертеже. Устройство представляет собой пустотелый цилиндрический барабан 1, погруженный на одну четверть в емкость 2, в которую подается отфильтрованная морская вода 3. Внутри барабана 1 на уровне погружения его в воду расположен охлаждающий теплообменник 4, температура которого задается термоэлектрической батареей 5. Тепло с горячих спаев термоэлектрической батареи 5 отводится с помощью тепловой трубы 6, в которой циркулирует теплоноситель 7, снимающий тепло с горячих спаев и концентрирующийся в нагревающем теплообменнике 8. Внешняя поверхность барабана 1 с помощью ребер 9 разделена на области, в которых происходит замерзание, а затем оттаивание воды. Морская вода и концентрированный рассол подаются в емкость и отводятся от нее соответственно через противоточный теплообменник 10.

Устройство работает следующим образом. Барабан 1 медленно вращается по часовой стрелке. При включении термоэлектрической батареи происходит охлаждение теплообменника 4, который забирает тепло от той части барабана 1, которая погружена в морскую воду 3. На поверхности барабана 1 намерзает слой чистого льда, а оставшийся рассол с помощью ребер 9 гонится к противоположному краю емкости 2. Здесь он поступает в противоточный теплообменник 10, где забирает часть тепла от свежей морской воды, поступающей в емкость 2. По мере вращения барабана 1 его поверхность с намерзшим льдом перемещается к нагревающему теплообменнику 8. Здесь происходит нагрев стенки барабана, в результате чего намерзший лед оттаивает от стенки барабана 1 и получившийся брусок с помощью кривошипно-шатунного механизма (не показан) перемещается в емкость для сбора льда и пресной воды. Тепло с горячих спаев термоэлектрической батареи 5 снимается с помощью тепловой трубы 6, в которой циркулирует теплоноситель 7. Последний переходит в газообразное состояние, забирая тепло, на горячих спаях термоэлектрической батареи 5 и конденсируется, отдавая тепло, в нагревающем теплообменнике 8.

Преимуществом данного устройства по сравнению с прототипами является то, что здесь используются температуры отводящего рассола и температура получаемого льда для уменьшения энергозатрат при получении пресной воды. Устройство может использоваться в любой местности, где есть доступ к электрической энергии и морской воде.

Источник информации

1. Холодильные установки / Чумак И.Г., Чепурненко В.П. и др.; под ред. д.т.н., проф. И.Г.Чумака. - М.: Агропромиздат, 1991 г. 495 с. (стр.373-380).

Термоэлектрическое устройство для непрерывного получения пресной воды методом вымораживания, содержащее вращающийся барабан и систему изменения его температуры, отличающееся тем, что барабан выполнен в виде пустотелого цилиндра, погруженного на одну четверть в емкость, в которую подается отфильтрованная морская вода, при этом внутри барабана на уровне погружения его в воду расположен охлаждающий теплообменник, температура которого задается термоэлектрической батареей, тепло с горячих спаев которой отводится с помощью тепловой трубы, причем в последней циркулирует теплоноситель, снимающий тепло с горячих спаев и конденсирующийся в нагревающем теплообменнике, кроме этого, внешняя поверхность барабана с помощью ребер разделена на области, в которых происходит замерзание, а затем оттаивание воды, а блок образовавшегося льда высвобождается из области, образованной соседними ребрами, кривошипно-шатунным механизмом, при этом морская вода и концентрированный рассол подаются в емкость и отводятся от нее соответственно через противоточный теплообменник.