В связи с продолжающимся ростом дефицита пресной воды в последнее время актуальным становится проведение исследований по разработке и усовершенствованию уже известных и поискам новых, перспективных методов опреснения соленых вод. Некоторые из них доведены до стадии про¬мышленного внедрения, а другие находятся на стадии поисковых исследований. В настоящее время в мировой практике накоплен значительный опыт по разработке и созданию опытных и промышленных образцов опреснительных установок, производящих пресную воду для бытового использования. Среди наиболее распространенных способов получения пресной воды, можно отметить методы опреснения с изменением агрегатного состояния воды. Эти методы достаточно просты и эффективны для бытового применения [1].
В лаборатории полупроводниковых термоэлектрических приборов и устройств Дагестанского государственного технического университета разработан ряд опреснителей имеющих в своем составе термоэлектрические тепловые насосы (ТТН). Применение термоэлектрических тепловых насосов дает возможность создавать небольшие бытовые опреснители морской воды с блоком, служащим одновременно для охлаждения и нагрева или нагрева и конденсации в зависимости от применяемого способа деминерализации воды.
На рис. 1 показана схема опреснителя морской воды содержащего в своем составе термоэлектрический тепловой насос и работающего по принципу выпаривания.
Основными элементами теплового насоса являются термоэлектрические модули. В данном устройстве все модули соединены последовательно и через них проходит одинаковый ток. Схематически рассматриваемый ТТН представляет собой плоскую перегородку, составленную из идентичных по своим размерам и физическим свойствам термоэлементов, одна поверхность которой обтекается паром в камере конденсации, а другая — жидкостью, отбирающей тепло от горячих спаев. ТТН является теплообменником-рекуператором, в котором на поверхности стенки, разделяющей потоки теплоноси¬телей, происходит дополнительное выделение и поглощение тепла Пельтье, а в объеме стенки выделение джоулева тепла [1].
Применение термоэлектрических тепловых насосов в дистилляционных опреснителях является наиболее надежным и энерговыгодным ввиду особенностей своего функционирования. Также следует учесть, что, если дистилляцию проводить при атмосферном давлении, воду надо нагревать до 100 °С. При более низком давлении температура кипения воды понижается, и, следовательно, дистилляция требует меньших тепловых затрат.
На рис. 2 показана схема опреснителя морской воды содержащего в своем составе термоэлектрический тепловой насос и работающего по принципу вымораживания.
Схематически ТТН представляет собой плоскую перегородку, составленную из идентичных по своим размерам и физическим свойствам термоэлементов, одна поверхность, которой находится в постоянном тепловом контакте с охлаждаемой жидкостью в камере вымораживания, а другая — жидкостью, отбирающей тепло от горячих спаев термоэлектрических модулей контура охлаждения. ТТН является теплообменником-рекуператором, в котором на поверхности стенки, разделяющей потоки теплоносителей, происходит дополнительное выделение и поглощение тепла Пельтье, а в объеме стенки выделение джоулева тепла.
Среди факторов, влияющих на вымораживание можно отметить следующие: температурный режим, состав и структурные характеристики растворов.
Температурный режим определяет в первую очередь скорость протекания процесса вымораживания. Проведенные исследования показали, что если снижение температуры идет медленно, то образуется игольчатый лед с вертикальным расположением сравнительно крупных кристаллов, что способствует лучшему стеканию рассола и получению пресной воды с меньшей минерализацией. При быстром протекании процесса замораживания воды, образующиеся кристаллы льда имеют значительно меньшие размеры, и получаемый лед имеет губчатую структуру, а это затрудняет отделение межкристаллитного рассола и получаемая опресненная вода в этом случае имеет повышенную минерализацию. Учитывая такое обстоятельство, опреснение соленых вод вымораживанием целесообразно осуществлять при режимах медленного их переохлаждения. Таким образом, можно подобрать термоэлектрические модули для работы в режиме максимальной энергетической эффективности.
Энергетическая эффективность ТТН оценивается теми же величинами, что и эффективность любой тепловой машины. При использовании ТТН в качестве охладителя этой величиной является холодильный коэффициент, а при использовании в качестве нагревателя — отопительный коэффициент. Режим максимальной энергетической эффективности ТТН обеспечивается такой величиной плотности тока питания, при котором коэффициенты достигают своего наибольшего значения.
Энергетические и технологические преимущества метода искусственного вымораживания, а также быстрое развитие холодильной техники делают его конкурентоспособным. Поскольку вымораживающий процесс опреснения воды протекает при низких температурах, коррозионные процессы технологического оборудования установок проходят довольно медленно, поэтому возможно применение более дешевых некоррозионностойких конструкционных материалов. Основным преимуществом применения вышеуказанных ТТН является высокая энергетическая эффективность, надежность и простота в обслуживании.
Список литературы
1. Каганов М. А., Привин М. Р. Термоэлектрические тепловые насосы. Л.: Энергия, 1970.
Комментариев пока нет