RU2575650C2 - Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump - Google Patents

Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump Download PDF

Info

Publication number
RU2575650C2
RU2575650C2 RU2014100951/05A RU2014100951A RU2575650C2 RU 2575650 C2 RU2575650 C2 RU 2575650C2 RU 2014100951/05 A RU2014100951/05 A RU 2014100951/05A RU 2014100951 A RU2014100951 A RU 2014100951A RU 2575650 C2 RU2575650 C2 RU 2575650C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sea water
heat
semiconductor thermoelectric
thin
film semiconductor
Prior art date
Application number
RU2014100951/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014100951A (en
Inventor
Тагир Абдурашидович Исмаилов
Хаджимурат Магомедович Гаджиев
Зайнаб Магомедовна Гафурова
Дмитрий Алексеевич Челушкин
Татьяна Алексеевна Челушкина
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный технический университет"
Priority to RU2014100951/05A priority Critical patent/RU2575650C2/en
Publication of RU2014100951A publication Critical patent/RU2014100951A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2575650C2 publication Critical patent/RU2575650C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods for sea water desalination. Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump includes application of preliminary heat exchange for heating sea water, intended for evaporation, due to discharge of heat from desalinated water and concentrated salt solution. Thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump brings sea water to boiling by hot junction, taking heat from condensed steam by cold junction, working in mode of heat transmission intensifier.
EFFECT: invention makes it possible to increase energy efficiency of desalter.
1 dwg

Description

Изобретение относится к способам опреснения воды, а именно к области опреснения морской воды.The invention relates to methods of desalination, in particular to the field of desalination of sea water.

Известен способ опреснения морской воды [1]. Рабочая камера в форме параллелепипеда только через одну из четырех поверхностей осуществляет теплообмен, что ухудшает производительность установки. Кроме того, выделение теплоты Джоуля при протекании через полупроводниковые ветви термомодуля приводит к тому, что паразитные энергетические затраты на выработку тепла в три с лишним раза превышают эффект от охлаждения, что также снижает энергосберегающие характеристики опреснительной установки.A known method of desalination of sea water [1]. The working chamber in the form of a parallelepiped only through one of the four surfaces provides heat transfer, which affects the performance of the installation. In addition, the release of Joule heat during flow through the semiconductor branches of the thermal module leads to the fact that the parasitic energy costs of generating heat are more than three times the effect of cooling, which also reduces the energy-saving characteristics of the desalination plant.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков за счет повышения энергетической эффективности.The purpose of the invention is the elimination of these disadvantages by increasing energy efficiency.

Это достигается тем, что конструкция тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы позволяет за счет изменения геометрических размеров опреснителя выровнять скорости потоков поступающей морской воды и вытекающей пресной воды и рассола, причем площадь поперечного сечения трубопровода для поступающей морской воды должна быть равна суммарной площади вытекающей пресной воды и рассола. Также преимуществом является то, что в отличие от рабочей камеры в форме параллелепипеда, имеющей две боковые поверхности не участвующие в процессе теплообмена [1], цилиндрическая форма не имеет боковых граней и все поверхности участвуют в теплообмене, что значительно повышает производительность опреснителя и позволяет уменьшить его габариты. Кроме того, применение тонкопленочных полупроводниковых ветвей р- и n-типа в термомодуле практически уменьшает их электрическое сопротивление до нуля и полностью устраняет паразитные выделения тепла Джоуля. При этом термоэлектрический эффект Пельтье по нагреву и охлаждению полностью сохраняется доводя КПД теплового насоса практически до 100%, что улучшает энергосберегающие характеристики опреснителя в целом.This is achieved by the fact that the design of a cylindrical thin-film semiconductor thermoelectric heat pump allows, by changing the geometrical dimensions of the desalination plant, to equalize the flow rates of incoming sea water and flowing fresh water and brine, and the cross-sectional area of the pipeline for incoming sea water should be equal to the total area of the flowing fresh water and brine. Another advantage is that, unlike the parallelepiped-shaped working chamber, which has two lateral surfaces that are not involved in the heat exchange process [1], the cylindrical shape has no lateral faces and all surfaces participate in heat transfer, which significantly increases the desalination plant’s performance and allows it to be reduced dimensions. In addition, the use of thin-film p- and n-type semiconductor branches in a thermal module practically reduces their electrical resistance to zero and completely eliminates spurious Joule heat emissions. At the same time, the Peltier thermoelectric effect on heating and cooling is fully preserved, bringing the efficiency of the heat pump to almost 100%, which improves the energy-saving characteristics of the desalination plant as a whole.

На фиг. 1 изображена конструкция устройства, реализующая предлагаемый способ.In FIG. 1 shows the design of the device that implements the proposed method.

Морская вода 1 поступает в теплообменник снизу вверх. Полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 5 предназначен для отвода тепла от пресной воды 2 к морской воде 1. Полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 4 отводит тепло от концентрированного соленого раствора 3 к морской воде 1. В верхней части расположен полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 6, который горячим спаем доводит до кипения морскую воду 1, а холодным спаем конденсирует пар 7 в пресную воду 2.Sea water 1 enters the heat exchanger from the bottom up. A semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical shape 5 is designed to remove heat from fresh water 2 to sea water 1. A semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical shape 4 removes heat from concentrated salt solution 3 to seawater 1. At the top there is a semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical 6 which, by hot junction, brings seawater 1 to a boil, and by cold junction, it condenses steam 7 into fresh water 2.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 6 осуществляет основной процесс в опреснителе: кипятит морскую воду 1 и конденсирует пар 7 в чистую воду 2. Энергетические показатели полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы 6 в опреснительной установке обладают высокой эффективностью, так как градиент температур между кипящей морской водой 1 и конденсирующимся паром 7 практически незначителен и не требует больших энергетических затрат при работе. Фактически полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 6 интенсифицирует процесс теплопередачи от конденсируемого пара к кипящей морской воде 1. Аналогично работают полупроводниковые термоэлектрические насосы цилиндрической формы 4 и 5, причем градиенты температур по горизонтали отсутствуют, а по вертикали меняются от 20°С в нижней части до 100°С в верхней части. В этом случае потребуется минимальные затраты электроэнергии для работы опреснительной установки. Предлагаемая конструкция теплообменника делает возможным отбор практически всего тепла от чистой воды 2 для передачи его в морскую воду , предназначенную для последующего кипячения, уменьшая тем самым затраты энергии для работы опреснителя. Размеры полупроводникового термоэлектрического теплового насоса зависят от электротеплофизических параметров самого теплового насоса, скорости движения жидкости, толщины стенок, объемов жидкости и коэффициентов теплопередачи материалов стенок. Солевой раствор 3, который, двигаясь вниз, отдает через полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы 4 тепло морской воде 1, поступающей для опреснения вверх.A cylindrical semiconductor thermoelectric heat pump 6 carries out the main process in a desalination plant: it boils seawater 1 and steam 7 condenses into clean water 2. The energy performance of a cylindrical 6 semiconductor thermoelectric heat pump in a desalination plant is highly efficient, since the temperature gradient between boiling sea water 1 and condensing steam 7 is practically negligible and does not require large energy costs during operation. In fact, a cylindrical semiconductor thermoelectric heat pump 6 intensifies the heat transfer process from condensed steam to boiling seawater 1. The cylindrical semiconductor thermoelectric pumps 4 and 5 work similarly, and there are no horizontal temperature gradients, and vertically vary from 20 ° C in the lower part to 100 ° C at the top. In this case, minimum energy costs are required for the operation of the desalination plant. The proposed design of the heat exchanger makes it possible to select almost all the heat from clean water 2 for transferring it to sea water intended for subsequent boiling, thereby reducing energy costs for the operation of the desalination plant. The dimensions of a semiconductor thermoelectric heat pump depend on the electrothermophysical parameters of the heat pump itself, fluid velocity, wall thickness, fluid volumes and heat transfer coefficients of the wall materials. Salt solution 3, which, moving downward, transfers heat through semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical shape 4 to sea water 1, which is supplied for desalination up.

Предлагаемая конструкция позволяет рекуперировать тепло и улучшить энергетические показатели опреснителя в целом. Внешние стенки опреснителя должны состоять из теплоизоляционного материала для уменьшения паразитного кондуктивного переноса тепловой энергии в окружающую среду. Габариты опреснителя могут изменяться в широких пределах при сохранении основного условия: температура на выходе опреснительной установки для чистой воды 2 и соленого раствора 3 должна быть практически равна температуре морской воды 1, подающейся в опреснительную установку. Для удовлетворения этого условия можно увеличить высоту опреснительной установки, уменьшить скорость вытекающей чистой воды 2 и концентрацию соленого раствора 3, сделать тоньше все три камеры опреснительной установки для жидкостей 1, 2, 3. Производительность установки зависит от энергетических показателей термоэлектрического устройства цилиндрической формы 4, 5, 6.The proposed design allows you to recover heat and improve the energy performance of the desalination plant as a whole. The outer walls of the desalination plant should consist of a heat-insulating material to reduce stray conductive transfer of thermal energy to the environment. The size of the desalination plant can vary widely while maintaining the basic condition: the temperature at the outlet of the desalination plant for clean water 2 and salt solution 3 should be practically equal to the temperature of sea water 1 fed to the desalination plant. To satisfy this condition, it is possible to increase the height of the desalination plant, reduce the rate of flowing clean water 2 and the concentration of saline solution 3, make all three chambers of the desalination plant thinner for liquids 1, 2, 3. The productivity of the plant depends on the energy performance of a cylindrical thermoelectric device 4, 5 , 6.

Одним из применений опреснительной установки является получение пресной воды и концентрированных растворов из любых водных растворов, а также переработка сточных вод промышленных предприятий. Конструкционные материалы опреснительной установки являются экологически безопасными.One of the applications of the desalination plant is the production of fresh water and concentrated solutions from any aqueous solutions, as well as the processing of wastewater from industrial enterprises. Desalination plant construction materials are environmentally friendly.

ЛитератураLiterature

1. Термоэлектрический опреснитель: пат. 2225843 Рос. Федерация: МПК C02F 1/04. Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А., Зарат Абделькадер; заявитель и патентообладатель «Дагестанский государственный технический университет». - заявл. 11.11.2002, опубл. 20.03.2004.1. Thermoelectric desalination plant: US Pat. 2225843 ROS. Federation: IPC C02F 1/04. Ismailov T.A., Aminov G.I., Evdulov O.V., Yusufov Sh.A., Zarat Abdelkader; applicant and patent holder "Dagestan State Technical University". - declared. 11.11.2002, publ. 03/20/2004.

Claims (1)

Способ опреснения морской воды при помощи тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы, состоящий в том, что для опреснения морской воды используется предварительный теплообмен для подогрева морской воды, предназначенной для выпаривания, за счет отвода теплоты от опресненной воды и концентрированного соленого раствора, отличающийся тем, что тонкопленочный полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы горячим спаем доводит до кипения морскую воду, отбирая холодным спаем теплоту у конденсируемого пара, работая в режиме интенсификатора теплопередачи с целью повышения энергетической эффективности. The method of desalination of sea water using a thin-film semiconductor thermoelectric heat pump of a cylindrical shape, which consists in the fact that desalination of sea water uses preliminary heat exchange to heat sea water intended for evaporation, by removing heat from desalinated water and concentrated saline solution, characterized in that a thin film semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical shape by hot junction brings seawater to a boil, taking cold we heat the heat of condensed steam, working in the mode of heat transfer intensifier in order to increase energy efficiency.
RU2014100951/05A 2014-01-13 Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump RU2575650C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100951/05A RU2575650C2 (en) 2014-01-13 Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100951/05A RU2575650C2 (en) 2014-01-13 Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014100951A RU2014100951A (en) 2015-07-20
RU2575650C2 true RU2575650C2 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB855458A (en) * 1957-04-29 1960-11-30 Minnesota Mining & Mfg Improvements in or relating to thermoelectric distilling apparatus
SU419475A1 (en) * 1972-05-29 1974-03-15 THERMOELECTRIC DESERTATOR OF WATER
JPS5244772A (en) * 1975-10-06 1977-04-08 Akinobu Ueno Distillation unit
SU1520013A1 (en) * 1988-02-25 1989-11-07 В.П.Карташев Thermoelectric distiller
SU1650597A1 (en) * 1988-12-19 1991-05-23 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Desalination plant
RU2060949C1 (en) * 1994-01-12 1996-05-27 Валентин Прокофьевич Проценко Apparatus for distillate production
RU2225843C1 (en) * 2002-11-11 2004-03-20 Дагестанский государственный технический университет Thermoelectric freshening plant

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB855458A (en) * 1957-04-29 1960-11-30 Minnesota Mining & Mfg Improvements in or relating to thermoelectric distilling apparatus
SU419475A1 (en) * 1972-05-29 1974-03-15 THERMOELECTRIC DESERTATOR OF WATER
JPS5244772A (en) * 1975-10-06 1977-04-08 Akinobu Ueno Distillation unit
SU1520013A1 (en) * 1988-02-25 1989-11-07 В.П.Карташев Thermoelectric distiller
SU1650597A1 (en) * 1988-12-19 1991-05-23 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Desalination plant
RU2060949C1 (en) * 1994-01-12 1996-05-27 Валентин Прокофьевич Проценко Apparatus for distillate production
RU2225843C1 (en) * 2002-11-11 2004-03-20 Дагестанский государственный технический университет Thermoelectric freshening plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 2002/0130029 A1. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rahaoui et al. Sustainable membrane distillation coupled with solar pond
Al-Madhhachi et al. Effective use of thermal energy at both hot and cold side of thermoelectric module for developing efficient thermoelectric water distillation system
CN204417272U (en) A kind of crystallization treatment device of high slat-containing wastewater
CN104692575A (en) Crystallization treatment method and device of high salt wastewater
CN111362492A (en) Double-effect MVR evaporation treatment method
CN103387308A (en) Multi-effect membrane distillation-multistage flash evaporation seawater desalination system
WO2020056847A1 (en) Multi-stage membrane assembly integrated with semiconductor heat pump and use thereof in membrane distillation
WO2013086388A3 (en) System and method for desalination of water using a graphite foam material
CN201592997U (en) Engine exhaust residual heat heating counter-flow preheating type sea water desalinization device
JP2018518367A (en) Liquid purification by membrane heating
CN201834781U (en) Single-stage vacuum distillation seawater desalination device
CN204848322U (en) High salt solution processing system
RU2575650C2 (en) Method for sea water desalination by means of thin-film semiconductor thermoelectric cylinder-shaped thermal pump
Song et al. DCMD flux curve characteristics of cross-flow hollow fiber membrane
CN204384909U (en) Sea water desalinating plant
RU2013150392A (en) WATER PURIFICATION APPARATUS BY RECRYSTALLIZATION METHOD
CN113087049A (en) Seawater desalination device for eliminating temperature polarization by using nanofluid
CN103304089B (en) Multistage flash evaporation seawater desalting device with multiple-effect heat utilization
KR20130006052A (en) Freshwater apparatus used solar
Lü et al. Device and process study on vacuum multiple-effect membrane distillation
RU2014100951A (en) METHOD FOR SEALING WATER SEA WATER USING THIN-FILM SEMICONDUCTOR THERMOELECTRIC HEAT PUMP OF CYLINDRICAL FORM
CN104944491B (en) A kind of back-shaped countercurrent flow formula solar energy sea water desalination apparatus
CN203671716U (en) Underground brackish water geothermal heating system
CN204454675U (en) Heat-pump-type Multifunctional seawater desalination unit
CN203653285U (en) Hot-method seawater desalination system