UA103904U - Thermoelectric freshwater maker based on solar lake - Google Patents
Thermoelectric freshwater maker based on solar lake Download PDFInfo
- Publication number
- UA103904U UA103904U UAU201505083U UAU201505083U UA103904U UA 103904 U UA103904 U UA 103904U UA U201505083 U UAU201505083 U UA U201505083U UA U201505083 U UAU201505083 U UA U201505083U UA 103904 U UA103904 U UA 103904U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- water
- thermoelectric
- salt
- solar pond
- modules
- Prior art date
Links
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 title description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 241000041851 Peltis Species 0.000 abstract 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
- Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
Landscapes
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Description
Корисна модель належить до пристроїв для опріснення високомінералізованої природної та морської води і може бути застосована у сільському господарстві, хімічній і харчовій промисловості і ін.
У наш час для людства глобальною стає проблема отримання води, придатної для пиття.
Наприклад, ряд районів України має величезні запаси підземних вод із загальною мінералізацією 1-35 г/л. Така вода може стати придатною для вживання за умови її опріснення.
Відомо багато пристроїв для опріснення води, які працюють, використовуючи хімічне осадження, електродіаліз, прямий або зворотний осмос, виморожування, випаровування і багато інших (1). Одним з найдоступніших, простих і порівняно дешевих пристроїв опріснення води є ті, що використовують принцип дистиляції. Однак, навіть для таких пристроїв витрати теплової енергії складають біля 40 95 від вартості отриманої води. Тому ведуться активні дослідження зі створення більш ефективних, маловитратних пристроїв для опріснення води.
Відомий пристрій для опріснення води, який працює з використанням сонячної енергії (21. Він складається з: ємкості із солоною водою, яка перекривається пласкою огорожею з покриттям, що поглинає сонячне випромінювання; конденсатозбірника, виконаного у вигляді трубки, що проходить через зону конденсації водяної пари. Недоліком такого пристрою опріснення є значні теплові втрати з пласкої поверхні в навколишній простір, неможливість функціонування при відсутності освітлення достатньої інтенсивності, мала продуктивність, тривалий час процесу опріснення та інші.
За сукупністю спільних ознак найближчим аналогом до запропонованої корисної моделі вибрано відомий апарат для опріснення води, описаний в ІЗ). Апарат для опріснення води містить корпус з отвором для зливу води, термоелектричний модуль для заморожування і розморожування морської води, пристрій для відведення і прийому прісної води; трубопроводи для подачі солоної води; блок керування; нагрівальний та охолоджуючий вузли; систему видалення сольового залишку. Попри оригінальність такого апарата, він має ряд недоліків, основними з яких є висока (до 480 хвилин) тривалість отримання прісної води; неефективне використання термоелектричних модулів Пельтьє як пристрою для охолодження та кристалізації води з наступним нагріванням льоду. Термоелектричні модулі мають різні режими оптимізації для роботи в якості охолоджувача і в якості нагрівника, тому попри і так невеликий
ККД модулів, використання одних і тих же модулів для охолоджування і нагрівання є неоптимальним |4| і лише збільшує енерговитрати на опріснення води. Важкопрогнозованим є ступінь очищення води від солей. Крім того, опріснення води з використанням заморожування не гарантує дезінфекції отриманої талої води. В першу чергу замерзає важка вода, що містить ізотоп водню, який вважається радіоактивним. Щоб уникнути радіоактивного забруднення, потрібно видаляти перший шар замороженої води, що ще більше ускладнює і без того складний спосіб отримання прісної води при використанні такого апарату.
Тому задачею запропонованої корисної моделі є створення термоелектричної системи опріснення солоної води, позбавленої вищезазначених недоліків, яка б характеризувалась енергоощадністю, доступністю і простою у використанні.
Поставлена задача вирішується тим, що термоеєлектричний опріснювач солоної води солоної води, що містить систему трубопроводів, по яких циркуляційним насосом прокачується солона вода, нагрівальний та охолоджувальний вузли, засіб управління зливом опрісненої води, систему видалення сольового залишку та блок управління, згідно з корисною моделлю, опріснювач складається з: випаровувача солоної води, розташованого в придонній конвективній зоні "сонячного ставка", причому зовнішня частина корпусу випаровувача має тепловий контакт з гарячою водою придонної конвективної зони "сонячного ставка", за рахунок якого нагрівається і випаровується солона вода; термоелектричного конденсатора водяної пари, що містить блок охолоджуючих модулів Пельтьє; термоелектричних генераторів, гарячі спаї термобатарей яких через теплопроводи мають тепловий контакт із зовнішньою частиною корпусу випаровувача; водяного теплообмінника, з яким мають тепловий контакт гарячі спаї модулів Пельтьє у конденсаторі водяної пари і холодні спаї термобатарей термогенераторів, а циркуляція води у якому, здійснюється через прісну зону "сонячного ставка" за допомогою циркуляційного насосу; системи електричного живлення циркуляційних насосів і модулів охолодження Пельтьє, як від термоелектричних генераторів, що використовують для роботи теплову енергію "сонячного ставка", так і від традиційних джерел електропостачання; системи підтримання заданого градієнту солоності "сонячного ставка" за рахунок солі, виділеної в процесі опріснення солоної води.
У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для конструкції пристрою, що використовують для опріснення солоної води. Конструкція термоелектричного опріснювача бо солоної води базується на використанні теплової енергії "сонячного ставка". Переважна частина енергетичних витрат по опрісненню води здійснюється за рахунок відновлювального джерела теплової енергії, яким є "сонячний ставок". Він представляє собою неглибоку (2-3 метра глибини) природну або штучну водойму, у якій існує градієнт солоності за профілем води. Вода у придонній конвективній зоні "сонячного ставка" нагрівається сонячною радіацією до 100 "С і більше. "Сонячний ставок" водночас є і потужним акумулятором теплової енергії.
Оригінальність і ефективність запропонованої корисної моделі полягає в тому, що морську воду випаровує випаровувач, який відбирає тепло від "сонячного ставка". Водночас тепло випаровувача забезпечує роботу термоелектричних генераторів, які, при потребі, додатково до традиційних джерел живлення живлять циркуляційні насоси і модулі Пельтьє в термоеєлектричному конденсаторі водяної пари. Охолодження холодних спаїв термогенераторів і гарячих спаїв модулів Пельтьє забезпечує водяний теплообмінник, циркуляція води по якому здійснюється через прісну зону "сонячного ставка". Крім того конструкція опріснювача передбачає наявність системи підтримання заданого градієнту солоності "сонячного ставка" за рахунок солі, виділеної в процесі опріснення солоної води.
Промислове використання запропонованого пристрою не вимагає спеціальних технологій і матеріалів. Його реалізація можлива на існуючих підприємствах будівельної, харчової, хімічної, приладобудівної промисловості.
Функціонує запропонований пристрій наступним чином.
Солона вода, що подається у випарник, нагрівається до температури випаровування за рахунок теплової енергії "сонячного ставка" у придонній - найбільш нагрітій, зоні якого розташовується випаровувач. Спочатку випаровуються легкі фракції води, які у вигляді пари переходять у термоелектричний конденсатор, де вони охолоджуються перетворюючись у прісну воду. Залишки солей у вигляді ропи виводяться із випаровувача системою видалення сольового залишку, а прісна вода з конденсатора видаляється з нього засобом управління зливом прісної води. Живлення насосів і модулів Пельтьє в конденсаторі водяної пари забезпечує блок термоелектричних генераторів, який працює за рахунок тепла "сонячного ставка". Для збільшення продуктивності термоелектричного опріснювача живлення системи нагрівання води у випаровувачі, рівно як і живлення модулів охолодження Пельтьє у конденсаторі водяної пари, може додатково забезпечуватись за рахунок традиційних джерел
Зо електропостачання. Охолодження холодних спаїв термогенераторів і модулів Пельтьє забезпечується водяними теплообмінниками, циркуляція води по яких здійснюється через зону прісної води "сонячного ставка". При цьому тепло віддається воді "сонячного ставка". Крім того, для підтримання заданого градієнта солоності "сонячного ставка" може використовуватися виділена в процесі опріснення солоної води сіль. Таким чином забезпечується автономна, максимально енергоощадна робота термоелектричного опріснювача солоної води.
Підтвердженням промислової придатності запропонованої корисної моделі є нижченаведена оцінка.
У роботі І5)| наведена інформація про реалізацію низки проектів з використанням "сонячних ставків" для отримання електроенергії різними способами. За даними (5) питома потужність паротурбінних установок, що використовують теплову енергію "сонячного ставка", складає біля 20 Вт/м" поверхні водойми. Коефіцієнт корисної дії (ККД) паротурбінних установок, що використовують низькопотенційну теплову енергію є найнижчим із відомих технологій генерування електроенергії непрямим способом. Він складає біля 795. Водночас, для температурного режиму "сонячного ставка" ККД термоелектричного генератора буде близьким до 1-1,5 95. Тому термоелектричним способом перетворення теплової енергії "сонячного ставка" можна отримувати біля 2,5-2,8 Вт/м. Відповідно із сонячного ставка розміром 20х20 (м) можна отримати 1-1,1 кВт електроенергії.
Циркуляційний насос для подачі холодної води в зону охолодження гарячих спаїв термобатарей в конденсаторі споживає не більше за 0,1-0,15 кВт. Вода, нагріта теплом, що пройшло через термобатарею, самостійно, без затрат електроенергії поступатиме в зону "сонячного ставка" з прісною водою.
Солона вода у випаровувач може також поступати самопливом, без затрат електроенергії.
Отже, для живлення системи конденсації водяної пари можна використати біля 1 кВт електроенергії.
Для конденсації водяної пари її достатньо охолодити на декілька градусів. Розрахунки показують, що при її охолодженні на 50 "С при затраті 1 кВт електроенергії можна отримати З кВт холодопродуктивності, що дозволяє отримати - 4,8 л/год. конденсованої води, тобто біля 115 л/добу. Подальшого збільшення продуктивності опріснення солоної води запропонованим способом можна досяг!ти як за рахунок підвищення енергоефективності "сонячного ставка", такі 60 за рахунок додаткового використання енергоресурсів традиційних джерел живлення.
Завдяки простоті, енергоефективності і доступності такий пристрій може використовуватись будь-де, навіть серед водних солоних просторів, на кораблях, морських платформах, тощо.
Джерела інформації: 1. Слесаренко В.Н. Сучасні методи опріснення морських і солених вод. - М., 1973. 2. АС СРСР Мо 1483199 А1. Сонячний опріснювач. Карнаухов Н.С., подано 10.07.87, опубл. 30.05.89 р., бюл. Мо 20.
З. пбр/КоїопКа-авзіга.ги/одіїаді/єтану/1414-иетапомкі-оргізпепп|а-тогвКоїі-моді-спаві-1.піті. 4. Анатьчук Л.М. Термозлементьї и термозлектрические устройства. Справочник. - К.:
Наукова думка. 1979. - 768 с. 5. Лобунець Ю.М. Сонячний ставок з термоелектричним перетворювачем енергії / Лобунець
Ю.М. // Термоєлектрика. - 2013. - Мо 2. - С. 91-94.
Claims (1)
- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Термоелектричний опріснювач солоної води, що містить систему трубопроводів, по яких циркуляційним насосом прокачується солона вода, нагрівальний та охолоджувальний вузли, засіб управління зливом опрісненої води, систему видалення сольового залишку та блок управління, який відрізняється тим, що складається з випаровувача солоної води, розташованого в придонній конвективній зоні "сонячного ставка", причому зовнішня частина корпусу випаровувача має тепловий контакт з гарячою водою придонної конвективної зони "сонячного ставка", за рахунок якого нагрівається і випаровується солона вода; термоелектричного конденсатора водяної пари, що містить блок охолоджуючих модулів Пельтьє; термоелектричних генераторів, гарячі спаї термобатарей яких через теплопроводи мають тепловий контакт із зовнішньою частиною корпусу випаровувача; водяного теплообмінника, з яким мають тепловий контакт гарячі спаї модулів Пельтьє у конденсаторі водяної пари і холодні спаї термобатарей термогенераторів, а циркуляція води у якому здійснюється через прісну зону "сонячного ставка" за допомогою циркуляційного насоса; системи електричного живлення циркуляційних насосів і модулів охолодження Пельтьє, як від термоелектричних генераторів, що використовують для роботи теплову енергію "сонячного ставка", так і від традиційних джерел електропостачання; системи підтримання заданого градієнта солоності "сонячного ставка" за рахунок солі, виділеної в процесі опріснення солоної води.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201505083U UA103904U (en) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Thermoelectric freshwater maker based on solar lake |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201505083U UA103904U (en) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Thermoelectric freshwater maker based on solar lake |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA103904U true UA103904U (en) | 2016-01-12 |
Family
ID=55362382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU201505083U UA103904U (en) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Thermoelectric freshwater maker based on solar lake |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA103904U (uk) |
-
2015
- 2015-05-25 UA UAU201505083U patent/UA103904U/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kasaeian et al. | Osmotic desalination by solar energy: A critical review | |
| JP5801663B2 (ja) | 海水淡水化装置 | |
| 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 | |
| Suárez et al. | Renewable water: Direct contact membrane distillation coupled with solar ponds | |
| Morad et al. | A developed solar-powered desalination system for enhancing fresh water productivity | |
| Hosseini et al. | Development and performance evaluation of an active solar distillation system integrated with a vacuum-type heat exchanger | |
| KR100768334B1 (ko) | 자연에너지를 이용한 해수의 농축 및 담수화시스템 | |
| ES2547472B2 (es) | Desalinización renovable de salmueras | |
| Kabeel et al. | Development strategies and solar thermal energy utilization for water desalination systems in remote regions: a review | |
| KR101848683B1 (ko) | 태양열을 이용한 해수 담수화 장치 | |
| KR20110015306A (ko) | 태양에너지와 소수력 발전을 이용한 해수담수화 시스템 | |
| Khalili et al. | Performance evaluation of a CGS gas heater-powered HDH desalination system using thermosyphon heat pipes: An experimental study with economic and environmental assessment | |
| AU2016260525A1 (en) | Liquid purification with film heating | |
| CN103626249A (zh) | 一种太阳能光伏半导体制冷海水淡化装置和方法 | |
| CN110526317B (zh) | 一种太阳能海水淡化装置 | |
| Alrowais et al. | A thermally-driven seawater desalination system: Proof of concept and vision for future sustainability | |
| Saettone | Desalination using a parabolic-trough concentrator | |
| KR20110101754A (ko) | 해양심층수와 발전소 배출수 혹은 표층수를 이용한 다단 사이클형 해양 온도차 발전시스템 | |
| MX2016001468A (es) | Desalador continuo de agua de mar, agua salobre y agua contaminada mediante energia solar fotovoltaica y energia solar termica. | |
| RU2315002C2 (ru) | Термоэлектрическое устройство для непрерывного получения пресной воды методом вымораживания | |
| UA103904U (en) | Thermoelectric freshwater maker based on solar lake | |
| Ullah et al. | An overview of solar thermal desalination technologies | |
| JP2016518243A (ja) | 冷蔵施設の冷却及び水の脱塩 | |
| Ezhov et al. | Energy efficient water desalination technology | |
| Lemeshko et al. | Method of Desalination of Seawater in a Solar Collector |