367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, д.70, Россия
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и общей электротехники. Ректор Дагестанского государственного технического университета, Заслуженный деятель науки РФ
70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia
Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Theoretical and General electrical engineering. The rector Daghestan State Technical University. Honored worker of science of the Russian Federation
367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, д.70, Россия
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой радиотехники, телекоммуникаций и микроэлектроники
70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia
Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of Theoretical and General electrical engineering
367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, д.70, Россия
аспирант, кафедра физики
70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia
Graduate student, Department of Physics
367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, д.70, Россия
аспирант, кафедра теоретической и общей электротехники
70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia
Graduate student, Department of Theoretical and General electrical engineering
367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, д.70, Россия
кандидат технических наук, кафедра теоретической и общей электротехники
70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia
Cand. Sci. (Technical), Department of theoretical and General electrical engineering
Цель. Целью исследования является разработка конструкции тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы для опреснения морской воды.
Метод. Для повышения эффективности опреснительной установки разработан специальный тонкопленочный полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос цилиндрической формы. Конструкция тонкопленочного полупроводникового термоэлектрического теплового насоса цилиндрической формы позволяет за счет изменения геометрических размеров опреснителя выравнивать скорости потоков поступающей морской воды, вытекающей пресной воды и рассола. Площадь поперечного сечения трубопровода для поступающей морской воды равна суммарной площади вытекающей пресной воды и рассола.
Результат. 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 коэффициент полезного действия теплового насоса практически до 100%, что улучшает энергосберегающие характеристики опреснителя в целом. Для дальнейшего повышения эффективности работы разработанного опреснителя рекомендуется в качестве термоэлектрических устройств использовать термоэлектрические модули с излучением.
Вывод. За счет создания высокой степени разрежѐнности при меньших энергетических затратах получены условия, при которых вода будет превращаться в пар, который при 20°С будет холодным, и сконденсированная дистиллированная вода будет также холодной. В этом случае энергия на нагрев и охлаждение не тратится, а дезинфекцию можно осуществить также ультрафиолетовым излучением, используемым на термоэлектрических устройствах, у которых с одной стороны, генерируется электромагнитное ультрафиолетовое излучение, а с другой стороны - охлаждение. Такие устройства работают в оптимальном режиме без тепловыделений. Опреснительная установка может быть использована для получения пресной воды и концентрированных растворов из любых водных растворов, а также переработки сточных вод промышленных предприятий. Конструкционные материалы опреснительной установки являются экологически безопасными.
Objectives. The aim of the research is to develop a thin-film semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical shape for the desalination of sea water.
Methods. To improve the efficiency of the desalination device, a special thin-film semiconductor thermoelectric heat pump of cylindrical shape is developed. The construction of the thin-film semiconductor thermoelectric heat pump allows the flow rates of incoming sea water and outflowing fresh water and brine to be equalised by changing the geometric dimensions of the desalinator. The cross-sectional area of the pipeline for incoming sea water is equal to the total area of outflowing fresh water and brine.
Results. The use of thin-film semiconductor p- and n-type branches in a thermo-module reduces their electrical resistance virtually to zero and completely eliminates Joule's parasitic heat release. The Peltier thermoelectric effect on heating and cooling is completely preserved, bringing the efficiency of the heat pump to almost 100%, improving the energy-saving characteristics of the desalinator as a whole. To further increase the efficiency of the proposed desalinator, thermoelectric modules with radiation can be used as thermoelectric devices.
Conclusion. As a consequence of the creation of conditions of high rarefaction under which water will be converted to steam, which, at 20° C, is cold (as is the condensed distilled water), energy costs can be reduced. In this case, the energy for heating and cooling is not wasted; moreover, sterilisation is also achieved using the ultraviolet radiation used in the thermoelectric devices, which, on the one hand, generate electromagnetic ultraviolet radiation, and, on the other, cooling. Such devices operate in optimal mode without heat release. The desalination device can be used to produce fresh water and concentrated solutions from any aqueous solutions, including wastewater from industrial enterprises. The construction materials of the desalination device are environmentally friendly.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.