ПОРТАТИВНАЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Заявленное устройство относится к электротехнике, а именно к устройствам для опреснения воды, в том числе морской, методом вымораживания и предназначено для применения в отдаленных районах, где существует проблема с доступом к пресной воде, а так же может найти применение на морских судах и других средствах транспорта, при чрезвычайных ситуациях, в длительных экспедициях, походах и т.п.
Известно устройство [1], принятое в качестве прототипа, содержащее две емкости, каждая из которых снабжена соединенной с источником электроснабжения системой охлаждения, нагрева, каналом для подачи, слива воды, датчиком параметров процесса, связанным с входом блока управления, при этом выходы блока управления подключены к управляющим входам коммутаторного блока, соединенного с системами охлаждения, нагрева, а также со средствами для подачи и слива воды, при этом емкости имеют смежные теплопроводящие стенки, между которыми расположена система охлаждения, нагрева, выполненная в виде соединенных между собой последовательно-параллельно элементов Пельтье. В качестве датчика параметров процесса указанное устройство содержит температурные датчики, которые предназначены для контроля температуры опресняемой жидкости, а время окончания процесса вымораживания определяют экспериментальным путем.
Недостатком известного устройства является неудобство в эксплуатации, связанное с необходимостью экспериментально определять длительность охлаждения и низкая точность контроля процесса льдообразования, поскольку за равное время количество получаемого льда будет зависеть от исходной температуры и других параметров опресняемой воды, а это негативно сказывается на стабильности процесса опреснения.
Техническим результатом заявленного устройства является упрощение процесса эксплуатации и увеличение стабильности технологического процесса опреснения воды методом вымораживания.
Указанный технический результат достигается тем, что опреснительная установка, состоящая из теплоизолированной емкости, которая имеет систему для подвода и отвода жидкости, снабжена устройствами контроля состояния жидкости и контактирует посредством теплопроводящих частей с термоэлектрическими элементами, соединенными с источником электроэнергии, дополнительно содержит датчик контроля процесса льдообразования.
Заявленное устройство поясняется чертежом, где изображена схема компоновки портативной опреснительной установки в разрезе.
Пример 1. Портативная опреснительная установка состоит из корпуса 1, внутри которого расположена емкость 2, снабженная крышкой 3, электромагнитным воздушным клапаном 4 и электромагнитным сливным клапаном 5. В промежутке между корпусом 1 и емкостью 2, выполненными из нержавеющей стали, имеется теплоизолятор 6 и расположена батарея термоэлектрических элементов 7, которая контактирует с нижними частями корпуса 1 и емкости 2. Термоэлектрические элементы 7 подключены при помощи проводников 8 к блоку управления 9, который выполнен на базе микропроцессора и снабжен переключателем 10 режима «НАГРЕВ-ОХЛАЖДЕНИЕ». На емкости 2 установлены датчик температуры 11 и датчик льдообразования 12, которые подключены к блоку управления 8. В данном примере в качестве датчика льдообразования 12 использован датчик плотности жидкости [2].
Заявленная опреснительная установка функционирует следующим образом: В емкость 2 заливают предварительно профильтрованную соленую воду, например морскую, при этом воздушный и сливной клапана закрыты. Установку подключают к источнику постоянного тока, напряжением 12 вольт (не показан), например к электрическому аккумулятору, солнечной батарее, ветрогенератору или другому подобному источнику. Переключатель 10 устанавливают в положение «ОХЛАЖДЕНИЕ», при этом, блок управления 9 коммутирует термоэлектрические элементы 7, к источнику постоянного тока таким образом, чтобы они вследствие эффекта Пельтье (J.Peltier) охлаждали емкость 2 и производили нагрев корпуса 1, который рассеивает тепло в окружающее пространство. Блок управления 9 контролирует температуру воды в емкости 2 при помощи датчика температуры 11, и поддерживает ее на уровне - 11°С за счет регулирования электрического тока, проходящего через термоэлектрические элементы 7. Через определенное время, половина объема воды в емкости 2 перейдет в твердую фазу - пресный лед. При этом концентрация соли в оставшейся незамерзшей части воды повысится, а следовательно повысится ее плотность, что приведет к срабатыванию датчика льдообразования 12, и блок управления 9 откроет воздушный клапан 4 и сливной клапан 5, после чего запускается таймер, отсчитывающий время слива, а вода с повышенным содержанием солей (рассол) вытекает из емкости 2. По истечении времени, необходимого для полного удаления рассола воздушный клапан 4 и сливной клапан 5 переключаются в закрытое состояние. В результате чего, в емкости 2 остается чистый лед. Далее блок управления 9 переводит переключатель 10 в положение «НАГРЕВ», и коммутирует термоэлектрические элементы 7, к источнику постоянного тока таким образом, чтобы они нагревали емкость 2 вследствие эффекта Пельтье и производили охлаждение корпуса 1, который получает тепло из окружающего пространства. При достижении внутри емкости 2 заданной температуры от +5 до +90°С, лед преобразуется в пресную воду и установка автоматически выключается.
Пример 2. Портативная опреснительная установка устроена и функционирует аналогично установке, описанной в примере 1, за исключением того, что в качестве датчика льдообразования 12 использован кондуктометрический датчик, работа которого основана на изменении электрических свойств воды как при изменении концентрации солей (электропроводность), так и при переходе из жидкого состояния в твердое [3].
Пример 3. Портативная опреснительная установка устроена и функционирует аналогично установке, описанной в примере 1, за исключением того, что в качестве датчика льдообразования 12 использован оптический датчик, работа которого основана на изменении оптических свойств воды при переходе из жидкого состояния в твердое [4].
Пример 4. Портативная опреснительная установка устроена и функционирует аналогично установке, описанной в примере 1, за исключением того, что в качестве датчика льдообразования 12 использован ультразвуковой датчик, работа которого основана на отражении ультразвукового сигнала от нижней границы льда [5].
Пример 5. Портативная опреснительная установка устроена и функционирует аналогично установке, описанной в примере 1, за исключением того, что в качестве датчика льдообразования 12 использован емкостной датчик, работа которого основана на изменении диэлектрических свойств воды при фазовом переходе [5].
Таким образом, применение датчика льдообразования, работа которого основана на изменении физических свойств воды при замерзании, позволяет упростить процесс эксплуатации и повысить стабильности технологического процесса опреснения воды.
Список литературы:
[1] - Патент на Полезную Модель RU №29299, «УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ», МПК C02F 1/22, опубл. 10.05.2003.
[2] - Патент на Полезную Модель RU №5648, «ДАТЧИК ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ЖИДКИХ СРЕД», МПК G01N 9/12, опубл. 16.12.1997.
[3] - Кулаков М.В. «Технологические измерения и приборы для химических производств» - М, Машиностроение, 1983 г.стр.212.
[4] - Р.Г.Джексон, «Новейшие датчики», перевод с англ. В.В.Лучинина, ТЕХНОСФЕРА, М. 2005 г, стр.105.
[5] - Дж.Фрайден, «Современные датчики» Справочник, перевод с англ. Ю.А.Заболотной, под ред. Е.Л.Свинцова, ТЕХНОСФЕРА, М. 2005 г.