УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области обработки и термоэлектрического охлаждения жидкостей и может быть использована в частности при подготовке охлажденной питьевой воды для водоснабжения пассажирских железнодорожных вагонов.
Известны термоэлектрические охладители жидкости, например, по патенту на ПМ 11524, устройство приготовления обеззараженной воды по пат.14926. а также термоэлектрический охладитель жидкости по патенту 19876, F 01 P 3/00.
Недостатком известных устройств является невысокая эффективность охлаждения жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство охлаждения жидкости по патенту на ПМ 50288, F 25 В 21/02, опубликованному 27.12.2005, БИПМ №36, принятое за прототип.
Устройство-прототип содержит корпус 1 с установленными в нем вентилятором 10, заливным патрубком 2, предварительным охладителем 3, соединенным первым патрубком 4 с термоэлектрическим охладителем 5, который вторым патрубком 9 соединен с баком для охлажденной жидкости 13. Бак 13 содержит сливной патрубок 8 и трубу обратного конвективного потока жидкости 12, соединенную с первым патрубком 4. При этом предварительный охладитель 3 состоит из емкости 3.1, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, а внешняя поверхность снабжена теплоотводящими радиаторами 3.2. Термоэлектрический охладитель 5 состоит из теплообменника 5.1, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена для отвода тепла из охлаждаемой жидкости, и с закрепленными на нем термоэлектрическими модулями (ТЭМ) 5.2, снабженными теплоотводящими радиаторами 5.3.
Работает устройство-прототип следующим образом.
Горячая жидкость подается в предварительный охладитель 3 через заливной патрубок 2, где она предварительно охлаждается, и затем через первый патрубок 4 поступает в термоэлектрический охладитель 5 для дальнейшего охлаждения, и через второй патрубок 9 попадает в бак 13.
После заполнения бака 13 жидкостью, включают питающее напряжение. Начинает работать вентилятор 10 и ТЭМ 5.2. При включении устройство работает в режиме охлаждения, вентилятор 10 создает поток воздуха, охлаждающий теплоотводящие радиаторы 5.3 и 3.2, и температура жидкости снижается до заданного значения. При этом жидкость попадает в нижнюю часть бака 13 через трубу обратного конвективного потока 12. А верхние слои жидкости в баке 13 вытесняются на вход теплообменника 5.1.
Недостатками устройства-прототипа являются неэффективность работы в режиме отбора большого количества жидкости в единицу времени и при повышенной частоте доз отбора жидкости, а также сложность и низкая технологичность и надежность.
Для устранения указанных недостатков в устройстве комплексной обработки жидкости, содержащем корпус с установленными в нем вентилятором, заливным парубком, первым патрубком, предварительным охладителем, состоящим из емкости, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, и теплоотводящих радиаторов, при этом предварительный охладитель соединен вторым патрубком с термоэлектрическим охладителем, состоящим из теплообменника, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена, и закрепленными на нем термоэлектрическими модулями (ТЭМ), а также сливной патрубок, согласно полезной модели, введен фильтр для очистки жидкости, соединенный первым патрубком с предварительным охладителем, а вход фильтра подсоединен к заливному патрубку, при этом теплообменник снабжен емкостью для накапливания охлажденной жидкости, причем в емкости предусмотрено отверстие, оборудованное фланцем, при помощи
которого устанавливается сливной патрубок или устройство для обработки жидкости ультрафиолетовым излучением, или устройство для другого вида обработки жидкости, или технологические, а также измерительные устройства.
На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - корпус устройства охлаждения;
2 - заливной патрубок;
4, 9 - первый и второй патрубки;
3 - предварительный охладитель;
3.1 - емкость предварительного охладителя;
3.2 - теплоотводящие радиаторы предварительного охладителя;
5 - термоэлектрический охладитель;
5.1 - теплообменник;
5.2 - термоэлектрические модули (ТЭМ);
5.3 - теплоотводящие радиаторы;
6 - емкость для накапливания охлажденной жидкости;
7 - фланец;
8 - сливной патрубок;
10 - вентилятор;
11 - фильтр для очистки жидкости.
Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с установленными в нем вентилятором 10, заливным патрубком 2, соединенным с фильтром для очистки жидкости 11, который первым патрубком 4 соединен с предварительным охладителем 3, состоящим из емкости 3.1, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, а внешняя поверхность снабжена теплоотводящими радиаторами 3.2, а также термоэлектрическим охладителем 5, состоящим из теплообменника 5.1, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена для отвода тепла из охлаждаемой жидкости, и с закрепленными на нем ТЭМ 5.2,
снабженными теплоотводящими радиаторами 5.3. Предварительный охладитель 3 вторым патрубком 9 соединен с теплообменником 5.1 термоэлектрического охладителя 5. При этом теплообменник 5.1 снабжен емкостью для накапливания охлажденной жидкости 6, в которой предусмотрено отверстие, оборудованное фланцем 7. За счет наличия отверстия с фланцем 7 устройство приобретает свойство модульности, т.е. при помощи фланца 7 устанавливается сливной патрубок 8 или устройство для обработки жидкости ультрафиолетовым излучением, или устройство для другого вида обработки жидкости, или технологические, а также измерительные устройства, например, термометр.
Для обеззараживания охлажденной жидкости в емкость для накапливания 6 может устанавливаться устройство для обработки жидкости ультрафиолетовым излучением, например, по патенту на ПМ №35796. Причем жидкость, обработанная устройством ультрафиолетового излучения, находится в тепловом контакте с охлажденной жидкостью в емкости для накапливания 6 через стенки устройства обработки ультрафиолетовым излучением.
Кроме того, в фильтре используются фильтрующие элементы, содержащие ионообменные смолы или осуществляется механическая очистка жидкости.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Горячая жидкость подается через заливной патрубок 2 на фильтр 11 и через первый патрубок 4 поступает в предварительный охладитель 3. В предварительном охладителе 3 жидкость охлаждается, и затем через второй патрубок 9 поступает в термоэлектрический охладитель 5, после чего попадает в емкость для накапливания охлажденной жидкости 6.
После заполнения емкости 6 жидкостью, включают питающее напряжение. Начинает работать вентилятор 10 и ТЭМ 5.2. При включении устройство работает в режиме охлаждения, вентилятор 10 создает поток воздуха, охлаждающий теплоотводящие радиаторы 5.3 и 3.2.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме охлаждения.
При протекании тока через ТЭМ 5.2 происходит перенос тепла от теплообменника 5.1 в теплоотводящие радиаторы 5.3, и далее в окружающую среду. Теплообменник 5.1 выполнен из теплопроводного материала (например, алюминия) и для лучшего теплового контакта с жидкостью его внутренняя поверхность содержит ребра теплообмена. На внешней поверхности теплообменника 5.1 закреплены ТЭМ 5.2, снабженные теплоотводящими радиаторами 5.3.
Когда средняя температура жидкости в емкости для накапливания охлажденной жидкости 6 достигнет заданной температуры, например, +16°С, цикл охлаждения будет закончен, и устройство перейдет в режим хранения холода.
Рассмотрим работу устройства в режиме хранения холода (термостатирования). В этом режиме схема управления охладителя поддерживает температуру жидкости в емкости для накапливания охлажденной жидкости 6 на заданной величине. При этом отключается вентилятор 10, и обесточиваются ТЭМ 5.2. С этого момента температура в теплообменнике 5.1 начинает расти, стремясь выровняться с температурой окружающей среды. Постепенный рост температуры жидкости в емкости 6 из-за теплопритоков приводит к возрастанию температуры 0,6-0,7°С, и далее устройство перейдет в режим охлаждения. Через некоторое время температура в емкости 6 снизится до исходной, и устройство вернется в режим хранения холода и далее все будет повторяться циклически.
Рассмотрим работу устройства в режиме отбора жидкости.
В начальный момент, когда устройство обработки находится в режиме термостатирования, сливают порцию жидкости. Взамен слитой жидкости поступает такое же количество горячей жидкости через заливной патрубок 2 в фильтр 11 и далее через первый патрубок 4 в предварительный охладитель 3. Причем поступающая порция горячей жидкости вытесняет предыдущую не смешиваясь с ней - происходит замещение одного объема жидкости другим.
Предварительный охладитель 3 охлаждает очередной объем жидкости, находящийся в нем, до значений, близких к температуре потока воздуха, которым охлаждаются теплоотводящие радиаторы предварительного охладителя 3.2.
Жидкость, охлажденная в предварительном охладителе 3, попадает в теплообменник 5.1. Жидкость, вытесненная, в свою очередь, из теплообменника 5.1, попадает в емкость 6 и повышает там среднюю температуру. После третьего - четвертого слива, средняя температура жидкости в емкости 6 повышается более, чем на 0,7°С, и устройство переходит в режим охлаждения, при этом включаются ТЭМ 5.2 и вентилятор 10. Далее начинает работать предварительный охладитель 3, из которого в теплообменник 5.1 при каждом сливе вливается очередная порция предварительно охлажденной жидкости.
Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом следующие.
Повышение эффективности работы в режиме отбора большого количества жидкости в единицу времени, устойчивая работа устройства при повышенной частоте отбора доз жидкости, улучшены условия протекания конвекционных потоков жидкости в теплообменнике 5.1, за счет устранения изломов направления этих потоков, а так же из-за отсутствия тупиков в нижней части теплообменника 5.1, благодаря наличию накапливающей емкости 6, что способствует увеличению скорости конвекционных потоков жидкости и улучшает теплообмен. Кроме того, охлажденная жидкость, накапливаясь в нижней части емкости 6, выводится из конвекционного потока, что уменьшает паразитный перепад на ТЭМ и тем самым повышает эффективность их работы.
При этом предлагаемая конструкция устройства повышает его технологичность и надежность, т.к. сведено к минимуму количество труб и их соединений, в том числе сварочных, что существенно упрощает конструкцию устройства, его сборку и вместе с тем повышает надежность.