УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для электрохимической обработки жидкостей, в частности для электрохимической обработки водных растворов, и предназначено для регулирования их кислотно-основных и кислотно-восстановительных свойств, а также перевода в термодинамическое неравновесное (активированное) состояние, характеризующееся повышенной физико-химической активностью. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано как в стационарных, так и в автономных полевых устройствах для обработки минерализованной питьевой воды, природной воды различных водоемов и водных технологических растворов, использующихся в качестве бытовых приборов, в здравоохранении и других отраслях промышленности и социальной сферы.
Известно устройство для электрохимической очистки сточных вод (SU №842036, А1, С02F 1/46, 30.06.1981.), содержащее камеру с водой и расположенными в ней электродами, источник питания выполненный в виде регулируемого источника напряжения, измеритель напряжения на электродах, измеритель концентрации растворенного в обрабатываемой воде вещества, регулируемый дозатор подачи вспомогательного (солевого) раствора, снабженный системой подачи раствора в канал движения обрабатываемой воды и систему управления.
В этом устройстве обеспечивается автоматизация процесса очистки воды и снижение расхода материала растворяемого анода за счет регулирования скорости подачи солевого раствора при увеличении концентрации загрязняющего вещества в воде. Однако система регулировки процесса обработки воды достаточно сложна и не обладает быстродействием.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является устройство для электрохимической обработки жидкости (RU №2076073 С1, С02F 1/46, 27.03.1997.), содержащие камеру с обрабатываемой жидкостью и расположенными в ней электродами, источник напряжения, средство стабилизации тока в цепи электродов, подключенное последовательно с электродами к источнику напряжения. Средство стабилизации тока в цепи электродов выполнено в виде преобразователя тока с подвижным элементом и регулируемого дозатора для подачи электролита в камеру с обрабатываемой жидкостью. Камера с обрабатываемой жидкостью снабжена отверстиями для обеспечения обработки жидкости в проточном режиме.
Такое устройство обладает более высоким быстродействием при стабилизации тока в цепи электродов.
Однако, при введении дополнительного минерализованного раствора в обрабатываемую жидкость требуется какое-то время для стабилизации тока в камере, что при проточном режиме ее работы не гарантирует получения обрабатываемой жидкостью необходимого количества электричества за время ее нахождения в камере, а следовательно, и качества ее обработки. Изменения количества дополнительного раствора в обрабатываемой жидкости приводят к неконтролируемому изменению ее состава и появлении в ней различных соединений, возникающих в результате электрохимической реакции на электродах. Кроме того, использование для стабилизации тока дополнительного минерализованного раствора существенно усложняет устройство.
Предлагаемая полезная модель решает задачу гарантированного обеспечения качества обработки жидкости. Техническим результатом предлагаемого полезной моделью решения является обеспечение получения обрабатываемой жидкостью необходимого количества электричества в течение определенного времени. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает стационарный режим обработки жидкости и улучшение массо-габаритных характеристик устройства, что позволяет использовать его как в качестве бытового устройства, так и в полевых (экспедиционных) условиях.
Достижение технического результата обеспечивает предлагаемое устройство для электрохимической обработки жидкости, содержащее камеру с обрабатываемой жидкостью и расположенными в ней электродами, источник напряжения и средства стабилизации тока в цепи электродов, в которое введены средство для измерения тока в цепи электродов и средство контроля параметров процесса обработки жидкости, выполненное в виде программируемого контроллера, снабженного возможностью осуществления функций контроля значений текущих параметров устройства, отсчета времени, управления режимами работы и определения суммарного количества электричества, полученного жидкостью в процессе обработки, источник напряжения и средства стабилизации электрического параметра в цепи электродов выполнены в виде импульсного силового преобразователя, к входу которого подключены выход преобразователя и выход средства для измерения тока, информационный вход контроллера подключен к информационному выходу средства для измерения тока, а его выход подключен к входу ключевого элемента, включенного последовательно между электродами и средством для измерения тока.
В отличие от известного, в предлагаемое устройство введены средство для измерения тока в цепи электродов и средство контроля параметров процесса обработки жидкости, выполненное в виде программируемого контроллера, снабженного возможностью осуществления функций контроля значений текущих параметров устройства, отсчета времени, управления режимами работы и определения суммарного количества электричества, полученного жидкостью в процессе обработки, источник напряжения и средства стабилизации электрического параметра в цепи электродов выполнены в виде импульсного силового преобразователя, к входу которого подключены выход преобразователя и выход средства для измерения тока, информационный вход контроллера подключен к информационному выходу средства для измерения тока, а его выход подключен к входу ключевого элемента, включенного последовательно между электродами и средством для измерения тока.
Устройство может быть снабжено индикатором состояния, вход которого подключен к выходу контроллера.
На фиг. представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Представленное на фиг. устройство для обработки воды содержит камеру 1 с обрабатываемой жидкостью 2, в которой расположены электроды 3, источник 4 напряжения, средство (ИТ) 5 для измерения тока в цепи электродов 3, программируемый контроллер (ПК) 6 и ключевой элемент 7. Источник 4 напряжения и средства (на фиг. не отмечены) стабилизации электрического параметра в цепи электродов 3 выполнены в виде импульсного силового преобразователя 4, вход которого подключен к выходу ИТ 5 и к выходу самого преобразователя 4. Вход ПК 6 подключен к информационному выходу ИТ 5, а его выход подключен к входу ключевого элемента 7, включенного последовательно между электродами 3 и ИТ 5. Другой выход ПК 6 подключен к входу индикатора (И) 8 состояния. ПК 6 снабжен возможностью осуществления функций контроля значений текущих параметров устройства, отсчета времени и управления режимами его работы, а также определения суммарного количества электричества, полученного жидкостью 2 в процессе обработки.
Силовой преобразователь 4 может быть выполнен на базе интегральной микросхемы фирмы Power integrations (www.powerint.com). ПК 6 может быть выполнен на базе микроконтроллера ATTINY13 фирмы Atmel (www.atmel.com). Индикатором 8 состояния может служить, например, светодиод L-514 фирмы Para-Light (www.para.com.tw). ИТ 5 может быть выполнен в виде сопротивления и подключенного к нему усилителя на базе микросхемы AD8601 фирмы Analog Devices (www.analog.com).
п
п
п
п
п
Устройство для электрохимической обработки жидкости, представленное на фиг. работает следующим образом. В память ПК 6 внесены: пороговое I (максимальное) значение тока I в цепи электродов 3, пороговое значение переданного жидкости суммарного количества Q электричества, необходимого для гарантированного обеспечения качества обработки, максимальный интервал времени t, в течение которого целесообразно проводить процесс обработки. Параметры силового преобразователя 4 подобраны таким образом, чтобы обеспечить на электродах 3 стабилизацию величины напряжения U не выше разрешенной условиями эксплуатации U и стабилизацию величины тока I не выше заданной пороговой величины I, которая определяется площадью электродов 3 и расстоянием между ними. При включении силового преобразователя 4 в камере 1 с обрабатываемой жидкостью 2 между электродами 3 через ИТ 5 начинает протекать ток I, который далее поступает на вход преобразователя 4 и на информационный вход ПК 6. Одновременно с током I на вход преобразователя 4 подается напряжение U, под которым находятся электроды 3. В ПК 6 поступающая на его вход величина тока I сравнивается с заданным пороговым значением I.
п
При превышении величины поступившего тока I над ее пороговым значением I в 1,5-3 раза с выхода ПК 6 на ключевой элемент 7 и на индикатор (И) 8 состояния поступает сигнал перегрузки, по которому элемент 7 прерывает прохождение электрического тока в цепи электродов 3 (отключает нагрузку), а (И) 8 сигнализирует о перегрузке, например повторяющимися частыми вспышками светодиода 8. В этом случае для продолжения обработки жидкости 2 пользователю необходимо устранить причину возникшей перегрузки (возможно попадание в межэлектродное пространство камеры 1 особо крупных частиц, обладающих высокой электропроводностью).
п
п
п
п
п
Если величина поступающего на вход ПК 6 тока I не превышает ее пороговое значение I, то преобразователь 4 в процессе работы устройства стабилизирует величину тока I на уровне заданной пороговой величины I, а если величина тока I меньше заданной I, то повышает величину напряжения U на электродах 3 до величины U,. При этом в ПК 6 с непрерывно (интервал в 1 сек.) подсчитывается суммарное количество Q электричества (величина Q), переданное жидкости 2 за время работы устройства, и его значение сравнивается с пороговым значением Q.
При достижении равенства этих величин с выхода ПК 6 на ключевой элемент 7 и на И 8 поступает сигнал окончания работы, по которому элемент 7 прерывает прохождение электрического тока в цепи электродов 3 (отключает нагрузку), а И 8 сигнализирует о завершении процесса активации, например повторяющейся короткой вспышкой светодиода 8.
п
п
п
Если величина напряжения U на электродах 3 соответствует величине U, a величина тока I остается меньше I, то в ПК 6 поверяется достаточность этой величины тока I, проходящего через систему электродов 3, для передачи жидкости 2 в течение заданного максимального интервала времени t порогового значения суммарного количества Q электричества.
п
Если величина тока I удовлетворяет этому условию, то устройство продолжает работу в течение времени, необходимого для получения заданного Q, после чего прекращает работу и сигнализирует о завершении процесса активации вышеописанным образом.
Если же величина тока I не удовлетворяет этому условию, то с выходов ПК 6 на ключевой элемент 7 и на И 8 состояния поступает сигнал о переходе устройства в режим ожидания, по которому элемент 7 прерывает прохождение электрического тока I в цепи электродов 3 и циклически восстанавливает его прохождение, проверяя величину тока I. Индикатор 8 сигнализирует о нахождении устройства в режиме ожидания, например повторяющимися двумя короткими вспышками светодиода 8. В этом случае процесс активации может быть продолжен, например введением в обрабатываемую жидкость 2 необходимого количества строго определенных веществ, повышающих электрическую проводимость жидкости 2 для достижения необходимой величины тока I.
Таким образом, предлагаемое устройство для обработки жидкости обеспечивает достижение технического результата за счет обеспечения непрерывного мониторинга процесса обработки жидкости. Контроль за получением обрабатываемой жидкостью необходимого количества электричества в течение определенного времени решает задачу гарантированного обеспечения качества обработки жидкости. Отсутствие в предлагаемом устройстве систем подачи и дозирования дополнительного электролита, как необходимой составной части устройства, существенно улучшает его массо-габаритные характеристики и позволяет использовать его в качестве бытового устройства.