УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТАЛОЙ ВОДЫ
METHOD OF PRODUCING WATER FROM MELTED SNOW

Изобретение относится к устройствам для получения талой воды, в частности для получения талой воды из морской методом вымораживания.
Прототипом устройства является аппарат для очистки воды, описанный в [1].
Аппарат для очистки воды, включающий корпус, в котором размещены термостатированная рабочая емкость с крышкой и наклонным днищем с отверстием для слива воды, выполненная прямоугольной формы, средство для замораживания воды и таяния льда содержащего несколько термоэлектрических элементов, рабочие спаи которых приведены в тепловой контакт с боковой стенкой рабочей емкости, а опорные с радиатором. Устройство содержит электронный блок управления термоэлектрическим модулем, блок управления клапанами для слива воды, программный автомат и блок измерения температуры с датчиками температуры, причем программный автомат подключен к блоку управления клапанами, блоку измерения температуры и электронному блоку управления термоэлектрическим модулем, потребительскую емкость для приема талой очищенной воды, а также емкость для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, трубопроводы со средством для управления сливом воды и четыре нормально закрытых клапана, подсоединенных к сливному отверстию днища рабочей емкости, трубопроводы для слива воды дополнительно соединены между собой трубопроводом с фильтром тонкой очистки, также аппарат содержит сливные патрубки, которые установлены, соответственно, над потребительской емкостью и емкостью для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия.
Недостатком данного устройства является громоздкость системы теплоотвода с опорных спаев, малая скорость очистки воды, а также высокое потребление электроэнергии.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание такого устройства для очистки воды, снижающее время получения готового продукта, веса и габаритов устройства, а также снижение потребления электроэнергии и увеличение КПД установки путем оптимизации процесса работы термоэлектрических преобразователей.
На рис. 1 изображена схема заявляемого устройства для получения талой воды.
Устройство включает корпус 1, в котором размещены термостатированная рабочая емкость 2 с крышкой 3 и отверстием 4 для слива воды, внутри рабочей емкости 2 находится сетка 5 с магнитом с чередующимися полюсами 6 и полой трубкой 7. Ко дну рабочей емкости 2 крепится биметаллическая пластина 8, контактирующая с фиксатором 9, шарнирно скрепленным с подпружиненным штоком 10, на котором крепится магнит с чередующимися полюсами 11. Шток 10 выполнен с возможностью горизонтального перемещения в корпусе. Средство для замораживания воды и таяния льда представляет собой термоэлектрический модуль 12 установленный с наружной стороны рабочей емкости 2, термоэлектрический модуль содержит термоэлектрические элементы 13, рабочие спаи которых приведены в тепловой контакт с внешней боковой поверхностью рабочей емкости 2, а опорные спаи состоят в тепловом контакте с проточным теплообменником 14, емкость 15 для приема талой очищенной воды и емкость 16 для приема концентрированного рассола. Трубопроводы 17 и 18 содержат управляемые вентили 19 и 20 и подсоединены к отверстию 4 днища рабочей емкости 2. Сливные патрубки трубопроводов 17 и 18 установлены соответственно над емкостью 15 для приема очищенной талой воды и емкостью 16 для приема концентрированного рассола. Циркуляционный насос 21 предназначен для циркуляции воды в контуре охлаждения. Контур охлаждения проходит через емкость для приема очищенной талой воды и емкость для приема воды с примесями и включает в себя циркуляционный насос 21, теплообменник 14 и радиатор 22 соединенные трубопроводами. Кроме того, устройство имеет блок 23 управления, включающий электронный блок 24 управления питанием термоэлектрических элементов 13 и циркуляционного насоса 21, блок 25 управления клапанами 19, 20, программный автомат 26 и блок 27 измерения температуры с датчиками 28 и 29 температуры, установленными соответственно на дне и боковой стенке рабочей емкости 2. Программный автомат 26 подключен к блоку 25 управления клапанами, блоку 27 измерения температуры и блоку 23 управления питанием термоэлектрических элементов 13 и циркуляционного насоса 21. Теплообменник 14 имеет отверстие с крышкой 30 выведенное на наружную поверхность устройства. Трубопровод 17 имеет в своем составе фильтр тонкой очистки 31. Теплообменник 14 имеет отверстие с крышкой 30 для залива воды в контур охлаждения слив воды при необходимости, из которого можно осуществлять через вентиль 34. Слив воды из емкости 15 для приема талой очищенной воды и емкости 16 для приема концентрированного рассола осуществляется через управляемые вентили 32 и 33 соответственно. В варианте выполнения устройства для бытовых нужд емкости 2, 15 и 16 имеют объем 1,5 литра.
Описание работы устройства
Устройство включают в электрическую сеть. Открывают крышку 3 и в рабочую емкость 2 заливают 1,2 литра морской воды, крышку 3 закрывают. Открывают крышку 30 и заливают воду в теплообменник 14, крышку 30 закрывают.
На пульте управления (на чертеже не показан) включают кнопку «Сеть», соединенную с электронным блоком 23 управления. Загорается индикация сети. Нажимают кнопку «Начать процесс». Программный автомат 26 в электронном блоке управления 23 выполняет следующий алгоритм работы устройства.
Электронный блок 24 управления питанием термоэлектрических элементов 13 и циркуляционного насоса 21 включает насос 21, далее включает термоэлектрические элементы 13 в режим охлаждения. Электронный блок управления 23 включает блок 27 измерения температуры посредством датчиков 28 и 29 температуры, установленных соответственно на дне и боковой стенке емкости 2. При достижении определенной температуры (+1 - 0°С) в емкости 2 биметаллическая пластина 8 нагибается, как показано на рис.1 и выходит из зацепления с фиксатором 9, при этом подпружиненный шток 10 перемещается и магнит 11 перемещается, относительно магнита 6 сетки 5 таким образом, что их одноименные полюса совпадают: в результате этого магнит 6 отталкивается от магнита 11 и сетка 5 всплывает, этому способствует и полая трубка 7. На сетке будут собираться льдинки тяжелой воды образующиеся при общеизвестной температуре 3,8°С. При этом на блоке управления загорится световой индикатор (на чертеже не указан). Сетка из кастрюли вынимается. При дальнейшем понижении температуры в емкости 2 происходит охлаждение воды до температуры кристаллизации. После этого идет контроль фазового перехода - спонтанного повышения температуры на 0,5-1,0°С за 1 минуту, т.е. при резком повышении температуры на 0,5-1,0°С фиксируется фазовый переход. Электронный блок 24 переключает питание термоэлектрических элементов в режим максимального холодильного коэффициента. Далее осуществляется процесс кристаллизации (замораживания воды) - образование льда и охлаждение полученного льда до минус 4-5°С в течение 1,2-2 часов. Процесс льдообразования происходит в направлении от стенок рабочей емкости 2, охлаждаемых термоэлектрическими элементами 14 к центру, отвод тепла от термоэлектрических элементов 13 обеспечивается с помощью проточного теплообменника 14. Растворенные в воде примеси (соли металлов, органические загрязнения и т.д.) в процессе образования льда вытесняются в объем, расположенный по центру рабочей емкости 2, тем самым происходит образование «рассола» - воды с повышенным содержанием солей и различных загрязнителей. Блок 25 управления клапанами открывает клапан 20. Происходит слив «рассола» из рабочей емкости 2 по трубопроводу 18 в емкость 16 в течение нескольких минут. Клапан 20 закрывается. Блок управления 24 переключает термоэлектрические элементы 13 в режим нагрева. Происходит повышение температуры льда в рабочей емкости 2 до температуры 0°С, при которой наступает плавление льда и последующий нагрев полученной очищенной талой воды до температуры +10°С по истечении времени до 40 минут на электронном блоке 23 управления загорается надпись «Процесс окончен. Талая вода готова». После загорания надписи в течение 300 минут может быть реализован слив талой воды и выключение устройства. Нажимают кнопку «Талая вода». Блок 25 управления клапанами открывает клапан 19 (клапан 20 закрыт), происходит слив талой воды по трубопроводу 17 через фильтр 31 в емкость 15 в течение нескольких минут. Если в течение 300 минут после загорания надписи «Процесс окончен. Талая вода готова» не произведен слив талой воды и отключения устройства, то программный автомат 26 поддерживает в рабочей емкости температуру +2°С (для сохранения структуры талой воды) и по истечении указанного выше времени подает сигнал на электронный блок 23 управления, который выдает команду блоку 25 управления клапанами. При этом открывается клапан 19 (клапан 20 закрыт). Происходит слив талой воды в потребительскую емкость 15. Клапан 19 закрывается, отключается блок 25 управления клапанами, отключается блок 24 управления термоэлектрическим модулем 12, отключается блок 27 измерения температуры, отключается программный автомат 26, отключается электронный блок 23 управления. Общее время протекания процесса получения талой воды до 300 минут. Кнопку «Сеть» выключают.
Литература
1. Патент РФ 2393996, МПК C02F 1/22, опубл. 20.04.2006 г.