УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
WATER TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к технике обработки воды и предназначено для предотвращения образования и очистки твердых отложений на рабочих поверхностях элементов систем водоснабжения и водоподготовки.
Отложения на стенках устройств систем водоснабжения и водоподготовки осадка в виде твердого и трудноудаляемого слоя (накипи) из-за содержания в воде минеральных солей, преимущественно магния и кальция, - наиболее распространенная проблема, с которой сталкиваются в промышленности и в быту. В результате наблюдается сужение внутреннего диаметра труб, уменьшается теплопроводность и ухудшаются условия теплообмена. С течением времени энергетические потери в системах водоподготовки возрастают и могут достигать 40-60% и более.
Проблемы, связанные с образованием накипи, решаются с использованием как химических, так и физических (безреагентных) методов. Использование химического метода связано с высокими материальными затратами и проблемами утилизации используемых в процессе чистки реагентов, чаще всего кислот и их соединений. Из физических методов практическое применение в последнее время получили магнитный, электромагнитный, ультразвуковой методы обработки воды.
Наиболее интересен электромагнитный метод обработки воды благодаря своим широким возможностям. Здесь под действием электромагнитного поля в рабочем объеме технологического объекта (элемента системы водоподготовки или водоснабжения - труба с водой) изменяются физические свойства воды без изменения солевого состава. Содержащиеся в ней силикаты, магниевые и кальциевые соли теряют способность формироваться в виде плотного камня и выделяются, особенно после подогрева, в виде легко удаляемого шлама. Кроме того, обработанная таким образом вода разбивает и удаляет уже отложившуюся накипь и препятствует ее дальнейшему образованию.
Подобные устройства обработки воды могут быть установлены на промышленных и бытовых объектах водоподготовки и водоснабжения: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети горячей и холодной воды, бойлерах, проточных водонагревателях, паровых и водогрейных котлах, системах охлаждения различного технологического оборудования (компрессорные станции, мощные электрические машины, термическое оборудование) и т.д.
Из источников научно-технической и патентной информации известны следующие технические решения по электромагнитной обработке воды, актуальность которых очевидна на данный момент времени в условиях возрастающего дефицита энергоресурсов.
Известно устройство для магнитной обработки жидкости по А.с. SU №865832, C02F 1/48, опубл. 23.09.1981, которое содержит последовательно включенные схему управления, трехфазный тиристорный преобразователь и трехфазные электромагнитные обмотки, закрепленные на диамагнитном объекте воздействия. Тиристорный преобразователь подключен к питающей трехфазной сети.
Известно устройство омагничивания лекарственных и пищевых жидкостей по Патенту RU №2089513, C02F 1/48, опубл. 10.09.1997. Оно содержит устройство управления, управляющее работой источника переменного тока через токовый ключ, и соленоид, закрепленный на кювете с жидкостью. В соленоид проходят электрические сигналы от источника переменного тока по закону работы устройства управления.
Известно устройство для обработки воды (с вариантным исполнением) по Патенту RU №2174960, C02F 1/48, C02F 103:02, опубл. 20.10.2001. Согласно имеющемуся описанию устройство (его варианты) выполнено в виде настенного прибора, состоящего из генератора электромагнитных импульсов и пары излучателей в виде проводов. С целью уменьшения расхода электроэнергии и удешевления процесса водоподготовки излучатели устанавливаются на трубе прямой или обратной сторон системы водоснабжения, выполняются в виде 12 витков типового провода с разным направлением намотки и застегиваются на концах пластиковым замком.
В качестве прототипа выбрано устройство для преобразования (обработки) воды по Патенту GB №2312635, C02F 1/48, приоритет 29.04.1996, опубл. 05.11.1997. Известное устройство содержит последовательно включенные источник питающего напряжения, генераторный блок и антенну, выполненную в виде соленоида со свободным концом, закрепленным на трубе с водой. Генераторный блок содержит двухфазный генератор электрических колебаний. Его сигналы сложной формы проходят в антенну-соленоид и воздействуют на воду, протекающую через трубу.
Перечисленные устройства имеют общие недостатки, которые заключаются в недостаточно эффективном воздействии на жидкостную среду через электромагнитное воздействие, что в итоге сужает их функциональные возможности и ограничивает область использования. Например, в известных устройствах [1-2] электромагнитное воздействие на жидкость осуществляется по сигналам источника переменного тока сетевого напряжения с последующей модуляцией через электронный ключ (тиристорный преобразователь). Источником электромагнитного излучения здесь выступает многослойный соленоид, в рабочем пространстве которого размещен технологический объект (жидкость).
Как показывает опыт практического применения подобных устройств, для эффективного изменения физических свойств воды (жидкости) с разным солевым составом и концентрацией требуется формирование широкополосных электрических сигналов воздействия заданной мощности по закону случайной функции (вероятностному закону), что трудно достичь при использовании неуправляемого генератора электрических колебаний. В известных же устройствах в качестве задатчика электрических колебаний используется источник переменного тока промышленной частоты f=50 Гц, коммутируемый электронным ключом по закону устройства управления. Вероятно, для омагничивания лекарственных препаратов на спиртовой основе [2] такой подход является достаточным, но не эффективным.
Отмеченные недостатки относятся и к выбранному прототипу [4] заявляемого устройства. Здесь, в отличие от известных устройств [1, 2], в качестве источника электрических колебаний применен электронный неперестраиваемый генератор сложной формы колебаний (за счет параллельного включения двух генераторов), работающий на индуктивную нагрузку, - соленоид со свободным выводом (излучатель, антенну). Это не дает возможность эффективно воздействовать на жидкость (воду) и изменять ее физические свойства при минимуме подводимой электрической энергии, ограничивая область применения и функциональные возможности устройства.
Известно также устройство электромагнитной обработки воды [3], из описания которого следует, что оно имеет генератор электромагнитных импульсов, работающий на излучатели в виде проводов, а в корпус прибора настенного типа встроен микропроцессор, предназначенный для изменения электромагнитных импульсов. Отмечено, что устройство (его варианты) устанавливаются на прямоточной системе водоснабжения или на оборотном контуре системы водоснабжения. Отсутствие какой-либо схемы, поясняющей принцип построения данного устройства и его работы, не позволяет оценить его функциональные возможности, архитектуру, т.е. провести сопоставительный анализ по ряду признаков. Поэтому авторы, принимая во внимание известность такого «технического решения», констатируют о его недостаточных функциональных возможностях и неэффективности воздействия на технологический объект.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и области использования без существенного усложнения устройства.
Достижение технического результата в предлагаемом устройстве для обработки воды, содержащем последовательно включенные источник вторичного электропитания, блок генерации электрических колебаний и дипольный излучатель, закрепленный на технологическом объекте, обеспечивается введением блока индикации, при этом блок генерации электрических колебаний состоит из последовательно включенных устройства управления, микроконтроллера и усилителя сигналов, подключенного к выводам дипольного излучателя, при этом управляющий вход усилителя сигналов подключен к одному выводу устройства управления, другой его вывод подключен к первому сигнальному входу блока индикации, второй сигнальный вход блока индикации подключен к второму информационному выводу микроконтроллера, первый, второй и третий силовые выводы источника вторичного электропитания подключены к одноименным выводам микроконтроллера, усилителя сигналов и блока индикации соответственно, а управляющий вход устройства управления подключен к шине управления.
Устройство для обработки воды поясняется чертежами. На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - его внешний вид.
Устройство для обработки воды (фиг.1) содержит блок 1 генерации электрических колебаний (БГЭК), микроконтроллер 2, усилитель 3 сигналов, устройство 4 управления, дипольный излучатель 5 в виде пары индуктивных излучателей из плоских проводников с противофазным включением, блок 6 индикации, источник 7 вторичного электропитания (ИВЭП), технологический объект 8 и шину 9 управления.
Силовые выводы ИВЭП 7 подключены к одноименным входам блока 6 индикации, микроконтроллера 2 и усилителя 3 сигналов. Первый и второй сигнальные входы блока 6 индикации подсоединены соответственно к выводу устройства 4 управления и выводу микроконтроллера 2. Его сигнальный выход через усилитель 3 сигналов подключен к выводам дипольного излучателя 5, жестко закрепляемый на технологическом объекте 8. Два других вывода устройства 4 управления подключены к одноименным выводам микроконтроллера 2 и усилителя 3 сигналов соответственно, а его вход подключен к шине 9 управления.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии устройство (фиг.1) обесточено. При подключении к питающей сети его ИВЭП 7 вырабатывает ряд питающих напряжений и подает их на силовые выводы блока 6 индикации, БГЭК 1 и его усилитель 3 сигналов, подготавливая устройство к работе. Перевод устройства в режим работы осуществляется по управляющему сигналу, выставляемому по шине 9 управления, которым вводится в действие устройство 4 управления.
Устройство управления 4 устанавливает требуемую мощность формирования электрического сигнала излучения усилителя 3 сигналов, запускает микроконтроллер 2 БГЭК 1 по формированию электрических колебаний в заданном частотном диапазоне ΔF с программным изменением частоты F по закону случайной функции (например, с нормальным законом распределения).
А-В
Электрические сигналы микроконтроллера 2 проходят через усилитель 3 сигналов БГЭК 1, где усиливаются по мощности до требуемого значения, и проходят на дипольный излучатель 5, образуя между его элементами (пары индуктивных излучателей из плоских проводников с противофазным включением, установленных на опорном расстоянии D друг от друга на поверхности технологического объекта 8) электромагнитное поле диполя А-В напряженностью Н.
Это поле воздействует на носитель (воду) технологического объекта 8 и изменяет ее физическое состояние через ионизацию и коагуляцию молекул минеральных солей, преимущественно магния и кальция, предотвращая, таким образом, образование и рост накипи на стенках элементов технологического объекта 8.
Режимы работы БГЭК 1 устройства отображаются его блоком 6 индикации. Регулирование его мощностью излучения, применение индуктивных излучателей из плоских проводников, образующих диполь, формирование электромагнитного поля диполя сложного вида по требуемому закону случайной функции, позволяет повысить электромагнитную совместимость и эффективность устройства по предотвращению и очистке твердых отложений (накипи) на рабочих поверхностях технологического объекта 8, расширяя, тем самым, функциональные возможности устройства и область технического использования. Это отличает предлагаемое устройство от известных аналогов и выбранного прототипа и позволяет обеспечить достижение положительного эффекта в решении поставленной цели.
Практическая реализация устройства (только для пояснения): в блоке генерации электрических колебаний 1 применен микроконтроллер 2 серии MSP-430; усилитель сигналов 3 выполнен по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе КТ815 с RC-элементами; устройство управления 4 выполнено в виде механического многоконтактного переключателя; дипольный излучатель 5 выполнен в виде пары однотипных однослойных соленоидов (антенн-обмоток) из плоских проводников со свободными выводами и противофазным включением; блок 6 индикации выполнен по типовой схеме с использованием светодиодов АЛС324, К176ИД2; ИВЭП 7 собран по известной схеме стабилизированного выпрямителя с двухполупериодным выпрямителем и стабилизатором на ИМС серии К142ЕН. Технологический объект 8 - это элемент системы водоподготовки в виде отрезка трубы с носителем (в данном случае - водой), на которой извне закрепляется дипольный излучатель для создания требуемой величины электромагнитного поля. Других особенностей предлагаемое устройство не имеет и может быть промышленно реализовано (см. фиг.2).
Источники информации:
1. Авторское свидетельство SU №865832, C02F 1/48. Опубл. 23.09.1981.
2. Патент RU №2089513, C02F 1/48. Опубл. 10.09.1997.
3. Патент RU №2174960, C02F 1/48. Опубл. 20.10.2001.
4. Патент GB №2312635, C02F 1/48. Опубл. 05/11/1997, прототип.