Портативная опреснительная установка

Портативная опреснительная установка относится к электротехнике, а именно к устройствам для опреснения воды, в том числе морской, методом вымораживания и предназначена 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.

Техническим результатом заявленного устройства является упрощение процесса эксплуатации и увеличение стабильности технологического процесса опреснения воды методом вымораживания.

Указанный технический результат достигается тем, что портативная 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 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.

1. Портативная 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, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик контроля процесса льдообразования.

2. Портативная опреснительная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчика льдообразования использован датчик измерения плотности жидкости.

3. Портативная опреснительная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчика льдообразования использован оптический датчик.

4. Портативная опреснительная установка по п.1, отличающаяся тем, что качестве датчика льдообразования использован ультразвуковой датчик.

5. Портативная опреснительная установка по п.1, отличающаяся тем, что качестве датчика льдообразования использован датчик измерения диэлектрической проницаемости.

6. Портативная опреснительная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчика льдообразования использован датчик измерения электропроводности жидкости.