Устройство управления процессом электрохимической очистки воды дискретного типа действия

 

Сущность изобретения: устройство содержит источник тока, выход которого соединен с электродами электролизера, формирователь временных интервалов, блок контроля, блок индикации и логический блок, связанный со всеми указанными блоками и источником тока, подключенным своими выходом и сетевым входом к блоку контроля. Блок контроля может быть выполнен в виде трех датчиков, причем датчики высокого и низкого напряжения подключены к выходу источника тока, а датчик сетевого напряжения к сетевому входу источника тока. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам электрохимической очистки воды и может преимущественно использоваться в водоснабжении (в быту, медицине) для очистки определенной порции воды, что обусловлено дискретным типом действия.

Известно электролитическое устройство для получения ионизированной воды, содержащее электролитическую ячейку, электроды которой через блок управления соединены с источником питания, связанным через диафрагменный выключатель с электролитической ячейкой. После заполнения ячейки водой срабатывает выключатель, запуская источник питания. Полярность напряжения на электродах изменяется блоком управления.

Недостаток электролитического устройства состоит в необеспечении гарантированной степени обработки воды, что обусловлено отсутствием постоянного контроля за параметрами электрохимического процесса.

Известно устройство для управления процессом электрохимической очистки воды, в котором имеется постоянный контроль за параметрами очищаемой воды. По своей технической сущности данное устройство наиболее близко изобретению и выбрано в качестве прототипа. Оно содержит электролизер с источником тока, соединенным через исполнительный механизм с выходом блока вычислений значений тока, а также блок измерения концентрации загрязняющих веществ в воде, выполненный в виде датчика, у которого выход каждого канала подключен к соответствующему входу логического блока и блока вычислений значений тока, который задает требуемую силу тока, обеспечиваемого источником тока через очищаемую воду и определяемого в соответствии с концентрацией загрязняющих веществ. При снижении концентрации всех загрязняющих веществ в воде до минимального уровня исполнительный механизм отключает источник тока.

Данное устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности при условии гарантированной степени очистки воды. Указанный недостаток связан с наличием возможностей эксплуатации рассматриваемого устройства без гарантии требуемой степени очистки воды в следующих случаях: при пассивации (загрязнении, например, нефтепродуктами) электродов; при значительном износе электродов; при коротком замыкании, например, за счет шлама, между электродами; при неисправностях типа "обрыв" в цепях, соединяющих выход источника тока с электродами (обрыв соединительных проводов, нарушение контакта за счет окисления в клеммных соединениях); при повышенной засоленности очищаемой воды.

В перечисленных случаях вода очищается либо недостаточно эффективно, либо не очищается совсем и гарантированная степень очистки не обеспечивается, а информация о возникновении таких режимов в устройстве не вырабатывается (устройство не отключается) и к оператору не поступает.

Цель изобретения расширение эксплуатационных возможностей устройства при гарантированной степени очистки воды.

Цель достигается тем, что известное устройство, содержащее источник тока, выход которого соединен с электродами электролизера, и логический блок, снабжено формирователем временных интервалов, блоком контроля, а также блоком индикации, связанным с логическим блоком, у которого управляющие вход и выход соединены с источником тока, сигнальные вход и выход с формирователем временных интервалов, а входы контроля с выходами блока контроля, подключенного входами к выходу и сетевому входу источника тока. Блок контроля может быть выполнен в виде трех датчиков, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока контроля, причем входы датчиков высокого и низкого напряжения связаны с выходом источника тока, а выход датчика сетевого напряжения с сетевым входом источника тока.

Предлагаемая совокупность существенных признаков, таких как введение формирователя временных интервалов, блока контроля и блока индикации, их соединение между собой логическим блоком и источником тока, позволяет решить техническую задачу и достичь цели изобретения. Действительно за время, устанавливаемое формирователем временных интервалов, за счет пропускания стабильного по величине тока происходит обработка порции воды, находящейся в электролизере, с гарантированной степенью очистки. В случаях загрязнения или износа электродов, неисправности типа "обрыв" в соединительных цепях, короткого замыкания между электродами или повышенной засоленности воды, любой из этих режимов выявляется блоком контроля и через логический блок происходит отключение источника тока. О возникновении такого режима информирует блок индикации. В результате эксплуатационные возможности предлагаемого устройства расширяются при гарантированной степени очистки воды.

Изобретение поясняется чертежом, где приняты следующие обозначения: 1 источник тока, 2 электроды, 3 электролизер с порцией воды, 4 логический блок, 5 формирователь временных интервалов, 6 блок контроля, 7 блок индикации, 8 датчик высокого напряжения, 9 датчик низкого напряжения, 10 датчик сетевого напряжения.

Предлагаемое устройство управления процессом электрохимической очистки воды дискретного типа действия содержит источник тока 1, выход которого соединен с электродами 2 электролизера 3. Логический блок 4 подключен сигнальными входом и выходом к формирователю временных интервалов 5, входами контроля к выходам блока контроля 6, а также связан с блоком индикации 7. Входы блока контроля 6 подключены к выходу и сетевому входу источника тока 1. Блок контроля 6 выполнен в виде трех датчиков: датчика высокого напряжения 8, датчика низкого напряжения 9 и датчика сетевого напряжения 10, выходы которых являются выходами блока контроля 6, причем входы датчиков высокого и низкого напряжения 8 и 9 связаны с выходом источника тока 1, а вход датчика сетевого напряжения 10 с сетевым входом источника тока 1.

Источник (стабилизатор) тока может быть выполнен на основе высокочастотного транзисторного преобразователя напряжения с промежуточным трансформатором, выпрямителем и сглаживающим фильтром. Стабилизация уровня тока, проходящего через очищаемую воду, осуществляется за счет широтно-импульсной модуляции переменного импульсного напряжения на входе промежуточного трансформатора. Другие блоки устройства могут быть выполнены следующим образом: логический блок на транзисторно-диодных ключах, реализующих алгоритм функционирования источника тока и всех блоков, входящих в устройство; формирователь временных интервалов на микросхеме типа К176 ИЕ5, включенной по схеме генератора с двумя триггерными пересчетными схемами для формирования временного интервала очистки воды и интервала пробного пуска источника тока, питание указанной микросхемы организовано с помощью конденсатора с противоразрядным диодом, что позволяет сохранять питающее напряжение при отключении сетевого напряжения и формировать третий временной интервал задержки повторного включения; датчики высокого и низкого напряжения либо на транзисторных ключах с пороговыми элементами в виде стабилитронов, либо на базе триггеров Шмидта, а датчик сетевого напряжения на резистивном делителе, к которому подключен конденсатор с противоразрядным диодом формирователя временных интервалов; блок индикации либо на светодиодах, либо на жидкокристаллических элементах буквенно-цифровой индикации.

Работа устройства управления процессом электрохимической очистки воды дискретного типа действия происходит следующим образом.

В электролизер 3 заливается порция воды определенного объема. Вода должна быть очищена с гарантированной степенью очистки в пределах заданного интервала времени временного интервала очистки. После этого вода из электролизера 3 сливается и фильтруется, а в него заливается новая порция воды для очистки. Такой тип действия очистителя является дискретным. Длительность временного интервала очистки зависит от объема порции воды, заливаемой в электролизер 3, максимально допустимой ее загрязненности и уровня пропускаемого между электродами 2 тока. Эта длительность устанавливается формирователем временных интервалов 5. В пределах интервала очистки логический блок 4 через управляющий вход обеспечивает включенное состояние источника тока 1, который вырабатывает напряжение, подаваемое на электроды 2, и через воду протекает постоянный (стабилизированный) ток заданного уровня. При протекании тока происходит процесс очистки воды. После окончания временного интервала очистки срабатывает формирователь временных интервалов 5, логический блок 4 отключает источник тока 1 и блок индикации 7 выдает об этом соответствующую информацию. Для очистки следующей порции воды необходимо отключить источник тока 1 от сети, слить очищенную воду и залить новую порцию. Без отключения сетевого напряжения источник тока 1 повторно запустить нельзя, так как блок контроля 6 (датчик сетевого напряжения 10) и формирователь временных интервалов 5 не выдадут разрешающий сигнал логическому блоку 4. Это необходимо для исключения подачи напряжения, опасного для человека, на электроды 2 после вынимания их из электролизера 3, из которого должна быть слита очищенная вода. Кроме того при кратковременном пропадании сетевого напряжения во время очистки воды информация о прошедшем времени очистки сохраняется с помощью блока контроля 6 (датчика сетевого напряжения 10) и формирователя временных интервалов 5 (на интервале задержки повторного включения) и поэтому после восстановления напряжения сети процесс очистки продолжится в течение оставшегося интервала времени. Следовательно, и в данном случае обеспечивается гарантированная степень очистки воды.

В тех случаях, когда электроды 2 пассивированы (загрязнены), или имеют значительную степень износа, или в соединительных цепях возникла неисправность типа "обрыв", или электроды сухие (вынуты из воды), сопротивление между электродами 2 (сопротивление нагрузки источника тока 1) увеличивается, напряжение на выходе источника тока 1 возрастает за пределы допустимого значения и происходит срабатывание блока контроля 6 (датчика высокого напряжения 8). В результате через логический блок 4 отключается источник тока 1, включается блок индикации 7, сигнализирующий о прекращении процесса очистки. Начинается интервал пробного пуска, по окончании которого формирователь временных интервалов 5 выдает сигнал и логический блок 4 разрешает пробный пуск источника тока 1. При сохранении указанного состояния нагрузки источник тока 1 работает в режиме опроса (пробных пусков) и блок индикации 7 сигнализирует о прекращении процесса очистки. Такой режим может быть прерван только оператором.

В тех случаях, когда имеет место повышенная засоленность воды или короткое замыкание электродов, например, шламом, напряжение на выходе источника тока 1 опускается за пределы нижнего уровня, что приводит к срабатыванию блока контроля 6 (датчика низкого напряжения 9) и через логический блок 4 к выключению источника тока 1. С помощью формирователя временных интервалов 5 источник тока 1 переводится в режим опроса (повторных пусков) с периодом, равным интервалу пробного пуска. Блок индикации 7 сигнализирует о прекращении процесса очистки. Прерывается такой режим тоже только оператором.

Расширение эксплуатационных возможностей предлагаемого устройства при гарантированной степени очистки воды достигается следующим образом. За счет введения формирователя временных интервалов и блока контроля при наличии логического блока исключается следующее: использование устройства при неисправностях типа "обрыв" в соединительных цепях источника тока и электродов, а также при коротком замыкании между электродами; проведение процесса очистки при пассивированных (загрязненных, например, нефтепродуктами) или значительно изношенных электродах; работу устройства с водой, природный солевой состав которой не соответствует гигиеническим нормам; появление опасного для человека (оператора) напряжения на сухих (вынутых из воды) электродах при подключенном к сети источнике тока.

Во всех перечисленных случаях источник тока отключается или переводится в режим опроса (кратковременных повторных пусков) и блок индикации сигнализирует о появлении недопустимого режима работы устройства. В то же время гарантированно обеспечивается требуемая степень очистки порции воды заданного объема с сигнализацией блоком индикации о нормальном протекании процесса за счет стабилизации тока между электродами в пределах временного интервала очистки, определяемого формирователем временных интервалов. Таким образом достигнуто расширение эксплуатационных возможностей в предлагаемом устройстве при гарантированной степени очистки воды.

Для проверки функционирования создано устройство управления процессом электрохимической очистки воды дискретного типа действия. В него входят источник, обеспечивающий ток силой до 1 А, формирователь временных интервалов, задающий длительность интервала очистки 6 ± 1 мин, длительность интервала пробного пуска 10-12 с, длительность интервала задержки повторного включения 30-60 с, блок контроля с датчиком высокого напряжения (уровень срабатывания 20-24 В), датчиком низкого напряжения (уровень срабатывания 3-5 В), и датчиком сетевого напряжения. В электролизере за один цикл обрабатывается 3 л воды с гарантированной степенью очистки. В то же время исключается работа устройства при пассивированных или значительно изношенных электродах, при возникновении неисправностей типа "обрыв" или при коротком замыкании между электродами. Процесс очистки не происходит, если в электролизер залита вода с избыточным (более 1,2 г/л) засолением. Исключается поражение человека (оператора) напряжением на вынутых (сухих) электродах, поскольку амплитуда этого напряжения не превышает 24 В, а действующее значение из-за большой скважности импульсного напряжения 1-2 В. При нормальном протекании процесса очистки светодиод блока индикации постоянно светится, а после окончания процесса гаснет. В тех случаях, когда процесс очистки прекращается по указанным выше причинам, светодиод блока индикации начинает мигать с периодом, равным интервалу пробного пуска. Проведенные испытания подтвердили способность предлагаемого устройства с гарантированной степенью очистки обрабатывать питьевую воду в бытовых условиях и выявлять недопустимые состояния электродов, соединительных цепей и очищаемой воды.

Формула изобретения

1. Устройство управления процессом электрохимической очистки воды дискретного типа действия, содержащее источник тока, выход которого соединен с электродами электролизера, и логический блок, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено формирователем временных интервалов блоком контроля, а также блоком индикации, связанным с логическим блоком, у которого управляющие вход и выход соединены с источником тока, сигнальные входы и выход с формирователем временных интервалов, а входы контроля с выходами блока контроля, подключенного входами к выходу и сетевому входу источника тока.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок контроля выполнен в виде трех датчиков, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока контроля, причем входы датчиков высокого и низкого напряжения связаны с выходом источника тока, а вход датчика сетевого напряжения с сетевым входом источника тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1