Установка з вітроприводом для екологічного оздоровлення прісних водних систем

Реферат: Установка з вітроприводом для екологічного оздоровлення прісних водних систем, що встановлена на опорній конструкції, містить надводну частину у вигляді вітроколеса, закріпленого на трансмісійному валу, а також занурювану систему електродів, закріплених на рухомій та нерухомій силових опорах. Опорна конструкція виготовлена у вигляді плавучого засобу, переважно у вигляді понтонного плотика з технологічною площадкою і якірною системою розчалювання, а також з можливістю тактичного переміщення по поверхні водоймища. Надводна частина містить вітроенергетичну установку, яка встановлена на технологічній площадці та містить вітроколесо на валу, а також електрогенератор, зв'язаний з валом ланцюговою передачею, електроакумулятор для накопичування електроенергії та редуктор, що кінематично зв'язує вал і рухому підводну силову опору. Занурювана електродна система виконана у вигляді електролізера, який складається з нерухомого модуля і рухомого активатора. Модуль містить кільцеву діелектричну площадку, закріплену на нерухомій силовій опорі, виконану з системи тяг. На площадці встановлені електролітичні комірки, причому кожна комірка має вигляд жорсткого діелектричного контейнера із сітчастою оболонкою, всередині якого попарно встановлені різнополярні електроди, сполучені з вітроенергетичною установкою, від якої на електроди подається різниця потенціалів постійного або імпульсного характеру. Електроди виконані у вигляді плоских пластин і орієнтовані паралельно так, що зазор між ними утворює канал, направлений уздовж кільцевої площадки. В ємкості контейнера розміщений також сольовий контейнер з суцільною непроникною оболонкою і вихідним соплом, що містить як витратний елемент для електролізу сіль (NaCl), яка розміщається в контейнері у вигляді кристалічного бруска, що має контакт з водою тільки в торцевій частині з боку сопла, яке служить об'ємом для накопичення насиченого сольового розчину, що утворюється при повільному таненні бруска. Активатор виконаний у вигляді системи конфузорних півпрофілів, UA 105692 C2 (12) UA 105692 C2 закріплених на траверсах, які сполучають їх з трансмісійним валом. Кожний півпрофіль має діаметр, більший, ніж поперечний переріз комірок, і покриває без контакту кільцеву площадку модуля. Активатор виконаний з можливістю руху по круговій траєкторії для створення хвилі активації, яка викликає плин води усередині комірок. UA 105692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до екології, а саме - до технічних засобів відновлення біологічної активності та продуктивності природних вод. В даний час глобальних масштабів набула проблема антропогенного евтрофування водоймищ - підвищення рівня первинної продукції (найпростіших водоростей) вод завдяки збільшенню в них концентрації біогенних елементів, головним чином, азоту і фосфору стоками водах спостерігається також аномальне розмноження мікроорганізмів, якими харчуються синьозелені водорості. Синергія цих основних чинників сприяє прогресуючим темпам підвищення врожайності синьо-зелених водоростей, що приймає форми так званого "цвітіння" вод з основним небезпечним наслідком - підвищенням концентрації різноманітних токсинів. Це викликає масову загибель риб, водоплавних птахів і навіть епідемічні захворювання людей. Серед основних наслідків однотипних процесів відмічається ефект сезонної інтоксикації природних водоймищ під впливом інтенсивного сонячного випромінювання при кисневому дефіциті. При цьому відбувається коливання редокс-стану води від нормального окислювального весною до токсичного відновного влітку. Патологічна дія цього ефекту додатково ускладнюється попаданням у водоймища недостатньо знешкоджених стічних вод. Різноманіття пристроїв, демпфуючих негативні наслідки вказаних процесів, не вирішує цих проблем кардинально. Тенденції модернізації пристроїв даного призначення полягають в розширенні списку негативних факторів, що піддаються корекції з боку робочих реакцій з вираженою позитивною динамікою. Актуальність "зеленої енергетики", що прогресивно росте, виражається в цій сфері в інтеграції різнотипних пристроїв з вітроагрегатами сумісних типів. Унаслідок чого екологічні установки стають все більш незалежними від мережних енергетичних ресурсів і можуть використовуватися в самих віддалених районах. Але водночас вони перетворюються на все більш наукоємні технічні пристрої. Є прецеденти вирішення задачі захисту водоймищ від розвитку деградаційних процесів різними технічними засобами. Значна маса патентної інформації торкається пристроїв, продуктивна дія яких заснована на використанні змінних або постійних магнітних полів, в діапазоні від прямого обмагнічування, до збудження вторинних реакцій. В тій же ролі використовуються також електромагнітні способи обробки (радіоліз), електролітичні і електроімпульсні процеси, а також всілякі комбінації активних факторів дії (наприклад, опромінювання води електромагнітним полем в статичному магнітному полі, акусто-магнітні поєднання та ін.). Так відомий пристрій для електрохімічного знезараження природних вод (пат. РФ № 7 2264992, МПК C02F 1/48//C02F 103:02, автори Вертинская Н.Д., Вертинский А.П., Герасимова Н.П., по заявці № 2004102554/15, пріоритет від 28.01.2004, опубл. 27.11.2005, Бюл. № 33). Пристрій містить провідник у вигляді біфілярного спірального індуктора, згорнутого з пластини, з віссю, розташованою по середній лінії площини пластини. Кінці провідника сполучені електрично з джерелом однофазного змінного струму. Після виходу обробленої води з області змінного магнітного поля між витками індуктора, в ній не міститься мікроорганізмів. Технічний результат полягає в збільшенні продуктивності пристрою. До недоліків аналога слід віднести, перш за все, те, що його можна використовувати тільки у водоймищах з добре вираженими течіями. Крім того, пристрій оздоровлює воду тільки по одному фактору, і процес очищення не має ланцюжка вторинних позитивних реакцій, що протікали б за межами зони прямої дії його робочих органів. Найближчим до того, що заявляється технічним рішенням, узятим як прототип, є вітромагнітна установка для буферного захисту річок від забруднення стічними водами (пат. РФ 6 № 2122977 МПК C02F 1/48, автор Мурликін Н.Є., по заявці № 97105608/25, пріоритет від 04.04.97, опубл. 10.12.98, Бюл. № 34). Установка містить вітроколесо, встановлене на вертикальній стійці, прикріплені до неї на тягах рухомі електроди, виконані у вигляді магнітів, а також нерухомі електроди. Поле постійних магнітів обертається по траєкторії, співпадаючій з колом розміщення нерухомих електродів. При проходженні магнітів над електродами, виготовленими з алюмінію і заліза, починається виділення у воду катіонів цих металів. Вони викликають активне злипання частинок домішок стічних вод з подальшим випаданням їх в осадок. Додатковий рухомий електрод із срібла спричиняє бактерицидну дію на воду. Обробка води виконується у вільному об'ємі річки безпосередньо в руслі потоку. Як силовий привід використовується вітроустановка. До недоліків установки слід віднести обмеженість чинників впливу її роботи на водну масу, а також наявність в конструкції разом з алюмінієвими електродами електродів, виконаних із заліза. Внаслідок чого проводка магнітів над цими деталями з малим зазором супроводжується сильним взаємним тяжінням. Для виводу із зони магнітного захвату при обертанні магнітної системи потрібне додаткове зусилля з боку приводу. Чим більше таких електродів, тим більші 1 UA 105692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 потужності витрачаються на обертання магнітної групи. І таким чином установка не може працювати при недостатньо сильних вітрах. В основу винаходу поставлена задача створення установки з багатофакторною оздоровлюючою дією на водні системи, значного розширення водного об'єму, що піддається позитивній корекції за рахунок вторинних реакцій, які протікають за межами робочого об'єму установки, а також економічного використання енергії вітропривода в частині зменшення її витрат на непродуктивні процеси, а також можливості депонування надлишків енергії з метою підтримки безперервної роботи установки. Поставлена задача вирішується тим, що в установці з вітроприводом для екологічного оздоровлення прісних водних систем, опорна конструкція виготовлена у вигляді плавучого засобу, переважно у вигляді понтонного плотика з технологічною площадкою і якірною системою розчалювання, з можливістю тактичного переміщення по поверхні водоймища, надводна частина містить вітроенергетичну установку, яка встановлена на технологічній площадці та містить вітроколесо на валу, а також електрогенератор, зв'язаний з валом ланцюговою передачею, електроакумулятор для накопичування електроенергії та редуктор, що кінематично зв'язує вал і рухому силову опору, занурювана електродна система виконана у вигляді електролізера, який складається з нерухомого модуля і рухомого активатора, модуль містить кільцеву діелектричну площадку, закріплену на нерухомій силовій опорі, на площадці встановлені електролітичні комірки, причому кожна комірка має жорсткий діелектричний контейнер із сітчастою оболонкою а також попарно встановлені усередині контейнера різнополярні електроди, сполучені з вітроенергетичною установкою, від якої на електроди подається різниця потенціалів постійного або імпульсного характеру, електроди виконані у вигляді пластин і встановлені паралельно так, що зазор між ними утворює канал, орієнтований уздовж кільцевої площадки, в ємкості контейнера розміщений також сольовий контейнер з суцільною непроникною оболонкою і вихідним соплом, що містить як витратний елемент для електролізу сіль (NaCl), яка розміщається в контейнері у вигляді кристалічного бруска, що має контакт з водою тільки в торцевій частині з боку сопла, яке служить об'ємом для накопичення насиченого сольового розчину, що утворюється при повільному таненні бруска, активатор виконаний у вигляді системи конфузорних півпрофілів, закріплених на тягах, які сполучають їх з трансмісійним валом, кожний півпрофіль має діаметр, більший, ніж поперечний переріз комірок, і покриває без контакту кільцеву площадку модуля, причому активатор виконаний з можливістю руху по круговій траєкторії для створення хвилі активації, яка викликає плин води усередині комірок. Проведемо порівняльний аналіз відмінних ознак установки, що патентується, з прототипом. Базовий ланцюжок реакцій, що лежить в основі роботи установки, яка патентується, - це сумарна реакція електролізного розкладання NaCl (2NaCl+2Н2О = Сl2 ↑ + 2NaOH + Н2 ↑), яка дає три фракції, кожна з яких дає корисний ефект при дифузії з міжелектродного об'єму і накопиченні у відкритій воді. 1. хлор в молекулярній формі знищує патогенну мікрофлору (дезінфікує воду); 2. каустик (NaOH) є активним каталізатором електролізного процесу розкладання води під дією сонячного випромінювання; 3. водень в першій фазі електролізу виділяється у формі протон-електронних іонів, які мають високу біологічну активність. Крім того, в молекулярній фазі, він може бути зібраний і використаний як енергоносій. Розчин негативних іонів водню підвищує такі показники середовища, як окислювально-відновний потенціал (рН) і редокс-показник (так званий, електронний потенціал). Реакції знешкодження йдуть услід і далі паралельно безперервній реакції електролітичного розкладання розчину солі NaCl і позитивних вторинних реакцій. Реакція розкладання солі протікає ефективно у відносно вузькому діапазоні параметрів (що включають напругу на електродах, розмір зазору між ними, температуру розчину, концентраційний фон, темп подачі відправної речовини, швидкість відведення продуктів реакції). Тому електролітичні комірки не можуть продуктивно працювати у відкритому нестійкому середовищі. Якщо ж примусити їх рівномірно рухатися, то стає утрудненим моніторинг параметрів і управління процесами. В установці, що патентується, ця проблема конструктивно розв'язується за допомогою розділення реакторного вузла на два блоки: на електролітичний модуль і на динамічний активатор. Що в режимному відношенні дає багатофазну модифікацію цілісного технологічного ланцюжка. 2 UA 105692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Установка, що патентується, відносно способу обпирання відрізняється від установкипрототипу, перш за все тим, що не має фіксованого зв'язку з дном водоймища, а змонтована на плавучій опорі. Ця відмінність надає їй властивість маневреності. Шляхом буксирування будьякими плавучими засобами без складного оснащення її можна легко переміщати в найбільш екологічно проблемні області водоймища залежно від господарчих потреб, а також залежно від інтенсивності зростання синьо-зелених водоростей в зонах різного температурного режиму і бактерійного забруднення. Особливо ефективна така тактика обробки в товарних озерах з селітровою підкормкою. Навпаки, установка-прототип встановлюється стаціонарно, а для її перебазування потрібен плавучий засіб із спеціалізованими підйомними механізмами. Тому для покриття всіх проблемних зон водоймища знадобиться декілька установок. Тоді як одна пересувна установка може обслуговувати рибне господарство середнього розміру. Тому така відмінна ознака як мобільність істотно підвищує ефективність використання установок такого призначення. В установці, що патентується, для обробки води використовуються не магнітні, а електричні поля. Це дає можливість розвантажити вітропривід, оскільки всі масивні вузли установки (електроди і весь модуль) працюють в нерухомому стані. Рухомим є тільки вузол активатора, енергію для роботи якого виробляє бортова ВЕУ. В установці-прототипі вся енергія ВЕУ йде на створення крутильного моменту для магнітної системи. Причому основні статті витрат включають в себе: 1. Енергію на обертання масивних магнітних брусків з великим плечовим відносом; 2. Енергію на компенсацію гідроопору на кожному магнітному бруску, що рухається; 3. Енергію на подолання сил взаємотяжіння магнітозв'язаних деталей (магнітів і залізних електродів). Оскільки вітровий натиск ніколи не буває рівномірним і швидкість обертання магнітної системи весь час змінюється, то на кожний акт розкручування магнітів, що втратили швидкість, йде багато енергії, враховуючи великі обертові моменти. Гідроопір теж складає помітну величину внаслідок відносно великого ефективного перерізу брусків. А "залипання" (попадання в потенціальну яму) брусків, що проходять з дуже малим зазором поблизу залізних електродів, взагалі є серйозною перешкодою для забезпечення робочої динаміки установки. Енергії помірного вітру може бути недостатньо для подолання тільки цього навантаження. В установці ж, що патентується, всі масивні елементи конструкції розміщені на нерухомих опорах, унаслідок чого зразу ж знімається дві статті енергетичних витрат. Конфузорні півпрофілі активатора переміщаються у воді з незначним гідроопором на ділянках між комірками. А навантаження, що виникає під час проходу над коміркою, має не надлишковий характер, а є корисним робочим навантаженням по збудженню плину води. Тому система динамізації установки, що патентується, економічна і практично не має паразитних втрат енергії. Власне електродний вузол (електролітична комірка) в установці, що патентується, конструктивно складніше, ніж в пристрої-прототипі, але цей недолік окупається розширенням функціональних можливостей і підвищенням економічності, тобто, фактично підвищенням експлуатаційної надійності. Працюючі поля зосереджені в комірках між нерухомими електродами. Не дивлячись на дещо велику замкнутість, система комірок, проте, інтенсивніше поставляє продукти реакції в стоячу воду, що оточує вузол. Звичайна концентраційна дифузія створює менший масоперенос, ніж примусовий динамічний викид, спровокований дією активатора. Введення в конструкцію витратного матеріалу (брусків солі) вимагає епізодичної їх заміни, але ця операція може виконуватися попутно при перебазуванні плотика на нове місце експлуатації. Установка нових брусків проводиться без осушення всієї конструкції, оскільки комірки розташовані на незначній глибині, в зоні досяжності з технологічної площадки. Енергія, що йде на електроліз, виробляється генератором і резервується в акумуляторі, внаслідок чого її поставки носять безперебійний характер. Порівняння з прототипом, не потребуючим спеціального джерела (і перетворення) енергії, при більш детальному аналізі не говорить на його користь, оскільки, як вже було показано, в магнітній системі прототипу багато енергії споживають непродуктивні процеси. Крім того, використання енергії вітру в механічній формі ставить режим роботи в пряму залежність від капризів вітрової ситуації на водоймищі. В установці, що патентується, в якій надходження в акумулятор при будь-яких режимах перевищують витрати, завжди є резервна бортова енергія, яку можна спожити на внутрішні технологічні потреби, або, що дуже важливо, покрити дефіцит надходжень при відсутності вітру. 3 UA 105692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Завдяки буферній енергетичній тактиці установка, що патентується, здатна працювати безперервно незалежно від швидкості вітру. І навіть в штиль, якщо примусово обертати активатор зарезервованою енергією. Для цього достатньо на цей час перевести електрогенератор в режим двигуна з малими обертами. Установка-прототип здатна працювати тільки в тому випадку, якщо в даний момент прямі надходження механічної енергії від бортової ВЕУ здатні покрити поточні витрати та неусувні втрати. Активатор в пристрої, що патентується, має невелику масу, оскільки тонкостінні півпрофілі виготовлені з легких діелектричних листових матеріалів. Швидкості обертання активатора знижені по відношенню до робочих частот вітроколеса ВЕУ. Для утилізації енергії вітру можуть використовуватися будь-які типи вітроколіс: репелерні, ротори Дар'є, ротори Савоніуса та всі їх модифікації. Репелерні поступаються роторним в тому відношенні, що потребують флюгування. А роторні працюють у вітрових потоках будь-якого румбу. В установці-прототипі нераціонально використовувати швидкохідні вітроколеса, оскільки пряма (без редукції) передача крутильного моменту на електродний вузол призводить до багатократного перевищення оптимальної швидкості обертання магнітного вузла, і до прогресивного зростання втрат енергії на гідроопір. Редукторами в обов'язковому порядку забезпечуються швидкохідні вітроколеса, а ротори Дар'є та Савоніуса оснащуються тільки обмежувачами швидкостей або гальмуючими пристроями, що істотно спрощує кінематичний контур. Оптимальні швидкості обертання для активатора лежать в діапазоні 30-60 об./хв. При більш великих швидкостях інтенсивність відводу реагентів може перевищити темп розщеплювання базової речовини, що призведе до викиду у водоймище нерозщепленої солі. При повільному обертанні збільшиться питома витрата електроенергії. Установка, що патентується, призначена для використання більш як профілактичний та оздоровчий агрегат, ніж очисний, якою є установка-прототип. Заростання поверхневого водяного шару водоростями може вивести з ладу комірки, при осіданні на сітчастій оболонці. Але установка може бути виконана з ліфтовим вузлом, що занурить, у разі потреби, електролізер в більш глибокі і вільні від водоростей шари води. Оскільки шари водоростей мають невелику товщину, то й механічний ліфтовий пристрій можна замінити простим регулятором рівня води в понтонах плотику. Регульоване притоплення дає можливість збільшувати заглиблення електролізера. В такому конкретному виконанні установка буде така ж ефективна, оскільки продукти електролізу згубні і для дорослих водоростей. За наявними в авторів відомостями запропоновані суттєві ознаки, що характеризують суть винаходу, не відомі в даному розділі техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використане при проектуванні агрегатів для оздоровлення і частково для очищення забруднених внутрішніх водоймищ, рибних озер та річок із слабкою течією, або із значною кількістю затонів та плавнів. Критерій "промислове застосування" підтверджується актуальністю проблематики на сучасному етапі розвитку вітроенергетики та практичною прив'язкою до реальних прикладних задач. Принцип роботи установки, що патентується, ілюструється кресленнями (фіг. 1-6). Де на фіг. 1 зображено загальний вид установки, на фіг. 2 наведена схема модуля (вигляд зверху), на фіг. 3 - схема сольового контейнера у складі електролізної комірки, на фіг. 4 - схема розміщення електродів в комірці, на фіг. 5 - схема підвіски конфузорних півпрофілів, на фіг. 6 - схема розгалуження водних потоків усередині комірки. Установка з вітроприводом для екологічного оздоровлення прісних водних систем містить вузли, встановлені на понтонному плотику 1 (фіг. 1) з високою плавучістю і стійкістю відносно до вітрових поривів. Плотик оснащений технологічною площадкою 2, на якій змонтовані вітроколесо 3 на трансмісійному валу 4, електрогенератор 5, пов'язаний з валом 4 ланцюговою передачею 6, електроакумулятор 7, вузол редуктора 8 з великим передавальним відношенням, нерухомий електролізний модуль і рухомий активатор, які функціонально взаємозв'язані і є технічною основою електролізного методу оздоровлення водоймищ. Модуль (фіг. 1 та фіг. 2) містить кільцеву діелектричну площадку 9, закріплену на жорсткому силовому каркасі, виконаному з тяг 10, що зв'язують її з технологічною площадкою 2. На площадці 9 з раціональною періодичністю встановлені електролітичні комірки 11. Кожна комірка (фіг. 3) є жорстким діелектричним контейнером з сітчастою оболонкою 12. В ємкості контейнера розміщений сольовий контейнер 13, а також встановлені електроди 14, сполучені з вітроенергосистемою установки, що крім вітроколеса має в своєму складі 4 UA 105692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 електрогенератор 5 і акумулятор 7, від якої на електроди подається різниця потенціалів постійного або імпульсного характеру. Електроди 14 (фіг. 4) виконані у вигляді пластин із зазором між ними і встановлені паралельно. При такій компоновці зазор утворює канал, орієнтований уздовж кільцевої площадки 9. Анод виготовлений з вуглецю або вуглепласта, а катод - із заліза або з неіржавіючої сталі. Сольовий контейнер 13 (фіг. 3) введений в конструкцію комірки 11 для ін'єкцій в її об'ємреактор основного витратного матеріалу (NaCl). Сіль міститься в контейнері 13 із знімною задньою стінкою у вигляді кристалічного вкладиша 15 - бруска, що має обмежений контакт (тільки у вихідній частині) з водою. Вихідне сопло 16 служить об'ємом для накопичення насиченого сольового розчину, що утворюється при повільному таненні бруска між хвилями активації. Активатор (фіг. 1 та фіг. 5) виконаний у вигляді системи конфузорних півпрофілів 17, закріплених на траверсах 18, які сполучають кожний півпрофіль з трансмісійним валом 4, на протилежному кінці якого встановлене вітроколесо 3. Таким чином, обертальний момент, одержуваний від вітрового натиску, передається на активатор. Кожний півпрофіль 17 грає роль тимчасового обрамлення комірок 11 і локально покриває (без контакту) площадку 9 модуля (його діаметр більше, ніж поперечний переріз комірок). При русі по круговій траєкторії він захоплює своєю розтрубною частиною нерухому воду і розганяє її усередині свого каналу. Для фіксації плотика 1 на вибраному місці водоймища використовується система розчалювання, що містить не менше двох якорів 19 (фіг. 1). Описана установка працює наступним чином. Розміщений в екологічно проблемній частині водоймища плотик 1 тимчасово закріплюють за допомогою якірної системи 19. В контейнери 13 комірок 11 вставляють бруски солі 15. Для цього використовується відкидна стінка, яка після введення бруска герметично закривається. Далі установка працює без обслуговування. Вітроколесо 3, (в даній конструкції це ротор Савоніуса) ловить вітер будь-якого напряму і обертає вал 4. Обертання передається прямим чином на генератор 5, а через редуктор 8 на активатор. Струм, що виробляється генератором, надходить в акумулятор 7, заряджаючи його. Обертання активатора запускає роботу електролітичних комірок 11. Це відбувається таким чином. Набігаюча водяна хвиля, створена відносним рухом півпрофілю 17 активатора із швидкістю V, формує гідропоштовх. Система порожнистих стрілок на фіг. 6 указує основні зони розгалуження енергії поштовху активації. До позитивних моментів гідродинамічної взаємодії півпрофілів з комірками, слід віднести турбулізацію всіх галужень потоку, яка помітно активізує процеси масопереносу усередині комірок. Оскільки комірка 11 входить під час проходу півпрофілю 17 всередину його звуженого каналу, то натиск потоку використовує канал комірки як шлях для свого руху. Внаслідок збудженої рециркуляції локальні течії виводять з сопла 16 сольового контейнера 13 частину насиченого розчину, який виноситься хвильовим потоком і потрапляє в канал між електродами 14. Насичена сіллю водяна маса витісняє і заміщає при першому проході активатора воду, ще не насичену продуктами електролізу і зупиняється, оскільки півпрофіль 17 активатора далі переміщається на інші комірки. До приходу наступного півпрофілю рідина в комірці нерухома, що сприяє ефективному протіканню реакцій розщеплювання основної речовини. При проході наступного півпрофілю нова порція розчину витісняє вже продукти електролізу, які виносяться у відкриту воду. Рівномірний прохід півпрофілів повторює описані процеси і робить роботу модуля циклічно стабільною. Експериментально підібрані швидкості обертання активатора можуть створювати режими, при яких реакції розщеплення солі в комірках проходять до кінця. Це важливо в тому відношенні, що тоді при роботі установки у водоймище не потрапляють надлишки нерозщепленої солі. Оскільки дифузний масообмін утруднений завдяки гідроопору оболонки 12, частково екрануючої комірки 11 від зовнішнього середовища, то виникає можливість управляти його інтенсивністю шляхом регулювання потужності хвильової активації, що в технічному плані зводиться до простої зміни швидкості обертання активатора. Таким чином, шляхом переводу комірки 11 в комбінований режим роботи, що чергує фази механічного спокою реагентів з фазами їх примусового переміщення, вирішується проблема адаптації комірки-електролізера до роботи у відкритих водних середовищах із стоячою водою. В конструкції, що патентується, продукти реакції виводяться з об'єму комірок 11 з використанням двох механізмів масопереносу: дифузійного і замісного. Імпульсна рециркуляція стрибком знижує концентрацію, виштовхуючи насичену рідину з комірки, а в паузах між хвилями масоперенос стимулюється концентраційними градієнтами, внаслідок чого вирівнюється розподіл компонентів по локальних об'ємах. 5 UA 105692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Електроліз відбувається за рахунок потенціалів, що подаються на електроди 14 від акумулятора 7 або напряму від генератора 5. Комутаційний блок стандартний і тому не показаний. Газові фракції (хлор і водень), що виділяються при електролізі, осідають на електродах 14 у вигляді бульбашок. Хлор накопичується на вуглецевому аноді (оскільки має більш високе перенапруження, ніж кисень), а водень - на катоді. Спочатку формуються бульбашки, які з часом мають тенденцію до об'єднання і утворення газової "сорочки". Оскільки ці процеси в посиленому розвитку призводять до екранування електродних поверхонь і до блокування реакцій розщеплювання, то газові фракції в експериментах видаляються, як правило, механічним способом (за допомогою графітних або вуглецевих стрижнів). В установці, що патентується, відриву бульбашок і самоочищенню електродів, сприяють, перш за все, вібрації широкого спектра, якими супроводжується робота вітроколеса З ВЕУ, і які через кінематичний контур безперешкодно передаються на модуль. Процес зриву бульбашок ініціюється також імпульсним режимом роботи активатора. Водяний потік, періодично збуджуваний активатором, не тільки виводить з розчинну в комірках фракцію NaOH, але й сприяє інтенсивному відводу бульбашок хлора і водню, не даючи їм осідати на поверхнях електродів 14. Тому при достатній вітровій активності установка практично не потребує механічних пристосувань для очищення електродів від газових сорочок. Таким чином, робота активатора забезпечує як процеси електролізу, так і безперервне надходження в навколишній об'єм води продуктів реакції. Використання плавучої опори (плотика 1) для монтажу установки, збільшує її мобільність, що дає можливість використовувати гнучку тактику обробки води в замкнутих водоймищах. Установка легко переміщається в ту частину водоймища, де в даний момент застійні явища мають найбільш негативні наслідки. Стійкість такої опори забезпечується за рахунок маси вузлів, розміщених нижче за рівень води, які служать надійною противагою. А додаткове розчалювання збільшує даний параметр. Прикладом конкретного виконання установки, технологічною основою якої є ланцюжок реакцій електролітичного розщеплення солі, може служити макет, який має ту ж принципову схему, що і установка, яка патентується, а зміни і варіації торкаються тільки матеріалів, з яких виготовлені функціонально важливі деталі. Анод електролітичної комірки виконаний з вуглепластового листа з плівковим покриттям з оксиду титана (ТіО2), виконаним шляхом плазмового напилення. Це дає можливість здійснювати електроліз при більш низьких напругах, причому витрата електроенергії знижується на 10-12 %. Крім того вода, що контактує з анодом, під дією сонячного випромінювання може перетворюватися на перекис водню (Н2О2). Цей процес приводить до переводу редокс-стану води з відновного в окислювальний. Що позитивно відбивається на її екологічних показниках. Для звичайних графітових анодів окислення води протікає при температурах порядка 200 °C. В установці з плівковим анодом, описаним вище, реакція може протікати при істотно знижених температурах, які реально досяжні на поверхні активно працюючого аноду. Але для того, щоб реакція пішла, необхідно конструктивно забезпечити доступ до анода достатньо сильного потоку сонячного світла. Для цього необхідно вивести електроди якомога ближче до поверхні води, або ж використати систему дзеркал, лінз і т.п. Вживані технічні засоби забезпечують ще більш значне підвищення багатофункціональності установки, тобто створюють умови не тільки для здійснення основних реакцій в системі, але і для ланцюжків вторинних і паралельних реакцій. До паралельних реакцій належать процеси злипання і ущільнення біомаси загиблих після обробки водоростей, що знаходяться в зоні дії електричного поля. Поляризаційна коагуляція призводить до осадження суспензії і освітлення води. Для забезпечення відведення сегрегацій опорна площадка модуля виконана у вигляді перфорованого кільця. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Установка з вітроприводом для екологічного оздоровлення прісних водних систем, що встановлена на опорній конструкції і містить надводну частину у вигляді вітроколеса, закріпленого на трансмісійному валу, а також занурювану систему електродів, закріплених на рухомій та нерухомій силових опорах, яка відрізняється тим, що опорна конструкція виготовлена у вигляді плавучого засобу, переважно у вигляді понтонного плотика з технологічною площадкою і якірною системою розчалювання, а також з можливістю тактичного переміщення по поверхні водоймища, надводна частина містить вітроенергетичну установку, яка встановлена на технологічній площадці та містить вітроколесо на валу, а також 6 UA 105692 C2 5 10 15 20 електрогенератор, зв'язаний з валом ланцюговою передачею, електроакумулятор для накопичування електроенергії та редуктор, що кінематично зв'язує вал і рухому підводну силову опору, занурювана електродна система виконана у вигляді електролізера, який складається з нерухомого модуля і рухомого активатора, модуль містить кільцеву діелектричну площадку, закріплену на нерухомій силовій опорі, виконану з системи тяг, на площадці встановлені електролітичні комірки, причому кожна комірка має вигляд жорсткого діелектричного контейнера із сітчастою оболонкою, всередині якого попарно встановлені різнополярні електроди, сполучені з вітроенергетичною установкою, від якої на електроди подається різниця потенціалів постійного або імпульсного характеру, електроди виконані у вигляді плоских пластин і орієнтовані паралельно так, що зазор між ними утворює канал, направлений уздовж кільцевої площадки, в ємкості контейнера розміщений також сольовий контейнер з суцільною непроникною оболонкою і вихідним соплом, що містить як витратний елемент для електролізу сіль (NaCl), яка розміщається в контейнері у вигляді кристалічного бруска, що має контакт з водою тільки в торцевій частині з боку сопла, яке служить об'ємом для накопичення насиченого сольового розчину, що утворюється при повільному таненні бруска, активатор виконаний у вигляді системи конфузорних півпрофілів, закріплених на траверсах, які сполучають їх з трансмісійним валом, кожний півпрофіль має діаметр, більший, ніж поперечний переріз комірок, і покриває без контакту кільцеву площадку модуля, причому активатор виконаний з можливістю руху по круговій траєкторії для створення хвилі активації, яка викликає плин води усередині комірок. 7 UA 105692 C2 8 UA 105692 C2 9 UA 105692 C2 10 UA 105692 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11