[RU]

Изобретение относится к средствам и способам очистки воды методом кристаллизации и может быть использовано в быту, пищевой промышленности и медицине. Техническим результатом заявляемого изобретения является создание такого способа и аппарата для очистки воды замораживанием, которые обеспечивают повышение качества и сокращение времени очистки воды. Способ очистки воды включает заполнение емкости водой для очистки, охлаждение и последующее ее замораживание в указанной емкости до формирования жидкого концентрата органических и неорганических примесей, слив указанного жидкого концентрата, плавление льда при положительной температуре до его размораживания с последующим сливом очищенной талой воды. Охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов. Очищаемую воду перед охлаждением и замораживанием формируют в виде слоя жидкости путем заполнения водой емкости, внутренний объем которой выполнен в виде щелевой полости. Причем слой жидкости формируют плоским или кольцевым в емкости, внутренний объем которой выполнен соответственно в виде плоской или кольцевой щелевой полости. Аппарат для очистки воды включает емкость для очистки воды, выполненную из термопроводного материала, блок управления, связанный с охлаждающими и нагревательными элементами, контактирующими поверхностью с термопроводной стенкой емкости с наружной стороны. Емкость для очистки воды выполнена плоской в виде двух термопроводных пластин, установленных с зазором относительно друг друга и герметично закрытых с нижнего и боковых торцов перегородками с образованием внутри емкости плоской щелевой полости, или емкость выполнена кольцевой в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров разного диаметра, зазор между которыми с нижнего торца герметично закрыт перегородкой с образованием внутри емкости кольцевой щелевой полости.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к средствам и способам очистки воды методом кристаллизации и может быть использовано в быту, пищевой промышленности и медицине. Техническим результатом заявляемого изобретения является создание такого способа и аппарата для очистки воды замораживанием, которые обеспечивают повышение качества и сокращение времени очистки воды. Способ очистки воды включает заполнение емкости водой для очистки, охлаждение и последующее ее замораживание в указанной емкости до формирования жидкого концентрата органических и неорганических примесей, слив указанного жидкого концентрата, плавление льда при положительной температуре до его размораживания с последующим сливом очищенной талой воды. Охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов. Очищаемую воду перед охлаждением и замораживанием формируют в виде слоя жидкости путем заполнения водой емкости, внутренний объем которой выполнен в виде щелевой полости. Причем слой жидкости формируют плоским или кольцевым в емкости, внутренний объем которой выполнен соответственно в виде плоской или кольцевой щелевой полости. Аппарат для очистки воды включает емкость для очистки воды, выполненную из термопроводного материала, блок управления, связанный с охлаждающими и нагревательными элементами, контактирующими поверхностью с термопроводной стенкой емкости с наружной стороны. Емкость для очистки воды выполнена плоской в виде двух термопроводных пластин, установленных с зазором относительно друг друга и герметично закрытых с нижнего и боковых торцов перегородками с образованием внутри емкости плоской щелевой полости, или емкость выполнена кольцевой в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров разного диаметра, зазор между которыми с нижнего торца герметично закрыт перегородкой с образованием внутри емкости кольцевой щелевой полости.

---

МПК C02F1/22, F25B21/02, B01D59/08
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Изобретение относится к способам и средствам для очистки воды методом кристаллизации, улучшающим ее биологические свойства путем удаления растворимых в ней органических и неорганических веществ и газов и может быть использована в быту, пищевой промышленности и медицине.
Известен способ улучшения качества питьевой воды вымораживанием, заключающийся в ее замораживании, дроблении льда и его таянии. Замораживание воды проводят до 70 - 90% от ее объема, таяние льда осуществляют путем теплоизоляции его боковых и нижней поверхностей до образования 30 - 55% от объема талого стока с последующим его удалением (Патент РФ №2077160, МПК C02F1/22, опубл. 10.04.1997 г.).
Известны также способы получения высокочистой питьевой воды, обладающей биологически активными свойствами, в которых, помимо ряда стадий по очистке воды, имеется стадия замораживания воды (патент СССР № 1799367, МПК С 02 F 9/00, 1991, патент РФ №2010772, МПК С 02 F 9/00, 1992, патент РФ № 2031085, кл С 02 F 9/00. 1992).
К недостаткам выше приведенных способов можно отнести длительность цикла и невысокую степень очистки воды, что обусловлено отсутствием оптимально подобранных режимов (скорость и время, величины температурных режимов и т.п.) замораживания и оттаивания.
Известен водоочиститель для получения талой питьевой воды, который включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола, и зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом (патент РФ №2312817, МПК C02F 1/22, опубл. 20.12.2007). Водоочиститель имеет раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда, и дополнительно снабжен приводным устройством перемещения стержня замороженной воды,
смонтированным за морозильной камерой и разобщающим устройством, размещенным по центру стержня замороженной воды и выполненным в виде трубы. Разобщающее устройство имеет на входе кольцевую режущую часть, а на выходе - расширяющийся профиль, образующий выходной патрубок для удаления примесей в виде рассола.
Однако данное устройство обеспечивает недостаточное качество очистки воды, сложно в конструктивном выполнении, имеет большие габариты морозильной камеры, вес, что затрудняет его использование в бытовых и офисных условиях.
Известен водоочиститель для получения талой питьевой воды в промышленных масштабах из морской воды, который включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола и зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом, раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда (Патент Франции №2858607, МПК C02F 1/22, опубл. 11.02.2005).
Однако данное устройство обеспечивает недостаточное качество очистки воды от примесей и имеет длительный цикл очистки. Кроме того, устройство имеет большие габариты морозильной камеры и общий вес установки, предназначенной для опреснения воды в промышленных масштабах, что затрудняет его использование в бытовых и офисных условиях.
Известен способ очистки воды в емкости (Патент РФ №2274607, МПК C02F 1/22, опубл. 20.04.2006 г.), включающий отвод тепла с помощью размещенного в емкости теплообменника, размещенного в верхней части емкости примерно на 1/3-5-2/3 высоты столба жидкости от верхних ее слоев на равноудаленном расстоянии от центра и боковых поверхностей емкости, обеспечивающего разность температур в пределах 1^-(-1)°С, обуславливающую процесс локально-объемной кристаллизации при непрерывном постепенном многоступенчатом намораживании кристаллов льда вокруг теплообменника. Для очистки воды проводят непрерывное постепенное многоступенчатое намораживание
кристаллов льда вокруг теплообменника по массе не более 50+70% от общей массы исходной воды, слив из емкости незамерзшей воды с примесями, полное размораживание льда и повторное частичное намораживание до небольших объемов в пределах 3+7% от ее массы и слив талой воды для ее потребления с одновременной фильтрацией через фильтр тонкой очистки. Слив воды с примесями и слив талой воды после размораживания производят в разных по высоте емкости сечениях и по разным каналам, при этом слив воды с примесями производят через канал, выполненный в самом нижнем основании дна емкости, а слив талой воды производят через канал, расположенный на 0,5+2 см выше дна емкости.
Размораживание льда производят в два этапа, при этом на первом этапе размораживают до 90+95% льда от его общего объема, содержащего небольшой процент тяжелых изотопов водорода, а на втором этапе размораживают лед, оставшийся на теплообменнике от начальной кристаллизации и содержащий большой процент тяжелых изотопов водорода, дейтерия и трития. Причем, размораживание льда производят путем постепенного повышения температуры до состояния парообразования и конвекционного перемещения нагретых до температуры не выше 40+80°С слоев пара. Размораживание льда производят путем нагревания экранированного кабеля, намотанного на боковую поверхность емкости.
Известна установка для очистки воды (Патент РФ №2274607, МПК C02F 1/22, опубл. 20.04.2006 г.), содержащая емкость для неочищенной воды, установленный в емкости теплообменник для отвода тепла и намораживания льда, средства для нагрева и оттаивания льда, морозильный агрегат с системой его охлаждения, трубопровод с вентилем для слива воды с примесями, трубопровод с вентилем для слива талой воды, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен по форме многоступенчатого змеевика, расположенного в верхней части емкости по высоте примерно 1/3+2/3 высоты емкости на расстоянии 2+5 см относительно верхнего основания емкости и симметрично относительно ее боковой поверхности с зазором, обеспечивающим возможность объемного намораживания льда в воде вокруг змеевика до размера,
не перекрывающего при кристаллизации льдом этот зазор, емкость снабжена термоизоляционной крышкой и уплотнением, трубопровод для слива воды с примесями установлен в самом сечении конического дна емкости, трубопровод для слива талой воды установлен внизу выше конического дна емкости на 0,5+2 см. Установка снабжена фильтром тонкой очистки с водоотводящей трубкой с вентилем и насосом для циркуляции и перекачки талой воды под давлением через фильтр тонкой очистки и блоком управления в ручном или автоматическом режиме.
Наиболее близким аналогом (прототипом) способа является способ очистки воды (патент РФ №2393996, МПКС02Р1/22, опубл. 10.07.2010 г.), включающий первое охлаждение воды в термостатируемой рабочей емкости и последующее ее постепенное замораживание при температуре выше температуры кристаллизации жидкого рассола с органическими и неорганическими примесями в течение времени достаточном для полной кристаллизации чистой воды с примесями тяжелой воды и формирования жидкого рассола с органическими и неорганическими примесями, слив указанного рассола, нагрев массы льда при постепенном повышении температуры до значений, превышающих температуру кристаллизации тяжелой воды и выдержке льда при указанной температуре до полного его размораживания, повторное охлаждение воды до температуры кристаллизации тяжелой воды и выдержке ее при указанной температуре до полной кристаллизации тяжелой воды и слив готового продукта в виде очищенной талой воды в потребительскую емкость при ее одновременной фильтрации через фильтр тонкой очистки. Нагрев, охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда осуществляют равномерно снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками термоэлектрических элементов в автоматическом режиме, температуру среды внутри рабочей емкости при первом охлаждении воды снижают до величины не ниже минус 3°С со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости равной интервалу значений 0,1-0,3°С/мин, время цикла первой кристаллизации воды рассчитывают в автоматическом режиме программными средствами с момента ее фазового перехода, определяемого по повышению температуры
среды у боковой стенки рабочей емкости не менее чем на 0,5°С, температуру среды внутри рабочей емкости при первой кристаллизации воды снижают до величины не ниже минус 4°С со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости равной интервалу значений 0,05-0,1°С/мин, температуру среды внутри рабочей емкости при таянии льда до полного его расплавления после слива рассола повышают до величины не выше плюс 10°С со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости равной интервалу значений 0,16-0,18°С/мин, а температуру среды внутри рабочей емкости при повторном охлаждении воды и кристаллизации тяжелой воды снижают до величины не ниже плюс 2°С со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости равной интервалу значений 0,1-0,3 °С /мин.
Наиболее близким аналогом (прототипом) устройства является аппарат для очистки воды (патент РФ №2393996, МПКС02Р1/22, опубл. 10.07.2010 г.), включающий корпус, в котором размещены термостатированная рабочая емкость с крышкой и наклонным днищем с отверстием для слива воды, средство для замораживания воды и таяния льда с блоком управления, потребительская емкость для приема талой очищенной воды и емкость для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, трубопроводы со средством ) для управления сливом воды в последних, подсоединенные к сливному отверстию наклонного днища рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, сливные патрубки которых установлены соответственно над потребительской емкостью для приема очищенной талой воды и емкостью для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия. Средства для замораживания воды и таяния льда выполнены в виде термоэлектрического модуля, содержащего несколько термоэлектрических элементов, расположенных снаружи на боковой стенке рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, средство для управления сливом воды в трубопроводах содержит установленные попарно в последних четыре нормально закрытых клапана, а указанные трубопроводы для слива воды дополнительно соединены между собой трубопроводом с фильтром тонкой очистки воды, участки соединения которого с трубопроводами для слива воды расположены между клапанами средства для
управления сливом воды в указанных трубопроводах (9 и 10). Рабочая емкость выполнена прямоугольной формы, соотношение ее высоты к длине и ширине составляет соответственно не менее 1,0 и не более 1,2.
Однако, в выше приведенных аналогах и прототипе (способах и устройствах) процесс очистки воды занимает длительное время, т.к масса намораживаемого льда в известных конструкциях емкостей для очистки воды (цилиндрической, кубической или близких к ним формах) формируется не только на внутренней поверхности охлаждаемых стенок емкости, но и в объеме жидкости вследствие чего процесс передачи энергии от поверхности емкости к объему очищаемой воды замедляется пропорционально увеличению толщины намораживаемого слоя льда. Кроме того, с увеличением толщины слоя льда снижается интенсивность процесса вытеснения примесей на границе фронта "лед-вода"
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание такого способа и аппарата для очистки воды кристаллизацией, которые обеспечивают повышение качества и сокращение времени очистки воды.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки
воды, включающем заполнение емкости водой для очистки, охлаждение и
последующее ее замораживание в указанной емкости при температуре выше
температуры кристаллизации жидкого концентрата находящихся в воде
органических и неорганических примесей в течение времени достаточном для
кристаллизации чистой воды в виде слоя льда и формирования жидкого
концентрата органических и неорганических примесей, слив указанного жидкого
концентрата, плавление льда при положительной температуре до его
размораживания с последующим сливом очищенной талой воды, причем,
охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют
снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее
термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов, согласно изобретения, очищаемую воду перед охлаждением и замораживанием формируют в виде слоя жидкости путем заполнения водой термостатированной емкости, внутренний объем которой выполнен в виде щелевой полости.
Причем, слой жидкости формируют плоским или кольцевым в термостатированной емкости, внутренний объем которой выполнен соответственно в виде плоской или кольцевой щелевой полости.
Охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют с одной из наружных боковых поверхностей емкости, имеющих большую площадь поверхности.
Указанный технический результат достигается также тем, что в аппарате для
очистки воды, включающем емкость для очистки воды, выполненную из
термопроводного материала, блок управления связанный с охлаждающими и
нагревательными элементами, контактирующими поверхностью с
термопроводной стенкой емкости с наружной стороны, согласно изобретения, емкость для очистки воды выполнена плоской в виде двух термопроводных пластин установленных с зазором относительно друг друга и герметично закрытых с нижнего и боковых торцов перегородками с образованием внутри емкости плоской щелевой полости или емкость выполнена кольцевой в виде двух коаксиально расположенных термопроводных полых цилиндров разного диаметра, зазор между которыми с нижнего торца герметично закрыт перегородкой с образованием внутри емкости кольцевой щелевой полости.
Охлаждающие и нагревательные элементы могут быть выполнены в виде термоэлектрической батареи или в виде испарительной трубки холодильного агрегата (охладительные элементы) и трубчатого электронагревателя (нагревательные элементы).
В аппарате с плоской емкостью для очистки воды элементы термоэлектрической батареи расположены на одной из наружных боковых стенок указанной емкости.
В аппарате с кольцевой емкостью для очистки воды испарительная трубка холодильного агрегата и трубчатый электронагреватель расположены на наружной цилиндрической стенке одного из цилиндров указанной кольцевой емкости для очистки воды.
Сокращение времени очистки воды обеспечивается за счет того, что в щелевой полости емкости вода кристаллизуется в виде слоя льда небольшой
толщины на одной из боковых стенок емкости в течение непродолжительного времени за счет интенсивного теплообмена между охлаждаемой поверхностью стенки емкости через тонкий слой льда с водой, а существенный объем этого чистого льда образуется за счет развитой (большой) площади боковой поверхности емкости, имеющей внутренний объем в виде плоской или кольцевой щели. . Известно, что при одном и том же объеме наименьшую площадь поверхности будет иметь емкость в виде шара. Площадь поверхности кубической емкости того же объема увеличивается приблизительно в 1,24 раза. Площадь поверхности емкости того же объема с плоским или кольцевым щелевым внутренним объемом может быть увеличена от 2 до 10 раз. Во столько же раз может быть увеличен тепловой поток охлаждаемой воде вследствие чего сокращается время замораживания и очистки воды. Удельный тепловой поток равен: q=k AT/ L, вт/м2,
где: q- удельный тепловой поток; к - коэффициент теплопроводности льда, Вт/(м-К); AT- перепад температур при прохождении через слой льда, К; L -толщина слоя льда, м.
Из выше приведенной формулы видно, что чем меньше толщина (L) слоя льда, тем больший удельный тепловой поток передается охлаждаемой воде и тем быстрее вода кристаллизуется вследствие чего сокращается время очистки воды.
Повышение качества очистки воды достигается за счет пристеночной кристаллизации очищаемой воды. Наиболее чистый лед кристаллизуется тонким слоем на охлажденной стенке емкости с водой. С увеличением толщины слоя льда процесс льдообразования замедляется, а чистота его и физико-химические характеристики снижаются (уменьшается рН и увеличивается окислительно-восстановительный потенциал - ОВП).
На фиг. 1 представлена схема (вид сверху) плоской емкости устройства для очистки воды с расположением термоэлектрической батареи с одной боковой стороны. На фиг. 2 представлена схема (вид сверху) кольцевой емкости с размещением элементов охлаждения и нагрева на наружной цилиндрической стенке, расположенной внутри осевой полости указанной емкости. На фиг. 3
представлена схема кольцевой емкости с размещением элементов охлаждения и нагрева на ее наружной цилиндрической стенке, имеющей наибольшую поверхность.
На фиг. 4 представлена схема аппарата с плоской емкостью для очистки воды замораживанием, термобатарея которого расположена с одной из боковых сторон, как показано на фиг. 1. На фиг. 5 представлена схема аппарата с кольцевой емкостью для очистки воды замораживанием, нагревательные и охлаждающие элементы которой размещены на наружной цилиндрической стенке, расположенной внутри осевой полости указанной емкости, как показано на фиг. 2.
Аппарат для очистки воды замораживанием включает (первый вариант выполнения) термостатированную емкость 1, выполненную из термопроводного материала и стандартную термоэлектрическую батарею 2, содержащую термоэлектрические элементы и ребристые теплообменники (на чертежах не показаны). Емкость 1 для очистки воды выполнена плоской в виде двух термопроводных пластин установленных с зазором относительно друг друга и герметично закрытых с нижнего и боковых торцов перегородками с образованием внутри емкости 1 плоской щелевой полости 3 (фиг. 1). Термоэлектрические элементы батареи 2 расположены на наружной поверхности указанной емкости 1 с одной из его боковых стенок 4. Плоская емкость 1 для очистки воды с щелевой полостью 3 имеет длину (А) и высоту (В), которые выполнены многократно превышающими ее ширину.(С). Кроме того, заявляемый аппарат (фиг. 4) для очистки воды замораживанием снабжен электронным блоком 5 его управления, гидроканалом 6 с электроклапаном 7, подсоединенным к крышке щелевой емкости 1, гидроканалами 8 и 9 с электронасосами 10 и 11 соотвественно для слива очищенной воды и концентрата жидких примесей, подсоединенные к нижней торцевой стенке (днищу) плоской емкости 1. Электронный блок 5 управления аппаратом соединен с термоэлектрической батареей 2, электроклапаном 7 и электронасосами 10 и 11. Плоская емкость 1 с щелевой полостью 3 имеет термоизолированный кожух (на чертежах не показан).
Плоская емкость 1 (в экспериментальном аппарате) объемом 2 литра имеет следующие размеры: длина (А) = 40 см.; высота (В)=20 см.; ширина (С)= 2,5 см.
Описание способа очистки воды. Способ очистки воды осуществляют посредством, например, аппарата (фиг. 4 или 5). В термостатируемую емкость 1 с плоской (фиг. 1) или кольцевой (фиг. 2 и 3) щелевой полостью 3 объемом, например, 2 л, заливают 1,5 л водопроводной воды, которая приобретает форму плоского или кольцевого слоя. Все процессы: нагрев, охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда осуществляют равномерно снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками термоэлектрических элементов батареи 2 (фиг. 4) в автоматическом режиме посредством электронного блока 5 управления и алгоритма (программы) последовательности выполнения операций по очистке воды. При включении термоэлектрической батареи 2 на режим охлаждения происходит охлаждение воды через стенку 4 емкости 1. Температуру среды внутри рабочей емкости 1 при охлаждении воды снижают до величины не ниже минус 3°С со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости равной интервалу значений 0,1-0,3°С/мин. Далее осуществляют процесс кристаллизации воды. С помощью датчика температуры (на чертежах не показан), расположенного в емкости 1 рассчитывают время цикла кристаллизации воды в автоматическом режиме программными средствами с момента ее фазового перехода, определяемого по спонтанному повышению температуры воды в емкости не менее чем на 0,5°С. Температуру воды внутри рабочей емкости 1 при кристаллизации воды снижают до величины не ниже минус 4,0°С (температура выше температуры кристаллизации жидкого концентрата с органическими и неорганическими примесями) со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости 1 равной интервалу значений 0,05-0,1°С/мин. В течение времени (около 95 минут) достигается полная кристаллизация чистой воды в виде слоя (блока) пристеночного льда у стенки 4 емкости 1, где расположена термоэлектрическая батарея 2 и формирование жидкого рассола с органическими и неорганическими примесями у противоположной стенки емкости 1. Чем меньше толщина слоя
льда, тем больший удельный тепловой поток передается охлаждаемой воде и тем быстрее вода кристаллизуется вследствие чего сокращается время очистки воды. В течение нескольких минут жидкий концентрат примесей объемом от 300 до 550 мл сливают в канализацию при включении насоса 11. Оставшийся в рабочей емкости 1 лед подвергают плавлению путем переключения термоэлектрической батареи 2 на режим нагрева. Температуру стенки 4 емкости 1 при таянии льда до полного его расплавления после слива концентрата примесей повышают до величины не выше плюс 10°С. Плавление массы льда осуществляют около 3040 минут до полного его размораживания. Затем проводят в течение нескольких минут слив готового продукта в виде очищенной талой воды в количестве 9501200 мл в потребительскую емкость путем включения электронасоса 10. Полный цикл получения готового продукта в виде очищенной талой воды не превышает 120-130 минут.
На основе экспериментальных данных заявителя установлено, что наиболее чистый лед кристаллизуется на охлажденной стенке емкости с водой толщиной не более 1,5 см.
Содержание чистой талой воды составляет не менее (65-80) об.% от ее исходного объема со снижением общего содержания неорганических примесей не менее чем в 2 раза.
Аппарат (фиг. 4) работает следующим образом.
1. Устройство включают в электрическую сеть.
2. На пульте управления (на чертеже не показан) включают кнопку "Сеть", соединенную с электронным блоком 5 управления. Загорается индикация сети.
3. Нажимают кнопку "Начать процесс".
Программный автомат в электронном блоке управления 5 выполняет следующий алгоритм работы устройства:
4. Блок 5 управления открывает клапан 7 и вода заполняет щелевую полость 3
плоской емкости 1 в объеме 1,5 литра.
5. Клапан 7 закрывается.
6. Блок 5 управления включает термоэлектрические элементы батареи 2 в режим
охлаждения и блок измерения температуры с датчиком температуры, расположенным в плоской емкости 1 (на чертежах не показан).
7. В щелевой емкости 1 происходит охлаждение воды до температуры кристаллизации 0°С, далее процесс кристаллизации - образование чистого льда без примесей и охлаждение полученного льда до минус 4-5 °С в течение 1-1,5 часов. Процесс льдообразования происходит в направлении от стенки 4 рабочей емкости 1, охлаждаемых термоэлектрическими элементами батареи 2 к противоположной стенке. Отвод тепла от термоэлектрических элементов батареи 2 обеспечивается с помощью радиаторов и вентилятора (на чертежах не показан).
Растворенные в воде примеси (соли металлов, органические загрязнения и т.д.) в процессе образования пристеночного льда вытесняются в объем воды, расположенный у стенки без батареи 2 (фиг. 1), тем самым происходит образование "концентрата примесей" - вода с повышенным содержанием солей и различных загрязнителей. В соответствии с общеизвестными данными температура замерзания данного "концентрата примесей" составляет минус 6-7 °С.
8. Блок 5 управления включает насос 11. Происходит слив "концентрата примесей" (грязной воды) из плоской емкости 1 по гидроканалу 9 в канализацию в течение 0,5 минут. Насос 11 отключается.
9. Блок 5 управления включает термоэлектрическую батарею 2 в режим нагрева.
Происходит повышение температуры пристеночного чистого льда в щелевой
емкости 1 до температуры 0°С, при которой наступает плавление льда и
последующий нагрев полученной очищенной талой воды до температуры +6-
10°С в течение 0,5 часа.
10. Блок 5 управления термоэлектрической батареей 2 включает
термоэлектрические элементы в режим термостата для поддержания заданной
температуры очищенной талой воды в плоской емкости 1 в диапазоне плюс 3-5°С
для сохранения ее полезных свойств.
13. Таким образом, после истечения времени 0,5 часа на электронном блоке 5 управления загорается надпись "Процесс окончен". После загорания надписи в
течение 5 часов может быть реализован слив талой воды и выключение устройства.
12. Для этого нажимают кнопку "Талая вода". Блок 5 управления включает насос 10, происходит слив талой воды по гидроканалу 8 в любую чистую емкость в течение 0,5 минут. Блок 5 управления выключает термоэлектрические элементы батареи 2. и выключается сам.
Общее время протекания процесса получения талой воды составляет не более 2-х часов.
13.. Кнопку "Сеть" выключают.
Аппарат для очистки воды (второй вариант выполнения, фиг. 5) включает емкость 1 для очистки воды, средство 12 для замораживания воды с испарительной трубкой 13, средство 14 для плавления льда с нагревательным элементом 15 и узел 16 для слива очищенной и загрязненной воды из емкости 1 и электронный блок 17 управления, соединенный со средствами 12 и 14 для замораживания воды и плавления льда и узлом 16 для слива чистой и загрязненной воды. Емкость 1 выполнена (фиг. 2) кольцевой из двух коаксиально расположенных термопроводных полых цилиндров разного диаметра: внешнего 18 и внутреннего 19, зазор между которыми с нижнего торца герметично закрыт перегородкой (дно емкости) с образованием внутри емкости 1 кольцевой щелевой полости 3. Испарительная трубка 13 средства 12 для замораживания воды и нагревательный элемент 15 средства 14 для плавления льда расположены на боковой поверхности внутри указанного внутреннего цилиндра 19 и плотно контактируют с ней. Внутренний цилиндр 19 выполнен из термопроводного материала.
Электронный блок 17 управления замораживанием воды, плавлением льда и сливом воды соединен с электромагнитными клапанами 20 и 21 узла 16 для слива очищенной и загрязненной воды соответственно и переключателями 22 и 23 средств 12 и 14 соответственно для замораживания воды и плавления льда.
Испарительная трубка 13 с фреоном средства 12 для замораживания воды соединена с компрессором 24 и конденсатором 25. Кроме того, электронный блок управления 17 снабжен датчиком 26 температуры, установленным снаружи днища емкости 1.
Аппарат для очистки воды (второй вариант, фиг. 5) работает следующим образом.
Термостатированную емкость 1 наполняют водой, предварительно отфильтрованной от механических примесей, и включают блок 17 управления. Автоматически блок 17 управления включает компрессор 24. Происходит постепенное охлаждение воды в ёмкости 1 через термопроводный внутренний цилиндр 19 (фиг. 5) с последующей её заморозкой. Процесс заморозки с образованием чистого пристеночного льда длится около 1,5-2 часов и контролируется датчиком 26 температуры, данные с которого поступают на электронный блок 17 управления. После окончания формирования слоя чистого пристеночного льда блок 17 управления включает электромагнитный клапан 21 и незамёрзший жидкий концентрат с примесями, т.е. вода с высоким содержанием солей (рассола), сливается в канализацию. Далее блок 17 управления включает средство 14 для плавления льда, термоэлемент 15 которого нагревается до температуры не выше +10-15°С, что соответствует природным условиям. При этом происходит плавление чистого льда. Полное таяние льда осуществляется за 0,5 часа. Полный цикл получения талой воды равен 2-2,5 часам.
Таким образом, по сравнению с аналогами , заявляемые способ и аппарат для очистки воды обеспечивают сокращение времени очистки воды в несколько раз за счет того, что в узкой щелевой полости 3 емкости 1 вода кристаллизуется в виде небольшого слоя льда на стенках указанной емкости, а существенный объем этого чистого льда образуется за счет увеличения площади боковой поверхности щелевой емкости 1, контактирующей с охладительными и нагревательными элементами. Повышение качества очистки воды от примесей достигается за счет пристеночной кристаллизацией очищаемой воды.
Формула изобретения
1. Способ очистки воды, включающий заполнение емкости водой для
очистки, охлаждение и последующее ее замораживание в указанной емкости
при температуре выше температуры кристаллизации жидкого концентрата
находящихся в воде органических и неорганических примесей в течение времени
достаточном для кристаллизации чистой воды в виде слоя льда и формирования
жидкого концентрата органических и неорганических примесей, слив указанного
жидкого концентрата, плавление льда при положительной температуре до его
размораживания с последующим сливом очищенной талой воды, причем,
охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют
снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее
термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов, отличающийся тем, что очищаемую воду перед охлаждением и замораживанием формируют в виде слоя жидкости путем заполнения водой емкости, внутренний объем которой выполнен в виде щелевой полости.
2. Способ очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что слой жидкости формируют плоским или кольцевым в емкости, внутренний объем которой выполнен соответственно в виде плоской или кольцевой щелевой полости.
3. Способ очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют с одной из наружных боковых поверхностей емкости,
4. Аппарат для очистки воды, включающий термостатированную емкость для очистки воды, выполненную из термопроводного материала, блок управления связанный с охлаждающими и нагревательными элементами, контактирующими поверхностью с термопроводной стенкой емкости с наружной стороны, отличающийся тем, что термостатированная емкость для очистки воды выполнена плоской в виде двух термопроводных пластин установленных с зазором относительно друг друга и герметично закрытых с нижнего и боковых торцов перегородками с образованием внутри емкости плоской щелевой полости или термостатированная емкость выполнена кольцевой в виде двух коаксиально
расположенных полых цилиндров разного диаметра, зазор между которыми с нижнего торца герметично закрыт перегородкой с образованием внутри емкости кольцевой щелевой полости.
5. Аппарат, по п. 4, отличающийся тем, что охлаждающие и нагревательные
элементы выполнены в виде термоэлектрической батареи..
6. Аппарат, по п. 4, отличающийся тем, что охлаждающие элементы выполнены в виде испарительной трубки холодильного агрегата, а нагревательные элементы выполнены в виде трубчатого электронагревателя.
7. Аппарат, по п. 4 и 5, отличающийся тем, что в аппарате с плоской емкостью для очистки воды элементы термоэлектрической батареи расположены на одной из наружных боковых стенок указанной емкости.
8. Аппарат, по п. 4 и 6, отличающийся тем, что в аппарате с кольцевой емкостью для очистки воды испарительная трубка холодильного агрегата и трубчатый электронагреватель расположены на наружной цилиндрической стенке одного из цилиндров указанной кольцевой емкости для очистки воды.
6.
Автор: Зоткин СВ.
24 22
Фиг. 5
Автор: Зоткин СВ.
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки: 201300763
Дата подачи: 10 июля 2013 (10.07.2013)
Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения:
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ ТРУППА А8"
? Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) | | Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
C02F1/22 (2006.01) C02F9/02 (2006.01) C02F103/04 (2006.01)
Согласно международной патентной классификации (МПК)
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК)
C02F 1/00, 1/22, 9/00-9/08, 103/00-103/06
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
Y, D Y
Y А
RU 2393996 С1 (ЗОТКИН СЕРГЕЙ ВАЛЬРЬЕВИЧ) 10.07.2010, формула, реферат
RU 2421404 С2 (СУХОНОС ЮРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ и др.) 20.06.2011, формула, с. 4, строки 33-51, с. 5, строки 41-50
RU 114948 U1 (БУБЧИК СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ) 20.04.2012, с. 4, строка 25-с. 5, строка 4
RU 2010772 С1 (ВАРНАВСКИЙ И.Н. и др.) 15.04.1994, с.5, 26-30 US 7467526 В2 (HSIEH, HSUAN-CHI) 23.12.2008
1-8 1-8
6,8
6, 8 1-8
последующие документы указаны в продолжении графы В
| | данные о патентах-аналогах указаны в приложении
" Особые категории ссылочных документов:
'А" документ, определяющий общий уровень техники
Е" более ранний документ, но опубликованный на дату подачи евразийской заявки или после нее
О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения
"X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень,
взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отнош
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСП-5, Бережковская наб., 30-1.
Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
18 ноября 2013 (18.11.2013)
Т.Ф. Владимирова
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
Способ очистки воды и аппарат для его осуществления