[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 очистки воды замораживанием, который обеспечивает повышение качества очищенной талой воды и ее полезных свойств, а также более длительное их сохранение в потребительской емкости. 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. После слива жидкого концентрата примесей слой льда дополнительно замораживают в течение времени, достаточного для полного промерзания массы льда, в процессе плавления льда после оттаивания его наружной поверхностной части полученную талую воду сливают в канализацию, а последующее плавление льда и слив талой воды осуществляют одновременно, причем талую воду сливают непрерывно или периодически в термостатированную накопительную емкость для ее последующего хранения при положительной температуре, близкой к температуре плавления льда. Причем слой льда перед плавлением замораживают в течение 40-90 мин при температуре -10-15°С.

(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 очистки воды замораживанием, который обеспечивает повышение качества очищенной талой воды и ее полезных свойств, а также более длительное их сохранение в потребительской емкости. 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. После слива жидкого концентрата примесей слой льда дополнительно замораживают в течение времени, достаточного для полного промерзания массы льда, в процессе плавления льда после оттаивания его наружной поверхностной части полученную талую воду сливают в канализацию, а последующее плавление льда и слив талой воды осуществляют одновременно, причем талую воду сливают непрерывно или периодически в термостатированную накопительную емкость для ее последующего хранения при положительной температуре, близкой к температуре плавления льда. Причем слой льда перед плавлением замораживают в течение 40-90 мин при температуре -10-15°С.

---

МПК C02F1/22
Способ очистки воды
Изобретение относится к способу 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, отличающийся тем, что 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 недостаточное качество очищенной талой воды и быстрая потеря органолептических и биологически активных свойств очищенной талой воды (в течение не более 1720 часов).
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-^-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.
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.
К недостаткам выше приведенных способов можно отнести недостаточное качество очищенной талой воды и быстрая потеря органолептических и биологически активных свойств очищенной талой воды (в течение не более 1720 часов) вследствие локального повышения температуры талой воды от нагретых стенок емкости при плавлении льда и в процессе хранения талой воды при комнатной температуре.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание такого способа очистки воды замораживанием, который обеспечивает повышение
качества очищенной талой воды и ее полезных свойств, а также более длительное их сохранение в потребительской емкости.
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
полной 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, после слива жидкого концентрата примесей слой льда дополнительно замораживают в течение времени достаточном для полного промерзания массы льда, в процессе плавления льда после оттаивания его наружной поверхностной части полученную талую воду сливают в канализацию, а последующее плавление льда и слив талой воды осуществляют одновременно, причем, талую воду сливают непрерывно или периодически в термостатированную накопительную емкость для ее последующего хранения при положительной температуре близкой к температуре плавления льда.
Слой льда перед плавлением замораживают в течение 40-90 минут при температуре минус 10-15°С, а талую воду, образовавшуюся после оттаивания наружной поверхностной части слоя льда, сливают в канализацию в количестве 5-10%.
Замораживание очищенного льда обеспечивает уплотнение и упорядочение его структуры перед плавлением, что улучшает физико-химических свойства талой воды (ОВП и рН) и ее полезные свойства. Слив талой воды в канализацию, образовавшейся после оттаивания наружной поверхностной части слоя льда обеспечивает удаление тяжелой воды (дейтерия и трития), что повышает
качество конечного продукта Более длительное сохранение качества и биологически активных свойств чистой талой воды обеспечивается за счет того, что процесс плавления льда совмещен со сливом воды в термостатированную накопительную емкость. При этом на талую воду в процессе плавления льда практически не влияет повышенная температура стенок емкости для очистки воды, которая снижает биологическую активность талой воды и разрушает ее структуру.
На фиг. 1 представлена схема аппарата с кольцевой емкостью для очистки воды замораживанием, нагревательные и охлаждающие элементы которой размещены вокруг наружной цилиндрической стенки.
Аппарат для очистки воды, реализующий заявляемый способ включает (фиг.1) термостатированную емкость 1 для очистки воды, средство 2 для замораживания воды с испарительной трубкой 3, средство 4 для плавления льда с нагревательным элементом 5 и узел 6 для слива очищенной и загрязненной воды из емкости 1 и электронный блок 7 управления, соединенный со средствами 2 и 4 для замораживания воды и плавления льда и узлом 6 для слива чистой и загрязненной воды. Испарительная трубка 3 средства 2 для замораживания воды и нагревательный элемент 5 средства 4 для плавления льда расположены вокруг внешней боковой поверхности емкости 1, имеющей термопроводные стенки, и плотно контактируют с ней.
Электронный блок 7 управления замораживанием воды, плавлением льда и сливом воды соединен с электромагнитными клапанами 8 и 9 узла 6 для слива очищенной и загрязненной воды соответственно и переключателями 10 и 11 средств 2 и 4 соответственно для замораживания воды и плавления льда. Трубопровод с электромагнитным клапаном 8 соединен с термостатированной накопительной емкостью 12 для чистой талой воды.
Испарительная трубка 3 с фреоном средства 2 для замораживания воды соединена с компрессором 13 и конденсатором 14. Кроме того, электронный блок управления 7 снабжен датчиком 15 температуры, установленным снаружи днища емкости 1.
Описание способа очистки воды. Способ очистки воды осуществляют посредством, например, аппарата, изображенного на фиг. 1. В термоизолированную емкость 1 объемом, например, 2 л, заливают 1,5 л водопроводной воды. Все процессы: нагрев, охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда осуществляют равномерно снаружи рабочей емкости 1 посредством контактирования с термопроводной стенкой емкости 1 охладительных 3 и нагревательных 5 элементов в автоматическом режиме посредством электронного блока 7 управления и алгоритма (программы) последовательности выполнения операций по очистке воды. При включении холодильного агрегата на режим охлаждения элементов 3 (испарительной трубки) происходит охлаждение воды через термопроводную стенку 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 15 , прикрепленного к поверхности дна емкости 1 рассчитывается 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 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 5 часов) достигается полная кристаллизация чистой воды в виде кольцевого слоя льда у стенки емкости 1, где расположены охладительные элементы 3 и формирование жидкого рассола с органическими и неорганическими примесями в приосевой зоне емкости 1. В течение нескольких минут жидкий концентрат примесей объемом от 300 до 550 мл сливают в канализацию при включении электроклапана 9.
После этого слой льда дополнительно замораживают в течение 40-90 минут при температуре минус 10-15°С, что достаточно для полного промерзания массы
льда до указанной выше температуры. При этом структура льда становится более упорядоченной, снижается окислительно- восстановительный потенциал (ОВП) в 1,1-1,5 раза и увеличивается рН до 9,0-9,7 единиц, а его плотность увеличивается. Далее промороженный в емкости 1 лед подвергают плавлению путем отключения охладительных элементов 3 и включения нагревательных элементов 5. Температуру стенки емкости 1 при таянии льда до полного его расплавления после слива концентрата примесей повышают до величины плюс 10-15°С.
Причем, в процессе плавления льда после оттаивания его наружной поверхностной части полученную талую воду сливают в канализацию в количестве 5-10 масс.%. Последующее плавление льда и слив талой воды осуществляют одновременно.
Плавление основной очищенной от тяжелой воды массы льда осуществляют около 1,4 часа до полного его размораживания. Одновременно с началом плавлением льда проводят непрерывный или периодический (порционный через каждые 5-10 минут) слив талой воды в термостатируемую потребительскую емкость 12 путем автоматического включения электроклапана 8. При этом талая вода практически не контактирует с нагретой стенкой емкости 1 за счет чего обеспечивается сохранение температуры талой воды как в емкости 1, так и в термостатируемой потребительской емкости 16 около 0-+2°С, что более длительное время сохраняет ее биологически активные свойства. Полный цикл получения готового продукта в виде очищенной талой воды около 7,5 часов. Содержание чистой талой воды составляет не менее (65-80) об.% от ее исходного объема со снижением общего содержания неорганических примесей не менее чем в 1,5-2 раза.
Аппарат для очистки воды работает следующим образом. Рабочую емкость 1 наполняют водой, предварительно отфильтрованной от механических примесей, и включают блок 7 управления. Автоматически блок 7 управления включает компрессор 13. Происходит постепенное охлаждение воды в ёмкости 1 через термопроводную стенку емкости 1 (фиг. 1) с последующей её заморозкой. Процесс заморозки с образованием чистого льда длится около 5 часов и контролируется датчиком 15 температуры, данные с которого поступают
на электронный блок 7 управления. После окончания формирования кольцевого слоя чистого льда блок 7 управления включает электромагнитный клапан 9 и незамёрзший жидкий концентрат с примесями, т.е. вода с высоким содержанием солей (рассол), сливается в канализацию. Затем чистый лед в емкости 1 промораживают в течение 40-90 минут при температуре минус 10-15°С, что достаточно для понижения температуры массы льда до указанной выше температуры. При этом структура льда становится более упорядоченной, снижается окислительно- восстановительный потенциал (ОВП) в 1,1-1,5 раза и увеличивается рН до 9,0-9,7 единиц, а его плотность (рл) увеличивается до 919,1 кг/м3и блок 7 управления отключает холодильный агрегат.
Далее блок 7 управления включает средство 4 для плавления льда, термоэлемент 5 которого нагревается до температуры не выше +20°С, что соответствует природным условиям. При этом происходит плавление льда.
После плавления 5-10% верхнего слоя льда'блок 7 управления включает электромагнитный клапан 9 и талая вода сливается в канализацию. Далее блок 7 управления отключает клапан 9 и включает электромагнитный клапан 8 и талая вода в непрерывном режиме сливается в термостатированную накопительную 12. Электромагнитный клапан 8 может включаться периодически через каждые 5-10 минут и талая вода порционно поступает в емкость 12.
При этом талая вода практически не контактирует с нагретой стенкой емкости 1 за счет чего обеспечивается сохранение температуры талой воды как в емкости 1, так и в термостатированной потребительской емкости 12 около 0-+2°С, что более длительное время сохраняет ее биологически активные свойства. Полное таяние льда осуществляется за 1,5 часа. Полный цикл получения талой воды равен около 7,5 часов.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый способ очистки воды обеспечивает повышение качества очищенной талой воды и более длительное сохранение ее биологически активных свойств за счет предварительного уплотнения и упорядочения структуры льда перед плавлением, удаления тяжелой воды и устранения локального нагрева чистой талой воды у
стенок емкости 1, а также поддержания температуры талой воды в емкостях 12 близкой к температуре плавления чистого льда (около 0-+2°С).
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 полной кристаллизации чистой воды в виде слоя льда и формирования жидкого концентрата органических и неорганических примесей, слив указанного жидкого концентрата, плавление льда до его полного размораживания под действием положительной температуры и слив очищенной талой воды, причем, охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда осуществляют снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов, отличающийся тем, что после слива жидкого концентрата примесей слой льда дополнительно замораживают в течение времени достаточном для полного промерзания массы льда, в процессе плавления льда после оттаивания его наружной поверхностной части полученную талую воду сливают в канализацию, а последующее плавление льда и слив талой воды осуществляют одновременно, причем, талую воду сливают непрерывно или периодически в термостатированную накопительную емкость для ее последующего хранения при положительной температуре близкой к температуре плавления льда.
2. Способ очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что слой льда перед плавлением замораживают в течение 40-90 минут при температуре минус 10-15°С.
3. Способ очистки воды по п. 1, отличающийся тем, что талую воду, образовавшуюся после оттаивания наружной поверхностной части слоя льда, сливают в количестве 5-10%.
Фиг. 1
Способ очистки воды
Автор Зоткин СВ.
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42
Номер евразийской заявки: 201300767
Дата подачи: 10 июля 2013 (10.07.2013) Дата испрашиваемого приоритета
Название изобретения: Способ очистки воды
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) C02F 103/04 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) C02F 1/00, 1/22, C02F 9/00-9/08, 103/00-103/06, Е03В 3/30, F25C 1/00-1/14
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 №
RU 2393996 С1 (ЗОТКИН СЕРГЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ) 10.07.2010, формула, реферат, с. 12, строки 32-38, с. 13, строки 4-7, 40
RU 2221201 С2 (МАЛАХОВ АНАТОЛИЙ ИВАНОВИЧ и др.) 10.01.2004, с. 5, строки 6-7
RU 2186034 С1 (УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) 27.07.2002, с. 4, строки 25-29
RU 2415813 С1 (БАБИН ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ и др.) 10.04.2011, с. 6, строки 4-11
RU 2432320 С2 (КОКОУЛИН ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ) 27.10.201 I, с. 9, строки 19-29
US 7467526 A (HSIEH, HSUAN-CHI, TW) 23.12.2008
1-3
* Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Ь" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"I1" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемою 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
документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории
документ, являющийся патентом-аналогом
документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
21 ноября 2013 (21.11.2013)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСП-5, Бережковская наб., д. 30-1.Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо
Т. М. Иванова