|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Предложены устройство, способ, технологическое оборудование и система для обработки водного потока. Эти устройство, способ, технологическое оборудование и система характеризуются подачей электрического напряжения на два электрода с целью генерирования электрического поля, проходящего через водный поток, протекающий между этими двумя электродами. По меньшей мере один из двух электродов содержит металл, и один или более из множества положительно заряженных ионов замещается одним или более положительно заряженными ионами металла. Кроме того, один или более из множества отрицательно заряженных ионов может вступать в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения. Один или более из оставшегося множества положительно заряженных ионов может вступать в реакцию с еще одним или более из множества отрицательно заряженных ионов металла. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Предложены устройство, способ, технологическое оборудование и система для обработки водного потока. Эти устройство, способ, технологическое оборудование и система характеризуются подачей электрического напряжения на два электрода с целью генерирования электрического поля, проходящего через водный поток, протекающий между этими двумя электродами. По меньшей мере один из двух электродов содержит металл, и один или более из множества положительно заряженных ионов замещается одним или более положительно заряженными ионами металла. Кроме того, один или более из множества отрицательно заряженных ионов может вступать в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения. Один или более из оставшегося множества положительно заряженных ионов может вступать в реакцию с еще одним или более из множества отрицательно заряженных ионов металла.
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПУТЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты реализации настоящего изобретения относятся, главным образом, к обработке воды и, более конкретно, к устройству и способу обработки воды с целью предотвращения образования накипи в способах, в которых используется вода.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Кальций попадает в воду естественным путем благодаря своему естественному присутствию в земной коре. Пресная вода в реках может иметь концентрацию кальция до 100 миллионных долей (ррт). Содержание кальция является определяющим для жесткости воды. Элементарный кальций легко вступает в реакцию с водой при комнатной температуре с образованием гидроксида кальция (Са(ОН)2) и газообразного водорода согласно следующему механизму реакции:
Са + 2Н20 -> Са(ОН)2 + Н2 (1)
Земля также содержит в большом количестве известняк и другие кальцитовые отложения, через которые может просачиваться вода. При нормальных условиях растворимость карбоната кальция в воде составляет 14 мг/л. Тем не менее, в присутствии диоксида углерода (С02) в воде образуется угольная кислота (Н2С03) согласно следующему механизму реакции:
С02 + Н20 <-> Н2С03 (2)
В присутствии угольной кислоты растворимость карбоната кальция повышается примерно в пять раз, и он более активно растворяется в воде с образованием ионов кальция (Са2+) и бикарбоната (НС03") согласно следующим механизмам реакции:
СаСОз + Н2С03 <-> Са(НС03)2 (3) Са(НС03)2 <-> Са2+ (aq) + 2НС03" (aq) (4)
Хотя кальций является микроэлементом и его присутствие в воде не наносит существенного вреда организму, наличие ионов кальция и бикарбоната может оказать негативное влияние на системы, основанные на использовании воды. Например, с повышением температуры концентрация диоксида углерода в воде снижается, и равновесные условия реакций (2) и (3) сдвигаются влево, что приводит к образованию карбоната кальция и его осаждению из воды. Таким образом, горячие поверхности в
водных системах оказываются подверженными засорению отложениями из твердых частиц или их осаждению на этих поверхностях, например, в котлах, используемых в промышленном технологическом оборудовании и в домашних водонагревателях.
Трубопроводные системы и/или технологическое оборудование, в которых 5 осуществляется транспортировка и использование воды, часто способны аккумулировать минеральные осадки в результате засорения отложениями. Например, засорению отложениями из твердых частиц происходит в случае, когда присутствующие в водном потоке ионы минеральных веществ ассоциируются, образуя частицы, которые остаются на поверхностях трубопроводных систем и/или оборудования. Осадочное засорение
10 отложениями может стать результатом того, что ионы выпадают из водного раствора и образуют твердые кристаллические осадки или накипь, которая начинает налипать на внутреннюю поверхность трубопровода или технологического оборудования.
Засорение отложениями может привести к ухудшению характеристик технологического оборудования. Например, накипь в теплообменниках приводит к
15 снижению их к.п.д. Проблема с образованием накипи в водяных системах может еще более усугубляться из-за эффекта инверсной растворимости в этих системах. Например, растворимость в воде определенных минеральных соединений, таких как СаС03, снижается с повышением температуры воды, что приводит к осаждению ионов растворенных минеральных веществ из воды и их отложению на поверхности
20 оборудования.
Способы из известного уровня техники, направленные на предотвращение образования накипи в трубопроводных системах и оборудовании, преимущественно состоят в удалении минеральных веществ из воды с использованием ее физической обработки, например в предварительном объемном осаждении ионных соединений из
25 воды до ее введения в трубопроводную систему или технологическое оборудование. Технологии обработки воды путем объемного осаждения обычно предусматривают добавление в воду затравочных частиц, которые, смешиваясь в воде с ионами, образуют частицы большего размера, легче осаждающиеся из потока.
Традиционно, технологии декальцинации основаны также на обработке воды с
30 помощью химических препаратов для предотвращения засорения отложениями, либо на добавлении специальных солей, инициирующих обмен находящихся в воде ионов, в большей степени склонных к осаждению в технологическом оборудовании, расположенном далее в технологической цепи, с ионами, в меньшей степени склонными к осаждению в этом оборудовании.
35 Некоторые технологии обработки, известные из уровня техники, предусматривали
также использование электрического поля для облегчения притягивания ионов Са2+к ионам НС03" и, как следствие, стимулирования осаждения твердых частиц из водного потока. Однако на практике выяснилось, что электрические поля неэффективны с точки
зрения инверсии процесса образования накипи в технологических системах, поскольку обычно невозможно обеспечить достаточно сильное электрическое поле в воде для стимулирования объемного осаждения.
Способы объемного осаждения, известные из уровня техники, использовали также 5 индуцированные электрические поля для стимулирования столкновений ионов растворенных минеральных веществ в попытках ускорить их ассоциацию и, как следствие, вызвать осаждение образующихся ассоциированных ионов в указанных системах обработки воды.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в
10 усовершенствованных технологических процессах и оборудовании для удаления минеральных веществ из воды с целью предотвращения засорения отложениями трубопроводных систем и технологического оборудования, использующих далее обработанную воду. Кроме того, в данной области техники существует также потребность в технологии удаления ионов из воды без использования химической обработки воды и
15 без добавления в нее присадок.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В связи с вышеизложенным были предложены варианты реализации настоящего изобретения для обработки воды. Обработанная вода может использоваться, например, в оборудовании или технологических процессах, расположенных далее в
20 технологической цепи, с целью исключения образования накипи.
В качестве аспекта настоящего изобретения предложен ионный реактор, содержащий одну или более ячеек, каждая из которых содержит два электрода. По меньшей мере один из этих двух электродов в каждой ячейке содержит металл. Водный поток, содержащий множество положительно и отрицательно заряженных ионов,
25 пропускается через указанную одну или более ячеек ионного реактора. К указанным двум электродам прикладывается электрическое напряжение для генерирования электрического поля через водный поток. Один или более из множества положительно заряженных ионов замещаются на один или более положительно заряженных ионов металла.
30 В одном из вариантов реализации настоящего изобретения один или более из
множества указанных отрицательно заряженных ионов вступают в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения одна или более из множества незамещенных положительно заряженных частиц могут вступать в реакцию с
35 еще одной или более из множества отрицательно заряженных частиц с образованием еще одного ионного соединения.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения ионный реактор также содержит сепаратор, выполненный с возможностью отделения указанного ионного соединения и любые другие ионные соединения, которые могли образоваться в водном потоке.
5 Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения,
электрическое напряжение может представлять собой переменное электрическое напряжение. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения электрическое напряжение характеризуется формой, которая может представлять собой любую из следующих: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
10 Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металл
может содержать магний. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения металл может содержать алюминий. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения металл может содержать и магний, и алюминий.
В качестве аспекта настоящего изобретения предложен также способ обработки
15 воды, в котором обеспечивают водный поток, содержащий множество положительно и отрицательно заряженных ионов; пропускают водный поток между первым электродом и вторым электродом, по меньшей мере один из которых содержит металл; генерируют электрическое поле через водный поток путем подачи электрического напряжения между первым и вторым электродами; и замещают один или более из множества положительно
20 заряженных ионов одним или более положительно заряженными ионами металла.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения способ обработки воды может дополнительно содержать шаг, на котором осуществляют реакцию одного или более из множества отрицательно заряженных ионов с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения. В
25 других вариантах реализации настоящего изобретения способ обработки воды может дополнительно содержать шаг, на котором осуществляют реакцию одного или более из любого оставшегося множества положительно заряженных ионов с еще одним или более из множества отрицательно заряженных ионов с образованием еще одного ионного соединения.
30 В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения способ обработки
воды содержит шаг, на котором удаляют указанное ионное соединение и любое из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
35 Указанный реактор содержит одну или более ячеек; каждая ячейка содержит два
электрода; по меньшей мере один из этих двух электродов содержит металл; водный поток содержит множество положительно и отрицательно заряженных ионов и протекает
через одну или более ячеек; и к двум электродам прикладывается электрическое напряжение для генерирования электрического поля, проходящего через водный поток.
Следует понимать, что приведенное выше общее описание и нижеследующее подробное описание являются иллюстративными и не предназначены для ограничения 5 объема изобретения. Вышеуказанные варианты реализации изобретения, а также другие аспекты изобретения и варианты его реализации станут более понятны после прочтения нижеследующего описания, приведенного со ссылками на приложенные чертежи. Тем не менее, настоящее изобретение, с указанием его отличительных признаков, подробно указано также в приложенной формуле изобретения.
10 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описав таким образом изобретение в общих чертах, перейдем теперь к описанию со ссылками на приложенные чертежи, которые не обязательно выполнены в масштабе и из которых:
ФИГ.1 показывает ионный реактор, который производит обработку водного потока 15 перед его подачей в котел, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 2 показывает одноячеечный ионный реактор согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 3 показывает график зависимости относительной удельной проводимости 20 воды от продолжительности обработки электрическим полем, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 4А показывает многоячеечный ионный реактор пакетного типа согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 4В показывает вид в поперечном сечении по линии ВВ' многоячеечного 25 ионного реактора пакетного типа на фиг. 4А;
ФИГ. 5А показывает многоячеечный ионный реактор трубчатого типа согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 5В показывает вид в поперечном сечении по линии ВВ' многоячеечного
ионного реактора трубчатого типа на фиг. 5А;
30 ФИГ. 6А показывает график зависимости удельной проводимости от
продолжительности обработки для различных значений напряженности электрического поля согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 6В показывает график зависимости удельной проводимости от напряженности электрического поля для различных значений продолжительности 35 согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 7 А показывает график зависимости удельной проводимости от продолжительности обработки для различных значений напряженности электрического поля согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 7В показывает график зависимости удельной проводимости от 5 напряженности электрического поля для различных значений продолжительности обработки согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;
ФИГ. 8А показывает график зависимости удельной проводимости от
продолжительности обработки для различных значений напряженности электрического
поля согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения;
10 ФИГ. 8В показывает график зависимости удельной проводимости от
напряженности электрического поля для различных значений продолжительности обработки согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения; и
ФИГ. 9 показывает пошаговую блок-схему способа обработки воды согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения.
15 ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Некоторые варианты реализации настоящего изобретения будут более полно описаны ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых изображены некоторые, но не все, варианты реализации настоящего изобретения. На практике различные варианты настоящего изобретения могут быть реализованы во многих различных
20 формах, и эти формы не должны рассматриваться как ограниченные исключительно вариантами, приведенными здесь; данные варианты приведены лишь с тем, чтобы настоящее описание удовлетворяло действующим законодательным требованиям.
Используемые в описании и приложенной формуле изобретения формы единственного числа артиклями "а", "ап" и "the" включает множество объектов, если в
25 контексте четко не оговорено иное. Например, словосочетание "электрическое поле" подразумевает множество подобных электрических полей.
Несмотря на наличие здесь специальных терминов, они используются лишь в общем и описательном смысле и не предназначены для целей ограничения. Все используемые здесь термины, включая технические и научные, имеют тот же самый
30 смысл, в каком их обычно понимают специалисты с обычной квалификацией в области техники, к которой относится настоящее изобретение, если конкретные термины не определены специально иным образом. Также следует понимать, что термины, и в частности те из них, определения которых даны в общеупотребительных словарях, должны пониматься в том же смысле, в котором их обычно понимают специалисты с
35 обычной квалификацией в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Также следует понимать, что термины, и в частности те из них, определения которых даны в общеупотребительных словарях, должны пониматься в смысле, который отвечает
их значению в контексте данной области техники и настоящего описания. Подобные общеупотребительные термины не должны пониматься в идеализированном или чрезмерно формальном смысле, если в настоящем описании специально не оговорено иное.
5 В настоящем описании термин "ионы карбоната" или "С032"" может
взаимозаменяемым образом означать карбонат (С032") или карбонат в форме бикарбоната (НС03") в водных растворах. Также в настоящем описании термин "карбонат кальция" или "СаС03" может взаимозаменяемым образом означать карбонат кальция или бикарбонат кальция (Са(НС03)2). В действительности бикарбонат кальция, как
10 известно, не существует в виде твердого соединения, однако он является формой, которая, как можно определенно предполагать, существует в водном растворе, содержащем ионы кальция (Са2+), бикарбоната (НС03") и карбоната (С032") вместе с растворенным диоксидом углерода в подобных растворах.
Используемый здесь термин "ионный реактор" подразумевает устройство
15 согласно настоящему изобретению, а также способы и технологическое оборудование согласно настоящему изобретению, реализованные в этом устройстве, и/или системы согласно настоящему изобретению, использующие данное устройство и/или способы. Не желая быть связанными теорией, необходимо отметить, что вода, которая была обработана с использованием ионного реактора и соответствующего способа, на выходе
20 из ионного реактора имеет пониженную концентрацию или низкую плотность ионов и существенно снижает или полностью исключает образование накипи в устройствах, способах, технологическом оборудовании и/или системах, расположенных далее в технологической цепи, которые используют обработанную воду из ионного реактора. Действительно, многие из этих устройств, способов, технологического оборудования
25 и/или систем могут работать при более высоких температурах и/или повышают температуру воды, однако образование накипи в таких устройствах, способах, оборудовании и/или системах может быть существенно снижено или даже полностью исключено, в отличие от случая, когда используемая вода не была обработана с помощью устройств, способов, технологического оборудования и/или систем согласно
30 настоящему изобретению. Авторами изобретения были предложены устройства, системы и способы, которые предотвращают нежелательное образование и осаждение СаС03, что ведет к образованию накипи в устройствах, системах и/или способах, использующих воду. Не желая быть связанными теорией, необходимо отметить, например, что снижение концентрации ионов, образующих накипь, приводит к снижению частоты столкновений
35 между ионами. Ионы должны столкнуться перед тем, как они образуют ионные соединения, образующие накипь. Таким образом, снижение частоты столкновений между ионами приводит к снижению интенсивности образования ионных соединений, образующих накипь.
Действительно, вероятность столкновения между ионными формами, приводящего к образованию ионного соединения, образующего накипь, пропорциональна концентрации или плотности ионов в воде. Однако, помимо самого факта столкновения, ионы должны также обладать определенной минимальной кинетической энергией не 5 ниже энергии активации, необходимой для образования ионного соединения, образующего накипь.
В качестве целей настоящего изобретения предложены способ, технологическое оборудование и/или система для предотвращения образования накипи в результате нежелательного осаждения карбоната кальция из воды, используемой в этом или
10 оборудовании, расположенном далее в технологической цепи, использующем, например, воду, обработанную с помощью способов, технологического оборудования и/или систем согласно настоящему изобретению. Обычно вода, поступающая в указанные системы, содержит ионы Са2+ и С032". В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения вода, поступающая в указанные системы, может иметь значительные концентрации
15 ионов Са2+ и СОз2". В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения вода, поступающая в указанные системы, может быть перенасыщена ионами Са2+ и С032".
Концентрация или плотность ионов Са2+ и С032" или НС03" может быть снижена в ионном реакторе с помощью любого одного из трех нижеследующих различных механизмов или любой комбинации этих механизмов. Первый механизм, который может
20 использоваться для снижения концентрации или плотности ионов Са2+ и С032" или НС03", представляет собой замещение. Вода направляется между двумя электродами внутри ионного реактора. Как будет более подробно раскрыто ниже, для двух электродов ионного реактора могут использоваться различные материалы. Эти электроды генерируют электрическое поле, в некоторых вариантах реализации настоящего
25 изобретения - переменное электрическое поле, проходящее через воду, протекающую между электродами. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения переменное электрическое поле может представлять собой импульсное переменное поле.
Энергия электрического поля такова, что оно сообщает ионам Са2+ кинетическую 30 энергию, достаточную для превышения или преодоления энергии связи в металлической кристаллической решетке металла электрода, что приводит к замещению атомов металла электрода атомами кальция. Полная скорость иона - это скорость, сообщаемая электрическим полем, плюс скорость броуновского движения. В некоторых случаях ионы, ассоциированные, например, с "притянутыми ионами" противоположной полярности, 35 приобретают скорость и энергию, достаточные для освобождения от притянутых ионов, что приводит к дальнейшему повышению собственной скорости и энергии этих ионов. Используемые в электродах металл или металлы, которые должны быть замещены ионами Са2+ воды, выбираются таким образом, чтобы они были менее восприимчивы к
образующимся ионным соединениям, чем ионы Са в технологическом оборудовании, расположенном далее в технологической цепи.
Механизм второго типа, который может использоваться для уменьшения или полного исключения образования накипи в технологическом оборудовании, 5 расположенном далее в технологической цепи, основан на нейтрализации ионов С032" или НС03" в результате образования карбоната металла в ионном реакторе. Например, если в качестве металлического элемента для замещения ионами Са2+ выбран магний, то в ионном реакторе образуется карбонат магния (MgC03). Как уже было раскрыто здесь же, атомы или ионы раствора должны столкнуться перед тем, как эти атомы или ионы
10 вступят в реакцию друг с другом. Кроме того, не каждое столкновение эффективно для образования ионного соединения, т.е. атомы или ионы могут не получить минимальное количество кинетической энергии, требующееся для достижения такого уровня активации, чтобы могла начаться реакция.
Согласно определенным вариантам реализации настоящего изобретения,
15 электрическое поле является динамическим или изменяющимся. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения использование переменного электрического поля, проходящего через воду, протекающую между двумя электродами в ионном реакторе, приводит к тому, что замещенные положительные ионы металла в воде, например ионы Мд2+ согласно определенному варианту реализации настоящего
20 изобретения, перемещаются в направлении отрицательного электрода, а отрицательные ионы С032" или НС03" - в направлении положительного электрода. Помимо инициирования перемещения указанных ионов в противоположных направлениях, электрическое поле также сообщает значительную кинетическую энергию этим ионам, обеспечивая возможность преодоления ими уровня активации, необходимого для запуска
25 реакции при столкновении. Кроме того, в варианте реализации настоящего изобретения, предусматривающем использование динамического, например переменного, электрического поля, направление перемещение ионов изменяется каждый при изменении электрического поля и, соответственно, полярности электродов. Таким образом, переменное электрическое поле создает динамический дисперсный раствор
30 смеси положительных и отрицательных ионов, постоянно находящихся в движении при возрастающей вероятности того, что эти два вида ионов будут сталкиваться с образованием карбоната металла, например MgC03 в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения.
Выбором металла, используемого для его замещения ионами Са2+, может также
35 определяться применимость указанного второго механизма, т.е. механизма нейтрализации ионов С032" или НС03" в воде. Например, если в качестве металла, подлежащего замещению ионами Са2+, выбран алюминий, то любой образовавшийся карбонат алюминия ((А12(С03)3)), который является нестабильным соединением, легко
распадается на гидроксид алюминия (А1_(ОН)3) и диоксид углерода (С02) согласно следующему механизму реакции:
А12(С03)з + ЗН20 -> 2А1(ОН)3 + ЗС02 (5)
В результате образования С02 должны быть приняты специальные меры для 5 дегазации ионного реактора, не говоря уже о том, что может потребоваться дополнительная обработка отходящего газа, хотя А1(ОН)3 очень плохо растворим в воде и будет осаждаться. Тем не менее, как будет более подробно раскрыто ниже, использование алюминия как металла для замещения, а также металла для нейтрализации ионов С032" or НС03" в воде может быть менее предпочтительным по
10 сравнению с другими металлами, например магнием.
Третий механизм снижения концентрации ионов Са2+ и С032" или НС03" в воде, являющийся менее предпочтительным, чем раскрытые здесь механизмы замещения и нейтрализации, состоит в восстановлении карбоната кальция, СаС03, в ионном реакторе. Карбонат кальция может быть восстановлен в ионном реакторе путем создания в воде
15 множества первоначальных центров кристаллизации, вокруг которых в дальнейшем может продолжаться образование карбоната кальция. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения этот третий механизм может использоваться, например, для удаления или сбора любых оставшихся ионов Са2+, которые не удалось заместить металлом в кристаллической решетке металла электрода.
20 В одном из вариантов реализации настоящего изобретения снижение
концентрации или плотности ионов Са2+ и С032" или НС03" происходит, в первую очередь, через механизм замещения. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения снижение концентрации или плотности ионов Са2+ и С032" или НС03" происходит через механизм замещения и образование карбоната металла, как описано выше. В других
25 вариантах реализации настоящего изобретения снижение концентрации или плотности ионов Са2+ и СОз2" или НС03" происходит через механизм замещения в сочетании с образованием карбоната металла и/или восстановлением карбоната кальция.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения любой из указанных механизмов или любая комбинация этих механизмов могут использоваться без
30 дополнительной химической обработки воды. Кроме того, в некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения любой из указанных механизмов или любая комбинация этих механизмов могут быть дополнены химическим присадками или дополнительной химической обработкой воды.
Способ, технологическое оборудование и/или система согласно настоящему
35 изобретению, нейтрализующие ионы Са2+ и С032" без использования химических присадок, уменьшают или предотвращают образование СаС03, который может приводить к образованию накипи в технологическом оборудовании, сопряженном с оборудованием
согласно настоящему изобретению. Авторами изобретения было предложено замещение ионов Са2+ ионами другого металла с тем, чтобы нейтрализовать возможность ионов Са2+ воды ассоциироваться с ионами С032" воды и тем самым предотвратить образование соединений, ответственных за образование накипи в оборудовании указанных водяных 5 систем.
Например, для стимулирования ионов Са2+ к их замещению ионами другого металла или даже ионами других металлов может быть использован физический способ. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения источник ионов металла или ионов металлов может представлять собой один или более металлических электродов.
10 Указанные один или более металлических электродов могут быть расположены в
элементарном объеме воды или в реакторе, который именуется здесь "ионным реактором". В одном из вариантов реализации настоящего изобретения вода может пропускаться между, например, двумя металлическими электродами, что приводит к недонасыщению воды ионами, снижению потенциала образования СаС03 и
15 предотвращению образования накипи в системах, в которых впоследствии будет использоваться обработанная вода. Например, ионный реактор может быть выполнен и может управляться таким образом, чтобы снизить концентрацию остающихся в воде ионов, образующих накипь, с целью подавления образования накипи на частях технологического оборудования, функционирующих при повышенных температурах.
20 ФИГ. 1 показывает ионный реактор 10 согласно одному из вариантов реализации
настоящего изобретения, который осуществляет обработку водного потока перед его подачей на одну или более единиц технологического оборудования, расположенного далее в технологической цепи, например в котел 100. В иллюстративном варианте на ФИГ. 1 ионный реактор 10 расположен в водном потоке до места его ввода в
25 технологическое оборудование, расположенное далее в технологической цепи. Вода вводится в ионный реактор 10 через реакторный вход 20. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения ионный реактор 10 выполнен с возможностью активации в момент поступления воды в реактор 10 через реакторный вход 20. Впускная вода активирует включатель 30, в результате чего происходит подача электропитания от
30 источника питания (согласно данному иллюстративному варианту - от источника электропитания 40 переменного тока) на множество электродов 50.
В результате наложенное электрическое поле, в данном иллюстративном варианте - переменное электрическое поле, производит обработку множества элементарных объемов воды, пропускаемых между электродами, благодаря чему
35 повышается вероятность замещения ионов Са2+ атомами металла в кристаллической решетке металла электродов. Кроме того, электрическое поле, в данном иллюстративном варианте - переменное электрическое поле, повышает вероятность столкновений между ионами и, более того, сообщает сталкивающимся ионам такую скорость, при которой
будет происходить реакция замещенных ионов металла с ионами С032", в результате чего ионы С032" удаляются из воды или нейтрализуются. Любые ионы Са2+, которые не замещены атомами металла кристаллической решетки металла электродов, могут сталкиваться с ионами С032" или НС03" с образованием СаС03 и его осаждением в 5 ионном реакторе 10.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения электроды содержат магний, и ионы Са2+ замещаются ионами Мд2+ из кристаллической решетки металла электродов. Кроме того, нейтрализация ионов С032" или НС03"приводит к образованию MgC03 в ионном реакторе 10. Разумеется, как будет более подробно раскрыто ниже,
10 ионы С032" и НС03" могут также быть нейтрализованы ионами Са2+, не замещенными ионами металла электродов. Таким образом, образующийся карбонат металла, которым, согласно данному конкретному варианту реализации настоящего изобретения, является MgC03, и любой образующийся СаС03 могут быть подвергнуты осаждению, сбору и удалению из ионного реактора 10. Согласно некоторым вариантам реализации
15 настоящего изобретения, скорость водного потока такова, что образующийся карбонат металла, которым, согласно данному конкретному варианту реализации настоящего изобретения, является MgC03, и любой образующийся СаС03 могут быть захвачены потоком и быть выведены из реактора 10 через реакторный выход 70 вместе с обработанной водой. В этом варианте реализации настоящего изобретения карбонат
20 металла, которым, согласно данному конкретному варианту, является MgC03, и любой образующийся СаС03 должны быть удалены из обработанной воды после того, как она будет выведена из ионного реактора 10.
Для предотвращения нарастания слоя осадка на электроды 50 ионного реактора 10 может быть использован ультразвуковой преобразователь 60. Обработанная вода
25 выходит из ионного реактора через реакторный выход 70 и поступает в котел 100 по трубопроводной системе 80.
Как будет более подробно раскрыто ниже, степень снижения плотности ионов в обработанной воде зависит от времени нахождения или выдержки воды в ионном реакторе 10. Например, время нахождения воды в ионном реакторе 10 может быть
30 задано определенными конструкционными параметрами ионного реактора 10. Например, время нахождения воды в ионном реакторе 10 будет определяться объемом реактора. Другими конструкционными факторами, которые могут повлиять на время нахождения воды в ионном реакторе 10, являются, во-первых, то, проходит ли вода через множество ячеек в ионном реакторе 10, и, во-вторых, то, каким образом расположены эти ячейки -
35 последовательно, параллельно или комбинированным образом. Кроме того, на время нахождения воды в ионном реакторе 10 может повлиять скорость водного потока в реакторе.
Плотность ионов в обработанной воде можно контролировать, например, путем измерения удельной проводимости воды с целью определения концентрации ионов, остающихся в обработанной воде. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, контроллер может осуществлять регулирование определенных 5 контрольных параметров для достижения, например, целевой удельной проводимости. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения контроллер может осуществлять регулирование скорости потока воды в ионном реакторе 10 с целью обеспечения необходимого времени нахождения или выдержки воды в реакторе. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения контроллер может
10 осуществлять регулирование напряженности электрического поля в ионном реакторе 10. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения контроллер может осуществлять регулирование скорости водного потока и напряженности электрического поля в ионном реакторе 10.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения удельная
15 проводимость обработанной воды, выходящей из ионного реактора 10, составляет менее 50% от удельной проводимости необработанной воды, поступающей в реактор. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения удельная проводимость обработанной воды, выходящей из ионного реактора 10, составляет менее 25% от удельной проводимости необработанной воды, поступающей в реактор. В некоторых
20 других вариантах реализации настоящего изобретения удельная проводимость обработанной воды, выходящей из ионного реактора 10, приблизительно составляет менее 10% от удельной проводимости необработанной воды, поступающей в реактор. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения удельная проводимость обработанной воды, выходящей из ионного реактора 10, приблизительно
25 составляет менее 5% от удельной проводимости необработанной воды, поступающей в реактор. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения удельная проводимость обработанной воды, выходящей из ионного реактора 10, приблизительно составляет менее 1% от удельной проводимости необработанной воды, поступающей в реактор.
30 Скорость реакции, приводящей к образованию карбоната кальция и образованию
накипи в технологическом оборудовании, расположенном далее в технологической цепи, будет уменьшаться на величину, эквивалентную квадрату степени снижения концентрации или плотности ионов Са2+ and С032". Например, если концентрация или плотность ионов Са2+ and С032" снизилась на 25%, скорость реакции ассоциации этих
35 ионов снизится на (1/4)2 или на 1/16 по сравнению со скоростью реакции ионных соединений в необработанной или исходной воде.
Согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения на ФИГ. 1, обработанная вода поступает через котловой вход 110 в котел 100, где
нагревается посредством нагревательных элементов 120. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения, показанном на ФИГ. 1, котел является электрическим, и нагрев нагревательных элементов 120 производится электрической мощностью, подаваемой от источника электропитания 130 переменного тока. В других 5 вариантах реализации настоящего изобретения могут быть использованы другие неограничительные примеры котла 100, в том числе один или более паровых котлов, котлов, использующих горение топлива, котлов-утилизаторов тепла, котлов, использующих сжигание в кипящем слое, котлов на термической текучей среде и котлов на возобновляемых источниках энергии. Нагретая вода и/или пар выходит из котла 100
10 через котловой выход 140.
ФИГ. 2 показывает одноячеечный ионный реактор 150 согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Вода поступает в одноячеечный ионный реактор 150 через реакторный вход 160. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения на ФИГ. 2 источник электропитания 170 переменного тока
15 подает электрическую мощность на металлические электродные поверхности или электроды 180, 190 с целью генерирования переменного электрического поля. Вода протекает между электродами 180, 190, которые при этом генерируют электрическое поле, проходящее через водный поток, когда последний протекает между этими электродами. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения генерируется
20 переменное электрическое поле. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения на электроды 180, 190 подается электрическое напряжение для генерирования электрического поля. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения указанное электрическое напряжение может быть переменным напряжением. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения может быть
25 задана определенная форма электрического напряжения. Без намерения установить ограничение и лишь в качестве примера необходимо отметить, что может быть задана по меньшей мере одна из следующих форм напряжения: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения генерируется
30 импульсное переменное электрическое поле. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения электрическая мощность может подаваться на электроды от источника электропитания постоянного тока (не показан), в результате чего генерируется электрическое поле постоянного тока. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения указанное электрическое поле представляет собой импульсное
35 электрическое поле постоянного тока. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения форма любого из электрических полей постоянного тока, включая импульсное электрическое поле постоянного тока, может быть задана такой, чтобы инвертировать сигнал и тем самым изменять полярность электродов. Кроме того,
согласно этим же вариантам реализации настоящего изобретения, форма импульсного электрического поля может быть задана такой, чтобы инверсия происходила с определенной частотой.
Напряженность электрического поля может составлять от примерно 1 кВ/м до 5 примерно 300 кВ/м, от примерно 5 кВ/м до примерно 150 кВ/м, от примерно 10 кВ/м до примерно 100 кВ/м, от примерно 25 кВ/м до примерно 75 кВ/м, и от примерно 30 кВ/м до примерно 50 кВ/м. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения напряженность электрического поля может составлять примерно 40 кВ/м.
Для предотвращения нарастания слоя осадка на электродах 180 и 190 может
10 использоваться ультразвуковой преобразователь 200. Обработанная вода выходит из одноячеечного ионного реактора 150 через реакторный выход 210.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения указанные электроды могут быть изготовлены из алюминия, либо металл электрода может содержать атомы алюминия (AI) в кристаллической решетке. Атомы алюминия в кристаллической решетке
15 металла электродов могут быть замещены атомами кальция, например, при условиях, описанных выше. Атом алюминия имеет три валентных электрона; таким образом, заряд иона алюминия равен +3. Атом кальция имеет два валентных электрона; таким образом, как было показано выше, заряд иона кальция равен +2. Следовательно, три (3) атома кальция необходимы для замещения двух (2) атомов алюминия в структуре
20 кристаллической решетки металла электродов.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения указанные электроды могут быть изготовлены из магния, либо металл электрода может содержать атомы магния (Мд) в кристаллической решетке. Как атомы кальция, так и атомы магния имеют по 2 валентных электрода. Таким образом, один (1) атом кальция необходим для
25 замещения одного (1) атома магния в структуре кристаллической решетки металла электродов. Согласно вышеописанной теории столкновений, только один атом кальция должен находиться вблизи атома магния в кристаллической решетке металла электродов с целью замещения атомом магния, в то время как для замещения атомом алюминия, вблизи этого атома в кристаллической решетке металла электродов должно находится
30 большее число атомов кальция, более конкретно - три атома кальция на один атом алюминия, и поэтому замещение атомов магния атомами кальция имеет более высокую вероятность, чем замещение атомов алюминия атомами кальция.
ФИГ. 3 показывает график зависимости относительной удельной проводимости от продолжительности обработки электрическим полем согласно некоторым вариантам
35 реализации настоящего изобретения. По оси 220 "у" отложено отношение удельной проводимости обработанной воды к удельной проводимости необработанной воды. По оси 230 "х" отложено время (в секундах), в течение которого заданный элементарный объем воды подвергается действию электрического поля в ионном реакторе. Как
показано на графике, степень относительного снижения удельной проводимости зависит от времени нахождения или времени выдержки воды в ионном реакторе при приложении электрического поля. Кривая 240 для алюминия показывает результаты для электродов, содержащих алюминий (AI), а кривая 250 для магния показывает результаты для 5 электродов, содержащих магний (Мд). Как следует из обеих кривых 240, 250, увеличение времени нахождения единичного объема воды под действием электрического поля приводит к увеличению степени снижения концентраций ионов в обработанной воде. Кроме того, из графика на ФИГ. 3 следует, что более высокая степень снижения концентраций ионов при сравнимых значениях времени нахождения достигается в
10 случае, когда для обработки воды используются электроды, содержащие магний.
На фиг. 4А и 4В показан иллюстративный вариант реализации многоячеечного ионного реактора пакетного типа согласно настоящему изобретению. Без намерения установить ограничение необходимо отметить, что многоячеечный ионный реактор 300 пакетного типа, показанный на ФИГ. 4А и 4В, обычно выполняется в расчете на обработку
15 более значительных объемов воды для использования в оборудовании, расположенном далее в технологической цепи. ФИГ. 4А показывает вид сбоку в разрезе многоячеечного ионного реактора 300 пакетного типа, имеющего вход 310 для обрабатываемой воды. Многоячеечный ионный реактор 300 пакетного типа, как следует из его названия, выполнен путем размещения множества элементарных ячеечных реакторов или ячеек
20 320 друг над другом в виде пакета. Вода может быть параллельно распределена по ячейкам 320 ионного реактора 300, и ячейки 320 разделены электродами 330, которые выполняют функцию стенок для разделения ячеек 320 и индивидуально промаркированы цифрами от 1 до 15 в данном иллюстративном варианте. Электроды 330 с нечетными номерами могут быть соединены с одним полюсом источника электропитания, например
25 источника переменного тока, а электроды 330 с четными номерами могут быть соединены с другими полюсом источника электропитания, например источника переменного тока.
Для предотвращения нарастания слоя осадка на электродах 330 ионного реактора 300 может использоваться ультразвуковой преобразователь 340. Обработанная вода выводится из ионного реактора 300 через выход 350.
30 Многоячеечный ионный реактор 300 пакетного типа характеризуется площадью А1
поперечного сечения, через которую проходит вода внутри реактора. Другая характеристическая площадь А2 поперечного сечения определяется как меньшее из двух значений, одним из которых является площадь поперечного сечения трубы, образующей вход 310, а другим - площадь поперечного сечения трубы, образующей выход 350.
35 Нужная продолжительность времени выдержки или времени нахождения обрабатываемой воды в многоячеечном ионном реакторе 300 пакетного типа может быть обеспечена путем задания нужного отношения А1 к А2. Например, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, отношение площади поперечного
сечения реактора, через которое протекает вода, к меньшему из двух значений, одним из которых является площадь поперечного сечения входной трубы, а другим - площадь поперечного сечения выходной трубы, т.е. отношение, определяемое здесь как А1:А2, может составлять от примерно 48:1 до примерно 1:1, от примерно 36:1 до примерно 4:3, 5 от примерно 18:1 до примерно 2:1 и от примерно 9:1 до примерно 3:1.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения ионный реактор 300 может быть выполнен с возможностью последовательного протекания воды через ячейки 320. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения ионный реактор 300 может быть выполнен с возможностью протекания воды через ячейки 320, имеющие
10 последовательную и параллельную конфигурации. Не желая быть связанными теорией, необходимо отметить, что данные типы конфигураций могут использоваться для увеличения времени нахождения элементарного объема воды, подлежащего обработке электрическим полем, в ионном реакторе 300.
ФИГ. 4В показывает вид в поперечном сечении по линии ВВ' многоячеечного
15 ионного реактора 300 пакетного типа на ФИГ. 4А. На ФИГ. 4В показаны ячейки 320 и электроды 330. Кроме того, данный чертеж показывает парные электроды 360 и 370, которые расположены по периферии ячеек 350. Каждый из парных электродов 360 и 370 может получать электрическую мощность от источника электропитания (не показан) с целью генерирования электрического поля в каждой из ячеек 350.
20 ФИГ. 5А и 5В показывают иллюстративный вариант реализации настоящего
изобретения с другим многоячеечным ионным реактором. Без намерения установить ограничение необходимо отметить, что обычно многоячеечный ионный реактор 400 пакетного типа, представленный иллюстративным вариантом на ФИГ. 5А и 5В, выполняется в расчете на обработку более значительных объемов воды для
25 использования в технологическом оборудовании, расположенном далее в технологической цепи. Многоячеечный ионный реактор 400 пакетного типа согласно иллюстративному варианту, представленному на ФИГ. 5А и 5В, выполнен с круглым сечением, через которое протекает вода. ФИГ. 5А показывает боковой вид в сечении многоячеечного ионного реактора 400, имеющего вход 410 для обрабатываемой воды.
30 Вода может быть параллельно распределена по ячейкам 420 ионного реактора 400, при этом ячейки 420 выполнены в кольцевой конфигурации и разделены электродами 430, которые выполняют также функцию стенок для разделения ячеек 420 и индивидуально промаркированы цифрами от 1 до 8 в данном иллюстративном варианте. Электроды 420 с четными номерами могут быть соединены с одним полюсом источника электропитания,
35 например источника переменного тока, а электроды 430 с нечетными номерами могут быть соединены с другим полюсом источника электропитания, например источника переменного тока.
В другом варианте электроды могут располагаться вдоль любой стороны стенок, образующих ячейки 420 с этими электродами, получающими электрическую мощность от источника электропитания (не показан) с целью генерирования электрического поля в каждой из ячеек 420.
5 Для предотвращения нарастания слоя осадка на электродах 430 ионного реактора
400 может использоваться ультразвуковой преобразователь 440. Обработанная вода выводится из ионного реактора 400 через выход 450.
Многоячеечный ионный реактор 400 пакетного типа характеризуется площадью А1 поперечного сечения, через которую проходит вода внутри реактора. Другая
10 характеристическая площадь А2 поперечного сечения определяется как меньшее из двух значений, одним из которых является площадь поперечного сечения трубы, образующей вход 410, а другим - площадь поперечного сечения трубы, образующей выход 450. Нужная продолжительность времени выдержки или времени нахождения обрабатываемой воды в многоячеечном ионном реакторе 400 пакетного типа может быть
15 обеспечена путем задания нужного отношения А1 к А2. Например, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, отношение площади поперечного сечения реактора, через которое протекает вода, к меньшему из двух значений, одним из которых является площадь поперечного сечения входной трубы, а другим - площадь поперечного сечения выходной трубы, т.е. отношение, определяемое здесь как А1:А2,
20 может составлять от примерно 48:1 до примерно 1:1, от примерно 36:1 до примерно 4:3, от примерно 18:1 до примерно 2:1 и от примерно 9:1 до примерно 3:1.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения ионный реактор 400 может быть выполнен с возможностью последовательного протекания воды через ячейки 420. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения ионный реактор
25 400 может быть выполнен с возможностью протекания воды через ячейки 420 в последовательной и параллельной конфигурациях. Не желая быть связанными теорией, необходимо отметить, что данные типы конфигураций могут использоваться для увеличения времени нахождения элементарного объема воды, подлежащего обработке электрическим полем, в ионном реакторе 400.
30 ФИГ. 5В показывает вид в поперечном сечении по линии ВВ' на ФИГ. 5А
многоячеечного ионного реактора 400 пакетного типа на ФИГ. 5А. На ФИГ. 5В показаны ячейки 420 и стенки 430.
С использованием ионного реактора, имеющего алюминиевые электроды, была проведена серия испытаний. Вода, имеющая различные концентрации карбоната
35 кальция, подавалась в ионный реактор с различными скоростями так, чтобы обеспечивалась требуемая продолжительность обработки воды электрическим полем. Помимо этого, испытания проводились при различных значениях напряженности электрического поля, составлявших 20 кВ/м, 30 кВ/м и 40 кВ/м. Испытательное устройство
было оснащено датчиком для измерения удельной проводимости обработанной воды. Результаты этих испытаний показаны на ФИГ. 6А, 6В, 7А, 7В, 8А и 8В.
ФИГ. 6А показывает график зависимости удельной проводимости от продолжительности обработки (как продолжительности в поле, так и общей 5 продолжительности в системе) для различных напряженностей поля, составлявших 20 кВ/м, 30 кВ/м и 40 кВ/м, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. ФИГ. 6В показывает график зависимости удельной проводимости, выраженной в микросименс (мкСм), от напряженности поля при различных значениях продолжительности обработки, составлявших 5, 12 и 24 секунды. Концентрация
10 карбоната кальция в потоке необработанной воды для обеих ФИГ. 6А и 6В составляла 0,25 г/л. Эти графики показывают, что повышение напряженности поля и продолжительности обработки приводит к снижению концентраций ионов в обработанной воде при использовании алюминия в качестве металла для замещения. Тем не менее, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения, как следует из данных на
15 ФИГ. 3, предпочтительнее использовать магний в качестве металла для замещения. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения металл для замещения может содержать алюминий и магний.
ФИГ. 7А показывает график зависимости удельной проводимости от продолжительности обработки (как продолжительности в поле, так и общей
20 продолжительности в системе) для различных напряженностей поля, составлявших 20 кВ/м, 30 кВ/м и 40 кВ/м, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. ФИГ. 7В показывает график зависимости удельной проводимости, выраженной в микросименс (мкСм), от напряженности поля при различных значениях продолжительности обработки, составлявших 5, 12 и 24 секунды, согласно одному из
25 вариантов реализации настоящего изобретения. Концентрация карбоната кальция в потоке необработанной воды для обеих ФИГ. 7А и 7В составляла 0,5 г/л. Эти графики показывают, что повышение напряженности поля и продолжительности обработки приводит к снижению концентраций ионов в обработанной воде при использовании алюминия в качестве металла для замещения. Тем не менее, в некоторых вариантах
30 реализации настоящего изобретения, как следует из данных на ФИГ. 3, предпочтительнее использовать магний в качестве металла для замещения. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения металл для замещения может содержать алюминий и магний.
ФИГ. 8А показывает график зависимости удельной проводимости от 35 продолжительности обработки (как продолжительности в поле, так и общей продолжительности в системе) для различных напряженностей поля, составлявших 20 кВ/м, 30 кВ/м и 40 кВ/м, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. ФИГ. 8В показывает график зависимости удельной проводимости,
выраженной в микросименс (мкСм), от напряженности поля при различных значениях продолжительности обработки, составлявших 5, 12 и 24 секунды, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Концентрация карбоната кальция в потоке необработанной воды для обеих ФИГ. 8А и 8В составляла 1 г/л. Эти графики 5 показывают, что повышение напряженности поля и продолжительности обработки приводит к снижению концентраций ионов в обработанной воде при использовании алюминия в качестве металла для замещения. Тем не менее, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения, как следует из данных на ФИГ. 3, предпочтительнее использовать магний в качестве металла для замещения. В некоторых вариантах 10 реализации настоящего изобретения металл для замещения может содержать алюминий и магний.
В частности, эти система, технологическое оборудование и способ основаны на механизмах замещения ионов Са2+ ионами или атомами металла электродов и нейтрализации ионов С032" и/или НС03" путем поддержки столкновений этих
15 отрицательных ионов с любыми незамещенными ионами и обеспечения активации, необходимой для инициирования соответствующей реакции, как было более подробно описано выше. Кроме того, эти система, оборудование и способ могут эффективно поддерживать столкновение указанных отрицательных ионов с любыми незамещенными ионами Са2+и обеспечивать активацию, необходимую для запуска соответствующей
20 реакции. Разумеется, эти система, оборудование и способ согласно настоящему изобретению будут обеспечивать удаление любых образовавшихся ионных соединений, таких как карбонаты металлов и, в частности, карбонат кальция, перед вводом обработанной воды в технологическое оборудование, расположенное далее в технологической цепи.
25 ФИГ. 9 показывает пошаговую блок-схему способа обработки воды согласно
одному из вариантов реализации настоящего изобретения. В способе 500 обработки воды обеспечивают водный поток, содержащий множество положительно и отрицательно заряженных ионов (шаг 510). Такими положительно и отрицательно заряженными ионами могут быть например, ионы минеральных примесей. Эти ионы минеральных примесей
30 могут быть чувствительны к ассоциации и осаждению, например, при изменяющихся условиях, в частности при изменении температуры, давления, щелочности и т.п.
Далее, в способе 500 обработки воды пропускают водный поток между первым и вторым электродами, по меньшей мере один из которых содержит металл (шаг 520), и генерируют электрическое поле, проходящее через водный поток, путем подачи
35 напряжения между первым и вторым электродами (шаг 530). Указанное напряжение обычно характеризуется определенной формой.
Далее, в способе 500 обработки воды замещают один или более из множества положительно заряженных ионов на один или более положительно заряженных ионов
металла (шаг 540). Данный способ может дополнительно включать в себя шаг, на котором осуществляют реакцию одного или более отрицательно заряженных ионов с одним или более положительно заряженными ионами с образованием ионного соединения (шаг 550). Опционально, способ 500 обработки воды может содержать шаг, 5 на котором осуществляют реакцию любого одного или более из множества оставшихся положительно заряженных ионов с одним или более из множества отрицательно заряженных ионов (шаг 560). Способ 500 обработки воды может дополнительно включать в себя шаг, на котором удаляют указанное и любые другие ионные соединения из водного потока (шаг 570).
10 В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения может быть
предпочтительной упорядоченная последовательность выполнения шагов указанного способа. В других вариантах реализации порядок выполнения шагов не обязательно является фиксированным, и они могут даже выполняться по существу одновременно. Например, шаг обеспечивания водного потока и шаг генерирования электрического поля
15 могут выполняться одновременно и могут быть непрерывными, что особенно предпочтительно в технологическом оборудовании с непрерывным циклом работы.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения указанное электрическое напряжение может быть переменным напряжением. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения форма электрического напряжения
20 может представлять собой любую одну из следующих: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металл представляет собой алюминий. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения, металл представляет собой магний. В этой связи, в зависимости от типа
25 металла может быть опционально выполнен шаг 550, на котором осуществляют реакцию одного или более отрицательно заряженных ионов с одним или более положительно заряженными ионами металла.
В качестве аспекта настоящего изобретения может быть также предложен обработанный водный поток, полученный согласно любому из вышеуказанных аспектов
30 изобретения.
ПРИМЕРЫ Примеры 1-2
Были проведены дополнительные испытания с целью определения степени снижения плотности или концентрации ионов в ионном реакторе, конфигурация которого 35 сходна с изображенной на ФИГ. 1. Эта степень снижения измерялась на основании отношения удельной проводимости исходной или необработанной воды, поступающей в ионный реактор, генерирующий электрическое поле с напряженностью 40 кВ/м (см.,
например, ФИГ. 4), к удельной проводимости обработанной воды на выходе из реактора. Пример 1 показывает результаты для ионного реактора, имеющего магниевые электроды. Пример 2 показывает результаты для ионного реактора, имеющего алюминиевые электроды. Результаты испытаний сведены в ТАБЛИЦУ 1.
ТАБЛИЦА 1
Время (в секундах) нахождения или выдержки воды в электрическом поле ионного
реактора
(Напряженность переменного электрического поля 40 кВ/м)
Тип электродов
Удельная проводимость обработанной воды
Пример 1 Магниевые
Пример 2 Алюминиевые
50% от исходной воды
25% от исходной воды
5 Не желая быть связанными теорией, необходимо отметить, что, как следует из
содержимого ТАБЛИЦЫ 1, при условиях испытаний магний оказался более эффективным металлом для замещения, чем алюминий.
Идеи, изложенные в приведенном выше описании и на приложенных чертежах, помогут специалистам в данной области техники в поиске новых модификаций и иных
10 вариантов реализации описанного здесь изобретения. Поэтому следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается лишь раскрытыми здесь конкретными вариантами реализации, при этом любые модификации и иные варианты реализации должны быть ориентированы на включение в объем притязаний формулы изобретения. Кроме того, хотя приведенное выше описание и приложенные чертежи описывают
15 иллюстративные варианты с конкретными иллюстративными комбинациями элементов и/или функций, следует понимать, что в альтернативных вариантах могут быть представлены иные комбинации элементов и/или функций без выхода за рамки объема притязаний. В этой связи, например, иные комбинации элементов и/или функций, отличные от тех, которые были подробно описаны выше, также рассматриваются как
20 имеющие возможность включения в некоторые пункты приложенной формулы изобретения. Несмотря на применение здесь специальных терминов, они используются лишь в общем и описательном смысле и не предназначены для ограничительных целей.
1. Ионный реактор, содержащий:
одну или более ячеек, каждая из которых содержит два электрода, по меньшей мере один из которых содержит металл;
водный поток, содержащий множество положительно и отрицательно заряженных ионов и протекающий через указанную одну или более ячеек; и
электрическое напряжение, приложенное к двум электродам с целью генерирования электрического поля через водный поток,
при этом один или более из множества положительно заряженных ионов замещаются на один или более положительно заряженных ионов металла.
2. Ионный реактор по п. 1, в котором один или более из множества отрицательно заряженных ионов вступают в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения.
3. Ионный реактор по п. 2, в котором одна или более из любого оставшегося множества положительно заряженных частиц вступают в реакцию с еще одной или более из множества отрицательно заряженных частиц с образованием еще одного ионного соединения.
4. Ионный реактор по п. 3, дополнительно содержащий сепаратор, выполненный с возможностью отделения указанного ионного соединения и любого из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
5. Ионный реактор по п. 1, в котором электрическое напряжение представляет собой переменное электрическое напряжение.
6. Ионный реактор по п. 1, в котором электрическое напряжение характеризуется формой, которая представляет собой любую из следующих: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
7. Ионный реактор по п. 1, в котором металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
8. Ионный реактор по п. 1, дополнительно содержащий ультразвуковой преобразователь для предотвращения нарастания слоя осадка на двух электродах.
9. Способ обработки воды, в котором:
обеспечивают водный поток, содержащий множество положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных ионов;
пропускают водный поток между первым электродом и вторым электродом, по меньше мере один из которых содержит металл;
генерируют электрическое поле через водный поток путем подачи электрического напряжения между первым и вторым электродами; и
замещают один или более из множества положительно заряженных ионов одним или более положительно заряженными ионами металла.
10. Способ по п. 9, в котором дополнительно осуществляют реакцию одного или более из множества отрицательно заряженных ионов с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения.
11. Способ по п. 10, в котором дополнительно осуществляют реакцию одного или более из любого оставшегося множества положительно заряженных ионов с еще одним или более из множества отрицательно заряженных ионов с образованием еще одного ионного соединения.
12. Способ по п. 11, в котором дополнительно удаляют указанное ионное соединение и любое из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
13. Способ по п. 9, в котором электрическое напряжение представляет собой переменное электрическое напряжение.
14. Способ по п. 9, в котором электрическое напряжение характеризуется формой, которая представляет собой любую из следующих: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
15. Способ по п. 9, в котором металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
16. Система обработки воды, содержащая реактор, имеющий:
одну или более ячеек, каждая из которых содержит два электрода, по меньшей мере один из которых содержит металл;
водный поток, содержащий множество положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных ионов и протекающий через указанную одну или более ячеек;
и электрическое напряжение, приложенное к двум электродам с целью генерирования электрического поля, проходящего через водный поток,
при этом один или более из множества положительно заряженных ионов замещаются одним или более положительно заряженными ионами металла.
17. Система по п. 16, в которой один или более из множества отрицательно заряженных ионов вступают в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения.
18. Система по п. 17, в которой одна или более из любого оставшегося множества положительно заряженных частиц вступают в реакцию с еще одной или более из множества отрицательно заряженных частиц с образованием еще одного ионного соединения.
19. Система по п. 18, дополнительно содержащая сепаратор, выполненный с возможностью отделения указанного ионного соединения и любого из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
20. Система по п. 16, в которой металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
17.
(измененная на международной стадии)
1. Ионный реактор, содержащий:
одну или более ячеек, каждая из которых содержит два электрода, по меньшей мере один из которых содержит металл;
водный поток, содержащий множество положительно и отрицательно заряженных ионов и протекающий через указанную одну или более ячеек; и
электрическое напряжение, приложенное к двум электродам с целью генерирования электрического поля через водный поток,
при этом один или более ионов металла замещаются на один или более из положительно заряженных ионов водного потока.
2. Ионный реактор по п. 1, в котором один или более из множества отрицательно заряженных ионов вступают в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения.
3. Ионный реактор по п. 2, в котором одна или более из любого оставшегося множества положительно заряженных частиц вступают в реакцию с еще одной или более из множества отрицательно заряженных частиц с образованием еще одного ионного соединения.
4. Ионный реактор по п. 3, дополнительно содержащий сепаратор, выполненный с возможностью отделения указанного ионного соединения и любого из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
5. Ионный реактор по п. 1, в котором электрическое напряжение представляет собой переменное электрическое напряжение.
6. Ионный реактор по п. 1, в котором электрическое напряжение характеризуется формой, которая представляет собой любую из следующих: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
7. Ионный реактор по п. 1, в котором металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
8. Ионный реактор по п. 1, дополнительно содержащий ультразвуковой преобразователь для предотвращения нарастания слоя осадка на двух электродах.
9. Способ обработки воды, в котором:
обеспечивают водный поток, содержащий множество положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных ионов;
пропускают водный поток между первым электродом и вторым электродом, по меньше мере один из которых содержит металл;
генерируют электрическое поле через водный поток путем подачи электрического напряжения между первым и вторым электродами; и
замещают один или более ионов металла одним или более из множества положительно заряженных ионов водного потока.
10. Способ по п. 9, в котором дополнительно осуществляют реакцию одного или более из множества отрицательно заряженных ионов с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения.
11. Способ по п. 10, в котором дополнительно осуществляют реакцию одного или более из любого оставшегося множества положительно заряженных ионов с еще одним или более из множества отрицательно заряженных ионов с образованием еще одного ионного соединения.
12. Способ по п. 11, в котором дополнительно удаляют указанное ионное соединение и любое из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
13. Способ по п. 9, в котором электрическое напряжение представляет собой переменное электрическое напряжение.
14. Способ по п. 9, в котором электрическое напряжение характеризуется формой, которая представляет собой любую из следующих: синусоидальная, прямоугольная, трапециевидная и любая их комбинация.
15. Способ по п. 9, в котором металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
16. Система обработки воды, содержащая реактор, имеющий:
одну или более ячеек, каждая из которых содержит два электрода, по меньшей мере один из которых содержит металл;
водный поток, содержащий множество положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных ионов и протекающий через указанную одну или более ячеек;
и электрическое напряжение, приложенное к двум электродам с целью генерирования электрического поля, проходящего через водный поток,
при этом один или более ионов металла замещаются одним или более из множества положительно заряженных ионов водного потока.
17. Система по п. 16, в которой один или более из множества отрицательно заряженных ионов вступают в реакцию с одним или более положительно заряженными ионами металла с образованием ионного соединения.
18. Система по п. 17, в которой одна или более из любого оставшегося множества положительно заряженных частиц вступают в реакцию с еще одной или более из множества отрицательно заряженных частиц с образованием еще одного ионного соединения.
19. Система по п. 18, дополнительно содержащая сепаратор, выполненный с возможностью отделения указанного ионного соединения и любого из указанного еще одного ионного соединения из водного потока.
20. Система по п. 16, в которой металл представляет собой любой из следующих: магний, алюминий и любая их комбинация.
17.
17.
17.
ФИГ. 4В
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
WO 2014/079577 PCT/EP2013/003523
5/8
600
S .fl
13 о
Q. С
о; га i
500
400
300
200
Напряженность электрического поля
20 кВ/м 30 кВ/м
40 кВ/м
fKiyir- уд Продолжительность обработки- система, мин. (ниже)
Ч-'км . I/Л Поле, сек. (выше)
н о о 5
ш о о. с
о; га х
600
500
400 -;
300
200
Продолжительность воздействия электрического поля
5 секунд
12 секунд 24 секунды
ФИГ. 7В
20 30 40
Напряженность электрического поля, кВ/м
о О S
m о
ГС Ш X
§ 5
600
500
400
300 1
200
-г- -
10 4 14
Напряженность электрического поля
20 кВ/м
30 кВ/м
40 кВ/м
29 12
ФИГ 8А Продолжительность обработки - система, мин. (ниже)
Поле, сек. (выше)
600 1
О О S S
с? 400
к го
л с; ш
500 i
| Продолжительность 1 воздействия | электрического поля
300 Л
¦fr- 5 секунд
200
12 секунд lir* 24 секунды
10 20 30 40
ФИГ 8В Напряженность электрического поля, кВ/м
500
Создают водный поток, содержащий множество положительно и отрицательно заряженных ионов.
510
Пропускают водный поток между первым и вторым электродами, по меньшей мере один из которых содержит металл.
520
Генерируют электрическое поле, проходящее через водный поток, путем подачи электрического напряжения между первым и вторым электродами.
530
Замещают один или более из множества положительно заряженных ионов одним или более положительно заряженными ионами металла.
540
Осуществляют реакцию одного или более из множества отрицательно заряженных ионов с одним или более положительно заряженными ионами металла в образованием ионного соединения.
550
Осуществляют реакцию одного или более из оставшегося множества положительно заряженных ионов с еще одним или более из множества отрицательно заряженных ионов с образованием еще одного ионного соединения.
560
Удаляют указанные и любые другие ионные соединения из
водного потока.
570
ФИГ. 9
-4-
-3-
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Заменяющий лист
WO 2014/079577
1/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
1/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
2/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
2/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577 PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577 PCT/EP2013/003523
4/8
WO 2014/079577
4/8
WO 2014/079577
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
WO 2014/079577
7/8
PCT7EP2013/003523
WO 2014/079577
6/8
PCT/EP2013/003523
|
