Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос :  ea201300765a*\id

больше ...
Термины запроса в документе


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к 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 более длительное сохранение биологически активных свойств талой воды. Способ очистки воды включает заполнение емкости водой для очистки, охлаждение и последующее ее замораживание в указанной емкости до формирования жидкого концентрата органических и неорганических примесей, слив указанного жидкого концентрата, плавление льда при положительной температуре до его размораживания с последующим сливом очищенной талой воды. Охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда нагревом осуществляют снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов. Плавление льда под действием положительной температуры 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.


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 время сохранения органолептических и биологически активных свойств очищенной талой воды (в течение не более 17-20 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 К(-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 3-5-7% 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 0,5-5-2 см выше дна емкости. Размораживание льда производят в два этапа, при этом на первом этапе размораживают до 90-5-95% 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) заявляемого технического решения является способ очистки воды (патент РФ №2393996, MTIKC02F1/22, 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 время сохранения органолептических и биологически активных свойств очищенной талой воды (в течение не более 17-20 часов) вследствие локального нагрева 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 кристаллизацией, который обеспечивает более длительное сохранение органолептических и биологически активных свойств очищенной талой воды.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки воды, включающем заполнение емкости водой для очистки, охлаждение и последующее ее замораживание в указанной емкости при температуре выше температуры кристаллизации жидкого концентрата находящихся в воде органических и неорганических примесей в течение времени достаточном для 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, плавление льда под действием положительной температуры 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.
Более длительное сохранение качества и биологически активные свойства 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. Кроме того, талая вода хранится в термоизолированной накопительной емкости при температуре близкой к температуре плавления льда, что обеспечивает сохранение ее качеств около 3-х и более суток.
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 пристеночной 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 380 до 600 мл сливают в канализацию при включении электроклапана 9. Оставшийся 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. Плавление массы льда осуществляют около 1,5 часов 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 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 пристеночного 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. 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 чистого льда. С началом плавления слоя льда блок 7 управления 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 более длительное сохранение органолептических и биологически активных свойств очищенной талой воды (до 3-х и более суток) за счет устранения локального нагрева талой воды у стенки емкости 1 и поддержания температуры талой воды в емкост 12 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 плавление льда под действием положительной температуры 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.
Способ очистки воды
Автор Зоткин СВ.
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, 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, 40-46
RU 2415813 CI (БАБИН ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ и др.) 10.04.201 1, с. 6, строки 4-1 1
RU 2432320 С2 (КОКОУЛИН ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ) 27.10.201 1, с. 9, строки 19-29
RU 51612 U1 (МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА) 27.02.2006
US 5002658 A (BRUCE ISAACS) 26.03.1991
* Особые категории ссылочных документов:
"А" документ, определяющий общий уровень техники
"F" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
^^последующие документы указаны в продолжении графы В данные о патентах-аналогах указаны в приложении
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"I." документ, приведенный в других целях