Аппарат для очистки воды
Полезная модель относится к устройствам для очистки воды в бытовых условиях, улучшающим ее биологические свойства путем удаления растворимых в ней канцерогенных и мутагенных веществ и газов, а также существенно уменьшить содержание в ней тяжелых изотопов водорода (дейтерия) путем фазового разделения исходной воды с примесями, методом кристаллизации вымораживанием в замкнутом объеме на чистую воду и воду с примесями и может быть использована в быту, пищевой промышленности и медицине. Аппарат повышает качество очистки воды от вредных примесей и дейтерия и улучшает удобство пользования указанным устройством. Аппарат для очистки воды включает рабочую емкость с крышкой и коническим днищем с отверстием для слива воды, термоэлектрический модуль для замораживания воды и таяния льда, емкость для приема талой очищенной воды и емкость для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, блок управления термоэлектрическим модулем и трубопроводы со средством для управления сливом воды в последних, подсоединенные к сливному отверстию конического днища рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, сливные патрубки которых установлены соответственно над емкостью для приема очищенной талой воды и емкостью для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия. Термоэлектрический модуль содержит несколько термоэлектрических элементов, расположенных на боковой поверхности рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, средство для управления сливом воды в трубопроводах содержит установленные попарно в последних четыре клапана, а указанные трубопроводы для слива воды дополнительно соединены между собой трубопроводом с фильтром тонкой очистки воды, места соединения которого с трубопроводами для слива воды расположены между клапанами средства для управления сливом воды в указанных трубопроводах. Термоэлектрические элементы расположены снаружи вокруг боковых стенок рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда. Аппарат снабжен электронным блоком управления. 2 з.п.ф. и 1 ил.
Полезная модель относится к устройствам для очистки воды в бытовых условиях, улучшающим ее биологические свойства путем удаления растворимых в ней канцерогенных и мутагенных веществ и газов, а также существенно уменьшить содержание в ней тяжелых изотопов водорода (дейтерия) путем фазового разделения исходной воды с примесями, методом кристаллизации вымораживанием в замкнутом объеме на чистую воду и воду с примесями и может быть использована в быту, пищевой промышленности и медицине.
Известно, что реакция биосистем при воздействии на них воды (Н 2О) может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава Н2 О. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [Kushner D.J., Baker F., Dunstall T.G. Can. J.Physiol. Pharmacol. 1999, Feb. 77(2): 79-88.]. В то же время на разных биообъектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод, полученных с помощью различных технологических процессов, относящихся к категории изотопно-легких, со сниженной в той или иной мере, по сравнению с исходной концентрацией дейтерия [Somlyai G. Let's Defeat Cancer !. Akademiai Kiado, Budapest, 2001.].
Данные литературы свидетельствуют и о биологической эффективности снеговой или талой воды, выражающейся в ее стимулирующем действии на рост и развитие растений [Родимов Б.Н. Действие снеговой воды на живые организмы. «Сельскохозяйственное производство Сибири и Дальнего Востока». Омск 4, 1965 г., стр.56-57.]. Увеличение концентрации тяжелых изотопов в организме человека приводит к изменению нормального хода биохимических процессов, что снижает функциональные возможности организма. В результате возникает необходимость в повышении содержания 1Н216О в обычной питьевой воде.
Известна установка для очистки воды, содержащая емкость для неочищенной воды, установленный в емкости теплообменник для отвода тепла и намораживания льда, средства для нагрева и оттаивания льда, морозильный агрегат с системой его охлаждения, трубопровод с вентилем для слива воды с примесями, трубопровод с вентилем для слива талой воды (патент РФ №2274607, МПК С02F 1/22, опубл. 20.04.2006). Теплообменник выполнен по форме многоступенчатого змеевика, расположенного в верхней части емкости по высоте примерно 1/3÷2/3 высоты емкости на расстоянии 2÷5 см относительно верхнего основания емкости и симметрично относительно ее боковой поверхности с зазором, обеспечивающим возможность объемного намораживания льда в воде вокруг змеевика до размера, не перекрывающего при кристаллизации льдом этот зазор. Емкость снабжена термоизоляционной крышкой и уплотнением, трубопровод для слива воды с примесями установлен в самом сечении конического дна емкости, трубопровод для слива талой воды установлен внизу выше конического дна емкости на 0,5÷2 см. Установка снабжена фильтром тонкой очистки с водоотводящей трубкой с вентилем и насосом для циркуляции и перекачки талой воды под давлением через фильтр тонкой очистки.
Однако указанная установка имеет большие габариты и вес морозильного агрегата с системой его охлаждения, а часть полезного объема в емкости для замораживания воды занята теплообменником, выполненным в виде змеевика, что также повышает габариты устройства и затрудняет его использование в бытовых условиях.
Известен водоочиститель для получения талой питьевой воды, который включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола, и зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом (патент РФ №23412817, МПК C02F 1/22, опубл. 20.12.2007). Водоочиститель имеет раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда, и дополнительно снабжен приводным устройством перемещения стержня
замороженной воды, смонтированным за морозильной камерой и разобщающим устройством, размещенным по центру стержня замороженной воды и выполненным в виде трубы. Разобщающее устройство имеет на входе кольцевую режущую часть, а на выходе - расширяющийся профиль, образующий выходной патрубок для удаления примесей в виде рассола.
Однако данное устройство сложно в конструктивном выполнении, имеет большие габариты морозильной камеры, вес, что затрудняет его использование в бытовых условиях.
Известен водоочиститель для получения талой питьевой воды в промышленных масштабах из морской воды, который включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола и зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом, раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда (Патент Франции №2858607, МПК C02F 1/22, опубл. 11.02.2005).
Однако данное устройство также имеет большие габариты морозильной камеры, общий вес установки, предназначенной для опреснения воды в промышленных масштабах, что затрудняет его использование в бытовых условиях.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является аппарат для очистки воды, включающий емкость с крышкой и коническим днищем с отверстием для слива воды и термоэлектрическим модулем для замораживания воды и таяния льда, емкость для приема талой очищенной воды и емкость для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, блоком управления термоэлектрическим модулем, трубопроводами для слива воды, подсоединенными одними концами к сливному отверстию конического днища емкости для замораживания воды и таяния льда, а другие концы этих трубопроводов снабжены клапанами, под которыми установлены соответственно емкость для приема очищенной талой воды и емкость для приема воды с
примесями и повышенным содержанием дейтерия (Патент Японии №5123668, МПК С02F 1/22, F25В 21/02, опубл. 21.05.1993 г.).
Однако такой аппарат имеет в термоэлектрическом модуле один охлаждающий или нагревающий элемент, который расположен с одной стороны емкости, что не позволяет равномерно по объему замораживать воду в виде осесимметричного тороидального тела или равномерно оттаивать лед, вследствие чего снижается качество очистки воды от вредных примесей и дейтерия. В данном аппарате система слива очищенной (талой) воды и загрязненной примесями в емкости не позволяет быстро подготавливать устройство к работе между циклами и не обеспечивает его работу в автоматическом режиме, что снижает удобство пользование аппаратом.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание такого аппарата для очистки воды, который повышает качество очистки воды от вредных примесей и дейтерия и улучшает удобство пользования указанным устройством.
Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате для очистки воды, включающем рабочую емкость с крышкой и коническим днищем с отверстием для слива воды, термоэлектрический модуль для замораживания воды и таяния льда, емкость для приема талой очищенной воды и емкость для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, блок управления термоэлектрическим модулем и трубопроводы со средством для управления сливом воды в последних, подсоединенные к сливному отверстию конического днища рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, сливные патрубки которых установлены соответственно над емкостью для приема очищенной талой воды и емкостью для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, согласно полезной модели, термоэлектрический модуль содержит несколько термоэлектрических элементов, расположенных на боковой поверхности рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, средство для управления сливом воды в трубопроводах содержит установленные попарно в последних четыре клапана, а указанные трубопроводы для слива воды дополнительно соединены между собой
трубопроводом с фильтром тонкой очистки воды, места соединения которого с трубопроводами для слива воды расположены между клапанами средства для управления сливом воды в указанных трубопроводах. Термоэлектрические элементы расположены снаружи вокруг боковых стенок рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда. Аппарат снабжен электронным блоком управления, включающим блок управления клапанами средства для управления сливом воды в трубопроводах, соединенный с указанными клапанами, программный автомат и блок измерения температуры с датчиком температуры, установленным внутри емкости для замораживания воды и таяния льда, причем программный автомат подключен к блоку управления клапанами, блоку измерения температуры и блоку управления термоэлектрическим модулем.
На чертеже изображена схема заявляемого аппарата для очистки воды.
Аппарат для очистки воды включает корпус 1, в котором размещены рабочая емкость 2 с крышкой 3 и коническим днищем 4 с отверстием 5 для слива воды, термоэлектрический модуль 6 для замораживания воды и таяния льда, емкость 7 для приема талой очищенной воды и емкость 8 для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия. Трубопроводы 9 и 10 содержат средство 11 для управления сливом воды и подсоединены к отверстию 5 конического днища 4 рабочей емкости 2. Сливные патрубки 12 и 13 трубопроводов 9 и 10 установлены соответственно над емкостью 7 для приема очищенной талой воды и емкостью 8 для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия. Термоэлектрический модуль 6 содержит несколько термоэлектрических элементов 14, расположенных снаружи на боковой поверхности рабочей емкости 2 для замораживания воды и таяния льда. Средство 11 для управления сливом воды в трубопроводах 9 и 10 содержит установленные попарно в последних четыре клапана 15, 16, 17 и 18, а указанные трубопроводы 9 и 10 для слива воды дополнительно соединены между собой трубопроводом 19 с фильтром 20 тонкой очистки воды. Места соединения трубопровода 19 с трубопроводами 9 и 10 для слива воды расположены соответственно между клапанами 15, 16 и 17 и 18 средства 11 для управления сливом воды в указанных трубопроводах. Кроме того, аппарат имеет электронный блок 21 управления,
включающий блок 22 управления термоэлектрическим модулем 6, соединенный с его элементами 14, блок 23 управления клапанами 15-18, соединенный с последними, программный автомат 24 и блок 25 измерения температуры с датчиком 26 температуры, установленным внутри емкости 2 для замораживания воды и таяния льда. Программный автомат 24 подключен к блоку 23 управления клапанами, блоку 25 измерения температуры и блоку 22 управления термоэлектрическим модулем 6. В варианте выполнения аппарата для бытовых нужд емкости 2, 7 и 8 имеют объем 2 литра.
Аппарат работает следующим образом.
1. Устройство включают в электрическую сеть.
2. Открывают крышку 3 и в рабочую емкость 2 заливают 1,5-2 литра воды (питьевая, водопроводная по ГОСТу). Крышку 3 закрывают.
3. На пульте управления (на чертеже не показан) включают кнопку «Сеть», соединенную с электронным блоком 21 управления. Загорается индикация сети.
4. Нажимают кнопку «Начать процесс».
Программный автомат 24 в электронном блоке управления 21 выполняет следующий алгоритм работы устройства:
5. Блок управления клапанами 23 открывает клапаны 15 и 18 (клапаны 16, 17 закрыты). Происходит промыв фильтра 20 и трубопроводов 9, 10 и 19 водой в объеме 100 мл из рабочей емкости 2 и слив грязной воды в емкость 8.
6. Клапаны 15 и 18 закрываются.
7. Блок 22 управления термоэлектрическим модулем 6 включает термоэлектрические элементы 14 в режим охлаждения. Электронный блок управления 21 включает блок 25 измерения температуры.
8. В емкости 2 происходит охлаждение воды до температуры кристаллизации 0°С, далее процесс кристаллизации - образование льда и охлаждение полученного льда до минус 4-5°С в течение 4-5 часов. Процесс льдообразования происходит в направлении от стенок рабочей емкости 2, охлаждаемых термоэлектрическими элементами 14 к центру. Отвод тепла от термоэлектрических элементов 14 обеспечивается с помощью радиаторов (на
чертеже не показаны).
Растворенные в воде примеси (соли металлов, органические загрязнения и т.д.) в процессе образования льда вытесняются в объем, расположенный по центру рабочей емкости 2, тем самым происходит образование «рассола» - вода с повышенным содержанием солей и различных загрязнителей. В соответствии с общеизвестными данными температура замерзания данного «рассола» составляет минус 6-7°С.
9. блок 23 управления клапанами открывает клапаны 17, 18 (клапаны 15, 16 закрыты). Происходит слив «рассола» из рабочей емкости 2 по трубопроводу 10 в емкость 8 в течение 2-5 минут. Клапаны 17, 18 закрываются.
10. Блок 22 управления термоэлектрическим модулем 6 включает термоэлектрические элементы 14 в режим нагрева. Происходит повышение температуры льда в рабочей емкости 2 до температуры 0°С, при которой наступает плавление льда и последующий нагрев полученной очищенной талой воды до температуры +2°С в течение времени 2-3 часа.
11. Блок 22 управления термоэлектрическим модулем 6 включает термоэлектрические элементы 14 в режим термостата для поддержания заданной температуры очищенной талой воды в рабочей емкости 2 в диапазоне плюс 2-3°С. Находящаяся в составе талой воды тяжелая вода (D2O) имеет температуру замерзания +3,8 градуса Цельсия, таким образом в процессе поддержания температуры талой воды в диапазоне +2+3 градуса Цельсия, происходит процесс кристаллизации тяжелой воды с образованием мелких кристаллов тяжелой воды.
12. После истечения времени 1-2 часа на электронном блоке 21 управления загорается надпись «Процесс окончен». После загорания надписи в течение 5 часов может бить реализован слив талой воды и выключение устройства.
13. Нажимают кнопку «Талая вода». Блок 23 управления клапанами открывает клапаны 16, 17 (клапаны 15, 18 закрыты), происходит слив талой воды по трубопроводам 9, 10 через фильтр 20 в емкость 7 в течение времени 3-5 минут. Прохождение талой воды через фильтр 20 обеспечивает осаждение на нем мельчайших кристаллов тяжелой воды (D2O). Блок 23 управления клапанами
закрывает клапаны 16, 17. Блок 22 управления термоэлектрическим модулем 6 выключает термоэлектрические элементы 14. Электронный блок 21 управления выключает блок 25 измерения температуры и выключается сам.
14. Если в течение 5 часов после загорания надписи «Процесс окончен» не произведен слив талой воды и отключения устройства, то программный автомат 24 подает сигнал на электронный блоку 21 управления, который выдает команду блоку 23 управления клапанами. При этом открываются клапаны 17, 18 (клапаны 15, 17 закрыты). Происходит слив талой воды в емкость 8. Клапаны 17, 18 закрываются, отключается блок 23 управления клапанами, отключается блок 22 управления термоэлектрическим модулем 6, отключается блок 25 измерения температуры, отключается программный автомат 24, отключается электронный блок 21 управления. Общее время протекания процесса получения талой воды 7-10 часов.
15. Кнопку «Сеть» выключают.
Таким образом, заявляемый аппарат для очистки воды по сравнению с известными аналогами и прототипом повышает качество очистки воды от вредных примесей и дейтерия за счет концентрирования удаляемых примесей в приосевой зоне рабочей емкости, а улавливание кристаллов тяжелой воды (дейтерия) посредством фильтра тонкой очистки и улучшает удобство пользования указанным устройством за счет выполнения его компактным, небольшим по весу и обеспечения возможности работы в автоматическом режиме всего процесса очистки воды.
1. Аппарат для очистки воды, включающий рабочую емкость с крышкой и коническим днищем с отверстием для слива воды, термоэлектрический модуль для замораживания воды и таяния льда, емкость для приема талой очищенной воды и емкость для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, блок управления термоэлектрическим модулем и трубопроводы со средством для управления сливом воды в последних, подсоединенные к сливному отверстию конического днища рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, сливные патрубки которых установлены соответственно над емкостью для приема очищенной талой воды и емкостью для приема воды с примесями и повышенным содержанием дейтерия, отличающийся тем, что термоэлектрический модуль содержит несколько термоэлектрических элементов, расположенных на боковой поверхности рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда, средство для управления сливом воды в трубопроводах содержит установленные попарно в последних четыре клапана, а указанные трубопроводы для слива воды дополнительно соединены между собой трубопроводом с фильтром тонкой очистки воды, места соединения которого с трубопроводами для слива воды расположены между клапанами средства для управления сливом воды в указанных трубопроводах.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что термоэлектрические элементы расположены снаружи вокруг боковых стенок рабочей емкости для замораживания воды и таяния льда.
3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен электронным блоком управления, включающим блок управления клапанами средства для управления сливом воды в трубопроводах, соединенный с указанными клапанами, программный автомат и блок измерения температуры с датчиком температуры, установленным внутри емкости для замораживания воды и таяния льда, причем программный автомат подключен к блоку управления клапанами, блоку измерения температуры и блоку управления термоэлектрическим модулем.
