ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2142914
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ПУТЕМ ЕЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Имя изобретателя: Стахиев Юрий Михайлович
Имя патентообладателя: Стахиев Юрий Михайлович
Адрес для переписки: 163061, Архангельск, наб.Северной Двины, 112, корп.1, ОАО "Научдревпром-"ЦНИИМОД", Стахиеву Ю.М.
Дата начала действия патента: 1998.04.24
Изобретение относится к области очистки воды, а более конкретно - к способам и
устройствам для очистки воды путем ее замораживания с использованием морозильных
камер бытовых холодильников или естественного охлаждения. Способ включает охлаждение
емкости с водой до температуры замораживания при отношении тепловых потоков в боковых
и торцевых поверхностях, равном 50-500, выдержку ее до получения за одну операцию изделия
в виде слоя чистого льда по контуру емкости в объеме 25-50% от начального объема воды, слоя
дейтериевого льда толщиной 0,5-4 мм по обеим торцевым поверхностям и остаточного рассола,
извлечение емкости с изделием из морозильной камеры, выдержку в режиме оттаивания в
течение времени, которое на 20-40% превышает время, необходимое для отделения изделия от
емкости, извлечение изделия из емкости, удаление тонкого слоя льда по торцевым
поверхностям, выливание остаточного рассола и размораживание чистого льда. Устройство
включает емкость с крышкой и дном для размещения воды, причем емкость в вертикальном
сечении имеет форму перевернутого усеченного конуса, на крышку нанесено
термоизоляционное покрытие, а дно емкости опирается на съемный стакан с размещенным
внутри него термоизоляционным покрытием. Высота емкости равна 0,2-5,0 максимального ее
размера в плане. Толщина боковых стенок емкости 0,1-5,0 мм. В качестве термоизоляционного
покрытия может быть использован пенопласт. Толщина термоизоляционного покрытия
обеспечивает охлаждение воды при соотношении тепловых потоков в боковых и торцевых
поверхностях, равном 50-500. Способ и устройство обеспечивают получение чистой воды, в том
числе и в бытовых условиях.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области техники для очистки воды, а более конкретно - к
способам и устройствам для очистки воды путем ее замораживания с использованием
морозильных камер бытовых холодильников или естественного охлаждения.
Известен способ промышленной очистки воды путем ее замораживания и устройство
для его осуществления /1/. Устройство включает резервуар для размещения воды и
технические средства для ее охлаждения (замораживания) и нагрева (размораживания).
Известен способ /2/ очистки питьевой воды в быту путем ее замораживания и устройство /3/
для его осуществления, которые приняты за прототип. Способ включает залив воды в
емкость, первое размещение емкости в морозильной камере, охлаждение воды до
образования на ее поверхностях дейтериевого слоя льда толщиной 1-3 мм, извлечение
емкости из холодильной камеры и удаление слоя дейтериевого льда, вторичное размещение
емкости в морозильной камере и выдержка до образования чистого слоя льда и не
доведенной до замерзания неочищенной, химически загрязненной, воды (остаточного
рассола), извлечение емкости из морозильной камеры и отделение чистого льда от
остаточного рассола, размораживание чистого льда. В процессе вторичного замораживания
исходная вода, содержащая примеси в виде растворенных солей, органических веществ и
ядохимикатов, разделяется на пресный чистый лед и остаточный рассол, который
сосредотачивается в центральной зоне замораживаемого первичного объема воды.
Известный способ очистки воды имеет следующие недостатки:
- наличие двух отдельных стадий замораживания и двух отдельных стадий отделения льда
от воды повышает трудоемкость ее очистки;
- неудобное удаление дейтериевой (тяжелой) воды, связанное с извлечением емкости из
морозильной камеры, переливанием незамерзшей воды в новую (временную) емкость,
удалением образовавшегося слоя первого льда (толщиной 1-3 мм) на верхней поверхности
воды, дне и у боковых стенок основной емкости, переливание воды из временной емкости в
основную, установка ее в морозильную камеру;
- используемое иногда на ранней стадии удаление слоя первого льда только с одной
верхней поверхности, без переливания воды во временную емкость, увеличивает
количество оставшейся дейтериевой воды в очищенной воде.
Учитывая эти недостатки, внешне "простой" способ очистки воды путем ее
замораживания не получил распространения в бытовых условиях, хотя проблема получения
"стакана чистой питьевой воды" крайне актуальна.
Известное устройство /3/ для очистки питьевой воды путем ее замораживания включает
емкость (резервуар) для размещения воды, верхнюю крышку с выемкой для размещения слоя
льда первичного замораживания, дно с выемкой для размещения воды и слоя льда
вторичного замораживания, нагревательные элементы и запор, обеспечивающий прижим
крышки и дна к резервуару, уплотнители между крышками и резервуаром.
Недостатки известного устройства для очистки воды в быту: сложность конструкции;
недостаточное количество удаляемого дейтериевого льда, так как это предполагается
делать только с одной верхней поверхности замораживаемой воды; трудность удаления
дейтериевого льда даже только с одной верхней поверхности, так как процесс образования
льда идет по всей внутренней поверхности емкости; трудность разделения чистого льда и
остаточного рассола с помощью съемного дна с глубокой выемкой, так как процесс
образования вторичного льда идет не сверху вниз, а по всей поверхности.
Изобретение направлено на снижение трудоемкости очистки питьевой воды путем ее
замораживания, упрощение конструкции устройства, повышение его эффективности и
удобства использования.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе очистки воды путем ее
замораживания, включающем охлаждение емкости с водой до температуры замораживания,
выдержку, разделение дейтериевого льда, чистого льда и остаточного рассола,
размораживание чистого льда, охлаждение воды ведут при соотношении тепловых потоков в
боковых и торцевых поверхностях, равном 50-500, выдерживают ее до получения за одну
операцию изделия в виде слоя чистого льда по контуру емкости в объеме 25-50% от начального
объема воды, слоя дейтериевого льда толщиной 0,5-4,0 мм по обеим торцевым поверхностям и
находящегося внутри изделия остаточного рассола, причем для удаления дейтериевого
льда с боковых поверхностей изделия емкость с изделием после извлечения из
морозильной камеры выдерживают в режиме оттаивания в течение времени, которое на 20-40%
превышает время оттаивания, необходимое для отделения изделия от емкости, а для
удаления дейтериевого льда, находящегося в торцевых поверхностях изделия, и
остаточного рассола наносят легкие удары по обоим торцевым поверхностям изделия,
удаляют их и выливают рассол.
Преимущественное охлаждение воды в емкости по боковым поверхностям при соотношении
тепловых потоков в боковом и торцевом направлениях, равном 50-500, обеспечивает
формирование за одну операцию изделия необходимого состава и конструкции, которая
легко "разбирается" на составляющие: чистый лед, дейтериевый лед, остаточный
рассол. Увеличение отношения тепловых потоков свыше 500 задерживает формирование
тонкого слоя льда (0,5-4,0 мм) в торцевых поверхностях, а уменьшение отношения ниже 50
ускоряет его формирование до образования чистого слоя льда в объеме 25-50% от
первоначального объема воды. Объем замораживания 25% характерен для более загрязненной
воды, уменьшение его приведет к потере производительности, а объем замораживания 50%
характерен для более чистой воды, увеличение его увеличит опасность попадания
остаточного рассола в чистый лед. Для обычной водопроводной воды в городах этот
показатель должен быть равен 35-40%, то есть из 500 г неочищенной воды приготавливается 175-200
г очищенной.
При извлечении емкости с изделием из морозильной камеры холодильника и выдержке при
комнатной температуры (18-20oC) время подтаивания льда и отделения изделия от стенок
емкости не превышает 4-6 мин и в большинстве случаев достаточно для удаления
дейтериевого льда с боковых поверхностей изделия. Увеличение времени выдержки до 40%
гарантирует надежность этого процесса, превышение времени приводит к потере
производительности и чистого льда. Уменьшение времени выдержки ниже 20% не гарантирует
полное удаление дейтериевого льда с боковых поверхностей.
Сущность устройства для осуществления предлагаемого способа очистки воды путем ее
замораживания заключается в том, что в известном устройстве, включающем емкость для
размещения воды с крышкой и дном, емкость в вертикальном сечении имеет форму
перевернутого усеченного конуса, причем на крышку нанесено термоизоляционное
покрытие, а дно емкости опирается на съемный стакан с размешенным внутри него
термоизоляционным покрытием.
Высота емкости равна 0,2-5,0 максимального ее размера в плане. Толщина боковых стенок
емкости 0,1-5 мм. В качестве термоизоляционного покрытия может быть использован
пенопласт. Толщину термоизоляционного покрытия подбирают исходя из обеспечения
охлаждения воды при соотношении тепловых потоков в боковых и торцевых поверхностях,
равном 50-500.
Форма емкости в виде перевернутого усеченного конуса (в вертикальном сечении)
облегчает извлечение ледяного изделия из емкости после окончания процесса
замораживания. Возможность съема стакана с дна емкости ускоряет процесс оттаивания и
отделения изделия от емкости после извлечения ее из морозильной камеры. Наличие
теплоизоляционного покрытия заданной толщины со стороны крышки и дна емкости
обеспечивает ее преимущественное охлаждение с боковых поверхностей и формирование за
один процесс ледяного изделия необходимой конструкции: слой чистого льда по контуру
боковых поверхностей (25-50% от начального объема воды), слой льда толщиной 0,5...4,0 мм в
торцевых поверхностях и остаточный рассол внутри.
Соотношение высоты и максимального размера емкости (для размещения воды) в плане (например,
диаметра), равное 0,2-5,0, учитывает весь диапазон размеров морозильных камер бытовых
холодильников. Использование отношения меньше 0,2 приводит к существенному снижению
количества чистого льда, а использование отношения больше 5,0 - к существенному снижению
количества удаляемого дейтериевого льда в торцевых поверхностях. Высокие емкости
могут быть использованы для случаев очистки воды без удаления дейтериевого льда.
Наиболее же благоприятное соотношение высоты и максимального размера емкости
находится в пределах 0,5-1,0. Толщина стенок емкости 0,1-5 мм учитывает диапазон эффективных
толщин при использовании различных материалов. Уменьшение толщины стенок менее 0,1мм
снижает прочность емкости, а увеличение свыше 5 мм приводит к увеличению
материалоемкости конструкции и замедлению процесса охлаждения по боковым
поверхностям. Использование в качестве термоизоляционного покрытия пенопласта,
имеющего низкий коэффициент теплопроводности (0,043-0,058 Вт/м·град)
и низкий удельный вес, снижает габариты и массу устройства.
|
На фиг. 1 изображена схема устройства для очистки воды путем ее замораживания, разрез.
Устройство включает корпус емкости с дном 1, верхнюю крышку 2 с термоизоляционным
покрытием 3, съемный стакан 4 с термоизоляционным покрытием 5. Основание емкости и
съемного стакана для придания им устойчивости при размещении на горизонтальной
поверхности имеют выемки 6.
Устройство работает следующим образом. В емкость 1 заливают воду на 3-4 мм ниже дна
верхней крышки 2 с термоизоляционным покрытием 3. Емкость закрывают крышкой,
устанавливают в морозильную камеру холодильника, производят выдержку до образования
изделия в виде чистого льда, дейтериевого льда и остаточного рассола, извлекают
изделие из морозильной камеры, снимают стакан 4 с термоизоляционным покрытием 5,
выдерживают емкость при комнатной температуре в режиме оттаивания до отделения
изделия от стенок емкости и удаления дейтериевого льда с внешних боковых поверхностей
изделия. Затем уже без использования устройства, разбивают и удаляют тонкий
дейтериевый лед с торцевых поверхностей и выливают остаточный рассол, а чистый лед
размораживают.
|
Пример 1. Изготовлена емкость диаметром 120 мм в верхней части, диаметром 100 мм в нижней
части, высотой 65 мм, толщина стенок 0,2 мм, материал - экологически чистый пластик,
толщина слоя термоизоляции крышки и съемного стакана 10 мм, материал - пенопласт.
Параметры емкости обеспечивают соотношение тепловых потоков в боковых и торцевых
поверхностях равное 150. Емкость была наполнена водопроводной водой в объеме 0,5 л,
закрыта крышкой, установлена в морозильную камеру холодильника ОКА-6, выдержана при
температуре -12oC в течение 10 ч и изъята из него. Через 4 мин выдержки емкости при
комнатной температуре +20oC из нее было свободно извлечено изделие в виде
цилиндрического кольца чистого льда высотой 50 мм и с толщиной стенок 20 мм, перекрытое
по торцевым поверхностям льдом толщиной 1,5 мм и содержащее внутри неочищенную воду -
остаточный рассол. Легкими ударами по торцевым поверхностям этот лед был разрушен и
удален вместе с остаточным рассолом. При размораживании кольца чистого льда
количество чистой воды составило 0,2 л. По своему составу она соответствовала чистой
талой воде.
Пример 2. Изготовлена емкость диаметром 140 мм в верхней части, диаметром 130 мм в нижней
части, высотой 130 мм, толщина стенок 0,4 мм, материал - экологически чистый пластик,
толщина слоя термоизоляции крышки и съемного стакана-подставки 15 мм, материал -
пенопласт. Параметры емкости обеспечивают соотношение тепловых потоков в боковых и
торцевых поверхностях равные 180. Емкость была наполнена водопроводной водой в объеме 2
л, закрыта крышкой, установлена в морозильную камеру ОКА-6, выдержана при температуре -12oC
в течение 12 ч и изъята из него. Через 6 мин выдержки емкости при комнатной температуре 20oC
из нее было свободно извлечено изделие в виде цилиндра чистого льда высотой 130 мм, с
толщиной стенок 25 мм и перекрытием по торцевым поверхностям льдом толщиной 2 мм. Внутри
цилиндра находилась неочищенная вода - остаточный рассол. Легкими ударами по торцевым
поверхностям этот лед был разрушен и удален вместе с остаточным рассолом. При
размораживании цилиндра чистого льда количество очищенной воды составило 0,75 л. По
своему составу она соответствовала чистой талой воде.
Использование предлагаемого способа и устройства для очистки воды путем ее
замораживания обеспечивает по сравнению с известными способами и устройствами
следующие преимущества:
- возможность совмещения стадий первичного и вторичного замерзания льда;
- возможность совмещения стадий удаления дейтериевого льда первичного замерзания и
отделения чистого льда от остатков незамерзшей, химически загрязненной, воды;
- надежное удаление дейтериевого льда из торцевых (при выламывании) и боковых (при
кратковременной выдержке емкости на воздухе для оттаивания и извлечения из нее льда)
поверхностей ледяного "изделия";
- надежное и легкое отделение чистого льда от остатков незамерзшей, химически
загрязненной воды;
- простота конструкции устройства и удобство его использования, что делает доступным
получение "стакана" чистой воды в бытовых и других подобных условиях.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Любарский В. М. Осадки природных вод и методы их обработки. М.: Стройиздат, 1980. с. 98-99, рис.
22.
2. Совет на всякий случай. М.:, газета "Рабочая трибуна", N 21 (321), 30.01.91.
3. Патент РФ, N 2058262. CI (Стахиев Ю.М., Прокофьев Г.Ф.) 20.04.96, C 02 F 1/22.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ очистки воды путем ее замораживания, включающий охлаждение емкости с водой до
температуры замораживания, выдержку, разделение дейтериевого льда, чистого льда и
остаточного рассола, размораживание чистого льда, отличающийся тем, что охлаждение
воды ведут при соотношении тепловых потоков в боковых и торцевых поверхностях, равном
50 - 500, выдерживают ее до получения за одну операцию изделия в виде слоя чистого льда по
контуру емкости в объеме 25 - 50% от начального объема воды, слоя дейтериевого льда
толщиной 0,5 - 4,0 мм по обеим торцевым поверхностям и находящегося внутри изделия
остаточного рассола, причем для удаления дейтериевого льда с боковых поверхностей
изделия емкость с изделием после извлечения из морозильной камеры выдерживают в
режиме оттаивания в течение времени, которое на 20 - 40% превышает время оттаивания,
необходимое для отделения изделия от емкости, а для удаления дейтериевого льда,
находящегося в торцевых поверхностях изделия, и остаточного рассола наносят легкие
удары по обеим торцевым поверхностям изделия, удаляют их и выливают рассол.
2. Устройство для очистки воды путем ее замораживания, включающее емкость для
размещения воды с крышкой и дном, отличающееся тем, что емкость в вертикальном сечении
имеет форму перевернутого усеченного конуса, причем на крышку нанесено
термоизоляционное покрытие, а дно емкости опирается на съемный стакан с размещенным
внутри него термоизоляционным покрытием.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что высота емкости равна 0,2 - 0,5 максимального ее
размера в плане.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что толщина боковых стенок емкости равна 0,1 - 5,0 мм.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве термоизоляционного покрытия
использован пенопласт, а его толщину принимают исходя из обеспечения соотношения
тепловых потоков в боковых и торцевых поверхностях охлаждаемой емкости с водой,
равного 50 - 500.
Версия для печати
Дата публикации 26.02.2007гг
вверх
|