СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЕБНОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И УСТАНОВКА ВИН-4 "НАДIЯ" ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК C02F9/00 

Изобретение относится к способам комплексной обработки воды для улучшения ее биологических свойств, а также к устройствам для осуществления упомянутых способов.

Известен способ обработки воды, включающий получение из исходной воды льда, его оттаивание и сбор талой воды. Причем получение льда осуществляют непосредственным замораживанием исходной воды [1] .

Благодаря тому, что процесс замораживания воды прекращают до замерзания всего ее объема, а не перешедший в лед остаток сливают, в воде, полученной при таянии "ледяного стакана", концентрация ионов тяжелых металлов и радиоактивных изотопов уменьшена. Тем не менее и этот способ не позволяет понизить содержание в талой воде молекул тяжелой (тритиевой и дейтериевой) воды, которые в большей степени вместе с молекулами легкой (протиевой) воды переходят в лед. Кроме того, упомянутый способ не позволяет эффективно структурировать воду и не обеспечивает условий, позволяющих в процессе его осуществления активно влиять на свойства получаемой воды.

Для осуществления известного способа используют устройство, представляющее собой бытовой или промышленный холодильник (морозильник), содержащий корпус, в котором размещены устройство для замораживания в виде камеры и емкость для исходной воды [2] . Недостатками известных способа и устройства являются то, что они не обеспечивают разделения воды на легкую и тяжелую с удалением последней и не позволяют существенно улучшить ее биологические свойства.

Целью изобретения является создание способа и установки для получения целебной питьевой воды - воды, освобожденной от вредных и ядовитых примесей, с пониженным содержанием дейтерия и трития, с льдоподобной структурой и повышенными биологическими свойствами - целебными свойствами.

Это достигается тем, что в известном способе получения питьевой воды, включающем получение из исходной воды льда, его оттаивание и сбор талой воды, согласно изобретению, получение льда осуществляют замораживанием пара, образующегося из исходной воды при температуре, не превышающей +10^оС а в процессе оттаивания льда на него воздействуют ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями и насыщают талую воду газом или смесью газов.

Поставленная цель достигается также тем, что известная установка для получения питьевой воды, содержащая корпус с устройством для замораживания и емкостью для исходной воды, согласно изобретению, снабжена средством для нагрева, установленным на внешней поверхности емкости для исходной воды, дополнительным устройством для замораживания, выполненным в виде фигурных трубчатых элементов, емкостью для сбора талой воды, источниками инфракрасного и ультрафиолетового излучений, патрубком для соединения корпуса с источником разрежения, устройством для подачи в корпус газа или смеси газов, при этом основное устройство для замораживания установлено на внешней поверхности емкости для исходной воды, а дополнительное устройство для замораживания и источники ультрафиолетового и инфракрасного излучений расположены над емкостью для сбора талой воды.

Емкость для исходной воды должна обеспечивать регулировку температуры воды от 0^оС до +10^оС и иметь оптимальную испарительную поверхность. Этому требованию отвечает предлагаемая конструкция испарительной емкости для исходной воды в виде конуса без дна, обращенного вершиной вниз с отношением диаметра основания этого конуса к его высоте, равным 1,62, со средством охлаждения в нем воды до образования корки льда и средством нагрева для таяния этого льда, которые изготовлены в виде трубчатых элементов, охватывающих испарительную емкость.

Проведение исследований физико-химических свойств дейтерия и трития, а также растворенных в воде различных примесей, в том числе вредных и ядовитых, позволили установить следующее.

При смешивании легкой (Н₂О) и тяжелой (Д₂O+T₂O) воды происходит изотопный обмен: Н₂О+Д₂O= 2НДO; H₂O + T₂O= 2НТО. Поэтому дейтерий и тритий в обычной воде находятся не в форме Д₂O и Т₂О, а в форме HДO и НТО. Этот факт существенно меняет положение, поскольку температура перехода в твердое состояние (температура замерзания) для Д₂O составляет +3,8^оС, а для Т₂О+9^оС, HДO и НТО замерзают соответственно при +1,9^оС и при +4,5^оС.

Кроме того, чтобы резко понизить парциальное давление вещества, находящегося в жидком состоянии, его необходимо перевести в менее активное, например в твердое, состояние.

Анализ физико-химических свойств протиевой или легкой воды Н₂О, данные о свойствах тяжелой воды с дейтерием HДO и тритием НТО, позволили наметить основные технологические операции способа по- лучения целебной питьевой воды.

Было установлено, что при температуре в пределах +1,9. . . 0^оС молекулы воды с дейтерием и тритием в отличие от протиевой воды находятся в метастабильно-твердом неактивном состоянии. Этим можно воспользоваться для фракционного разделения легкой и тяжелой воды путем создания разрежения воздуха над поверхностью воды, охлажденной до +1,9. . . 0^оС. Протиевая вода при этой температуре будет интенсивно испаряться и улавливаться, например, на охлажденной поверхности трубок морозильного устройства, превращаясь в лед, а тяжелая вода, имея значительно меньшее парциальное давление, т. е. находясь в неактивном метастабильно-твердом состоянии, будет, преимущественно, оставаться в маточном растворе испарительной емкости для исходной воды. Кроме того, соли тяжелых металлов, нефтепродукты, различные моющие средства, диоксины, нитраты и т. п. , имея значительно большие размеры молекул - в 100. . . 1000 раз больше размеров молекулы Н₂О, при указанных условиях также будут оставаться в маточном растворе. При наличии в испарительной емкости льда дейтериевые и протиевые молекулы воды, имея повышенное сродство ко льду, конденсируются преимущественно на его поверхности. Известно, что лед в равновесном состоянии с водой как бы притягивает к себе дейтерий, что существенно снижает концентрацию тяжелой воды в получаемом продукте.

Выбор оптимальной температуры воды в испарительной емкости перед созданием разрежения обоснован следующими фактами.

Известна зависимость давления пара над открытой поверхностью (зеркалом) воды при нормальном атмосферном давлении от температуры. Так, при 0^оС давление пара составляет 4,6 мм рт. ст. С повышением температуры воды до +10^оС давление пара возрастает до 9,2 мм рт. ст. , т. е. в два раза. При дальнейшем подъеме температуры происходит резкий подъем давления пара, и при 100^оС оно соответствует 760 мм рт. ст. Простой подсчет показывает, что с увеличением температуры от 0^оС до 40^оС давление пара над зеркалом воды возрастает примерно в 10 раз, а от 0^оС до 100^оС - в 160 раз. Интенсивность испарения тяжелой дейтериевой и тритиевой воды в зависимости от температуры коррелируется с давлением пара над зеркалом воды. Данные, полученные в лабораторных условиях, свидетельствуют о существенном влиянии температуры исходной воды перед ее испарением на изменение содержания дейтерия в талой воде, полученной из конденсированного и замороженного пара. При температуре испарения исходной воды 0^оС. . . 1,9^оС содержание дейтерия в талой воде понижается в среднем на 33% , а при температуре 10^оС - только на 12,7% . При 20^оС и выше дейтерий практически не задерживается в исходной воде при ее испарении.

Известно, что вода, полученная из снега или льда с пониженным содержанием дейтерия, обладает биологически активными, целебными свойствами, благотворно влияющими на все живое - растения, животных и человека. Биологическую активность воды можно еще заметно повысить при сочетании определенных воздействий на нее, например, потоком ультрафиолетовых лучей.

В предлагаемом решении осуществляется ультрафиолетовое и инфракрасное облучение льда в процессе его таяния и воды во время ее появления при таянии льда, что позволяет получить талую воду с повышенной биологической активностью, так как для ультрафиолетового и инфракрасного (в диапазоне 4-6 мкм) излучений лед является абсолютно черным телом.

Равновесное или избыточное насыщение талой воды газами с заданными свойствами позволит дополнительно придать воде целенаправленные целебные свойства, предотвратив таким образом самопроизвольное насыщение талой воды газами нежелательного состава при контакте с воздухом в момент таяния льда.

Способ получения целебной питьевой воды, согласно настоящему изобретению, осуществляют следующим образом.

Берут исходную воду, температура которой должна быть от 0^оС до 10^оС с наличием в объеме воды корочки льда. Чем ниже будет температура воды, тем выше степень ее очистки от загрязняющих примесей, в том числе и от тяжелой воды. Холодный водяной пар, образующийся над поверхностью исходной воды, замораживают. При этом пары воды вначале конденсируются на поверхности морозильника в виде жидкости, которая, замерзая, превращается в лед. Для большей эффективности процесса парообразования над поверхностью исходной воды создают разрежение. Причем наибольшая скорость парообразования наблюдается при кипении воды. После образования на поверхности морозильника достаточного количества льда начинают его растапливание. Для этого воздействуют на лед инфракрасным излучением. Одновременно лед облучают ультрафиолетовыми лучами и насыщают образующуюся талую воду газом или смесью газов - для придания воде повышенных биологических и целебных свойств. В качестве газов или их смеси могут быть использованы самые разнообразные газовые составы: очищенный воздух, кислород, инертные газы, озон, лечебные газовые составы и т. д. Равновесно насыщенную и облученную талую воду затем собирают в емкость и используют по назначению.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка, продольный разрез общего вида; на фиг. 2 - поперечный разрез этой установки.

Установка ВИН-4 "Надiя" для получения целебной питьевой воды содержит корпус 1, в котором установлена испарительная емкость 2 для исходной воды с закрепленными на ней устройством для нагрева 3 в виде трубчатого электронагревателя и устройством для замораживания 4 в виде трубчатого элемента. Нагревательный элемент 3 изготовлен из сплава Х20Н80, а его оболочка - из стали Х19Н10Т. Трубчатый элемент устройства 4 выполнен в виде, например, медной тонкостенной трубки, концы которой соединены с насосом (на чертеже не показан) для прокачивания через нее хладагента. В корпусе 1 имеется вентиль 5 для подачи в емкость 2 воды, подлежащей обработке, и вентиль 6 - для слива отработанного осадка. В корпусе 1 имеется дополнительное устройство для замораживания, изготовленное в виде набора тонкостенных фигурных трубчатых элементов 7, которые соединены с насосом (на чертеже не показан) для прокачивания через них жидкого хладагента.

Устройство для замораживания 7 совместно с источниками ультрафиолетового 8 и инфракрасного 9 излучений размещено над емкостью 10. В качестве источника ультрафиолетовых лучей 8 использована установка, например, УВ-800, создающая излучение с длиной волны 300. . . 400 нм. В качестве источника инфракрасных лучей 9 использован излучатель типа КГТ-200-1000, который создает излучение с длиной волны 3,6. . . 6,5 мкм. Внутренняя полость корпуса 1 патрубком 11 соединена с источником разрежения воздуха - например, с форвакуумным насосом типа ВН-1МГ (на чертеже не показан). Корпус 1, кроме того, снабжен устройством 12 для подачи в его внутреннюю полость газа или смеси газов. Установка снабжена системой терморегулирования, которая включает высокоточный регулятор температуры ВРТ-3 с термопарой "медь-константан", горячий спай которой (королек) закреплен во внутренней полости емкости 2 (на чертеже не показаны). Выход регулятора ВРТ-3 подключен ко входу ТЭНа. Трубчатый холодильник 4 соединен с насосом для прокачивания через него, например, охлажденного до температуры -1,0. . . +1,0^оС уайт-спирта (на чертеже не показано). В емкости 2 имеется еще одна термопара, выход которой подсоединен ко вторичному прибору-самописцу КСП-4 (на чертеже не показаны). В корпусе 1 имеются иллюминаторы для наблюдения за процессами замораживания холодного пара и таяния льда - 13 и 14. В емкости 10 имеются вентили 15 для слива талой воды и патрубок 16 - для соединения с блоком формирования структуры и свойств талой воды 17. Блок 17 включает внутреннюю коническую емкость 18 с минералами и наружную коническую емкость 19 с минералами. На выходе емкости 19 установлен фильтр 20, который содержит медную сетку, покрытую серебром и льняную ткань (на чертеже не показано). Наружная емкость 19 блока 17 имеет сливной вентиль 21.

П р и м е р. Из водопровода наполняют водой испарительную емкость для исходной воды 2 и прокачивают через устройство 4 хладагент. При этом процесс охлаждения воды в емкости 2 прекращают при достижении температуры, не превышающей +10^оС, и образовании в объеме воды ледяной корки. Затем герметизируют корпус 1 и через патрубок 11 начинают откачивать воздух - создавать разрежение. Создание разрежения сопровождается сначала интенсивным выделением из всего объема исходной воды газов и их удаление, а затем интенсивным парообразованием вплоть до кипения воды, за которым наблюдать через иллюминаторы 13 и 14. Одновременно с разрежением через трубчатые элементы устройства 7 прокачивают хладагент, например, жидкий азот. Образующийся пар конденсируется и намерзает на наружной поверхности фигурных элементов устройства для замораживания 7. Процесс прекращают, когда толщина льда на трубчатых элементах устройства 7 достигает заранее заданной величины. Выключают форвакуумный насос, включают источники ультрафиолетового 8 и инфракрасного 9 излучений, а через устройство 12 вводят в полость корпуса 1, например, углекислый газ или смесь газов например, озон и ксенон. Доводят давление в корпусе 1 до уровня атмосферного. При помощи нагревательного элемента 3 растапливают корку льда в испарительной емкости 2, а отработанный осадок воды через вентиль 6 выливают наружу. По мере облучения и таяния льда талая вода поступает в емкость 10. Из емкости 10 она поступает в блок 17 формирования структуры и свойств талой воды. Проходя через минералы внутренней 18 и наружной 19 емкостей и далее через фильтр 20, питьевая вода завершает свой путь, приобретая целебные свойства.

Для более четкого представления о предлагаемом способе получения целебной питьевой воды на установке ВИН-4 "Надiя" целесообразно суммировать факторы, характеризующие превращение исходной воды в чистую биологически активную целебную питьевую воду. Предложенные способ и установка ВИН-4 позволяет очистить воду от вредных и ядовитых веществ, в том числе и от трития, и снизить содержание дейтерия на 30 и более процентов, а также осуществить биологическую активацию получаемой воды путем облучения льда до и в момент его перехода из твердого состояния в воду лучами, спектральные и энергетические характеристики которых близки и аналогичны солнечному свету в высокогорных местностях (с преимуществом ультрафиолетового и инфракрасного излучений).

Кроме того, осуществляется микронасыщение талой воды в процессе ее образования при таянии льда специально подобранными газами для придания ей направленных целебных и лечебных свойств.

И, наконец, достигается получение качественно нового целебного продукта за счет создания условий для взаимодействия активированной талой воды со специально подобранными природными минералами в условиях заполнения двух установленных с зазором одна в другой конических емкостей с параметрами золотого сечения, когда отношение диаметра основания каждого конуса к его высоте составляет 1,62. (56) 1. Денисов И. , Матвеев С. , Работница М. , 1991, N 11, с. 34-36.

2. Политехнический словарь под редакцией акад. Н. И. Артоболевского, М. , 1977, с. 546.

Использование: для комплексной обработки воды и улучшения ее биологических свойств. Изобретение предусматривает получение из исходной воды льда путем замораживания водяного пара при температуре, не превышающей + 10С. Для этого в корпусе создают разрежение, и интенсивно образующийся пар конденсируется и замерзает на трубках устройства для замораживания. Изобретение также предусматривает оттаивание получающегося льда при одновременном воздействии на него ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями от источников, а также насыщение талой воды газом или смесью газов (например, углекислым газом или смесью этого газа и ксенона), поступающим в корпус через патрубок устройства. Получаемая питьевая вода обладает целебными свойствами. 1 н. з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения целебной питьевой воды, включающий получение из исходной воды льда, его оттаивание и сбор талой воды, отличающийся тем, что получения льда осуществляют замораживанием водяного пара, образующегося из исходной воды при температуре, не превышающей 10^oС, а в процессе оттаивания льда на него воздействуют ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями и насыщают талую воду газом или смесью газов. 2. Установка для получения целебной питьевой воды, содержащая корпус с устройством для замораживания и емкостью для исходной воды, отличающаяся тем, что она снабжена средством для нагрева, установленным на внешней поверхности емкости для исходной воды, дополнительным устройством для замораживания, выполненным в виде фигурных трубчатых элементов, емкостью для сбора талой воды, источниками ультрафиолетового и инфракрасного излучений, патрубком для соединения корпуса с источником разрежения и устройством для подачи в корпус газа или смеси газов, при этом основное устройство для замораживания установлено на внешней поверхности емкости для исходной воды, а дополнительное устройство для замораживания и источники ультрафиолетового и инфракрасного излучений расположены над емкостью для сбора талой воды.