СПОСОБ АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТИ В СОСУДЕ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к способам активации жидкости силовыми полями, в результате воздействия которых в жидкости на молекулярном уровне индуцируются отклонения ряда физических и химических свойств, характерных для нее в условиях термодинамического равновесия при некоторых постоянных значениях температуры и постоянном химическом элементном составе, приводящих к возникновению и/или увеличению эффектов, обусловливающих биологическую активность жидкости. Изобретение направлено на эффективное использование активированных жидкостей (воды и различных растворов на ее основе) в медицине, сельском хозяйстве, биологии, ветеринарии и других областях.

Известен способ активации жидкости путем ее механического перемешивания, сопровождающегося кавитационными процессами, и воздействия переменным магнитным полем с последующим насыщением ее газом, например, кислородом (А.с. СССР N 990681, М.Кл. C 02 F 1/48, заявл. 09.09. 1981 г.).

Недостатком известного способа является значительная неопределенность в достижении требуемого уровня активации полученной жидкости, обусловленная неопределенностью комплексного воздействия силовых полей различной природы и сложностью аппаратурного осуществления способа.

Наиболее близким к заявляемому способу по решаемой технической задаче является способ активации жидкости, заключающийся в том, что жидкость помещают в сосуд и затем воздействуют на ее поверхность силовыми полями, в качестве которых используют вращающееся электромагнитное поле, создаваемое с помощью электродвигателя, на валу которого закреплен металлический диск и электростатическое поле, создаваемое с помощью многожильных распущенных высоковольтных проводов, соединенных с источником высокого напряжения (Пат. России N 2060960, М.Кл. C 02 F 1/48, заявл. 07.12.1993 г.).

Недостатки известного способа заключаются в следующем.

Поскольку воздействие силовыми полями осуществляется только на поверхность жидкости, первоначально неподвижно находящейся в сосуде, то степень воздействия на весь объем жидкости по его высоте вглубь объема уменьшается, что создает существенные неравномерности в степени активации объема жидкости в целом. В частности, ионизация атмосферы в сосуде над поверхностью жидкости практически не сказывается на увеличении степени активации объема жидкости еще и потому, что с поверхности объема жидкости, который постепенно прогревается вглубь, начинается достаточно интенсивное парообразование, что приводит к экранированию эффекта ионизации и, по-видимому, также ослабляет воздействие со стороны вращающегося поля. В результате время и расход энергии на активацию существенно увеличиваются, что может привести к обратному эффекту разрушения структуры обработанной жидкости, уменьшению срока ее устойчивости или живучести и эффективности использования.

Анализ показывает, что в области способов активации жидкости различными силовыми полями актуальной является проблема поиска таких способов системного взаимодействия полей с обрабатываемой жидкостью, чтобы требуемый эффект (высокая однородность и длительная живучесть получаемой структуры, фиксируемой на молекулярном уровне) достигался с возможно меньшими затратами времени и энергии.

Изобретением решается задача повышения эффективности процесса активации жидкости при уменьшении времени и расхода энергии на его осуществление.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении структурной однородности и срока живучести активированного объема жидкости.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе активации жидкости в сосуде путем воздействия на нее вращающимся электромагнитным полем, создаваемым с помощью электродвигателя с закрепленным на его валу диском, размещенным над поверхностью жидкости, согласно изобретению, воздействие осуществляют при постоянной угловой скорости диска в течение времени протекания цикла, включающего последовательность операций заполнения сосуда жидкостью, выдержки при постоянном объеме жидкости и опорожнения сосуда, причем время протекания каждой последующей операции в цикле задают меньшим, чем предыдущей.

Кроме того, отношения между временами протекания каждой из операций в цикле задают из выражения: τ₁:τ₂:τ₃= a2s

:a_s:1,
где τ₁ - время заполнения сосуда жидкостью,
τ₂ - время выдержки при постоянном объеме жидкости,
τ₃ - время опорожнения сосуда,
a_s - положительные корни уравнения X^s+1 - X^s - 1 = 0, при заданных значениях S = 0, 1, 2, 3,...

А также, относительные значения массы диска (m_д) и массы постоянного объема жидкости в сосуде (m_ж) задают из выражения:

при заданных значениях S = 0, 1, 2, 3,...

При этом, отношение между массой постоянного объема жидкости в сосуде М_ж = М_д • m_ж/m_д, где М_д - масса диска в граммах, и временем протекания цикла ее обработки в сосуде (τ₁+τ₂+τ₃), выраженным в секундах, задают из выражения: M_ж/(τ₁+τ₂+τ₃) = (1+a_s)/a_s, где a_s - положительные корни уравнения X^s+1 - X^s - 1 = 0, при заданных значениях S = 0, 1, 2, 3,...

В предлагаемом способе обработку жидкости ведут в условиях стационарности процесса воздействия вращающимся электромагнитным полем при постоянной угловой скорости диска и цикличности процесса изменения объемного содержания жидкости в сосуде - постепенно, от нулевого значения (от нулевой толщины или высоты столба жидкости в начале операции заполнения сосуда) до максимального значения (выдержка при постоянном объеме) и снова постепенно до нулевого значения (конец операции опорожнения сосуда). В течение времени операций заполнения и опорожнения сосуда в жидкости происходят сложные гидродинамические изменения, обусловленные изменением высоты и объема столба жидкости, при одновременном ее вращательном движении. В результате происходит последовательная обработка по всей высоте непрерывно меняющегося объема жидкости сначала при заполнении сосуда, а затем при его опорожнении. Кроме того, жидкость обрабатывается и в течение времени выдержки ее в сосуде при постоянном ее объеме. Затем этот цикл непрерывно повторяется с каждым новым объемом необработанной жидкости.

Время протекания операций в цикле задают исходя из того, что, как показали эксперименты, требуется больше времени на создание условий для зарождения и самоорганизации новых структур на молекулярном уровне в поступающей необработанной жидкости (операция заполнения сосуда), чем на их последующее развитие и стабилизацию в предварительно обработанной жидкости (операции выдержки при постоянном объеме и опорожнения сосуда). В результате время обработки одинакового с прототипом постоянного объема жидкости и время всего цикла обработки существенно сокращаются, что приводит к соответствующему уменьшению затрат электроэнергии.

При этом наблюдаются определенные закономерности между отрезками времени при протекании операций заполнения, выдержки и опорожнения, сохраняющиеся в широком диапазоне значений объемов обрабатываемой жидкости (от миллилитров до десятков литров).

Обработка экспериментальных данных показала, что эти закономерности могут быть описаны с помощью обобщенных рядов Фибоначчи, включающих как частные случаи, двоичный числовой ряд, классический "одномерный" ряд Фибоначчи (инвариантом которого является "золотое" сечение - иррациональное число 1, 61803. . .) и натуральный ряд чисел (Стахов А.П. Коды золотой пропорции. М., "Радио и связь", 1984, с. 19-21. Сапелкин B.C. Структура деятельности: Информационный аспект. Научно-техническая информация. Сер. 2, 1988, с. 2-8).

Использование в предлагаемом способе некоторых инвариантов обобщенных рядов Фибоначчи, связанных с понятиями структурной гармонии систем различной природы, показало, что отношения между временами протекания каждой из операций в цикле могут быть заданы из выражения:
τ₁:τ₂:τ₃= a2s

:a_s:1,
где τ₁ - время заполнения сосуда жидкостью,
τ₂ - время выдержки при постоянном объеме жидкости,
τ₃ - время опорожнения сосуда,
a_s - положительные корни уравнения X^s+1 - X^s - 1 = 0, при заданных значениях
S = 0, 1, 2, 3,...

Начальные значения a_s, являющиеся инвариантами обобщенных рядов Фибоначчи, приведены в таблице 1.

Анализ экспериментальных данных показал, что при достаточно точном выполнении указанного выше выражения, каждому значению инварианта a_s соответствует более высокая степень структурной устойчивости и активации обработанной жидкости, чем при отклонениях от этих инвариантов.

Относительные значения массы диска (m_д) и массы постоянного объема жидкости в сосуде (m_ж) задают из условия, что в процессе взаимодействия при активации они образуют единую систему, что может быть выражено уравнением m_ж + m_д = 1 и билогарифмической связью log m_ж = (s+1) log m_д в виде уравнения m_ж = m_д ^s+1. Начальные корни системы этих уравнений, полученные с помощью обобщенных рядов Фибоначчи, приведены в таблице 2.

Анализ экспериментальных данных показал, что при достаточно точном выполнении приведенных в таблице 2 безразмерных отношений между массами жидкости и диска, при одних и тех же значениях параметра S, что и в таблице 1, достигается более высокая степень структурной устойчивости и активации обработанной жидкости, чем при отклонениях от этих отношений.

Эксперименты показали, что в случае обработки жидкостей сложного состава, содержащих различные примеси, ионы которых образуют сложные агрегативные системы с молекулами водной основы жидкости, целесообразно выбирать меньшие значения параметра S. При обработке все более чистых и однородных по химическому составу жидкостей параметр S должен иметь все большее значение. Однако поскольку точность определения величин m_ж и m_д с увеличением S более 12 возрастает до третьего знака после запятой, что с одной стороны ведет к усложнению контроля за процессом активации, а с другой стороны практически все меньше влияет на качество активированной жидкости, то при обработке чистой талой и дистиллированной воды значение параметра S может быть ограничено величиной S = 10...12.

Теоретическое объяснение выбора значений S может заключаться в следующем. Каждому значению инварианта a_s, определяемому согласно величине S (см. таблицу 1), соответствует свой числовой ряд, который может быть изображен в виде графа с ветвящейся структурой в направлении от вершины. Значениям S=0 и a_s = 2 соответствует числовой ряд: 1, 2, 4, 8, 16,...2^к, где К - число уровней графа, а числа ряда соответствуют числу ветвлений на данном уровне. Значениям S= ∞ и a_s=1 соответствует вырожденный числовой ряд: 1, 1, 1,...1^к, граф которого имеет вид бесконечной прямой.

Поэтому активация при S=0 может означать, что воздействие силовых полей на жидкость сложного состава начинается сразу же на самых верхних иерархических уровнях ее структуры, в то время как активация при увеличении значения S затрагивает все более глубокие структурные уровни жидкости, что характерно для химически все более чистых жидкостей.

Эксперименты показали, что отношение между массой постоянного объема жидкости в сосуде М_ж = М_д • m_ж/m_д, где М_д - масса диска в граммах и временем протекания цикла ее обработки в сосуде (τ₁+τ₂+τ₃), выраженном в секундах, для практически значимых значений S = 0...12 может быть задано из выражения M_ж/(τ₁+τ₂+τ₃) = (1+a_s)/a_s, где a_s - положительные корни уравнения X^s+1 - X^s - 1 = 0, при заданных значениях S = 0, 1, 2,... (см. таблицу 1).

Использование в предлагаемом способе отмеченных выше закономерностей обобщенных рядов Фибоначчи показало, что при попадании найденных соотношений в диапазоны, близко коррелирующие с табличными значениями a_s, достигаются наиболее высокие показатели структурной однородности и живучести активированных жидкостей различного химического состава, при существенно меньших временных и энергетических затратах, чем в известном способе.

Примеры осуществления способа.

Пример 1
Осуществляли обработку дистиллированной воды в установке, содержащей стеклянный сосуд цилиндрической формы емкостью 15 л, снабженный верхним патрубком для подвода и нижним патрубком для слива воды. Над открытым торцом сосуда размещали электродвигатель с закрепленным на его валу диском массой 2500 г. Значения номинальной мощности электродвигателя 1,2 кВт и постоянной угловой скорости вала (и диска) ω = 30 с^-1. Перед началом процесса активации проводили следующие расчеты. Задавались значением параметра S = 10, по таблицам 1 и 2 выбирали соответствующие значения a_s = 1,184, m_д = 0,155, m_ж = 0,844 и определяли массу постоянного объема воды (в граммах) М_ж = 2500 • 0,844/0,155 = 13613 г (~13,6 л). Определяли общее время цикла обработки воды τ = (τ₁+τ₂+τ₃) = 13613 • 1,184/2,184 = 7380 с (~2 часа 3 минуты) и находили время протекания каждой операции в цикле: τ_1~ 3690 c (~1 час 1 минута), τ_2~ 2280 c (~ 38 минут), τ_3~ 1410 c (~23 минуты). При постоянной угловой скорости диска заполняли сосуд водой в количестве ~13,6 л через верхний патрубок в течение времени τ_1~ 1 чac 1 мин., при постоянном расходе ~0,22 л/мин, затем выдерживали при постоянном объеме в течение времени τ_2~ 38 мин и опорожняли сосуд в течение времени τ_3~ 23 мин., при постоянном расходе ~ 0,6 л/мин, после чего, не прерывая вращения диска, снова повторяли этот цикл для каждой новой порции необработанной воды объемом ~13,6 л.

В сравнении со способом - прототипом удельные затраты времени и электроэнергии на активационную обработку 1 л дистиллированной воды сокращались на 45-50%.

Структурный и химический анализ проб исходной и активированной воды, отбираемых в процессе одно- и многоцикловой активационной обработки, показал, что характерные спектры поглощения ИК и УЗ-излучения, значение Pн после первого цикла обработки стабилизируются и практически не изменяются при повторных циклах активации воды, уже активированной в первом цикле.

Измерение проводимости проб исходной и активированной воды дифференциально-кондуктометрическим методом показало существенное (более чем в 10 раз) уменьшение проводимости активированной воды после первого цикла обработки и сохранение полученных значений проводимости при повторных циклах.

Таким образом достаточно одного цикла активации. При хранении активированной воды в стеклянной таре с притертой пробкой в течение 1 года, в защищенном от солнца месте, при нормальных условиях (температура 18...25^oC, давление 740. . .760 мм рт. ст.), новых структурных (в том числе при исследованиях на ЯМР), химических и электрофизических изменений не зафиксировано. Это позволяет достаточно просто запасать, длительно хранить и использовать такую воду для различных лечебно-профилактических, медико-биологических и биотехнологических целей.

Пример 2
Использовали установку, описанную в примере 1. Осуществляли обработку взятой из природного источника минерализованной воды, содержащей (мг/л): гидрокарбонат HCO₃ - 275, магний Mg²⁺ - 30, кальций Ca²⁺ - 45, натрий Na⁺ - 4, сульфаты SO₄ ^2- - 10, хлориды Cl - 2, фториды F - 0,5.

Задавались значением параметра S= 1, по таблицам 1 и 2 выбирали соответствующие значения: a_s = 1,618, m_д = 0,381, m_ж = 0,618 и определяли массу постоянного объема воды (в граммах) М_ж = 2500 • 0,618/0,381 = 4859 г (~4,9 л). Определяли общее время цикла (в секундах) обработки воды (τ₁+τ₂+τ₃) = 4859•1,618/2,618 = 3003 c (~50 мин) и находили время протекания каждой операции в цикле: τ_1~ 25 мин., τ_2~ 15,5 мин., τ_3~ 9,5 мин. При постоянной угловой скорости диска заполняли сосуд водой в количестве ~4,9 л через верхний патрубок в течение времени τ_1~ 25 мин., при постоянном расходе ~ 0,2 л/мин, затем выдерживали при постоянном объеме в течение времени τ_2~ 15,5 мин и опорожняли сосуд в течение временит τ_3~ 9,5 мин., при постоянном расходе ~0,52 л/мин, после чего, не прерывая вращения диска, снова повторяли этот цикл для каждой новой порции необработанной воды объемом ~4,9 л.

В сравнении со способом-прототипом удельные затраты времени и электроэнергии на активационную обработку 1 л воды сокращались на 35-45%.

Как и в примере 1, проводили структурный и химический анализы проб воды, отбираемых в процессе одно- и многоцикловой обработки. Анализы показали, что для достижения стабильных показателей структуры и химического состава минерализованной воды, активированной по предлагаемому способу, достаточно одного цикла активации. Так же как и активированная дистиллированная вода, активированная минерализованная вода может длительное время храниться и затем эффективно использоваться в лечебно-профилактических, медико-биологических и биотехнологических целях.

Использование предлагаемого способа для активации жидкостей разного химического состава, в частности изотонического 0,9% раствора натрия хлорида, широко применяющегося в медицинской практике, показало, что в жидкостях на уровнях молекулярных и межмолекулярных связей, по данным ЯМР, ИК и УЗ-спектрометрии, образуются устойчивые, долгоживущие структурные изменения, придающие жидкостям новые свойства, благоприятно влияющие на функционирование биологических систем (человека, животных, растений).

Токсикологические исследования активированной воды, проведенные в соответствии с требованиями Фармакологического комитета России, показали, что она не вызывает побочных эффектов и не имеет медицинских противопоказаний. Положительные феномены при приеме активированной воды отмечены при нестабильной гипертонии, атеросклерозе, желудочно-кишечных и респираторных заболеваниях. В эксперименте in vitro зафиксирована гибель возбудителей острых кишечных и кожных гнойничковых инфекций. Профилактическое употребление активированной воды повышает физическую активность и аппетит, снижает нервно-психическое напряжение, улучшает сон. Методом компьютерной газоразрядной визуализации, основанном на эффекте Кирлианов, зафиксированы качественные изменения физических полей человека, вызванные приемами активированной воды и свидетельствующие о существенных улучшениях в функционировании как отдельных органов (щитовидная железа, поджелудочная железа, мочеполовая сфера), так и организма в целом.

Изобретение относится к активации жидкости в сосуде и может использоваться в медицине, сельском хозяйстве, биологии, ветеринарии и других областях, связанных с лечебно-профилактическим, медико-биологическим и биотехнологическим применением воды и различных растворов на ее основе. На жидкость в сосуде воздействуют вращающимся электромагнитным полем, создаваемым с помощью электродвигателя с закрепленным на его валу диском, размещенным над поверхностью жидкости. Воздействие осуществляют при постоянной угловой скорости диска в течение цикла, включающего операции заполнения сосуда, выдержки при постоянном объеме и опорожнения. Время каждой последующей операции задают меньшим, чем предыдущей. Отношения между отрезками времени протекания каждой из операций в цикле, между относительными значениями массы диска и массы постоянного объема жидкости в сосуде, а также между массой постоянного объема жидкости в сосуде и временем протекания цикла ее обработки задают, исходя из инвариантов обобщенных рядов Фибоначчи. Технический результат состоит в повышении структурной однородности и срока живучести активированного объема жидкости. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ активации жидкости в сосуде путем воздействия на нее вращающимся электромагнитным полем, создаваемым с помощью электродвигателя с закрепленным на его валу диском, размещенным над поверхностью жидкости, отличающийся тем, что воздействие осуществляют при постоянной угловой скорости диска в течение времени протекания цикла, включающего последовательность операций заполнения сосуда жидкостью, выдержки при постоянном объеме жидкости и опорожнения сосуда, причем время протекания каждой последующей операции в цикле задают меньшим, чем предыдущей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение между временами протекания каждой из операций в цикле задают из выражения:
τ₁:τ₂:τ₃= a2s

:a_s:1,
где τ₁ - время заполнения сосуда жидкостью;
τ₂ - время выдержки при постоянном объеме жидкости;
τ₃ - время опорожнения сосуда;
a_s - положительные корни уравнения X^s+1-X^s-1=0, при заданных значениях S = 0,1,2,3,... 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что относительные значения массы диска (m_д) и массы постоянного объема жидкости в сосуде (m_ж) задают из выражения

при заданных значениях S = 0,1,2,3,... 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение между массой постоянного объема жидкости в сосуде M_ж = М_д • m_ж/m_д, где M_д - масса диска в граммах, и временем протекания цикла ее обработки в сосуде (τ₁+τ₂+τ₃), выраженном в секундах, задают из выражения:
M_ж/(τ₁+τ₂+τ₃) = (1+a_s)/a_s,
где a_s - положительные корни уравнения X^s+1-X^s-1=0, при заданных значениях S = 0,1,2,3,...