УСТРОЙСТВО ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ СТРУКТУРИРОВАНИЯ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК C02F1/00 A47G19/22 

Изобретение относится к методам водоподготовки, доочистки, структурирования, активации питьевой воды и может быть использовано в пищевой, фармацевтической промышленности, медицине, в домашних условиях, для очистки воды из городского водопровода, в экстремальных, походных условиях, аварийных ситуациях.

В данном изобретении основное внимание уделяется разработке устройства индивидуального пользования, представляющего собой специальную емкость, предназначенную для питья, содержащую элементы, позволяющие осуществить очистку, структурирование и активацию питьевой воды. В соответствии с этим поиск аналогов предлагаемого изобретения осуществляли в трех направлениях: 1) сосуд для питья, 2) фильтрующее устройство, 3) устройство для структурирования и активации воды.

В качестве прототипов по первому пункту использованы устройства [1, 2], представляющие собой емкости для жидкости, но не предназначенные для водоподготовки, доочистки, структурирования и активации воды, что является их основным отличием от данного изобретения.

По второму пункту в качестве прототипов и аналогов рассмотрены устройства, используемые для очистки воды от загрязняющих веществ и содержащие в своем составе фильтровальные элементы, отличаются друг от друга сложностью конструкции, методами очистки, количеством используемых фильтров, их компонентным составом (см. например, [3-12]).

В качестве наполнителей для фильтровальных элементов используют полипропиленовую ткань [7], минеральную гранулированную крошку и активированное угольное волокно [8], модифицированный цеолит и активированный уголь, разделенные между собой слоем гравия [9], гидрофильный сорбент в виде гранулированного древесного угля, ионообменное волокно и листовой пористый материал [10], смесь гранулированного активированного угля из скорлупы кокосовых орехов и активированного углеродного волокна, микропористый полиэтилен, полотно нетканое из ионообменных волокон [11] и др.

Отличием перечисленных способов и устройств от заявляемого является то, что они не могут быть использованы для употребления питьевой воды в момент ее очистки, структурирования и активации, так как не предназначены для этого.

По третьему пункту в качестве в качестве прототипов и аналогов рассматриваются различные способы структурирования и активации воды, основанные на использовании различных физических принципов, включая воздействие на воду излучения в дальнем инфракрасном диапазоне [13], кипячение с последующим пропусканием образующегося пара через магнитное поле и конденсацию при температуре свыше 0°С, с одновременным облучением светом в диапазоне от длинноволнового инфракрасного до ультрафиолетового [14], акустическую (ультразвуковую) кавитацию с образованием кавитационных пузырьков, в результате схлопывания которых выделяется энергия акустической ударной волны, приводящая к разрушению гидратных комплексов, образованию кислородсодержащих водных микрокластеров, используемых в медицине, для ускорения клеточных процессов, изменения клеточной жидкости [15], получение водных кластеров, характеризующихся высокой окислительной способностью за счет делокализации электронов внешних орбиталей [16].

Недостатком перечисленных способов является сложность конструкций используемых устройств.

Структура воды согласно общепринятому в научном сообществе мнению, основанному на многочисленных экспериментальных и теоретических исследованиях, сохраняется в лучшем случае от 10^-15 секунд (моментальная структура) до нескольких секунд (диффузионно-усредненная структура) [17, 18]. В пресной воде не существует преобладающих конфигураций, напоминающих кристаллические структуры, т.к. молекулы воды непрерывно меняют свое ближнее окружение, поэтому говорить о наличии требуемой структуры питьевой воды можно лишь в том случае, если структурирование происходит в момент питья.

В то же время при контакте воды с твердым телом образуется связанная (пограничная) вода, свойства которой зависят от свойств контактирующего вещества и в значительной степени отличаются от свободной воды [19-21]. Также наблюдается значительное отличие свойств пресной воды и водно-солевых растворов, что связано с образованием гидратных оболочек вокруг ионов растворенных солей [22].

Из экспериментальных данных следует, что для человеческого организма более полезной является структурированная вода, что обусловлено своеобразием структуры воды в биологических жидкостях и тканях человека, существованием в них водных фракций, аналогичных связанной и рыхлосвязанной фракциям воды ([23-25] и др.). В частности, предполагается, что биологическое действие на организм структурированной воды состоит в том, что каналы мембран клеток пропускают молекулы структурированной воды с повышенной скоростью, так как регулярная структура воды напоминает структуру самой мембраны (к.х.н. Мосин О.В. (http://www.o8ode.ru/article/oleg/) и др.).

Установлено, что повышение структурированности воды наблюдается при воздействии на нее магнитного поля, в результате чего увеличивается скорость химических реакций и кристаллизации растворенных веществ и т.д. В [26] отмечается, что при омагничивании движущейся воды с помощью постоянных магнитов изменяются коэффициенты преломления, температура замерзания и время кристаллизации, наблюдается изменение структуры воды, в результате ассиметрии гидратных оболочек ионов и возникновении ближней упорядоченности, что ведет к изменению электропроводности омагниченной воды и увеличении растворимости в ней кислорода. Следует отметить, что наряду с благотворным воздействием слабых магнитных полей на биологические системы и организмы в некоторых случаях омагниченная вода не оказывала заметного биологического эффекта на человеческий организм [27].

Количество и свойства образующихся водных кластеров и пограничной воды, а также повышенная биологическая активность воды, связанная с намагничиванием, протеканием через минералы с высокой удельной поверхностью и другими физическими процессами, являются максимальными также в момент приготовления, совпадающий с употреблением.

Задачей изобретения является возможность создания компактного, достаточно простого, но эффективного устройства, позволяющего проводить очистку воды, ее структурирование и активацию в момент потребления.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием.

Устройство имеет следующие принципиальные разновидности, основанные на использовании различных физических эффектов: 1. Устройство 1, изображенное на фиг.1, 2, представляет собой скрученную по окружности трубку, изготовленную из нетоксичного материала, с внутренним диаметром 5-6 мм, а диаметр колец в верхней части 7-8 см, и сужается к плоскому или вогнутому внутрь днищу диаметром 3-4 см. Кольца трубки могут быть герметично скреплены между собой и днищем, представляющим в этом случае расширение нижнего конца трубки. В этом случае емкость для воды формируется из трубок. В другом случае кольца трубки могут быть уложены вплотную между стенок двух емкостей. Тогда нижнее отверстие трубки, предназначенное для всасывания воды из емкости, соединяется с днищем внутренней емкости, а верхнее отверстие трубки, предназначенное для питья, выходит на край сосуда, при этом оба отверстия для удобства питья размещены перпендикулярно ручке для держания, закрепленной на внешней емкости.

Внутри трубки размещены фильтровальные материалы, волокнистые (искусственные и природные) и минеральные, предназначенные для тонкой очистки воды от содержащихся в ней примесей. При этом минеральные компоненты (кварц, доломит, шунгит и др.) также помимо очистки, структурируют воду за счет ее контакта с поверхностью этих минералов. Тип и свойства фильтрационных материалов зависят от типа и свойств примесей, от которых надо очистить воду.

2. Устройство 2 аналогично устройству 1, с той лишь разницей, что трубка не заполнена фильтровальным материалом, а вместо этого имеет чередующиеся участки с разным диаметром, аналогичные пучностям и узлам (фиг.3), либо является гофрированной. В результате подобной формы, заключающейся в чередовании узких и более широких участков, при всасывании воды ртом в трубке после узких участков возникает падение давления, за счет этого образуются кавитационные пузырьки, при схлопывании которых возникает ударная волна, убивающая находящиеся в воде микроорганизмы, обеззараживая жидкость.

3. Устройство 3, изображенное на фиг.4, представляет собой две емкости, между стенками которых проложены скрученные по окружности капиллярные трубки с внутренним диаметром менее 1 мм, попадая в которые вода, в результате электростатического взаимодействия со стенками капилляров, существенным образом изменяет свои физические свойства, становясь связанной (пограничной), или рыхлосвязанной, что проявляется в образовании своеобразной структуры, характерной в частности, для некоторых фракций связанной (гидратированной) воды в биологических жидкостях и тканях.

Использование гидрофобного материала для изготовления капилляров позволяет получать льдоподобную структуру воды, а при использовании гидрофильных материалов в капиллярах образуются прочносвязанная и рыхлосвязанная вода, диэлектрические проницаемости которых близки по своим значениям к диэлектрическим проницаемостям биологических мембран [28].

Следует также отметить, что малый размер капилляров исключает возможность попадания в человеческий организм механических частиц даже микроскопических размеров. Толщина пленок прочносвязанной и рыхлосвязанной воды в тонких капиллярах изменяется от десятков нанометров до десятков микрометров. Так как в капиллярах вода движется медленнее, чем в обычных трубках с диаметром 5-6 мм, то для повышения количества прошедшей через капилляры воды, соответствующего ее нормальному потреблению при питье, предусматривается использовать одновременно несколько (8-10) капиллярных трубок. Нижними отверстиями капиллярные трубки соединены с отверстием в днище, верхние концы трубок с отверстиями, предназначенными для питья, на верхний край сосуда.

4. Устройство 4, представляющее собой комбинацию вариантов 1-3, состоит из нескольких капиллярных трубок и одной - двух центральных трубок уменьшенного размера с сужениями и расширениями, заполненную требуемыми для тонкой очистки минералами и волокнистыми материалами.

На внешней стороне внешней емкости для всех случаев предусмотрены вертикальные магнитные вставки, показанные на фиг.1 и 4. Во время всасывания ртом вода течет по трубкам и испытывает влияние магнитов, в результате чего омагничивается, что ведет к повышению ее биологической активности [26, 27].

Способ использования перечисленных устройств заключается в том, что предназначенная для питья вода наливается во внутреннюю емкость и через отверстие в днище всасывается через трубки, приобретая при этом структуру льдоподобной, кластерной или связанной (пограничной) воды, аналогичную водной фракции, частично присутствующей в клетках и биологических жидкостях человека, затем через отверстия (прорези) в верхней части сосуда попадает непосредственно на слизистую оболочку рта и язык. В этом случае структурирование, омагничивание воды и ее потребление происходят практически одновременно.

Использование вышеприведенного способа позволит осуществлять водоподготовку, доочистку, структурирование и омагничивание питьевой воды непосредственно перед ее употреблением, и тем самым будет способствовать снижению вероятности попадания в организм человека вредных веществ, а также повысит полезность воды за счет ее структурирования и приближения к структуре водных фракций, существующих в биологических жидкостях и тканях человека.

Фиг.1. Общий вид устройства: внешняя стенка (1), внутренняя стейка (2), прорезь в верхней части сосуда, предназначенная для питья (3), пространство между стенок, заполненное уложенной кольцами трубкой, пустой или заполненной фильтровальным материалом (4), ручка для держания, укрепленная на внешней стенке (5), магнитные вставки, закрепленные на внешней стенке, соединенные снизу с внешним дном сосуда (6), участок трубки, свернутой кольцом (показан схематично) (7), нижнее отверстие трубки, предназначенное для всасывания воды, налитой во внутреннюю емкость сосуда (8), верхнее кольцо трубки (9), выходящее на край сосуда и оканчивающееся отверстием (3) для питья.

Фиг.2. Вид устройства сверху: днище (10), нижнее отверстие трубки (8), кольца трубки (11), верхнее отверстие трубки, ручка для держания (5), укрепленная на внешней стенке, магнитные вставки, закрепленные на внешней стенке (6), внешняя стенка (1).

Фиг.3. Участок кольца трубки (вид сверху): участок трубки с малым диаметром (12), участок трубки с большим диаметром (13), продолжение трубки (14).

Фиг.4. Устройство с капиллярными трубками (вид сбоку): стенка сосуда с капиллярными трубками, уложенными кольцами (15), входные отверстия капилляров, предназначенные для всасывания воды из внутренней емкости (16), выходные отверстия капиллярных трубок, предназначенные для питья (17), капиллярные трубки, уложенные кольцами (показаны схематично) (18), ручка для держания, укрепленная на внешней стенке (5), магнитные вставки (6), закрепленные на внешней стенке, соединенные снизу с внешним дном сосуда.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент RU №73597 / Кружка для холодных и горячих пищевых продуктов // Деревцов Р.С.

2. Патент RU №68465 / Кружка для напитков // Билалов Р.А., Тенькова А.Г.

3. Патент RU №32295 / Система очистки питьевой воды "Минутка" // Баранов В.А., Савинков А.И., Савинков Р.И.

4. Патент RU №706 / Устройство для очистки питьевой воды в бытовых условиях // Шибаев А.А., Шелков В.К., Бургов А.В., Олонцев В.Ф., Мамонов О.В.

5. Патент RU №75652 / Установка для дополнительной очистки и обеззараживания воды // Степанов A.M., Соколовская Е.Н., Соколовская Е.К., Соколовский А.К.

6. Патент RU №67981 / Водоочиститель бытовой для получения питьевой воды // Засименко В.В., Захарчук М.В., Засименко Б.В.

7. Патент RU №78789 U1, C02F 1/46, 2008. Устройство для электрохимической очистки питьевой воды // Еделькин A.M., Ермаков А.Г., Шендерова Н.Ф.

8. Патент RU №30616 / Фильтр для очистки питьевой воды // Вачнадзе В.Д., Малоземов В.В.

9. Патент RU 54810 / Фильтр для очистки питьевой воды // Скипин И.Г.

10. Патент RU №46676 / Фильтр бытовой для очистки питьевой воды // Кравченко В.В., Третяк Ф.С., Митекин В.В., Байчурин Р.Г.

11. Патент RU №7892 / Фильтрующий модуль и фильтр для очистки жидкости // Русинов Г.Д.

12. Патент RU №13207 / Устройство очистки питьевой воды // Брайнес А.С., Боднар B.C., Ионов Б.В., Кичанов Г.Н.

13. Patent USA №5965007 / Water and method for processing thereof // Uzawa; Masakazu (Tokyo, JP).

14. Patent USA №5711950 / Microclustered Water // Lorenzen; Lee H.

15. Patent USA №6521248. 2003. / Micro-cluster liquids and methods of making and using them // Holloway, et all.

16. Patent USA №5800576. 1998. / Water clusters and use therefore // Johnson, et. all.

17. Саркисов Г.Н. Структурные модели воды / УФН. 2006./ Т.176. №8 С.833-845.

18. Маленков Г.Г. Структура и динамика жидкой воды. // ЖСХ. 2006. Т.47. (Приложение) С.S5-S35.

19. Романов А.Н. Влияние минералогического состава на диэлектрические свойства дисперсных смесей в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2003. Т.48. №5. С.537-544.

20. Романов А.H. Влияние термодинамической температуры на диэлектрические характеристики минералов и связанной воды в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2004. Т.49. №1. С.91-95.

21. Романов А.Н. Влияние объемной влажности и фазового состава воды на диэлектрические свойства древесины в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника, 2006. т.51, №4. С.461-466.

22. Романов А.H. Влияние массовой концентрации минеральных солей на диэлектрические характеристики их водных растворов в микроволновом диапазоне. // Радиотехника и электроника. Т.49. №9. 2004. С.1157-1163.

23. Щеголева Т.Ю. Гидратное окружение макромолекул биополимеров по данным СВЧ-диэлькометрии // Биофизика. 1989. Т. 34, вып.6. С.935-939.

24. Гайдук В.И., Новскова Т.А. Расчет спектра диэлектрических потерь для системы белок-вода / Биофизика. 1987, Т. 32, вып.4. С.579-582.

25. Щеголева Т.Ю., Колесников В.Г. Изменение гидратного окружения эритроцитов при гормональной стимуляции // Биофизика 1996, Т. 41, вып.5. С.1082-1085.

26. Активированные жидкости, электромагнитные поля и фликкер-шум. Их применение в медицине и сельском хозяйстве / Пасько О.А., Семенов А.В., Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г. - Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. 410 с.

27. Бинги В.Н., Савин А.В. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы // УФН. 2003. Т. 173. №3. С.265-299.

28. Основы физики воды / Антонченко В.Я., Давыдов А.С., Ильин В.В. - Киев: Наук. Думка. 1991. 672 с.

Группа изобретений относится к методам водоподготовки, доочистки, структурирования, активации питьевой воды и может быть использована в пищевой, фармацевтической промышленности, медицине, в домашних условиях, для очистки воды из городского водопровода, в экстремальных, походных условиях, аварийных ситуациях. Устройство по первому варианту содержит сосуд для питья, выполненный в виде скрученной кольцами трубки. Кольца могут быть герметично скреплены или уложены вплотную между стенок двух емкостей. Нижнее отверстие трубки соединено с днищем внутренней емкости, а верхнее отверстие трубки, предназначенное для питья, выходит на край сосуда. Трубка может быть заполнена волокнистыми или минеральными материалами. На внешней стороне сосуда имеются вертикальные магнитные вставки. Устройство по второму варианту отличается тем, что между стенками емкостей проложены капиллярные трубки. Технический результат состоит в возможности осуществления водоподготовки и доочистки питьевой воды непосредственно перед ее употреблением, что снижает вероятность попадания в организм человека вредных веществ, а также повышает полезность воды. 2 н.з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для очистки, структурирования, активации питьевой воды, включающее сосуд для питья, выполненный в виде скрученной кольцами трубки с внутренним диаметром 4-6 мм, диаметром колец в верхней части 7-9 см, уменьшающимся к плоскому или вогнутому внутрь днищу диаметром 4-5 см, кольца трубки либо герметично скреплены между собой и днищем, представляющим в этом случае расширение нижнего конца трубки, либо уложены вплотную между стенок двух емкостей, тогда нижнее отверстие трубки, предназначенное для всасывания воды из емкости, соединяется с днищем внутренней емкости, а верхнее отверстие трубки, предназначенное для питья, выходит на край сосуда, при этом оба отверстия перпендикулярны ручке для держания, закрепленной на внешней емкости, причем трубка изготовлена из нетоксичного материала пустотелой или заполненной волокнистыми и минеральными материалами для доочистки и структурирования воды за счет контакта с поверхностью этих материалов, имеет одинаковый диаметр по всей длине, либо чередующиеся участки с разным диаметром, либо гофры, причем на внешней стороне сосуда предусмотрены вертикальные магнитные вставки.

2. Устройство для очистки, структурирования, активации питьевой воды, представляющее собой одновременно сосуд для питья и фильтрационную систему, отличающееся тем, что между стенками внешней и внутренней емкостей проложены по окружности капиллярные трубки с внутренним диаметром менее 1 мм, с гидрофобными или гидрофильными стенками, при этом на внешней стороне внешней емкости предусмотрены вертикальные магнитные вставки.