RU116488U1 - Устройство для получения активированной воды - Google Patents

Abstract

Устройство для активирования воды, содержащее узел вибрационного воздействия, в котором исходная вода подвергается высокочастотным вибрационным колебаниям, соединенный с устройством вращения потока воды и приемной емкостью, подсоединенной к узлу вибрационного воздействия посредством насоса и трубопровода, отличающееся тем, что для подачи воды из приемной емкости в узел вибрационного воздействия установлен высоконапорный насос, подающий воду по участку высоконапорной магистрали от узла вибрационного воздействия на вход устройства вращения потока, которое подсоединено к проточному каналу активатора для обеспечения дальнейшей кавитации внутри потока по оси трубы проточного канала активатора при снижении давления до 0,6 МПа.

Description

Полезная модель относится к устройствам получения активированной воды и может быть использована в биотехнологии, сельском хозяйстве, в косметологии, медицине и фармацевтике, экологии и восстановлении природной среды, пищевой промышленности и общественном питании.

Из уровня техники известны различные устройства активации воды, включающие в себя как прямое, так и опосредствованное воздействие на воду различными факторами или их комбинацией. Активация возможна при воздействии электромагнитным полем различной частоты, нагревом и охлаждением, электростатическим полем, а так же различными видами механического воздействия: статического, динамического (линейного, вращательного, колебательного), а также при воздействии растворяемых в воде соединений или кристаллической структуры материалов, через которые прокачивают воду. Активация воды выполняется с различными целями: получение определенных структурных изменений воды, различных значений рН («живая» и «мертвая» вода), очистки или обеззараживания воды, ее диссоциации, нагрева и т.д.

Известны устройства, использующие кавитационные процессы для активации воды, например устройство активации для полива при выращивании растений и устройство для его осуществления по патенту RU 2304875.

Кавитация - образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). При разрушении (схлопывании) газовых пузырьков в жидкости возникают гидравлические удары, перепады давления (до сотен Мпа), распостраняющиеся в жидкости, что вызывает энергетическую накачку, активацию жидкости.

В известном устройстве процесс кавитации инициируют при относительно невысоком давлении в системе циркуляции (≤1.0 Мпа). Кавитация возникает при срыве скоростного потока воды на подвижных элементах узлов: роторе центробежного насоса с зубцами на торце. В этом случае элементы конструкции испытывают значительные ударные нагрузки, зачастую вызывающие быстрое разрушение механизмов.

Известно устьройство активации жидкости по патенту RU 2333155, позволяющее выполнять активацию при опосредствованном влиянии кавитации на обрабатываемую воду: путем обработки исходной воды продольными электромагнитными волнами, акустическими волнами ультразвуковой и звуковой частоты, возникающими при кавитации в сопутствующей технологической среде. В этом случае обрабатываемая вода прокачивается по отдельному трубопроводу посредством насоса (либо другим устройством, обеспечивающим избыточное давление), перемещающего ее по замкнутому или разомкнутому трубопроводу.

Активированная вода недолго сохраняет свои полезные свойства, следовательно, и возможность эффективного воздействия на биологические объекты, а именно - в течение нескольких дней. Срок, за который активированная вода возвращается в исходное состояние, называется временем релаксации. Короткое время релаксации в значительной степени ограничивает сферу применения активированной воды.

Известно устройство для приготовления активированной воды по патенту RU 2266255, включающее гидромеханическую обработку исходного объема воды с помощью гидродинамического активатора вибрационными колебаниями высокой частоты, выбранное в качестве прототипа заявленного устройства.

Устройство для приготовления активированной воды гидромеханической обработкой имеет в своем составе, по меньшей мере, одно роторное гидромеханическое устройство, в котором исходная вода подвергается воздействию вынужденных механических колебаний звуковой частоты, которые приводят к возникновению в потоке воды резких гидравлических ударов и интенсивной кавитации, что определяет эффективность гидромеханического воздействия. Роторное гидромеханическое устройство соединено с входным патрубком устройства вращения потока воды, выполненного в виде полого тела вращения конической формы, в котором обеспечивается вращательное движение воды относительно вертикальной оси с увеличивающейся скоростью вращения. В устройстве вращения потока воды создают вихревой эффект, который характеризуется минимальным абсолютным давлением вплоть до разрежения вблизи оси вращения, что способствует возникновению кавитации и позволяет повысить эффективность обработки воды, степень ее активации. Выходной патрубок устройства вращения потока воды подсоединен к циркуляционному насосу, отводящий патрубок соединен с питательным насосом для отвода активированной воды на использование.

В известном устройстве процесс кавитации ведут при относительно невысоком давлении в системе циркуляции (≤0.4 Мпа). Кавитация возникает при срыве скоростного потока воды на вращающихся рабочих колесах, элементы конструкции испытывают значительные ударные нагрузки вызывающие быстрое разрушение механизмов.

Активированная этим устройством вода недолго сохраняет свои полезные свойства, следовательно, и возможность эффективного воздействия на биологические объекты: менее 30 дней.

Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатков прототипа, а именно, повышение эффективности процесса активации жидкости за счет получения активированной воды с упорядоченной кластерной структурой, положительно влияющей на различные биологические объекты и процессы.

Признаком упорядоченной кластерной структуры воды, в диапазоне температур 0÷100ºС, является повышенная диэлектрическая проницаемость, что доказано экспериментально [см. Демиденко Н.М. Аномалии диэлектрической проницаемости воды в диапазоне частот 2 х 10³-10⁵ Гц. Журнал «Физическая химия», №73, №6 1999 г].

Технический результат достигается следующим решением. В устройстве активирования воды, содержащем узел вибрационного воздействия, в котором исходная вода подвергается высокочастотным вибрационным колебаниям, соединенный с устройством вращения потока воды и приемной емкостью, подсоединенной к узлу вибрационного воздействия посредством насоса и трубопровода, согласно полезной модели для подачи воды из приемной емкости в узел вибрационного воздействия установлен высоконапорный насос, подающий воду по участку высоконапорной магистрали от узла вибрационного воздействия на вход устройства вращения потока, которое подсоединено к проточному каналу активатора для обеспечения дальнейшей кавитации внутри потока по оси трубы проточного канала активатора при снижении давления до 0,6 Мпа.

Предлагаемое устройство позволяет активировать воду, изменить ее структуру в высоконапорном вращающемся потоке под гидромеханическим воздействием.

В соответствии с современными представлениями, вода представляет собою ассоциированную жидкость со значительною диэлектрическою проницаемостью и дипольным моментом молекул, что, в жидком состоянии, приводит к образованию кластеров различных размеров, свободных молекул Н₂О и молекул примесей [см. С.В.Зенин, Б.В.Тяглов. Гидрофобная модель структуры ассоциативов молекул воды. Журнал «Физическая химия», т.68, 34, 1994 г., стр.636-641]. Кластеры жидкой воды представляют собой упорядоченную кристаллическую структуру в форме сфероцилиндров, имеющих интегральный дипольный момент, образованный векторным сложением дипольных моментов отдельных молекул и направленный вдоль длинной оси сфероцилиндров. что подтверждено экспериментально. При внешнем воздействии на жидкую воду различных физических факторов: механических, акустических, электромагнитных сил - кластеры будут перемещаться, поворачиваться и вращаться. Центр тяжести кластера относительно его продольной оси также смещен, т.к. первичным элементом его является молекула H₂O.

Установка высоконапорного насоса, встроенного в высоконапорную магистраль между приемной емкостью и узлом вибрационного воздействия, позволяет сжимать воду перед обработкой исходного объема воды вибрационными колебаниями в высоконапорной магистрали до давления 9-25 Мпа, повышая эффективность процесса активации за счет энергетической накачки воды при высоком давлении.

Соединение высоконапорной магистрали (на выходе узла вибрационного воздействия) с устройством вращения потока, которое подсоединено к проточному каналу высоконапорной магистрали, упрощает конструкцию активатора за счет возможности исключения рабочих колес, роторов и лопастей. В активаторе, являющемся частью высоконапорной магистрали, процесс кавитации (в отличие от прототипа) происходит не на подвижных элементах конструкции (рабочих колесах, роторах, лопастях и т.п.), а в проточном канале высоконапорной магистрали внутри столба воды, что позволяет в полной мере использовать энергию кавитационного воздействия, снизить ударные нагрузки на элементы конструкции.

Перед обработкой исходного объема воды вибрационными колебаниями воду сжимают в высоконапорной магистрали до давления 9-25 Мпа, при этом происходит некоторое снижение размеров кластеров, из межкристаллического пространства выходят свободные молекулы воды, парогазовые включения, несвязанные соли, происходит энергетическая накачка воды на колебательном уровне.

Вибрационную обработку сжатого высоконапорного столба воды ведут с частотой 0,1÷1000,0 Гц, что создает в нем газовые пузырьки за счет чередования зон высокого давления и разряжения.

Скорость вращения столба воды равна 10-15 м/сек.

Как показали лабораторные испытания, снижение давления в проточном канале активатора до сброса воды в приемную емкость целесообразно проводить до значения 0,6 Мпа, при этом значении кластеры, как более массивные структуры, отжимаются к стенке канала, выделившиеся парогазовые пузырьки схлопываются, разрушаются в центральной части канала с высоким выделением энергии, гидравлическими ударами внутри столба воды.

Повышение эффективности процесса активации достигается за счет энергетической накачки воды при высоком давлении, значительно большего газовыделения, высокой интенсивности кавитации, что приводит к более высокой степени активации воды, получению воды с упорядоченной кластерной структурой, положительно влияющей на различные биологические объекты и процессы. Получаемая вода имеет длительное время релаксации (не менее двух месяцев).

В ходе процесса активации в центральную зону вращающегося столба воды отжимаются легкие радикалы Н и ионы Н⁺. Это усиливает напряженность электростатического поля, на оси растет положительный заряд, на периферии - отрицательный.

В центре вращающегося столба снижается статическое давление, что способствует выдавливанию в эту зону парогазовых микропузырьков и возникновению кавитации при их схлопывании. При высоких скоростях вращения столба воды пузырьки сливаются и образуют газопаровую полость цилиндрической формы, меняющей во времени диаметр, длину и положение в пространстве. Вследствие кавитации по оси потока происходят гидравлические удары, ударная волна от которых распространяется по всему объему воды. Это также приводит к значительной колебательной накачке молекул Н₂О, увеличению элементов Н и Н^-, что вызывает усиление экзотермических реакций водородного типа, выделения энергии в виде колебательных квантов. В центральной части потока накапливаются элементы Н, ОН, О, Н₂, O₂, О₃, Н₂О₂, Н⁺, ОН^-, е^-. В качестве «топлива» для развития процесса используется энергия межмолекулярных и межатомных связей воды. Происходит энергетический заряд воды, ее активация, что наряду с ростом кластерных структур и поляризацией вызывает изменение ряда свойств: оптической плотности и поверхностного натяжения, окислительно-восстановительного потенциала, кислотно-щелочного баланса, диэлектрической проницаемости и др. Теоретическое описание происходящих процессов подтверждено опытными данными последнего времени [Ю.П.Рассадкин. Вода обыкновенная и необыкновенная. Москва, «Галерея СТО», 2008 г., 835 стр.].

Под воздействием сил трения и центробежных сил кластеры будут разворачиваться, выстраиваться в упорядоченную структуру, среднее положение их оси симметрии и вектора диполей будут устанавливаться в радиальном направлении. В результате за счет вращения создается упорядоченная структура кластеров, являющихся диполями, в виде концентрических цилиндрических слоев, что связано с взаимным влиянием диполей. Такая структура обеспечивает минимум потенциальной энергии системы частиц. Образуется собственное электростатическое и электромагнитное поле столба воды, причем по оси столба создается положительный заряд, на периферии - отрицательный. На оси вращения достигается максимальная интенсивность магнитной составляющей поля, обеспечивающей интенсификацию квантово-механических и колебательно-неравновесных химических реакций, отчего кластеры укрупняются. В значительной степени увеличивается запасенная колебательная энергия системы.

Цикл обработки повторяется после возврата воды в циркуляционную емкость. Длительность обработки воды во многом зависит от ее исходного состояния: структуры, минерального состава солей, связанных газовых включений и температуры. При обработке в воде гибнут бактерии, выделяются растворенные в ней газы. Вода нагревается, после обработки при стабилизации и охлаждении, в осадок в значительной степени выпадают соли, ранее в ней растворенные.

Сущность предложенной полезной модели поясняется следующими рисунками.

На рис.1 показана структурная схема, на которой представлено устройство активирования воды.

На рис.2 показан продольный разрез активатора потока воды.

Устройство, позволяющее выполнить активацию, изменить структуру воды, имеет в своем составе следующие узлы: емкость 1, высоконапорный насос 2 (давление не менее 9.0 Мпа) с узлом 3 вибрационного воздействия, активатор 4 с устройством 5 вращения потока, а так же соединительные трубопроводы, как высоко-, так и низконапорные с отсечными клапанами

(см. рис.1). В качестве высоконапорного насоса 2 в опытной установке использовали агрегат Wagner с рабочим давлением Р=25.0 Мпа и расходом 330 литров в час. Активатор 4 представляет собою участок высоконапорной магистрали 7 со встроенным устройством 5 вращения потока, поджатым конусной шайбой 8, и зафиксированном сваркой (см. Рис.2).

Получение активированной воды включает подачу воды из емкости 1 на вход высоконапорного насоса 2 с узлом 3 вибрационного воздействия на поток, направляемый в активатор 4 с устройством 5 вращения потока, после прохождения которого, вода возвращается в емкость 1. Обработка производится путем многократной циркуляции исходного объема воды через активатор 4 при технологическом контроле изменения диэлектрической проницаемости воды. Процесс останавливается при достижении максимальной для данной воды диэлектрической проницаемости, что характеризует глубокие и долговременные изменения ее структуры.

Технические характеристики опытной установки приведены в таблице 1.

Таблица 1
Наименование	Единица измерения	Величина
Объем циркуляционной емкости	Литр	50.0
Производительность высоконапорного насоса	Литр\час	330.0
Давление на выходе насоса	Мпа	25.0
Давление на входе активатора	Мпа	17.0
Диаметр высоконапорной магистрали	Мм	10.0
Диаметр магистрали в зоне кавитации	Мм	4.0
Производительность установки	Литр\час	47.0
Время релаксации воды	месяц	Не менее двух месяцев
Изменение токов проводимости для опытных образцов воды	МкА	6.5-7.0

Степень структуризации воды контролируется измерением токов проводимости методом дифференциальной кондуктометрии. Метод дифференциальной кондуктометрии утвержден на секции по традиционной медицины Ученого Совета Минздрава РФ в качестве достоверного метода регистрации структурного изменения воды. При достижении максимально возможной для данной воды степени структуризации разность токов проводимости стабилизируется. По заключению [Заключение о выполнении НИР по теме «Исследование структурного состояния воды после кавитационной обработки, и структурного состояния водки на основе обработанной воды, представленной Олефир А.Ф.». Москва. Проблемная лаборатория. ФНКЭЦ ТМДЛ Минздрава РФ. 2009] структурированная вода, полученная на опытной установке, имеет оздоравливающее воздействие на человеческий организм. В воде после обработки не обнаруживаются признаки бактерий, чрезвычайно низкий уровень минерализации [Протокол анализа воды. МУП «Производственное объединение водоснабжения и водоотведения» г.Челябинск, 18.03.2010 г.].

Значение рН изменяется с 5.2 до 7.93. В значительной степени изменилась оптическая проницаемость воды, ее жесткость. При температуре окружающей среды +18ºС, при отсутствии прямого интенсивного воздействия на структуру воды каким-либо дестабилизирующим фактором, вода сохраняет приобретенные свойства не менее двух месяцев. По потребительским качествам вода отвечает требованиям СанПиНа для питьевой воды.

Claims (1)

1. Устройство для активирования воды, содержащее узел вибрационного воздействия, в котором исходная вода подвергается высокочастотным вибрационным колебаниям, соединенный с устройством вращения потока воды и приемной емкостью, подсоединенной к узлу вибрационного воздействия посредством насоса и трубопровода, отличающееся тем, что для подачи воды из приемной емкости в узел вибрационного воздействия установлен высоконапорный насос, подающий воду по участку высоконапорной магистрали от узла вибрационного воздействия на вход устройства вращения потока, которое подсоединено к проточному каналу активатора для обеспечения дальнейшей кавитации внутри потока по оси трубы проточного канала активатора при снижении давления до 0,6 МПа.