Изобретение относится к способам и устройствам кристаллизационной очистки воды от вредных для здоровья человека примесей, в том числе от тяжелых изотопов дейтерия.The invention relates to methods and devices for crystallizing water purification from impurities harmful to human health, including heavy deuterium isotopes.
Все существующие сегодня методы разделения тяжелой воды от обычной определяются физико-химическими свойствами этих соединений. По физическим свойствам тяжелая вода заметно отличается от обычной воды: она кипит при 101,43°C, замерзает при 3,82°C, имеет плотность 1,104 г/см3. По химическим свойствам тяжелая вода очень близка к обычной воде, хотя некоторые реакции в ней замедляются или ускоряются (иногда в 2-3 раза). Также было замечено, что лед, образованный тяжелой водой, не плавает на поверхности воды, а тонет.All existing methods for separating heavy water from ordinary ones are determined by the physicochemical properties of these compounds. In physical properties, heavy water differs markedly from ordinary water: it boils at 101.43 ° C, freezes at 3.82 ° C, and has a density of 1.104 g / cm 3 . In chemical properties, heavy water is very close to ordinary water, although some reactions in it slow down or accelerate (sometimes 2-3 times). It was also noted that ice formed by heavy water does not float on the surface of the water, but sinks.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является патент России №2407706 С2, где устройство для приготовления легкой воды содержит корпус с емкостью для кристаллизации тяжелой воды, в верхней части сосуда расположен фильтр для выхода и слива легкой воды и задержания кристаллов льда тяжелой воды.Closest to the claimed technical solution is the patent of Russia No. 2407706 C2, where the device for preparing light water contains a housing with a container for crystallizing heavy water, in the upper part of the vessel there is a filter for leaving and draining light water and trapping ice crystals of heavy water.
Недостатком устройства является отсутствие сливного разделительного узла для получения готового продукта (легкой воды).The disadvantage of this device is the lack of a drain separation unit for receiving the finished product (light water).
Отмеченный недостаток устраняется тем, что предварительно температуру холодильной камеры холодильника настраивают на температуру замерзания тяжелой воды (дейтерия), например, 3 градуса, после чего залитую в сосуд питьевую водопроводную воду помещают в холодильную камеру, где температура воды по всему объему устанавливается согласно заданному значению. Заданное значение температуры поддерживают некоторое время за счет таяния льда. Время таяния должно обеспечить разделение воды на легкую и тяжелую фазы. После фазного разделения легкая вода под действием изменяющего объема проходит через фильтр и отверстия в камеру потребления.The noted drawback is eliminated by the fact that the temperature of the refrigerator’s refrigerator compartment is preliminarily adjusted to the freezing point of heavy water (deuterium), for example, 3 degrees, after which the drinking tap water poured into the vessel is placed in the refrigerator compartment, where the temperature of the water throughout the volume is set according to a predetermined value. The set temperature value is maintained for some time due to melting ice. The melting time should ensure the separation of water into light and heavy phases. After phase separation, light water under the influence of a changing volume passes through the filter and openings into the consumption chamber.
На череже показано устройство, содержащее камеру потребления 1, в которой размещена герметичная емкость 14 изменяющегося объема, состоящая из верхнего цилиндра 5 меньшего диаметра, нижнего цилиндра 10 большего диаметра и находящейся между ними гибкой оболочки 9. Полость 6 цилиндра 5 меньшего диаметра служит для заполнения цилиндра 5 льдом. Внизу цилиндр 10 большего диаметра имеет дно 12. Цилиндр 5 меньшего диаметра в верхней части разделен перегородкой, образующей полость 4, над которой размещен фильтр 2 с имеющимися выходными отверстиями 3 для выхода легкой воды. В качестве фильтра может использоваться пористая керамика, обладающая линейной осевой водопроницаемостью. Полость 4 через центральный канал 7 связана с верхней частью объема гибкой оболочки 9 и каналами 8 - с верхней частью цилиндра 10 большего диаметра. В каналах 8 размещены направляющие 11, жестко связанные посредством связей 13 с нижней частью цилиндра 10 большего диаметра. Каналы 8 и направляющие 11 создают равномерное осевое перемещение цилиндра 9 меньшего диаметра вниз относительно цилиндра 10 большего диаметра и из-за высокой теплопроводности снижают градиентный перепад температур по всему объему воды.The skull shows a device containing a consumption chamber 1, in which a sealed container 14 of varying volume is placed, consisting of an upper cylinder 5 of a smaller diameter, a lower cylinder 10 of a larger diameter and a flexible shell 9 located between them. A cavity 6 of a cylinder 5 of a smaller diameter serves to fill the cylinder 5 ice. At the bottom, a cylinder 10 with a larger diameter has a bottom 12. A cylinder 5 with a smaller diameter is divided in the upper part by a partition forming a cavity 4, over which a filter 2 with existing outlet openings 3 for light water exit is placed. As a filter, porous ceramics with linear axial water permeability can be used. The cavity 4 through the Central channel 7 is connected with the upper part of the volume of the flexible shell 9 and channels 8 - with the upper part of the cylinder 10 of a larger diameter. In the channels 8 there are rails 11, rigidly connected by means of connections 13 with the lower part of the cylinder 10 of larger diameter. The channels 8 and the guides 11 create a uniform axial movement of the smaller diameter cylinder 9 downward relative to the larger diameter cylinder 10 and, due to the high thermal conductivity, reduce the temperature gradient across the entire volume of water.
Работа устройства заключается в том, что полость 6 цилиндра 5 заливают водой и ставят в морозильную камеру. Одновременно залитый сосуд с питьевой водой помещают в камеру холодильника, температура которой отрегулирована на температуру замерзания тяжелой воды. После достижения заданной температуры по всему объему воды ее переливают в емкость 14 устройства с образовавшимся там льдом, закрывают дно и ставят в камеру холодильника с заданной температурой, например, 3 градуса. В плоскости раздела льда и объема гибкой оболочки и окрестности канала 7 устанавливается постоянная температура, равная температуре плавления льда 0+ градуса. Эта температура поддерживается постоянно, пока не растаял в полости 6 лед, и является идеальной для образования дейтерийного льда, который по своим свойствам тонет, уступая место на входе канала 7 легкой воде. Легкая вода поступает в полость 4, фильтруется и стекает в камеру потребления. Скорость фильтрования определяется весом цилиндра 5 и пропускной способностью фильтра и должна быть согласована со скоростью падения (в идеальном случае) дейтерийного льда. После окончания фильтрования легкую воду сливают для использования, устройство промывают обратным потоком теплой воды, подготавливая его для последующего использования. Для повышения надежности качественного фильтрования рекомендуется после окончания процесса иметь остаток охлаждающего льда.The operation of the device is that the cavity 6 of the cylinder 5 is filled with water and placed in the freezer. At the same time, a filled vessel with drinking water is placed in the refrigerator chamber, the temperature of which is adjusted to the freezing temperature of heavy water. After reaching a predetermined temperature over the entire volume of water, it is poured into the container 14 of the device with ice formed there, the bottom is closed and put in the refrigerator chamber with a predetermined temperature, for example, 3 degrees. In the plane of separation of ice and the volume of the flexible shell and the vicinity of channel 7, a constant temperature is set equal to the melting temperature of ice 0 + degrees. This temperature is maintained constantly until the ice has melted in the cavity 6, and is ideal for the formation of deuterium ice, which in its properties drowns, giving way to light water at the inlet of channel 7. Light water enters cavity 4, is filtered and drains into the consumption chamber. The filtration rate is determined by the weight of the cylinder 5 and the filter capacity and should be consistent with the rate of fall (in the ideal case) of deuterium ice. After filtering, light water is drained for use, the device is washed with a reverse stream of warm water, preparing it for subsequent use. To increase the reliability of high-quality filtering, it is recommended that after the end of the process there is a balance of cooling ice.
Устройство просто в конструкции, надежно, автоматически отрабатывает заданную технологию, поэтому может найти самое широкое применение в бытовой технике.The device is simple in design, reliably, automatically fulfills the given technology, therefore it can find the widest application in household appliances.