RU2788566C1 - Heat-exchange tank and device for water purification by recrystallization method, using it - Google Patents
Heat-exchange tank and device for water purification by recrystallization method, using it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788566C1 RU2788566C1 RU2022119210A RU2022119210A RU2788566C1 RU 2788566 C1 RU2788566 C1 RU 2788566C1 RU 2022119210 A RU2022119210 A RU 2022119210A RU 2022119210 A RU2022119210 A RU 2022119210A RU 2788566 C1 RU2788566 C1 RU 2788566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tank
- water
- control board
- cooling
- heat exchange
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 205
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 35
- 235000014666 liquid concentrate Nutrition 0.000 claims abstract description 27
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 18
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000011068 load Methods 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003203 everyday Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 43
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 21
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 20
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 19
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 230000003068 static Effects 0.000 description 5
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 4
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 4
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 4
- 235000008504 concentrate Nutrition 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- SXYIRMFQILZOAM-HVNFFKDJSA-N (3R,5aS,6R,8aS,9R,10S,12R,12aR)-10-methoxy-3,6,9-trimethyldecahydro-3,12-epoxypyrano[4,3-j][1,2]benzodioxepines Chemical compound C1C[C@H]2[C@H](C)CC[C@H]3[C@@H](C)[C@@H](OC)O[C@H]4[C@]32OO[C@@]1(C)O4 SXYIRMFQILZOAM-HVNFFKDJSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-NJFSPNSNSA-N (18)O Chemical compound [18O] QVGXLLKOCUKJST-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для очистки воды методом перекристаллизации улучшающим ее биологические свойства путем удаления растворимых в ней органических и неорганических веществ и газов, и может быть использована в быту, пищевой промышленности и медицине.The invention relates to devices for water purification by recrystallization, which improves its biological properties by removing organic and inorganic substances and gases soluble in it, and can be used in everyday life, food industry and medicine.
Очистка воды методом перекристаллизации состоит в ее замораживании при температуре несколько ниже нуля градусов Цельсия (например, от -2 до -6°С) с образованием кристаллов льда из которых на границе фронта кристаллизации большая часть примесей вытесняется в виде жидкого концентрата органических и неорганических примесей, который не замерзает при указанных температурах вследствие повышенного содержания солей. Жидкий концентрат примесей удаляют, а чистый слиток кристаллов льда плавят при положительной температуре с получением очищенной талой воды.Purification of water by recrystallization consists in freezing it at a temperature slightly below zero degrees Celsius (for example, from -2 to -6 ° C) with the formation of ice crystals from which, at the boundary of the crystallization front, most of the impurities are displaced in the form of a liquid concentrate of organic and inorganic impurities, which does not freeze at the specified temperatures due to the increased salt content. The liquid concentrate of impurities is removed, and a pure ingot of ice crystals is melted at a positive temperature to obtain purified melt water.
Известен водоочиститель для получения талой питьевой воды, который включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола и зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом (патент РФ №2312817, МПК C02F 1/22, опубл. 20.12.2007). Водоочиститель имеет раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда, и дополнительно снабжен приводным устройством перемещения стержня замороженной воды, смонтированным за морозильной камерой и разобщающим устройством, размещенным по центру стержня замороженной воды и выполненным в виде трубы. Разобщающее устройство имеет на входе кольцевую режущую часть, а на выходе - расширяющийся профиль, образующий выходной патрубок для удаления примесей в виде рассола.A water purifier is known for producing melted drinking water, which includes a zone for freezing water with an annular freezer, a zone for displacing impurities from the ice front and concentrating impurities in the form of brine and a zone for the transition of water from a solid state to a liquid state with an annular heating element ( RF patent No. 2312817, IPC C02F 1/22, published on December 20, 2007). The water purifier has separate pipes for removing impurities in the form of brine and melted drinking water, located in the lower part of the vessel, and is additionally equipped with a drive device for moving the frozen water rod, mounted behind the freezer and a disconnecting device located in the center of the frozen water rod and made in the form of a pipe . The disconnecting device has an annular cutting part at the inlet, and an expanding profile at the outlet, forming an outlet pipe for removing impurities in the form of brine.
Известен водоочиститель для получения талой питьевой воды в промышленных масштабах из морской воды, который включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола и зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом, раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда (Патент Франции №2858607, МПК C02F 1/22, опубл. 11.02.2005).A water purifier is known for producing melted drinking water on an industrial scale from sea water, which includes a water freezing zone with an annular freezing chamber, a zone for displacement of impurities from the ice front and concentration of impurities in the form of brine, and a zone for the transition of water from a solid state to liquid with an annular heating element, separate nozzles for removing impurities in the form of brine and melted drinking water, located in the lower part of the vessel (French Patent No. 2858607, IPC
Однако выше приведенные аналоги обеспечивает недостаточное качество очистки воды, сложно в конструктивном выполнении и не имеют оптимально подобранной геометрии теплообменной емкости.However, the above analogues provide insufficient quality of water purification, it is difficult to design and do not have an optimally matched geometry of the heat exchange tank.
Известна установка для очистки воды (Патент РФ №2274607, МПК C02F 1/22, опубл. 20.04.2006 г.), содержащая емкость для неочищенной воды, установленный в емкости теплообменник для отвода тепла и намораживания льда, средства для нагрева и оттаивания льда, морозильный агрегат с системой его охлаждения, трубопровод с вентилем для слива воды с примесями, трубопровод с вентилем для слива талой воды, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен по форме многоступенчатого змеевика, расположенного в верхней части емкости по высоте примерно 1/3÷2/3 высоты емкости на расстоянии 2÷5 см относительно верхнего основания емкости и симметрично относительно ее боковой поверхности с зазором, обеспечивающим возможность объемного намораживания льда в воде вокруг змеевика до размера, не перекрывающего при кристаллизации льдом этот зазор, емкость снабжена термоизоляционной крышкой и уплотнением, трубопровод для слива воды с примесями установлен в самом сечении конического дна емкости, трубопровод для слива талой воды установлен внизу выше конического дна емкости на 0,5÷2 см. Установка снабжена фильтром тонкой очистки с водоотводящей трубкой с вентилем и насосом для циркуляции и перекачки талой воды под давлением через фильтр тонкой очистки и блоком управления в ручном или автоматическом режиме.A water treatment plant is known (RF Patent No. 2274607, IPC C02F 1/22, publ. 20.04.2006), containing a container for untreated water, a heat exchanger installed in the container for removing heat and freezing ice, means for heating and thawing ice, a freezing unit with its cooling system, a pipeline with a valve for draining water with impurities, a pipeline with a valve for draining melt water, characterized in that the heat exchanger is made in the form of a multi-stage coil located in the upper part of the tank at a height of approximately 1/3÷2/3 the height of the container at a distance of 2÷5 cm relative to the upper base of the container and symmetrically with respect to its side surface with a gap that provides the possibility of volumetric freezing of ice in water around the coil to a size that does not overlap this gap during ice crystallization, the container is equipped with a thermally insulating cover and a seal, a pipeline for drain of water with impurities is installed in the very section of the conical bottom of the tank, the pipeline for draining the water layer is installed at the bottom above the conical bottom of the tank by 0.5÷2 cm.
Наиболее близким аналогом (прототипом) теплообменной емкости для очистки воды методом перекристаллизации является теплообменная емкость для очистки воды методом перекристаллизации, выполненная из термопроводного материала и имеющая в днище сливной патрубок и расположенные на ее наружной поверхности термоэлементы для охлаждения и нагрева стенок емкости (патент ЕА 025716, МПК C02F 1/22, опубл. 30.01.2017 г.). Теплообменная емкость выполнена в виде усеченного полого конуса вертикально ориентированного раструбом вверх и имеет крышку и вставку, прикрепленную к крышке и выполненную в виде усеченного конуса и расположенную внутри емкости с зазором относительно ее стенок и днища с образованием кольцевой щелевой полости. Снаружи поверхность емкости покрыта слоем теплоизолирующего материала.The closest analogue (prototype) of a heat exchange tank for water purification by recrystallization is a heat exchange tank for water purification by recrystallization, made of a thermally conductive material and having a drain pipe in the bottom and thermoelements located on its outer surface for cooling and heating the walls of the tank (patent EA 025716, IPC C02F 1/22, published 01/30/2017). The heat exchange vessel is made in the form of a truncated hollow cone vertically oriented with the socket upwards and has a lid and an insert attached to the lid and made in the form of a truncated cone and located inside the vessel with a gap relative to its walls and bottom to form an annular slotted cavity. Outside, the surface of the container is covered with a layer of heat-insulating material.
Наиболее близким аналогом устройства для очистки воды методом перекристаллизации является аппарат для очистки воды методом перекристаллизации, включающее термостатированную теплообменную емкость для очистки воды, выполненную из термопроводного материала, средство для фильтрации и подачи исходной воды на очистку из водопровода, соединенное трубопроводом с теплообменной емкостью для очистки воды, средство для слива очищенной воды и средство для слива жидкого концентрата органических и неорганических примесей, подключенные посредством трубопроводов к теплообменной емкости, средства для замораживания воды и плавления льда с термоэлементами охлаждения и нагрева, которые контактирует с наружной стороны с термопроводной стенкой теплообменной емкости, электронный блок управления аппаратом, соединенный со средствами для замораживания воды и плавления льда и электроприводами средства для фильтрации и подачи исходной воды на очистку, средства для слива очищенной воды и средства для слива жидкого концентрата примесей (патент ЕА 023946, МПК C02F 1/22, опубл. 29.07.2016 г.). Устройство снабжено термостатированной накопительной емкостью для очищенной воды, средством для подачи очищенной воды в тару потребителю и средством для слива неиспользованной очищенной воды, подключенные к термостатированной накопительной емкости, причем средство для слива очищенной воды из теплообменной емкости соединено с термостатированной накопительной емкостью, а теплообменная емкость для очистки воды выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с плоской щелевой внутренней полостью, образованной между двумя противоположно расположенными стенками указанной емкости.The closest analogue of a device for water purification by recrystallization is an apparatus for water purification by recrystallization, including a thermostatically controlled heat-exchange tank for water purification, made of a thermally conductive material, a means for filtering and supplying source water for purification from a water supply system, connected by a pipeline to a heat-exchange container for water purification , a means for draining purified water and a means for draining a liquid concentrate of organic and inorganic impurities, connected by pipelines to the heat exchange tank, means for freezing water and melting ice with cooling and heating thermoelements that are in contact with the thermally conductive wall of the heat exchange tank from the outside, an electronic unit apparatus control, connected to the means for freezing water and melting ice and electric drives; means for filtering and supplying source water for purification, means for draining purified water and means for draining liquid impurity concentrate (patent EA 023946, IPC
Однако конструкция теплообменной емкости устройства для очистки воды такова, что при таянии кольцевого конического слитка льда контакт его с внутренней поверхностью теплообменной емкости недостаточно плотный, т.к. указанный кольцевой слиток льда в процессе плавления смещается вниз и упирается нижним торцом в днище теплообменной емкости. При этом по мере таяния льда воздушный зазор между стенкой емкости и поверхностью льда увеличивается, что значительно удлиняет цикл получения очищенной талой воды. Кроме того, процесс очистки воды при ее замораживании и кристаллизации протекает только в стационарном режиме (без перемешивания воды), что не позволяет значительно уменьшить цикл очистки воды, повысить качество ее очистки и увеличить выход конечного продукта.However, the design of the heat-exchange capacity of the device for water treatment is such that when the annular conical ice ingot melts, its contact with the inner surface of the heat-exchange capacity is not tight enough, because the specified annular ingot of ice in the process of melting is shifted down and abuts the lower end against the bottom of the heat exchange tank. At the same time, as the ice melts, the air gap between the container wall and the ice surface increases, which significantly lengthens the cycle for obtaining purified melt water. In addition, the process of water purification during its freezing and crystallization proceeds only in a stationary mode (without water mixing), which does not allow to significantly reduce the water purification cycle, improve the quality of its purification and increase the yield of the final product.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества очистки, сокращение сроков приготовления очищенной талой воды и увеличение выхода готового продукта за счет обеспечения возможности проведения процесса замораживания (кристаллизации) воды в динамическом режиме при вихревом перемешивании очищаемой воды и повышения контакта кольцевого конического слитка льда «В» с внутренней поверхностью теплообменной емкости в процессе его таяния за счет беспрепятственного перемещения вниз слитка льда «В» по внутренней конической поверхности теплообменной емкости под действием собственного веса.The technical result of the claimed invention is to improve the quality of purification, reduce the time for preparing purified melt water and increase the yield of the finished product by enabling the process of freezing (crystallization) of water in dynamic mode with vortex mixing of the purified water and increasing the contact of the annular conical ingot of ice "B" with the inner surface of the heat exchange vessel in the process of its melting due to the unhindered downward movement of the ice ingot "B" along the inner conical surface of the heat exchange vessel under the action of its own weight.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменной емкости для очистки воды методом перекристаллизации, выполненной из термопроводного материала в виде усеченного полого конуса, вертикально ориентированного раструбом вверх и имеющего сверху крышку, а снизу в днище - сливной патрубок, и содержащая трубчатый испаритель для охлаждения или нагрева стенок указанной емкости, расположенный в виде спирали вокруг ее наружной боковой конической поверхности и слой теплоизолирующего материала, расположенный вокруг трубчатого испарителя, согласно изобретения, теплообменная емкость снабжена двумя зеркальными отражающими пленками, одна из которых расположена между боковой конической стенкой теплообменной емкости и трубчатым испарителем, а вторая - между трубчатым испарителем и слоем теплоизолирующего материала, газовихревым активатором с приводом его вращения, выполненным в виде лопастного колеса горизонтально расположенного на вертикальном валу под крышкой теплообменной емкости и прикрепленного к указанной крышке; крышка теплообменной емкости выполнена выпуклой с образованием газовой полости «Б» внутри для формирования циркулирующего тангенциального вихревого движения воздуха с осевым противотоком над поверхностью очищаемой воды; днище теплообменной емкости не имеет термоизоляции и выполнено ступенчатым в виде последовательно соосно расположенных полых цилидрической гильзы и конического элемента, состыкованного со сливным патрубком.The specified technical result is achieved by the fact that in a heat exchange tank for water purification by the recrystallization method, made of a thermally conductive material in the form of a truncated hollow cone, vertically oriented with a socket upwards and having a lid on top, and a drain pipe from the bottom in the bottom, and containing a tubular evaporator for cooling or heating the walls of the specified container, located in the form of a spiral around its outer side conical surface and a layer of heat-insulating material located around the tubular evaporator, according to the invention, the heat exchange container is equipped with two mirror reflective films, one of which is located between the side conical wall of the heat exchange container and the tubular evaporator, and the second - between the tubular evaporator and a layer of heat-insulating material, a gas-vortex activator with a drive for its rotation, made in the form of a paddle wheel horizontally located on a vertical shaft under the cover of the heat exchange tank, and attached to said cover; the cover of the heat exchange tank is made convex with the formation of a gas cavity "B" inside for the formation of a circulating tangential vortex air movement with axial counterflow over the surface of the treated water; the bottom of the heat exchange tank has no thermal insulation and is made stepped in the form of successively coaxially arranged hollow cylindrical sleeve and a conical element docked with a drain pipe.
Газовихревой активатор выполнен съемным в виде диагонального вентилятора, а зеркальные отражающие пленки выполнены из алюминия.The gas-vortex activator is made removable in the form of a diagonal fan, and the mirror reflective films are made of aluminum.
Указанный технический результат достигается также созданием аппарата для очистки воды методом перекристаллизации, содержащим термостатированную теплообменную емкость по п. 1 с газовихревым активатором, термодатчиком и трубчатым испарителем для охлаждения и нагрева указанной теплообменной емкости и термостатированную накопительную емкость для очищенной талой воды с датчиком уровня воды, термодатчиком, трубчатым испарителем для поддержания очищенной талой воды при температуре +10 - 12°С и краном для подачи очищенной талой воды в потребительской тару, съемный бак для сбора жидкого концентрата примесей с тензодатчиком, средство для охлаждения, замораживания воды и плавления льда, выполненное в виде холодильно-компрессорного агрегата и соединенное трубопроводами с испарителем теплообменной емкости и с испарителем накопительной емкости, микропроцессорный блок управления с источником питания, связанный с монитором управления, первой платой управления и второй платой управления, причем теплообменная емкость соединена через электроклапан посредством водопровода с накопительной емкостью, а через другой электроклапан - посредством водопровода со съемным баком для приема жидкого концентрата примесей; накопительная емкость и съемный бак для приема жидкого концентрата примесей расположены под теплообменной емкостью для обеспечения слива воды по водопроводам сверху вниз под действием силы гравитации. Причем первая плата управления соединена электропроводами с приводом газовихревого активатора и термодатчиком теплообменной емкости, электроклапанами для слива соответственно очищенной воды и жидкого концентрата примесей, датчиком уровня воды и термодатчиком накопительной емкости и тензодатчиком съемного бака, а вторая плата управления соединена электропроводами с компрессором, вентилятором конденсатора и электроклапанами холодильного агрегата средства для охлаждения, замораживания воды и плавления льда.The specified technical result is also achieved by creating an apparatus for water purification by the method of recrystallization, containing a thermostated heat exchange tank according to
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами. На фиг.1 представлена схема теплообменной емкости со съемным газовихревым активатором для вихревого циркулирующего движения воды в процессе ее охлаждения и кристаллизации. На фиг.2 изображен увеличенный фрагмент «А» разреза стенки теплообменной емкости. На фиг.3 приведена схема аппарата для очистки воды методом перекристаллизации с использованием теплообменной емкости с газовихревым активатором.The invention is illustrated by the following graphics. Figure 1 shows a diagram of a heat exchange tank with a removable gas-vortex activator for the vortex circulating movement of water during its cooling and crystallization. Figure 2 shows an enlarged fragment "A" section of the wall of the heat exchange tank. Figure 3 shows a diagram of the apparatus for water purification by recrystallization using a heat exchange tank with a gas-vortex activator.
Теплообменная емкость 1 для очистки воды методом перекристаллизации выполнена из термопроводного материала в виде усеченного полого конуса, вертикально ориентированного раструбом вверх и имеющего сверху выпуклую крышку 2 и снизу в днище 3 - сливной патрубок 4. Снаружи вокруг боковой конической поверхности емкости 1 расположена первая алюминиевая зеркальная отражающая пленка 5 для равномерного распределения тепловой энергии по поверхности емкости 1. Сверху первой пленки 5 размещен в виде спирали трубчатый испаритель 6 для охлаждения или нагрева указанной емкости 1. Испаритель 6 покрыт сверху второй алюминиевой зеркальной отражающей пленкой 7 и слоем 8 термоизолирующего материала для термостатирования емкости 1 (фиг.2). Теплообменная емкость 1 снабжена газовихревым активатором 9, выполненным в виде лопастного колеса, горизонтально расположенного на вертикальном валу под выпуклой крышкой 2 в емкости 1, прикрепленного к указанной крышке 2 и имеющего привод вращения (на чертежах не показан). Газовихревой активатор 9 может быть выполнен съемным в виде диагонального вентилятора (фиг.1). Днище 3 емкости 1 не имеет термоизоляции и контактирует с окружающей средой для формирования «термоокна», предотвращающего намораживание льда на днище 3 и сливном патрубке 4. Кроме того, днище 3 теплообменной емкости 1 выполнено ступенчатым в виде последовательно соосно расположенных полых цилиндрической гильзы 10 и конического элемента 11, состыкованного со сливным патрубком 4. Цилиндрическая гильза 10, контактирущая с окружающей средой при комнатной температуре, предотвращает наращивание кольцевого слитка «В» в зоне ступенчатого днища 3 и повышает контакт указанного слитка «В» льда с внутренней поверхностью теплообменной емкости 1 в процессе его таяния за счет обеспечения беспрепятственного перемещения слитка льда «В» по внутренней конической поверхности теплообменной емкости 1 под действием собственного веса, что существенно сокращает время плавления льда.The
Изнутри теплообменная емкость 1 покрыта тефлоновой пленкой 12 (фиг.2). Под выпуклой крышкой 2 в газовой полости «Б» емкости 1 газовихревой активатор 9 обеспечивает формирование тангенциального вихревого движения воздуха с осевым противотоком над поверхностью очищаемой воды в процессе ее охлаждения и замораживания. За счет сил трения на границе двух фаз «воздух-жидкость» формируется аналогичное вихревое движение в очищаемой воде, что обеспечивает охлаждение и замораживание воды в состоянии вихревого циркулирующего движения (динамической кристаллизации), обеспечивающего сокращение времени охлаждения и кристаллизации воды и повышение степени очистки воды.From the inside, the
Устройство для очистки воды методом перекристаллизации содержит выше описанную термостатированную теплообменную емкость 1 (фиг.1), средство 13, выполненное в виде холодильно-компрессорного агрегата для охлаждения, замораживания воды и плавления льда в указанной емкости 1, термостатированную накопительную емкость 14 для очищенной воды с трубчатым испарителем 15, расположенным вокруг указанной емкости 14, съемный бак 16 для сбора жидкого концентрата примесей («рассола»), микропроцессорный блок 17 управления с источником питания, монитор 18 управления (дисплей), первую плату 19 управления и вторую плату 20 управления. Емкость 14 расположена под емкостью 1, а съемный бак 16 расположен ниже под емкостью 14, что обеспечивает перемещение воды по трубопроводам сверху вниз без применения насосов под действием силы гравитации.The device for water purification by the method of recrystallization contains the above-described temperature-controlled heat exchange tank 1 (figure 1), a
Средство 13 для замораживания воды и плавления льда содержит компрессор 21 и конденсатор 22 холодильного агрегата с вентилятором, основной дроссельный узел 23, «буферный» дроссельный узел 24, вспомогательный дроссельный узел 25 для оттаивания и соленоидные вентили 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 (электромагнитные клапаны) и фильтр-осушитель 34, которые соединены трубопроводами 35 в единый холодильно-компрессорный контур, как показано на фиг.3. Холодильно-компрессорный контур средства 13 соединен трубопроводами 36 и 37 с трубчатым испарителем 6 емкости 1, а трубопроводами 38 и 39 - с трубчатым испарителем 15 накопительной емкости 14.The
Термостатированная теплообменная емкость 1 для очистки воды содержит термодатчик 40 и соединена через электроклапан 41 посредством водопровода 42 с термостатированной накопительной емкостью 14 для приема и розлива очищенной воды, а через электроклапан 43 емкость 1 соединена посредством водопровода 44 со съемным баком 16 для сбора жидкого концентрата примесей. Накопительная емкость 14 содержит датчик 45 уровня воды и термодатчик 46, а снизу к ее днищу подсоединен водопровод 47, имеющий механический кран 48 для подачи очищенной талой воды в тару 49 потребителя. Съемный бак 16 для сбора жидкого концентрата примесей снабжен тензодатчиком 50 (датчиком веса) для контроля в нем уровня жидкого концентрата примесей, установленным со стороны днища указанного бака 16.The thermostatically controlled
Микропроцессорный блок 17 управления соединен электропроводами 51 с монитором 18 управления, первой платой 19 управления и второй платой 20 управления. Вторая плата 20 управления соединена электропроводами 52 со всеми управляемыми электрическими элементами холодильного контура: компрессором 21 и конденсатором 22 холодильного агрегата, соленоидными вентилями 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 (электромагнитными клапанами). Первая плата 19 управления соединена элдектропроводами 53 с электромагнитными клапанами 41, 43 и со всеми следующими управляемыми электрическими элементами:The
- емкости 1: термодатчиком 40, приводом газовихревого активатора 9 и светодиодом 54;- container 1:
- емкости 14: датчиком 45 уровня воды и термодатчиком 46;- containers 14:
- съемного бака 16: тензодатчиком 50 и светодиодом 55.- removable tank 16:
Светодиоды 54 и 55 предназначены для подсветки в процессе очистки воды соответственно емкостей 1 и 16.
Описание функционирования заявляемой теплообменной емкости 1.Description of the operation of the claimed
В теплообменную емкость 1 заливают, например, 4 литра исходной воды (водопроводной, или артезианской, или бутилированной). Все процессы: охлаждение, кристаллизация воды и таяние льда нагревом осуществляют снаружи емкости 1 посредством контактирующего с ее термопроводной стенкой трубчатым испарителем 6 в автоматическом режиме посредством микропроцессорного блока 17, первой 19 и второй 20 плат управления и алгоритма (программы) последовательности выполнения операций по очистке воды.In the
На мониторе 18 управления потребитель выбирает режим работы теплообменной емкости 1: «Регистр 1» - охлаждение и замораживание (перекристаллизация) воды без перемешивания очищаемой воды (статический режим очистки), где участвуют только естественные конвекционные потоки при фронтальном замораживании воды или «Регистр 2» - охлаждение и замораживание воды при перемешивании очищаемой воды (динамический режим очистки воды).On the
При очистке воды в теплообменной емкости 1 в статическом режиме («Регистр 1») микропроцессорный блок 17 включает через вторую плату управления 20 компрессор 21 холодильного агрегата на режим охлаждения трубчатого испарителя 6, вследствие чего происходит постепенное охлаждение и замораживание воды через термопроводную стенку емкости 1. Процесс заморозки с образованием чистого пристеночного льда контролируется датчиком 40 температуры, данные с которого поступает на микропроцессорный блок 17 управления. С помощью указанного датчика температуры 40, прикрепленного к поверхности емкости 1 рассчитывается время цикла кристаллизации воды в автоматическом режиме программными средствами с момента ее фазового перехода, определяемого по спонтанному повышению температуры воды в емкости 1 не менее чем на 0,5°С. Температуру воды внутри емкости 1 при кристаллизации воды снижают до величины не ниже -4,0÷-5,0°С (температура выше температуры кристаллизации жидкого концентрата примесей со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости 1 равной, например, интервалу значений 0,05-0,1°С/мин.When purifying water in the heat-
В течение времени (около 180 мин) достигается полная кристаллизация чистой воды в виде кольцевого слоя «В» пристеночного льда у стенки, где расположен трубчатый испаритель 6 и формирование жидкого концентрата (рассола) с органическими и неорганическими примесями. В течение нескольких минут жидкий концентрат примесей объемом до 1900 мл сливают в съемный бак 16 при включении (открытии) электроклапана 43. Оставшийся в емкости 1 слой «В» льда подвергают плавлению путем подачи в трубчатый испаритель 6 горячего пара высокого давления. Температуру стенки емкости 1, при таянии льда до полного его расплавления после слива концентрата примесей повышают до величины +10÷+15°С. Плавление массы льда осуществляют около 90 мин до полного его размораживания. Полный цикл получения готового продукта в виде очищенной талой воды составляет около 360 мин. Содержание чистой талой воды составляет около 52,5 об. % от ее исходного объема со снижением общего содержания неорганических примесей не менее чем в 1,8 раза.In the course of time (about 180 min), complete crystallization of pure water is achieved in the form of an annular layer "B" of near-wall ice near the wall, where the
Более подробное описание технологических фаз (Ф1-Ф9) одного цикла обработки исходной воды методом перекристаллизации с получением одной порции очищенной талой воды в «Регистре 1» представлены в сравнительной таблице 1.A more detailed description of the technological phases (F1-F9) of one cycle of raw water treatment by the recrystallization method with the production of one portion of purified melt water in "
В Таблице 2. представлены показатели очистки воды с использованием емкости 1 аппарата в режиме «Регистр 1».Table 2 shows the indicators of water purification using the capacity of 1 apparatus in the "
При очистке воды в теплообменной емкости 1 в динамическом режиме («Регистр 2») одновременно микропроцессорный блок 17 включает через первую плату управления 19 газовихревой активатор 9 в емкости 1 и через вторую плату управления 20 компрессор 21 холодильного агрегата на режим охлаждения трубчатого испарителя 6.When purifying water in the
При вращении лопастного колеса газовихревого активатора 9 над поверхностью очищаемой воды создаются разряжение в приосевой зоне емкости 1 и повышенное давление на периферии этой емкости 1. Под действием перепада давления между периферией и приосевой зоной газовой полости «Б» под выпуклой крышкой 2 емкости 1 над поверхностью воды формируется закрученный поток воздуха с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости и осевым противотоком в приосевой зоне, который генерирует в воде аналогичное вращательное движение с интенсивным перемешиванием вдоль оси емкости 1 (фиг.1). Одновременно происходит охлаждение воды через термопроводную стенку емкости 1. Вода в емкости 1 начинает перемещаться относительно поверхности намораживаемого льда и перемешиваться в объеме, что способствует более быстрому ее охлаждению и увеличению толщины чистого и прозрачного слоя льда. При упорядоченном движении воды с поверхности намораживаемого слоя льда удаляются пузырьки воздуха и сорбированные на них частицы примесей, что повышает степень очистки воды от примесей. Процесс заморозки с образованием чистого пристеночного льда контролируется датчиком 40 температуры, данные с которого поступает на микропроцессорный блок 17 управления. С помощью указанного датчика температуры 40, прикрепленного к поверхности емкости 1 рассчитывается время цикла кристаллизации воды в автоматическом режиме программными средствами с момента ее фазового перехода, определяемого по спонтанному повышению температуры воды в емкости 1 не менее чем на 0,5°С. Температуру воды внутри емкости 1 при кристаллизации воды снижают до величины не ниже -4,0÷-5,0°С (температура выше температуры кристаллизации жидкого концентрата с органическими и неорганическими примесями со скоростью изменения температуры среды в рабочей емкости 1 равной, например, интервалу значений 0,1-0,3°С/мин.When the impeller of the gas-
В течение времени (около 115 мин) достигается полная кристаллизация чистой воды в виде кольцевого слоя «В» пристеночного льда у стенки, где расположен трубчатый испаритель 6 и формирование жидкого концентрата (рассола) с органическими и неорганическими примесями в центральной части емкости 1.In the course of time (about 115 min), complete crystallization of pure water is achieved in the form of an annular layer "B" of near-wall ice near the wall, where the
Цилиндрическая гильза 10 с коническим элементом 11 без термоизоляции контактируют с окружающей средой при комнатной температуре и образуют «термоокно», предотвращают наращивание конического кольцевого слоя «В» льда в зоне ступенчатого днища 3 и обеспечивают повышение контакта указанного слоя «В» льда с внутренней поверхностью теплообменной емкости 1 в процессе его таяния за счет беспрепятственного перемещения вниз слитка льда «В» по внутренней конической поверхности теплообменной емкости под действием собственного веса, что существенно сокращает время плавления льда.
Алюминиевая зеркальная отражающая пленка 5 обеспечивает равномерное распределение тепловой энергии по поверхности емкости 1, предотвращает образование очагов солевых туманностей и более равномерное распределение солей на фронте кристаллизации.Aluminum mirror
В течение нескольких минут жидкий концентрат примесей объемом до 1500 мл сливают в съемный бак 16 при включении (открытии) электроклапана 43. Оставшийся в емкости 1 слой «В» льда подвергают плавлению путем подачи в трубчатый испаритель 6 горячего пара высокого давления. Температуру стенки емкости 1, при таянии льда до полного его расплавления после слива концентрата примесей повышают до величины +10°С. Плавление массы льда составляет около 105 мин до полного его размораживания.Within a few minutes, a liquid concentrate of impurities with a volume of up to 1500 ml is poured into a
После плавления льда проводят слив очищенной талой воды в термостатированную потребительскую емкость 14 путем автоматического включения электроклапана 41. Полный цикл получения готового продукта в виде очищенной талой воды не превышает 270 мин. Содержание чистой талой воды составляет не менее 62,5 об.% от ее исходного объема со снижением общего содержания неорганических примесей не менее чем в 4,8 раза.After melting the ice, the purified melt water is drained into a thermostatically controlled
Более подробное описание технологических фаз (Ф1-Ф9) одного цикла обработки исходной воды методом перекристаллизации с получением одной порции очищенной талой воды в «Регистре 2» представлены в сравнительной таблице 1.A more detailed description of the technological phases (F1-F9) of one cycle of source water treatment by the recrystallization method with the production of one portion of purified melt water in "
В Таблице 3 приведены показатели очистки воды с использованием емкости 1 аппарата в режиме «Регистр 2».Table 3 shows the indicators of water purification using the capacity of 1 apparatus in the "
Примечание: пояснения к отдельным фазам цикла:Note: explanations for the individual phases of the cycle:
Ф5 - Доохлаждение "сухого" ледяного слитка выполняется для того, чтобы менее энергозатратно дополнительно понизить температуру слитка до температуры от -10 до -15°С для улучшения качества молекулярных (кристаллических) связей и повышения количественных параметров электрохимических показателей талой воды, получаемой из доохлажденного слитка.F5 - After-cooling of a "dry" ice ingot is performed in order to further reduce the temperature of the ingot to a temperature from -10 to -15 ° C with less energy to improve the quality of molecular (crystalline) bonds and increase the quantitative parameters of the electrochemical parameters of melt water obtained from the pre-cooled ingot .
Ф6 - Доочистка ледяного слитка. Первая порция "пристеночной оттайки" и наружного слоя слитка плавится и сливается в съемный бак для жидкого концентрата примесей ("рассола"). Объем отделяемой фракции ("очаговой пленки") составляет до 7% от общей массы слитка льда, которая образовывается на фронте кристаллизации в первую очередь. Это зона максимальной (основной) концентрации дейтерия (D2O) и тяжелого кислорода О18.F6 - Refinement of the ice ingot. The first portion of the "wall defrosting" and the outer layer of the ingot is melted and drained into a removable tank for a liquid concentrate of impurities ("brine"). The volume of the separated fraction ("focal film") is up to 7% of the total mass of the ice ingot, which is formed at the crystallization front in the first place. This is the zone of maximum (basic) concentration of deuterium (D2O) and heavy oxygen O 18 .
Ф7 - плавление слитка или купеляция. Слиток льда плавится не перегревая получаемую талую воду в режиме от 0°С до +10°С. После завершения процесса плавления слитка, свежеприготовленная талая вода проходит режим термостабилизации Ф8, и поступает в специальную термостатируемую накопительную емкость (буфер) для хранения. Ф8 - режим хранения (термостабилизации) осуществляют при температуре от +10°С до +12°С. Далее с режима хранения талая вода уже поступает непосредственно потребителю.F7 - ingot melting or cupellation. An ingot of ice melts without overheating the resulting melt water in the mode from 0°С to +10°С. After the completion of the ingot melting process, freshly prepared melt water passes the F8 thermal stabilization mode and enters a special thermostatically controlled storage tank (buffer) for storage. F8 - storage mode (thermal stabilization) is carried out at a temperature of +10°C to +12°C. Further, from the storage mode, melt water is already supplied directly to the consumer.
Примечание:Note:
- толщина слоя «В» чистого слоя льда составляет 18-19 мм;- the thickness of layer "B" of a pure layer of ice is 18-19 mm;
- химические элементы указаны в концентрации мг/л;- chemical elements are indicated in concentration mg/l;
- средний коэффициент К очистки составляет 1,802;- average coefficient K of cleaning is 1.802;
средний коэффициент изменения электрохимических показателей составляет 1,25.the average coefficient of change of electrochemical parameters is 1.25.
Примечание:Note:
- толщина слоя «В» чистого слоя льда составляет 21-22 мм;- the thickness of the layer "B" of a pure layer of ice is 21-22 mm;
- химические элементы указаны в концентрации мг/л;- chemical elements are indicated in concentration mg/l;
- средний коэффициент К очистки составляет 4,79;- average coefficient K of cleaning is 4.79;
- средний коэффициент изменения электрохимических показателей составляет 2,85.- the average coefficient of change of electrochemical parameters is 2.85.
Аппарат для очистки воды методом перекристаллизации с использованием заявляемой теплообменной емкости работает следующим образом.Apparatus for water purification by recrystallization using the proposed heat exchange capacity works as follows.
Аппарат включают в электрическую сеть. Активируется электронный микропроцессорный блок 17 управления, первая плата управления 19, вторая плата управления 20 и монитор управления 18. Включаются светодиоды 54 и 55 для подсветки соответственно емкостей 1 и 14.The device is connected to the electrical network. The electronic
Пользователь заливает исходную воду для очистки (водопроводную, или артезианскую, или бутилированную) в теплообменную емкость 1 в количестве, например, 4 литра.The user fills in the source water for cleaning (tap, or artesian, or bottled) in the
На мониторе управления 18 выбирает "Регистр 1" - режим статической заморозки без использования газовихревого активатора 9 или "Регистр 2" -режим динамической заморозки с использованием газовихревого активатора 9.On the control monitor 18 selects "
Пример 1. Описание работы аппарата в режиме очистки воды без ее перемешивания в теплообменной емкости 1 (статический режим очистки, «Регистр 1»), где участвуют только естественные конвекционные потоки при фронтальном замораживании воды.Example 1. Description of the operation of the apparatus in the water purification mode without mixing it in the heat exchange tank 1 (static purification mode, “
Пользователь запускает цикл обработки, нажав кнопку "Пуск" и выбрав на мониторе 18 надпись "Регистр 1".The user starts the processing cycle by pressing the "Start" button and selecting on the
Первая плата управления 19 включает датчик 40 измерения температуры в емкости 1, открывает электроклапан 43 на начальной стадии каждого цикла для промывки водопровода 44 и сброса воды в съемный бак 16. После промывки водопровода 44 электроклапан 21 закрывается и активируется тензодатчик 50 бака 16 для контроля в нем уровня жидкого концентрата примесей.The
Вторая плата управления 20 включает контур холодильного агрегата средства 13 в режим охлаждение трубчатого испарителя 6 (фиг.1), расположенного на внешней стенке теплообменной емкости 1. Сжатый компрессором 21 теплоноситель в виде горячего пара с высоким давлением проходит по трубопроводу 35 (Фиг. 3) через открытый вентиль 26 в конденсатор 22, где охлаждается и конденсируется, превращаясь в жидкость высокого давления.The
При этом дроссель 25 не участвует в работе, т.к. потеря давления в нем намного выше и вентиль 31 закрыт.Вентили 30, 29 и 32 также закрыты. (Фиг. 3).In this case, the
После конденсатора 22 жидкий хладагент под высоким давлением проходит по трубопроводу 35, далее беспрепятственно через открытый вентиль 27, фильтр-осушитель 34 поступает в дроссель 23, где давление жидкого теплоносителя (хладагента) снижается и с низким давлением поступает по трубопроводу 36 в трубчатый испаритель 6 теплообменной емкости 1. В трубчатом испарителе 6 хладагент закипает, испаряется и поглощает тепло, охлаждая и замораживая воду в теплообменной емкости 1 при температуре кипения в режиме охлаждения и заморозки составляющей -15°С.After the
Далее по трубопроводу 37 хладагент в виде пара низкого давления проходит через открытый вентиль 28 в трубопровод 35, и далее поступает обратно в компрессор 21 (Фиг. 3). При этом вентили 33, 31 закрыты.Further along the
На данном этапе цикла приготовления (очистки) воды холодильный агрегат обеспечивает последовательно несколько фаз изменения ее состояния (табл.1):At this stage of the water preparation (purification) cycle, the refrigeration unit provides successively several phases of changing its state (Table 1):
- Ф1 - охлаждение исходного объема жидкого раствора.- F1 - cooling of the initial volume of the liquid solution.
- Ф2 - фазовый переход (очаговые образования шуги).- F2 - phase transition (focal formations of sludge).
- Ф3 - заморозка (формирование фронтально-кольцевого конусного слитка на боковой поверхности рабочей емкости 1.- F3 - freezing (formation of a front-annular conical ingot on the side surface of the working
Первая плата управления 19 с помощью термодатчика 40 контролирует температурную динамику: на фазе Ф1 до температуры фазового перехода 0°С; фиксирует время наступления фазы Ф2 и разность температурного скачка (выброса) тепловой энергии на фазе Ф2. Микропроцессорный блок 17 обрабатывает данные по начальной температуре исходного водного раствора, временной показатель (длительность) фазы Ф1, временной показатель и размер AT температуры на фазе Ф2; и соответственно с помощью второй платы управления 20 управляет частотой оборотов компрессора (21); частотой вращения (теплосъемом) крыльчатки вентилятора конденсатора 22 и далее уже микропроцессорный блок 17 расчетно запускает фазу ФЗ обработки воды (табл.1).The
На фазе Ф3 процесс льдообразования происходит при температуре от -4° до -5°С в направлении от боковых стенок теплообменной емкости 1 к центру (фиг.1). В центральной части (приосевой зоне) емкости 1 наблюдается образование жидкого концентрата примесей, так называемое образование "рассола" - вода с повышенным содержанием солей и различных органических и неорганических загрязнений. В соответствии с общеизвестными данными, температура замерзания данного "рассола" составляет от -7° до -10°С. При этом толщина фронтального очищенного слитка льда в емкости 1 составляет 18-19 мм. (табл.2).In phase F3, the process of ice formation occurs at a temperature of -4° to -5°C in the direction from the side walls of the
Для сохранения достигнутой чистоты льда (не достигая момента кристаллизации объема "рассола") микропроцессорный блок 17 с помощью первой платы управления 19 запускает следующую фазу цикла Ф4 очистки воды (табл.2). На фазе Ф4 первая плата управления 19 открывает электроклапан 43 и по водопроводу 44 жидкий концентрат сливается в съемный бак 16. После слива жидкого концентрата электроклапан 43 закрывается. При этом тензодатчик 50 фиксирует вес поступившей порции жидкого концентрата в съемный бак 16 и передает данные через первую плату управления 19 в микропроцессорный блок 17, который обрабатывает данные: % выхода жидкого концентрата в данном цикле, остаток массы чистого льда и температуру в теплообменной емкости 1, толщину отслоения слитка, толщину самого слитка очищенного льда, требуемую мощность холодильного контура и другие показатели, рассчитывает время и мощность подачи тепловой энергии в следующей фазе Ф5 обработки очищенного льда (табл.1).To maintain the achieved purity of the ice (without reaching the moment of crystallization of the "brine" volume), the
На фазе Ф5 холодильный агрегат продолжает работать в описанном выше режиме - охлаждение теплообменной емкости 1. Фаза Ф5 - доохлаждение "сухого" ледяного слитка «В» до температуры от -10° до -15°С в течение 10 минут для улучшения качества кристаллических связей слитка очищенного льда и улучшения количественных параметров электрохимических показателей конечного продукта (очищенной талой воды), получаемой из доохлажденного слитка.At phase F5, the refrigeration unit continues to operate in the mode described above - cooling of the
Далее микропроцессорный блок 17 запускает фазу Ф6 доочистки ледяного слитка «В» (табл.1). Первая порция "пристеночной" оттайки наружного слоя слитка «В» льда (Фиг. 2) плавится и сливается через электроклапан 43 по водопроводу 44 в съемный бак 16. Объем отделяемой фракции 5-7% от объема слитка чистого льда. Микропроцессорный блок 17 определяет этот процентный параметр исходя из полученных данных от тензодатчика 50 бака 16 на фазе Ф4 и соответственно дает команду первой плате управления 19 закрыть электроклапан 43.Next, the
Фаза Ф7 запускается одновременно с фазой Ф6 (табл.1). На фазе Ф7 осуществляется плавление слитка и одновременно на фазе Ф6 осуществляется доочистка поверхностного слоя указанного слитка «В» льда. При запуске Ф6 и Ф7 отсутствует агрессивные горячие потоки на поверхности теплообменной емкости 1 и при доочистке слитка льда и получении очищенной талой воды в режиме 0°+10°С. Равномерное распределение энергии по поверхности теплообменной емкости 1 обеспечивается алюминиевыми зеркальными пленками 5 и 7, а также контролируется первой 19 и второй 20 платами через термодатчик 40 и компрессор 21. При запуске фаз Ф6 и Ф7 вторая плата 20 управления переключает контур холодильного агрегата средства 13 в режим нагрева трубчатого испарителя 6 теплообменной емкости 1 (фиг.3).Phase F7 starts simultaneously with phase F6 (Table 1). At the F7 phase, the ingot is melted, and at the same time, at the F6 phase, the surface layer of the specified ice ingot "B" is further cleaned. When F6 and F7 are started, there are no aggressive hot flows on the surface of the
Сжатый компрессором 21 хладагент (теплоноситель) в виде горячего пара с высоким давлением проходит по трубопроводу 35 и далее через открытый вентиль 30 в трубчатый испаритель 6 емкости 1, где отдает тепло боковым стенкам емкости 1, тем самым хладагент охлаждается и конденсируется в виде жидкой фазы высокого давления. При этом вентиль 26 закрыт, основной дроссельный узел 23 не участвует в работе, т.к. потеря давления в нем намного выше и вентиль 27 закрыт.Минуя трубчатый испаритель 6 емкости 1 жидкий хладагент под высоким давлением беспрепятственно проходит по трубопроводу 35 через открытый вентиль 31 поступает во вспомогательный дроссельный узел 25 для оттайки, где давление жидкого хладагента падает и он поступает в конденсатор 22. В этом режиме конденсатор 22 холодильного агрегата выполняет функцию испарителя, где хладагент кипит, испаряется и поглощает тепло из внешней среды. При этом вентиль 33 закрыт.После конденсатора 22 парообразный хладагент с низким давлением по трубопроводу 35 проходит через открытый вентиль 32 и далее поступает обратно в компрессор 22, где сжимается, нагревается и подается на новый цикл работы холодильного контура средства 13. При этом вентили 27 и 29 закрыты.Compressed by the
По результату работы холодильного контура средства 13 в режиме нагрева трубчатого испарителя 6 в емкости 1 в фазе Ф7 происходит повышение температуры чистого льда (слитка) до температуры 0°С, при которой слиток плавится с получением очищенной талой воды.As a result of the operation of the refrigeration circuit of the
Фаза Ф7 плавления чистого льда контролируется термодатчиком 40 под управлением первой платы 19 управления, учитывая параметрические объемные показатели слитка чистого льда, которые были рассчитаны микропроцессорным блоком 17 в фазе Ф4 с помощью тензодатчика 50. Температура рабочей зоны в емкости 1 при окончании фазы Ф7 достигает диапазона от+12° до+15°С, вследствие чего Ф7 завершается расчетно с помощью микропроцессорного блока 17.Phase F7 of melting pure ice is controlled by a
Далее микропроцессорный блок 17 включает фазу Ф8 (табл.1) термостабилизации готового продукта, т.е. доведение его до терморежима стабильно длительного хранения в диапазоне от +10° до +12°С. Вторая плата 20 управления включает контур холодильного агрегата средства 13 в режим одновременного охлаждения емкости 1 и емкости 14. Поскольку данный описываемый цикл является первым для пользователя, то при запуске фазы Ф8, микропроцессорный блок 17 подает команду на вторую плату 20 управления о включении режима одновременного охлаждения емкостей 1 и 14 (при первом цикле приготовления первая приготовленная порция талой воды еще не поступила на хранение в емкость 14), то включая режим одновременного охлаждения емкостей 1 и 14, микропроцессорный блок 17 подготавливает требуемый режим хранения в диапазоне от +10° до +12°С для приготовленной дозы талой воды, которая поступит на хранение в емкость 14 из емкости 1 после фазы Ф8 (табл.1).Next, the
Режим одновременного охлаждения емкостей 1 и 14. Сжатый компрессором 21 теплоноситель в виде горячего пара с высоким давлением проходит по трубопроводу 35 через открытый вентиль 26 в конденсатор 22, где охлаждается и конденсируется, превращаясь в жидкость высокого давления. Вспомогательный дроссельный узел 25 не участвует в работе, так как потеря давления в нем намного выше и вентиль 31 закрыт.После конденсатора 22 жидкий хладагент под высоким давлением проходит по трубопроводу 35 через открытый вентиль 27, фильтр-осушитель 34 и поступает в основной дроссельный узел 23, где давление жидкого теплоносителя снижается.The mode of simultaneous cooling of
Одновременно из трубопровода 38 жидкий хладагент под высоким давлением поступает через открытый вентиль 29 в буферный дроссельный узел 24, где давление жидкого теплоносителя снижается и поступает в трубчатый испаритель 15 емкости 14 (фиг.3). В трубчатым испарителе 15 жидкий теплоноситель закипает, испаряется и поглощает тепло, охлаждая стенки емкости 14. Далее теплоноситель по трубопроводу 35 поступает обратно в компрессор 21. Термодатчик 46 под управлением первой платы 19 управления контролирует температурный режим хранения в буферной емкости 14 в диапазоне от +10° до +12°С. По достижению заданного режима, первая плата 19 управления сообщает об этом на микропроцессорный блок 17 и вторая плата 20 управления закрывает вентиль 29. Одновременно с вышеописанным, идет охлаждение емкости 1. После прохождения трубчатого испарителя 6 в емкости 1 теплоноситель по трубопроводу 35 через открытый вентиль 28 поступает обратно в компрессор 21.At the same time, high-pressure liquid refrigerant from pipeline 38 enters through an
По достижении температурного режима до диапазона от +10° до +12°С сигнал с термодатчика 40 поступает на первую плату 19 управления и далее через микропроцессорный блок 17 сигнал на вторую плату 20 управления, которая закрывает вентили 26, 27 и 28 и выключает компрессор 21.Upon reaching the temperature regime up to the range from +10° to +12°C, the signal from the
Первый цикл получения очищенной талой воды завершен. Первая плата 19 управления открывает клапан 41 и по водопроводу 42 талая вода самотеком сливается в термостатированную накопительную емкость 14 для хранения и потребления через кран 48.The first cycle of obtaining purified melt water is completed. The
Микропроцессорный блок 17 сообщает на монитор 18 о том, что талая вода готова. Потребитель через кран 48 самостоятельно наливает порциями либо полностью приготовленный объем талой воды в потребительскую тару 49 (фиг.3).The
Микропроцессорный блок 17 сообщает на монитор 18 потребителю, что он может запустить следующий цикл приготовления. Потребитель заливает исходную водопроводную воду в теплообменную емкость 1 для запуска следующего цикла приготовления. Микропроцессорный блок 17 через монитор 18 напоминает потребителю, что в баке 16 находится порция утилизированного "рассола" (жидкого концентрата примесей) и его необходимо очистить.The
Тензодатчик 50 контролирует уровень и, соответственно, количество порций "рассола", поступивших в съемный бак 16. Первая плата 19 управления допускает запуск цикла очистки воды в работу при достижении не более 3-х порций "рассола" в баке 16. Микропроцессорный блок 17 постоянно напоминает через монитор 18 и через световую индикацию о необходимости очистки бака 16 от порций "рассола".The
Пользователь следуя инструкциям на мониторе 18 опорожняет бак 16 и запускает 2-й цикл приготовления, нажав на кнопку «Пуск» и выбрав «Регистр 1» (табл.2) или «Регистр 2» (табл.3) на мониторе 18.The user, following the instructions on the
Далее алгоритм работы, описанный выше в режиме охлаждение емкости 1 или в режиме одновременного охлаждения емкостей 1 и 14 производит приготовление следующей порции талой воды.Further, the algorithm of operation described above in the cooling mode of
В течение цикла очистки воды перекристаллизацией при наступлении (последовательно) любой фазы Ф1-Ф9 (табл.1) первая плата 19 управления с помощью термодатчика 46 (фиг.3) контролирует температурный режим хранения в накопительной емкости 14 и с помощью второй платы 20 управления через микропроцессорный блок 17, переключает холодильный агрегат с режима охлаждения емкости 1 на режим одновременного охлаждения емкостей 1 и 14; с режима одновременного охлаждения емкостей 1 и 14 на режим охлаждение емкости 1 и далее на режим нагрева емкости 1.During the cycle of water purification by recrystallization at the onset (successively) of any phase F1-F9 (table 1), the
На фазе Ф6 и Ф7 (табл.1) цикла очистки воды холодильный агрегат средства 13 может переключаться в режим нагрева емкости 1 и охлаждения накопительной емкости 14 в случае подачи сигнала от термодатчика 46 на первую плату 19 управления о необходимости поддержать режим хранения в емкости 14 температуры в диапазоне от +10° до +12°С. При этом микропроцессорный блок 17 подает сигнал на вторую плату 20 управления, которая переключает холодильный агрегат в режим нагрева емкости 1 и охлаждение емкости 14. При этом на фазе Ф6 и Ф7 (табл.1) в режиме нагрева емкости 1 и охлаждения емкости 14 сжатый компрессором 21 хладагент (теплоноситель) в виде горячего пара с высоким давлением проходит по трубопроводу через открытый вентиль 30 в трубчатый испаритель 6 емкости 1, где отдает тепло (охлаждается) и конденсируется в виде жидкой фазы высокого давления. При этом вентили 26, 40 закрыты и жидкий хладагент под высоким давлением беспрепятственно проходит по трубопроводу через открытый вентиль 31, поступает во вспомогательный дроссельный узел 25 и далее давление жидкого хладагента падает и он поступает в конденсатор 22. При этом вентили 27 и 29 закрыты. После конденсатора 22 парообразный хладагент с низким давлением поступает по трубопроводу через открытый вентиль 32 в компрессор 21, где сжимается, нагревается и подается на новый цикл работы. В процессе выполнения данного цикла работы (фиг.3) при нагреве емкости 1 термодатчик 46 может подать сигнал на первую плату 19 управления о необходимости поддержать режим охлаждения и хранения в накопительной емкости 14. При этом микропроцессорный блок 17 подает сигнал на вторую плату 20 управления, которая открывает вентиль 33 и часть жидкого хладагента под высоким давлением от емкости 1 поступает через вентиль 33 в буферный дроссельный узел 24, после которого жидкий хладагент с низким давлением поступает в трубчатый испаритель 15 (фиг.3) емкости 14. В трубчатом испарителе 15 хладагент закипает, испаряется и поглощает тепло, охлаждая стенки емкости 14, и поступает по трубопроводу 39 обратно в компрессор 21.At phase F6 and F7 (Table 1) of the water purification cycle, the refrigeration unit of the
Как только датчик 46 подает сигнал на первую плату 19 управления о достижении температуры режима хранения в диапазоне от +10° до +12°С, вторая плата 20 управления закрывает вентиль 33, переключая холодильный контур средства 13 в режим нагрева емкости 1.As soon as the
После прохождения всех фаз второго цикла очистки воды и подачи через электроклапан 41 новой порции очищенной талой воды в накопительную емкость 14 на хранение, микропроцессорный блок 17 выводит на монитор 18 сообщение о том, что очищенная талая вода готова к употреблению. Термостатированная накопительная емкость 14 позволяет более длительное время сохранять полезные биохимические свойства талой воды (высокий рН и низкий ОВП).After passing through all phases of the second water purification cycle and supplying a new portion of purified melt water through the
Аппарат находится в состоянии ожидания запуска следующего цикла приготовления новой порции очищенной талой воды, постоянно поддерживая режим ее хранения в накопительной емкости 14.The device is in a state of waiting to start the next cycle of preparing a new portion of purified melt water, constantly maintaining its storage mode in the
Толщина кольцевого чистого слоя «В» льда после завершения фазы Ф6 составляет 18 мм. Выход чистой талой воды составляет 52,5%. По данным таблицы 3 средний коэффициент К очистки и получения талой воды составляет 1,802; средний коэффициент изменения электрохимических показателей талой воды составляет 1,25.The thickness of the annular clean layer "B" of ice after the completion of phase F6 is 18 mm. The yield of pure melt water is 52.5%. According to table 3, the average coefficient K for cleaning and obtaining melt water is 1.802; the average coefficient of change in the electrochemical parameters of melt water is 1.25.
Пример 2. Описание работы аппарата в режиме очистки воды при ее перемешивании (динамический режим очистки, «Регистр 2»)Example 2. Description of the operation of the apparatus in the water purification mode with its mixing (dynamic cleaning mode, "
Пользователь заливает исходный объем 4 литра неочищенной воды в емкость 1, выбирает режим очистки «Регистр 2» и нажимает кнопку «Пуск» на мониторе 18. Перед этим микропроцессорный блок 17 напоминает о необходимости очистить бак 16, контролируя количество порций "рассола" с помощью тензодатчика 50. После слива «рассола» из бака 16 микропроцессорный блок 17 обеспечивает открытие клапана 43 и промывку водопровода 44 из емкости 1 (Фиг. 3), закрытие клапана 43 и запуск холодильного контура средства 13 в работу.The user fills the initial volume of 4 liters of untreated water into the
Микропроцессорный блок 17 подает одновременно сигнал на вторую плату 20 управления и запускает режим охлаждения емкости 1 и сигнал на первую плату 19 управления, которая включает газовихревой активатор 9 (фиг.1), который функционирует в период прохождения фаз Ф1, Ф2 и Ф3 очистки воды.The
При вращении лопастного колеса газовихревого активатора 9 над поверхностью очищаемой воды создаются разряжение в приосевой зоне емкости 1 и повышенное давление на периферии этой емкости 1. Под действием перепада давления между периферией и приосевой зоной газовой полости «Б» под выпуклой крышкой 2 емкости 1 над поверхностью воды формируется закрученный поток воздуха с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости и осевым противотоком в приосевой зоне, который генерирует в воде аналогичное турбулентное вращательное движение с перемешиванием воды вдоль оси емкости 1 (фиг.1).When the impeller of the gas-
Сжатый компрессором 21 теплоноситель в виде горячего пара с высоким давлением проходит по трубопроводу 35 (фиг.3) через открытый вентиль 26 в конденсатор 22, где охлаждается и конденсируется, превращаясь в жидкость высокого давления.The coolant compressed by the
При этом дроссель 25 не участвует в работе, т.к. потеря давления в нем намного выше и вентиль 31 закрыт.Вентили 30, 29 и 32 также закрыты. (Фиг. 3). После конденсатора 22 жидкий хладагент под высоким давлением проходит по трубопроводу 35, далее беспрепятственно через открытый вентиль 27, фильтр-осушитель 34 поступает в дроссель 23, где давление жидкого теплоносителя (хладагента) снижается и с низким давлением поступает по трубопроводу 36 в трубчатый испаритель 6 теплообменной емкости 1. В трубчатом испарителе 6 хладагент закипает, испаряется и поглощает тепло, охлаждая и замораживая воду в теплообменной емкости 1 при температуре кипения в режиме охлаждения и заморозки составляющей -15°С.In this case, the
Далее по трубопроводу 37 хладагент в виде пара низкого давления проходит через открытый вентиль 28 в трубопровод 35, и далее поступает обратно в компрессор 21 (Фиг. 3). При этом вентили 33, 31 закрыты.Further along the
На данном этапе цикла приготовления (очистки) воды холодильный агрегат обеспечивает последовательно несколько фаз изменения ее состояния (табл.1):At this stage of the water preparation (purification) cycle, the refrigeration unit provides successively several phases of changing its state (Table 1):
- Ф1 - охлаждение исходного объема перемешиваемого жидкого раствора.- F1 - cooling of the initial volume of the mixed liquid solution.
- Ф2 - фазовый переход (очаговые образования шуги) перемешиваемой воды.- F2 - phase transition (focal formations of sludge) of mixed water.
- Ф3 - заморозка воды в состоянии перемешивания (формирование фронтально-кольцевого конусного слитка на боковой поверхности рабочей емкости 1.- F3 - freezing of water in the state of mixing (formation of a front-annular conical ingot on the side surface of the working
После прохождения в цикле очистки воды фаз Ф1, Ф2 и Ф3 (табл.1) первая плата 19 выключает газовихревой активатор 9 (Фиг. 1). Дальнейшее функционирование процессов в емкости 1 и холодильно-компрессорного контура средства 13 соответствует описанию, приведенному в примере 1. Толщина кольцевого чистого слоя «В» льда после завершения фазы Ф6 составляет 22 мм. Выход чистой талой воды равен 62,5%. По данным таблицы 3 средний коэффициент К очистки и получения талой воды составляет 4,79; средний коэффициент изменения электрохимических показателей талой воды составляет 2,85.After passing phases F1, F2 and F3 in the water purification cycle (Table 1), the
Анализ и сравнение таблиц 1, 2 и 3 показывает достижение заявляемого технического результата, а именно: повышение качества очистки (коэффициент К очистки повышается в 2,6 раза), сокращение сроков приготовления очищенной талой воды (полный цикл получения готового продукта сокращается на 80-90 минут) и увеличение ее выхода на 10% за счет обеспечения возможности проведения процесса замораживания (кристаллизации) воды в динамическом режиме (Регистр 2) при газовихревом перемешивании очищаемой воды по сравнению со статическим режимом (Регистр 1).Analysis and comparison of tables 1, 2 and 3 shows the achievement of the claimed technical result, namely: improving the quality of purification (the K coefficient of purification increases by 2.6 times), reducing the time for preparing purified melt water (the full cycle of obtaining the finished product is reduced by 80-90 minutes) and an increase in its yield by 10% due to the possibility of carrying out the process of freezing (crystallization) of water in dynamic mode (Register 2) with gas-vortex mixing of the treated water compared to the static mode (Register 1).
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788566C1 true RU2788566C1 (en) | 2023-01-23 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA28514A (en) * | 1997-06-03 | 2000-10-16 | Харківське Територіальне Виробниче Об'Єднання Комунально-Промислового Водопостачання "Харківкомунпромвод" | Metod for water purification and the device for implementation thereof |
FR2858607A1 (en) * | 2003-08-06 | 2005-02-11 | Rabah Gali | Sea water desalination plant has cooling and reheating systems to freeze sea water and then thaw it to yield desalinated water |
RU2274607C2 (en) * | 2003-02-17 | 2006-04-20 | Евгений Николаевич Высоцкий | Method of purification of water and the installation for its realization |
RU2312817C1 (en) * | 2006-04-12 | 2007-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Water purifier |
RU2393996C1 (en) * | 2009-01-29 | 2010-07-10 | Сергей Валерьевич Зоткин | Method of purifying water and apparatus for realising said method |
RU192027U1 (en) * | 2019-01-30 | 2019-08-30 | Общество с ограниченной ответственностью "МАКСИМУМ" | HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA28514A (en) * | 1997-06-03 | 2000-10-16 | Харківське Територіальне Виробниче Об'Єднання Комунально-Промислового Водопостачання "Харківкомунпромвод" | Metod for water purification and the device for implementation thereof |
RU2274607C2 (en) * | 2003-02-17 | 2006-04-20 | Евгений Николаевич Высоцкий | Method of purification of water and the installation for its realization |
FR2858607A1 (en) * | 2003-08-06 | 2005-02-11 | Rabah Gali | Sea water desalination plant has cooling and reheating systems to freeze sea water and then thaw it to yield desalinated water |
RU2312817C1 (en) * | 2006-04-12 | 2007-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Water purifier |
RU2393996C1 (en) * | 2009-01-29 | 2010-07-10 | Сергей Валерьевич Зоткин | Method of purifying water and apparatus for realising said method |
RU192027U1 (en) * | 2019-01-30 | 2019-08-30 | Общество с ограниченной ответственностью "МАКСИМУМ" | HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU605366B2 (en) | Dual freezing chamber system and method for water purification | |
RU192027U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD | |
KR101264666B1 (en) | Soakage Type Freezing Unit and Ice Making Method using The Same | |
EA017783B1 (en) | Plant for water purification | |
RU2432320C2 (en) | Water treatment apparatus | |
RU2788566C1 (en) | Heat-exchange tank and device for water purification by recrystallization method, using it | |
KR20130013475A (en) | Hexagonal water ice manufacturer | |
US4429543A (en) | Ice maker | |
US2134787A (en) | Method of and apparatus for preparing beverages | |
JP2003028546A (en) | Method and device for ice making and concentrating aqueous solution and method for operating the device and ice-melting method | |
CN102895796A (en) | Low-temperature concentration device | |
WO2010087731A1 (en) | Water purification method and a device for carrying out said method | |
RU2557628C2 (en) | Apparatus for water purification | |
EP3042136A1 (en) | Preparation system for the preparation of white ice | |
KR101118539B1 (en) | Water purifier and controlling method of the same | |
RU191503U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD | |
RU114948U1 (en) | WATER TREATMENT UNIT | |
RU2711357C1 (en) | System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system | |
EP3904296B1 (en) | System for purifying water by recrystallization and heat exchange devices (variants) for the implementation thereof | |
RU2351542C1 (en) | Water purifier | |
EA023930B1 (en) | Device for water purification by method of recrystallisation | |
RU2550191C1 (en) | Water purification apparatus | |
RU83068U1 (en) | WATER TREATMENT UNIT | |
RU2725403C1 (en) | System for water purification by recrystallisation and sectional heat exchange device for its implementation (versions) | |
Burdo et al. | Development of the design and determination of mode characteristics of block cryoconcentrators for pomegranate juice |