УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ СРЕД
DEVICE TO TREAT WATER-CONTAINING FLUID MEDIA

Изобретение относится к обработке водосодержащих жидких сред электромагнитным излучением и может найти применение для активации питьевой воды и различных напитков, а также для повышения активности водных растворов веществ, применяемых в различных отраслях промышленности, например для повышения активности биоцидных препаратов, предназначенных для подавления патогенных микроорганизмов и микроорганизмов, вызывающих деструкцию промышленных объектов.
В настоящее время большое внимание уделяется обработке воды для удаления содержащихся в ней механических и биологических загрязнений, а также для изменения физико-химических характеристик жидких сред и регулирования в них растворимости различных веществ.
Известно использование для этих целей электромагнитного излучения с частотой от 1 Гц до 300 ГГц.
Известные устройства для обработки жидких сред отличаются элементами конструкции для формирования высокочастотного электромагнитного излучения и введения последнего в объем обрабатываемой жидкой среды.
Известна обработка проточной воды путем помещения в водопровод плазменных генераторов, формирующих плазменное излучение с частотой, лежащей в интервале от 0,44 МГц до 40,68 МГц, модулированное сигналом радиочастотного диапазона 10 КГц - 34 КГц (например, RU 2272787, 2005.02.10; US 7163664, 2007.01.16). Эти устройства громоздки, требуют стационарной установки и больших энергозатрат.
Известна обработка жидких сред электромагнитным полем частотой 750 Гц - 12,5 КГц, для формирования которого используют электромагнитные системы, включающие источник электрического сигнала радиочастотного диапазона, подключенный к электрообмотке, расположенной на внешней поверхности сосуда с жидкой средой или вблизи ее (например, WO 2006072125, 2006.07.13). Эти устройства предназначены только для очистки воды от различных механических включений. К тому же они имеют низкий частотный диапазон генерируемого поля, достаточно большие размеры и требуют временных затрат на монтаж. Эти недостатки ограничивают область применения этих устройств.
Известно устройство, содержащее генератор, подключенный к электродам, погруженным в обрабатываемую воду (US 5326446, 1994.07.04). Схема генератора позволяет одновременно формировать статическое электромагнитное, радиочастотное и низкочастотное электромагнитные поля (до 20 КГц). Генератор содержит повышающий и понижающий трансформаторы и мощный транзистор, подключенный к обмотке повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к первому электроду. Корпус емкости выполнен из стали и выполняет функцию второго электрода. Недостатками этого устройства являются громоздкость, использование высоковольтного оборудования, нецелесообразность его применения для обработки воды в небольших емкостях.
Настоящее изобретение направлено на разработку устройства для обработки жидких сред в небольших емкостях, которые предварительно заполняют водой или водным раствором веществ со свойствами, соответствующими их назначению.
Известно устройство, применимое для обработки электромагнитным излучением жидких сред в сравнительно небольших емкостях.
Устройство содержит излучатель, помещенный в объем обрабатываемой жидкой среды и подключенный к выходу высокочастотного генератора, формирующему сигнал с широким спектром частот от 1 Гц до 300 ГГц (WO 2004004887, 2004.01.15). Генератор устройства содержит четыре блока, первый из которых предназначен для генерации модулирующего модулированного сигнала, используемого для формирования во втором блоке напряжения, подаваемого на вход третьего блока, генерирующего высокочастотный сигнал. Четвертый блок представляет собой высокочастотный усилитель, который позволяет получить на выходе сигнал мощностью до 20 Вт.
Недостатком этого устройства является сложная схема генератора и сравнительно высокая потребляемая мощность, что ограничивает возможности его использования в качестве малогабаритного портативного устройства для обработки жидких сред. Кроме того, в этом устройстве излучатель незащищен от обрабатываемой среды, следствием чего является невозможность использования одного и того же излучателя для обработки жидких сред, отличающихся назначением (например, пищевой продукт и раствор биоцида), химическим составом, агрессивностью в отношении материала из которого изготовлен излучатель, и т.п.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в создании малогабаритного портативного низковольтного устройства для обработки различных водосодержащих сред (воды, напитков, растворов), обладающего высокой эффективностью при активации воды и водосодержащих напитков.
Устройство может быть применено для обработки жидких сред, отличающихся назначением, химическим составом, агрессивностью в отношении материала, из которого изготовлены элементы устройства, находящиеся в контакте с жидкостью, и т.п.
3
5
Устройство, как и известное, содержит генератор высокочастотного сигнала, а отличается от известного тем, что генератор высокочастотного сигнала выполнен в виде подключенного к источнику питания полупроводникового прибора, активный слой которого содержит полупроводниковую структуру на основе соединения АВ, при этом полупроводниковый прибор расположен в корпусе из диэлектрического материала.
Можно выполнить полупроводниковый прибор в виде диода Ганна, или в виде туннельного диода, или в виде BARRIT диода, или в виде транзистора.
Корпус целесообразно выполнить разъемным и содержащим стыкующиеся нижнюю и верхнюю детали, каждая из которых имеет дно и боковую поверхность, при этом в плоскости стыка верхняя деталь выполнена с меньшим поперечным сечением, чем поперечное сечение нижней детали.
Для крепления полупроводникового прибора в корпусе целесообразно внутреннюю поверхность дна одной из деталей снабдить, по меньшей мере, одним карманом.
Целесообразно боковую поверхность верхней детали выполнить фигурной в виде желоба, содержащего состыкованный с дном первый участок, имеющий сечение в виде дуги второй участок и третий участок.
Для удобства отделения частей корпуса друг от друга в боковой поверхности части нижней детали можно выполнить паз.
Можно выполнить паз в боковой поверхности верхней детали.
При этом паз в верхней детали желательно выполнить с дном, лежащим в плоскости дна второй детали.
3
5
3
5
В основе изобретения лежит предложение использовать для обработки жидких сред низкоинтенсивное электромагнитное излучение частотой 30 ГГц - 70 ГГц, которое оказывает активирующее действие на воду и водосодержащие напитки и способствует повышению активности водорастворимых веществ с биологически активными свойствами. Для формирования низкоинтенсивного электромагнитного излучения в вышеприведенном диапазоне предлагается использовать генератор излучения, содержащий подключенный к источнику питания полупроводниковый прибор с активным слоем в виде полупроводниковой структуры на основе соединения АВ, к которым относятся арсенид галлия (GaAs) и фосфид индия (InP). Эти структуры генерируют электромагнитное излучение в активном режиме при подачи на них рабочего напряжения, а также являются источниками фонового излучения в холодном состоянии (при отключении их от источника напряжения) вследствие преобразования внешнего излучения в собственное, формируемое посредством поляритонного механизма (Е.А.Виноградов. Поляритоны полупроводниковой микрополости. УФН, 2002, т.172, №12, стр.1371). Характеристики фонового излучения определяются дипольно-активными состояниями объема кристалла. Полупроводниковый прибор можно выполнить в виде диода Ганна, или в виде туннельного диода, или в виде BARRIT диода, или в виде транзистора. Для расширения частотного диапазона полупроводниковую структуру можно выполнить, по меньшей мере, с двумя рабочими объемами, при этом рабочие объемы полупроводниковой структуры могут быть выполнены с разными геометрическими размерами и из одного или разных соединений AB.
3
5
Выбор для обработки водосодержащих жидких сред генератора высокочастотного сигнала, формирующего низкоинтенсивное электромагнитное излучение в диапазоне 30 ГГц - 70 ГГц, связан с тем, что электромагнитное излучение этого диапазона резонансно взаимодействует с водой и растворами на ее основе. Экспериментально установлено эффективное изменение активности водорастворимых веществ с биологически активными свойствами при облучении их электромагнитным излучением, формируемым приборами с полупроводниковой структурой на основе соединений AB.
3
5
Полупроводниковый прибор на полупроводниковой структуре на основе соединений АВ и низковольтный источник питания имеют малые габариты и вес.
Корпус прибора может быть выполнен любой формы: на основе цилиндра, параллелепипеда, конуса и любой другой сложной фигуры. Основное требование к корпусу заключается в выполнении его из диэлектрического материала, прозрачного для электромагнитного излучения и позволяющего поддерживать устройство на поверхности водосодержащих жидких сред. В качестве такого материала может быть использована пластмасса, применяемая для изготовления емкостей для воды и напитков.
Изобретение поясняется чертежами одного из возможных вариантов выполнения устройства, корпус которого выполнен на основе осесимметричной фигуры.
На фиг.1 изображена нижняя деталь корпуса устройства в плане, на фиг.2 - ее разрез по линии АА, на фиг.3 представлена верхняя деталь корпуса устройства в плане, на фиг.4 - ее разрез по линии ВВ.
Корпус устройства содержит две детали в виде чаш: нижнюю деталь 1 и верхнюю деталь 2, каждая из которых имеет дно 3 и 4 соответственно. Деталь 1 имеет боковую поверхность 5, а боковая поверхность детали 2 выполнена фигурной в виде замкнутого кольцевого желоба и имеет состыкованный с дном 4 первый участок 6 - одна стенка желоба, второй участок 7, имеющий сечение в виде дуги и являющийся дном желоба, и наружный третий участок 8 - другая стенка желоба. Боковая поверхность участка 8 имеет меньшее поперечное сечение, чем боковая поверхность 5 нижней детали 1, что позволяет при наложении детали 2 на деталь 1 обеспечить их стыковку в плоскости поперечного сечения, проходящей через участок 7 детали 2. При стыковке деталей 1 и 2 внутренняя поверхность дна 4 детали 2 обращена к внутренней поверхности дна 3 детали 1.
На дне 3 детали укреплена панель 9 с формованными в ней полостями, образующими карманы 10, предназначенные для установки, по меньшей мере, в одном из них полупроводникового прибора (на фиг.1 не приведен), а полость 11 предназначена для источника питания генератора (на фиг.1 не приведен).
Для удобства разъема деталей корпуса для пальцев руки пользователя в деталях 1 и 2 выполнены пазы 12 и 13 соответственно, причем паз 12 выполнен не доходящим до дна 3.
При использование в качестве материала для корпуса пластмассы, обладающей упругой деформацией, пазы 12 и 13 позволяют при стыковке деталей 1 и 2 достаточно плотно подогнать их друг к другу.
Для того чтобы избежать в процессе эксплуатации устройства натекания жидкости в корпус через паз 12, желательно, чтобы дно паза 12 перекрывалось участком 8 боковой поверхности детали 2, т.е. плоскость стыки деталей 1 и 2 должна быть расположена ниже дна паза 12. Это позволяет, повернув вокруг оси деталь 2, защитить генератор от попадания в него жидкости, при этом при выполнении паза 13 с дном 14, лежащим в плоскости дна 4 детали 2, боковые стенки 15 паза 13 служат при повороте детали 2 упором для руки пользователя, что обеспечивает дополнительное удобство использования устройства.
Устройство имеет малые габариты, обусловленные используемой схемой генератора, и относится к категории низковольтных приборов, что делает его безопасным в применении.