УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к устройствам обработки жидкостей и может быть использована для приготовления высококачественной питьевой воды, водных растворов с заданными свойствами, получения моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов высшего качества.
++
++
++
++
Известны устройства-аналоги для приготовления жидкостей с заданным составом и свойствами, находящихся в неравновесном термодинамическом состоянии, - "Икар" (мод. 01ph, мод. 05, мод. 06), полезная модель РФ №145022, C02F 1/463, 2013, https://ikar.udm.ru/ph-reactor.htm, содержащие блок обработки из узлов очистки (фильтров) и активации (Н-фильтра и электролизера - рН-реактора) и датчики для контроля работы устройства, его узлов, в том числе свойств и состава жидкостей, с системой индикации. Эти устройства позволяют получать биологически и химически активные жидкости с заданными свойствами (отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП), высоким рН, микрокластерной структурой на основе Спиновых Изомеров (СИ), ионами Mg, Са и др.), но имеют существенные недостатки. В процессе обработки жидкостей наблюдается гистерезис их свойств по времени при включении и выключении устройства за счет инерционности электрогидродинамических свойств Н-фильтра и рН-реактора и медленный выход узлов обработки устройства на заданный режим по ОВП; рН; СИ; Mg, Са - минерализации (по ρ - проводимости). В результате, жидкости проходят некачественную обработку, содержат недостаточно обработанные порции жидкостей, побочные примеси и имеют не точно заданные свойства и параметры. Это приводит к зарастанию электродов (катодные отложения), что в свою очередь приводит к неконтролируемому ухудшению качества получаемых жидкостей, несоответствию их свойств заданным параметрам обработки и к неудобству эксплуатации устройств (частой их регенерации).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство обработки жидкостей установок серии "Икар" (мод. 01os, мод. 2000), полезная модель РФ №74909, C02F 1/46, 2006, https://ikar.udm.ru/files/pdf/i_si_01os-50.pdf, https://ikar.udm.ru/files/pdf/mod-2000.pdf для приготовления электроактивированных обработанных жидкостей с заданными свойствами (питьевой воды, анолитов, католитов, водных растворов). Оно содержит блоки обработки жидкости с одним или более датчиком для контроля свойств жидкости, соединенных с контроллером. Устройство обработки жидкости содержит узлы очистки и электроактивации и может содержать узлы добавления минеральных элементов и веществ, накопительные емкости, нагреватели, охладители, дегазаторы, обеззараживатели, ультразвуковые активаторы, а также другие компоненты.
Применение в узле очистки фильтров тонкой очистки (керамических, ультрафильтрации, обратноосмотической мембраны), разделяющей воду на чистую (пермеат) и грязную (на слив), и датчиков проводимости, включающих электроактивацию только при достижении жидкостями необходимой степени очистки, позволили получить положительный технический результат - улучшение свойств обработанных жидкостей за счет предотвращения зарастания электродов катодными отложениями и засорения диафрагм и получение качественных электроактивированных жидкостей без неконтролируемых примесей.
Недостатком устройства-прототипа является гистерезис во времени свойств обрабатываемых жидкостей (рН, ОВП и т.п.) за счет инерционности электрогидродинамических свойств узлов очистки и электроактивации, меняющих свойства жидкостей. При включении, после фильтра тонкой очистки (обратноосмотической мембраны) в начале разбора наблюдается пермеат с проводимостью (минерализацией) большей, чем входной воды. В дальнейшем, во времени наблюдается затухающий всплеск солей, фиксируемый датчиками. Всплеск обусловлен засорением мембраны при включении и выключении за счет остаточных давлений. В результате часть некачественной жидкости попадает в накопители совместно с чистой (обработанной до заданных параметров). Аналогичная ситуация возникает и при дальнейшем приготовлении активированных обработанных жидкостей (анолитов, католитов, водных растворов) из-за инерционности выхода на заданный рабочий режим других узлов блока обработки (электролизеров, фильтров, кавитаторов и др.). В результате, жидкости проходят некачественную обработку, содержат необработанные порции жидкостей, побочные примеси, не имеют заданных свойств и параметров, не обеспечивается экономия сливной воды, и, в случае использования накопителей, наблюдается релаксация ее параметров (рН, ОВП и т.п.).
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение качества получаемых жидкостей в соответствии с заданными параметрами и свойствами, на удобство эксплуатации и обслуживания устройства за счет автоматического предотвращения прохождения некачественно обработанных (некондиционных) жидкостей из-за свойств инерционности и гистерезиса электрогидродинамических узлов очистки и электроактивации при их включении и выключении, а также из-за ухудшения - релаксации свойств и параметров жидкостей при длительном их хранении в случае использования накопителей.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство обработки жидкостей, содержащее блок обработки, изменяющий свойства жидкостей и переводящий их в неравновесное термодинамическое состояние, датчик контроля свойств жидкости, соединенный с контроллером, согласно предложению, дополнительно снабжено управляемым регулятором потоков жидкости с двумя или более выходами, гидравлический вход которого соединен с выходом блока обработки, а управляющий вход - с контроллером посредством проводной или беспроводной связи. Блок обработки может содержать один или более электроактиватор и/или один или более ультразвуковой активатор.
Устройство может быть дополнительно снабжено одним или более датчиками контроля свойств жидкости, соединенными с контроллером, а также насосом, установленным на входе блока обработки с управлением от контроллера, и обратным клапаном, установленным между одним из выходов управляемого регулятора потоков жидкости и гидравлическим входом насоса.
Блок обработки может содержать узлы активации и очистки, с одним или более количеством выходов и входов. При этом устройство может быть дополнительно снабжено насосом, установленным на одном из входов узла активации или очистки с управлением от контроллера, и обратным клапаном, соединяющим вход насоса и один из выходов управляемого регулятора потоков жидкости, установленного на одном из выходов, соответственно, узла очистки или активации.
В качестве узлов активации блок обработки может содержать один или более электроактиватор и/или один или более ультразвуковой активатор.
Устройство может быть дополнительно снабжено узлом обеззараживания, расположенным перед блоком обработки; одной или более накопительной емкостью, одним или более нагревателем и/или одним или более охладителем, и/или одним или более дегазатором жидкостей, одним или более минерализатором, расположенным до или после блока обработки жидкости.
Введение в устройство регулятора потоков жидкости, с двумя или более выходами, управляемого контроллером по сигналам датчиков, позволяет повысить качество обрабатываемой жидкости и удобство эксплуатации и обслуживания устройства за счет автоматического перенаправления некондиционных жидкостей, не соответствующих заданным параметрам по своим свойствам и составу, на слив.
Введение дополнительно одного или более датчиков контроля свойств жидкости, соединенных с контроллером, позволяет повысить качество обработки за счет увеличения количества контролируемых одновременно параметров жидкости, оптимизировать ее режимы обработки.
Введение дополнительно насоса, установленного на входе блока обработки и управляемого контроллером, и обратного клапана, установленного между одним из выходов для некондиционной жидкости управляемого регулятора потоков жидкости и гидравлическим входом насоса, позволяет направлять жидкости либо на слив, либо на дополнительную обработку и дальнейшее использование. Это снижает расход жидкости на слив и уменьшает время достижения ею необходимых заданных параметров, качества и стабильности. Обратный клапан позволяет предотвратить перемешивание потоков жидкостей и повысить качество обработки.
Использование в блоке обработки узлов активации и очистки, с одним или более количеством выходов и входов, позволяет существенно ускорить процесс перевода жидкостей в неравновесное термодинамическое состояние и улучшать их качество и многообразие их свойств.
Введение дополнительно насоса, установленного на одном из входов входе узла активации или очистки с управлением от контроллера, и обратного клапана, соединяющего вход насоса и один из выходов управляемого регулятора потоков жидкости, установленного на одном из выходов, соответственно, узла очистки или активации позволяет направлять жидкости либо на слив, либо на дополнительную обработку. Это снижает расход жидкости на слив и уменьшает время достижения ею необходимых заданных параметров, качества и стабильности. Обратный клапан позволяет предотвратить перемешивание потоков жидкостей и повысить качество обработки.
Использование в качестве узла активации одного или более электроактиватора и/или ультразвукового активатора существенно упрощает процесс управления и контроля за работой узлов активации жидкостей.
Использование узла обеззараживания, расположенным перед блоком обработки, предотвращает микробиологическое и химическое загрязнение микробами и их токсинами блока обработки и его трубопроводов в том числе.
Использование накопителей, в том числе с подогревом или охлаждением, значительно расширяет функциональные возможности и эффективность установки в случае необходимости получения для потребителя больших объемов жидкостей за короткое время без увеличения ее производительности. При нагреве или охлаждении жидкостей в процессе получения активированных жидкостей, путем введения в устройство элементов для регулирования температуры, в области определенных температур происходит интенсификация процессов активации.
Введение дополнительного узла дегазации существенно уменьшает катодные отложения и увеличивает время работы устройства без регенерации, стабильность и качество получаемых активированных жидкостей.
++
++
-
Введение минерализации в сочетании с датчиками контроля свойств жидкостей обеспечивает насыщение воды полезными и жизненно необходимыми для организма человека микроэлементами Са, Mg, I, Se.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для обработки жидкостей, содержащее управляемый регулятор потоков жидкости; на фиг. 2 - устройство, содержащее дополнительно обратный клапан и насос; на фиг. 3 - то же, с узлами активации и очистки; на фиг. 4 - устройство с дополнительными элементами; на фиг. 5 - устройство обработки жидкостей "Икар" (мод. 02).
Устройство обработки жидкостей (фиг. 1) содержит блок 1 обработки (например - фильтры, активаторы - Н-фильтр и электролизеры с мембраной - АНК-реактор и без - рН-реактор, реактор ОВП) и датчик 2 контроля свойств жидкости (например, свойств - ЭДС активации, рН, ОВП, температуры Т, диэлектрической проницаемости ξ, проводимости ρ и т.п.; состава - минеральных элементов). Устройство может быть дополнительно снабжено одним или более датчиками контроля свойств жидкости, например, датчиком 3 контроля свойств жидкости на входе устройства.
Все датчики соединены с контроллером 4. Устройство содержит также управляемый регулятор 5 потоков жидкости (например - на основе электроклапанов, управляемых кранов) с двумя или более выходами для кондиционной и одним для некондиционной жидкостей. Выход узла 1 обработки соединен с гидравлическим входом регулятора 5 потоков жидкости, управляющий вход которого соединен с контроллером 4. Контроллер может взаимодействовать с управляемым регулятором потоков жидкости посредством проводной или беспроводной связи.
Устройство может быть дополнительно снабжено обратным клапаном 6 (фиг. 2) и насосом 7, установленным на входе блока 1 обработки. Вход насоса соединен через обратный клапан 6 с одним из выходов регулятора 5 потоков жидкости, а управляющий вход насоса с контроллером 4.
Блок обработки устройства может содержать узлы активации и очистки с одним или более количеством выходов и входов, включенные в последовательности: узел 8 очистки - узел 9 активации (фиг. 3), или наоборот - узел 9 активации - узел 8 очистки. При этом само устройство может быть дополнительно снабжено обратным клапаном 6 и насосом 7, установленным до узлов активации и очистки (фиг. 2), или между ними (фиг. 3). Вход насоса соединен через обратный клапан 6 с одним из выходов регулятора 5 потоков жидкости, а управляющий вход насоса с контроллером 4 посредством проводной или беспроводной связи.
Использование блока обработки, содержащего узлы активации и очистки с одним или более количеством выходов и входов, позволяет готовить одновременно активированные обработанные жидкости с заданными свойствами различного типа - питьевой воды, анолитов, католитов, водных растворов. Примером является устройство обработки жидкостей "Икар" (мод. 2000).
Устройство может быть дополнительно снабжено узлом 10 обеззараживания жидкости (фиг. 4) одной или более накопительной емкостью 11 для хранения активированных жидкостей, одним или более охладителем 12 и нагревателем 13, дегазатором 14, одним или более ультразвуковым активатором 15, а также одним или более минерализатором 16. В качестве дегазаторов 14; накопительных емкостей 11; охладителей 12 и нагревателей 13 могут быть использованы типовые устройства на основе ультразвуковых или вакуумных деаэраторов; типовых емкостей - гидроаккумуляторы, открытые или закрытые емкости для обратного осмоса; типовых охладителей - устройства Пельтье и нагревателей - индукционные и ТЭНы. Накопитель 11 может быть оснащен системой, поддерживающей постоянное давление и постоянную температуру. Ультразвуковой активатор может быть исполнен на основе пьезо- или магнитострикционных излучателей. Минерализатор может быть выполнен с использованием емкостей с концентратами минеральных добавок и с перистальтическими насосами или эжекторами. Дополнительные узлы 11-14, 16 могут быть расположены как до, так и после блока обработки жидкости.
Устройство обработки жидкостей работает следующим образом. Исходная жидкость поступает на вход блока 1 обработки (фиг. 1), а после обработки - на гидравлический вход управляемого регулятора 5 потоков жидкости. Контроль свойств жидкости осуществляется с помощью соответствующих датчиков 2 или 3, или 2 и 3. При включении устройства некоторое время, из-за инерционности работы некоторых элементов блока обработки (например, узлов очистки, активации и т.п.), и данным с датчиков контроля свойств жидкости, контроллер 4 выдаст сигнал на регулятор 5, и вся некондиционная жидкость поступит на слив. Как только жидкость на выходе или на входе блока 1 приобретает заданные свойства, сигналы с датчиков приводят к срабатыванию контроллера 4, который выдает сигнал на регулятор 5, и происходит переключение потока жидкости к потребителю или на дальнейшую обработку.
При необходимости, некондиционная жидкость с выхода управляемого регулятора 5 потоков жидкости (фиг. 2) может быть подана, соответственно, через обратный клапан 6 на вход насоса 7, установленного на входе блока 1 и управляемого контроллером 4. В этом случае пока датчики 2, 3 не зафиксируют достижение заданных свойств жидкости, контроллер 4 не выдаст сигнал на регулятор 5, и вся некондиционная жидкость с выхода регулятора 5 будет поступать на повторную обработку. Как только жидкость на выходе блока 1 обработки приобретает заданные свойства, сигналы с датчиков приводят к срабатыванию контроллера 4, который выдает сигнал на регулятор 5, и на управление режимами работы насоса 7 (в зависимости от показаний датчиков 2, 3 и давления на входе насоса, при давлении больше порогового насос отключается), и на переключение потока жидкости к потребителю или на дальнейшую обработку.
Устройство с блоком обработки, содержащим узел 8 активации и узел 9 очистки (фиг. 3), работает аналогично по алгоритмам устройств, представленных на фиг. 1 и 2, с получением на выходе жидкостей различного типа и более высокого класса качества и обработки.
При наличии в устройстве дополнительных узлов и блоков (фиг. 4) исходная жидкость предварительно проходит через узел 10 обеззараживания. Далее после обработки жидкости на блоке 1 обработки и контроля ее свойств датчиками 2 и 3 происходит регулирование и сортировка потоков жидкостей контроллерами 4 через регуляторы 5, обратными клапанами 6, насосами 7, и через узлы 8, 9 активации и очистки на слив, повторную обработку и в накопительную емкость 11. Из накопительной емкости жидкость может быть направлена с дополнительным охлаждением 12, или подогревом 13, или после дополнительной дегазации 14, ультразвуковой активации 15 и минерализации 16 к конечному потребителю.
Примером реализации предлагаемого технического решения - устройства активации жидкостей - является установка "Икар" (мод. 2) для приготовления жидкостей с заданным составом и свойствами (фиг. 5), с использованием описанных устройств обработки жидкостей по фигурам 1-3. Установка состоит из нескольких последовательно соединенных блоков обработки, включающих узлы очистки и активации жидкости. Контроллер 4 может быть исполнен в виде единого мультипроцессорного блока обработки сигналов с датчиков и управления регуляторами, насосами, электроклапанами и электроактиваторами установки.
Устройство обработки жидкостей "Икар" (мод. 2) работает следующим образом. Исходная жидкость через узел 10 обеззараживания (фиг. 5) поступает на вход блока 1 обработки (фильтр 5 мкм, угольный фильтр, Н-фильтр и рН-реактор). Далее через узел очистки (фильтр тонкой очистки - ультрафильтрации УФ или обратно осмотическую мембрану) жидкость поступает на узлы электроактивации (мембранный электролизер - реактор АНК и безмембранный - реактор ОВП). После минерализации 16 (на основе насоса 7 и концентрированного раствора минеральной добавки в емкости 10), дегазации 15 и электроактивации на АНК реакторе жидкости поступают в накопительные емкости 11 (анолита, католита). После электроактивации ОВП реактором, жидкость поступает в накопительную емкость 11 - накопительный бак для осмотических систем. Далее после дополнительной минерализации 16 жидкость из накопительной емкости 11 через угольный пост фильтр поступает к конечному потребителю: 12 охлажденная; 13 нагретая; 14 дегазированная и 15 обработанная ультразвуковым активатором.
В процессе работы свойства обрабатываемых и исходной жидкостей контролируются датчиками 2, 3. По сигналам с датчиков происходит оптимизация и управление контроллером 4 в целом всей установки и отдельными блоками обработки на основе работы узлов очистки и электроактивации по алгоритмам фиг. 1-3 (регуляторами 5 потоков жидкости; насосами 7; электроклапанами; и дополнительно узлами активации - Н-фильтром, и электроактивации электролизерами через блоки питания, оснащенными датчиками контроля их работы - тока, напряжения и частоты). В частности после обработки жидкости через реактор ОВП и ее длительного хранения в накопительном баке для осмотических систем происходит релаксации ОВП. Дополнительная обработка жидкости по алгоритму фиг. 2 позволяет восстановить ее ОВП до заданных значений. Алгоритмы обработки жидкостей по фиг. 1-3, прошедших через рН-реактор и фильтр тонкой очистки, после выхода узла электроактивации на рабочий режим позволяют контроллеру 4 проводить и направлять часть некондиционных жидкостей на слив, дополнительную обработку и на дальнейшее их использование в зависимости от показаний датчиков 2, 3.
При сравнимых параметрах электроактивации (энергозатраты, производительность) уже через сутки непрерывной работы предлагаемое устройство по сравнению с прототипом продемонстрировало получение: питьевой воды, водных растворов с заданным минеральным составом и свойствами, моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов более высокого качества и состава.