АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для очистки воды в бытовых условиях, улучшающим ее биологические свойства путем удаления растворимых в ней органических примесей, солей, канцерогенных и мутагенных веществ и газов путем фазового разделения исходной воды с примесями, методом кристаллизации вымораживанием в замкнутом объеме на чистую воду и воду с примесями и может быть использована в быту, пищевой промышленности и медицине.
Известна установка для очистки воды, 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 (патент РФ №2274607, МПК C02F 1/22, опубл. 20.04.2006). 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.
Однако в указанной установке часть полезного объема в рабочей емкости для замораживания воды занята теплообменником, выполненным в виде змеевика, что уменьшает объем обрабатываемой воды. Кроме того, устройство имеет недостаточную надежность работы вследствие того, что намораживаемый на змеевик лед может повредить его целостность и вытекаемый хладагент будет загрязнять очищаемую воду, что затрудняет использование заявляемой установки в бытовых условиях.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для получения методом пристеночной кристаллизации высококачественной питьевой воды с пониженной концентрацией растворенных солей и улучшенной структурой воды, обогащенной кислородом, (патент на полезную модель №51612, МПК C02F 1/22, опубл. 27.02.2006 г.), состоящее из вертикально расположенного цилиндрического металлического герметичного бака для воды, с внешних боковых сторон которого без контакта с баком установлены змеевик холодильного агрегата и блоки нагревательной установки, закрытые снаружи как теплозащитной, так и внешней оболочками, бак в верхней части снабжен входной трубой для воды, выходящей из блока механической очистки воды, а в нижней части бака установлена съемная герметичная крышка с вмонтированной в нее выходной трубой с вентилем и переключателем потока воды.
Однако, для обеспечения режимов замораживания воды и таяния льда устройство-прототип имеет большие габариты, связанные с обеспечением циркуляции в полости, расположенной вокруг рабочей емкости с водой, охлаждаемого или нагреваемого воздуха, а также недостаточной эффективностью использования тепловой энергии испарителя и нагревателя соответственно при замораживании воды и таяния льда из-за того, что теплопередача осуществляется через воздушную среду, имеющую низкую теплопроводность. Вследствие этого удлиняется время получения очищенной талой воды.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является сокращение времени очистки воды вследствие повышения эффективности использования тепловой энергии испарителя и нагревателя соответственно при замораживании воды и таяния льда за счет осуществления теплопередачи через материалы с более высокой теплопроводностью и управления аппаратом посредством электронного блока, а также снижение габаритов аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате для очистки воды, включающем рабочую емкость, средства для замораживания воды и плавления льда с термоэлементами и узел для слива очищенной и загрязненной воды, согласно полезной модели, боковая стенка рабочей емкости выполнена монолитной или с кольцевой полостью внутри, заполненной или имеющей возможность ее заполнения жидкостью с температурой замерзания ниже температуры замораживания воды и имеет теплопроводность не ниже теплопроводности очищаемой воды, а термоэлементы средств для замораживания воды и плавления льда расположены на наружной поверхности боковой стенки рабочей емкости, или внутри ее тела, или внутри ее кольцевой полости.
Боковая стенка рабочей емкости, выполненная монолитной или с полостью, заполненной жидкостью, имеет массу не менее 1/2 массы обрабатываемой воды.
Жидкость в кольцевой полости боковой стенки рабочей емкости имеет температуру замерзания не выше минус 10°C. Аппарат имеет термостатированный кожух, расположенный вокруг рабочей емкости и снабжен электронным блоком управления замораживанием воды, плавлением льда и сливом воды, соединенным с электромагнитными клапанами узла для слива очищенной и загрязненной воды и переключателями средств для замораживания воды и плавления льда.
На фиг.1 приведена схема аппарата для очистки воды с монолитной боковой стенкой рабочей емкости, а на фиг.2 - то же, с полой боковой стенкой рабочей емкости, в которых термоэлементы средств для замораживания воды и плавления льда расположены снаружи на поверхности боковой стенки рабочей емкости. На фиг.3 приведена схема аппарата для очистки воды с полой боковой стенкой рабочей емкости, в которой термоэлементы средств для замораживания воды и плавления льда расположены внутри кольцевой полости боковой стенки рабочей емкости.
Аппарат для очистки воды включает термостатированный кожух 1, рабочую емкость 2, расположенную в термостатированном кожухе 1, средство 3 для замораживания воды с термоэлементом 4, выполненном в виде трубки-испарителя, средство 5 для плавления льда с термоэлементом 6, выполненном в виде нагревательного элемента и узел 7 для слива очищенной и загрязненной воды. Боковая стенка 8 рабочей емкости 2, выполнена монолитной или с кольцевой полостью 9 внутри (фиг.2 и 3) с возможностью ее заполнения жидкостью с температурой замерзания не выше минус 10°C, например, пропиленгликоль допущенный к использованию в пищевой промышленности, и имеет массу не менее 1/2 массы обрабатываемой воды и теплопроводность не ниже теплопроводности воды. Термоэлементы 4 и 6 средств 3 и 5 соответственно для замораживания воды и плавления льда расположены на наружной поверхности боковой стенки 8 (фиг.2) рабочей емкости 2, или внутри ее кольцевой полости 9 (фиг.3), или термоэлемент 4 (испаритель) выполнен в теле боковой стенки 8 емкости 2 (фиг.1), а термоэлемент 6 (нагреватель) - снаружи боковой стенки 8.
Аппарат снабжен электронным блоком 10 управления замораживанием воды, плавлением льда и сливом воды, соединенным с электромагнитными клапанами 11 и 12 узла 7 для слива очищенной и загрязненной воды соответственно и переключателями 13 и 14 средств 3 и 5 соответственно для замораживания воды и плавления льда.
Узел 7 снабжен емкостью 15 для слива очищенной воды и емкостью 16 для слива загрязненной воды. Термоэлемент 4 (испаритель с фреоном) средства 3 для замораживания воды соединен с компрессором 17 и конденсатором 18. Кроме того, электронный блок управления 10 снабжен датчиком 19 температуры, установленным снаружи днища емкости 2.
Аппарат для очистки воды работает следующим образом.
Рабочую емкость 2 наполняют водой, предварительно отфильтрованной от механических примесей, и включают блок 10 управления. Автоматически блок 10 управления включает компрессор 17. Происходит постепенное охлаждение воды в емкости 2 через монолитную боковую стенку 8 (фиг.1) или жидкость с температурой замерзания не выше минус 10°C в полости 9 (фиг.2 и 3) с последующей ее заморозкой. Процесс заморозки с образованием чистого пристеночного льда длится около 6 часов и контролируется датчиком 19 температуры, данные с которого поступают на электронный блок 10 управления. После окончания заморозки воды блок 10 управления включает электромагнитный клапан 12 и незамерзшая загрязненная вода, т.е. вода с высоким содержанием солей (рассола), сливается в емкость 16. Далее блок 10 управления включает средство 5 для плавления льда, термоэлемент 6 которого нагревается до температуры не выше +35°C, что соответствует природным условиям. При этом происходит плавление чистого льда. Полное таяние льда осуществляется за 1-2 часа. Полный цикл получения талой воды равен 7-8 часам.
Жидкость (незамерзающая и допускаемая для пищевого производства) в полости 9 или тело металлической стенки 8, имеющей массу не менее 1/2 массы обрабатываемой воды, обеспечивает более равномерное температурное воздействие на обрабатываемую воду и стабильное поддержание требуемой температуры стенки 8 емкости 2 посредством включения и выключения компрессора 17, а также снижения нагрузки на указанный компрессор 17.
Ниже приведены основные технологические характеристики.
1. Объем воды заливаемой в емкость 1 ― 1,7 л.
2. Объем незамерзающей жидкости в полости 5 ― 1 л.
3. Объем получаемой талой воды ― 1 л.
4. Время охлаждения воды с +25°C до 0°C при температуре в помещении +25°C составляет 25-30 мин.
5. Время замораживания воды для получения 1 л льда ― 5,5-6 ч.
6. Скорость образования льда ― 4 мм/час
7. Ниже приведена зависимость процесса образования льда от времени и температуры внутренней поверхности стенки 8 емкости 2:
0-56 мин=-0,4°C
56-112 мин=-0,8°C
112-168 мин=-1,2°C
168-224 мин=-1,6°C
224-280 мин=-1,8°C
280-360 мин=-2,0°C
Время таяния льда при получении чистой воды составляет 2 часа при температуре внутренней поверхности боковой стенки 8 емкости 2 составляющей +35°C.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемая полезная модель обеспечивает сокращение времени очистки воды в 1,4-1,6 раза вследствие повышения эффективности использования тепловой энергии испарителя и нагревателя соответственно при замораживании воды и таяния льда за счет осуществления теплопередачи через материалы с более высокой теплопроводностью и управления аппаратом посредством электронного блока. Кроме того, по сравнению с прототипом на 20-25% снижаются габариты аппарата.