УСТАНОВКА ДЛЯ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
NON-CHEMICAL WATER TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к устройствам для очистки воды с получением питьевой воды с улучшенными биологическими и физическими свойствами, может также применяться в системах очистки сточных вод различного происхождения, а также использоваться в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других областях.
Известен вихревой очиститель газа, содержащий корпус с входным и выходным осевыми патрубками, сливную камеру, завихритель и экранирующую вставку, расположенную коаксиально между патрубками и корпусом, он снабжен перегородкой, укрепленной на выходном патрубке и образующей со стенками корпуса канал, сообщающий полость корпуса со сливной камерой, а экранирующая вставка выполнена в виде расширяющегося по коду газа усеченного корпуса с криволинейной боковой поверхностью, большее основание которого переходит в кольцевой желоб, сообщенный трубками со сливной камерой (см. авторское свидетельство SU на изобретение №1060206, B01D 45/12, оп. в 1983 г.). Известный очиститель предназначен для очистки газов от твердых или жидких частиц.
Известен циклонный сепаратор, содержащий корпус, входной патрубок для подвода первичного потока исходной среды, разделяемой на фракции, выходной патрубок для отвода потока основной средообразующей фракции, выходной патрубок для отвода вторичного потока отделяемой фракции с плотностью, большей, чем плотность основной средообразующей фракции, удлиненное контртело обтекания, размещенное в корпусе и оформляющее рабочее пространство сепаратора, вихреиндуцирующий элемент, средство отбора отделяемой фракции, полость для временного накопления отделяемой фракции, дренажный канал, сообщающий средство отбора отделяемой фракции с полостью для временного накопления отделяемой фракции, при этом вихреиндуцирующий элемент выполнен в виде кольцевого элемента с односторонней поверхностью, закрепленного на удлиненном контртеле обтекания и образующего спиралевидный канал переменного сечения по ходу потока, а средство отбора отделяемой фракции конструктивно совмещено с элементами дренажного канала (см. патент на изобретение RU №2502564, В04С 5/103, оп. в 2013 г.). Этот сепаратор предназначен для отделения более тяжелых фракций из жидкой или газовой среды за счет центробежных сил, возникающих в спиралевидном канале переменного сечения. Такая конструкция сепаратора не может обеспечить полной очистки питьевой воды.
Известен дистиллятор, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходными патрубками, расположенные в корпусе цилиндрический испаритель, установленный с зазором коаксиально, нагреватель, вентилятор, расположенный в верхней части корпуса, конденсатор и сборник конденсата, при этом нагреватель выполнен в виде цилиндра, поверхности которого образуют острую кромку в верхней его части, и установлен в испарителе с зазором коаксиально, конденсатор расположен по внутренней поверхности корпуса, а патрубок, соединяющий верхнюю часть конденсатора с испарителем, введен в испаритель тангенциально (см. патент RU на изобретение №2077488, C02F 1/04, оп. в 1997 году). Это техническое решение предназначено для ускорения процессов испарения из вращающегося потока жидкости. Но в нем для поддержания вращающегося потока использован вентилятор, а для интенсификации испарительных процессов - нагреватель.
Известно вихревое устройство для очистки воды, содержащее не менее одного циклона, каждый из которых, в свою очередь, содержит цилиндрические корпус и крышку, соединенные между собой посредством соединения с образованием внутренней полости, входной патрубок, выполненный тангенциально одному из корпусов, и выходной патрубок, выполненный вдоль оси корпусов, во внутренней полости установлено устройство для закрутки потока, выполненное с возможностью вращения (см. патент на полезную модель RU №139838, C02F 1/38, оп. в 2014 г.). Известное устройство более компактно, чем предыдущие технические решения, но его эффективность основана только на действии центробежных сил в потоке закрученной воды. Этого недостаточно для получения чистой питьевой воды.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми крышками, верхняя из которых имеет патрубок отвода выделившихся газов, и поперечной перегородкой, разделяющей корпус на входной и выходной отсеки, снабженные соответственно тангенциальными патрубками для подвода деаэрируемой и отвода деаэрированной жидкости, при этом стенка корпуса в зоне входного отсека и (или) поперечная перегородка выполнены полыми, имеющими тангенциальные сопла или отверстия для сообщения с входным отсеком и подключены к источнику деаэрирующей среды, а нижняя крышка снабжена патрубком слива жидкости или подвода деаэрирующей среды (см. авторское свидетельство SU на изобретение №1134842, C02F 1/20, оп. в 1985 году). Это устройство использует принцип взаимодействия вращающихся потоков жидкости и перегретого пара, на границе взаимодействия которых происходит деаэрация жидкости, а по центру корпуса при этом возникает вакуум. Такое сложное устройство позволяет интенсифицировать деаэрацию жидкости, но его энергоемкость и необходимость в нагреве воды нивелирует преимущества.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи улучшения безреагентной очистки воды, упрощения установки, уменьшения энергозатрат на очистку воды при достижении ее экологических стандартов и повышения надежности работы установки.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в установке для безреагентной очистки воды, включающей камеру с патрубками тангенциальной подачи воды с образованием вращающегося динамического водяного цилиндра, устройство для отвода газов и устройство для отвода воды, камера снабжена цилиндрическим толстостенным реактором, снабженным тангенциальными линейными, либо сужающимися и расширяющимися каналами по ходу движения воды, выполненные с возможностью закручивания потока воды и ее движения по траектории сужения диаметра спирали, поступления в полость реактора и отведения воды по траектории раскручивания и разрыва спирали, причем сужающиеся каналы по ходу движения воды предназначены для подачи воды внутрь реактора по траектории закручивания и сужения диаметра спирали, а расширяющиеся каналы по ходу движения воды предназначены для отвода воды, при этом устройство для подвода или отвода газов выполнено в виде вакуумного канала, связанного нижним торцом с внутренней полостью реактора, а устройство для отвода воды выполненно в виде выходного блока реактора;
- реактор состоит из набора шайб, выполненных с тангенциально проточенными каналами либо простой линейной, либо сложной формы, расширяющимися от внутренней полости наружу, при этом шайбы жестко связаны между собой с образованием входного блока и выходного блока, разделенных промежуточной шайбой-диафрагмой, причем входной блок сверху закрыт шайбой-заглушкой, а выходной блок закрыт снизу глухой заглушкой;
- каналы реактора могут быть выполнены как линейной, так и сложной полуконоидальной формы;
- установка снабжена вакуумным насосом, охладителем и вакуумным ресивером, при этом охладитель снабжен змеевиком, связанным с вакуумным каналом одним концом и с вакуумным ресивером другим концом, а также патрубком подачи охлаждающего агента и патрубком вывода охлаждающего агента;
- установка снабжена либо конусной, либо сигарообразной вставкой, расположенной перед реактором и предназначенной для ускорения закручивающегося потока воды по коноидальной траектории перед входом в реактор;
- промежуточная шайба-диафрагма между входным и выходным блоками может иметь диаметр внутренней полости меньше внутреннего диаметра шайб.
В основу данного изобретения положен принцип формирования динамического цилиндра вращающейся воды во внутренней полости реактора. При этом спиралевидное движение воды в установке напоминает движение воздуха в торнадо. А в сечении реактора вода напоминает разомкнутый тор («ТОР») с синусоидальным движением («СИН»). Слово «ТОРСИН» положено в основу обозначения процессов, происходящих в установке, и элементов, из которых собран реактор. Такое состояние воды достигнуто благодаря использованию Торсин-элементов, представляющих собой шайбы с форсунками, собранные в наборы - блоки (входной Торсин-блок и выходной Торсин-блок) реактора (Торсин-реактора). А вся установка получила название -«ТОРСИНОН», обозначающее «ТОРСИН» - процесс, «ОН» - включение (запуск торнадо внутри реактора).
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображена установка для безреагентной очистки воды (ТОРСИНОН). На фиг. 2 - шайба (Торсин-элемент) с каналами (форсунками) полуконоидальной формы. На фиг. 3 - установка для безреагентной очистки, дегазации или опреснения воды. На фиг. 4 схематично изображена установка для безреагентной очистки воды с сигарообразной вставкой.
Установка для безреагентной очистки воды содержит вакуумный канал 1, проходящий коаксиально и герметично через цилиндрический канал 2 закручивания потока воды в его верхней зоне и связанный в своей нижней зоне с реактором 3 (Торсин-реактором), состоящим из входного блока 4 (входного Торсин-блока) и выходного блока 5 (выходного Торсин-блока). Канал 2 образует внутреннюю камеру для прохождения закрученного потока воды. Между блоками 4 и 5 расположена промежуточная шайба-диафрагма 6, жестко закрепленная в нижней внутренней полости цилиндрического канала 2 закручивания потока, и своим внутренним отверстием может частично перекрывать канальное отверстие между блоками 4 и 5 (Торсин-блоками), т.е немного сужать проходное отверстие. Канал 2 имеет патрубок 7 (или несколько патрубков 7) подвода воды, предназначенный (-ные) для подачи, а в случае тангенциального расположения - для первоначального закручивания потока воды. Блоки 4 и 5 (Торсин-блоки) жестко стянуты между собой: сверху - шайбой-заглушкой 8, а снизу - глухой заглушкой 9, что позволяет зафиксировать их на промежуточной шайбе 6, жестко закрепленной во внутренней полости канала 2. Блоки 4 и 5 (Торсин-блоки) состоят из (Торсин-элементов) - шайб 10 (см. фиг. 3). Шайбы 10 (Торсин-элементы) выполнены полыми внутри, а по периметру имеют проточки - каналы 11 простой канальной или сложной формы с образованием форсунок при их сборе в блоки 4 и 5 (Торсин-блоки). Перевернув их с лицевой стороны на заглушенную, можно изменить направление потока, собрав из них входной и выходной блоки 4 и 5. Реактор 3 (Торсин-реактор) имеет внутри цилиндрическую полость 12, образованную внутренними полостями блоков 4 и 5, и промежуточной шайбы-диафрагмы 6. Форсунки - каналы 11 (проточки) Торсин-элементов - шайб 10 могут быть выполнены линейными, либо сужающимися к внутреннему периметру Торсин-элементов - шайб 10, в том числе и полуконоидальной формы. Причем Торсин-элементы - шайбы 10 блока 4 предназначены для ускоренного закручивания потока воды, подаваемого во внутреннюю полость 12 реактора 3, а Торсин-блок - блок 5 служит для интенсивного отвода воды из внутренней полости 12 реактора 3 (Торсин-реактора). Блоки 4 и 5 могут быть собраны из одинаковых унифицированных Торсин-элементов - шайб 10, перевернутых с лицевой стороны на заглушенную. Внутренняя полость 12 реактора 3 связана с вакуумным каналом 1 через шайбу-заглушку 8. Как вариант выполнения реактора 3 можно использовать толстостенный цилиндр с тангенциальными форсунками, выточенными в стенках цилиндра (не показано).
Вакуумный канал 1 может быть связан с вакуумным насосом 13, как изображено на фиг. 3, через охладитель 14 и вакуумный ресивер 15. Охладитель 14 содержит змеевик 16, связанный с вакуумным каналом 1 одним концом и с вакуумным ресивером 15 другим концом, а также имеет патрубок 17 подачи охлаждающего агента и патрубок 18 вывода охлаждающего агента. Вакуумный ресивер 15 предназначен для сбора дистиллята 19 или отводящих растворенных газов. Установка для безреагентной очистки воды может быть оснащена конусной (фиг. 1) или сигарообразной (фиг. 4) вставкой 20, расположенной над шайбой-заглушкой 8 в нижней зоне канала 2 над реактором 3.
Установка для безреагентной очистки воды в самом простом варианте может работать за счет окисления воды во внутренней полости 12 Торсин-реактора - реактора 3, как изображено на фиг. 1. Поток воды, подаваемой на очистку, начинает закручиваться в канале 2 закручивания потока, где происходит ее перераспределение к периферии канала 2. За счет возникающих центробежных сил и сигарообразной вставки 20 скорость закрученного потока увеличивается. Закрученный поток воды устремляется к тангенциальным каналам 11 Торсин-элементов - шайб 10. Двигаясь по траектории сжатой спирали до внутреннего диаметра Торсин-элементов - шайб 10, с большой скоростью вода поступает в полость 12 Торсин-реактора - реактора 3 и, продолжая вращаться, образует полый динамический цилиндр, вода из которого отводится выходным Торсин-блоком - блоком 5 по траектории разжимания и разрыва спирали, при этом для динамически вращающегося цилиндра воды во внутренней полости Торсин-реактора - реактора 3 характерно образование интерференционного поля воды с явно выраженными энергетическими зонами узлов и пучностей, что позволяет активизировать очистку воды от загрязнений. Внутри динамического цилиндра вращающейся воды возникает вакуумная линза 21, воздух из которой удаляется вращающимся потоком воды. Если верхний конец вакуумного канала 1 остается открытым (см. фиг. 1), то в вакуумную линзу 21 подсасывается кислород из воздуха (или можно подавать озон с воздухом, или другие жидкие или газообразные реактивы), и в воде происходят мощные окислительные процессы, способствующие окислению загрязнений и дезинфекции воды, а также переходу примесей солей жесткости во множественные нерастворимые кристаллы в виде взвеси, медленно увеличивающиеся в размерах в отстойнике, до возможности их физической фильтрации. Такую воду можно фильтровать простыми экономичными фильтрами. Весь процесс прохождения воды через канал 2 и внутреннюю полость 12 Торсин-реактора - реактора 3 позволяет получать устойчивый эффект очистки воды относительно простыми средствами.
Установка для безреагентной очистки воды, изображенная на фиг. 3, использует дополнительные средства для очистки воды: вакуумный канал 1, связанный через змеевик 16 охладителя 14 с вакуумным ресивером 15 и вакуумным насосом 13. Это позволяет усиливать вакуум внутри вакуумной линзы 21, вызывая интенсивное вскипание воды в вакуумной линзе 21 при относительно низких температурах, отрыв и отсасывание образованного пара из молекул жидкости в вакуумный ресивер 15. При усилении вакуума с помощью насоса 13 линза 21 сжимается, и эффект образования пара усиливается, увеличивая количество получаемого дистиллята 19. Остальная вода, прошедшая через Торсин-реактор - реактор 3 и вышедшая из каналов 11 шайб 10 блока 5, поступает на фильтрацию твердых нерастворимых примесей, образовавшихся в реакторе 3. Установка, изображенная на фиг. 3, может быть использована для одновременного получения дистиллированной и очищенной воды.
Таким образом, в заявленной установке вода проходит несколько этапов закручивания потока с получением вращающегося динамического водяного цилиндра, при этом растет разрежение внутри образованной при вращении вакуумной линзы с откачкой воздуха вращающимся водным цилиндром, происходит интенсивное интерференционное распределение волновой энергии, окисление примесей с образованием нерастворимых фильтруемых частиц, выделение дистиллята из воды в зоне вакуумной линзы.
Экспериментальные исследования установки для безреагентной очистки воды показали, что качество полученной в установке питьевой воды достигается даже без использования реагентов и повышается при использовании дополнительных окислителей в виде, например, озона.
Заявленная установка для безреагентной очистки воды обеспечивает упрощение конструкции при уменьшении расхода энергии на обработку воды и повышении надежности ее работы. Установка отличается простотой исполнения, экономичностью в работе и в обслуживании, имеет возможность безреагентной работы и отвечает всем экологическим стандартам.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в улучшении качества очистки воды, упрощении установки, уменьшении энергозатрат на очистку воды, повышении надежности ее работы без использования реагентов.