УСТРОЙСТВО АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к устройствам регулирования физико-химических свойств жидкостей, в частности воды и водных растворов, путем их активации. Устройство может быть использовано для интенсификации химических, биологических и физических процессов в медицине и в народном хозяйстве, для получения биологически активных жидкостей, инфузионных растворов, моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов, алкогольных и безалкогольных напитков, чая, йогурта, активированной воды и водных растворов, в том числе питьевой воды.
В настоящее время, известны различные устройства для активации жидкостей, в том числе путем растворения в ней различных веществ, электродов - восстановителей со стандартным отрицательным электродным потенциалом, газов, водорода (″Приготовление питьевой воды высшего качества: анализ и перспектива″, журнал ″Экология и промышленность России″, март 2008, с.4-7 - http://ikar.udm.ru/sb/sb43-1.htm; патент РФ №71331- http://ikar.udm.ru/sb/sb46-2.htm). При активации жидкостей наблюдается изменение целого ряда ее параметров, длительно сохраняющих свои неравновесные значения (электропроводности, поверхностного натяжения, вязкости, окислительно-восстановительного потенциала - ОВП и т.п.).
Недостатком этих устройств является неудобство пользования, нестабильность параметров, низкий к.п.д.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство ″БСЛ-МЕД″ (A.M. Шелоболин ″Как превратить воду в ВОДУ″. Книга 1. ″Чистая вода из грязных источников″. - М: Изд-во ″Буки Веди″, 2013. 194 с. - прототип). Устройство содержит емкость для жидкости с размещенным в ней растворимыми электродами - анодами из алюминия, и нерастворимым электродом (катодом) из нержавеющей стали. От источника питания на электроды подают выпрямленный ток. Устройство используется для активации жидкостей - приготовления активированных жидкостей с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП).
Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей, сложность конструкции, эксплуатации и управления процессами активации, систем регулирования и контроля свойств и состава приготовляемых жидкостей, низкая его эффективность и к.п.д.
Предлагаемая полезная модель направлена на: повышение эффективности и плавного управления, замедления или ускорения процесса активации жидкости, качества получаемых жидкостей и контроля их параметров; расширение эксплуатационных и функциональных возможностей; повышение удобства эксплуатации и обслуживания и упрощение, в ряде случаев, устройств активации жидкостей.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве активации жидкости, включающем емкость для активируемой жидкости, электроды, один или более из которых выполнен растворимым, и источник питания, согласно предложению, один или более растворимый электрод выполнен из магния или его сплавов. В качестве источника питания может быть использован источник питания переменного напряжения или тока, а также один или более электрод со стандартным электродным потенциалом, большим потенциала растворимого электрода, соединенный с ним одним или более резистором.
Растворение электродов - алюминия, магния и других электродов из группы восстановителей и их сплавов в воде и водных растворах приводит к активации жидкостей. Интенсивность процесса существенно зависит от температуры, состава жидкостей, давления, тока. При активации жидкость переходит в термодинамическое неравновесное состояние с длительно сохраняющимися неравновесными свойствами и диссипативными структурами. Диссипативные, микрокластерные структуры обладают повышенной энергией с неравновесным распределением ее составляющих по трансляционным и вращательным степеням свободы. При этом часть энергии в процессе активации тратится на нагрев жидкости, другая часть на возникновение диссипативных, микрокластерных структур в жидкости, с повышенной, потенциальной энергией и физико-химической, биологической активностью. Наблюдается насыщение воды водородом, возникновение диссипативных неравновесных резонансных структур и изменение ее параметров, в частности, уменьшение ОВП (http://ikar.udm.ru/sb/sb46-2.htm).
Наиболее просто возникновение, наличие и релаксация неравновесных диссипативных структур при активации жидкости фиксируется по динамике ее окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), спектров и УЗИ - Доплер томографии (Бердова Е.С., Глухова Н.А., Широносов В.Г., Курганович B.C. Сб. тезисов докладов ВНКСФ-10, Москва, 2004, с.543-544, http://ikar.udm.ru/sb/sb43-1.htm).
Использование одного или более растворимого электрода, выполненного из магния или его сплавов со стандартным электродным потенциалом (-2,372 B) много меньшим потенциала алюминия (-1,700 B) дает возможность существенно повысить эффективность и интенсивность процессов активации, экологичность и безопасность получаемых активированных растворов, упростить и удешевить устройство источников питания за счет уменьшения потребляемой электрической мощности при одинаковых требованиях к изменению величин рН и ОВП.
Использование источника питания переменного напряжения или тока, соединяющего разнородные или одинаковые растворимые электроды (алюминий-магний, магний-магний, алюминий-алюминий, магний-платина) обеспечивает периодическую смену регенерации, растворения и очистки электродов, дает возможность существенно упростить устройство, повысить эффективность и селективность активации, плавно управлять (замедлять или ускорять) процесс активации жидкости за счет применения источников питания на различных частотах, особенно в стандартных сетях переменного тока 50 и 60 Гц.
Применение в качестве источника питания одного или более электрода со стандартным электродным потенциалом, большим потенциала растворимого электрода, соединенным с ним одним или более резистором, дает возможность обходиться без внешних источников питания, и за счет этого существенно упростить и удешевить устройство, обеспечить простоту управления и контроля процессами активации, многофункциональность устройства, получение жидкостей с заданными параметрами, в частности, по рН и ОВП. К примеру, применение резистора, соединяющего пару электродов с различными стандартными потенциалами - магний-медь, цинк-медь позволяет достаточно просто контролировать и плавно управлять (замедлять или ускорять) процесс активации жидкости за счет изменения сопротивления резистора, стандартного потенциала электродов и измерения напряжения или тока, протекающего через резистор.
Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг.1 показано устройство с растворимым электродом из магния или его сплавов, на фиг.2 - устройство с источником питания переменного напряжения или тока, на фиг.3 - устройство с резистором и электродами с различными стандартными потенциалами.
Устройство активации жидкости (фиг.1-3) содержит емкость 1 для активируемой жидкости и электроды 2 и 3, один или более из которых является растворимым. Устройство может содержать источник 4 питания постоянного напряжения или тока (фиг.1), источник 5 питания переменного напряжения или тока (фиг.2), один или более резистор 6 (фиг.3), соединяющий электроды 2 и 3. В качестве резистора 6 могут быть использованы типовые постоянные или переменные, регулируемые или нелинейные резисторы, а в качестве источников питания - источники переменного или постоянного напряжения или тока или их комбинации. В качестве электродов могут быть использованы типовые металлы и их сплавы (алюминий, магний, медь и т.п.), неметаллические проводящие материалы (композиционные материалы, некоторые окислы, проводящие модификации углерода и т.п.).
Устройство активации жидкости работает следующим образом. Исходная жидкость помещается в емкость 1 (фиг.1-3), в которой с помощью электродов 2 и 3, один или более из которых является растворимым, соединенных через один или более резистор или источник питания, и осуществляется активация жидкости. В процессе активации происходит изменение параметров жидкости, в частности ОВП, проводимости и т.п. Меняя ряд параметров источников 4 (фиг.1) или 5 (фиг.2) питания, к примеру, ток, напряжение, частоту и т.д., или величину резистора 6 (фиг.3), или используя различные электроды 2, 3 (фиг.1-3), можно получать различные значения параметров активированной жидкости (к примеру, ОВП, рН, вязкость и т.д.).
Возможность достижения технического результата при реализации изобретения, в сравнении с показателями устройства-прототипа, подтверждается примерами активации жидкости - водопроводной воды.
Пример 1. Активация проводилась по схеме фиг.1.
2
2
Емкость 1 объемом 0,5 л устройства-прототипа и предлагаемого устройства заполнялась водопроводной водой. В качестве растворимого электрода 2 в предлагаемом устройстве использовалась металлическая пластина из магния со стандартным потенциалом, меньшим потенциала алюминия и с размерами 4×5 см, а в качестве второго электрода 3 использовался металлический электрод - пластина из алюминия с размерами 4×5 см. Использовался источник 4 питания постоянного напряжения 12 В, присоединенный плюсом к электроду 2 и минусом к электроду 3. Через 10 мин. активации ОВП воды уменьшился на 300 мВ больше по сравнению с устройством-прототипом, использующим растворимый анод из алюминия. Использование растворимого электрода - анода из магния, по сравнению с прототипом, позволяет получать экологически чистые, безопасные растворы на основе соединений магния для различных областей, в том числе для раскисления почвы, растениеводства.
Пример 2. Активация проводилась по схеме фиг.2.
Условия опыта аналогичны примеру 1. Электроды 2-3 соединялись через источник 5 питания переменного напряжения (50 Гц, 24 В), не содержащий дополнительных сложных электрических цепей для выпрямления, стабилизации и регулирования тока, таких как в устройстве-прототипе. Регулировка и стабилизация величины тока существенно упростилась за счет использования конденсаторов различной величины и резонансных режимов на 50 Гц. В итоге, в предлагаемом, более простом по технической реализации устройстве, ОВП воды уменьшился на 200 мВ больше по сравнению с устройством-прототипом, в котором использовался источник питания постоянного напряжения с эквивалентным по величине током и растворимым электродом из алюминия. Время непрерывной работы устройства, не требующее регенерации электродов, существенно возросло по сравнению со временем работы устройства-прототипа за счет регенерации и очистки электродов переменным током.
Пример 3. Активация проводилась по схеме фиг.3.
2
2
Емкость 1 объемом 0,5 л устройства-прототипа и предлагаемого устройства заполнялась водопроводной водой. В качестве источника питания в предлагаемом устройстве использовались электроды 2-3 с различными стандартными электродными потенциалами, соединенными между собой переменным резистором 6 с номиналом 1000 Ом, позволяющим плавно регулировать параметры активации посредством изменения величины сопротивления. В качестве растворимого электрода использовалась металлическая пластина из магния с размерами 4×5 см, а в качестве второго электрода использовался металлический электрод - пластина из меди с размерами 4×5 см. Процесс активации продолжался в течение трех часов. В итоге, в предлагаемом устройстве ОВП воды уменьшился на 200 мВ больше по сравнению с устройством-прототипом, в котором использовался источник питания с эквивалентным по величине током и растворимым электродом из алюминия. Исключение внешнего источника питания и применение регулируемого резистора, соединяющего электроды с различными стандартными электродными потенциалами, позволило существенно удешевить и упростить процесс активации и управления.
Кроме того, для удобства работы устройство может быть дополнительно снабжено: одним или более датчиком для контроля свойств и/или состава жидкости; регулятором режима активации на основе регулирования параметров резистора или источников питания; переключателем для соединения датчиков с регулятором режима активации, одним или более фильтром тонкой очистки, узлами очистки, дегазации, обеззараживания, ультразвуковой активации, нагрева и/или охлаждения, перемешивания, добавления минеральных элементов и веществ, и/или газов, и/или микроорганизмов. При этом в устройстве могут быть использованы одна или более проточные и/или порционные емкости для жидкостей, а также перегородки, отделяющие электроды и/или жидкости друг от друга, выполненные из материалов различной толщины (диэлектриков, металлов).
Введение в устройство дополнительно одного или более датчика для контроля свойств и/или состава жидкости и переключателя для соединения датчиков с регулятором режима активации, позволяет проводить контроль работы устройства, получаемых жидкостей, вовремя обнаруживать неисправности и оптимизировать работу активатора, проводить замену и регенерацию его элементов, вводить системы обратной связи для регулирования и автоматики.
Введение в устройство дополнительно одного или более узлов очистки жидкости, и дополнительно к нему одного или более фильтров тонкой очистки и дегазации существенно увеличивает время работы устройства без регенерации, стабильность и качество получаемых активированных жидкостей.
Применение в устройстве активации одного или более ультразвуковых активаторов обеспечивает интенсификацию процессов активации.
Введение узлов перемешивания, обеззараживания и добавления минеральных элементов и веществ, и/или газов, и/или микроорганизмов существенно расширяет функциональные и технологические его возможности.
Использование накопителей, в том числе с подогревом или охлаждением, значительно расширяет функциональные возможности и эффективность использования установки без увеличения ее производительности. При нагреве или охлаждения жидкостей в процессе получения активированных жидкостей в области определенных температур происходит интенсификация процессов активации.
Введение дополнительных тонкостенных перегородок, и/или проточных и/или порционных емкостей для жидкостей, отделяющих электроды и/или жидкости друг от друга позволяет проводить активацию жидкостей практически без изменения их химического состава.
В качестве дополнительных датчиков в устройстве для контроля свойств и/или состава жидкости могут быть использованы типовые датчики (минерализации, ионного состава, веществ, рН, ОВП, диэлектрической проницаемости ξ, плотности, проводимости ρ и т.п.).
Переключатель для соединения датчиков с регулятором режима активации может быть выполнен на основе электронных ключей, реле, механических переключателей.
В качестве узлов очистки, фильтров тонкой очистки и дегазаторов могут быть использованы типовые устройства на основе мембран - осмотических, ультрафильтрационных, трековых, селективных, половолоконных; вакуумных и ультразвуковых деаэраторов; их комбинаций.
Дополнительные нагреватели и охладители жидкости могут быть выполнены, например, на основе элементов Пельтье, индукционных и керамических нагревателей.
В качестве дополнительных узлов добавления минеральных элементов и веществ, и/или газов, и/или микроорганизмов могут быть использованы типовые дозаторы и эжекторы.
Дополнительные ультразвуковые активаторы могут быть выполнены на основе магнито- и пьезострикционных материалов.
Для обеззараживания жидкости могут быть использованы УФ, ЭМП-излучатели.
В качестве тонкостенных перегородок, разделяющих жидкости и электроды в емкостях, могут быть использованы тонкие диэлектрические пленки из полипропилена, фторопласта и т.п.
В результате, при введении дополнительных электродов и резисторов или источников питания, соединяющих электроды, возникает возможность повышения удобства эксплуатации и обслуживания устройства, эффективности обработки и качества получаемых жидкостей, контроля их параметров, снижение энергоемкости и удешевление процесса активации.