Ультразвуковий концентратор для безреагентного знезараження води

Ультразвуковий концентратор для безреагентного знезараження води, який містить герметичну ємність, установлену на амортизаторах і забезпечену запірно-роздавальною арматурою, всередині якої розміщені концентратори ультразвукових коливань і випромінювач ультразвукових хвиль, який відрізняється тим, що він містить вертикальну циліндричну ємність з днищем, установленим на амортизаторах, з центральним вихідним патрубком, обладнаним корковим краном, та кришкою з центрально установленим вхідним патрубком з корковим краном, яка в нижній частині забезпечена вхідним патрубком, а в верхній - вихідним пат U 1 3 3, 2003 p.), який містить змонтовану на амортизаторах герметичну ємність із запірно-роздавальною арматурою, магнітострикційний перетворювач у вигляді двох симетрично і співвісно розташованих відносно горизонтальної осі сфероподібних ковпаків з фланцями, розділених між собою амортизуючою прокладкою з центральним отвором і захищеною від механічного впливу металевими пластинами, а також розміщеними симетрично ковпакам перфорованими мембранами стаканного типу, з отвором у днищі верхньої мембрани й із закріпленими на зовнішній стороні днища мембран магнітострикційними перетворювачами, а на внутрішній стороні - перфорованими циліндричними мембранами. Недоліками диспергатора-змішувача є недостатня якість знезаражування води. Відомий також змішувач-активатор [патент України № 42320, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 9, 2001 p.], який забезпечений горизонтально розміщеною і з'єднаною з корпусом ємності за допомогою прокладки і упорів рамою, мембрани розміщені концентрично відносно одна одної і симетрично відносно вертикально осі ємності, виконаний з зовнішньою і внутрішньою поверхнями у вигляді з'єднаної циліндричної і площинної поверхонь, причому зовнішня мембрана жорстко закріплена до рами і за допомогою торцевих кільцевих прокладок вільно розміщена на упорах, жорстко закріплених до кришок, при цьому внутрішня мембрана з'єднана площинною зовнішньою поверхнею з внутрішньою площинною поверхнею зовнішньої мембрани з зазором відносно кришок і виконана з поздовжньо розміщеними прорізями, а перетворювач установлений симетрично внутрішньої осі ємності і жорстко закріплений на зовнішній площинній поверхні зовнішньої мембрани. Недоліками змішувача-активатора є: - недостатня ступінь знезараження води; - низька продуктивність установки. Як прототип прийнятий «Ультразвуковий змішувач-активатор» по патенту України № 30442, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 4, 2008 p., який містить вертикально установлену циліндричну ємність, яка складається з верхньої секції з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та нижньої секції з днищем, установлених на амортизаторах, яке забезпечено вихідним патрубком з корковим краном, між якими за допомогою герметизуючих і амортизуючих кільцевих прокладок горизонтально установлена шайбоподібна мембрана з отвором між внутрішньою стінкою верхньої секції і жорстко та центрально закріпленим до неї з верхньої сторони циліндром, до внутрішньої сторони якого і торця шайбоподібної мембрани жорстко закріплений верхній кільцевий концентратор з центральним отвором, поперечний переріз якого має форму трапеції, нижня сторона якої перпендикулярна до вертикальної осі, а верхня утворює воронку, а з нижньої сторони шайбоподібної мембрани жорстко і центрально закріплена півкульова мембрана з отвором по периметру жорстко і центрально закріпленого з її внутрішньої сторони магнітострикційного перетворювача, над яким аналогічно закріп 60855 4 лений нижній кільцевий концентратор з центральним отвором аналогічного поперечного перерізу верхнього кільцевого концентратора за винятком сторони, яка прилягає до півкульової мембрани і має її внутрішній профіль. Недоліком прототипу є: - низька ступінь знезараження води; - неможливість забезпечення роботи установки. Задачею ультразвукового концентратора для безреагентного знезараження води є підвищення якості знезараження води і удосконалення конструкції установки. Задача вирішується тим, що ультразвуковий концентратор для безреагентного знезараження води містить вертикальну циліндричну ємність з днищем, установленим на амортизаторах, з центральним вихідним патрубком, обладнаним корковим краном, та кришкою з центрально установленим вхідним патрубком з корковим краном, яка в нижній частині забезпечена вхідним патрубком під'єднаним до систем охолодження (не показана), в середині якої за допомогою кільцевих пружних прокладок центрально і симетрично установлені одна над одною алюмінієві сфери фокусування в твердому тілі ультразвукових коливань, покриті п'єзокерамічними пластинами, у верхній з яких верхня конічна порожнина герметично закрита оболонкою, в якій за допомогою амортизуючої і герметизуючої кільцевої прокладки розміщений нижній кінець вхідного патрубка, і аналогічно остання конічна порожнина закрита герметично оболонкою, в якій центрально за допомогою кільцевої амортизуючої і герметизуючої прокладки розміщений верхній кінець вихідного патрубка. В центрі алюмінієвої сфери мають місце сферичні порожнини з фокальною областю. Нижній фокусуючий концентратор опирається на кільцеву пружну прокладку, яка розміщена на нижньому кільцевому упорі з отворами, вище розміщені алюмінієві сфери фіксуються по висоті упорами з отворами, які забезпечені пружними прокладками. Загальними ознаками прототипу і ультразвукового концентратора для безреагентного знезараження води є герметична ємність, установлена на амортизаторах і забезпечена запірнороздавальною арматурою, в середині якої розміщені концентратори ультразвукових коливань і випромінювач ультразвукових хвиль. Конструктивні рішення ультразвукового концентратора для безреагентного знезараження води мають ряд переваг у порівнянні з прототипом і відомими аналогами та забезпечують наявність суттєвих відмінностей, основними з яких є: 1. Частково нове сполучення ознак, що свідчить про наявність суттєвих відмінностей: ємність кульової форми забезпечена патрубками для подачі і відведення охолоджувальної рідини; вхідний і вихідний патрубки в ємності подовжені до герметичної оболонки і з'єднують верхню і нижню конічні порожнини. 2. Заміна частини ознак новими, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: кільцеві концентратори замінені на сферичний концентратор; 5 магнітострикційний перетворювач замінений на п'єзокерамічні випромінювачі; центральні отвори кільцевих концентраторів замінені на сферичні порожнини. 3. Введення нових ознак, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: сферичний концентратор; п'єзокерамічні пластини; герметична оболонка; сферична порожнина. 4. Згідно пп. 1, 2 і 3 ультразвуковий концентратор для безреагентного знезараження води забезпечує нові взаємоположення ознак і нові типи і взаємодії між ознаками. На фіг. 1, 2 наведений ультразвуковий концентратор безреагентного знезараження води в поперечному перерізі, який містить вертикальну циліндричну ємність 1 з днищем 2, установленим на амортизаторах 3, з центральним вихідним патрубком 4, обладнаним корковим краном 5, та кришкою 6 з центрально установленим вхідним патрубком 7 з корковим краном 8, яка в нижній частині забезпечена вхідним патрубком 9, а в верхній - вихідним патрубком 10, під'єднаними до системи охолодження (не показана), всередині якої за допомогою кільцевих пружних прокладок 11 центрально і симетрично установлені одна над одною алюмінієві сфери 12 фокусування в твердому тілі ультразвукових коливань, покриті п'єзокерамічними пластинками 13, у верхній з яких верхня конічна порожнина 14 герметично закрита оболонкою 15, в якій за допомогою амортизуючої і герметизуючої кільцевої прокладки 16 розміщений нижній кінець вхідного патрубка 7, і аналогічно - остання конічна порожнина 17 закрита герметизуючою оболонкою 18, в якій центрально, за допомогою амортизуючої і герметизуючої прокладки 19 розміщений верхній кінець вихідного патрубка 4. В центрі алюмінієвих сфер мають місце сферичні порожнини 20 з фокальною областю. Нижній фокусуючий концентратор 21 опирається на кільцеву пружну прокладку 22, яка розміщена на нижньому кільцевому упорі 23 з отворами 24, а вище розміщені алюмінієві сфери 12 фіксуються по висоті упорами 25 з отворами 26, які забезпечені пружними прокладками 27. Ультразвуковий концентратор для безреагентного знезараження води працює таким чином. При закритому корковому крані 4, ввімкненому високочастотному генераторі (не показаний) ульт 60855 6 развукових коливань, під'єднаному до п'єзокерамічних пластин 13, подачі і відведення охолоджуючої рідини з системи охолоджування (не показана) за допомогою патрубків 9 і 10 та відкритому корковому крані 8 по патрубку 7 в верхню конічну порожнину 14 подають воду, де вона піддається наростаючій дії ультразвукового поля воронкоподібної поверхні алюмінієвої сфери 12. Як контактна сфера, замість рідини, використане тверде тіло - алюмінієва сфера 12 з малим вбиранням звуку, ультразвукові коливання підводяться до фокальної області хвиль більш високої інтенсивності, так як в твердій контактній сфері не виникає кавітація. У верхній конічній порожнині, заповненій водою, в турбулентних потоках виникають явища кавітації, які досягають максимуму в сферичній порожнині 20. Таким чином, знезараження води здійснюється шляхом диспергування біологічних, органічних і неорганічних складових до багатократного збільшення їх питомої поверхні в процесі дії кавітації, яка виникає у воді при наявності ультразвукового поля і турбулентного руху рідини. При цьому в ній знищуються віруси і бактерії, змінюються ДНК мікроорганізмів, що перешкоджає їх життєдіяльності і розмноженню. Одночасно має місце безреагентне знезараження води дією інтенсивного ультразвукового випромінювання, особливо його ультрафіолетової частини спектра, в результаті якого мають місце незворотні пошкодження ДНК, РНК і клітинних мембран, що приводить теж до загибелі мікроорганізмів. Заповнюючи чергові верхню і нижню конічні порожнини вода піддається аналогічним діям ультразвукових полів і кавітаційній дії на неї. Після заповнення водою всіх конічних порожнин частково або повністю відкривають корковий кран 5 і по вихідному патрубку 4 знезаражену воду видаляють, при цьому корковим краном 8 регулюється об'єм води, що надходить на знезараження, а корковим краном 5 - видалення води такого ж об'єму, і установка працює в безперервному режимі. Після закінчення роботи установка промивається аналогічним шляхом, вимикаються високочастотні генератор (не показаний) і система охолодження (не показана). При відновленні роботи процеси повторюються. 7 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 60855 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601